基于初中信息科技課堂的項目式學(xué)習(xí)實踐研究

摘要：在數(shù)字時代下，信息科技課程承擔了重要的育人使命，但在具體實施的過程中出現(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準（2022年版）》的教學(xué)理念，構(gòu)建了基于智能無人車的項目式學(xué)習(xí)實踐設(shè)計框架，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；項目式學(xué)習(xí)；核心素養(yǎng)；智能無人車

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）06-0054-04

在互聯(lián)網(wǎng)時代，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)在具體實施中卻存在諸多問題，如教學(xué)方式與評價方式單一、技能化傾向嚴重、脫離生活實際等，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準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）倡導(dǎo)課程內(nèi)容堅持創(chuàng)新導(dǎo)向，注重以真實場景為基礎(chǔ)的項目式學(xué)習(xí)，遴選出科學(xué)原理和實踐應(yīng)用并重的課程內(nèi)容，強化學(xué)生核心素養(yǎng)導(dǎo)向的多元評價[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，采用項目式學(xué)習(xí)的方式，引導(dǎo)學(xué)生在真實的情境中發(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。

項目式學(xué)習(xí)的內(nèi)涵與實施流程

項目式學(xué)習(xí)（Project-based Learning，簡稱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)項目化，指導(dǎo)學(xué)生基于真實情境而提出問題，并利用相關(guān)知識與信息資料開展研究、設(shè)計和實踐操作，最終解決問題并展示和分享項目成果。[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，激勵學(xué)生進行深度學(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)界被廣泛認可的是劉景福提出的項目式學(xué)習(xí)流程，其中包括選定項目、制訂計劃、活動探究、作品制作、成果交流與活動評價。[3]

實踐框架設(shè)計

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

案例實施

在教學(xué)實踐中，筆者以所在學(xué)校八年級學(xué)生為實踐對象，以“智能無人車”項目為教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)真實的學(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、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會責任等學(xué)科核心素養(yǎng)。在本項目中，3名學(xué)生為一組，利用已有的課程資料自主學(xué)習(xí)獎勵函數(shù)、動作空間、算法與超參數(shù)控制等核心知識點，在“云平臺訓(xùn)練無人車模型。

1.項目引入階段

（1）確定項目

在項目式學(xué)習(xí)課程中創(chuàng)設(shè)真實的學(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)。本項目創(chuàng)設(shè)的真實學(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，智能無人車賽項使用與ChatGPT等最新人工智能產(chǎn)品同源的深度強化學(xué)習(xí)算法，選擇自動駕駛這一人工智能的重要應(yīng)用領(lǐng)域，鼓勵大家學(xué)習(xí)、訓(xùn)練、應(yīng)用能“實時決策”的賽車模型，并在線上、線下競技中掌握從虛擬到現(xiàn)實的模型遷移能力，完成無人車競速任務(wù)。同時，提出問題：如何設(shè)計智能無人車模型？如何提高智能無人車的速度？

（2）制訂計劃

在分析問題與制訂方案時，師生基于信息科技課堂共同研討，圍繞“智能無人車”項目的目標、方法、實施過程與評價規(guī)則等要素，制訂可行的項目實施計劃流程表，以保障項目的順利進行。

2.項目探究階段

（1）活動探究

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

在該項目中，學(xué)生需要自學(xué)云平臺上的課程資料與參數(shù)手冊，理解并學(xué)習(xí)設(shè)置“獎勵函數(shù)”“動作空間”與“算法與超參數(shù)”，才能訓(xùn)練智能無人車的模型。其中，“獎勵函數(shù)”是使用編程語言撰寫的獎勵規(guī)則，為訓(xùn)練環(huán)境提供判斷標準，無人車的行駛主要是依賴于獎勵分數(shù)自學(xué)；“動作空間”是智能無人車可以采取的動作集合，動作是轉(zhuǎn)向角與速度的組合，主要包括離散動作空間與連續(xù)動作空間；“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，提高模型的準確性與泛化能力。

（2）作品制作

在學(xué)生了解基礎(chǔ)知識點后，小組合作探究構(gòu)建智能無人車模型，主要包括以下幾點：選擇訓(xùn)練賽道——re： Invent 2018；選擇賽車的外形；設(shè)置訓(xùn)練時長，初始訓(xùn)練時長可設(shè)置為30～120分鐘；選擇Python或者圖形化編程設(shè)計獎勵函數(shù)；設(shè)置動作空間；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應(yīng)的獎勵圖表、評估結(jié)果與評估日志，如圖3所示。

智能無人車在強化學(xué)習(xí)的訓(xùn)練過程中會經(jīng)歷按期迭代，每一代都可以更新行駛策略。獎勵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。獎勵圖表中的綠色線代表每一代訓(xùn)練時拿到的平均獎勵分數(shù)，藍色線代表每一代訓(xùn)練時平均完成的賽道百分比，紅色線代表每一代訓(xùn)練后運用已有經(jīng)驗評估時的平均完成的賽道百分比。其中，獎勵分數(shù)線與訓(xùn)練百分比線應(yīng)呈上升趨勢，評估百分比線最高可達到100%，以保證智能無人車穩(wěn)定跑完全程。評估結(jié)果要求智能無人車三圈完成賽道的百分比應(yīng)達到100%，同時可從中看到智能無人車在理想情況下每圈完成的時間。從評估日志中，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)評估結(jié)果，調(diào)整智能無人車模型的獎勵函數(shù)、動作空間、算法與超參數(shù)，不斷進行迭代優(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.項目成果展示階段

這一階段主要包括成果交流與總結(jié)評價兩個環(huán)節(jié)。真實的物理條件復(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，增加實體遷移經(jīng)驗。小組成員分工合作，在云平臺中下載智能無人車模型，并通過Wi-Fi上傳至車輛。其他學(xué)生利用電腦端測試車輛是否正常運行，并采用移動端調(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智能無人車模型的策略，分享訓(xùn)練經(jīng)驗。教師與其他學(xué)生從智能無人車的測試速度、小組成員匯報展示效果等方面對其進行評價，以促進學(xué)生之間的交流與共同進步。通過多方評價，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，基于項目式學(xué)習(xí)理念，構(gòu)建了實踐框架，并依據(jù)此設(shè)計框架，開展了為期一個學(xué)期的教學(xué)實踐，旨在提高學(xué)生的問題解決能力，促進其學(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)真實情境，以賽促學(xué)

新課標強調(diào)：“創(chuàng)新教學(xué)方式，注重創(chuàng)設(shè)真實的多元化教學(xué)情境，引入多元化數(shù)字資源，促進學(xué)生自主、合作、探究地學(xué)習(xí)，提高課程實施水平?！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。基于此，本研究創(chuàng)建了一個真實的比賽情境——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，會積極學(xué)習(xí)智能無人車相關(guān)的知識點，訓(xùn)練出穩(wěn)健的智能無人車模型，達到以賽促學(xué)的效果。

2.構(gòu)建學(xué)習(xí)支架，培養(yǎng)信心

在組織學(xué)生參與項目式學(xué)習(xí)活動時，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，教師鼓勵學(xué)生利用云平臺上的課程，自學(xué)獎勵函數(shù)、動作空間、算法與超參數(shù)等核心知識點，并與小組同學(xué)進行協(xié)作探究，而教師則作為輔助者進行補充說明。通過后期的訪談，得知學(xué)生對學(xué)習(xí)支架的搭建十分滿意。

3.開展交流活動，提高效率

在項目式學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)學(xué)生對信息科技學(xué)科的有效學(xué)習(xí)，僅僅依賴云平臺上的課程內(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，實現(xiàn)高效學(xué)習(xí)的效果。例如，在獎勵函數(shù)的設(shè)置上，學(xué)生會采取如“沿中線策略”“復(fù)合策略”與“分區(qū)策略”等；在動作空間的設(shè)置上，學(xué)生會采取“離散動作空間”或者“連續(xù)動作空間”。獎勵函數(shù)與動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。教師鼓勵學(xué)生互相交流分享經(jīng)驗，有利于節(jié)約算力，提高解決問題的效率。

經(jīng)過一個學(xué)期的教學(xué)實踐，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)化項目式學(xué)習(xí)模式，并以此為基石，積極探索并實踐創(chuàng)新的教學(xué)方法與前沿的課程設(shè)計理念，為初中信息科技教學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展貢獻更多力量，推動其持續(xù)進步與繁榮。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]楊明全.核心素養(yǎng)時代的項目式學(xué)習(xí)：內(nèi)涵重塑與價值重建[J].課程·教材·教法，2021，41（02）：57-63.

[3]劉景福，鐘志賢.基于項目的學(xué)習(xí)（PBL）模式研究[J].外國教育研究，2002（11）：18-22.

[4]王鑒，張文熙.新課標背景下的真實情境教學(xué)：內(nèi)涵、特點及策略[J].教師教育學(xué)報，2023，10（06）：78-86.

作者簡介：李麗（1996—），女，河南省信陽市人，中學(xué)二級教師，碩士研究生畢業(yè)，研究方向為項目式學(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)一級教師，區(qū)教學(xué)新秀，本科，研究方向為項目式學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)認知。