技術賦能科學教育服務供給路徑與實施建議

摘要：優質的科學教育服務是促進學生健康成長，一體化推進教育、科技、人才高質量發展的重要基礎。然而，當前科學教育服務存在供給主體與形式單一、供給質量評估滯后、供給內容難以滿足學生多樣化發展需求的問題，亟需應用創新的辦法轉變傳統的教育服務供給模式。為此，文章在分析科學教育服務供給面臨的現實挑戰基礎上，從技術賦能的視角構建了科學教育服務供給路徑，包括開展基于全過程數據的課內科學教育服務精準供給、基于學習興趣驅動的課后科學教育服務供給、基于U-M-S協同的校外科學教育服務供給，并提出加強頂層設計、優化智能平臺、教師智力資源在線流轉、開展數據驅動的服務評估等實施建議，以期促進科學教育服務供給的轉型升級。

關鍵詞：技術賦能；科學教育服務；供給機制；供給路徑

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2023）08—0012—07 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2023.08.002

優質的科學教育服務是促進學生健康成長，一體化推進教育、科技、人才高質量發展的重要基礎。近年來，在國家和教育部門的高度重視下，我國的中小學科學教育服務體系已基本建成。例如，修訂科學教育課程方案，發布新版的科學教育課程標準，加強小學科學教師培養，在國家智慧教育平臺開設科普教育專欄、走進科技等模塊，為學生提供優質學習資源。但是，面對全球新一輪科技革命加速演進的浪潮，以及加快建設教育強國、科技強國、人才強國的目標要求，我國科學教育服務供給還存在供給主體與供給形式單一、供給服務質量評估滯后、供給內容難以滿足學生多樣化發展需求的問題，亟需應用創新的辦法轉變傳統的教育服務供給模式。當前，隨著互聯網、人工智能等技術的快速發展，智能診斷學生的科學素養發展需求、開展基于學習全過程數據的學習資源個性化推薦、匯聚館校社等多方的優質科學教育資源成為可能，這為構建多樣化、個性化、優質化的科學教育服務供給模式提供了新的途徑。教育部等十八部門聯合印發的《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》（下文簡稱《意見》）中也明確提出，要充分發揮信息技術的優勢，精準對接學生需求，依托國家智慧教育公共服務平臺匯聚校內外資源，以菜單自選方式供全國中小學校和學生自主選擇，塑造科學教育新動能、新優勢[1]。為此，本研究在分析科學教育服務供給面臨的現實挑戰基礎上，探索技術賦能科學教育服務供給的可能路徑并提出實施建議，以期促進科學教育服務供給的轉型升級。

一 當前科學教育服務供給的現實挑戰

1 供需矛盾突出：學校科學教育服務供給難以滿足學生多樣化的發展需求

由于學生的學習興趣特長、學習風格、生活與成長背景各異，其對于科學教育服務的訴求不盡相同，因此只有為學生提供多樣化、優質化的科學教育服務，才能滿足他們的科學核心素養發展的需求。然而，當前的學校科學教育服務供給模式較為單一、供給內容質量不高[2][3]，難以為學生提供豐富的場景式、體驗式、探究式、實踐化科學教育活動。《義務教育科學課程標準（2022版）》提出，學生的科學核心素養包括科學觀念、科學思維、探究實踐和態度責任四個維度。但是現有的學校科學教育課程多注重科學知識的講授，過分簡化科學研究實踐的真實性，也較少顧及不同學生的自身情境[4]，難以滿足學生科學思維和探究實踐能力發展的需要。同時，由于我國小學科學教師比較擅長概念、規律等科學觀念類的教學，而對信息技術應用、探究式教學、跨學科的項目式教學等方面的表現較為薄弱[5]，因此也難以滿足學生對于多樣化科學教育活動供給的需求。

2 師資力量薄弱：科學教育師資難以支撐高質量的科學課程開設

教師是教育的第一資源，要縮小校際教育差距，最關鍵的是要縮小校際間教師隊伍配置水平的差距[6]。當前，我國科學教育師資力量還較為薄弱[7]，具體表現在科學教育的教師數量和質量兩個方面：①就科學教育教師的數量而言，據2021年教育部基礎教育教學指導委員會科學教學專委會組織開展的調查數據顯示，我國小學科學專業專職教師的數量嚴重不足[8]。另外，有研究表明，受小學科學課時增長和學齡兒童人數增長兩方面因素疊加影響，未來五年我國小學科學教師還將面臨較大的師資缺口[9]。②就科學教育教師的質量而言，近年來，隨著相關教師教育政策的頒布與實施，我國科學教師的專業素養也逐步提升，但是對于培養學生創新精神和實踐能力所急需的跨學科教學、項目式教學、探究式教學的能力還有待進一步提高[10]。整體而言，我國科學教育師資隊伍的數量和質量不足，缺乏高素質、專業化、創新型的科學教育人才，這嚴重制約了高質量科學教育工作的開展。

3 資源配置失衡：區域之間優質科學教育服務資源配置不均衡

科學教育服務資源的均衡配置，是促進區域、城鄉、校際科學教育高質量開展的基礎。當前，我國科學教育服務資源配置不均衡主要表現在三個方面：①區域資源配置不均衡，表現在發達地區的教育資源豐富、充足，欠發達地區受地理位置、基礎設施等因素的影響，難以獲得優質的科學教育資源；②城鄉資源配置不均衡，表現在科學教師資質、科普場館與科學教育實驗室建設、教育經費投入等方面的不均衡；③校際資源配置不均衡，表現在課內與課后的科學課程開設、校內與校外的優質科學教育資源獲得等方面的不均衡。優質科學教育服務資源配置的不均衡，導致了不同區域的科學教育質量參差不齊。

4 多元協同不足：館校社之間尚未形成多元協同的科學教育服務共同體

當前，我國大中小學校層面已初步實現科學教育資源、科學教育師范生實踐基地與人才培養模式等的共建共享；社會機構層面已初步形成協同育人格局，中小學校可以利用科技館、博物館等社會機構，建設學生校外科學教育綜合實踐基地，開展科學探究實踐、研學旅行等科普教育活動。盡管全社會協同參與科學教育的格局已經初步形成，但是其在深入推進的過程中依然存在問題與不足，如部分高等學校、中小學和社會機構深入協同不足，校內科學教育開放不夠，缺乏社會資源參與中小學科學教育的通道，導致大部分社會力量未能有效參與育人[11]；各區域中小學校科學教育資源配置失衡、科學教師供給不足，難以高效統籌校外科技教育資源，同時部分學校科學教師負擔偏重、壓力大，亟需采取有效措施，合理減輕教師負擔。總之，高等學校、科技館與博物館等相關場館、中小學校與企業等機構，存在不同利益訴求，各方間協調配合有待提升[12]，各方資源優勢也尚未充分發揮，還難以形成開放、靈活的科學教育共同體。

二 技術賦能科學教育服務供給路徑構建

當前，科學教育服務面臨供需矛盾突出、師資力量薄弱、資源配置失衡、多元協同不足等諸多挑戰，若要滿足學生對科學教育服務的多樣化、個性化需求，就必須應用創新的辦法轉變傳統的教育服務供給模式。而互聯網、人工智能等技術具有突破時空界限、實時協同通訊、支持大規模社會化交互和支持資源共建共享等優勢，能夠連接不同的科學教育服務供給主體，實現線上線下虛實融合的科學教育服務的供給形態，這為構建科學教育服務供給路徑提供了新的可能。基于此，本研究以滿足學生的發展需求、提升學生的科學素養為核心追求，構建了技術賦能科學教育服務的供給路徑（如圖1所示），包括采用大數據、學習分析等技術實時分析學生的學習數據，精準對接學生需求，實現科學教育服務供給依據的精準化；采用人工智能技術對學習數據進行科學分析和預測，開展數據驅動的科學教育服務評估與反饋，實現科學教育服務供給內容的優質化和供給評估的科學化；依托互聯網平臺匯聚高等學校、科技場館、企業等社會機構的科學教育資源，開展基于高等學校、科技館與博物館等場館、中小學校（簡稱為U-M-S）協同的校外科學教育服務供給，實現科學教育服務供給主體的多元化。接下來，本研究將簡要介紹基于全過程數據的課內科學教育服務精準供給、基于學習興趣驅動的課后科學教育服務供給、基于U-M-S協同的校外科學教育服務供給三個方面的內容。

1 基于全過程數據的課內科學教育服務精準供給

基于全過程數據的課內科學教育服務精準供給，可以通過收集學生開展科學探究活動的數據、測試數據、課堂互動行為數據等全過程數據，實施數據驅動的學情精準診斷，以便發現學生學習規律與存在的問題，以及學生的學習需求；采用智能平臺為學生推薦個性化的學習資源、規劃合適的學習路徑；利用人工智能、虛擬現實等技術改進和強化實驗教學，解決因受制于實驗條件限制而無法開展科學探究實驗的問題，如小學科學“身體的結構”單元的教學，可以采用虛擬現實技術建模人體結構器官，引導學生動手操作，體驗知識形成的過程；采用智能平臺開展課前學情診斷、課中學習過程和學習結果評價，督促學生進行評價反饋，并依據評價結果優化完善、查缺補漏；采用文本識別、圖像識別和語音識別等智能技術，分類分層布置科學作業，實現作業的智能批閱和可視化反饋，發現學生群體的規律性問題和個別化問題，并為其推送線上教師，開展基于互聯網的個性化輔導，如借用ChatGPT、文心一言、Chatbot等人工智能技術，可以即時回應眾多學習者個性化的疑問[13]，滿足學生科學素養發展的需求。

2 基于學習興趣驅動的課后科學教育服務供給

習近平總書記在科學家座談會上的講話中指出：“好奇心是人的天性，對科學興趣的引導和培養要從娃娃抓起，使他們更多了解科學知識，掌握科學方法，形成一大批具備科學家潛質的青少年群體。”[14]學校的課后科學教育活動是支持和滿足兒童求知與科學探索興趣的重要場所。為此，學校可以采集并分析學生的學習過程數據，對學生的科學學習興趣進行精準畫像；與高等學校、科技館、博物館、少年宮等機構合作共建科普實踐基地，開展科普講座、科學家進課堂、線上科學公開課、科學研習營、流動科技館、科技節等豐富多彩的科學教育形式，組織中小學生前往科學教育場所，進行場景式、體驗式的科學實踐活動；依托國家智慧教育公共服務平臺的線上科普教育專欄，引導學生選修科學公開課、海洋探秘、航天科技、線上漫游科技館、地球科學與生命科學等多樣化的科普教育課程；采用智能技術對學校科學課中、課后服務和課外科學教育實踐活動進行一體化設計，通過采集課中與課后科學活動的過程數據，分析學生的科學興趣，加強對學生科技社團和興趣小組的指導，引導支持有興趣的學生長期、深入、系統地開展科學探究與實驗，不斷提升課后服務的吸引力，滿足學生的求知欲和學習興趣，激發學生的創造力。

3 基于U-M-S協同的校外科學教育服務供給

基于U-M-S協同的校外優質科學教育服務供給，主要是發揮校外場館、高等學校、科技企業和科技類教育培訓機構等各方優勢，提供優質的科學教育服務，協同培育科學教育專業人才。中小學校可以共享科技館、博物館、少年宮等校外場館的科普資源，共建科學教育實踐空間，共同組織科技活動；可以與高等學校合作開展科教專家講座、開放實驗室，以及引進高等學校的師范生志愿者參與中小學校的科學課后服務活動，一定程度上緩解中小學校科學教師短缺的問題。例如，北京市西城區青少年科技館、北京聯合大學師范學院與西城區10余所小學合作，協同開展了“館校社科技教育聯合體項目”。在該項目中，西城區青少年科技館為中小學校提供科普活動資源、課后服務科普教育課程包等，北京聯合大學師范學院為中小學提供科學課程設計指導、科學教育師范生培訓且師范生作為課后科技輔導活動志愿者等。這種三方協同共建的項目，能夠圍繞學校課后服務需求和師資管理要求，依托互聯網平臺建立專門的科普教育課程資源庫和授課教師培訓機制，既可以發揮各自的資源優勢，同時又為各自發展賦能，較好地為西城區中小學課后科學教育提供師資、培訓及課程資源包。此外，科技企業可以為中小學校提供科技產品體驗活動、建立實踐基地、開放企業園區等；教培機構可以為中小學校提供合規課程、個性化資源和科技教育師資，豐富學校的科學教育服務供給，助力中小學校落實在教育的“雙減”中做好科學教育的加法這一重要指示。

三 技術賦能科學教育服務供給的實施建議

1 加強頂層設計，建立健全科學教育服務供給機制

國家和教育部門可引導高校擴大科學教育及相關專業招生規模，從源頭上加強高素質、專業化的科學教育教師供給；通過稅收減免、專項資金支持等多種手段，激發科研院所、科技企業、科技場館等社會主體參與科學教育的活力[15]；強化科學教育服務質量動態監測與及時反饋相結合的機制，定期對科學教育服務進行評估，并設置準入機制、退出機制、激勵機制、評價反饋機制、共建共享機制和經費保障機制；優化科學教師培養培訓體系與內容，增強科學教師的跨學科教學、項目式教學和探究式教學意識與能力，以提升中小學教師的科學素養。此外，學校還可采用智能技術平臺做好課中和課后科學教育服務一體化設計，開足、開齊、開好課中科學教育課程，提供多樣化的優質科學教育課后服務活動，尤其要加強探究實踐類科學教育活動，著重培養學生的科學思維和探究實踐能力。

2 優化智能平臺，匯聚優質的科學教育服務支持體系

采用智能平臺匯聚各方的優質科學教育服務，基于科學學科知識圖譜構建覆蓋各個教材版本的學習資源庫，建立記錄學生學習過程與學習結果的電子檔案袋，實現科學課程學習、評價與反饋一體化設計，促進校內外科學教育服務融會貫通；支持教師群體開展線上線下相結合的協同備課、課堂觀察與集體反思等網絡研修活動，實現教師群體共建共享教學智慧，促進教師專業發展；支持教師開設基于智能平臺的線上直播、錄播課程，擴大優質科學教育資源的覆蓋面，使最新的科學知識和研究成果惠及更多的學生；鼓勵各地科技館、博物館、少年宮、植物園等場館機構，采用虛擬現實、增強現實等技術開發虛擬場館，支持學生開展探究式、體驗式、沉浸式的科學實踐活動，提高科學學習的真實體驗感[16]，滿足學生的好奇心和求知欲。

3 推動基于互聯網的教師智力資源在線流轉，優化區域科學教育師資配置

基于互聯網的教師智力資源在線流轉，是在分析學生真實需求的基礎上，教師通過互聯網、智能設備等工具在線為學生提供直播教學、作業批閱、個性化輔導與答疑，從而幫助學生成功獲得精準服務的一種獨特的教師流動方式[17]。推動基于互聯網的教師智力資源在線流轉，可以為學生提供精準化、個性化、多樣化的在線教育服務供給[18][19]；可以利用“專遞課堂”“名師課堂”和“名校網絡課堂”等形式，擴大優質科學教育資源的覆蓋面，使身處欠發達地區的薄弱學校教師和學生能夠共享優質資源，促進教育公平。基于互聯網的教師智力資源在線流轉，充分體現了從線下供給到基于互聯網的教育服務供給內容的轉型升級，體現了從面向群體的供給到面向個體的精準、個性化、適應性的供給方式創新[20]。

4 開展數據驅動的科學教育服務與實施效果評估，促進學生科學素養發展

制定科學教育服務質量評價標準，建立獨立、透明、基于數據、可信的教育服務評估體系[21]，以進行全過程數據驅動的科學教育服務質量監測與評估，實時監測各方提供的科學教育服務的質量；開展數據驅動的教師科學教學效果評價，采集教師教學過程數據，分析課程目標達成度，形成可視化和多維度的教學效果分析報告[22]，為教師改進教學提供適合的教學資源，幫助教師及時調整教學方法和教學內容；開展數據驅動的學生學習過程和學習結果評價，分析學習特點和潛在問題，為學生提供個性化的科學教育服務。

5 深化多元協同，形成U-M-S協同的科學教育服務供給共同體

推動大中小學形成開放、協同、聯動的合作機制，鼓勵科學家、工程師等科技工作者走進校園，開展科學教育和生理衛生、自我保護等安全健康教育活動；充分利用科技館、博物館、科研機構、科技企業與動植物園等機構的實踐基地，豐富中小學科學教育課后服務供給；依托高等學校的科學技術專業和國家級重點科技實驗室，采用線上線下相結合的方式為中小學科學教育教師提供主題培訓、網絡研修、訪學深造的機會與平臺；鼓勵高等學校、科技企業與科研院所等機構的專業人才擔任中小學科學教育校外導師，形成科學教育的U-M-S協同育人生態體系，構建政府、社會、市場等多方協同推進的社會化科普大格局。

四 結語

在人工智能技術飛速發展的時代背景下，科學教育服務需要應時而變。針對科學教育服務供給中存在的供需矛盾突出、師資力量薄弱、資源配置失衡、多元協同不足等問題，本研究以滿足學生發展需求、提升學生科學素養為核心追求，充分發揮技術優勢，建立科學教育服務供給機制，包括基于全過程數據的課內科學教育服務精準供給、基于學習興趣驅動的課后科學教育服務供給、基于U-M-S協同的校外科學教育服務供給。在此基礎上，本研究提出了技術賦能科學教育服務供給的實施建議，包括加強頂層設計、優化智能平臺、推動基于互聯網的教師智力資源在線流轉、開展數據驅動的科學教育服務與實施效果評估、深化多元協同等，加速科學教育服務供給依據的精準化、供給內容的優質化、供給服務評估的科學化、供給主體的多元化，以促進科學教育服務供給的轉型升級。

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Supply Path and Implementation Suggestion of Technology-Enabled Science Education Services

WANG A-xi

（Institute of Science and Technology Education， Beijing Union University， Beijing， China 100011）

Abstract： High-quality science education service is an important basis for promoting the healthy growth of students and integratedly propeling the high-quality development of education， science and technology and talents. However， at present， there are some problems in science education services， such as single supply subject and form， lagging supply quality evaluation， and difficult to meet students’ diversified development needs， so it is urgent to apply innovative methods to change the traditional supply modes of education services. Therefore， based on the analysis of the practical challenges faced by the supply of science education services， this paper constructed the supply path of science education services from the perspective of technology empowerment， which included the accurate supply of in-class science education services based on whole process data， the supple of after-school science education services driven by interest， and the supply of off-campus science education services based on U-M-S coordination. In addition， the implementation suggestions such as strengthening the top-level design， optimizing the intelligent platform， online circulation of teachers’ intellectual resources， and carrying out data-driven services evaluation， in order to promote the transformation and upgrading of science education services supply.

Keywords： technology empowerment; science education services; supply mechanisms; supply pathways

*基金項目：本文受北京市教育委員會科技計劃項目“多模態數據驅動的教師教學反思智能診斷與改進研究”（項目編號：KM202211417013）資助。

作者簡介：王阿習，講師，博士，研究方向為教師教育、科學教育、在線課例研究、信息技術與教育融合應用等，郵箱為wangaxi11@163.com。

收稿日期：2023年4月12日

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