科學教育是布局未來的教育。近年來，各地中小學探索多種方式以推進科學教育，更好地促進學生全面發展。數字時代，如何發揮數字化教育資源優勢，塑造科學教育新動能、新優勢？為此，智慧教育專刊邀請讀者圍繞“中小學科學教育如何用好數字化資源”這一話題進行探討，敬請關注。——編者

　　【觀點】

　　資源數字化是新時代科學教育必然要求

　　許啟軍

　　推進資源數字化是推動科學教育普及和提高的重要途徑之一。

　　資源數字化是擴大科學教育資源覆蓋面的突破口。當前，科學教育區域發展不均衡，科學教育資源也尚未得到有效整合，特別是農村地區，學校科學教育基礎設施和師資不足，實驗室設備、實驗耗材和教學工具更新難、更新慢，影響了科學教育的推廣普及。推進科學教育資源數字化，讓在線課程、仿真實驗這些多模態的教育資源通過互聯網廣泛傳播，能使偏遠地區和資源匱乏的學校都能訪問到高質量的科學教育資源，而且復制和分發成本也遠低于傳統的教育資源，有助于縮小教育差距。

　　當然，在推進資源數字化的過程中，也要持續加強農村學校的網絡接入和終端設備配置，確保師生能無障礙獲取并利用科學教育資源。

　　資源數字化是師生共同成長的雙引擎。在基礎教育階段，“復雜實驗做不好，抽象實驗不好做，危險實驗不敢做”一直困擾著學校，而且課堂上的實驗大多是驗證性實驗，規定的實驗器具、方法和步驟，相差不多的實驗現象和實驗結果，難以讓學生真正地進行探索發現。而虛擬現實、增強現實等技術的應用，把受限于環境或設備等無法進行的實驗進行模擬演示，各種微觀、抽象以及現實中不可見的現象學生都可以“觸手可及”，借助模擬仿真和建模軟件等探究學習環境，學生通過操縱調整參數獲得數據、發現規律、建構知識，最重要的是反復操作也都不會產生物品消耗。

　　資源數字化也能倒逼教師學習和提升數字素養與技能。在山區學校，很多信息技術、生物、小學科學的教師都是從其他學科轉崗而來，那么教師可以通過在線課程和數字平臺進行持續的專業培訓，與同行交流、分享經驗，有利于教師擴大專業知識儲備，提升教學水平和教育智慧。

　　資源數字化符合智能時代人才培養需求。智能時代，技術迭代發展，科學教育也需緊跟時代發展，同時我們培養的學生面對的將是未知的問題和挑戰。科學資源數字化的推進利于學校、教研機構、科研部門、企業及全社會群策群力、協同推進，實現科學教育數字化資源的動態化、多元化、互動化的良性發展，從而滿足新時代人才培養需要。數字化科學教育資源不僅要內容涵蓋豐富的主題、格式和類型，滿足不同需求的師生，還要適時更新，保證科學教育的時效性和前沿性。同時，資源的技術標準、存儲方式和訪問方法等也都要隨著技術進步不斷優化和升級，提升師生參與度。

　　資源數字化已經成為科學教育不可或缺的重要一環，不僅為科學教育提供了前所未有的便利，更推動著科學教育模式的創新與變革。從發展趨勢看上，在未來，我們希望科學教育數字化資源實現大規模的開放共享，能夠更方便、更可靠、更可持續性獲得，形成多元化、個性化的資源庫，作為科學教育個性化學習和因材施教的基礎，延展教與學的方式等，從而助力我國科學教育快速發展。（作者系陜西省石泉縣電化教育中心副主任）

　　【建言】

　　打破科學無法觸摸的困境

　　陳偉濃

　　華東師范大學崔允漷教授曾指出，當前科學教育存在的最大問題是教師用不科學的方法教科學，學生用不科學的方法學科學，如物理不碰物（物體），學生不會相信物之理；化學不見化（變化），就不能叫“化之學”；生物不懂生（生命），細胞、遺傳等都考得出來，卻沒有生命觀念。為此，可以借助數字化資源的優勢，讓“科學”開展科學教育成為可能。

　　嵌入多模態學習內容。雖說科學源于生活，但是又與當前學生的生活距離較遠，尤其是抽象化的科學知識對學生來說，既枯燥無趣又難以理解。在教學中，教師可以用照片、模具、音頻、視頻等多模態媒介要素，讓相關科學知識和原理的呈現更加真實。教師也可以利用虛擬仿真等數字化資源將深奧的科學原理和抽象的概念具象化，幫助學生形象地理解科學概念和原理。如在學習生物學時，通過增強現實技術，學生可以將細胞結構的3D模型投影到課桌上，從各個角度進行觀察和學習。

　　加入沉浸式學習方式。通過增強現實（AR）和虛擬現實（VR）技術構建高度互動和沉浸式的虛擬科學環境，使海市蜃樓、日食、萬有引力等“遙不可及”的科學現象在學生眼前上演，讓學生近距離接觸、觀察，并促進學生全身心投入地感受科學魅力。如從能量守恒定律的角度探討和學習地球大氣層中產生的閃電，是一個非常復雜的系統問題，學習過程中學生很難準確或全面把握這一系統問題，而現實中更不可能通過經歷該現象來研究閃電的能量守恒定律問題，而數字化資源讓學習這一常見但不可及的科學問題成為可能，且能夠引導學生用心感受大自然帶來的科學魅力。

　　融入可視化學習體驗。在科學教育學習過程中，教師需要運用多種數字化形式記錄學生科學學習過程，通過多元數據使學生的科學學習體驗和思維可視化。在科學探究活動中對數據的處理是培養學生分析、科學推理能力的好契機，教師借助可視化數據呈現方式，不僅有助于學生養成科學的數據分析和推理能力，而且有利于幫助學生構建科學概念，理解科學原理，提升學生科學學習質量和科學素養。（作者系杭州師范大學附屬中學校長）

　　提升科學教育數字資源針對性

　　于英華

　　首先分享一個案例：在觀看相關科學影像資源時，教師幫助學生掃清字詞障礙，輔導學生組織語句，有效地聽懂、看懂、理解科學現象，此時這位教師更多承擔的是語文教師的角色。

　　當前，數字化資源在科學教育的應用中，科學教育詞匯所占的比重并不大，但仍有相當一部分學生反饋“學不明白”。如果學生不能憑借已有的語言能力來學習科學知識，不能解釋和說明所學到的科學知識，那么，科學教育就會出現“看熱鬧”的尷尬境地。

　　科學教育是復雜的，涉及多個學科。因此，在以數字化資源推進科學教育過程中，需要各學科教師的協同努力，組建跨學科教學團隊，通過組建綜合性教學資源推進科學教育落到實處。在推進科學教育中各科教師需要針對不同年級的學生，將數字化資源轉為更適合不同年齡和認知水平的學生的“再加工”資源，用適合他們年齡和認知水平的多種資源來豐富教學，才能使學生們浸潤其中，樂學、善學。如數字化資源的翻譯工作需要語言類教師的主動參與；音樂教師在數字化資源中選擇適合的篇章，將內容充實到課程之中；美術教師把內容美化、立體化、具象化……各科教師要承擔不同的角色參與到科學教育的具體教學細節中。

　　教師跨學科“再加工”的數字化資源，不僅要重視學習對象的針對性，還要重視學習成效的針對性。組建數字化資源時，教師需要有意識地規劃資源使用途徑，根據科學教育主題、教學需求、使用要求等，把數字資源分割成若干小體量，構建易于組合的顆粒化學習片段，形成知識點模塊組合、主題任務模塊組合、學習階段模塊組合等多維度模塊結構，構建可拆解、可組合的立體的教學資源，有側重的融合供給為學生提供有針對性、實用性強的學習內容，使孩子們獲得更加靈活、個性化和實踐性強的學習體驗。（作者單位系北京經濟管理職業學院培訓學院）

　　【探索】

　　對話式人工智能激活科學課堂

　　李宇龍

　　在學校四年級《建造倍力橋》一課中，筆者大膽嘗試，將生成式人工智能納入教學過程。其具體過程為使用ChatGPT（聊天機器人程序）工具，通過自主問答讓學生探究倍力橋的穩固性，并在人工智能的指導下親自搭建倍力橋木制模型。

　　課程效果測評結果顯示，使用“對話式人工智能+學生動手實踐”的教學方式效果遠高于“視頻授課+學生動手實踐”與“傳統講授法”的教學效果。

　　在對話式人工智能輔助教學的課堂中，學生通過與人工智能進行一對一的問答，主動地發現問題、提出疑問、解決問題，結合人工智能指導下的模型組裝，學生的參與度達到了“1+1>2”的效果。學生成為學習的主體，教師扮演輔助者、引導者和資源提供者的角色，最大限度地激發了學生的主觀能動性，與教師講授為主的傳統教學有了質的區別。通過本案例，筆者總結了對話式人工智能在小學科學教育中應用的一些思考。

　　首先，個性化教學是對話式人工智能的主要優勢。通過對話式人工智能，教師能夠為每個學生定制個性化的學習路徑，激發了學生的學習熱情。教師要善于引導學生與人工智能進行對話，通過不斷重復“提出問題—解決問題”的過程，使學生獲得個性化的發展與針對性的提升。

　　其次，互動性是提升學習成效的核心，對話式人工智能能夠提供頻繁的互動機會，使學生能夠在學習過程中保持高度的參與度。在高度互動的學習環境中，學生能與人工智能進行有效的交流，還能在同伴之間建立合作關系，共同探索和學習。

　　最后，教師角色的轉變對于實現教學效果至關重要。在對話式人工智能輔助的教學模式中，教師不再是單向的知識傳遞者，而是成為學生的引導者和協助者。這就要求教師不僅需要具備一定的學科知識，還需要能夠熟練地使用人工智能工具，并能夠根據學生的反饋調整教學策略。

　　對話式人工智能在小學科學教育中的應用提供了一種新的教學模式，這種模式通過增強個性化學習、互動性和教師角色的轉變，以及持續的評估和反饋，為提高教學效果和學生學習體驗提供了新的可能性。隨著技術的不斷進步和教育理念的更新，這種教學模式有望在未來得到更廣泛的應用。（作者系四川師范大學在讀研究生、成都市天府三中實習教師）

　　數字化巧解科學實驗難題

　　王浩

　　科學教育是培養學生觀察、實驗、探究和創新等綜合能力的關鍵領域，其中實驗教學是小學科學教育的重要組成部分。通過實驗，學生可以直觀地理解科學原理，培養觀察能力和實踐能力。

　　數字化資源眾多，選用什么資源為學校科學教育實驗服務？我們學校組織教師對現有資源平臺進行調研和使用分析后，確定了依托中央電化教育館虛擬實驗教學服務系統優化學校科學教育實驗。

　　該服務系統提供了豐富的實驗資源，包括3D、VR仿真操作等，教師可以根據教學內容選擇合適的虛擬實驗。如學校開展青島版科學四年級下冊第6課《聲音的傳播》這節課中，需要驗證聲音的傳播需要空氣，傳統實驗設備很難實現理想效果。虛擬實驗教學服務系統提供了鬧鐘、真空罩和抽氣泵。在虛擬實驗中，學生把鬧鐘放入真空罩中，用抽氣泵抽取真空罩中的空氣，隨著空氣含量的不斷變少，聽到的聲音也會越來越小；平臺提供的可視化數據，實時顯示真空罩中空氣的含量。聲音的變化、數據的跳動讓學生直觀感受到聲音傳播需要空氣，教學效果顯著。

　　虛擬實驗提升了學生科學學習興趣，如何加深感官體驗，提升科學實驗學習的效果？目前，學校采用“虛擬實驗+傳統實驗”協同教學模式，實現優勢互補。如在開展鐵釘生銹的實驗時，課上教師利用虛擬實驗教學服務系統里的時間加速功能，把時間加速到2萬倍以加快實驗進程，使學生快速觀察到鐵釘生銹的過程，提高課堂效率；課下學生利用傳統實驗室觀察鐵釘生銹的過程并做好記錄，既充分發揮虛擬實驗教學的優勢，又確保學生獲得真實的實驗體驗。

　　虛擬實驗教學的高度互動性和可視化特點，提高了學生的學習興趣和積極性；傳統實驗教學則強調實物操作和感官體驗，有助于學生形成直觀、深刻的印象，并培養學生的實踐能力和動手能力。因此，教師需要根據教學內容和學生特點，將兩者有機結合，讓學生在虛擬環境中進行理論學習和模擬操作，再在傳統實驗室中進行實物操作和驗證。（作者單位系山東省鄒城市太平鎮秦莊小學）

　　【大家談】

　　四川省南充市蓬安縣相如第二小學校教師黃軍：在科學課教學活動中，教師運用數字化資源、利用現代化教學設備，展現課堂教學，激發學生學習科學的熱情。同時，引導學生積極動手參與科學探究，通過對科學的探索，動手、動眼、動腦實踐，能夠得到與數字化資源庫里的內容一致或基本吻合的結果。即便得到大相徑庭的結果，也是一種收獲。因此，教師在運用數字化資源開展科學教育時，也要注重學生實踐能力的培養，為其提供足夠的動手實踐機會。

　　福建省龍巖市兒童保育院教師丘麗娣：中小學科學教育中數字化資源的有效應用需要注重資源整合與篩選、創新教學方式等，這都和教師教學能力有直接關系。因此，需要開展專門的教研活動，通過跨學科、跨校組隊，從活動設計、組織實施、活動評價等方面進行集體備課，確保數字化資源運用效果。

　　河北省邯鄲市冀南新區太平學校教師郭濤:數字資源助力中小學科學教育，教師需要重點關注3個方面：一是利用數字資源激發學生的學習興趣。如通過播放有趣的科學視頻、動畫等，吸引學生注意力。二是借助數字化資源突破教學難點。教師需要根據學生認知發展規律和知識掌握情況，針對理解有難度的科學知識，借用數字手段、數字資源將其形象化、具體化，幫助學生更好地理解和掌握。三是培養學生自主學習能力。為學生提供優質的在線學習資源，培養他們的自主學習能力和科學探究精神。

　　山東省濟寧市微山縣兩城鎮南薄小學教師王秀健：一些貧困地區和農村地區，數字資源與科學教育的結合為其開展科學教育提供了更多途徑和方式，但也帶來了新的問題，教師的數字化資源利用能力是其中不可忽視的問題之一。如數字化資源利用能力不足，無法合理融入教學；過于依賴數字化資源，可能會導致學生更多地依賴電子設備和網絡，而忽視了對書本和基礎知識的學習。

　　新疆喀什市第五中學教師劉繼龍：以我在一線的應用視角來看，引導中小學生科學利用數字化資源開展科學教育教師需要重視制定使用規則、有效演示使用等，從而確保科學教育的成效，同時培養學生資源篩選、團隊協作等能力。除此之外，教師還需要提升學生規范使用數字資源的自我管理意識和個人信息保護意識。

　　江蘇省沭陽縣九年制學校輔導員、社區教育中心主任沂濤：鄉村教師要提升對數字技術的理解與使用的意識，通過優質微課、“虛擬實驗”平臺、在線問答、虛擬學習共同體等形式，為家庭和社會教育資源相對缺乏的鄉村學生提供開展科學學習的場景。