實驗驅動 技術融合 創新發展*
——中山市推動信息技術與實驗教學融合創新實踐探索

劉建華

中山市教育技術中心 廣東中山 528403

0 引言

實驗教學既是重要的教學模式、教學方法、教學手段和教學環節，也是學科教學的重要內容，是構建各學科理論體系的基礎。實驗教學的過程是學生探索求知、體驗創新創造的過程，有助于開發學生的創新潛質，啟迪學生的實踐智慧和創新思維，為培養創新人才奠定基礎[1]。自20世紀80年代起，為提高教育質量，讓中小學教育更好地為四化建設服務，教育部（原國家教委）先后下發了《關于加強中、小學實驗教學和實驗室建設的意見》《關于加強中小學實驗室和儀器設備工作的若干意見》《加強中學實驗教學的暫行辦法》等多個文件，在幫助學生深入理解理論知識、訓練實驗能力、開發智力、培養科學作風等方面起到了重要作用，培養了大批具有實際操作能力、觀察分析能力的社會主義現代化建設者和具有創新精神、善于進行科學實驗和技術革新的人才。

隨著科學技術的飛速發展，全球競爭不斷升級，傳統的實驗教學模式已經不能適應新時代對中小學人才培養的新要求，需要對其進行全面的改革。為推動教育思想、內容和育人方式變革，提高教育教學質量，落實立德樹人的根本任務，《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》指出：要“創新實驗教學方式，注重加強實驗教學與多學科融合教育、編程教育、創客教育、人工智能教育、社會實踐等有機融合，促進傳統實驗教學與現代新興科技有機融合”[2]。2022年的各學科課程標準均對以核心素養為綱呈現課程目標，以主題、項目或活動組織課程內容，強化學科實踐和跨學科實踐等內容進行了強調，這不僅對實驗教學的開展提出了更高要求，也為中山市推動信息技術與實驗教學融合創新進一步指明了方向。

如表1所示，中山市實驗教學的改革探索始于2004年，從最初的配備數字化探究實驗室，到探索數字化實驗教學，再到發展創客教育，直至推動信息技術融合實驗創新，其發展歷經了初始、發展、普及和深化四個階段。

表1 中山市實驗教學改革探索發展歷程

1 中山市實驗教學改革探索發展歷程

1.1 初始階段（2005—2011年）

2004年8月，為推進廣東省普通高中新課程樣本學校的裝備建設，全面推進素質教育，促進基礎教育改革和發展，廣東省教育廳印發《廣東省普通高中新課程樣本學校裝備標準（試行）》，將物理、化學、生物探究實驗室作為普通高中學校實驗室建設的基本要求，并納入《廣東省國家級示范性普通高中督導驗收指標體系評估標準》。同年9月，為構建一個“讓學生全面而有個性地發展”的課程體系，教育部開始在廣東、山東、海南、遼寧4 個省率先實施“普通高中新課程改革”。2005年年初，根據廣東省的文件要求，為配合新課改的實施，中山市在普通高中學校開展了探究實驗室建設，力求以數字化實驗的高效實驗過程和精確的實驗數據帶動課堂教學變革，促進教師教學理念和教學方法的更新。截至2009年，中山市在全市15 所普通高中均建設了1 間（含）以上的數字化探究實驗室。

1.2 發展階段（2012—2015年）

2012年，為利用數字化實驗儀器開展實驗教學改革探索與研究，中山市開始在初中和小學進行數字化探究實驗室建設，如表2所示。中山市教育技術中心（原中山市電化教育站）遴選了實驗室條件和師資條件相對較好的石岐中心小學、黃圃鎮培紅小學等5 所小學和沙溪鎮溪角中學等3 所初中作為首批數字化探究實驗室試點建設學校，并根據初中和小學實驗教學的實際需求，為學校配備了12套數字實驗儀器和相關的器材。經過4年的試點建設與推廣，截至2015年，中山市共有28 所初中和小學完成了數字化探究實驗室建設。

表2 中山市數字化探究實驗室試點建設配備的主要儀器

1.3 普及階段（2016—2018年）

2016年6月，為推動信息技術與教育教學創新的深度融合，教育部在《教育信息化“十三五”規劃》（以下簡稱《規劃》）中提出：“要積極探索信息技術在‘眾創空間’、跨學科學習（STEAM教育）、創客教育等新的教育模式中的應用”[3]?！兑巹潯返耐瞥觯瑯酥局鴦摽徒逃竭M入國家層面的教育發展規劃。相較于昂貴的數字化探究儀器，創客教育使用的開源硬件價格低廉、開放性好，能滿足教師自制教具和實驗創新開發的需求。在中山市教育技術中心的支持下，全市中小學校配備了創客教育智能硬件套裝，部分學校還新建了教育創客空間，配備了3D 打印機、3D 立體掃描儀和激光切割機等高端設備。此外，中山市教育技術中心還針對學科教師舉辦了多期創客教育和編程培訓。創客教育的開展提升了中山市教師的創新創造能力，信息技術融合實驗創新有了更廣泛的群眾基礎。自此，在市級中小學自制教具和創新實驗競賽活動中，“智能化”作品的數量和占比均大幅提升。

1.4 深化階段（2019—至今）

2019年，以人工智能、虛擬現實、云計算、物聯網、大數據等為代表的新興信息技術在教育中廣泛應用，信息技術融合實驗創新成為新時代教師的一項基本技能。為適應新時代發展要求，中山市認真貫徹教育部和廣東省有關文件精神，積極探索創新性實驗課程的開發與實施，鼓勵學校將實驗教學與多學科融合教育、編程教育、創客教育、人工智能教育、社會實踐等有機融合，推動學生開展研究型、任務型、項目化、問題式、合作式學習。在相關政策的支持和鼓勵下，中山市中小學創新性實驗教學活動蓬勃開展，信息技術與實驗教學的融合不斷深化。

2 構建實驗提升策略體系

如圖1所示，多年以來，中山市通過采取多項有效措施，積極探索信息技術與實驗教學的深度融合，極大地提升了教師的專業素養，促進了教育高質量發展，為教育創新開辟了廣闊空間。

圖1 中山市推進信息技術與實驗教學融合創新的策略

2.1 經費保障，設備支持

中山市高度重視中小學實驗教學的資金保障，除設立市級普通教育裝備建設專項資金外，還要求中小學校必須將一定比例的公用經費用于購買實驗儀器設備。在市財政專項資金的支持下，中山市試點建設了數字化探究實驗室、教育創客空間等特色實驗室，為學校配備了數字化探究儀器、智能創客與人工智能設備、數碼顯微鏡等現代化實驗儀器設備。在資金和設備的分配上，中山市突出效益優先原則，對重視實驗教學、愿意積極探索、師資條件較好的學校給予重點支持，并通過統一招標采購、召開產品論證會等形式，嚴把產品質量關，為學校遴選最適用的設備。截至目前，中山市有50%以上的中小學校配備了數字化探究儀器，100%的中小學校配備了創客教育套裝。通過經費保障和設備支持，中山市為全市教師和學生提供了優質的實驗教學條件，為信息技術與實驗教學的融合創新奠定了基礎。

2.2 技術賦能，提升素養

教師是教育事業的中堅力量，其專業能力、技術水平的提升對于學生學習成果和學校的整體教育教學質量的提高至關重要。中山市始終致力于鼓勵和支持教師參加各種信息技術培訓和研修，不但為教師提供了便捷的學習資源和交流平臺，幫助教師提高信息技術素養和教學水平，還將“教師實驗教學能力提升工程”納入教師培訓的總體規劃，并將技術應用與實驗創新作為培訓的重要內容。

為幫助教師拓寬視野、更新觀念、提高信息技術素養和教學水平，中山市多次組織中學物理、化學、生物和小學科學骨干教師到有關高校進行實驗教學專題研修；每年組織教師現場觀摩中國教育裝備展示會和全國中小學實驗教學說課活動。自2015年以來，中山市共舉辦13 期中小學實驗教學專題研修班，培訓實驗教學骨干526 人。

2.3 專家指導，課題引領

2013年以來，中山市教育技術中心通過專家指導和課題引領，積極推動信息技術與中小學實驗教學的融合創新，先后組織開展“數字探究促進學生的科學素養發展研究”“信息技術與中小學實驗教學融合創新研究”等7 項省級以上的課題研究，并深挖課題研究價值。以2013年度廣東省教育科研重點課題“數字探究促進學生科學素養發展研究”為例，課題組根據研究成果開發了市級以上獲獎創新實驗作品35 項、優秀教學案例43 個，發表數字探究實驗教學論文22 篇。2021年，在廣東省教育教學成果（基礎教育類）評選中，筆者與趙丹丹、藍旭雯等5 位教師合作的教學成果《實驗驅動，技術賦能，協同培育——小學科學教師專業發展模式的創新與實踐》被評為二等獎，這也是全省唯一一個與實驗教學相關的獲獎項目。此外，課題組還編寫了《數字探究實驗》（初中版）和《數字探究實驗》（小學版）兩本教材，制定了初中和小學《數字探究實驗室裝備標準》，系統研究了實驗創新的方法路徑、技術融合策略和教學效果評價等，為中山市教師開展實驗創新提供了方法和理論指引。

2.4 組建團隊，協同培育

2019年，中山市教育技術中心牽頭成立中小學實驗創新協同研究共同體（以下簡稱“共同體”）。共同體分為設計、技術、實踐、推廣等4 個小組，成員由市內中小學校熱衷實驗創新且有一定經驗的教師組成，其成立的主旨是：定期組織信息技術融合實驗教學研討活動，幫助教師分析創新實驗存在的問題，研討教學實施的效果，提出優化改進意見，為教師實驗創新的各環節提供幫助與支持。共同體協同培育機制的建立，突破了教師個人技術和能力的限制，提高了教師進行實驗創新的效率，保障了創新實驗作品的質量。2023年，在共同體的基礎上，中山市教育技術中心成立了實驗教學市級名師工作室，工作室秉持“一個好實驗成就一位好老師”的理念，匯聚市內實驗精英人才，引領教師學習新技術，應用新裝備，掌握新方法，設計新實驗，力求通過實驗創新推動教育教學改革和教學質量提升，并以此促進教師專業發展。

2.5 搭建平臺，促進交流

自2019年起，中山市始終致力于為全市中小學教師的實驗教學活動提供全面的支持和平臺，通過定期組織開展中小學實驗教學論文評選、優秀自制教具評選、中小學實驗精品課遴選、中小學實驗教學說課、中小學教師實驗操作與創新技能競賽、中小學實驗教學成果展示交流等活動，幫助和鼓勵教師探索創新實驗方法和實驗教學策略，為學生帶來更好的教育體驗。同時，為幫助教師拓寬教學視野，汲取先進的教學經驗，實現教師快速成長，中山市教育技術中心建立了微信公眾號“愛上實驗課”，不定期地發布全省實驗教學競賽中的獲獎案例供全市教師學習。

這種利用新媒體展示交流經驗的方式，極大地促進了實驗教學成果的推廣和共享，提高了教師的成就感和幸福感，大大激發了教師參與實驗創新活動的熱情。截至目前，“愛上實驗課”公眾號的關注人數已達1.5 萬余人，單篇均閱讀量達到3 200次以上。

3 融合創新實踐的成效

3.1 促進課堂教學改革

信息技術與實驗教學的融合，豐富了實驗教學內容，改變了實驗教學方式，增強了實驗的趣味性和吸引力，讓學生在實驗過程中得到更加直觀、生動的體驗和感受，教學質量和效果明顯提升。以小學科學四年級下冊（粵教科技版）“運動的快慢”一節為例，火炬開發區香暉園小學的柳樺老師利用Nano 主板、舵機、避障傳感器、角度傳感器、觸摸傳感器、遙控模塊（帶遙控器）等制作的“數字運動快慢”數字實驗儀，通過精確控制初始速度和計時，不僅克服了原教材實驗受場地條件限制、實驗數據精確度低等不足，還大大增強了實驗的趣味性和學生參與實驗探究的積極性。

該教具不僅適用于“物體運動快慢”的探究，還適用于“物體的動能”“摩擦力”等多個實驗的探究，為課堂教學注入了新的活力[4]。再以小學科學五年級下冊（教科版）“熱傳比賽”一節為例，橫欄鎮四沙小學盧福棠老師將三支溫度傳感器捆上木筷、竹筷和鋁筷，然后將三種筷子放入熱水中，直接借助傳感器采集的圖像觀察三者傳熱的快慢，解決了傳統實驗不直觀、不準確的難題。實驗過程中學生興趣高漲，激動不已，課堂氣氛活躍，大大提高了課堂效率[5]。

3.2 提升學生的實踐創新能力

信息技術與實驗教學融合，讓實驗數據更精確、實驗現象更直觀、實驗操作更簡單、實驗過程更高效，更適合學生自主探究。2022年，中山市“信息技術與中小學實驗教學融合創新實踐研究”課題組在對傳統實驗教學班和信息技術融合實驗教學班的學生進行了一個學期的對比實驗后發現：相較于傳統實驗教學班的學生，信息技術融合實驗教學班的學生在觀察、記錄、表達、探究能力方面均有大幅提升，其中觀察和探究能力提升尤為明顯，如表3所示。

表3 學生自評能力提升調查表

3.3 促進教師專業發展

開展信息技術與實驗教學融合創新研究，教師需要分析教材、查詢文獻，尋找實驗創新的思路和突破口，需要學習技術、應用工具，不斷優化實驗設計，還需要完成創新實驗的制作并在教學實踐中檢驗效果。參與和經歷這一過程，讓教師的專業知識、專業能力得到了提高和發展。如表4所示，在共同體的支持下，中山市培育了一大批優秀創新型教師，在自制教具評選、實驗教學說課、實驗教學精品課遴選等全國三大實驗教學活動中，中山市教師均取得了優異成績。

表4 中山市教師在省級以上中小學實驗教學競賽活動中的獲獎情況

3.4 發揮示范引領作用

2021年5月24日，在廣東省教育信息化教學應用創新實踐共同體項目培訓會上，筆者代表中山市作了題為《基于智能教育裝備的中小學實驗教學協同創新實踐研究共同體建設》的主題講座，受到了參會人員的一致好評。5月25日，廣東省教育廳在中山市召開全省教育裝備工作會議，中山市在會上就實驗教學工作的經驗進行了專題介紹。會后，參會代表現場參觀了中山市中小學實驗教學的成果并進行了專題研討。2021年11月，廣東省教育廳舉辦了首屆廣東省中小學實驗教學優秀成果展示交流（送教下鄉）活動，參與交流展示的20 名教師中有8 名來自中山市。2023年3月，廣東省舉辦了第二屆中小學實驗教學優秀成果展示交流活動，在該活動中，參與交流展示的20 名教師中有6 名來自中山市。

4 發展建議

4.1 教育主管部門應加強支持與引導

教育主管部門應加強對信息技術與實驗教學融合創新的政策支持和引導，具體措施如下。

1）出臺相關政策文件，鼓勵學校和教師積極探索信息技術與實驗教學的融合創新，激勵他們充分利用信息技術手段開展教學活動。

2）支持學校信息化設施和實驗裝備建設，為信息技術融合實驗創新提供硬件和軟件支持。

3）定期組織實驗教學競賽活動，為教師搭建實驗創新成果交流展示平臺，引導教師積極參與實驗創新。

4.2 學校應積極創設環境與條件

學校要充分認識信息技術融合實驗創新對提高教育教學質量和促進教師專業發展的意義和作用，積極為教師創設信息技術融合實驗教學的環境和條件，并提供必要的支持，具體措施如下。

1）加強數字化探究實驗室、教育創客空間等特色實驗室的建設。

2）加強教師信息技術與實驗教學能力培訓，幫助教師更好地掌握創新實驗的技術和方法。

3）大力表彰通過實驗創新提升教學質量的先進教師，通過榜樣激勵，營造重視實驗教學研究的良好氛圍。

4.3 教師應加強學習提升技術能力

教師應加強理論修養，轉變教育觀念，豐富專業知識，提升自身的技術應用能力，具體如下。

1）要密切關注不斷涌現的新技術、新材料、新工藝、新方法，通過不斷學習提升專業技能，掌握工作本領。

2）要認真研究信息技術與實驗教學融合創新的方法與策略，合理選擇技術，恰當應用技術進行實驗創新，在實踐中實現自我提升。

3）對于實驗創新，要多借鑒、總結、交流，切忌閉門造車，要集思廣益，不斷打磨，才能形成精品。

5 結束語

多年以來，中山市深入探索實驗教學改革，積極推動信息技術與實驗教學融合創新，培育了一大批智慧型優秀教師和優秀實驗教學成果，促進了中山市教育的高質量發展。下一步，中山市將繼續貫徹落實教育部和廣東省有關文件精神，加強學校信息化基礎設施建設和數字化實驗儀器的配備，進一步促進信息技術與實驗教學的深度融合，提高教學質量和效果，為落實新時代立德樹人根本任務、培養創新型人才貢獻力量。