數字化賦能科學校本課程研發的實踐路徑

摘要：2025年1月，教育部辦公廳印發的《中小學科學教育工作指南》，強調了科學教育的重要性以及數字化在教學中的關鍵作用，在此背景下，數字化賦能科學校本課程研發既契合政策導向，又具有現實緊迫性。將數字化技術融入科學校本課程，能夠突破傳統教學束縛，在豐富教學資源、激發學生興趣，實現個性化學習等方面發揮顯著作用。該研究提出從四個層面研發科學校本課程：數字化教學資源、數字化教學模式、數字化教學平臺和教師數字化素養，從而推動中小學科學教育工作，為學生提供更優質和針對性的科學教育體驗。

關鍵詞：數字化；科學教育；校本課程研發

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2025）20-0138-03

1問題的提出

2025年1月，教育部辦公廳印發關于《中小學科學教育工作指南》（以下簡稱《指南》）的通知，《指南》是在我國積極推進教育“雙減”政策背景下，為落實習近平總書記關于“在教育‘雙減’中做好科學教育加法”的重要指示精神而出臺的。這一文件的發布標志著我國對科學教育的重視程度進一步提升，旨在通過系統化、制度化的安排，全面提高中小學科學教育質量和水平，為國家創新人才培養奠定基礎。《指南》中提到，教育行政部門應指導學校利用智能裝備為科學教學創設沉浸式學習環境，借助自適應學習引擎實現學習路徑的個性化定制與學習資源的適配推送。探索虛擬仿真和計算機建模等科學教學新模式，開拓生成式人工智能大模型在科學教學中應用的新場景，利用數據分析技術提升教學評價的精準化水平。其次，學校應系統設計校本課程，聚焦思維發展、科學探究、工程實踐、科技人文等主題，與德育、美育、勞動教育、體育相融合，形成跨學科學習項目，支持學生每學期參加科學研究項目。鼓勵在中小學綜合實踐活動課程中強化科學探究實踐活動。可見，隨著科學技術的飛速發展，科學教育的重要性在中小學中日益凸顯，而數字化作為技術手段，能夠在優化教學過程、創新教學方法、提升教學評價等方面發揮重要作用。通過數字化手段，學校可以更精準地把握學生的興趣與需求，整合多元的教學資源，設計出更貼合學生實際、更具創新性和吸引力的科學校本課程，為學生提供更優質、更個性化的科學教育體驗，從而全方位推動中小學科學教育的高質量發展。因此，數字化賦能科學校本課程的研發不僅有政策依據，也非常有必要[1]。

2數字化賦能科學校本課程研發的意義

2025年2月17日，民營企業座談會在北京召開。座談會上，華為技術有限公司CEO任正非、比亞迪股份有限公司董事長王傳福、新希望控股集團有限公司董事長劉永好、上海韋爾半導體股份有限公司董事長虞仁榮、杭州宇樹科技有限公司CEO王興興、小米科技有限責任公司董事長雷軍等民營企業負責人代表先后發言，就新形勢下促進民營經濟發展提出意見和建議。本次座談會彰顯國家對于電動汽車、科技平臺企業、數字化企業的重視，也體現了科技對于國家經濟發展的重要性。

對于科學教育的概念，從目標上看，科學教育即科學素養教育；從內容上看，科學教育即自然科學教育；從過程上看，科學教育是關于科學知識、方法、過程與社會建制的整體性教育。狹義的科學教育主要專注于中小學階段的科學類課程，以物理、化學等學科為基礎，也包括各學科相互交叉、融合形成的綜合性教育[1]。

科學校本課程作為學校依據自身特色與學生需求開發的科學教育課程，對培養學生科學素養，激發科學興趣有著獨特價值。在教育數字化時代，將數字化技術融入科學校本課程，能突破傳統教學局限，豐富教學資源，創新教學方式，為科學校本課程注入新活力，提升其教育教學質量[2]。

2.1有助于豐富教學資源

物理、化學、生物學科具有較強的抽象性、邏輯性、復雜性以及實驗性，地理學科具有較強的區域性、空間性以及綜合性。因此，科學學科作為將物理、化學、生物、自然地理等學科相互交叉融合的綜合性學科，不能僅僅拘泥于書面教學，更需要加強直觀的實驗操作教學。實驗教學高質量發展是應對創新人才培養訴求的優選路徑，是推動科學教育高質量發展必由之路，數字化轉型賦能實驗教學高質量發展是我國加快建設教育強國的重要舉措。

數字化資源覆蓋廣泛，包括科普視頻、虛擬實驗軟件和科學數據庫等。這些資源突破時空限制，為科學校本課程提供豐富素材。如在化學課上，教師可運用分子3D動畫直觀展示化學鍵結構；在生物課上，可通過AR技術讓學生“走進”細胞內部觀察細胞器；在地理課上，借助GIS系統實時分析地形變化；在物理課上，VR模擬實驗室讓學生安全操作高風險實驗。這些資源不僅突破了傳統教學的局限性，更拓展了學生認知邊界，使抽象概念具象化、復雜過程簡單化。

又比如在講解宇宙天體知識時，教師可借助數字化資源，引入哈勃望遠鏡拍攝的高清宇宙圖片、行星運動模擬視頻等，讓學生直觀感受宇宙的浩瀚與神奇，拓寬學生科學視野，彌補傳統教材資源的不足。

2.2有助于激發學生科學研究的興趣

科學興趣是一種源于人的關注和關心的心理特征，反映個體對科學研究的趨向。其對科學研究和創新人才培養的作用主要表現在對科學技術發展的促進作用、對個人科研成功的激勵作用和對培養創新人才的催化作用。我國中小學階段科學興趣產生和持續發展的來源非常單一化，基本來自書本或雜志，拘泥于教室的學校課程以及對數學問題或邏輯游戲的興趣，科技活動等實踐性教育活動的比例非常少，這是我國基礎教育階段科學興趣發展的短板[3]，因此，運用豐富的數字化資源開發科學校本課程，增加科學課程的實驗性，讓學生更直觀地感知科學技術，從而激發學生的科研興趣。數字化手段具有直觀性、交互性強的特點。通過多媒體展示、虛擬現實技術（VR）、增強現實（AR）等技術，能將抽象科學知識轉化為生動形象的學習內容。以化學實驗校本課程為例，利用VR技術讓學生在虛擬環境中進行復雜、危險的化學實驗，如濃硫酸的稀釋實驗，學生既能親身體驗實驗操作過程，又能避免真實實驗帶來的安全風險。這種沉浸式學習體驗能夠極大地激發學生對科學課程的興趣與探索欲望。

2.3有助于實現個性化學習

人工智能的應用改變了K-12教育中的傳統教學方式。基于人工智能打造的個性化學習平臺可根據每個學生的學習水平和特點對課程內容進行個性化定制，并且對學習的全過程進行實時監控和管理，同時對學習效果的進行精準及時的評估和反饋[4]。智能教育平臺如“學習魔方”通過記錄學生每道題的解答時間、錯誤類型和思考過程，能夠構建個性化知識圖譜，自動識別學習弱點。如某學校試點的“智慧課堂”系統，能夠實時分析學生答題速度和準確率，在課堂中向教師推送分組建議，使教師能夠精準實施分層教學。數字化平臺可記錄學生學習軌跡，分析學生學習數據，如學習實踐、答題情況、知識掌握程度等。教師依據這些數據，能精準了解每個學生的學習狀況與需求，為學生提供個性化學習建議與資源推送。譬如對于物理力學部分學習困難的學生，系統可自動推送相關知識點講解視頻、針對性練習題，幫助學生查漏補缺，實現因材施教，滿足不同學生的學習節奏與風格。

3數字化賦能科學校本課程研發的實踐路徑

《指南》針對教育行政部門、學校和科學類課程教師等不同主體，分別明確了工作內容。本文將以教育行政部門、學校和科學類課程教師為主體，從數字化教學資源、數字化教學模式、數字化教學平臺、教師數字化素養四個層面探討數字化賦能科學校本課程研發的實踐路徑。

3.1創設人工智能實驗室

基于前文所述的數字化賦能科學教育的重要意義，本節將從實踐路徑角度展開，首先探討政校企協同創設人工智能實驗室的具體實施策略。政校企協同創設人工智能實驗室。教育行政部門發揮統籌協調作用，制定相關政策并提供必要的資金支持，引導學校與企業深度合作。實驗室建設通常需要300萬元～500萬元的初始投入，用于采購智能硬件設備（如NAO人形機器人、單片機開發板、AI視覺識別系統、傳感器套件、3D打印機等）和軟件平臺（如NVIDIAAI教學平臺、Python人工智能開發環境、機器學習數據集等）。這些資源應根據小學、初中、高中不同學段需求進行差異化配置，確保設備既有教學針對性又具有前沿性。

一方面，聯合科技企業打造具有前瞻性的人工智能實驗室，為學生提供體驗前沿科技的場所，引入智能機器人編程設備、人工智能算法模擬系統等，讓學生親身體驗人工智能在實際中的運用。另一方面，與高校科研團隊建立合作關系，邀請專家定期開展講座和指導，為實驗室的建設和發展提供專業的理論和技術支持。學校作為人工智能實驗室的主要使用方，須結合本校的教學目標和學生特點，合理規劃實驗室的使用方案。開設專門的人工智能校本課程，將其納入學校課程體系，安排專業教師進行授課。課程內容可以涵蓋人工智能基礎概念、簡單的算法設計、智能應用開發等，通過實踐操作讓學生掌握人工智能的基本技能。同時，鼓勵學生利用實驗室開展科技創新活動，組織人工智能主題的競賽、社團活動等，激發學生對人工智能的興趣和創新思維。企業在人工智能實驗室的建設中扮演著重要的技術支持角色。企業可以為實驗室提供先進的技術設備和軟件資源，同時派遣專業技術人員到學校進行技術指導和培訓，安排工程師為教師和學生講解最新的人工智能技術發展趨勢、分享實際項目經驗，幫助學校教師提升教學水平，讓學生了解行業動態。此外，企業還可以與學校合作開展產學研項目，將學生的創意和想法轉化為實際成果，提升學生的實踐能力和解決問題能力，實現政校企三方共贏，共同推動人工智能教育在科學校本課程中的有效實施[5]。

3.2創新數字化教學模式

在構建好人工智能實驗室硬件基礎之后，創新數字化教學模式是充分發揮這些設施作用的關鍵環節，下面將詳細探討如何推進教學模式的創新與變革。積極探索融合式數字化教學模式。教育行政部門可組織區域內學校開展數字化教學模式研討活動，總結成功經驗并進行推廣。鼓勵學校采用線上線下混合式教學，即翻轉課堂模式，利用在線課程平臺提供豐富的學習資源，如微視頻、虛擬實驗、在線測試等，讓學生在課前進行自主學習，課中教師針對學生的問題進行重點講解和互動答疑，課后學生通過線上平臺完成作業和拓展學習。同時，推廣項目式學習與數字化手段相結合的方式，以實際項目為驅動，引導學生運用數字化工具進行資料收集、數據分析、方案設計等，培養學生的綜合素養和創新能力。學校要依據自身的教學條件和學生的學習需求，選擇合適的數字化教學模式。在教學過程中，充分利用多媒體教室、智能交互白板等硬件設施，為學生營造生動有趣的學習環境。在科學實驗課程中，通過虛擬實驗軟件讓學生在電腦上模擬實驗操作，避免因實驗條件限制或實驗風險帶來的問題，同時也能讓學生更加直觀地觀察實驗現象和理解實驗原理。此外，學校還可以建立學習數據分析系統，收集學生在學習過程中的數據，如學習時間、作業完成情況、測試成績等，通過數據分析了解學生的學習狀況和學習需求，為教師調整教學策略提供依據。科學類課程教師在數字化教學模式的實施中起著關鍵作用。教師要熟練掌握各種數字化教學工具和軟件的使用方法，精心設計教學活動。比如，在設計線上課程時，要注重內容的趣味性和互動性，通過設置問題、討論區等方式引導學生積極參與學習。在項目式學習中，教師要做好項目規劃和指導工作，引導學生明確項目目標、制定項目計劃，并在學生遇到困難時及時給予幫助和支持。同時，教師還要關注學生的學習過程和學習成果，通過多元化的評價方式對學生進行全面評價，鼓勵學生在數字化學習環境中不斷探索和創新。

3.3搭建數字化教學平臺

前兩節分別從實驗室建設和教學模式創新角度展開，而要使這些創新舉措得到系統有效的實施，還需要強大的數字化教學平臺作為支撐，本節將探討如何構建這一重要基礎設施。構建一體化的數字化教學平臺。教育行政部門應整合區域內的教育資源，搭建統一的數字化教學平臺，打破學校之間的信息壁壘。該平臺應具備教學資源共享、課程管理、在線教學、學習評價等多種功能，為學校和教師提供一站式服務。一方面，平臺要匯聚豐富的科學類課程資源，包括優質課件、教學案例、試題庫等，供教師下載和使用；另一方面，要建立課程管理系統，方便學校對校本課程進行申報、審核和發布，實現課程的規范化管理。此外，教育行政部門還應加強對平臺的安全管理和維護，確保平臺的穩定運行。學校要充分利用數字化教學平臺開展教學活動。在平臺上開設本校的科學校本課程，展示課程介紹、教學大綱、教學進度等信息，方便學生選課和學習。教師可以通過平臺進行在線教學、布置作業、批改作業等，與學生進行實時互動交流。同時，學校還可以利用平臺的學習評價功能，對學生的學習過程和學習成果進行全面評價。例如，通過學生的在線學習時長、參與討論的積極性、作業完成質量等數據，綜合評估學生的學習情況，為學生提供個性化的學習建議。科學類課程教師要熟練運用數字化教學平臺提升教學效果。在教學過程中，教師可以根據教學需要，靈活選擇平臺上的各種資源和工具。例如，利用平臺的在線直播功能進行遠程授課，滿足學生不同的學習需求；通過平臺的作業系統布置多樣化的作業，如實踐操作、論文撰寫、項目設計等，培養學生的綜合能力。此外，教師還可以利用平臺的數據分析功能，了解學生的學習薄弱環節，有針對性地調整教學內容和教學方法，提高教學質量。

4結論

在政策推動與科技發展的大背景下，數字化賦能科學校本課程研發意義重大。教育部印發的《中小學科學教育工作指南》強調了數字化在科學教學中的關鍵作用。數字化賦能科學校本課程研發，既能豐富教學資源，借助科普視頻、虛擬實驗軟件等拓寬學生視野，彌補傳統教材的不足；又能激發學生科學研究興趣，通過多媒體、VR、AR等技術將抽象復雜的知識具象化，讓學生更直觀地感受科學魅力；還能實現個性化學習，依據學生學習數據提供針對性的學習建議和資源推送。實踐表明，數字化賦能科學校本課程的有效路徑已在諸多學校初見成效：人工智能實驗室的創設為學生提供了實踐前沿科技的平臺，使抽象的人工智能概念變得可觸可感；融合式數字化教學模式的創新突破了傳統課堂的局限，通過線上線下混合教學和項目式學習，激發了學生的探究熱情；一體化數字教學平臺的搭建則促進了區域內教育資源的整合與共享，使科學教育突破了校際壁壘。基于這些實踐經驗，教育行政部門應進一步加大政策與資金支持力度，學校應系統構建科學校本課程體系，教師則需持續提升數字化教學能力，以確保數字技術與科學教育的深度融合。本文緊扣《指南》，聚焦教育行政部門、學校及科學教師，從創設人工智能實驗室、創新數字化教學模式、搭建數字化教學平臺以及提升科學教師數字化素養四個層面探討數字化賦能科學校本課程研發的實踐路徑，通過這些舉措，全方位推動中小學科學教育高質量發展，為學生提供更優質、個性化的科學教育體驗。

參考文獻：

[1]裴新寧.重新思考科學教育的若干概念與實施途徑[J].中國教育學刊，2022（10）：19-24.

[2]王后雄，馬善恒，胡天嬌.數字化轉型賦能實驗教學高質量發展：內涵、內在機理與實踐路徑[J].中國電化教育，2025（2）：36-41.

[3]朱紅，彭程，馬莉萍.青少年科學興趣的形成發展及其對大學學業的影響[J].教育學術月刊，2020（9）：78-85.

[4]趙晶瑩，吳堅.人工智能賦能個性化學習：美國K-12教育數字化的路徑分析[J/OL].比較教育學報，1-11[2025-03-19].

[5]羅曉峰“.人工智能+”時代中小學個性化學習研究[J].中國教育學刊，2024（S2）：6-7.

【通聯編輯：李雅琪】