〔摘""要〕"本文探討了在小學(xué)信息科技課程中應(yīng)用問題鏈教學(xué)法和物聯(lián)網(wǎng)編程教育的實(shí)踐與思考。通過“智能澆花系統(tǒng)”設(shè)計(jì)案例，分析了物聯(lián)網(wǎng)編程在教育中的應(yīng)用，以及問題鏈教學(xué)法在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力中的作用。文章還討論了跨學(xué)科整合在學(xué)科育人中的重要性，并對教學(xué)效果進(jìn)行了評估與反思。〔關(guān)鍵詞〕"信息科技；“智能澆花系統(tǒng)”；物聯(lián)網(wǎng)編程教育；問題鏈教學(xué)法；跨學(xué)科整合在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，信息科技教育對于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力至關(guān)重要。物聯(lián)網(wǎng)（Internet"of"Things，"IoT）技術(shù)作為連接物理世界與數(shù)字世界的重要橋梁，為教育領(lǐng)域帶來了新的機(jī)遇。本文旨在探討如何通過物聯(lián)網(wǎng)編程和問題鏈教學(xué)法，提升小學(xué)信息科技課程的教學(xué)效果。通過“智能澆花系統(tǒng)”設(shè)計(jì)案例，本文將展示如何將理論與實(shí)踐相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力。一、理論基礎(chǔ)與教學(xué)設(shè)計(jì)（一）過程與控制中物聯(lián)網(wǎng)編程教育的理論基礎(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以其獨(dú)特的方式將物理世界與數(shù)字世界緊密相連。通過整合傳感器、設(shè)備和軟件，物聯(lián)網(wǎng)不僅改變了我們的生活方式，也為教育領(lǐng)域帶來了新的機(jī)遇。在小學(xué)信息科技課程中，物聯(lián)網(wǎng)編程教育正逐漸成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的重要途徑。傳感器是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中不可或缺的一部分，負(fù)責(zé)收集和傳輸各種環(huán)境數(shù)據(jù)。通過學(xué)習(xí)傳感器的工作原理及其在不同場景中的應(yīng)用，學(xué)生能夠深入理解數(shù)據(jù)采集和處理的重要性。嵌入式系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的核心，通常由微控制器、存儲器和輸入/輸出設(shè)備組成。學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)不僅能讓學(xué)生掌握硬件與軟件的結(jié)合，還能幫助他們理解設(shè)備的控制邏輯。（二）問題鏈教學(xué)法在信息科技教學(xué)中的應(yīng)用問題鏈教學(xué)法是一種創(chuàng)新的教學(xué)策略，它以問題為核心，通過一系列有序且邏輯性強(qiáng)的問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入的思考和探索。這種方法特別注重將問題與學(xué)生的日常生活緊密聯(lián)系起來，從而激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣和求知欲。在問題鏈教學(xué)法中，教師首先會提出一個(gè)引人入勝的問題，這個(gè)問題通常是與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)或興趣相關(guān)的。然后，教師會逐步引導(dǎo)學(xué)生通過一系列相關(guān)問題，深入探討問題的各個(gè)方面。這種邏輯性和連貫性的問題設(shè)置，能夠幫助學(xué)生逐步深入思考，從而培養(yǎng)他們的批判性思維。在信息科技教學(xué)中，問題鏈教學(xué)法可以通過課程導(dǎo)入、知識探究、實(shí)踐操作和反思總結(jié)等階段，逐步引導(dǎo)學(xué)生深入理解信息科技的概念和技能。例如，在設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)時(shí)，教師可以提出與學(xué)生日常生活相關(guān)的問題，如“如何設(shè)計(jì)一個(gè)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的智能家居系統(tǒng)”，然后通過一系列相關(guān)問題，如“傳感器是如何檢測溫度變化的”“控制邏輯如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)節(jié)”等，引導(dǎo)學(xué)生深入探究傳感器和控制邏輯的工作原理，并在實(shí)踐操作中發(fā)現(xiàn)新問題，如“如何確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性？”“如何優(yōu)化用戶界面”等，最終通過反思總結(jié)，學(xué)生不僅能夠鞏固所學(xué)知識，還能培養(yǎng)批判性思維和解決問題的能力。（三）教學(xué)設(shè)計(jì)原則在設(shè)計(jì)小學(xué)信息科技課程時(shí)，"教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定必須具體而明確，為教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供清晰的指導(dǎo)。目標(biāo)應(yīng)明確指出學(xué)生在課程結(jié)束時(shí)應(yīng)達(dá)到的知識水平和技能掌握程度，例如從基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)操作到更高級的編程和數(shù)據(jù)分析技能。教學(xué)內(nèi)容的選擇應(yīng)與教學(xué)目標(biāo)緊密相連，既要深入探討關(guān)鍵概念，也要廣泛覆蓋相關(guān)領(lǐng)域。教學(xué)內(nèi)容不僅應(yīng)包括計(jì)算機(jī)硬件和軟件的基礎(chǔ)知識，還應(yīng)涉及網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)字素養(yǎng)和信息倫理等現(xiàn)代信息技術(shù)領(lǐng)域。在教學(xué)方法上，教師應(yīng)采用多樣化的策略，結(jié)合講授、討論、實(shí)驗(yàn)、游戲等多種方式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與度。例如，通過編程項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生解決問題的實(shí)踐能力，或者通過模擬網(wǎng)絡(luò)安全事件來提高學(xué)生的防范意識。教學(xué)評價(jià)應(yīng)科學(xué)公正，能夠全面反映學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。評價(jià)方法應(yīng)多樣化，應(yīng)包括形成性評價(jià)和總結(jié)性評價(jià)。具體形式可以是項(xiàng)目作品展示、在線測試以及同伴之間的互評等。教學(xué)評價(jià)能夠幫助教師及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，促進(jìn)學(xué)生不斷進(jìn)步和提高。二、“智能澆花系統(tǒng)”設(shè)計(jì)案例（一）實(shí)驗(yàn)背景與需求分析“智能澆花系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)案例提供了一個(gè)實(shí)際應(yīng)用場景，讓學(xué)生在解決實(shí)際問題的過程中學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)編程和控制系統(tǒng)的原理。暑假期間學(xué)生離校，教室內(nèi)的植物需要定時(shí)澆水以保持生長。傳統(tǒng)的澆水方式不僅效率低下，還可能因管理不善導(dǎo)致水資源浪費(fèi)。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)化的“智能澆花系統(tǒng)”就顯得尤為重要?！爸悄軡不ㄏ到y(tǒng)”應(yīng)能夠自動(dòng)檢測土壤濕度，并根據(jù)植物的生長需求適時(shí)澆水。這不僅能夠保證植物的健康生長，還能避免因人為疏忽造成的植物缺水或過水。在設(shè)計(jì)“智能澆花系統(tǒng)”時(shí)，節(jié)能和節(jié)水是兩個(gè)重要的考慮因素。系統(tǒng)應(yīng)通過智能算法優(yōu)化水資源的使用，避免浪費(fèi)。例如，系統(tǒng)可以根據(jù)天氣預(yù)報(bào)和植物的生長周期調(diào)整澆水的頻率和量?？紤]到主要用戶群體是學(xué)生，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)簡潔明了，易于理解和操作。同時(shí)，系統(tǒng)的維護(hù)也應(yīng)盡量簡化，讓學(xué)生能夠輕松地進(jìn)行日常維護(hù)和故障排查。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具有一定的擴(kuò)展性，能夠根據(jù)不同植物的生長特性和環(huán)境條件進(jìn)行定制。例如，系統(tǒng)可以根據(jù)不同植物對水分和光照的需求，調(diào)整澆水和光照策略。（二）問題鏈的構(gòu)建與實(shí)施問題鏈教學(xué)法在本案例中的應(yīng)用，是通過一系列問題引導(dǎo)學(xué)生思考和探索“智能澆花系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的。問題鏈的構(gòu)建如下。問題一：為什么需要設(shè)計(jì)“智能澆花系統(tǒng)”？引導(dǎo)學(xué)生思考“智能澆花系統(tǒng)”的必要性，討論其在日常生活中的應(yīng)用，如假期期間無人照料的植物，或是干旱地區(qū)的植物養(yǎng)護(hù)。讓學(xué)生理解智能系統(tǒng)在節(jié)約水資源、提高植物生長效率等方面的作用。問題二：“智能澆花系統(tǒng)”需要哪些組件？討論系統(tǒng)的基本組成部分，包括傳感器、控制器、執(zhí)行器（如水泵）、電源和通信模塊。讓學(xué)生通過研究和討論，了解各組件的功能和它們在系統(tǒng)中的作用。問題三：如何使用傳感器檢測土壤濕度？深入探討土壤濕度傳感器的工作原理，如電容式或電阻式傳感器。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何選擇合適的傳感器，并討論傳感器的安裝和校準(zhǔn)方法。問題四：如何將傳感器數(shù)據(jù)傳輸給控制系統(tǒng)？討論傳感器數(shù)據(jù)的采集和傳輸方式，如無線通信（WiFi、藍(lán)牙）或有線連接。引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕驹砗涂赡苡龅降募夹g(shù)挑戰(zhàn)。問題五：控制系統(tǒng)如何根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)做出決策？討論控制系統(tǒng)的決策邏輯，如基于閾值的控制或更復(fù)雜的算法。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何編寫控制算法，并討論不同算法的優(yōu)缺點(diǎn)。問題六：如何編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆水功能？引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)編程語言和開發(fā)環(huán)境，編寫控制邏輯和用戶界面。討論編程過程中可能遇到的問題，如錯(cuò)誤處理和調(diào)試技巧。問題七：如何測試和優(yōu)化“智能澆花系統(tǒng)”？討論系統(tǒng)測試的重要性，包括功能測試、性能測試和穩(wěn)定性測試。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)測試用例、收集測試數(shù)據(jù)，并根據(jù)測試結(jié)果優(yōu)化系統(tǒng)。通過這些問題，學(xué)生將逐步了解“智能澆花系統(tǒng)”的工作原理，學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)編程，并培養(yǎng)解決問題的能力。（三）跨學(xué)科整合下的學(xué)科育人內(nèi)容“智能澆花系統(tǒng)”設(shè)計(jì)案例是一個(gè)典型的跨學(xué)科項(xiàng)目，涉及科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。通過這一案例，教師有機(jī)會引導(dǎo)學(xué)生深入理解植物生長所需的水分和土壤濕度，同時(shí)掌握傳感器和控制系統(tǒng)的基本原理。在設(shè)計(jì)和優(yōu)化“智能澆花系統(tǒng)”的過程中，學(xué)生不僅可以學(xué)習(xí)理論知識，還能通過實(shí)踐應(yīng)用數(shù)學(xué)知識，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)優(yōu)化。通過“智能澆花系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)及其實(shí)現(xiàn)，學(xué)生能夠接觸到植物學(xué)、環(huán)境科學(xué)等科學(xué)領(lǐng)域的知識，培養(yǎng)科學(xué)探究和實(shí)證分析的能力。物聯(lián)網(wǎng)編程和硬件操作的學(xué)習(xí)，不僅提升了學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力，也激發(fā)了他們的創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維。（四）教學(xué)過程的實(shí)施本案例中使用的實(shí)驗(yàn)器材包括Arduino主板及擴(kuò)展板、土壤濕度傳感器、水泵等，選擇的編程平臺是Mind+，支持圖形化編程，提供豐富的庫并且易于集成，適合小學(xué)生學(xué)習(xí)和使用。在教學(xué)實(shí)施的過程中，筆者采用了循序漸進(jìn)的方法。首先通過討論植物養(yǎng)護(hù)的基本需求，筆者引入“智能澆花系統(tǒng)”的概念，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究欲。接著，學(xué)生分組進(jìn)行問題鏈討論，共同探索解決方案。在硬件組裝環(huán)節(jié)，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下動(dòng)手操作，直觀理解硬件工作原理。隨后，學(xué)生利用Mind+平臺進(jìn)行編程實(shí)踐，通過圖形化編程掌握程序邏輯和流程。在功能測試與優(yōu)化環(huán)節(jié)中，學(xué)生測試系統(tǒng)功能并根據(jù)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。三、教學(xué)效果分析與反思（一）學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評估在“智能澆花系統(tǒng)”設(shè)計(jì)案例的教學(xué)過程中，筆者通過多種方式對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行了評估。通過測試和作業(yè)，筆者評估了學(xué)生對物聯(lián)網(wǎng)編程和控制系統(tǒng)原理的理解。評估結(jié)果顯示，大多數(shù)學(xué)生能夠準(zhǔn)確理解并應(yīng)用這些原理，但也有部分學(xué)生在理論知識與實(shí)際操作之間存在一定的脫節(jié)，需要進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過觀察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的操作，筆者評估了他們應(yīng)用編程和硬件技能的能力。學(xué)生在組裝硬件和編寫程序的過程中，展現(xiàn)出了較高的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維。（二）教學(xué)反思與改進(jìn)建議通過觀察學(xué)生在課堂上的反應(yīng)和作業(yè)完成情況，筆者發(fā)現(xiàn)一些內(nèi)容可能過于復(fù)雜或抽象，導(dǎo)致部分學(xué)生難以理解和掌握。在后續(xù)教學(xué)中，可以適當(dāng)調(diào)整難度或深度，確保教學(xué)內(nèi)容既具有挑戰(zhàn)性，又不至于讓學(xué)生感到沮喪。通過分析學(xué)生在問題鏈討論和跨學(xué)科項(xiàng)目中的表現(xiàn)，筆者發(fā)現(xiàn)這些教學(xué)方法能夠有效激發(fā)學(xué)生的探究興趣和創(chuàng)新思維，然而也存在一些不足之處，如互動(dòng)環(huán)節(jié)不夠充分、實(shí)踐機(jī)會有限。在后續(xù)教學(xué)中，可以引入更多的互動(dòng)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，如增加小組討論、角色扮演、現(xiàn)場演示等，提