【摘 要】本文通過剖析項目化學(xué)習(xí)（PBL）在初中人工智能教學(xué)中的教學(xué)目標(biāo)定位不準(zhǔn)、教學(xué)評不一致、教師數(shù)字素養(yǎng)不高三大困境及成因，提煉出TPBL（技術(shù)增強型項目化學(xué)習(xí)）教學(xué)評一體化設(shè)計模型，并展示利用TPBL模型設(shè)計的初中人工智能教學(xué)實例，為初中人工智能教學(xué)提供新的參考。

【關(guān)鍵詞】人工智能；項目化學(xué)習(xí)；TPBL；教學(xué)評一體化

【中圖分類號】G434 【文獻標(biāo)志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）08-043-04

項目化學(xué)習(xí)在初中人工智能教學(xué)中扮演著至關(guān)重要的角色。它通過將學(xué)生置于真實的技術(shù)應(yīng)用場景中，激發(fā)他們的探究興趣和創(chuàng)新思維，培養(yǎng)解決實際問題的能力。這樣的教學(xué)模式能更好地幫助學(xué)生對學(xué)科知識本質(zhì)進行深度理解與持續(xù)建構(gòu)，有效地促進學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)[1]。

當(dāng)前PBL存在的困境及成因

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》倡導(dǎo)真實性學(xué)習(xí)，鼓勵“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，凸顯學(xué)生的主體性[2]。PBL作為一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，其在知識傳授、素養(yǎng)導(dǎo)向上發(fā)揮了重要的價值。但PBL作為一項系統(tǒng)性的教學(xué)設(shè)計，受學(xué)生知識儲備、課時安排、教師的學(xué)科專業(yè)素養(yǎng)等因素影響，在教學(xué)實施的過程中亦存在一些亟待解決的問題。

1.教學(xué)目標(biāo)定位不準(zhǔn)

教學(xué)目標(biāo)是教學(xué)的核心，必須精確定位以確保PBL的有效實施。然而，當(dāng)前存在一些問題：目標(biāo)常與課程標(biāo)準(zhǔn)脫節(jié)，未重視學(xué)生高階認(rèn)知能力的培養(yǎng)，且未充分考慮學(xué)生實際情況。例如，在智能垃圾分類項目中，教師僅設(shè)定了學(xué)習(xí)使用圖像識別軟件和了解垃圾分類規(guī)則的目標(biāo)，卻忽略了探索圖像識別技術(shù)、數(shù)據(jù)對算法性能的影響，以及不同AI技術(shù)的應(yīng)用等更深層次的內(nèi)容。同時，未根據(jù)學(xué)生知識儲備進行分層教學(xué)，導(dǎo)致教學(xué)效果不佳，學(xué)生感受差異大。為提高教學(xué)質(zhì)量，我們應(yīng)重新審視并精確定位教學(xué)目標(biāo)，確保其既符合課程標(biāo)準(zhǔn)，又關(guān)注學(xué)生高階思維能力的培養(yǎng)，并充分考慮學(xué)生的個體差異和實際需求。

2.教學(xué)評三者指向不一致

在項目化學(xué)習(xí)中，教、學(xué)、評三者是相互影響、相互促進的。教師的指導(dǎo)和評價可以為學(xué)生提供學(xué)習(xí)的方向和反饋，學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和過程又可以反饋給教師，幫助教師調(diào)整教學(xué)策略。整個過程中，教學(xué)目標(biāo)是核心，所有的教學(xué)活動和評價都是圍繞實現(xiàn)這些目標(biāo)進行。在這一理論指導(dǎo)下，國內(nèi)專家構(gòu)建了課堂教學(xué)過程中教學(xué)評一致性三因素模型[3]（圖1）為我們指明了方向。

然而，實際教學(xué)中常出現(xiàn)三者不一致的情況。學(xué)教不一致會導(dǎo)致學(xué)生的理解與教師目標(biāo)不符，如YOLO目標(biāo)分類教學(xué)中，目標(biāo)過于抽象，未貼近學(xué)生實際，影響學(xué)習(xí)效果。教評不一致則表現(xiàn)為教學(xué)內(nèi)容與評價體系不符，如目標(biāo)雖為培養(yǎng)創(chuàng)新思維，但評價仍停留在知識記憶層面。學(xué)評不一致則是學(xué)習(xí)過程和評價體系不符，如評價標(biāo)準(zhǔn)側(cè)重應(yīng)試，而學(xué)習(xí)過程包含多種探究實踐，導(dǎo)致評價無法真實反映學(xué)習(xí)情況。為提高教學(xué)質(zhì)量，必須確保教學(xué)評三者的一致性，讓評價真實反映教學(xué)過程和學(xué)習(xí)成果，從而更有效地促進學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。

3.缺少數(shù)字化技術(shù)支持

教育部于2022年頒布的《教師數(shù)字素養(yǎng)》給出了教師數(shù)字素養(yǎng)框架，規(guī)定了數(shù)字化意識、數(shù)字技術(shù)知識與技能、數(shù)字化應(yīng)用、數(shù)字社會責(zé)任、專業(yè)發(fā)展五個維度的要求[4]，為教師在數(shù)字化時代的專業(yè)發(fā)展指明了方向。在PBL教學(xué)模式中，數(shù)字化技術(shù)的支持顯得尤為重要。缺乏數(shù)字化技術(shù)，PBL的深度和廣度會受到極大限制，教學(xué)資源和活動形式都會變得單調(diào)乏味。更重要的是，沒有技術(shù)的輔助，教師難以準(zhǔn)確掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，無法進行個性化的教學(xué)調(diào)整。學(xué)習(xí)評價也會因缺乏數(shù)據(jù)支持而變得不夠客觀。此外，數(shù)字化工具能幫助學(xué)生更好地進行知識構(gòu)建和概念探索，從而培養(yǎng)其批判性思維和創(chuàng)新能力。在協(xié)同育人方面，數(shù)字化平臺也能加強學(xué)校、家庭、社會之間的合作，共同促進學(xué)生的全面發(fā)展。因此，在PBL中充分利用數(shù)字化技術(shù)是提升教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵。

TPBL教學(xué)評一體化設(shè)計模型的提出

TPBL（Technology-Enhanced Project-Based Learning），即技術(shù)增強型PBL，是一種將先進的數(shù)字化技術(shù)與項目化學(xué)習(xí)理念相結(jié)合的教育模式，旨在通過技術(shù)的支持和項目化學(xué)習(xí)的實踐，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維技能、創(chuàng)新能力和適應(yīng)未來社會的能力。該模型（圖2）力求將教學(xué)、學(xué)習(xí)、評價與技術(shù)工具緊密融合，以實現(xiàn)更有效的教育過程。該模型以明確的教學(xué)目標(biāo)為起點，以生活中真實的項目促進學(xué)生的主動探究和技能掌握。它采用多元化評價方式，確保對學(xué)習(xí)成果的全面評估，并利用數(shù)字化技術(shù)全程參與教學(xué)設(shè)計、過程實踐和教學(xué)評價，全面提高學(xué)習(xí)效率和參與度。同時，模型支持個性化學(xué)習(xí)，通過數(shù)字化平臺，鼓勵師生互動交流，整合豐富學(xué)習(xí)資源，分享學(xué)習(xí)成果，并創(chuàng)建開放和及時反饋的學(xué)習(xí)環(huán)境，能有效地推進教學(xué)的實施，促進核心素養(yǎng)的形成。

TPBL的主要理論基礎(chǔ)

TPBL模型深受建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論、認(rèn)知心理學(xué)和多元智能理論的影響，形成了一種綜合性的教育模式。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，知識是通過學(xué)習(xí)者的主動建構(gòu)而成的，TPBL據(jù)此強調(diào)學(xué)生在團隊合作和項目實踐中的主動性和創(chuàng)造性，通過與現(xiàn)實世界的互動來構(gòu)建和內(nèi)化知識。同時，認(rèn)知心理學(xué)關(guān)注學(xué)習(xí)者信息處理的過程，TPBL結(jié)合這一理論設(shè)計科學(xué)有效的教學(xué)方案，促進學(xué)生在認(rèn)知層面的全面發(fā)展，提高學(xué)習(xí)成就感，并培養(yǎng)關(guān)鍵認(rèn)知技能。

多元智能理論進一步擴展了TPBL的視域，認(rèn)識到每位學(xué)生獨特的智能組合和潛力。TPBL通過多樣化的問題和活動設(shè)計，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并促進他們在多個智能領(lǐng)域的全面發(fā)展。這種模式不僅提升了學(xué)習(xí)的適應(yīng)性和創(chuàng)新性，還幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的優(yōu)勢，促進個性化發(fā)展。綜合這些理論，TPBL模型為學(xué)生提供了一個互動性強、內(nèi)容豐富、認(rèn)知挑戰(zhàn)和個性化學(xué)習(xí)并重的教育環(huán)境，旨在培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、解決問題的能力以及終身學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，為快速變化的社會培養(yǎng)有能力的個體。

基于TPBL模型設(shè)計實例：以星火智慧種植園管理系統(tǒng)為例

1.應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)開展項目分析

在項目化學(xué)習(xí)前期，基于數(shù)字化技術(shù)的學(xué)習(xí)情況分析主要從知識掌握度、技能熟練度、學(xué)習(xí)動機、學(xué)習(xí)風(fēng)格、合作能力、批判性思維、創(chuàng)新能力、技術(shù)適應(yīng)性和情感態(tài)度等維度進行。這一分析的目的是確保項目的教學(xué)內(nèi)容和方法能夠滿足學(xué)生的個性化需求，激發(fā)學(xué)習(xí)動機，優(yōu)化團隊協(xié)作，促進學(xué)生批判性思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展，并幫助學(xué)生適應(yīng)新技術(shù)。

本項目實施前，教師通過對問卷的分析，掌握了學(xué)生對圖形化編程、開源硬件和物聯(lián)網(wǎng)等關(guān)鍵技術(shù)的了解程度，學(xué)生對智慧種植管理系統(tǒng)主題的興趣和參與項目的內(nèi)在動機，學(xué)生偏好的學(xué)習(xí)方式，如視覺、聽覺或動手操作等。這些信息幫助教師設(shè)計符合學(xué)生實際需求的教學(xué)計劃，調(diào)整教學(xué)方法，優(yōu)化學(xué)習(xí)體驗，并促進學(xué)生在項目化學(xué)習(xí)中的有效學(xué)習(xí)。

2.確定核心知識，明確教學(xué)目標(biāo)，制定評價標(biāo)準(zhǔn)

本項目的核心知識是通過類比人的視覺與機器視覺的差異，讓學(xué)生經(jīng)歷數(shù)據(jù)樣本采集、標(biāo)注、訓(xùn)練模型、驗證和部署模型的過程，讓學(xué)生初步了解基于YOLO的目標(biāo)分類算法，感受人工智能在生活中的應(yīng)用魅力。根據(jù)此核心要點，我們可以確定本項目的教學(xué)目標(biāo)和評價標(biāo)準(zhǔn)。

教學(xué)目標(biāo)：（1）了解人類視覺與機器視覺系統(tǒng)在功能和工作原理上的基本差異；（2）能夠獨立進行數(shù)據(jù)樣本的采集，并學(xué)會對數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確標(biāo)注，為機器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練提供高質(zhì)量的輸入；（3）學(xué)生能夠構(gòu)建、訓(xùn)練并評估一個基本的機器學(xué)習(xí)模型；（4）學(xué)生能夠通過項目實踐，體驗人工智能技術(shù)在現(xiàn)實世界中的應(yīng)用，理解其對生活和社會的潛在影響；（5）學(xué)生能夠認(rèn)識到人工智能技術(shù)的倫理和社會問題，培養(yǎng)負(fù)責(zé)任地使用技術(shù)的意識。

教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計根據(jù)學(xué)生的年齡特點、認(rèn)知水平作出調(diào)整，摒棄高深的、晦澀的機器學(xué)習(xí)算法原理等知識。在評價設(shè)計上，遵循教學(xué)評一致性原則，評價標(biāo)準(zhǔn)與教學(xué)目標(biāo)緊密對應(yīng)，具體且可量化。以下是針對教學(xué)目標(biāo)的具體評價標(biāo)準(zhǔn)。

（1）學(xué)生通過類比人類的視覺系統(tǒng)，能使用自然語言說出機器視覺的判斷過程；（2）學(xué)生能展示一個數(shù)據(jù)采集和標(biāo)注的項目，包括數(shù)據(jù)采集的方法和標(biāo)注的準(zhǔn)確性；（3）學(xué)生需提交一個包含模型構(gòu)建、訓(xùn)練和評估過程的項目報告或項目文檔；（4）學(xué)生需完成一個項目，展示人工智能的目標(biāo)分類技術(shù)在現(xiàn)實世界中的應(yīng)用；（5）學(xué)生通過討論，能說出人工智能技術(shù)的倫理和社會問題。

3.創(chuàng)設(shè)真實情境，引出驅(qū)動問題

設(shè)計一個合理的驅(qū)動性問題，需要確保它既貼近學(xué)生的真實生活情境，又能夠激發(fā)他們的認(rèn)知興趣和探究欲望。本項目的驅(qū)動問題：如何利用人工智能技術(shù)創(chuàng)建一個智能管理系統(tǒng)，以優(yōu)化校園植物的生長監(jiān)測和維護？

校園植物種植是學(xué)生日常生活中可以直觀體驗到的場景，易于引起共鳴。設(shè)計一個智能管理系統(tǒng)需要綜合運用多學(xué)科知識，對學(xué)生來說是一個具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。學(xué)生需要理解人工智能的基本概念，包括機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析和智能系統(tǒng)設(shè)計。學(xué)生需要探索具體的技術(shù)實現(xiàn)步驟，如數(shù)據(jù)采集、模型訓(xùn)練、系統(tǒng)集成和自動化控制。學(xué)生需要對自己的學(xué)習(xí)過程進行反思，思考如何有效地應(yīng)用AI技術(shù)解決實際問題，并評估解決方案的有效性。

4.設(shè)計學(xué)習(xí)進階任務(wù)

在設(shè)計學(xué)習(xí)進階任務(wù)時，我們需要確保任務(wù)不僅圍繞教學(xué)目標(biāo)，而且能夠體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的深度和廣度，同時激發(fā)學(xué)生的探究興趣和學(xué)習(xí)動力。以下是針對目標(biāo)（3）設(shè)計的學(xué)習(xí)任務(wù)。

任務(wù)一：模型訓(xùn)練與初步評估。

任務(wù)要求：完成數(shù)據(jù)集的準(zhǔn)備，包括圖像采集和目標(biāo)標(biāo)注；利用Mx-YOLO軟件進行模型的訓(xùn)練；通過觀察Loss圖表和混淆矩陣來監(jiān)控模型訓(xùn)練過程，并初步評估模型性能。

任務(wù)二：模型優(yōu)化與實際部署。

任務(wù)要求：調(diào)整模型參數(shù)，進行模型優(yōu)化，以提高識別準(zhǔn)確率和降低錯誤分類率。將優(yōu)化后的模型部署到K210開發(fā)板上，并展示模型在實際環(huán)境中的預(yù)測結(jié)果。

通過上述兩個進階任務(wù)，學(xué)生不僅能夠?qū)嵺`模型訓(xùn)練和評估的過程，還能夠?qū)W習(xí)如何優(yōu)化模型并將其應(yīng)用到實際硬件中，從而更全面地理解和掌握機器學(xué)習(xí)的核心知識。同時，這種進階任務(wù)設(shè)計有助于學(xué)生逐步建立起從理論到實踐的完整知識體系，為進一步的學(xué)習(xí)和研究打下堅實的基礎(chǔ)。

5.成果展示

成果展示是項目學(xué)習(xí)中極具活力的環(huán)節(jié)，它不僅是學(xué)生智慧和創(chuàng)造力的集中展現(xiàn)，也是他們綜合運用所學(xué)知識和技能的舞臺。學(xué)生團隊通過精心準(zhǔn)備的演講、演示文稿、視頻或?qū)嵨锬Ｐ?，向觀眾展示他們的研究成果，包括項目背景、目標(biāo)、過程、發(fā)現(xiàn)、結(jié)論和創(chuàng)新點等。

這一環(huán)節(jié)為學(xué)生提供了寶貴的交流和反思機會。在與觀眾的互動中，他們接受反饋，學(xué)習(xí)從不同角度看待問題，這有助于他們?nèi)胬斫忭椖坎⒋龠M個人成長。成果展示還具有激勵作用，它鼓勵學(xué)生為自己的成就感到自豪，同時激發(fā)其他學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。同時，成果展示的過程也是學(xué)生團隊協(xié)作能力的體現(xiàn)。在準(zhǔn)備和展示過程中，他們學(xué)習(xí)如何分工合作、溝通協(xié)調(diào)，這些技能對他們未來的學(xué)習(xí)和職業(yè)生涯都是寶貴的財富。

6.項目全面評價

項目全面評價是項目學(xué)習(xí)中的核心環(huán)節(jié)，它通過系統(tǒng)的方法對學(xué)生的學(xué)習(xí)全程進行深入剖析。為確保評價的全面性和準(zhǔn)確性，教師精心設(shè)計了過程性評價與總結(jié)性評價相結(jié)合的機制，并借助數(shù)字化UMU平臺，高效地收集并分析學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建一個科學(xué)、完善的評價體系。

過程性評價主要著眼于學(xué)生學(xué)習(xí)的即時狀態(tài)和持續(xù)性進步。這一評價不僅關(guān)注學(xué)生的參與度，還深入考察他們的知識掌握程度、技能運用水平、學(xué)習(xí)動機、團隊協(xié)作能力等多個維度。例如，學(xué)生在項目中的提問和討論情況、對關(guān)鍵知識點的理解、技能的實踐應(yīng)用，以及他們的學(xué)習(xí)態(tài)度和團隊協(xié)作精神，都是過程性評價的重要內(nèi)容。而總結(jié)性評價則更側(cè)重于對學(xué)生最終學(xué)習(xí)成果的評估。它主要考量學(xué)生提交的項目報告、文檔或演示的質(zhì)量，以及他們在實踐中的創(chuàng)新思維和技術(shù)應(yīng)用能力。此外，學(xué)生的團隊協(xié)作、個人成長、倫理道德觀念以及他們?nèi)绾螌Υ屠梅答佭M行自我提升，也是總結(jié)性評價關(guān)注的重點。

這一綜合評價體系不僅為學(xué)生提供了一個全方位的反饋系統(tǒng)，幫助他們清晰地認(rèn)識到自己在項目中的表現(xiàn)，并找到進一步提升的方向；同時，也為教師提供了寶貴的教學(xué)參考，使他們能夠更有針對性地指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)和項目的推進?？偟膩碚f，這一評價體系在促進學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展和提升教育質(zhì)量方面發(fā)揮了不可或缺的作用。

人工智能教育已成為培養(yǎng)未來技能和素養(yǎng)的基石。通過精心設(shè)計的TPBL教學(xué)模式，我們不僅展示了教師在數(shù)字化浪潮中增強數(shù)字素養(yǎng)的迫切需求，也彰顯了PBL在培育學(xué)生核心素養(yǎng)方面的核心地位。我們堅信，TPBL模式的深入實施將開啟教育的新篇章，為孕育具有創(chuàng)新意識和實踐才能的學(xué)生提供堅實的支撐。

注：本文系廣東省教育科學(xué)規(guī)劃領(lǐng)導(dǎo)小組2023年度中小學(xué)教師教育科研能力提升項目“基于學(xué)歷案的初中人工智能教-學(xué)-評一體化實踐研究 ”（課題編號：2023ZQJK114）和2024年廣東省基礎(chǔ)教育課程教學(xué)改革深化行動專題研究項目“基于項目式學(xué)習(xí)的初中信息科技教學(xué)實踐研究”（粵教教研函[2024]1號）研究成果

參考文獻

陳倩. 大概念統(tǒng)整的學(xué)科項目化學(xué)習(xí)設(shè)計研究[D]. 成都：四川師范大學(xué)，2020.

熊璋，趙健，陸海豐，等. 義務(wù)教育階段信息科技課程的時代性與科學(xué)性：《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》解讀[J]. 教師教育學(xué)報，2022，9（4）： 63-69.

崔允漷，雷浩. 教-學(xué)-評一致性三因素理論模型的建構(gòu)[J]. 華東師范大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），2015，33（4）： 15-22.

吳砥，陳敏. 教師數(shù)字素養(yǎng)：教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下的教師發(fā)展重點[J]. 中國信息技術(shù)教育，2023（5）： 4-7.

編 輯：徐靖程