AI赋能下的蚌埠双墩遗址项目化学习探究
2026/3/25 17:00:37

AI赋能下的蚌埠双墩遗址项目化学习探究 

蚌埠铁路中学 王磊 

一、项目背景

蚌埠双墩遗址是新石器时代早中期的重要文化遗产,距今约7300年,以其独特而丰富的陶器刻划符号闻名于世,被誉为“刻划符号的宝库”和中国文字起源的重要线索之一。然而,遗址的保护与研究面临巨大挑战:大量脆弱陶器残片风化严重,其上神秘刻符的有效提取与精准解读困难重重;遗址的全面测绘与数字记录工作亦存在技术瓶颈,传统方法难以高精度、高效率地处理复杂的考古现场信息。

为此,我们启动AI赋能蚌埠双墩遗址探究”项目。项目旨在深度应用人工智能技术——特别是机器视觉、深度学习与图像增强算法——对陶片刻划符号进行智能识别与特征提取,辅助破译早期符号系统内涵,构建高精度三维数字化遗址模型,为全面保护、动态监测和沉浸式展示奠定科学基础。项目的实施将极大提升双墩遗址研究的科技内涵与保护水平,推动中华早期文明探索的数字化进程。

项目依据

一)现实依据

双墩遗址7300年前的陶片刻划符号风化加剧,人工提取与解读效率低、误差大;遗址复杂环境下的高精度数字化记录面临技术瓶颈,传统测绘难以满足文物保护与科研深化需求。

1.文化传承需求 :双墩符号是蚌埠本土文化的“根脉”,亟待青少年认知保护。

2.考古热点 2023年双墩遗址入选“考古中国”重大项目,学术关注度攀升。

二)课标依据

契合普通高中课程标准核心要求:

1.历史学科:强化“史料实证”与“文化遗产保护”,要求运用科技手段研究早期文明。

​​2.信息技术学科:明确要求学习“人工智能应用”、“三维设计”等技术,解决实际问题。

​​3.地理学科:强调“地理信息技术应用”在资源保护中的作用。

三)教材依据

1.高中历史(必修《中外历史纲要》上):第1课强调新石器时代遗存是中华文明起源的重要实证。

2.高中信息技术/人工智能初步(相关选修):教材(如沪科版、浙教版)设置图像识别、数据处理等模块,为本项目AI技术应用提供知识支撑。

本项目立足遗址保护痛点,精准对接新课标跨学科融合要求及教材技术实践导向,构建真实教育科技融合场景。

三、教学目标

(一)学科知识目标

1.历史与考古:理解双墩遗址的时空定位(新石器早中期,约7300年),掌握其刻划符号体系在中华文明起源中的核心价值。分析陶器符号的构成特征与潜在功能,探究其与早期文字、宗教及社会结构的关联。

2.人工智能技术:掌握机器视觉(如图像增强、边缘检测)与深度学习(CNN模型)在符号识别中的基本原理。学习三维扫描技术(如激光雷达/摄影测量)及点云数据处理流程,构建遗址数字孪生体。

(二)学科核心素养目标​​

1.史料实证素养(历史):运用AI技术对陶片符号进行智能提取与分类,验证符号组合规律,提升实物史料分析的科学性。

2.计算思维素养(信息技术):设计AI算法优化方案,解决符号识别的模糊性问题,训练学生抽象建模与算法设计能力。

3.技术应用素养(通用技术/美术):通过三维建模实践,掌握数字化遗产保护技术流程,理解科技与人文的协同创新逻辑。

(三)项目成果目标​​

1.生成《双墩刻符AI识别分析报告》:包含符号特征图谱、高频符号关联性解读。

2.构建遗址高精度三维动态模型:支持分层查看遗址地层结构及关键文物空间分布。

3.形成跨学科解决方案提案:由学生主导设计“AI+考古”融合应用案例,提交至地方文保部门参考。

通过本项目,学生将在真实科技考古场景中实现知识迁移与创新实践,推动遗产保护的未来人才储备。

学情分析

(一)知识基础​​

1.历史学科:已掌握中华文明起源的基本脉络(如河姆渡、仰韶文化),但对双墩刻符的独特性及早期文字演化意义认知模糊;具备陶器制作工艺等基础概念,但缺乏从符号学、社会功能视角的深度分析能力。

2.信息技术:熟悉Python基础语法及OpenCV、TensorFlow等工具库的简单调用(必修模块); 对深度学习图像识别(如CNN)原理仅限理论理解,实战经验不足,对三维建模技术更显陌生。

(二)能力特点:

1.优势领域:高中学生数字化工具适应力强“能快速掌握新型扫描设备、可视化平台操作”;跨学科协作意愿高“在项目式学习中表现出活跃的小组分工与创意整合能力”。

2.薄弱环节:复杂问题拆解能力不足“面对"符号风化识别""遗址三维重建"等综合任务时,易陷入技术细节而忽视考古学逻辑”;学术严谨性待提升“对AI分析结果易轻信,缺乏对算法局限性的批判反思(如误将随机划痕识别为符号)”。

(三)兴趣点:

1.神秘符号解码:对刻划符号的象形含义(如日月纹、渔网纹)及与甲骨文关联性表现出强烈探究欲;

2.科技考古体验:渴望亲手操作AI增强陶片图像、无人机三维扫描等"黑科技"工具,实现"破译七千年密码"的沉浸感;

3.社会价值认同:关注技术如何解决文物风化抢救等现实痛点,对向文保部门提交解决方案有使命感。

总体看来:学生具备基础技术操作能力和跨学科学习热情,但需强化"技术-考古"双逻辑融合训练,通过实战项目培养批判性思维与系统性问题解决能力。

 

 

 

五、信息资源与工具选择

类型

资源示例

 

 

数字资源:

1.遗址数字档案

2.三维模型资源

1.蚌埠双墩遗址考古数据库(蚌埠博物院授权):陶片高清图像、符号线描图及地层信息表;国家文物局"符号库":整合双墩、贾湖等史前刻符的标准化编码数据集,支持符号比对分析。

1. 遗址激光点云数据(安徽考古所提供):覆盖核心区2.5公顷的高精度扫描数据(精度达0.5cm);开源史前聚落三维模型库:如平台良渚、半坡遗址模型,用于对比研究。

实地资源:

1.核心考古现场

2.协作场馆支持​​

1.双墩遗址探方展示区(国家考古遗址公园):可实地观察文化层堆积与陶片出土原位;模拟考古基地:支持学生参与探方挖掘陶片仿制品,实践符号提取流程。

2.蚌埠市博物馆修复实验室:提供陶器残片实体样本及专业修复师技术指导;遗址监测站:实时查看温湿度、裂隙位移等传感器数据,理解保护需求。

工具:

1.AI技术工具

2.三维重建设备

1.图像增强工具:风化符号修复、边缘检测算法库;符号识别平台:预置双墩符号标注数据集。

2.便携式激光扫描仪:用于遗址局部精细建模;无人机倾斜摄影套装:快速生成遗址全景三维模型。

、驱动问题

核心驱动问题

分解驱动问题

阶段任务

阶段成果

最终成果

 

如何通过人工智能技术突破双墩遗址刻符解读与保护困境,科学揭示7300年前长江中下游文明密码?​

 

1.刻符数字化重生——如何让风化陶片上的神秘符号"清晰可读"?​​

1.采集遗址陶片图像;

2.运用图像增强算法优化低对比度刻痕

3.基于AI深度学习模型分割符号与背景

1.《双墩陶片刻符增强图库》(高清晰符号图像)​2.符号分割评估报告​​

 

 

通过深度绑定陶符智能识别、遗址动态建模、保护策略生成(AI决策) 三大技术支柱,不仅解决"看不清""读不懂""管不准"的考古困境,更探索出一条技术人文深度耦合的文明研究新路径。

2.符号智能破译——能否从数千刻符中发现系统规律?

构建双墩符号标注数据集(按形类:象形/组合纹饰);

符号演化树模型呈现从具象到抽象的发展路径

3.保护决策赋能——AI能否为文物保护提供科学预案?

1. 整合环境传感器数据(温湿度/震感/酸雨)与符号风化指数;

2. 生成自适应保护方案

《双墩遗址AI监护白皮书》

 

七、项目实施过程设计

项目流程及教师活动

学生活动

设计意图

技术支持

入项活动

1.组建项目指导小组,吸纳历史学科教师、信息技术教师参与其中,同时邀请本地博物馆或考古机构的专业人员担任考古顾问,为项目提供专业支持。

2.与双墩遗址管理方取得联系,协商并落实实地考察的具体安排,同步协调资源对接,争取获取遗址相关的历史文献、研究成果等资料。

3.系统搜集 AI 技术及双墩遗址的关联学习素材,经过筛选与整合后,编制成学习手册或开发在线课程资源,方便学生开展自主研习。

4.筹备并召开项目启动仪式,向学生详细讲解项目的背景信息、核心目标、实施步骤及具体规范,以此调动学生的参与积极性。

 

 

1.学生自由结组,每组 5 - 6 人,由组员共同推选组长。各小组构思团队名称、团队口号和团队规则,清晰划分成员职责,像设置数据采集岗、数据分析岗、报告撰写岗、汇报讲解岗等。​

2.自主研习教师提供的学习材料,熟悉双墩遗址的基础信息和 AI                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                  技术的入门知识,把疑问和感兴趣的话题记录下来,在小组内部开展交流探讨。

 

1.搭建跨学科指导团队,为项目供给专业支撑。提前对接遗址管理部门,保障实地考察顺畅推进,并获取所需资料。编制学习资料以便学生自主研习,为后续项目开展筑牢根基。​

2.项目启动会助力学生全面知晓项目情况,调动参与的积极性。小组组建能培育学生的团队协作素养,自主学习与交流讨论则可提升学生的自主探究能力。​

搭建项目学习平台,例如依托在线学习管理系统,上传学习素材、发布项目公告、组织线上研讨等。借助即时通讯工具(如微信、QQ 群),便于教师与学生、学生与学生之间开展沟通交流。

 

阶段任务

1

1.实地考察前,组织培训讲座,向学生讲解考察的注意要点、安全常识,以及数据采集的方式和工具操作方法。比如讲解高清相机拍摄遗址照片的技巧、激光测距仪测量遗址尺寸的用法等。​

2.带领学生到双墩遗址开展实地考察,指导他们观察遗址的地形地势、遗迹布局、文物特点等,引导学生思索如何借助 AI 技术开展保护与研究工作。​

3.帮助学生完成数据采集任务,保证数据准确且完整。针对学生在考察过程中提出的问题,进行解答和指导。

 

 

1.依据小组内的分工,运用相机、激光测距仪、无人机(若具备条件)等设备,对双墩遗址进行多维度、全方面的数据收集。具体包括拍摄遗址的全景图、文物的特写照片,测量遗址关键位置的尺寸,借助无人机获取遗址的航拍图像等。​

2.将实地考察过程中的所见所感、思考感悟记录下来,搜集遗址周边的环境信息,例如植被覆盖情况、土壤状态等。与遗址的管理人员、当地住户交流沟通,了解有关遗址的传说故事以及日常保护状况。

1.实地考察能让学生实地感知双墩遗址的独特魅力,加深对遗址的直观认知。数据采集工作的开展,为后续的 AI 分析提供了基础数据支撑。​

2.教师的培训与指导,助力学生掌握规范的考察及数据采集方法,提升其实践操作能力。而与遗址相关人员的交流,则拓宽了学生获取信息的途径。

配备高清相机、激光测距仪、无人机等数据采集设备,保障设备正常运转。准备移动硬盘等存储工具,用于及时保存采集到的数据。运用地理信息系统(GIS)技术,协助学生记录数据的地理位置信息,方便后续分析工作的开展。

阶段任务

2

1.开设 AI 技术专题课程,阐述图像识别、数据分析、三维重建等与项目相关的 AI 技术原理及应用实例。邀请 AI 领域专家开展线上或线下讲座,分享 AI 在文化遗产保护领域的前沿技术与实践心得。​

2.介绍并指导学生运用相关 AI 软件及工具,例如图像识别类软件(如百度 AI 开放平台、腾讯云视觉 AI)、数据分析类软件(如 Excel、Python 数据分析库)、三维建模类软件(如 Blender、Maya)等。布置具有针对性的练习任务,助力学生熟练掌握软件操作。​

3.组织学生对采集到的数据进行梳理和归类,指导他们运用 AI 技术对数据展开初步处理与分析,像借助图像识别软件辨别文物类型、剖析文物表面的病害特点,运用数据分析软件对遗址相关数据进行统计分析等。当学生遇到问题时,及时提供技术支持与指导。

1.潜心研习 AI 技术知识,主动投身课堂讨论与案例剖析,领会 AI 技术在双墩遗址保护及研究中的应用路径。​

2.依照教师的要求,练习运用 AI 软件和工具,完成各项练习任务,提升软件操作的熟练程度。​

3.对实地考察采集的数据分析整理,剔除无效数据后,将有效数据按不同类别(如图像数据、测量数据、文字记录数据等)分类保存。运用所学的 AI 技术与软件工具处理分析数据,尝试从数据中挖掘有价值的信息,例如通过图像识别判断文物的损坏程度、借助数据分析探寻遗址的布局规律等。在小组内分享数据处理和分析的成果,共同探讨遇到的问题及解决办法。

1.系统的AI 技术教学帮助学生习得核心技术知识,专家讲座则进一步拓展学生的视野。借助软件工具的学习与练习,学生的技术应用能力得到培育。​

2.对数据进行梳理和归类,为后续的深入分析做好铺垫。运用 AI 技术处理数据,能让学生切实体会到该技术在解决实际问题中的作用,进而提升科学探究能力与数据处理能力。​

3.小组内的交流分享,有助于培养学生的团队协作素养与表达能力。

供给 AI 软件和工具的安装包、使用指南以及在线技术支持资源。构建计算资源平台,例如采用云计算服务(如阿里云、腾讯云),满足学生在数据处理与分析方面的计算需求,防止因本地计算机性能欠缺而阻碍项目进展。

阶段任务

3

 

1. 指引学生依据数据处理和分析的成果,结合双墩遗址的历史文化背景与保护现状,思索如何运用 AI 技术制定出切实可行的遗址保护及研究方案。组织学生开展头脑风暴活动,激励他们提出富有创新性的想法和建议。​

 

 

 

 

 

 

2.供给相关的案例资料与研究文献,助力学生了解国内外文化遗产保护和研究的先进经验及方法,拓展他们的设计思路。​

 

 

 

 

 

 

3.对学生制定的方案进行初步审核,从科学性、可行性、创新性等维度给出修改意见和建议,指导学生对方案加以完善。

1.各小组依托前期的数据处理和分析结果,深入探讨双墩遗址面临的保护难题与研究方向,运用所学的 AI 技术知识,构思具体的保护及研究举措,制定详尽的项目方案。方案内容涵盖但不限于利用 AI 技术修复文物的方式、基于数据分析的遗址保护规划提议、借助三维重建技术打造虚拟展览的构想等。​

2.查阅相关文献资料,参考其他文化遗产保护与研究项目的成功做法,对本小组的方案进行优化升级。制作方案汇报 PPT,为向全班展示和汇报小组方案做好准备。​

 

 

 

3.在班级内开展方案汇报与交流活动,认真吸纳其他小组的意见和建议,对本小组的方案作进一步修正和完善。

1.培育学生运用知识解决实际问题的素养,借助头脑风暴激活学生的创新思维。供给案例资料与文献,拓展学生视野,让方案内容更丰富。​

2.教师的审核与指导,保障了方案的质量。方案汇报和交流活动,能提升学生的表达能力与批判性思维,通过相互借鉴学习,进一步完善方案。

开放文献检索数据库的访问权限,便于学生查阅相关研究文献。运用思维导图软件,辅助学生梳理方案思路,搭建方案框架

成果展示

组织项目成果展示活动,确定展示的时间、地点和形式,如举办成果展览、组织汇报演出等。提前邀请学校领导、专家学者、家长代表等作为评委嘉宾。

 

各小组精心准备成果展示内容,将项目方案、数据处理结果、研究结论、保护建议等以多样化的形式呈现出来,如制作展板、宣传册、演示视频、实物模型等。排练汇报演讲,确保能够清晰、准确地向观众介绍项目成果和创新点。

为学生提供展示才华的平台,增强学生的自信心和成就感。制定科学的评估标准,全面、客观地评价学生的项目成果和综合素质。通过答辩和反思,培养学生的应变能力和自我反思能力,促进学生不断成长和进步

提供展示场地的多媒体设备,如投影仪、音响系统等,确保成果展示效果。利用在线投票系统或评分软件,方便评委嘉宾和观众对学生的成果进行评价和投票。

 

 

 

八、项目评价方案

维度

评价指标

工具

知识理解

学生对 AI 技术在遗址保护(如智能监测、三维建模)和研究(如数据分析、文物图像识别)中应用原理的掌握程度,以及对双墩遗址文化内涵、历史价值等知识的理解深度。

采用课堂提问、知识小测验的方式。提问围绕 AI 技术如何助力遗址保护的具体环节,测验则涵盖 AI 相关基础知识和双墩遗址常识,以此检验学生知识理解情况。

素养表现

观察学生在项目实践中的团队协作能力、问题解决能力、创新思维能力。例如,在利用 AI 工具处理遗址数据时,能否与团队成员有效沟通,能否提出创新的分析思路。

通过小组互评和教师观察记录。小组互评表设置协作、创新等维度,教师则根据学生在项目过程中的表现,记录其素养发展情况。

 

成果价值

评估学生运用 AI 技术产出成果的实用性和创新性。如基于 AI 分析的遗址保护建议是否可行,利用 AI 生成的遗址数字化成果是否具有独特价值。

组织专家评审和成果展示会。专家从专业角度对成果进行打分,成果展示会上邀请同学、老师进行评价,综合判断成果价值。

九、项目反思

(一)技术应用反思

借助 AI 开展遗址文物图像识别工作时,我们留意到,部分因年代久远而纹理模糊的图像,使得识别精准度没能达到预期。后续,我们打算引入更为先进的图像增强 AI 算法,以此提升识别效果。另外,在运用 AI 分析遗址数据的过程中,数据预处理环节花费了较多时间,我们也会去探寻具备自动化数据清洗功能的 AI 工具,从而提高整体工作效率。

(二)团队协作反思

在小组分工协作期间,出现了沟通不顺畅的状况。就拿 AI 模型搭建阶段来说,负责数据采集和模型训练的同学之间的衔接就出现了问题。后续,我们会建立每日线上打卡汇报机制,借助协同文档工具来实时共享工作进展,明确每日的任务节点,保证信息能够及时同步。

(三)成果优化反思

目前,基于 AI 生成的遗址保护建议,在实际操作层面还存在一些不足。接下来,我们会结合实地考察的情况,利用 AI 技术对这些建议进行模拟推演,检验其是否可行。对于数字化成果,我们会进一步优化交互界面,增加 AR 功能,让参观者只需扫描就能获取更丰富的遗址信息,进而提升成果的价值。

 

   点击下载

作者:王磊 文章来源:本站原创 点击数:9474 文章录入:施海涛    责任编辑:haitao 
  • 上一篇文章:

  • 下一篇文章:
  • 【字体: 】【发表评论】【加入收藏】【告诉好友】【打印此文】【关闭窗口
      网友评论:(只显示最新10条。评论内容只代表网友观点,与本站立场无关!)

    地址:安徽省蚌埠市胜利路152号 / 邮编:233000 / 电话:0552-4029959 4015054 皖 IPC 备 06001307 号-1
    版权所有&蚌埠市第一中学 皖公网安备 34030002000335号