項目式學習在高中信息技術教學中的應用研究
——以Python人工智能爬蟲課程為例

李興隆,佟松齡,董 艷

(1.北京師范大學 教育學部,北京 100875;2.中國人民大學附屬中學,北京 100086;3.深圳市光明區(qū)高級中學,廣東 深圳 518107)

一、概述

隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網+、5G等新一代信息技術的快速發(fā)展,教育領域正在發(fā)生深刻變革[1]。當今時代的學生自幼接觸手機、電腦、互聯(lián)網等相關產品,他們已由過去的數(shù)字移民過渡為數(shù)字原住民[2]。這對信息技術教學提出了更高的要求。在過去的信息技術教學中存在諸多誤區(qū):在課程內容上有諸如文字錄入、辦公軟件、編程教學等,但這些內容僅僅是培養(yǎng)學生對于信息技術的熟悉程度,缺少對于學生信息素養(yǎng)、計算思維的提升[3],與當今社會的時代要求不符;在教學方法上,部分教師采用講授式的教學方法,沒有為學生提供激發(fā)學習興趣的問題情境,導致教學效果不盡如人意[4]。

基于此,本研究通過高中信息技術一線的實踐教學,以中國人民大學附屬中學的高中生為研究對象,借助項目式學習方法在信息技術學科教學中的實踐應用,經過課程設計、構思、研討、實踐與迭代諸多步驟后,形成Python人工智能爬蟲課程,以促進學生的信息意識與核心素養(yǎng)的養(yǎng)成,為一線實踐教學的教師及學者提供借鑒參考。

二、中學信息技術教學現(xiàn)狀分析

1.信息技術學科的地位較低

高考作為高中教育的指揮棒,自然會影響教師、家長、學生對于不同學科的重視程度,除浙江省將信息技術納入高考選考科目外,在大多數(shù)省份中信息技術是非高考科目,因此,信息技術毋庸置疑地成為了各個學科中的“邊緣人”[5]。具體體現(xiàn)在部分學校對于信息技術學科并不認可,同時多數(shù)信息技術教師還要承擔如機房維護等事務性工作,導致信息技術教師的工作量較大[6]。

從實踐經驗和調研結果來看,部分學生也并不重視信息技術課,認為:部分教學內容過于簡單,如word排版,沒必要學,教學內容較為枯燥、實用性差[7];學習內容過難,如編程學習,掌握起來較為吃力。因此教師在教學設計過程中需要綜合考慮諸多要素,根據(jù)現(xiàn)實情況選擇更優(yōu)的教學內容與方式。

2.信息技術知識的實踐性強

課標規(guī)定,高中信息技術課程分為必修課、選擇性必修課、選修課。必修課已有明確教材內容,選擇性必修課和選修課則在教學實踐中呈現(xiàn)出不同的樣態(tài)。必修課主要以講授為主,選擇性必修課分為升學考試類和個性化發(fā)展類課程,選修課為由高中自行開設信息技術的校本課。其中必修課和選擇性必修課中的升學考試類課教學內容較為固定,面向個性化發(fā)展的選擇性必修課和選修課的教學內容較為靈活[8]。近些年,信息技術的課程改革如火如荼,編程、視頻拍攝與制作等課程內容都被搬上了信息技術學科教學的舞臺,從過去的辦公軟件到如今的編程、新媒體教學內容,無一不體現(xiàn)了信息技術學科知識實操性強的特點。

在實踐中,教學過程被劃分為教師講解與學生的上機實踐,由于信息技術的學時遠遠少于其他高考學科,因此教師在課堂教學中對于講解時間和學生實踐時間的把握尤為重要[7]。在信息技術知識實踐性強、課時少的現(xiàn)實背景下,信息技術教師所選擇的教學方法顯得尤為重要。

3.信息技術教學方法待改進

基于信息技術的學科特性,教師應選擇一種有針對性的教學方法以保障信息技術的教學效果。傳統(tǒng)的信息技術課堂教學暴露出來的問題有:在教學目標上,過于突出操作技能的練習而忽略了核心素養(yǎng)的培養(yǎng),導致教學目標有效性缺失;在教學情境中,問題在于與學生的生活實踐經驗相脫離,導致無法激發(fā)學生的學習動機;在教學活動設計上,缺乏與學生的有效交互,且沒有充分調動學生與學生之間互動的積極性;在課堂提問上,教師提問的層次較為淺薄,無法培養(yǎng)學生的遷移能力與創(chuàng)新思維,面對課堂中的“意外”情況,教師的處理方式較為單調[9]。

那么有沒有一種以學習者為中心、統(tǒng)領學習任務、調動學生協(xié)作學習與積極性的學習方式能夠在信息技術學科中加以應用呢?經過初期的文獻調研與實踐發(fā)現(xiàn),項目式學習在基礎教育領域和高等教育領域均發(fā)揮了重要的作用?；诖?本課例將項目式學習方法應用于高中信息技術學科教學之中。

三、信息技術教學的破局之道:項目式學習

項目式學習是體現(xiàn)以人為本的理念,落實以學習者為中心的創(chuàng)新教學法。項目是指創(chuàng)造特定產品或服務,借助多種手段和方式,在一定時間內解決多個相互關聯(lián)著的任務。在教育領域中,項目式學習是指以學科教學內容為中心,通過作品的制作,在真實世界中借助多種資源與手段,在一定時間內解決相互關聯(lián)著的問題的一種新型教學模式[10]。項目式學習的價值體現(xiàn)在如下幾個方面:首先,項目式學習的開展有利于學生科學探究與人文精神的培養(yǎng);其次,項目式學習在提升學生的核心素養(yǎng)與學科能力上發(fā)揮顯著的作用;再次,項目是當今社會工作的主流,讓學生在學校學習階段接觸項目式學習,更利于學生的未來工作[11];最后,項目式學習落實了從重視教師“教”到支持學生“學”的重要轉向,體現(xiàn)了落實以學習者為中心的教改方向[12]。

項目式學習在信息技術教學中的應用在我國已有諸多實踐。鐘柏昌教授認為信息技術教學更應使用項目式學習的教學方法[13]。滕珺等對項目特質作了進一步拆解:真實的情境性——所選擇的項目應是學生在現(xiàn)實生活中遇到的現(xiàn)象或問題;項目式學習更加強調系統(tǒng)思維——這與社會對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的要求不謀而合;產品導向——在項目式學習課程結束后要有產品,此產品可以是實體,如學生組裝的機器人,也可以是設計方案等虛體內容[14]。對于信息技術學科而言,項目式學習關注真實問題情境、小組協(xié)作學習、問題解決能力的培養(yǎng),這與2022年發(fā)布的新課標中所要求的培養(yǎng)學生解決問題能力、提高數(shù)字化合作與探究能力、發(fā)揚創(chuàng)新精神等不謀而合[15]。同時不同于以往學生機械模仿教師的操作行為、缺乏自主探索與思考,項目式學習能夠鼓勵學生在實踐中成長、在思考中創(chuàng)新。此外,項目式學習能夠有效落實跨學科知識的教學,如學生在完成項目解決問題的過程中,可能會把不同的學科知識整合應用,這更利于學生對所學知識進行高階遷移[16]。

1.項目式學習賦能信息技術教學的應用方法

項目式教學經過多年的發(fā)展,出現(xiàn)了不同的變體與模式,經過對過往文獻的梳理發(fā)現(xiàn),項目式學習有最基本的五個步驟:確定項目、確定計劃、活動探究、作品制作、成果交流與活動評價[17]。由于問題情境構建和團隊組織也是影響項目式學習的關鍵因素,本研究參考張文蘭等提出的項目式學習設計模式,將項目團隊組建與問題情境導入兩個步驟作為項目設計階段,項目實施分為確定項目、制訂計劃、活動探究、作品制作階段,項目評價分為成果交流與總結評價兩個步驟[18]。具體如圖1所示。

教師在項目設計階段主要負責問題情境構建和指導學生組隊,學生在此階段要將已有經驗與教師的問題情境相結合,隊友選擇也需要在此步驟完成。在項目實施階段主要完成的任務有確定項目、制訂計劃、活動探究與作品制作,教師主要負責對項目進行拆解,提供適切的資源,對必要解決的共性問題進行課堂統(tǒng)一教學,協(xié)調監(jiān)督學生的活動實施流程,學生則需要在目標確立后,對課程進行學習,在此基礎上自主探索、小組協(xié)作交流,完成課程作品的制作。在項目評價階段要完成的任務有成果交流和總結評價,除了常規(guī)的教師評價與學生評價外,教師還應邀請項目相關領域的專家對學生的作品進行點評和指導,學生在此步驟要對小組完成的作品進行展示,并反思交流。

2.項目式學習增效信息技術教學的關鍵要素

在項目設計階段:問題情境構建要以小見大,與學生生活關聯(lián),引發(fā)學習者的認知沖突;學生組隊不可放任自由,要有一定的原則和方法。在項目式學習課程開始前,教師應找尋教學主題與學生已有知識經驗的聯(lián)結點,這樣既能有效吸引學生的學習興趣,與學生已有的知識經驗相結合,又能夠達到對項目進行析出的作用。同時,在項目開始前,就要注重學生的團隊組建,因為后續(xù)的學習活動開展都需要基于團隊協(xié)作,學生的學習體驗、項目的產出質量與深度均與此相關。在實際落實中有如下幾種方式:一是學生自行組隊,優(yōu)勢在于隊員之間較為了解,便于溝通交流;二是根據(jù)學生學習風格及能力組隊,優(yōu)勢在于成員之間能力互補;三是教師隨機分配,這樣的組隊方式貼近現(xiàn)實情境,但對于項目完成的不確定性較大,日常教學中不建議使用[19]。

在項目實施階段:制訂計劃要注意學習任務的可行性與開放性;活動探究過程中要提供充足的學習資源與支撐,并充分調動不同小組內有特長學生的積極性,盡可能發(fā)揮每個個體最大的價值與作用;作品制作應提前說明所需材料,并制定項目評價標準,方便學生在作品制作過程中實時對標。教師在此過程中所扮演的角色是不斷轉換的,一是按照項目的推進進度實時改變角色,二是根據(jù)學生的需求不斷提供相應的指導與幫助。教師需要在項目開始前對項目的探究與實施進行推演假設,盡可能考慮全面并進行教學準備,同時對學生的共性問題進行集中授課解答,對較為個性化的問題進行單獨處理。

在項目評價階段:一是對項目式學習的成果進行多元評價,除常規(guī)的教師評價與學生評價外,應邀請項目領域相關專家對學生作品進行點評;二是將學生作品中的優(yōu)秀案例作為生成性資源。教師應給學生足夠的舞臺,讓學生與學生之間、學生與專家之間深入交流,并由專家進行指導,以利于學生在匯報作品的基礎上再作改進與提升。

四、高中信息技術項目式學習的應用案例

“人工智能課程之Python爬蟲”是學校的選擇性必修課程,共11次課,每次課40分鐘,具體教學進度會根據(jù)學生的實際情況進行調整。課程目標:一是使學生能對現(xiàn)實生活中有關流量明星造假的問題進行深入思考,培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng);二是使學生通過實際項目的復現(xiàn)與學習,掌握人工智能爬蟲抓取數(shù)據(jù)方式的一貫思路與具體方法;三是使學生最終完成主題相關編程項目,并匯報交流,從而提升學生的創(chuàng)新思維與溝通能力。在教學評價上,形成性評價占比40%,終結性評價占比60%。完整的課程教學計劃見表1。

1.課程緣起

人工智能作為近些年中小學實踐領域非常關注的內容,在一線教學中通常以信息技術或人工智能課程形式開展,教學內容通常為編程、機器人等與人工智能相關的課程[20]。

2019年人民日報官微發(fā)表了有關流量明星數(shù)據(jù)造假的微博,批判了當前部分明星流量造假、干擾正常演藝秩序的行為。如對某自媒體平臺中的流量明星分析顯示,粉絲群體中有11%是水軍,為其刷出73%的造假數(shù)據(jù)[21]。

基于此,本課程的問題情境導入便選擇了流量明星數(shù)據(jù)造假的真實問題情境。同時,由于這些話題與學生日常生活所關注的內容相貼切,所以對項目引入將起到重要作用。

2.項目實施

在去除導入階段、自主探究、項目答辯與總結幾個環(huán)節(jié)后,課程可以分為初探、進階與深入三個大的子主題。

初探階段主要涉及的是Python爬蟲的初始環(huán)境構建,同時在環(huán)境搭建完成后,會在當堂課讓學生實踐一個爬取圖片的小項目,讓學生感受數(shù)據(jù)爬取的樂趣,并為學生說明爬蟲時要遵循的法律法規(guī)與相關互聯(lián)網協(xié)議。后兩節(jié)課則是針對網頁中兩種典型的數(shù)據(jù)進行爬取,分別是靜態(tài)網頁與動態(tài)網頁數(shù)據(jù)接口調用的內容獲取。

進階階段會緊扣項目主題進行功能實現(xiàn),尤其是社交平臺點贊器的案例,在實現(xiàn)過程中充分激發(fā)了學生的學習熱情,調動了學生在以往生活中的實踐經驗,學生會更加樂于深入探索人工智能項目中的更多可能性,并且也與課前導入的環(huán)節(jié)前后呼應。移動端Web數(shù)據(jù)抓取則是對網頁端數(shù)據(jù)抓取的一種補充方式與選擇,學習者可以在電腦端網頁爬取受阻時使用移動端進行嘗試。

深入階段,教師依舊會結合案例進行相關內容的講解,但從此階段開始學生會逐漸步入課堂的舞臺中央,教師除了案例演示與知識講解外,會給學生更多的自主探索、挖掘的機會,學生之間的互動與交流頻次也會比前面的課程更多。

自主探究階段是給學生組內合作交流自主完成項目的專用時間,教師在此過程中應在關注課堂紀律的同時對學生的項目進行指導與把關,因為這是在項目匯報前、也是整個項目式學習成果檢驗準備的重要環(huán)節(jié)之一。在項目答辯與總結階段,教師會邀請人工智能領域的專家對學生的作品進行指導與點評,為學生后續(xù)的自主發(fā)展提供更多的支撐。在全部教學環(huán)節(jié)結束后,教師對整個課程的開展、學生的學習表現(xiàn)等進行總結,并為學生展望未來人工智能領域發(fā)展的前進方向。

五、總結

經過一學期的實踐,針對項目式學習在高中信息技術教學中的應用積累了一定的經驗:一是項目式學習的驅動性問題一定要找準,此問題不可過于寬泛,也不應過于具體,應在項目主體的范圍內具備可操作性;二是學習過程主要分為獨立學習與合作探究,這二者并不相互矛盾,簡單的知識學習不需要進行交流時采用獨立學習的方式,而面對難度較大、開放性較強的問題時則可以采用合作探究的方式,教師一定要把握這二者的應用時機;三是對于未經歷體驗過項目式學習的教師而言,初次開設項目式學習的課程需要付出更多的時間和精力;四是在開展項目式學習課程時應采用不同方式的教學策略,達到教學質量與效率的雙提升。經過師生話語分析與學生訪談發(fā)現(xiàn),項目式學習中學習者的學業(yè)成績比傳統(tǒng)教學中表現(xiàn)更優(yōu),學生的溝通能力、協(xié)作能力都得到了有效提升,并在之后的課程學習中樂于采用項目式學習的方法。