论文STEM教育理念下的物联网教学，本文是教育理念类有关在职开题报告范文与理念和STEM教育理念和联网类论文写作资料范文.
程然
（江苏省海安市海陵中学,226600）
摘 要：以苏科版初中信息技术九年级《初识物联网》一课为基础,结合学生日常学习生活中的物联网应用案例,初步探讨STEM教学：介绍生活中的物联网的设计,利用实验器材,让学生认识物联网,体验物联网应用；结合STEM教育理念,让学生拓宽视野,走进物联网的世界,提高对物联网应用的探究能力.
关键词：STEM物联网教学设计
STEM教育是融合了科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）学科的一种综合性教育,强调在多学科的融合中,培养具有创新能力的复合型人才.STEM的教学不能仅仅将科学、技术、工程、数学四门学科知识简单叠加,而要做到将原本分散的学科内容自然组合,把学生需要学习的零碎知识变成互相联系的统一整体,让学生在多学科交叉融合的活动中,将知识与生活经验联系起来,解决实际问题,从而培养他们的创新精神、实践能力以及解决问题的能力.
物联网（Internet of Things）是物体与物体通过电子标签、电子传感器、卫星定位系统等设备,按约定的协议相连接,进行信息交换和通讯,从而实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络.简而言之,物联网就是“物物相连的互联网”.
我校自从2017年获批江苏省STEM项目试点学校以来,一直在积极探索符合学校实际、具有学校特色的STEM教学模式.目前,已经形成了以物联网、机器人、航模、金钥匙科技竞赛等科技教育活动为基础,以科技活动中心为基地的STEM教育研究与实践成果.下面以苏科版初中信息技术九
年级《初识物联网》一课为基础,结合学生日常学习生活中的物联网应用案例,初步探讨STEM教学.
一、教学准备
准备如下器材：自制创意小机器人1个、运动手环1个、手机1个、平板电脑5个、智能LED炫彩灯1个、WiFi电源插座2个、台灯1个、风扇1个、红外线感应1个、温湿感应器1个、无线路由器1个、无线网关1个、多用插座若干.
将其中的部分学生实验器材分成5组,见表1.
表1
组别
器材名称
智能LED炫彩灯
平板电脑、智能LED炫彩灯、多用插座
远程开关台灯
平板电脑、WiFi电源插座、台灯、多用插座
远程排风降温
平板电脑、WiFi电源插座、风扇、多用插座
远程红外探测
平板电脑、红外线感应、多用插座
远程读取温度、湿度
平板电脑、温湿感应器、多用插座
二、教学过程
(一)激趣引入
（将学生分成5个小组,各小组分别推选出组长、记录员、演示员、解说员各一名.要求演示员演示时解说员同步解说；所有人大声回答问题；做实验时紧跟老师的节奏.）
师（展示事先利用Arduino自制的创意小机器人）这是老师今天带来的机器人.向它吹一口气,它就能前进；它还能根据你说话声音的大小,用灯光的明暗做出回应；它也是个胆小的机器人,因为它看见火光会害怕得后退.
（将机器人传给各组,让学生都亲身体验一下机器人吹气前进、随音量闪烁灯光、遇火后退等状态.）
师机器人为什么会知道有人在向它吹气？它是怎么“听”到声音的？又是怎么“看”到火光的呢？问题的答案就在今天要学习的这节课中,一会儿还有更好玩的内容等着我们.（播放一段用手环记录运动数据的视频）同学们,你们看到了什么呢？
生手环.
师手环有些什么功能呢？
生记录步数.
生看时间.
生计算公里数.
师同学们对手环的认识都很准确.今天,老师也带来了一个手环.从现在开始,老师会把它戴在手腕上,让它来记录本节课老师的运动数据.大家可别忘了在下课前提醒老师看一下数据哦.
［设计意图：让小组聚集,近距离体验机器人的动作反馈,激发学生探究的兴趣,让他们带着疑问和好奇进入课堂.以生活中常见的物联网应用小设备——手环,带领学生走进物联网世界,让学生感知生活中的物联网应用,消除物联网的神秘感,将知识与生活经验联系起来,顺势引入本课教学.另外,让学生关注数据,旨在让学生明白数据与信息之间的关系.］
(二)探索交流
师老师有个问题想请同学们思考一下：手环是通过什么感知跑步数据的呢？请小组讨论一下.有答案的小组请举手示意,由小组发言人汇报讨论结果.
（小组讨论.）
生感应器.
生传感器.
师没错,就是传感器.（PPT出示“功能各异的传感器：声音、温度、湿度、气敏、力敏、红外线、图像、运动”）老师课前收集了一些传感器的名称,手环可能使用了哪一种传感器呢？
生运动.
师那手环有了数据之后又是怎样传到手机上的呢？
生蓝牙.
师除了蓝牙这种无线数据传输方式外,大家还知道哪些方式呢？
生ＷiFi.
生3G、4G、5G……
师同学们懂的真不少！手机上的这些数据能给我们哪些提醒？
生跑了多少步.
师跑了多少步、跑了多少公里,这些就是数据的智能应用.手环里的运动传感器感知人的运动并形成数据,蓝牙在手环和手机之间进行数据传输,手机对数据进行智能分析.手机、手环两个物体在这个过程中进行了互联,这种物与物联通的工作方式,就是近几年来火热的新领域——物联网.
［设计意图：借手环的工作过程帮助学生梳理物联网应用的方式,归纳总结物联网应用的特点,进一步认知物联网,了解概念、掌握原理.此部分知识涉及数学、信息学、物理学、工程学等多个学科,在课堂上无须明确指出学科分类,在讲解物联网工作流程的过程中渗透给学生即可.］
(三)体验应用
（播放两段关于物联网应用的视频,其文字说明如下.）
1.基于物联网科技的农作物种植.由传感器感知温度、湿度、土壤盐分等信息,经网络传输到手机或电脑,对比预先设定的农作物最佳生长环境指数,可自动或手动发布指令,进行调节温度、湿度、土壤盐分等操作,让农作物在最适宜的环境中生长,远离虫害、远离农药,让我们吃得更放心.
2.在食物吃得放心的同时我们也需要精神食粮.深圳市将新增20台自助图书馆,使全市自助图书馆的数量达到240台.“自助图书馆吐出的不是书,而是知识和文明.”图书馆的每本书里都贴有一个电子标签；标签阅读器读出标签中的信息,也就是这本书的信息,经网络传输到主机电脑；电脑查询后给出相应的借还处理.图书馆还提供“预借”服务：市民通过图书馆网站预订图书,图书馆会在48小时内通过物流把书送到市民指定的自助机.
师除了这两个物联网应用的例子,在我们的衣食住行中还有哪些物联网应用？或者说,还有哪些与网络有关的智能应用？请小组内讨论说说物联网应用能给我们的生活带来哪些便利.
（学生小组讨论后交流：智能医疗、智能家居、智能交通、智能物流……）
师你们太棒了,个个都是创意家！你们说的有些创意已经实现了,有些还等着你们去创造.（PPT出示图1）其实在我们生活的方方面面都有物联网应用的功劳.
图1
师同学们已经知道了很多智能应用,想不想自己也动动手,搭建一个简单的物联网环境？老师今天带来了一些实验器材.（展示实验器材,PPT出示如下实验原理.）
实验原理本实验以低功耗ZigBee通信技术为支撑,在每台平板电脑（或手机）上安装物联网专用APP,将平板电脑（或手机）通过连接无线路由器接入互联网；将智能LED炫彩灯、WiFi电源插座、红外线感应、温湿感应器等接入智能家居主机——无线网关,将无线网关通过连接无线路由器接入互联网.这样可以通过平板电脑（或手机）等终端控制设备,实现远程控制灯光照明、远程控制家用电器、远程安防、远程环境监测等功能（如图2）.
图2
师请各小组组长抽签领取实验器材,然后带领组员进行实验.
（学生分组实验,搭建简单物联网应用、模拟物联网应用场景.教师组间指导.小组汇报本组完成情况,讲解,演示.）
师控制台灯、风扇的开与关实际上是控制远程电源的开与关.同学们想一想,还可以远程控制哪些电器？
生窗帘开合.
生水壶烧水.
……
［设计意图：借生活中物联网应用的实际案例,带领学生近距离感知物联网,并且通过小组合作实验亲身体验物联网应用,以帮助学生深度理解和掌握物联网的相关知识,提升协作、分享的能力.］
(四)拓展提高
师5组实验器材组成的物联网都已经成功搭建,每组器材都有各自独特的功能.本组器材如果跟其他小组的器材组合在一起,能开发出什么新的功能？或者,你还想添加什么设备,以完成你的设想？请以小组为单位讨论并汇报想法.
（学生讨论,规划,推测,演练,汇报.）
师同学们的思考都有独到之处.你们设计的组合功能可以用在日常生活中的哪些方面？请将自己的想法记录下来.老师也有一个想法,即5组实验器材可以一起组合应用在智能家居上：红外线探测可以让我们知道住所进出情况,保证家庭安全；远程读取温度、湿度可以监测家里的环境是否舒适,如果温度高了,可以打开风扇降温；晚上回家可以先把灯光打开,如果出门前忘记关了,也可以远程关闭；而智能LED炫彩灯则可以用来烘托气氛、切换场景.（稍停）现在同学们已经能够完成实验室物联网搭建了,那么,请同学们思考一个问题：作为物联网的受益者,未来10年、20年,我们需要什么样的物联网为我们服务？
（学生发言,教师小结.）
师一节课的时间对于物联网的发展来说,太短太短,对于我们认识物联网、了解物联网来说,也太短太短.但老师相信,经过我们这一节课的共同努力,物联网的概念、原理、应用、前景已经在我们脑海中有了印记,而这印记将会成为我们今后继续探索物联网世界的一把钥匙,精彩的物联网世界将会为有准备的我们打开大门.按课始的约定,我们一起来看看上了一节课后的手环数据.（将手环的数据和手机同步）哦,老师本节课运动的步数是549步,消耗的热量是21卡路里,大约只等同于一小包薯条的热量.这个数值有点低,课后让我们一起运动起来吧.下课！
［设计意图：在学生小组合作完成实验室物联网搭建后,再次点燃他们创新思维的火花.或许学生现在只能有想法,但只要在心中埋下梦想的种子,条件成熟后自然会开出绚丽的花朵.］
点评,上述文章是一篇关于理念和STEM教育理念和联网方面的教育理念论文题目、论文提纲、教育理念论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文.
参考文献：
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