基于深度學習的項目式學習活動設計與實踐

摘要：本文基于深度學習的項目式學習活動，分析了項目式學習大概念，創設了項目式學習情境，構建了項目式學習評價反饋體系，以期能夠有效提高教學效率，提高學生的綜合素養及能力。

關鍵詞：大概念；情境；反饋；評分標準

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）18-0036-03

項目式學習（簡稱PBL）是新型教育方式，它是學生自主創造并解決情境問題的過程，也是開發融合式課程的基礎。項目式學習以學生為中心，基于真實情境，通過小組合作解決一個大任務、大問題等，經歷前期的調查、明確問題、文獻研究、方案設計、實施改進等活動，學生創造性地整合不同學科的核心知識與能力，從而提高核心素養。由此可知，項目式學習關注的是學生不同學科知識間的整合與應用，而不是知識的簡單堆砌。另外，項目式學習關注的是學生的全程參與度，學生探究從課內延伸到課外，實現了知識的內化和遷移，進而展開深度學習。下面，筆者以“‘圖像識別’科技解碼”項目為例帶領學生了解并掌握圖像識別技術，幫助他們更好地理解人臉圖像識別、人工智能等基礎知識，培養他們的創新思維和解決問題的能力。通過實踐應用，學生可以親身體驗到人工智能的魅力，從而激發他們對未來科技領域的興趣和熱情。

本項目的目標設定為：

①能按要求合理正確地使用展品，并簡述其背后圖像識別的工作流程。

②能類比人類學習過程，理解機器學習的過程；通過分析典型的人工智能應用場景，了解數據、算法和算力是人工智能的三大技術基礎。

③能夠識別出場館及生活中的圖像識別應用，能發現生活中的問題并提出基于圖像識別技術的創想。

④能借助網絡資料利用二哈識圖AI視覺傳感器進行人臉識別等實踐，解決實際生活中的問題。

本項目的大概念為“數據存在多種形式，通過一定的規則可以對數據進行組織和呈現”和“機器學習是計算機從大量的數據中去學習規律并改善自身進行預測的過程”。這兩個大概念就像是一個可以歸納各種具體概念的“柜子”，清晰展現了這些具體概念的位置。學生在這個柜子里可以精準找到解決問題所需要的“工具”。

創設項目式學習情境

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》指出，信息科技教學要“注重創設真實情境，引入多元化數字資源，提高學生的學習參與度。支持學生在數字化學習環境下進行自我規劃、自我管理和自我評價，鼓勵‘做中學’‘用中學’‘創中學’，凸顯學生的主體性”。“做”“用”“創”并不是簡單的動詞排列，而是具有邏輯性和向上性的層進階梯。“學”是這三者的基礎，在學的基礎上，學生通過“做”直觀掌握信息科技的操作技能，通過“用”直面信息技術如何解決現實問題，增強運用信息技術所帶來的自豪感，通過“創”加深理解并形成信息技術核心素養。因此，教師要基于深度學習的項目式學習活動，創設豐富多彩的活動，設置多重任務，引導學生在解決實際問題的過程中實現深度學習，進而培養學科思維，掌握解決問題的基本方法。

整個項目活動在南京科技館舉行，以南京科技館的場館設施為器材，圍繞“‘圖像識別’科技解碼”的主題，通過兩課時的設計，結合科技館的“猜年齡”和“虛擬換衣”展品，引導學生深入理解圖像識別技術的原理和應用。

第一課時從“猜年齡”展品入手，引導學生發現問題、提出問題，并在類比人類學習過程的基礎上，探究圖像識別的工作流程和原理，嘗試用所掌握的原理解釋“猜年齡”展品在使用過程中的問題，甚至用所學知識改進展品，并解釋其他類似展品背后的工作原理，實現信息科技“場景分析—原理認知—應用遷移”的深度學習。

第二課時，學生將親手操作二哈傳感器，為場館中“猜年齡”等熱門展品設置體驗次數的限制，培養動手能力和創新思維，激發對人工智能和科技創新的興趣。同時，學生將學習成果投入實踐，用技術的手段均衡場館資源使用，為科普事業奉獻力量。

在活動過程中，項目組以當下生活中的人臉識別技術為情境，引導學生理解關鍵點檢測技術就是找到關鍵區域的技術，即檢測人臉五官與輪廓的關鍵點及位置（如圖1）。

教師接著引導學生理解人可以通過學習并根據以往經驗去繪制關鍵輪廓，機器可以通過機器學習去查找關鍵點（如圖2）。機器學習是計算機從大量的數據中去學習wGf4Rx2kj2Ij0quBXWT/+jsema3x8gm75Ba3IwS6Wy8=規律并改善自身進行預測的過程，其過程可以理解為三步：①數據準備：采集大量人臉數據，并對數據進行關鍵特征點標注；②訓練模型：選好合適的算法使用數據集訓練面部關鍵點識別模型，模型會學習如何從輸入的圖像特征中預測出關鍵特征點的位置。③應用模型：用訓練好的模型對新的圖像進行關鍵特征點識別。

構建項目式學習評價反饋體系

在項目學習過程中，學生要在模擬真實的情境中完成各種任務，教師通過學生完成任務時的表現，推測和判斷學生是否真正掌握了相關知識、是否具有了相應的能力、是否進行了深度學習。可見，反饋有助于促進項目式學習活動中深度學習的產生。

反饋需要教師提供清晰的標準。因此，評分標準在整個評價中起著重要的作用。評分規則作為一種評分工具，包含評價作品的標準或所需的期望，及詳細地描述出各等級質量（從好到差）的標準。因此，持續運用評分規則能讓學生獲得具體的反饋信息，讓他們能看到自己“在哪里”，知道“如何到那里”，更順利地進入下一步的學習，進而提高學習水平。

在設定評分規則表時，教師應充分考慮自評和他評。自評就是自我反饋，學生對比自己的表現和評分規則表，可以清楚地知道自己現在所處的學習層次，明白下一步學習的重點。連續的自評變化，可以增強學生的學習信心，提高學習興趣，增加成功的可能性。他評就是同伴評價，同伴在評價他人時，要了解評分規則，增強目標達成意識。在進行他評時同伴既在評價他人，也在學習他人。在本項目中，教師和學生共同設定了右上表所列的評分標準。該評分標準從四個維度進行評價，引導學生關注圖像識別的工作流程，加深他們對機器學習過程以及數據、算法和算力的原理理解，并引導其發現現實生活中的圖像識別技術，從“惰性知識”走向專家思維。

結語

將深度學習作為項目式學習的主線，圍繞這條主線開展的項目式學習能夠把學生從傳統的重復操作、簡單編程、知識點羅列的教學模式中解放出來，使其深度理解大概念，形成知識遷移圖譜，解決現實生活問題。深度學習、深度投入、深度體驗已經成為未來學習的主要方向，基于深度學習的項目式學習活動設計與實踐為提升學生的信息技術學科核心素養提供了一條可供參考和實踐的清晰路徑。

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