詹宋强

【摘 要】本文结合信息科技课程标准，对PBL的理论依据、内涵进行梳理，提出了渐进式PBL设想，并以AIoT电动车头盔监测系统为例，探讨如何在新课标的指导下，开展渐进式PBL教学，进一步丰富信息科技学科PBL的理论和实践经验。

【关键词】核心素养；渐进式PBL；信息科技；AIOT

【中图分类号】G434   【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2023）06-048-03

2022年发布的义务教育信息科技课程标准（以下简称“新课标”），标志着我国初中、小学阶段的信息科技教育进入了核心素养时代。新课标从培养什么样的人以及如何培养人的角度，对信息科技教育做了深入分析和重要补充，采用更准确细致的纲领为义务教育阶段的信息科技教学指明了方向。在这样的教学理念指导下，我们从教与学的关系出发，进行了大量地探索。

充分理解新课标的主要内容和特征

熊璋教授指出：信息科技课程具有基础性、实践性和综合性等特征。在课程内容上，新课标围绕数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能六条逻辑主线设计义务教育全学段内容模块。其中，数据、算法、信息处理是六条主线中的核心，信息按一定规则进行编码就成了数据，数据按一定的方法计算（算法）就是我们日常解决问题的方法和步骤。这三大核心在整个义务教育的内容模块中双线循环，螺旋上升。网络、信息安全、人工智能三条主线可以通过开展数字设备体验、数据编码探秘、小型系统模拟、互联智能设计等跨学科主题活动进行知识的进阶学习，从而形成系统的信息科技知识体系。

再谈PBL的理论依据、内涵及流程优化

1.PBL（Problem-Based Learning）的理论依据

PBL强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情境中，通过让学习者合作解决真实性问题，来学习隐含于问题背后的科学知识，形成解决问题的技能。建构主义认为，学习过程不是学习者被动接受知识，而是积极建构知识的过程，是一个亲自参与，有丰富、生动的思维活动实践和创新的过程。杜威说，所谓教育，就是要在学校知识的获得与社会的各种活动和职业之间建立有效联系。[1]布鲁纳的发现学习理论要求学生在教师引导下亲自去发现问题的结论和规律，成为一个“发现者”。[2]

2.渐进式PBL：对PBL的流程优化

所谓渐进式PBL是将项目设计与国家课程深度融合，在学习推进过程中，将大项目拆分成若干个小项目，采用循序渐进、螺旋上升的教学模式。在教师层面，PBL着眼于整体项目设计，教师提供整体项目的学习资源和指导，关注项目的完成度和整体的学习效果，难以照顾到不同层次的学生；渐进式PBL既注重整体项目设计，也关注学生的学习进度，根据教材知识点将大项目拆分为若干个小项目，每个小项目均制定学习目标、评价指标，灵活应对不同学生的学习进度和能力，项目创作是循序渐进，螺旋上升的。在学生层面，PBL先形成项目所需的知识储备，再开始项目创作，学生有了一定基础，项目相对容易推进，但知识的遗忘会影响项目的完成；渐进式PBL直接从项目开始创作，“做中学”“用中学”“创中学”，学生的自主选择和学习兴趣得到更大的发挥空间，学生在完成一系列小项目的过程中掌握知识技能，获得项目实践经验。

渐进式PBL的教学流程如图1所示。在这一模式下，教师基于生活中的真实问题，创设真实的学习情境，解决生活中的真实问题，助力学习真正发生。其目的是促进和深化学生对知识的理解，更好地发展学生的高阶思维，促进学生形成正确的价值观、必备品格和关键能力。

渐进式PBL案例：以AIoT电动车头盔监测系统为例

1.准备阶段

在準备阶段，教师是“编剧”，是项目的组织者、设计者、资源提供者。教师从课程标准、教材、学情三个维度对问题的背景进行充分地研究和论证。

（1）提出符合学生认知的真实问题。问题的提出，要深入查找现象背后的本质，从本质提炼大项目主题和大概念。本案例学生围绕本地居民安全意识薄弱、交通事故中因不戴头盔引发的伤亡人数逐年增加、电动车的交通治理一直是城市治理的难题等现象展开探讨。通过小组思维碰撞，师生将生活中的问题转化为课堂中研究的课题，培养学生观察生活的习惯。

（2）项目背景分析。基于以上问题，结合新课标八年级物联网实践与探索、九年级人工智能与智慧社会等内容和要求，加上学生已具有的K210、掌控板等开源硬件基础，教师将此项目的主要知识技能确定为让学生掌握MQTT通讯技术、Mx-Yolov3目标分类技术。在教学内容上，教师将项目与教材要求的知识点无缝衔接；在教学目标上，教师要求学生学会判断传感器收集数据的可靠性，基本掌握分析和应用数据的能力，掌握问题解决的方法和步骤，达到用技术解决生活问题的目的。

（3）确定有价值的项目主题。通过对问题的探讨，师生共同找出问题背后的本质，将项目主题确定为：如何用技术助力城市交管整治，提升市民的交通安全意识，最终形成良好的驾驶素养。

（4）制定渐进式的学习目标。师生共同制定如下学习目标：用传统人工手段统计经过校门口的电动车数量，不戴头盔的人数，形成数据统计表；理解并运用MQTT通信技术、Mx-Yolov3目标分类技术，体验物联网与人工智能的关系；比较AIoT电动车头盔监测系统采集的数据与传统手段统计的数据之间的差异，验证数据的可靠性；在市区内合理选址，搭建多个监测系统，通过物联网技术将数据汇总到阿里云平台，并进行数据分析，将分析结果可视化，形成供交警部门参考的数据，理解数据对现代社会的重要意义。

（5）制定目标导向的评价标准。评价的主要目的是为了促进学习，评价指标指向项目目标，落实核心素养，强调真实情境中问题的解决能力。本案例的评价从过程性评价、终结性评价、学生自省三个维度展开。过程性评价主要考查学生的学习态度、团队协作、活动行为等，其目的是推进学习；终结性评价主要考查学生对MQTT通信技术、Mx-Yolov3目标分类技术的掌握程度，是否真正理解数据的内涵，制作的作品是否能有效地检测出不戴头盔的人数，是否能基于数据分析制定提升驾驶员素养的策略，其目的是评定学习水平和学习效果；学生自省主要是在学习过程或学习结束后，学生能自我反思不足，从而调整学习方法，促进其设立更合理的学习目标。为便于开展评价，教师依据评价的指标分别编制评价量表，这样的评价贯穿于项目创作始终。

（6）设计真实的渐进式驱动问题。驱动问题设计的原则是解决学生的学习动机。在本项目中，教师依据课时安排和从易到难的原则，设计如下子问题：现行的电动车驾驶员有哪些陋习？如何提升驾驶员的素养，提升城市交通整治水平？如何训练头盔的识别模型并在真实环境中测试识别数据的可靠性？识别数据如何上传到物联网平台？如何根据数据分析制定驾驶员素养的策略？如何设计有一定艺术性的作品外观？

（7）提供有用的学习支架。渐进式PBL支架的主要作用是为学生提供清晰的学习目标和路径，并提供必要的学习资源和工具，以帮助他们完成项目任务。通过学习支架，学生可以更加清楚地了解大、小项目的要求和目标，掌握所需的技能和知识，减少学习过程中的困惑和迷茫。同时，学习支架还可以激发学生的学习兴趣和动力，提高学习的效果和成果。本项目的学习支架提供如下内容。

项目概述：项目目标、背景、主要任务等，让学生了解项目的整体情况和需要达到的目标。学习资源：提供Mx-Yolov3目标分类技术教程、MQTT物联网通讯教程、K210、掌控板教程，帮助学生突破技术障碍。学习指导：提供明确的学习计划、任务要求、评价标准等，帮助学生有条不紊地完成学习任务。

2.实施阶段

在实施阶段，教师是“导演”，指导学生开展探究、为学生答疑解惑，确保学习有序推进。

一是根据小组成员的特长和能力进行合理的分工，使用boardmix画出项目的思维导图，通过思维导图提升学生对项目全局的把控，初步形成计算机系统的观念。二是开展模型训练和部署。学生亲历相片采集、标注、使用Mx-Yolov3对数据进行训练、生成头盔模型，模型测试、模型部署等步骤，通过多次测试和对测试数据的验证，形成识别率高的电动车头盔模型。三是程序编写和功能测试。这是项目的核心阶段，学生使用Mind+编写程序的功能，完成阿里云物联网平台的数据传输。学生在创作过程中会遇到设备不稳定、程序调试出错等技术性问题，教师要引导学生使用学习支架提升自学能力，关键时刻教师要“挺身而出”，保证学生的学习动力和信心。四是外观设计、作品封装。外观的设计可以让小组中有美术功底的学生完成，学生用激光切割完成外观的制作，小组成员共同完成作品的封装，完成作品制作过程中的技术文档、PPT演示文稿的撰写，做好作品展示的准备。

3.总结阶段

在总结阶段，教师是“评委”，组织学生进行项目展示，对作品开展多元评价。学生在此基础上对作品进行迭代，验证问题是否得到解决。

（1）项目展示与评价。项目完成后，小组以PPT汇报的形式进行作品展示，教师组织学生围绕项目完成度、知识技能掌握程度、小组成员解决问题能力、创新性、可行性、可持续性等方面进行展示。通过学生自我评价、同伴评价、教师评价等多元方式，师生从多个角度对学习成果进行点评，对作品提出意见和建议，帮助各小组进一步完善作品。这种评价方式可以更全面、客观地了解学生的学习情况，有利于促进学生的全面发展。

（2）项目迭代与优化。在项目式学习中，作品展示与评价是一个重要的环节，但作品完成并不代表项目的终结。作品的迭代与优化是一個持续不断的过程。学生在听取他人的反馈和建议后，发现作品中存在的问题和不足之处，如数据的可靠性有待提高、算法的执行效率有待进一步优化等。小组成员对存在的问题逐一实施改进，如修改作品的细节、增加新功能、改进算法等。这能够让学生体验到真实项目中迭代开发的过程，提高他们的实践能力和创新能力。

总结与期望

渐进式PBL往往完成的都是综合性项目，其必定会涉及跨学科知识。如本项目涉及的学科有信息科技、综合实践、道德与法治等学科。在项目的设计过程中，除了要求学生掌握信息收集和数据的传输、整理、分析、应用等方面的能力，教师还要根据其他学科的核心素养和建构学科知识图谱的关键节点概念，找出其学科的核心概念，然后再分析这些概念间的关系，找出其上位概念。在AIoT电动车头盔监测系统项目中，以提升市民的交通素养作为上位概念是否合适，还需要深入的探讨。在渐进式PBL的学习活动中，本文仅是抛砖引玉。笔者期望采用这种模式，将培养什么样的人的教育目标落实好，达到将课程育人内化于项目创作中的效果，最终促进核心素养的真正落地。

注：本文系广东省教育科学规划课题“‘轻人工智能课程在中小学教育的实践研究”（课题号：2021ZQJK059）研究成果

参考文献

约翰·杜威. 民主主义与教育[Ｍ]．王承绪，译．北京：人民教育出版社，2001.

金志远，郑亚力.“主导与主体”关系视域下的项目化学习论析[J]. 教育科学研究，2021（6）： 60-65.