基于初中信息科技課堂的項目式學習實踐研究

摘要：在數字時代下，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了學生信息素養發展不足的問題。因此，本文秉承《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的教學理念，構建了基于智能無人車的項目式學習實踐設計框架，并依據此框架開展教學研究，以期為初中信息科技課程的教學提供借鑒與參考。

關鍵詞：信息科技；項目式學習；核心素養；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

在互聯網時代，信息科技課程的重要地位愈發凸顯，其承載著培養未來社會所需人才的核心教育使命，但信息科技課程教學在具體實施中卻存在諸多問題，如教學方式與評價方式單一、技能化傾向嚴重、脫離生活實際等，忽略了學生核心素養的培養。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）倡導課程內容堅持創新導向，注重以真實場景為基礎的項目式學習，遴選出科學原理和實踐應用并重的課程內容，強化學生核心素養導向的多元評價[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練為例，采用項目式學習的方式，引導學生在真實的情境中發現問題、分析問題并解決問題，以更好地培養學生的學科核心素養，提升其數字核心素養與技能。

項目式學習的內涵與實施流程

項目式學習（Project-based Learning，簡稱PBL）是一種建構性的教與學方式，教師將學生的學習任務項目化，指導學生基于真實情境而提出問題，并利用相關知識與信息資料開展研究、設計和實踐操作，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習方式，通過創造性學習培養學生的高階思維能力，主張建構主義學習理念，激勵學生進行深度學習，培養學生的科學精神與人文精神，提高學生的學科核心素養水平，促進信息科技學科的改革與發展。目前，在學術界被廣泛認可的是劉景福提出的項目式學習流程，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]

實踐框架設計

筆者以訓練智能無人車模型為切入點，基于項目式學習的一般流程，結合信息科技課程內容的優勢與特點，構建了基于智能無人車的項目式學習實踐設計框架，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評價。在該模式中，師生主要采用線上線下相結合的方式進行項目式學習的探究活動，以訓練出有效的無人車模型，使無人車在賽道中完成競速任務。

案例實施

在教學實踐中，筆者以所在學校八年級學生為實踐對象，以“智能無人車”項目為教學內容，創設真實的學習情境，引導學生發現問題、分解問題，并逐步迭代優化，培養學生的信息意識、計算思維、數字化學習與創新和信息社會責任等學科核心素養。在本項目中，3名學生為一組，利用已有的課程資料自主學習獎勵函數、動作空間、算法與超參數控制等核心知識點，在“云平臺訓練無人車模型。

1.項目引入階段

（1）確定項目

在項目式學習課程中創設真實的學習情境可充分激發學生的學習積極性，培養學生的學科核心素養。本項目創設的真實學習情境如下：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等最新人工智能產品同源的深度強化學習算法，選擇自動駕駛這一人工智能的重要應用領域，鼓勵大家學習、訓練、應用能“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實的模型遷移能力，完成無人車競速任務。同時，提出問題：如何設計智能無人車模型？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生重點理解智能無人車的訓練原理——強化學習，即智能無人車發起動作，在云端訓練環境中呈現某種狀態，同時，環境根據該狀態給予智能無人車獎勵，如此不斷循環，就形成了強化學習過程，如圖2所示。

在該項目中，學生需要自學云平臺上的課程資料與參數手冊，理解并學習設置“獎勵函數”“動作空間”與“算法與超參數”，才能訓練智能無人車的模型。其中，“獎勵函數”是使用編程語言撰寫的獎勵規則，為訓練環境提供判斷標準，無人車的行駛主要是依賴于獎勵分數自學；“動作空間”是智能無人車可以采取的動作集合，動作是轉向角與速度的組合，主要包括離散動作空間與連續動作空間；“算法”決定了模型的基本結構與學習方式，而“超參數”則通過調整來控制模型的性能和效果，通過合理設置，提高模型的準確性與泛化能力。

（2）作品制作

在學生了解基礎知識點后，小組合作探究構建智能無人車模型，主要包括以下幾點：選擇訓練賽道——re： Invent 2018；選擇賽車的外形；設置訓練時長，初始訓練時長可設置為30～120分鐘；選擇Python或者圖形化編程設計獎勵函數；設置動作空間；調整算法與超參數的數值。在模型訓練完成后，小組成員需要分析模型對應的獎勵圖表、評估結果與評估日志，如圖3所示。

智能無人車在強化學習的訓練過程中會經歷按期迭代，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，供學生分析模型訓練情況。獎勵圖表中的綠色線代表每一代訓練時拿到的平均獎勵分數，藍色線代表每一代訓練時平均完成的賽道百分比，紅色線代表每一代訓練后運用已有經驗評估時的平均完成的賽道百分比。其中，獎勵分數線與訓練百分比線應呈上升趨勢，評估百分比線最高可達到100%，以保證智能無人車穩定跑完全程。評估結果要求智能無人車三圈完成賽道的百分比應達到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。通過多次訓練發現，智能無人車應在彎道降低速度，在直道提高速度，才能使車穩定并快速行駛。

學生可以根據評估結果，調整智能無人車模型的獎勵函數、動作空間、算法與超參數，不斷進行迭代優化，幫助智能無人車訓練出更好的行駛策略。通過引導學生逐步分析智能無人車模型的評估結果，思考訓練策略的不足之處，有利于培養學生的問題解決能力與批判性學習思維，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評價兩個環節。真實的物理條件復雜且多變，且智能無人車受光線的影響較大，因此，學生可以調整光源，選擇穩健的模型，增加實體遷移經驗。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。其他學生利用電腦端測試車輛是否正常運行，并采用移動端調試車輛的硬件參數，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，分享訓練經驗。教師與其他學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，以促進學生之間的交流與共同進步。通過多方評價，小組學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別，反思模型的訓練策略，繼續迭代優化其模型。

啟示與反思

本研究以訓練“智能無人車模型”為例，基于項目式學習理念，構建了實踐框架，并依據此設計框架，開展了為期一個學期的教學實踐，旨在提高學生的問題解決能力，促進其學科核心素養的發展，解決目前信息科技課堂存在的問題。

1.創設真實情境，以賽促學

新課標強調：“創新教學方式，注重創設真實的多元化教學情境，引入多元化數字資源，促進學生自主、合作、探究地學習，提高課程實施水平。”[4]傳統課堂以講授法為主，且存在滿堂灌的現象，不利于培養學生獨立思考能力、批判性學習思維與解決問題能力等高階思維能力。基于此，本研究創建了一個真實的比賽情境——為參加某大賽中的無人車比賽，訓練智能無人車模型。真實的比賽情境可以激發學生學習的興趣，學生為了榮譽，會積極學習智能無人車相關的知識點，訓練出穩健的智能無人車模型，達到以賽促學的效果。

2.構建學習支架，培養信心

在組織學生參與項目式學習活動時，教師需要為學生提供合理的學習支架，幫助學生跨越當前發展水平與潛在發展水平之間的“最近發展區”，便于學生探索、解決更加復雜的問題。在訓練智能無人車模型前，為學生搭建“腳手架”，有利于減少學生學習的挫折感，培養學生的自主學習能力，提高學習效率。因此，教師鼓勵學生利用云平臺上的課程，自學獎勵函數、動作空間、算法與超參數等核心知識點，并與小組同學進行協作探究，而教師則作為輔助者進行補充說明。通過后期的訪談，得知學生對學習支架的搭建十分滿意。

3.開展交流活動，提高效率

在項目式學習的基礎上實現學生對信息科技學科的有效學習，僅僅依賴云平臺上的課程內容是不夠的。教師需要在教學期間組織小組學生進行合作交流，分享近期的學習成果，以完善智能無人車模型，實現高效學習的效果。例如，在獎勵函數的設置上，學生會采取如“沿中線策略”“復合策略”與“分區策略”等；在動作空間的設置上，學生會采取“離散動作空間”或者“連續動作空間”。獎勵函數與動作空間的搭配是多元化的，因此，智能無人車的訓練需要大量的“算力”與資金支持。教師鼓勵學生互相交流分享經驗，有利于節約算力，提高解決問題的效率。

經過一個學期的教學實踐，學生充分掌握了無人車模型的訓練方法與技巧。未來，筆者將不斷深化并優化項目式學習模式，并以此為基石，積極探索并實踐創新的教學方法與前沿的課程設計理念，為初中信息科技教學領域的發展貢獻更多力量，推動其持續進步與繁榮。

參考文獻：

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

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

[3]劉景福，鐘志賢.基于項目的學習（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：內涵、特點及策略[J].教師教育學報，2023，10（06）：78-86.

作者簡介：李麗（1996—），女，河南省信陽市人，中學二級教師，碩士研究生畢業，研究方向為項目式學習、游戲化學習;張新穎（1982—），女，江蘇省無錫市人，中學一級教師，區教學新秀，本科，研究方向為項目式學習、數據認知。