智能时代项目式学习的设计与实践研究 <br/>——以Python课程的PBL教学为例

智能时代项目式学习的设计与实践研究
——以Python课程的PBL教学为例

2022-07-28卢海丽王彬彬高兴苹

河南教育学院学报（自然科学版） 2022年2期

卢海丽,王彬彬，高兴苹

(黑龙江工程学院昆仑旅游学院，黑龙江哈尔滨 150000)

1 问题的提出

项目式学习(Project-Based Learning，简称PBL)是以构建主义理论为指导的学习模式，强调对真实世界问题的解决，以促使学生能够迎接新挑战，培养学生的多元能力。斯科特·达勒姆(SOCTT DURHAM)曾在自己学习过的教室问自己：“我在那些教室里到底做过些什么？”除了考试和作业的好成绩外，他想不起任何一个让自己对学习感到兴奋的项目[1]。他与迪安·谢尔斯基(DEAN SHARESKI)呼吁人们应注重学生的能动性，真实的学习任务和科技融合，而项目式学习便为此提供了一剂良方。美国巴克教育学院(Buck Institute of Education，BIE)把项目制学习定义为“学生对开放性问题进行研究，并利用已有知识来制造真实的产品或原创的解决方案”。随着智能时代的发展和信息技术的普及与应用，基于智能教育和新环境的新型学习方式逐渐进入研究者的视线，在智能时代探究项目制学习的设计与实践也成为教学模式改革的一个重要趋势。

在国外，项目式学习萌芽于劳动教育思想，最早的雏形是工读教育和合作教育，后期逐渐完善。因此，国外的项目式学习研究较早，内容也较丰富，已经有了一定的研究基础和实践经验，并在网络环境中共享了丰富的项目式学习资源，例如身心广播网(BAM Radio)、巴克教育学院(Buck Institute of Education)、教育乌托邦(Edutopia)、明智网(Gettingsmart)、教育周博客(Educating Week Blogs)、国际教育技术协会社群博客(ISTE Community Blog)、项目制学习博客(PBL Blog)、10分钟教师播客(10-minute Teacher Podcast)等。国外项目式学习比较有代表性的实践有“#MyParty 16”项目、船只项目、澳大利亚iHistory播客项目、加拿大“校园网基层”(SchoolNet GrassRoots)项目、“奥德赛计划”(Project Odyssey)等。“校园网基层”项目是以智能时代的网络为依托，涉及以南极洲为主题的新不伦瑞克省的6所学校，该项目为学校教师和学生的发展都提供了有力的支持。“奥德赛计划”是一个针对教师学习的培训项目，可以帮助教师学习如何设计、管理、评估和展示学生的项目，同时也提示项目式学习中教师和学生是合作学习型的群体。国外在项目式学习过程中对时间的安排也比较谨慎，同时也会为合作保留时间。例如加利福尼亚州圣迭戈县的14所构成美高科体系的学校，教师每周都有数小时时间讨论关于如何通过项目推进教学的问题。通过讨论与合作，利用集体智慧和新的思维模式不断地共同学习，从而实现共同进步。

项目式学习在21世纪初被引入我国，随后便引起了国内研究者的广泛关注。笔者在中国知网(China National Knowledge Infrastructure,CNKI)上以“项目学习”“项目制学习”“项目式学习”“PBL”为篇名进行检索，并剔除掉“问题学习”的文献，共检索到828篇文章。从发表的数量上看，项目式学习的研究已经在广泛开展。从发表年限上看，项目式学习还处在比较热门的研究阶段。从发表的内容上看，项目式学习国内研究的关注点主要以“教学的应用”居多，其次是“模式”“问题与对策”“理论基础”等的研究。通过对文献内容了解后发现，项目式学习的教学及应用中还存在如下问题：第一，基于智能时代开展的项目式学习较少，学习过程中对信息技术的关注度不足；第二，对项目式学习的评价标准不够规范，未充分考虑到学生的多元智能发展；第三，项目实施及课内外时间设定不够明确；第四，项目式学习的流程设计不够细致。

2 智能时代下的项目式学习

2.1 智能时代对项目式学习的推动

项目式学习强调真实性、综合性、开放性、协作性。智能时代为科技含量丰富的项目式学习创造了丰富的学习空间和良好的辅助作用。运用智能时代的新科技，能够扩大教育者与学习者的网络联系并建立实践社群，有助于项目的构思和传播。在项目式学习中，教师的角色发生了变化，从讲授者转变成了引导者、督促者、合作者等不同身份，更加关注学生的协作学习和融合学习，教师在为学生创造项目实施条件的同时还要鼓励学生克服困难、迎接挑战。学生的角色也改变了，从被动地“接受”学习转变成了参与者，能够提出问题并为之创造意义。教室的界限也转变了，学生拥有更多的自主权，可以在智能时代利用科技获取和分析来自世界各地的信息。这就意味着智能时代的发展为项目式学习提供了更加广阔的新环境。智能时代对项目式学习的推动体现在资源、技术、管理、评价等多个方面。项目式学习可以充分借鉴智能教育的优点，实现资源共享、协作融合、解决项目式学习中遇到的困难，提升项目式学习的多样化与学习过程中的便捷性。智能时代对项目式学习的推动与支持见表1。

表1 智能时代对项目式学习的推动与支持 Tab.1 The promotion and support of project-based learning about Intelligent Era

2.2 项目式学习在智能教育时代的价值与意义

目前，项目式学习的势头在教育领域正持续上升，越来越多的学校和教师发现了项目式学习的价值和优势，并以一种新的教学策略定期实施，为传统教学模式注入了新的血液，也为学科融合教学提供了新的思路。随着信息技术的普及和人工智能技术的发展，人才的需求也在逐渐更新。因此，国际教育技术协会 (International Society for Technology in Education, ISTE)在2016年更新了《ISTE学生标准》(ISTE Standards for Students)，指出学生在智能时代应做好7个角色：拥有学习权力的人(empowered learner)、数字公民(digital citizen)、知识建造者(knowledge constructor)、创新设计师(innovative designer)、具有计算思维的人(computational thinker)、创意沟通者(creative communicator)、全球合作者(global collaborator)[2-3]。为了提倡利用技术手段创新教学，2017年ISTE又更新了《教育者标准》，重新定义了教师的角色：学习者(learner)、领导者(leader)、公民(citizen)、合作者(collaborator)、设计者(designer)、促进者(promoter)、分析者(analyst)[4]。ISTE标准已经作为智能时代学习和教育的标准被美国很多学区使用。

适当的项目学习经验能够为学生提供挑战的机会，培养他们的文化修养和智能技术。学生在项目实施过程中体验合作学习、探究学习，促进了学生高阶思维和批判性思维的发展，提升了智能时代所必需的多元能力。教师将传统“教的设计”转变为“学的设计”，在教学中高效地应用技术手段，不仅能够提升自身教师专业的发展，还能够推动教育的改革与发展。

2.3 智能时代好的学习项目特征

一个好的项目能够促进学生的深度学习，激发学生的探索欲望，增强学生解决问题的能力。智能时代的项目式学习强调在真实性、高质量的项目下灵活而广泛地使用数字工具，使项目式学习更具价值、更有挑战性。2018年推出的《高质量项目制学习框架》(Framework for High Quality PBL)对高质量的项目确定了6项准则，如表2所示。

表2 高质量项目制学习框架 Tab.2 High quality project-based learning framework

项目式学习是在传统教学的基础上实施的，重塑项目式学习并不意味着抛弃传统的教学模式。相反，通过好的项目式学习将智能时代的科技手段和传统教学相结合，从而实现现有基础上的继续发展。教师可以结合教学内容在规定时间或阶段性地引入一个项目，并在项目式学习和传统教学之间转换。学生通过教师设置的驱动性问题进行研究，并利用具备的知识和数字工具更好地实现学习目标、拓宽思维，并为他们的自主学习和团队学习创造条件。

那么如何实现好的项目式学习呢？表2的6项准则总结了最佳项目应该具备的特征：在项目的设计构思上，要注意项目的灵活性，争取为学生创造不同的学习路径，实现“因材施教”、个性化教学；为学生提供协作学习、小组学习的项目式学习结构；利用丰富的数据资源为学生提供参考。在项目的问题设定上，要以驱动性问题为核心，或者以探究性问题为架构；注意问题是生成性的，鼓励学生自己建构意义；以复杂且有趣的真实场景或模拟体验为依托，提高学生的兴趣；问题设置结合学生真实世界的学习和生活，并融合多个学科。在项目的实施方式上，提倡学生边做边学，并与真实的受众联系起来，鼓励学生分享项目过程中的观点与作品；引导学生合理使用数字化工具和网络化手段，使学习途径多样而协同；提倡学生及时反馈、复盘和修正。在项目的评价与技能提升上，要求学生能够掌握智能时代的技能和涵养，包括信息与媒体的素养、技术的运用、协作精神、沟通方式、项目管理等；掌握一定的学习素养，要勇于面对挑战、充满自信，要敢于实践、坚持不懈，要自我反省、不断完善，要善于沟通、协作学习。

3 智能时代项目式学习的设计

3.1 智能时代项目式学习必备的6项技能

智能时代的技术为项目式学习提供了很多支持，例如在项目初期可为学生提供丰富的调查研究的资源，项目过程中可随时建立联系，克服空间局限。

3.1.1 研究技能

智能时代为项目式学习提供了支持，使学生能够在新的环境选择利用更好的技术进行研究。学生通过对问题进行解读，然后积极探索问题的原因、性质、规律以及解决办法，通过利用智能技术手段检索资料、筛选、组织和分析数据，从而实现深度学习。智能时代的研究技能就是用智慧进行思考，用技术开展研究，用创新推进发展。项目式学习以真实情景作为驱动性问题，提倡学生利用智能手段进行研究，因此研究是智能时代项目式学习的一项重要技能。

3.1.2 视觉化想法

学生可以利用网络资源、智能技术捕捉数据，并对其筛选、组织、分析，学生可以通过思维导图工具、绘图工具、Office工具等将自己观察的数据可视化，做成信息图表、表单等，将文字、图片、视频、声音、嵌入式媒体等，制作成在线多媒体海报，大胆地公开自己的想法，为合作学习提供支撑，为设想创造可能性。

3.1.3 团队合作

项目需要团队，需要工具。智能时代下新的学习环境为学生和老师提供了新的合作形式，教师们的共享合作能够帮助他们了解课程之间相互关联的内容，从而细化内容，并使不同的教师做不同方面的研究，促使教师的分工合作。学生通过合作互动提高自身的能动性和团队合作能力，为掌握智能时代的相关技能做贡献。合作精神已经成为智能时代一项重要的内容。ISTE学生标准、ISTE教育者标准、新一代科学教育标准(next generation science standards)、共同核心国家标准(common core state standards)、21世纪学习框架(frame work for 21st century learning)，都强调了沟通与合作的重要性。日益数字化的世界需要合作精神实现高效多产。

3.1.4 项目管理

良好的项目管理能够增强项目的条理性，是项目能够顺利进行的基础。可以利用云盘存储信息模块，可以将文件存储并分享到Dropbox网盘上，学生可以用Trello创建事项列表、任务，从而组织和管理他们的项目，也可以利用社交性书签服务(Diigo)或网络综合管理服务(Symbaloo)实现资源的标记、整理、分享等。在一个项目启动前，应提前收集好所需要的资源并列好清单，使后期能够合理地利用智能手段进行项目的实施。

3.1.5 复盘和迭代

复盘，原是围棋术语，也称“复局”，是通过反复实践—复盘迅速提高对弈水平的途径。后被引用到学习中，在构建主义中复盘被认为是一种很好的学习方式。在项目过程中，教师可以准备一些复盘问题，让学生回顾最初的目标、战略的制定和过程的执行，让学生复盘自己的学习行为，总结项目实施过程中如何改进合作水平、如何提高项目技能、如何用高标准要求自己和团队、如何更好地给予和接受批判性反馈。通过复盘讨论他们学到了什么，感兴趣的点是什么，以及如何做才是最佳方案。在项目尾声回顾项目过程中的各种挑战、挫折和快乐，让学生思考面对困难的处理方法，从而让学生能够勇于面对挑战，充满自信，最终提升自身的学习素养。在复盘过程中，当思想发生碰撞时，便会产生新的想法和思路，发现没有预想到的新东西。所以，复盘使项目式学习变得更有意义。

3.1.6 搜集开放资源充实学习技能

智能时代为我们提供了丰富的资源，教育也不例外。教师可以帮助学生挖掘利用共享课程、教材，为学生提供个性化学习资源，还可以通过网络创建、寻找和分享免费的学习资源。

3.2 智能时代项目式学习的设计流程

智能时代项目式学习的设计就是利用智能教育手段进行项目式学习的过程。结合实践经验，笔者总结了通过6个维度实现智能时代项目式学习的设计流程，如图1所示。

图1 智能时代项目式学习6个维度改造Fig.1 Transformation of six dimensions of PBC in the Intelligent Era

确定核心知识。项目式学习的设计是以学生为中心，从学生的理解和知识的掌握程度为核心出发的。在智能时代的项目式学习设计中，设计者应充分借助网络资源，结合课标及教材等寻找关键概念，确定与之相关的实用技能和现代化意义，以此达到知识、素养与技能兼得。

驱动性问题设计。将上述核心知识转化成问题，通过问题引发学生对概念的思考并探索问题解决的方式，从而激发学生利用现代化技术手段查找信息，利用智能技术[5]寻求解决问题的方法。因此，问题的设定要结合学生的实际，以驱动的形式激发学生对问题的探索和挑战。

澄清高阶认知策略。如何保持项目式学习过程中的持续探索？如何实现低阶学习和高阶学习的良好整合？马扎诺将项目式学习的认知策略分成不同层次，如图2所示。从图中可以看出高阶学习和低阶学习是密不可分的，这需要教师要清晰驱动性问题和学习成果所包含的高阶知识，并明晰设计整合基础知识和技能，实现高阶认知带动低阶认知的学习方式。

图2 马扎诺项目式学习的认知策略Fig.2 Cognitive strategies of Mazan’s PBC

确定项目工具、资源与实践。在实践过程中会涉及很多类型的实践，例如探索性实践、社会性实践、技术性实践、审美性实践等。教师可以充分利用现代化教育资源优化实践过程，收集项目所需要的资源并列好清单，将可以帮助学生达到学习目标的工具介绍给他们，用创造性思维思考，引导学生合理使用科技的方法，从而达到用智能技术助力教育的目的。

明确学习成果及公开方式。教师需要在设计阶段就为学习活动及成果制定参考，包括活动过程中的复盘问题、成果要点、最低标准、便捷、流畅的公开方式等。这些对学习都具有一定的指导和聚焦作用，为最终成果的评估做准备工作。

设计复盘及评价。项目组教师在设计项目阶段就已经对成果及实践有了初步的评价设计。在项目式学习过程中，教师可以设置一些复盘问题并留下各种复盘内容，通过全程的跟踪评价，引发学生更深层次的学习与理解，促进学生个体和团队共同进步。

3.3 智能时代项目式学习模式

本文以现代化智能教育背景为依托，重新审视项目式学习的实施，在构建主义学习理论和情境认知理论的指导下，结合现代智能技术的优势，构建了智能教育时代下项目式学习模式，包括项目准备、项目规划、项目实施、复盘与评价4个主要环节，其具体结构如图3所示。在该模式中，充分考虑智能教育环境的支持，师生利用智能技术进行项目的学习和探索，在智能时代的新环境下进行多种形式的学习和体验，最终借助多样化的工具和科技进行设计、交流并制作完成项目成果。

图3 智能时代项目式学习模式Fig.3 Project-based learning mode in Intelligent Era

3.3.1 准备

准备阶段是项目式学习的基础和实施的前提条件。教师首先对学习内容进行整合，将教学知识点转换为核心知识，把握好核心概念与子概念、具体的事实与技能之间的关系，并与真实的生活世界、智能时代的多样化情景相联系。教师与领域专家等建立项目团队，在对核心知识充分认识的基础上，以教师为主体利用智能教育时代的管理工具、交流平台、资源共享、数据智能等智能技术进行项目式学习重构。教师引导学生在新的学习环境中创造新的合作机会，克服传统的学习隔离、职业隔离的模式。

3.3.2 规划

项目规划阶段包括项目式学习目标的确定、确定项目的评估标准、选择和设计项目、制定项目管理策略等四个步骤，是项目式学习的有效开展的保障。教师依据核心知识确定目标，由目标设计评估标准，引导成果的生成，确保目标—实践—成果—评价的一致性。教师通过网络资料的查询与借鉴选择或设计项目，优化已有的项目。利用网络工具实现项目的管理，进一步提高项目的合理化。

3.3.3 实施

项目的实施包括项目引入、项目探究与成果生成两个阶段，这也是项目式学习活动的核心环节。教师与学生在智能教育新环境的支持下，依托网络工具、学习平台、智能教育服务、VR/AR /MR情景支持等进行项目式学习活动的探究。在此过程中，学生通过信息的浏览、查询、收集、组织、交流等多种方式进行知识的构建，并通过项目的探究提升学习素养、高阶的问题解决、高阶思维带动低阶思维学习、批判性思维等21世纪所需要的多种能力。

3.3.4 复盘与评价

复盘与评价阶段主要包括复盘和成果交流、评价与反思两个步骤。在项目实施过程及项目结束时，教师可以给学生预留出一部分时间进行复盘，学生可以通过复盘发现在学习过程中没有想到的一些东西，有助于学习素养的生成和学习兴趣的提高。项目式学习的评价强调丰富性和多元化，教师要充分利用好过程性评价、总结性评价和多元主体参与等方式促进活动的开展。信息技术为项目式学习的评价提供了丰富的方式，例如云计算技术、智能识别技术、网络问卷等，在方便评价的同时提高了评价的全面性、公平性。

3.4 智能时代项目式学习的实施流程

BENDER W N等人在《项目式学习：面向21世纪的差异化教学》一书中对项目化学习的实践提出了6个阶段：启动、背景知识研究、揭示主题、研究活动、记录活动、退出[6]。张文兰等人在《网络环境下基于课程重构理念的项目式学习设计与实践研究》中也将项目式学习分成了确定项目、制订计划、活动探究、作品制作、成果交流、总结评价6个阶段[7]。通过在教学的实践和研究发现，项目化学习的阶段划分并不是最重要的，重要的是在阶段中融入了怎样的实践。通过总结并结合上述项目式学习流程，笔者提炼了智能时代基于项目式学习的流程步骤，共包含6个关键步骤，如图4所示。

图4 智能时代项目式学习的实施流程Fig.4 Implementation process of project-based learning in the intelligent era

3.4.1 确定项目

项目式学习的首要任务就是确定项目。项目的确立要以课程标准、教学内容等提炼的核心知识为主线设计驱动性问题，通过真实或模拟的情景让学生感知项目、了解问题并明确目标。在此过程中，学生可以向教师咨询并利用网络智能进行信息检索，做好项目式学习的前期准备；教师要充分考虑项目是否充分涵盖了核心概念与子概念、是否承载了学生素养和高阶思维能力、是否源于生活的复杂问题、是否具有可操作性、是否能够引起学生的兴趣等。

3.4.2 制订计划

在此环节中，教师要对项目进行整体规划。教师需要澄清驱动性问题和学习成果所包含的高阶认知策略类型，引导学生利用思维导图等认知工具对项目的知识结构进行分解，对活动步骤进行划分，并通过小组交流和总结制订项目任务导图，明确任务分工。项目的总计划要明确各项目阶段的任务分工和小组的任务要求，预设成果形式和任务的时间节点，并制订项目管理策略，有条件的可以建立成长记录档案。管理好智能时代的项目，有利于学生利用智能时代的各项技能协助学习，例如帮助学生合理管理时间和工作流程、物料和工作草案，协同合作的工具、寻求协助的方法、循环工作的方式等。

3.4.3 活动探究

学习实践环节也是项目式学习的核心环节。教师可以依据项目目标、情景、问题和项目历程等融入适当的学习实践，为学生提供智能教育技术工具指导、学习资源，并针对小组及个人的学习表现和反馈提供个性化的支架式教学，对学生进行实践指导。学生可以在智能技术的支持下通过探索学习、自主学习、协作学习等方式探索问题的解决方式，并初步制定成果。此外，在项目式学习实践过程中，教师还要设置复盘问题并留下各种复盘内容，丰富学生的信息资源库。实践过程教师要关注学生的反馈并及时对项目进行调整。

3.4.4 作品生成与修订

智能教育时代的技术支持为项目式学习成果提供了多样化的形态，同时也增加了学生选择成果形式的难度和不适宜性。因此，教师要在作品制作环节中为学生推荐使用便捷且合适的技术工具，指导学生综合利用智能时代的技术工具制作出合适、合时、合情、合理的优质项目产品。各小组在生成作品的同时要及时进行交流协作，接受同伴、教师及其他人员的意见反馈，对作品进行及时修订，优化作品成果。

3.4.5 复盘与成果公开

在这个环节中，教师整理项目实践过程中的复盘材料并进行项目结束时的复盘，使学生进一步思考他们学到了什么，感兴趣的点是什么，通过复盘强化学生的成就感，使项目式学习变得更有意义。教师组织学生进行成果展示，展示方式不局限于口述，也可以借助多媒体技术、智能技术等形式进行多样化汇报，小组之间、教师与学生之间进行交流，相互浏览、协作，取长补短，共同进步。不要让距离成为分享交流时刻的障碍。

3.4.6 总结评价与反思

在这个环节中学生要对项目进行整体回顾。通过回顾过程性材料向学生展示项目历程，回忆项目经历，承认学生的勤奋和投入，让学生在回顾的过程中对自己的学习成果感到自豪，使学生体会到项目学习过程中应该记得什么、珍视什么、感谢什么、发展什么，并引导学生对下一步学习和任务进行部署。依据项目的评价指标对项目成果进行评价，检测目标、实践、成果、评价是否一致，最终成果是否回答或完成了驱动性问题，是否实现了概念的深度理解和相关技能的提高，高阶认知策略是否带动了低阶认知策略的学习，学习实践是否产生了迁移，学习实践的质量如何等。智能时代的技术为学习提供了多样化的评价方式，例如利用带有记录功能组件的项目记录、Lucid Chart、Mindomo的思维导图、Poll Everywhere、问卷星的兴趣量表等。教师要善于利用智能评价手段进行评价和总结，最终针对过程性材料、小组成果、学生个性发展等形成个性化项目学习评价结果。教师通过评价总结引导学生进行反思和迁移，为下一次的项目式学习做准备。

4 智能时代项目式学习在Python课程中的应用实践

Python在大数据、人工智能、金融分析等方面应用都比较广泛。赵光辉主编的《Python语言及其应用》以100多个实际问题求解案例为纽带，使学生在问题求解的过程中掌握Python的应用与核心概念。本研究利用智能时代的技术，以Python课程的PBL教学为案例，介绍高等学校项目式学习的应用实践过程。

4.1 项目设计

项目团队教师首先对Python课程内容进行项目式重构，总结出核心知识。再通过对教学内容和应用领域的分析，结合智能教育时代的新环境、新技术、新发展，确定以“如何对股票数据(沪深)进行爬虫和选股”为项目式学习方案的驱动性问题，并对原有学习目标进行修订，确定本次项目式学习的高阶认知策略和成果评估标准(表3)。

表3 Python的项目设计 Tab.3 Project design of Python

4.2 项目实施

此项目是统合Python一个学年所有知识点的大项目，学生从4月开始参与项目，在7月完成设计方案并进行展示。项目实施过程依照智能时代项目式学习的流程步骤进行，具体见表3。

4.3 项目评价准则

在项目实施过程中对项目完成进度及学生表现进行记录，在项目结束时对项目进行总评，对学生进行全过程复盘。因此，整个项目过程的评价主体是多元的，评价方式是多样的，具体内容见表4。

表4 Python项目评分准则Tab.4 Project python scoring criteria

4.4 项目实施效果

在该Python项目的PBL教学中，学生最终展示的项目充分展现了学生专业水平的运用能力、解决问题能力、协作学习能力、智能技术手段的运用能力和信息素养的提升。在任务的驱动下，学生学着互相给出批判性反馈，充分利用集体的智慧，积极利用新的思维模式思考，探索利用科技手段解决问题，学习如何坚持不断地协作学习、共同学习。此项目的实施在很大程度上提升了学生对Python的学习兴趣和积极性，体会了Python在现代技术领域的强大功能和价值，对Python的学习动力更足。评价结果也表明，学生的协作能力、解决问题的能力、信息技术的应用能力等都得到了明显提高。在项目学习过程中学生充分利用智能时代的技术手段进行学习，并在学习与探索的过程中提升了自身的信息素养。