指向核心素養(yǎng)的漸進(jìn)式PBL實(shí)踐應(yīng)用

詹宋強(qiáng)

【摘 要】本文結(jié)合信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)PBL的理論依據(jù)、內(nèi)涵進(jìn)行梳理，提出了漸進(jìn)式PBL設(shè)想，并以AIoT電動(dòng)車頭盔監(jiān)測系統(tǒng)為例，探討如何在新課標(biāo)的指導(dǎo)下，開展?jié)u進(jìn)式PBL教學(xué)，進(jìn)一步豐富信息科技學(xué)科PBL的理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng)；漸進(jìn)式PBL；信息科技；AIOT

【中圖分類號(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）06-048-03

2022年發(fā)布的義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱“新課標(biāo)”），標(biāo)志著我國初中、小學(xué)階段的信息科技教育進(jìn)入了核心素養(yǎng)時(shí)代。新課標(biāo)從培養(yǎng)什么樣的人以及如何培養(yǎng)人的角度，對(duì)信息科技教育做了深入分析和重要補(bǔ)充，采用更準(zhǔn)確細(xì)致的綱領(lǐng)為義務(wù)教育階段的信息科技教學(xué)指明了方向。在這樣的教學(xué)理念指導(dǎo)下，我們從教與學(xué)的關(guān)系出發(fā)，進(jìn)行了大量地探索。

充分理解新課標(biāo)的主要內(nèi)容和特征

熊璋教授指出：信息科技課程具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和綜合性等特征。在課程內(nèi)容上，新課標(biāo)圍繞數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能六條邏輯主線設(shè)計(jì)義務(wù)教育全學(xué)段內(nèi)容模塊。其中，數(shù)據(jù)、算法、信息處理是六條主線中的核心，信息按一定規(guī)則進(jìn)行編碼就成了數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)按一定的方法計(jì)算（算法）就是我們?nèi)粘＝鉀Q問題的方法和步驟。這三大核心在整個(gè)義務(wù)教育的內(nèi)容模塊中雙線循環(huán)，螺旋上升。網(wǎng)絡(luò)、信息安全、人工智能三條主線可以通過開展數(shù)字設(shè)備體驗(yàn)、數(shù)據(jù)編碼探秘、小型系統(tǒng)模擬、互聯(lián)智能設(shè)計(jì)等跨學(xué)科主題活動(dòng)進(jìn)行知識(shí)的進(jìn)階學(xué)習(xí)，從而形成系統(tǒng)的信息科技知識(shí)體系。

再談PBL的理論依據(jù)、內(nèi)涵及流程優(yōu)化

1.PBL（Problem-Based Learning）的理論依據(jù)

PBL強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)設(shè)置到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，通過讓學(xué)習(xí)者合作解決真實(shí)性問題，來學(xué)習(xí)隱含于問題背后的科學(xué)知識(shí)，形成解決問題的技能。建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)過程不是學(xué)習(xí)者被動(dòng)接受知識(shí)，而是積極建構(gòu)知識(shí)的過程，是一個(gè)親自參與，有豐富、生動(dòng)的思維活動(dòng)實(shí)踐和創(chuàng)新的過程。杜威說，所謂教育，就是要在學(xué)校知識(shí)的獲得與社會(huì)的各種活動(dòng)和職業(yè)之間建立有效聯(lián)系。[1]布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論要求學(xué)生在教師引導(dǎo)下親自去發(fā)現(xiàn)問題的結(jié)論和規(guī)律，成為一個(gè)“發(fā)現(xiàn)者”。[2]

2.漸進(jìn)式PBL：對(duì)PBL的流程優(yōu)化

所謂漸進(jìn)式PBL是將項(xiàng)目設(shè)計(jì)與國家課程深度融合，在學(xué)習(xí)推進(jìn)過程中，將大項(xiàng)目拆分成若干個(gè)小項(xiàng)目，采用循序漸進(jìn)、螺旋上升的教學(xué)模式。在教師層面，PBL著眼于整體項(xiàng)目設(shè)計(jì)，教師提供整體項(xiàng)目的學(xué)習(xí)資源和指導(dǎo)，關(guān)注項(xiàng)目的完成度和整體的學(xué)習(xí)效果，難以照顧到不同層次的學(xué)生；漸進(jìn)式PBL既注重整體項(xiàng)目設(shè)計(jì)，也關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，根據(jù)教材知識(shí)點(diǎn)將大項(xiàng)目拆分為若干個(gè)小項(xiàng)目，每個(gè)小項(xiàng)目均制定學(xué)習(xí)目標(biāo)、評(píng)價(jià)指標(biāo)，靈活應(yīng)對(duì)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和能力，項(xiàng)目創(chuàng)作是循序漸進(jìn)，螺旋上升的。在學(xué)生層面，PBL先形成項(xiàng)目所需的知識(shí)儲(chǔ)備，再開始項(xiàng)目創(chuàng)作，學(xué)生有了一定基礎(chǔ)，項(xiàng)目相對(duì)容易推進(jìn)，但知識(shí)的遺忘會(huì)影響項(xiàng)目的完成；漸進(jìn)式PBL直接從項(xiàng)目開始創(chuàng)作，“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，學(xué)生的自主選擇和學(xué)習(xí)興趣得到更大的發(fā)揮空間，學(xué)生在完成一系列小項(xiàng)目的過程中掌握知識(shí)技能，獲得項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

漸進(jìn)式PBL的教學(xué)流程如圖1所示。在這一模式下，教師基于生活中的真實(shí)問題，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，解決生活中的真實(shí)問題，助力學(xué)習(xí)真正發(fā)生。其目的是促進(jìn)和深化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，更好地發(fā)展學(xué)生的高階思維，促進(jìn)學(xué)生形成正確的價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。

漸進(jìn)式PBL案例：以AIoT電動(dòng)車頭盔監(jiān)測系統(tǒng)為例

1.準(zhǔn)備階段

在準(zhǔn)備階段，教師是“編劇”，是項(xiàng)目的組織者、設(shè)計(jì)者、資源提供者。教師從課程標(biāo)準(zhǔn)、教材、學(xué)情三個(gè)維度對(duì)問題的背景進(jìn)行充分地研究和論證。

（1）提出符合學(xué)生認(rèn)知的真實(shí)問題。問題的提出，要深入查找現(xiàn)象背后的本質(zhì)，從本質(zhì)提煉大項(xiàng)目主題和大概念。本案例學(xué)生圍繞本地居民安全意識(shí)薄弱、交通事故中因不戴頭盔引發(fā)的傷亡人數(shù)逐年增加、電動(dòng)車的交通治理一直是城市治理的難題等現(xiàn)象展開探討。通過小組思維碰撞，師生將生活中的問題轉(zhuǎn)化為課堂中研究的課題，培養(yǎng)學(xué)生觀察生活的習(xí)慣。

（2）項(xiàng)目背景分析。基于以上問題，結(jié)合新課標(biāo)八年級(jí)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索、九年級(jí)人工智能與智慧社會(huì)等內(nèi)容和要求，加上學(xué)生已具有的K210、掌控板等開源硬件基礎(chǔ)，教師將此項(xiàng)目的主要知識(shí)技能確定為讓學(xué)生掌握MQTT通訊技術(shù)、Mx-Yolov3目標(biāo)分類技術(shù)。在教學(xué)內(nèi)容上，教師將項(xiàng)目與教材要求的知識(shí)點(diǎn)無縫銜接；在教學(xué)目標(biāo)上，教師要求學(xué)生學(xué)會(huì)判斷傳感器收集數(shù)據(jù)的可靠性，基本掌握分析和應(yīng)用數(shù)據(jù)的能力，掌握問題解決的方法和步驟，達(dá)到用技術(shù)解決生活問題的目的。

（3）確定有價(jià)值的項(xiàng)目主題。通過對(duì)問題的探討，師生共同找出問題背后的本質(zhì)，將項(xiàng)目主題確定為：如何用技術(shù)助力城市交管整治，提升市民的交通安全意識(shí)，最終形成良好的駕駛素養(yǎng)。

（4）制定漸進(jìn)式的學(xué)習(xí)目標(biāo)。師生共同制定如下學(xué)習(xí)目標(biāo)：用傳統(tǒng)人工手段統(tǒng)計(jì)經(jīng)過校門口的電動(dòng)車數(shù)量，不戴頭盔的人數(shù)，形成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表；理解并運(yùn)用MQTT通信技術(shù)、Mx-Yolov3目標(biāo)分類技術(shù)，體驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)與人工智能的關(guān)系；比較AIoT電動(dòng)車頭盔監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)手段統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)之間的差異，驗(yàn)證數(shù)據(jù)的可靠性；在市區(qū)內(nèi)合理選址，搭建多個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將數(shù)據(jù)匯總到阿里云平臺(tái)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，將分析結(jié)果可視化，形成供交警部門參考的數(shù)據(jù)，理解數(shù)據(jù)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的重要意義。

（5）制定目標(biāo)導(dǎo)向的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)價(jià)的主要目的是為了促進(jìn)學(xué)習(xí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)指向項(xiàng)目目標(biāo)，落實(shí)核心素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)真實(shí)情境中問題的解決能力。本案例的評(píng)價(jià)從過程性評(píng)價(jià)、終結(jié)性評(píng)價(jià)、學(xué)生自省三個(gè)維度展開。過程性評(píng)價(jià)主要考查學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、活動(dòng)行為等，其目的是推進(jìn)學(xué)習(xí)；終結(jié)性評(píng)價(jià)主要考查學(xué)生對(duì)MQTT通信技術(shù)、Mx-Yolov3目標(biāo)分類技術(shù)的掌握程度，是否真正理解數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，制作的作品是否能有效地檢測出不戴頭盔的人數(shù)，是否能基于數(shù)據(jù)分析制定提升駕駛員素養(yǎng)的策略，其目的是評(píng)定學(xué)習(xí)水平和學(xué)習(xí)效果；學(xué)生自省主要是在學(xué)習(xí)過程或?qū)W習(xí)結(jié)束后，學(xué)生能自我反思不足，從而調(diào)整學(xué)習(xí)方法，促進(jìn)其設(shè)立更合理的學(xué)習(xí)目標(biāo)。為便于開展評(píng)價(jià)，教師依據(jù)評(píng)價(jià)的指標(biāo)分別編制評(píng)價(jià)量表，這樣的評(píng)價(jià)貫穿于項(xiàng)目創(chuàng)作始終。

（6）設(shè)計(jì)真實(shí)的漸進(jìn)式驅(qū)動(dòng)問題。驅(qū)動(dòng)問題設(shè)計(jì)的原則是解決學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。在本項(xiàng)目中，教師依據(jù)課時(shí)安排和從易到難的原則，設(shè)計(jì)如下子問題：現(xiàn)行的電動(dòng)車駕駛員有哪些陋習(xí)？如何提升駕駛員的素養(yǎng)，提升城市交通整治水平？如何訓(xùn)練頭盔的識(shí)別模型并在真實(shí)環(huán)境中測試識(shí)別數(shù)據(jù)的可靠性？識(shí)別數(shù)據(jù)如何上傳到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)？如何根據(jù)數(shù)據(jù)分析制定駕駛員素養(yǎng)的策略？如何設(shè)計(jì)有一定藝術(shù)性的作品外觀？

（7）提供有用的學(xué)習(xí)支架。漸進(jìn)式PBL支架的主要作用是為學(xué)生提供清晰的學(xué)習(xí)目標(biāo)和路徑，并提供必要的學(xué)習(xí)資源和工具，以幫助他們完成項(xiàng)目任務(wù)。通過學(xué)習(xí)支架，學(xué)生可以更加清楚地了解大、小項(xiàng)目的要求和目標(biāo)，掌握所需的技能和知識(shí)，減少學(xué)習(xí)過程中的困惑和迷茫。同時(shí)，學(xué)習(xí)支架還可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，提高學(xué)習(xí)的效果和成果。本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)支架提供如下內(nèi)容。

項(xiàng)目概述：項(xiàng)目目標(biāo)、背景、主要任務(wù)等，讓學(xué)生了解項(xiàng)目的整體情況和需要達(dá)到的目標(biāo)。學(xué)習(xí)資源：提供Mx-Yolov3目標(biāo)分類技術(shù)教程、MQTT物聯(lián)網(wǎng)通訊教程、K210、掌控板教程，幫助學(xué)生突破技術(shù)障礙。學(xué)習(xí)指導(dǎo)：提供明確的學(xué)習(xí)計(jì)劃、任務(wù)要求、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等，幫助學(xué)生有條不紊地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

2.實(shí)施階段

在實(shí)施階段，教師是“導(dǎo)演”，指導(dǎo)學(xué)生開展探究、為學(xué)生答疑解惑，確保學(xué)習(xí)有序推進(jìn)。

一是根據(jù)小組成員的特長和能力進(jìn)行合理的分工，使用boardmix畫出項(xiàng)目的思維導(dǎo)圖，通過思維導(dǎo)圖提升學(xué)生對(duì)項(xiàng)目全局的把控，初步形成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觀念。二是開展模型訓(xùn)練和部署。學(xué)生親歷相片采集、標(biāo)注、使用Mx-Yolov3對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練、生成頭盔模型，模型測試、模型部署等步驟，通過多次測試和對(duì)測試數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，形成識(shí)別率高的電動(dòng)車頭盔模型。三是程序編寫和功能測試。這是項(xiàng)目的核心階段，學(xué)生使用Mind+編寫程序的功能，完成阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸。學(xué)生在創(chuàng)作過程中會(huì)遇到設(shè)備不穩(wěn)定、程序調(diào)試出錯(cuò)等技術(shù)性問題，教師要引導(dǎo)學(xué)生使用學(xué)習(xí)支架提升自學(xué)能力，關(guān)鍵時(shí)刻教師要“挺身而出”，保證學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和信心。四是外觀設(shè)計(jì)、作品封裝。外觀的設(shè)計(jì)可以讓小組中有美術(shù)功底的學(xué)生完成，學(xué)生用激光切割完成外觀的制作，小組成員共同完成作品的封裝，完成作品制作過程中的技術(shù)文檔、PPT演示文稿的撰寫，做好作品展示的準(zhǔn)備。

3.總結(jié)階段

在總結(jié)階段，教師是“評(píng)委”，組織學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目展示，對(duì)作品開展多元評(píng)價(jià)。學(xué)生在此基礎(chǔ)上對(duì)作品進(jìn)行迭代，驗(yàn)證問題是否得到解決。

（1）項(xiàng)目展示與評(píng)價(jià)。項(xiàng)目完成后，小組以PPT匯報(bào)的形式進(jìn)行作品展示，教師組織學(xué)生圍繞項(xiàng)目完成度、知識(shí)技能掌握程度、小組成員解決問題能力、創(chuàng)新性、可行性、可持續(xù)性等方面進(jìn)行展示。通過學(xué)生自我評(píng)價(jià)、同伴評(píng)價(jià)、教師評(píng)價(jià)等多元方式，師生從多個(gè)角度對(duì)學(xué)習(xí)成果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，對(duì)作品提出意見和建議，幫助各小組進(jìn)一步完善作品。這種評(píng)價(jià)方式可以更全面、客觀地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，有利于促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

（2）項(xiàng)目迭代與優(yōu)化。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，作品展示與評(píng)價(jià)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，但作品完成并不代表項(xiàng)目的終結(jié)。作品的迭代與優(yōu)化是一個(gè)持續(xù)不斷的過程。學(xué)生在聽取他人的反饋和建議后，發(fā)現(xiàn)作品中存在的問題和不足之處，如數(shù)據(jù)的可靠性有待提高、算法的執(zhí)行效率有待進(jìn)一步優(yōu)化等。小組成員對(duì)存在的問題逐一實(shí)施改進(jìn)，如修改作品的細(xì)節(jié)、增加新功能、改進(jìn)算法等。這能夠讓學(xué)生體驗(yàn)到真實(shí)項(xiàng)目中迭代開發(fā)的過程，提高他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

總結(jié)與期望

漸進(jìn)式PBL往往完成的都是綜合性項(xiàng)目，其必定會(huì)涉及跨學(xué)科知識(shí)。如本項(xiàng)目涉及的學(xué)科有信息科技、綜合實(shí)踐、道德與法治等學(xué)科。在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，除了要求學(xué)生掌握信息收集和數(shù)據(jù)的傳輸、整理、分析、應(yīng)用等方面的能力，教師還要根據(jù)其他學(xué)科的核心素養(yǎng)和建構(gòu)學(xué)科知識(shí)圖譜的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)概念，找出其學(xué)科的核心概念，然后再分析這些概念間的關(guān)系，找出其上位概念。在AIoT電動(dòng)車頭盔監(jiān)測系統(tǒng)項(xiàng)目中，以提升市民的交通素養(yǎng)作為上位概念是否合適，還需要深入的探討。在漸進(jìn)式PBL的學(xué)習(xí)活動(dòng)中，本文僅是拋磚引玉。筆者期望采用這種模式，將培養(yǎng)什么樣的人的教育目標(biāo)落實(shí)好，達(dá)到將課程育人內(nèi)化于項(xiàng)目創(chuàng)作中的效果，最終促進(jìn)核心素養(yǎng)的真正落地。

注：本文系廣東省教育科學(xué)規(guī)劃課題“‘輕人工智能課程在中小學(xué)教育的實(shí)踐研究”（課題號(hào)：2021ZQJK059）研究成果

參考文獻(xiàn)

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