基于初中信息科技課堂的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐研究

摘要：在數(shù)字時(shí)代下，信息科技課程承擔(dān)了重要的育人使命，但在具體實(shí)施的過程中出現(xiàn)了學(xué)生信息素養(yǎng)發(fā)展不足的問題。因此，本文秉承《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的教學(xué)理念，構(gòu)建了基于智能無人車的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐設(shè)計(jì)框架，并依據(jù)此框架開展教學(xué)研究，以期為初中信息科技課程的教學(xué)提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：信息科技；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；核心素養(yǎng)；智能無人車

中圖分類號(hào)：G434" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" 論文編號(hào)：1674-2117（2025）06-0054-04

在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，信息科技課程的重要地位愈發(fā)凸顯，其承載著培養(yǎng)未來社會(huì)所需人才的核心教育使命，但信息科技課程教學(xué)在具體實(shí)施中卻存在諸多問題，如教學(xué)方式與評(píng)價(jià)方式單一、技能化傾向嚴(yán)重、脫離生活實(shí)際等，忽略了學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）倡導(dǎo)課程內(nèi)容堅(jiān)持創(chuàng)新導(dǎo)向，注重以真實(shí)場(chǎng)景為基礎(chǔ)的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，遴選出科學(xué)原理和實(shí)踐應(yīng)用并重的課程內(nèi)容，強(qiáng)化學(xué)生核心素養(yǎng)導(dǎo)向的多元評(píng)價(jià)[1]，為解決信息科技課堂中的問題提供了新思路。因此，本研究以智能無人車的模型訓(xùn)練為例，采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)的情境中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題，以更好地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，提升其數(shù)字核心素養(yǎng)與技能。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的內(nèi)涵與實(shí)施流程

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-based Learning，簡(jiǎn)稱PBL）是一種建構(gòu)性的教與學(xué)方式，教師將學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)項(xiàng)目化，指導(dǎo)學(xué)生基于真實(shí)情境而提出問題，并利用相關(guān)知識(shí)與信息資料開展研究、設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作，最終解決問題并展示和分享項(xiàng)目成果。[2]它是一種綜合性的學(xué)習(xí)方式，通過創(chuàng)造性學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力，主張建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理念，激勵(lì)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神與人文精神，提高學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)水平，促進(jìn)信息科技學(xué)科的改革與發(fā)展。目前，在學(xué)術(shù)界被廣泛認(rèn)可的是劉景福提出的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)流程，其中包括選定項(xiàng)目、制訂計(jì)劃、活動(dòng)探究、作品制作、成果交流與活動(dòng)評(píng)價(jià)。[3]

實(shí)踐框架設(shè)計(jì)

筆者以訓(xùn)練智能無人車模型為切入點(diǎn)，基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的一般流程，結(jié)合信息科技課程內(nèi)容的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)，構(gòu)建了基于智能無人車的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐設(shè)計(jì)框架，如下頁圖1所示。該框架共包括3個(gè)階段，分別是“項(xiàng)目引入階段”“項(xiàng)目活動(dòng)探究階段”“項(xiàng)目成果展示階段”。其中，“項(xiàng)目引入階段”包括確定項(xiàng)目與制訂計(jì)劃；“項(xiàng)目活動(dòng)探究階段”包括活動(dòng)探究與作品制作；“項(xiàng)目成果展示階段”包括成果交流與總結(jié)評(píng)價(jià)。在該模式中，師生主要采用線上線下相結(jié)合的方式進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的探究活動(dòng)，以訓(xùn)練出有效的無人車模型，使無人車在賽道中完成競(jìng)速任務(wù)。

案例實(shí)施

在教學(xué)實(shí)踐中，筆者以所在學(xué)校八年級(jí)學(xué)生為實(shí)踐對(duì)象，以“智能無人車”項(xiàng)目為教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分解問題，并逐步迭代優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生的信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會(huì)責(zé)任等學(xué)科核心素養(yǎng)。在本項(xiàng)目中，3名學(xué)生為一組，利用已有的課程資料自主學(xué)習(xí)獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)、動(dòng)作空間、算法與超參數(shù)控制等核心知識(shí)點(diǎn)，在“云平臺(tái)訓(xùn)練無人車模型。

1.項(xiàng)目引入階段

（1）確定項(xiàng)目

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程中創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境可充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。本項(xiàng)目創(chuàng)設(shè)的真實(shí)學(xué)習(xí)情境如下：在即將舉行的某科技教育成果展示大賽中，智能無人車賽項(xiàng)使用與ChatGPT等最新人工智能產(chǎn)品同源的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，選擇自動(dòng)駕駛這一人工智能的重要應(yīng)用領(lǐng)域，鼓勵(lì)大家學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、應(yīng)用能“實(shí)時(shí)決策”的賽車模型，并在線上、線下競(jìng)技中掌握從虛擬到現(xiàn)實(shí)的模型遷移能力，完成無人車競(jìng)速任務(wù)。同時(shí)，提出問題：如何設(shè)計(jì)智能無人車模型？如何提高智能無人車的速度？

（2）制訂計(jì)劃

在分析問題與制訂方案時(shí)，師生基于信息科技課堂共同研討，圍繞“智能無人車”項(xiàng)目的目標(biāo)、方法、實(shí)施過程與評(píng)價(jià)規(guī)則等要素，制訂可行的項(xiàng)目實(shí)施計(jì)劃流程表，以保障項(xiàng)目的順利進(jìn)行。

2.項(xiàng)目探究階段

（1）活動(dòng)探究

活動(dòng)探究階段需要學(xué)生重點(diǎn)理解智能無人車的訓(xùn)練原理——強(qiáng)化學(xué)習(xí)，即智能無人車發(fā)起動(dòng)作，在云端訓(xùn)練環(huán)境中呈現(xiàn)某種狀態(tài)，同時(shí)，環(huán)境根據(jù)該狀態(tài)給予智能無人車獎(jiǎng)勵(lì)，如此不斷循環(huán)，就形成了強(qiáng)化學(xué)習(xí)過程，如圖2所示。

在該項(xiàng)目中，學(xué)生需要自學(xué)云平臺(tái)上的課程資料與參數(shù)手冊(cè)，理解并學(xué)習(xí)設(shè)置“獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)”“動(dòng)作空間”與“算法與超參數(shù)”，才能訓(xùn)練智能無人車的模型。其中，“獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)”是使用編程語言撰寫的獎(jiǎng)勵(lì)規(guī)則，為訓(xùn)練環(huán)境提供判斷標(biāo)準(zhǔn)，無人車的行駛主要是依賴于獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)自學(xué)；“動(dòng)作空間”是智能無人車可以采取的動(dòng)作集合，動(dòng)作是轉(zhuǎn)向角與速度的組合，主要包括離散動(dòng)作空間與連續(xù)動(dòng)作空間；“算法”決定了模型的基本結(jié)構(gòu)與學(xué)習(xí)方式，而“超參數(shù)”則通過調(diào)整來控制模型的性能和效果，通過合理設(shè)置，提高模型的準(zhǔn)確性與泛化能力。

（2）作品制作

在學(xué)生了解基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)后，小組合作探究構(gòu)建智能無人車模型，主要包括以下幾點(diǎn)：選擇訓(xùn)練賽道——re： Invent 2018；選擇賽車的外形；設(shè)置訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)，初始訓(xùn)練時(shí)長(zhǎng)可設(shè)置為30～120分鐘；選擇Python或者圖形化編程設(shè)計(jì)獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)；設(shè)置動(dòng)作空間；調(diào)整算法與超參數(shù)的數(shù)值。在模型訓(xùn)練完成后，小組成員需要分析模型對(duì)應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)圖表、評(píng)估結(jié)果與評(píng)估日志，如圖3所示。

智能無人車在強(qiáng)化學(xué)習(xí)的訓(xùn)練過程中會(huì)經(jīng)歷按期迭代，每一代都可以更新行駛策略。獎(jiǎng)勵(lì)圖表能展示每一代的平均表現(xiàn)，供學(xué)生分析模型訓(xùn)練情況。獎(jiǎng)勵(lì)圖表中的綠色線代表每一代訓(xùn)練時(shí)拿到的平均獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)，藍(lán)色線代表每一代訓(xùn)練時(shí)平均完成的賽道百分比，紅色線代表每一代訓(xùn)練后運(yùn)用已有經(jīng)驗(yàn)評(píng)估時(shí)的平均完成的賽道百分比。其中，獎(jiǎng)勵(lì)分?jǐn)?shù)線與訓(xùn)練百分比線應(yīng)呈上升趨勢(shì)，評(píng)估百分比線最高可達(dá)到100%，以保證智能無人車穩(wěn)定跑完全程。評(píng)估結(jié)果要求智能無人車三圈完成賽道的百分比應(yīng)達(dá)到100%，同時(shí)可從中看到智能無人車在理想情況下每圈完成的時(shí)間。從評(píng)估日志中，可以看到智能無人車在賽道上的速度，顏色顯示越深，則速度越快。通過多次訓(xùn)練發(fā)現(xiàn)，智能無人車應(yīng)在彎道降低速度，在直道提高速度，才能使車穩(wěn)定并快速行駛。

學(xué)生可以根據(jù)評(píng)估結(jié)果，調(diào)整智能無人車模型的獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)、動(dòng)作空間、算法與超參數(shù)，不斷進(jìn)行迭代優(yōu)化，幫助智能無人車訓(xùn)練出更好的行駛策略。通過引導(dǎo)學(xué)生逐步分析智能無人車模型的評(píng)估結(jié)果，思考訓(xùn)練策略的不足之處，有利于培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力與批判性學(xué)習(xí)思維，滲透“迭代”思想。

3.項(xiàng)目成果展示階段

這一階段主要包括成果交流與總結(jié)評(píng)價(jià)兩個(gè)環(huán)節(jié)。真實(shí)的物理?xiàng)l件復(fù)雜且多變，且智能無人車受光線的影響較大，因此，學(xué)生可以調(diào)整光源，選擇穩(wěn)健的模型，增加實(shí)體遷移經(jīng)驗(yàn)。小組成員分工合作，在云平臺(tái)中下載智能無人車模型，并通過Wi-Fi上傳至車輛。其他學(xué)生利用電腦端測(cè)試車輛是否正常運(yùn)行，并采用移動(dòng)端調(diào)試車輛的硬件參數(shù)，展示智能無人車在賽道上的行駛過程。

此外，小組成員向大家匯報(bào)智能無人車模型的策略，分享訓(xùn)練經(jīng)驗(yàn)。教師與其他學(xué)生從智能無人車的測(cè)試速度、小組成員匯報(bào)展示效果等方面對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)，以促進(jìn)學(xué)生之間的交流與共同進(jìn)步。通過多方評(píng)價(jià)，小組學(xué)生探究不同智能無人車模型在線上賽道與線下賽道上的區(qū)別，反思模型的訓(xùn)練策略，繼續(xù)迭代優(yōu)化其模型。

啟示與反思

本研究以訓(xùn)練“智能無人車模型”為例，基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)理念，構(gòu)建了實(shí)踐框架，并依據(jù)此設(shè)計(jì)框架，開展了為期一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，旨在提高學(xué)生的問題解決能力，促進(jìn)其學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，解決目前信息科技課堂存在的問題。

1.創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，以賽促學(xué)

新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)：“創(chuàng)新教學(xué)方式，注重創(chuàng)設(shè)真實(shí)的多元化教學(xué)情境，引入多元化數(shù)字資源，促進(jìn)學(xué)生自主、合作、探究地學(xué)習(xí)，提高課程實(shí)施水平?！盵4]傳統(tǒng)課堂以講授法為主，且存在滿堂灌的現(xiàn)象，不利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力、批判性學(xué)習(xí)思維與解決問題能力等高階思維能力?；诖?，本研究創(chuàng)建了一個(gè)真實(shí)的比賽情境——為參加某大賽中的無人車比賽，訓(xùn)練智能無人車模型。真實(shí)的比賽情境可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，學(xué)生為了榮譽(yù)，會(huì)積極學(xué)習(xí)智能無人車相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，訓(xùn)練出穩(wěn)健的智能無人車模型，達(dá)到以賽促學(xué)的效果。

2.構(gòu)建學(xué)習(xí)支架，培養(yǎng)信心

在組織學(xué)生參與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，教師需要為學(xué)生提供合理的學(xué)習(xí)支架，幫助學(xué)生跨越當(dāng)前發(fā)展水平與潛在發(fā)展水平之間的“最近發(fā)展區(qū)”，便于學(xué)生探索、解決更加復(fù)雜的問題。在訓(xùn)練智能無人車模型前，為學(xué)生搭建“腳手架”，有利于減少學(xué)生學(xué)習(xí)的挫折感，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)習(xí)效率。因此，教師鼓勵(lì)學(xué)生利用云平臺(tái)上的課程，自學(xué)獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)、動(dòng)作空間、算法與超參數(shù)等核心知識(shí)點(diǎn)，并與小組同學(xué)進(jìn)行協(xié)作探究，而教師則作為輔助者進(jìn)行補(bǔ)充說明。通過后期的訪談，得知學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)支架的搭建十分滿意。

3.開展交流活動(dòng)，提高效率

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)信息科技學(xué)科的有效學(xué)習(xí)，僅僅依賴云平臺(tái)上的課程內(nèi)容是不夠的。教師需要在教學(xué)期間組織小組學(xué)生進(jìn)行合作交流，分享近期的學(xué)習(xí)成果，以完善智能無人車模型，實(shí)現(xiàn)高效學(xué)習(xí)的效果。例如，在獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)的設(shè)置上，學(xué)生會(huì)采取如“沿中線策略”“復(fù)合策略”與“分區(qū)策略”等；在動(dòng)作空間的設(shè)置上，學(xué)生會(huì)采取“離散動(dòng)作空間”或者“連續(xù)動(dòng)作空間”。獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)與動(dòng)作空間的搭配是多元化的，因此，智能無人車的訓(xùn)練需要大量的“算力”與資金支持。教師鼓勵(lì)學(xué)生互相交流分享經(jīng)驗(yàn)，有利于節(jié)約算力，提高解決問題的效率。

經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生充分掌握了無人車模型的訓(xùn)練方法與技巧。未來，筆者將不斷深化并優(yōu)化項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式，并以此為基石，積極探索并實(shí)踐創(chuàng)新的教學(xué)方法與前沿的課程設(shè)計(jì)理念，為初中信息科技教學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)更多力量，推動(dòng)其持續(xù)進(jìn)步與繁榮。

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作者簡(jiǎn)介：李麗（1996—），女，河南省信陽市人，中學(xué)二級(jí)教師，碩士研究生畢業(yè)，研究方向?yàn)轫?xiàng)目式學(xué)習(xí)、游戲化學(xué)習(xí);張新穎（1982—），女，江蘇省無錫市人，中學(xué)一級(jí)教師，區(qū)教學(xué)新秀，本科，研究方向?yàn)轫?xiàng)目式學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)認(rèn)知。