课程探索让绚烂的创新之花盛开——物联网创新实践课程的研发与应用
近年来，“创客教育”“STEAM教育”等新的名词不断冲击着教育界。作为目前国务院批准建设的唯一国家传感网创新示范区，无锡市积极利用自身优势，推进物联网技术教育应用，特别是连续多年成功举办世界物联网博览会，让众多学校创客教育成果获得广泛关注。无锡市侨谊实验中学以此为契机，积极建构相应课程，推动学校教育变革，取得了不俗的成绩。 2017至2019年，在世界物联网博览会“物联网设计创新创客大赛”（青少年组）决赛中，无锡市侨谊实验中学的《流浪宠物智能投喂器》《智能道路系统》《冰球计分系统》等作品均获得一等奖，这样的“意外”之喜让学校的教育者对物联网技术与教育融合的关注持续高涨。 几年来，学校高度重视对学生创新精神和实践能力的培养，充分挖掘校内外资源，充分利用物联网、移动互联网等技术，从参加创客比赛、组建创客社团到探索创客课程，逐渐清晰了学校创客教育的发展方向，“创客空间—创客团队—创客课程”的创客教育生态正在形成。 目前，学校开发的以STEAM教育理念为指导、以物理综合实践活动为载体的物联网创新实践活动课程，正受到越来越多的关注。 物联网创客活动助推课程萌芽 创客教育如何开展？对于只从事单一学科教育的教师来说，大多都是“门外汉”。无锡市举办的一次创客活动，为学校打开了物联网创客教育的大门。 为了能指导学生参赛，面对各种传感器和模块，教师与学生一起踏入了一个完全陌生的领域。一开始，我们只能通过上网查阅相关文章与物联网方面的书籍，学习相关网络视频教程，一点点摸索着前进。学校考虑到教师对这一领域不熟悉，专门为我们提供了各种学习和培训机会，组织师生参观无锡多家著名的物联网产业基地，通过参观学习，我们受到了很多启发。第一年指导学生，学校物理教师团队就创造了不错的成绩：2016年暑假，学校有16位学生参加第14届全国中小学信息技术创新与实践活动，通过层层选拔，学生吕昕羽、朱妍菲荣获全国中小学信息技术比赛物联网创新设计赛项的最高奖——“恩欧希教育信息化发明创新奖”，且比赛成绩在4000多名获奖选手中位列第一。她们的作品命名为Alpha Cage，意思是和谷歌“阿尔法狗”一样聪明的智能宠物笼。在颁奖活动现场，她们代表所有参赛选手向来自全国各地的师生代表做了精彩的作品分享，我也因此被评为优秀指导教师。 可以说，这样的创客活动为学校进一步实施创客教育奠定了良好的基础，也带来了新的启示：学生能够根据自己的想法，利用物联网技术来解决生活中发现的问题。种种创客活动的推进，让侨谊实验中学成为区域创客教育的典范，创客课程的教师研发团队随之建立。学校以在校学科教师为核心成员，以高校教授、教研员为专家引领，团队成员主要来自于江南大学物联网工程学院，市、区教研部门与重点中小学。课程团队致力于研究和发展学校的创客教育。 学校还成立了“IOT创客工坊”社团，目的是基于学生兴趣，结合创客文化和教育，以项目学习的方式使用数字化工具，同时倡导造物，鼓励分享，培养学生的解决问题能力、团队协作能力和创新能力，让学生创作出真正意义上的创客类作品，从而使他们成为更优秀的创客。 很显然，技能竞赛是促进学生掌握知识、深化技能的重要途径，社团中主要开设的就是竞赛型课程，即教师确定竞赛项目，各个小组围绕给定的项目进行模仿与实践。如“智能书桌的设计与实现”项目，通过项目设计，培养学生的项目设计与规划能力和创新思维能力。教师以指导者的身份出现，对项目的实践与发布进行指导。学生则以组建项目小组、案例分析、项目设计、资源收集、加工制作、成品展示等为主。由于“IOT创客工坊”社团学生获得荣誉多，短短几年就成为学校的王牌社团，被评为无锡市十佳社团、江苏省红领巾社团，还曾参加过江苏卫视优漫卡通频道《心愿树》和中央电视台少儿频道《看我72变之创意少年》等节目的录制。 学校逐渐意识到，创客教育不仅仅包括创客活动的举办、创客课程的开设，更需要与学科教学相融合，让各学科教师都能运用创客思维进行教学，这样才能让创客教育普惠学生。于是，侨谊实验中学的校园里处处都有创客的影子，历史教师带领学生用泥土、泡沫等材料做仿制文物，地理教师组织学生用各种颜色的大小谷物做世界各地的地图模型……这些创意作品形象生动、惟妙惟肖。越来越多的人看到了学科教学与创客教育融合的价值：学生从被动学习变为主动学习，从浅层学习变为深层学习，学校改革也找到了有力的抓手。 创客+STEAM思维构建多学科融合路径 物理、历史、地理等多个学科开展的创客实践，引发学校教师的思考：如何用创客思维打通学科教学，不同学科之间又该如何进行有效的融合呢？ 为了解决上述问题，学校课程团队于2017年开始着力研究注重跨学科能力的STEAM课程。根据STEAM的基本含义，课程主要强调多学科的交叉融合，目前涉及五门学科（科学、技术、工程、艺术、数学）。而到底应该以哪个学科为主，又该如何整合呢？课程团队通过查阅资料发现，STEAM课程的第一层意思就是“科学”，美国物理教师协会将这个观点表述为“物理第一”，在中学阶段学生学好物理知识是科技活动开展的前提和基础。因此，在开展STEAM教育中，物理知识必须起到引领作用。在确定了物理科学为首的背景之下，结合学校多年创客实践经验，物联网技术就成为学校建设STEAM课程的“技术”首选。 2017年12月，教育部发布的《中小学综合实践活动课程指导纲要》，为课程指明了方向。文件中提出，中小学综合实践活动课程是义务教育和普通高中课程方案规定的必修课程。综合实践活动课程要求对活动内容进行选择和组织，对活动方式进行认真设计，对活动过程和结果进行科学评价等。物理是一门实践性很强的学科，物理教材中的综合实践活动以多样化的项目和活动的方式，以解决生活中的实际问题为出发点，通过学生动手实践，增强学生的探究和创新意识，发展综合运用知识的能力。经过讨论，学校课程团队决定开发基于STEAM教育理念的物联网综合实践活动课程。 接下来要解决的问题是，如何将物联网技术应用到物理综合实践活动中去。经课程团队成员共同研究，2018年11月由我执教，面向无锡市梁溪区教师推出一堂题为《设计简单电路》的综合实践活动研讨课。这是苏科版物理九年级上册教材中一节课，最终设计成了以编程体现技术、以作品成品化展现工程，并结合物理电路设计的STEAM课。江苏省物理教研员叶兵评价这堂课“融合创造性、实践性和结合性解决真实问题，渗透工程学思想，让物理教学更贴近生活”。当年12月在北京举办的中英教育技术助力智能时代教育变革论坛上，我向来自全国的专家和教师代表介绍了学校开展“创客和STEAM”教育的概况和课程设计，当时专家评价此项课程打通了创客教育和学科教育的壁垒，适合于学生发展的需求，能够帮助学生达成求真探索、实事求是的科学素养。 物联网创新实践课程开发与实践 各种课程的实践研讨活动，为学校课程开发指明了路径，即以物理科学作为学科整合的核心，分析物理综合实践活动与物联网技术相联系的切入点，设计物联网创新实践项目。课程设计思路（见下表）根据初中学生的认知规律，由浅入深在每个项目之前介绍不同的物理知识和传感器技术，并针对这些知识开展相关的项目学习。我们将多年来的探索成果总结提炼，开发了十个以物理“声、光、电、力、热”为主题的物联网创新项目。开发项目的初衷是为了让更多的师生能加入进来，系统地培养学生的创造性思维，让项目学习真正融入课堂教学。项目中还包含了创造性方法和策略的掌握，项目通过开放性讨论，一步步引导学生建立一种更发散、独立的思维模式。 合理有效地在全校范围实施这一课程是非常重要的，学校利用全校范围内的校本课程进行师生双向选课。“IOT创客工坊”社团可以面向初一学生进行招募，选出在科技方面有优势或热爱科技的学生。具体实践办法有以下四大特点：一是项目式学习模式提升教学效果。以小组为单位开展项目式学习，从项目的开始到项目的结题展示，都以学生为主体。二是支架式教学促进知识建构。师生会围绕任务单开展作品的制作，任务单包含设计来源、解决问题、突出功能、所用工具等。三是自主选修模式让师生共同发展。学生是课程实施的主体，能自主选择感兴趣的技术类课程进行学习。因此，学校设置了自主选课的教学。目前，开设的物联网创新实践课程包含四个子课程，即开源硬件与编程、机器人课程、Python编程与3D设计与打印，提供给有不同技术爱好的学生进行选择。四是科学设计课程活动提高项目完成度。结合实际教学，每个项目设计为4课时，第一课时知识准备，介绍物理知识和相关技术知识、传感器的应用等；第二课时介绍生活中的场景，通过情景引入与现实结合，作为学生发问和思考前的铺垫；第三课时引导学生开展项目的研究活动，通过活动步骤的引导，培养学生的各项能力；第四课时用于评价与交流，将作品进行交流和分享，通过小组交流欣赏他人作品，并提出问题，在交流和反思中促进提升。 2019年9月，课程研发团队出版了《物联网课程活动设计》的校本教材，这本教材不仅有对学生的项目指导，也囊括了历届比赛中学生获得全国一等奖的创意作品。从创意到改进，提供给学习者示范和启迪。
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