信息技術在項目式學習中的應用實踐

錢秉陽 魏麗玲

摘要： 當前，信息技術與教育教學深度融合已成為必然趨勢，項目式學習的有效開展同樣也離不開信息技術的支持。信息技術支持下的項目式學習有著獨特的優勢，以“云海種植園里的抗蟲秘密”項目式學習為例，教師在數據采集與方案制訂、工程制作與測試優化、成果展示與評價反思等環節融入信息技術，不僅更好地培養了學生的團隊意識與合作精神，還培養了他們的創造性思維和問題解決能力，實現了核心素養培養的落地。

關鍵詞：信息技術；項目式學習；核心素養；創造性思維；解決問題能力

為適應新時代人才發展的需要，我國對培養學生的核心素養提出了明確要求。傳統線性的課堂教學方式在培養學生創造性思維、解決問題能力等方面存在一定局限性。項目式學習具有跨學科屬性，讓學生能夠在真實的情境中發現問題、解決問題，有利于培養學生的核心素養及21世紀關鍵技能。隨著教育信息化的持續推進，信息技術在教育教學中發揮著越來越重要的作用，項目式學習的有效開展同樣也離不開信息技術的支持。本文以“云海種植園里的抗蟲秘密”課程為例，介紹學校在項目式學習過程中運用信息技術的實踐及取得的效果，為教師們提供參考。

一、信息技術在項目式學習中應用的價值

2018年，教育部發布的《教育信息化2.0行動計劃》提出，要“持續推動信息技術與教育深度融合，促進教育信息化從融合應用向創新發展的高階演進”[1]。不難看出，信息技術與教育教學深度融合是未來發展的必然趨勢，項目式學習的開展也不例外。總體而言，在項目式學習中，信息技術對優化課程設計與改變學生的學習方式有著重要的作用。

（一）拓展知識獲取渠道，構建泛在學習空間

信息時代的到來，為學生獲取知識提供了更多的可能。傳統教學模式下，學生獲取知識主要來源于教材，其批判性思維、邏輯思維以及解決問題能力的培養受到局限。隨著大數據、人工智能等技術的普及，信息技術與教學深度融合，變革了傳統的以教師為中心的課堂教學結構，實現了以“自主、探究、合作”為特征的教與學，從而把學生的主動性、積極性、創造性充分地激發了出來[2]。項目式學習開展的過程中，學生可以很輕松地從百度、知網、BrainPop、TedEd等平臺獲取相應的知識。另外，可汗學院、國家地理等平臺提供的從小學到大學體系完整的數字資源，為學生提供了多元的知識獲取渠道，也為其泛在學習、終身學習提供了保障。

（二）改變學習協作方式，提升合作意識

項目式學習的實施過程尤其強調學生之間的合作，從問題的提出、方案的制訂，到作品的制作與優化等環節，學生的分工合作成效影響著他們最終的學習成果。數字工具支持下的合作學習環境不受時空限制，為教師與學生提供了更多交流與協作的可能[3]。得益于Xmind、processon等數字工具的支持，師生之間、生生之間能夠更便捷地交流討論教學內容、及時地交換信息并共同解決問題。學生在開展項目式學習的過程中，也能夠運用上述數字工具有效地開展頭腦風暴、繪制思維導圖等協作工作，并可以針對某一個問題持續地展開思維碰撞，從而對方案進行不斷的設計與優化。

（三）提供多樣探究形式，培養創新意識

利用虛擬實驗室等技術，在可視化、擬真化、交互化的條件下開展項目式學習活動，能夠有效培養學生的創新意識。項目式學習注重培養學生的想象力和創造力，這也是學生學習過程中的重點和難點。想象力和創造力依賴于發散性思維的培養，也需要一定的知識儲備。信息技術的支持除了豐富學生的學習資源，還能讓學生的創造力得到顯著提升。通過PhET虛擬實驗室、3D建模等數字工具，學生的創意可以更方便地轉換為作品，有效激發學生的創造力。數字化的學習工具，能夠讓學生及時捕捉自己的創作靈感，并通過數字化平臺及時保存和分享作品。比如，學生在強大的編程平臺的支持下，將編程學習變為自身的一種生活方式，隨時嘗試用編程來解決問題。在數字移動端使用的3D建模軟件，可以滿足學生個性化3D創作的需要。在項目式學習過程中，學生可以根據項目需要制作結構件和外形，方便他們將創意轉化為作品。像這樣的模擬實驗方式，既有游戲化的融入，又有真實的學科探究，還可以在交互的情景中不斷地進行學科學習，為培養學生的創新意識提供了技術保障。

（四）管理項目進程，優化評價機制

網絡平臺的出現，為項目式學習的過程管理提供了有效支持。尤其是有效利用項目實施過程中產生的過程性資料，為教學評價帶來了創新。項目式學習是建立在真實情境下的學習活動，是一種建構式的學習活動，師生會在項目實踐過程中產生大量的過程性資料與成果。這些資料不僅是學生思維過程的可視化成果，還會對項目的未來發展產生重要影響。項目式學習的另一個重要特點是將過程性評價與終結性評價相結合，能夠讓教師在總結評估前一階段教學的同時，對學生未來的學習做出判斷，為下一個階段教學實踐的選擇和調整提供相應的依據。借助CocoRobo、Nearpod等項目式學習管理平臺，整個教與學過程都發生在線上。平臺中不僅可留存大量的數字化學習歷程，還形成了完整的數字化流程，對課程與教學、課程與管理、評價與展示而言，有著巨大的價值。

二、“云海種植園里的抗蟲秘密”項目式學習案例實踐探究

本案例是將項目式學習、勞動教育與信息技術深度融合的一次嘗試。案例的開發實踐面向小學五年級學生，主要以4人小組形式進行，課程時間為8～10個課時。項目的實踐場地主要依托于云海學校勞動實踐種植園。在種植園內，學生經歷從選種到采摘的完整種植過程，在獲得勞動體驗的同時，形成勞動實踐能力和吃苦耐勞的優秀品質。在種植過程中，學生發現了各種各樣的問題，尤其是蟲害問題十分嚴重，是植物生長的“頭號殺手”。為解決這個問題，學生通過采集土壤和害蟲樣本，運用科學、信息技術、地理、生物、數學、語文、美術等相關學科知識，經歷規范的科學探究過程，找到病蟲害產生的原因，再利用 AI 技術等快速地解決問題。學生設計制作了AI害蟲識別噴殺裝置、物理誘殺、土壤監測裝置、云海害蟲圖鑒、昆蟲滴膠標本，以進行蟲害的預防，從而增加農作物的產量，獲得豐收。在項目的整個實踐過程中，信息技術主要在以下環節發揮了不可替代的作用。

（一）數據采集與方案制訂

AI識別與大數據技術對學生收集數據起到了重要的作用。項目伊始，學生為了發現問題并提出解決方案，進行了實地考察。他們收集了大量昆蟲樣本，采集兩種害蟲（金龜子、紅螞蟻）和一種益蟲（瓢蟲）在綠色植物背景下不同角度的圖像數據，每種昆蟲類型均收集四五百張圖片。隨后，學生使用圖像標記工具LabelImg對三類昆蟲分別標注，標注完成后建立數據庫（如圖1）。

經過現場考察后，學生通過百度、知網等數字資源平臺自主查找資料，以小組為單位進行頭腦風暴，并利用思維導圖工具Xmind、在線作圖工具ProcessOn等交流討論導致種植園害蟲泛濫的多種可能性因素，并將相應的解決方案制作成思維導圖（如圖2）。

（二）工程制作與測試優化

人工智能與3D打印技術的結合為工程制作提供了有力的技術支持。學生通過前期學習的昆蟲分類以及習性等知識，發現了種植園里最主要的害蟲是粉翅蛾幼蟲，俗名地老虎，又名切根蟲。它們白天潛伏在土壤里，晚上出來活動，破壞農作物的生長。學生還發現，由于梧桐山濕度較大，導致農作物害蟲泛濫，影響了植物的正常生長。通過上網搜索資料，他們了解到影響昆蟲繁殖和生長的主要非生物因素是氣候條件，即溫度、濕度、降水、光、風等。此外，土壤條件也是重要因素之一。學生實地對土壤取樣考察，分析種植園的土壤pH和滲水性。經分析學生發現，云海種植園的溫度、濕度和地理條件皆適合昆蟲發育和繁殖。

在此基礎上，學生完成了土壤監測和AI害蟲識別噴殺裝置的設計方案，他們利用LabelImg軟件識別并建立模型庫，并在教師的幫助下，采用Tiny-YOLOv2的人工智能算法對模型進行訓練。訓練完成后，學生得到了kmodel文件。他們將文件保存至硬件設備的SD卡中，并通過編寫程序（如圖3）來實現裝置的識別效果，最終測試識別的準確率。

與此同時，學生觀察生產生活中的農藥噴灑裝置，設計并繪制結構設計圖，并根據各組成部分的功能細化機械結構。依據設計草圖，師生利用3D one軟件設計農藥噴灑裝置的各零部件，并進行3D打印。打印完成后，師生切割零部件，并準備相應的拼接材料和工具，組裝農藥噴灑裝置的機械結構，優化調整其不合理之處。最后，學生結合硬件模塊對裝置進行測試優化。

（三）成果展示與評價反思

借助CocoRobo智慧平臺（如圖4），學生線上與線下相結合開展項目式學習活動。在項目開展過程中，學生可隨時隨地將過程性資料上傳至平臺，形成個人與小組的資料庫，并利用平臺內的項目管理工具，規劃小組項目開展流程，發揮協作學習優勢。教師利用平臺發布評價指南與階段任務，實時調整、監測學生的學習過程。與此同時，師生可以通過平臺進行項目評價。

三、實踐總結與經驗反思

本案例是將項目式學習、勞動教育與信息技術深度融合的一次嘗試。從教學目標達成情況來看，學生在完成了項目各環節的學習內容后，在過程性評價與終結性評價（紙筆測試）中都取得了優秀的成績；從項目實施過程來看，學生以小組為單位合作解決問題，培養了團隊意識與合作精神；從項目結果來看，專家與同行對本項目中學生表現出的綜合能力與項目的社會價值給予了積極的評價。這表明，將信息技術與項目式學習深度融合，對培養學生的核心素養、創造性思維與解決問題能力是有很大幫助的，對落實立德樹人的根本任務具有較強的適切性和實效性。從教育教學研究角度出發，我們從課程案例實施中獲得的啟發與思考主要有以下方面。

（一）充分發揮信息技術在項目式學習中的支持作用

在以往的項目式學習活動中，不管是前期資料收集、實地考察或者實驗探究，都更加注重線下真實環境中面對面的學習體驗。這是項目式學習的一個重要特點，也是發揮其教育教學功能的關鍵形式。然而，最近三年受疫情等因素的影響，傳統的項目式學習方式無法有效開展。在這種情況下，現代信息技術與數字化平臺發揮了不可或缺的重要作用。如利用數字化項目管理平臺規劃項目流程，發布評價指南與階段任務。學生利用平臺完成協作任務，進行頭腦風暴、繪制思維導圖等活動，體現出了信息技術在項目式學習中的獨特優勢。通過學習和使用信息技術，學生可以進行資源共享與深度思考，拓展項目的廣度與深度，培養創新意識、合作精神和解決實際問題的能力。技術支持下的項目式學習，在發展學生高階思維的同時，達成了培養核心素養的目標。

（二）因地制宜地發揮信息技術在不同主題項目式學習中的作用

在項目式學習活動中，不同學科的核心概念具有較大的差異，學習過程具有動態性、生成性等特點，不同主題的項目式學習活動需要應用不同類型的信息技術來支持。有鑒于此，教師在項目開始之前就要準備豐富的數字工具資源，或者向社會、科研機構尋求定制化服務與專業技術人員的支持。還要注意的是，信息技術與數字資源更新換代的速度較快，教師要與時俱進，及時檢查并更新提供給學生的資源內容與數字工具，確保學生能夠順利使用。信息技術與項目式學習的深度融合，在開展之初一定會遇到很多問題和阻礙，“云海種植園里的抗蟲秘密”案例也不例外。但是，既然已經明確了信息技術在項目式學習中所具有的獨特優勢，就應該鍥而不舍地嘗試探索有效的實踐方案，尋找科學育人的有效途徑。這需要廣大教師積極嘗試、主動探索，貢獻自己的智慧與力量。

（三）信息技術支持下項目式學習活動開展的阻礙因素

目前來看，將項目式學習與信息技術的深度融合是教育發展的一大趨勢，但在實踐過程中我們遇到了很多阻力。第一，教師在項目式學習中得不到有效的教育教學專業培訓。教師在設計項目式學習活動前，是無法通過觀摩幾個實踐案例、模仿相應環節就掌握其要義的。我們必須在實踐應用的專業性上進行規范，這樣才能保證學校開展項目式學習的科學性和規范性。因此，項目式學習相關的專業培訓必不可少[4]。第二，硬件設備與網絡條件受到限制。作為開展信息技術融合項目式學習的基礎條件，硬件設備與網絡條件的配置會對項目式學習活動的效果產生直接影響。如在本案例開展初期，由于受校園網絡條件及平板電腦性能限制，學生上傳資料到CocoRobo智慧平臺時遇到了一定的困難，導致最后項目實踐的課時需求很難滿足。

項目式學習活動是一種生成性、過程性的教學活動，需要一定的課時數量來保證項目完整地實施。目前，學校更多是利用社團時間和課后輔導時間開展項目式學習活動，但在這些時間段會出現學生活動上的沖突，很難保證人員的出席率與參與度。教師需要另外尋找時間幫助部分學生跟上小組進度。學生也要在課后花費額外的精力完成任務內容。因而，這需要學校與教師創造性地解決問題，為項目式學習的有效開展提供課時的保障。

路曼曼其修遠兮。隨著信息技術與數字資源的不斷發展，在廣大教師的不斷探索下，它們必將在與項目式學習深度融合的過程中，更好地發揮出培養學生創新精神、合作意識等方面的優勢。

注：本文系深圳市陳尚寶教育科研專家工作室專項課題“素養導向的項目式學習案例開發與評價研究”的研究成果。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.教育部關于印發《教育信息化2.0行動計劃》的通知[EB/OL].（2018-04-18）[2022-12-23].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.

[2] 何克抗.如何實現信息技術與學科教學的“深度融合”[J].教育研究，2017（10）：88-92.

[3] 黃威.數字化環境下深度協作學習研究[J].新課程研究（下旬刊），2016（1）：133-134.

[4] 耿克飛.信息技術支持的項目式學習推進研究[D].沈陽：沈陽師范大學，2021.

（作者錢秉陽、魏麗玲系深圳市鹽田區云海學校科學教師）

責任編輯：牟艷娜