《碳中和：物联网的新机遇》教学案例

耿秋萍

● 学科核心素养

信息意识：主动关注信息技术工具发展中的新动向和新趋势，有意识地使用新技术处理信息。

计算思维：针对给定的任务进行需求分析，明确需要解决的关键问题。

数字化学习与创新：根据学习任务的复杂程度和个体学习需求的特点，合理运用数字化环境，主动参与协作学习与协同创作。

信息社会责任：认识信息技术发展对社会进步和人们生活带来的影响。

● 课程标准要求与学业要求

课程标准要求：通过分析物联网应用实例，知道信息系统与外部世界的连接方式，了解常见的传感与控制机制。

学业要求：了解信息技术对社会发展、科技进步以及个人生活与学习的影响;了解常见的传感与控制机制，以及接入方式、宽带等因素对信息系统的影响;能构建简单的信息系统，积极利用各种信息系统促进学习与发展;认识信息系统在社会应用中的优势及局限。

● 教学内容分析

本课来自高中信息技术必修2《信息系统与社会》（教育科学出版社）的第2单元第3节，教学内容通过围绕物联网对促进碳中和的实际意义，借助“数字植物园”系统的体验与改造，引导学生探寻物联网的基本原理，理解传感器在物联网系统中的作用。

● 学情分析

高一学生有一定的信息系统知识基础，且对生活中的常见传感器都有所见闻，物联网技术更是渗透到了学生生活的方方面面，所以学生对物联网系统的知识接纳和吸收并不困难，但是学生对“碳中和”一词不甚了解，它与物联网之间能产生什么样的化学反应是最容易激发学生求知欲的关键点。

● 教学目标

①体验带有传感器的信息系统，了解常见的传感器与控制机制;

②理解物联网的体系结构，感知物联网从信息感知到信息传输、智能处理的基本过程;

③能够借助物联网技术解决简单问题，分析任务需求，选择合适的信息感知和传输技术，设计并制作简易的物联网系统;

④感受物联网在信息社会中的重要作用。

● 教学重难点

重点：了解传感器，理解物联网的体系结构。

难点：利用物联网系统尝试解决生活中的实际问题。

● 教学过程

1.“碳中和”话题导入，建构主题情境

教师首先播放视频，引导学生了解什么是碳中和以及促进碳中和的两种主要途径。

学生回答什么是碳中和、促进碳中和的两种主要方式是什么。

师：中国敢于立下2倍速的flag（在2060年达到碳中和）的底气之一是什么？

生：植树造林方面的专业和能力。（视频中有相应提示）

教师介绍我国在植树造林方面的技术优势，如蚂蚁森林是一种碳补偿机制，计算碳消耗，换取相应的树种。

设计意图：碳中和、蚂蚁森林话题的引入，为本节课的学习建构了一个主题情境，让学生感受国人植树造林的能力和专业，并且建立信息技术与碳中和之间的联系，引发学生的思考，激发他们继续探索的兴趣，助力其后续学习。

2.体验数字植物园，引出物联网结构体系

（1）环节一

教师连线数字植物园马老师，由她对数字植物园的情况进行简单介绍，同时引导学生查看“感知生长”网站的实时数据，并让学生尝试远程控制浇灌、风机和生长灯的开关。学生也可以通过视频连线，向马老师提问，形成校内校外双师课堂的形式。

学生讨论并回答数字植物园与普通植物园的区别。

教师再根据学生回答，整理关键词——传感器、网络和应用控制，由此引出物联网的概念及物联网系统的感知层、网络层和应用层。

（2）环节二

教师展示数字植物园模型，邀请学生体验其功能，辨识数字植物园各个部分的功能并完成右表。

师：控制条件这一项填写的结果不统一，原因是什么？

生：对控制条件的填写都是依据自己的经验，原因是该系统的控制是手动的，所以控制条件都是人为的估算，不准确，也不及时，从而发现这个系统存在的瑕疵。

师：如果我们能让该系统变成自动的，在温度达到一定值的时候，便自动开启风扇通风降温，这样，控制条件统一后，系统反应也会变得及时。那么，如何把手动变为自动呢？（以生长灯为例做示范，引导学生尝试修改灌溉和风机的自动控制，如图1所示，邀请完成得比较好的学生分享操作过程和自己的思考过程）

师：在数字植物园采用了物联网系统后，相比于同等情况下的人力资源管理植物园其碳排放量每天可减少1.1kg，每年可减少400kg左右的碳排放。这么简单又实用的系统可以帮助碳中和的植树造林管理，那能否应用到节能减排中去呢？

3.延伸物联网应用，建立教室节能系统

师：这个系统可以控制生长灯和风扇，那么它是不是也可以拿来控制我们教室的灯和风扇呢？这个系统能不能直接用来控制教室的设备呢？如果不行，需要修改哪些地方呢？

学生修改数字植物园的系统流程图，使之成为教室节能减排的控制系统。教师邀请2～3位学生陈述想法，并在教师的指导下演示修改程序。

师：我们教室的设备还有很多，如希沃、电子班牌、空调等，接下来，大家可以尝试把教室节能减排控制系统修改得更完善一些，让它成为一个更接近真实教室环境的系统。

学生修改系统流程图，并呈现2～3个典型的学生案例和个人解说。

设计意图：用设备的关联建立系统之间的关联性，让学生把物联网系统从数字植物园的思维空间里移到教室的节能减排的思考中去。引导学生对比教室和植物园对系统需求的异同，展开对物联网系统迁移和改造的思考。这既是对物联网系统知识的巩固，也是强化学生对物联网系统的应用能力，更是希望学生能形成一定的“学以致用”的学习态度和学习习惯。

4.总结

师：大家对传感器、网络和控制条件的修改使得这个系统更加完善，也更符合我们的实际需求。这个系统除了应用于植物园和教室，还有其他的用途吗？

学生围绕问题畅所欲言，并根据教师的引导，从系统适用的空间广度和行业跨度去发挥想象。

教师回顾本节课的活动流程和知识重点（如图2），并提出进一步的学习要求。

设计意图：用数据肯定学生所学知识的社会价值，让学生看到本节课的努力在实际应用中对减少碳排放是可观的。回顾本节课的流程，再次强化重要知识点，实现教學目标，并推动学生的思维往更高更广的方向延展，也为下节课远程控制系统的组建埋下伏笔。

● 教学反思

本节课产生的社会原因是当前我国对碳中和势在必行的严肃态度，由于物联网系统对促进碳中和有着不可小觑的作用，所以教学的每一个环节都紧扣物联网系统对植树造林和节能减排的实际效用展开。浏览数字植物园系统平台和远程连线双师对话，让学生了解数字植物园的主要组成部分，进而了解物联网的体系结构。通过对已有的数字植物园系统的修改和创新，使学生掌握物联网系统的基本体系和关键技术，并能适当地迁移应用，控制教室的节能减排。同时，引导学生运用所学知识，搭建两者的融合桥梁，关注节能，关注碳排放，建立环保的学习生活理念，以及躬身力行、致力环保的意识。