一、中学生探索精神与创新能力培养路径设计

（一）以学科核心素养为统领

课标以信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个学科核心素养为统领。全面培养发展学生的核心素养，可以为学生探索精神与创新能力培养奠定坚实基础。

（二）指向深度学习

深度学习是一种基于高阶思维发展的理解性学习，具有注重批判理解、强调内容整合、促进知识结构、着意迁移运用等特征。深度学习需要教师引领学生围绕着有挑战性的学习项目，积极参与，体验成功，获得发展的有意义的学习过程。指向深度学习的有挑战性的学习项目，鼓励学生去探索、去创新、去试错，引导学生不断总结、反思，发展批判性思维和逆向思维，这种学习方式是激发、发展学生探索精神和创新追求的有力举措。

（三）发挥学生主体性，促进知识能力建构

学习是知识与能力主动建构的过程。老师对于基础知识的归纳、总结，属于浅层的、形式化的知识结构，可以辅助学生记忆，帮助学生完成知识的理解、消化和吸收，但不能实现学生头脑中具有个人特色的知识结构搭建。学生习得的仍然是零散的、没有内在结构的知识碎片，更不易将当下的学习内容与已有的知识体系建立起结构性的关联。反之，对于知识的主动构建，形成经验与知识的相互转化，方能促使深度学习发生，学科核心素养初步养成。

（四）从实践应用出发，迁移运用学科思想方法解决实际问题

如果学生学习过程中接触到的情境、案例是脱离日常生活和学习的、平时接触不到的，那么学生会认为它们是抽象的、宽泛的、没有意义的。为学生设计贴近生活、从实践应用出发的学习项目，不仅学技术，还要把其中的学科思想方法也学明白，并能尝试迁移运动所学的科学道理解释现象或者将所学迁移到相似的应用场景中去解决新的问题，达到举一反三能解决一类问题的学习效果，这样的信息技术（科技）课程会帮助学生从被动的学习者转变为积极的探索者和创新家。

三、物联网项目式教学实践案例

《探究智能温室》这一项目的教学内容包括探索智能温室的工作过程、智能温室的数据采集、智能温室的网络通信与系统搭建和智能温室的控制机制四课时。该项目试图通过校园生物温室的智能化改造这一项目，逐步引导学生完成物联网与信息系统相关知识的学习。

（一）项目内容分析

高中信息技术必修二信息技术与社会第三章第四节信息获取与控制介绍了物联网与信息系统的相关内容，具体包括：物联网的含义、常见物联网应用、物联网的特征、分层架构及工作过程、常见传感器及工作原理、物联网的基本网络通信方式和物联网的控制机制。

生物温室是我校独具特色的学习场所之一。将现有生物温室进行智能化改造，同时利用技术手段科学种植提高产量是学生们非常感兴趣的话题，也是将生物知识与信息技术知识相结合的学习实践。

利用生物温室的智能化改造这一项目进行物联网与信息系统知识的学习与实践，既与学生的学习经验紧密相关，也是实际的生活场景和现实问题。结合学生感兴趣的真实问题情境引导学生探究智能温室的设计与仿真搭建，在项目学习的过程中理解物联网的技术原理，进一步理解信息系统的工作原理以及数据在信息系统（物联网）中的作用。

（二）学生情况分析

高一年级的学生已经具备了一定的使用信息系统的生活经验，同时具备了较好的思维能力，能够结合生活中的案例和问题独立思考和分析；同时在进行本项目的学习之前，学生已经具备了本学科以及生物学科的相关知识基础（信息技术学科：信息系统和网络通信的相关知识、生物学科：植物的生长环境和光合作用原理）。

本项目物联网系统的工作原理以及物联网仿真实验对于学生来说有一定的挑战，但通过物联网的应用案例分析和脚手架式的课堂任务单与实验学案，能够较好地帮助学生理解并完成本项目的学习内容。综上所述，从思维能力和知识水平来说，学生能够开展本项目的知识学习并实现教学目标。

（三）项目教学设计

《探究智能温室》这一项目的教学内容包括探索智能温室的工作过程、智能温室的数据采集、智能温室的网络通信与系统搭建和智能温室的控制机制四课时。该项目试图通过校园生物温室的智能化改造这一项目，逐步引导学生完成物联网与信息系统的相关知识的学习。

（四）项目作业设计及学习效果评价设计

项目作业设计：智能温室物联网的系统设计和仿真模拟（实现智能温室的环境数据采集与监测，物联网系统设备的联通，温室环境的智能化调控）。

学习效果评价：学生的课堂参与程度（参与讨论及回答问题）、课堂任务单的完成程度以及仿真实验的实施效果（是否实现具体功能）。

（五）项目结论与分析

《探究智能温室》项目的设计与实施是一次指向深度学习的项目式教学，实践证明深度学习是中学生探索精神与创新能力培养的有效路径之一，该项目具有如下特点：

第一，围绕学生兴趣，设计指向深度学习的学习项目。一是项目设计让学生产生解决驱动性问题的强烈意愿。将现有生物温室进行智能化改造，同时利用技术手段科学种植提高产量是学生们非常感兴趣的话题，有体验感和真实感，能够让学生产生问题意识和认知冲突。学生对于驱动性问题有内在的探索欲和求知欲，能够主动投入到项目学习与问题解决中去，也是将生物知识与信息技术知识相结合的学习实践。二是具有挑战性的学习项目让学生有探索空间和创新动力。在项目学习的过程中，学生能够很容易理解物联网的概念，却对物联网的组成部分说不清楚；学生对比现有温室和智能温室能够很准确的说出区别，但如何实现对应的功能却不明确。当学生暴露出问题，教师可以引导学生对问题和实例进行分解，同时也有助于在项目实施时为学生搭建相应的脚手架。

第二，项目推进深化知识建构，体现迁移运用。高质量的问题解决过程和成果离不开学生对核心知识与能力的习得，项目的推进过程就是学生知识与能力建构的过程。一是知识与能力的建构“时机”恰当，让学生经历问题解决。在《探究智能温室》项目的伊始，教师通过引导学生分析生活中的物联网应用实例，让学生理解物联网的定义与特征，形成了完成本项目的基本知识。在这之后，教师展示学校温室的现状和智能温室的图片，引导学生发现问题，即校园温室与智能温室的差别、如何通过添加物联网系统将校园温室升级改造。在探究解决这两个问题的过程中，学生深入理解了物联网的概念和分层架构；在实验仿真搭建的过程中，更加明确了物联网的各组成部分以及工作过程。随着项目复杂性的增加，从发现问题到探究方案到形成成果都会有知识与能力的建构过程，学习的进程是螺旋式上升的。二是知识与能力的建构迭代学生的项目成果。《探究智能温室》项目最初，学生结合新学的物联网知识对比学校温室现状与智能温室的差异，分析改造生物温室所需要的条件，在宏观层面已经对物联网系统的架构和工作过程有了基本的认识，形成了对智能温室物联网系统的初步设计。接下来的三节课从执行层面具体分析了物联网在感知层、网络层及应用层的系统搭建和应用，学生的项目成果也从设计落实到了具体的仿真搭建，形成了真实的温室物联网系统，并逐步实现功能的丰富与升级。项目实施的过程中，物联网系统的工作原理以及物联网仿真实验对于学生来说有一定的挑战，但通过物联网的应用案例分析和脚手架式的课堂任务单与实验学案，能够较好地帮助学生理解并完成本单元的学习内容。

第三，项目资源、评价方式等仍待改进。《探究智能温室》这一项目仍有需要改进的地方：学习支架的多样化也反映出了资源的零散，如果能够想办法整合或做更加系统的规划设计会更好；其次实验平台的操作对于学生来说是新接触的内容，学生可能会将部分精力放在具体操作上，如果能在项目设计时让学生更加聚焦于原理及问题解决本身，降低实验操作的复杂性也会让整个项目的实施更加理想；最后就是评价方式上可以更加全面和多样化，加入学生对于自身学习情况的自我评价会更完善。

 

作者：刘晓杰 周思博

来源：2023年度智慧教育优秀案例