科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型：內(nèi)涵、樣態(tài)與挑戰(zhàn)

摘要：科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)保障，是數(shù)字化轉(zhuǎn)型學(xué)科化發(fā)展的典型表征，也是科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要依托。科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型旨在遵循科學(xué)教育學(xué)科邏輯，聚焦科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目標(biāo)使命，結(jié)合科學(xué)教育探究性、實(shí)踐性、跨學(xué)科的特點(diǎn)，利用數(shù)字技術(shù)推動科學(xué)教育資源和工具的轉(zhuǎn)型升級，助力科學(xué)教學(xué)、學(xué)習(xí)、評價樣態(tài)的整體革新，以此為科學(xué)教育的高質(zhì)量發(fā)展提供有效支撐。科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型在實(shí)踐層面主要體現(xiàn)為：優(yōu)化數(shù)字化科學(xué)教育資源，創(chuàng)新科學(xué)教育實(shí)踐場域；研發(fā)數(shù)字化科學(xué)教育工具，提升科學(xué)教育服務(wù)能力；優(yōu)化數(shù)字化科學(xué)學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)學(xué)習(xí)質(zhì)量顯著提升；探索數(shù)字化科學(xué)教學(xué)模式，推動科學(xué)教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新；開展數(shù)字化科學(xué)教育評價，助力科學(xué)教育評價轉(zhuǎn)型。未來需要在理論體系創(chuàng)新、資源體系建設(shè)、教育工具研發(fā)、教師數(shù)字化教學(xué)勝任力提升等方面加以重視，以推動科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)踐落地。

關(guān)鍵詞：科學(xué)教育；教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型；科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展；科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

* 本文系2023年廣東省高校科研平臺和項(xiàng)目“科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型理論與實(shí)踐創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”（項(xiàng)目編號：2023WCXTD029）階段性研究成果。

① 王一巖為本文通訊作者。

一、引言

科學(xué)教育是培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才、提高公民科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)現(xiàn)高水平科技自立自強(qiáng)的重要基礎(chǔ)，也是發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力、助力高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵保障。推動科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展、助力科技創(chuàng)新人才自主培養(yǎng)是當(dāng)前教育改革發(fā)展的重要議題。但與此同時，科學(xué)教育發(fā)展也面臨一系列的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)，如：優(yōu)質(zhì)科學(xué)教育資源缺失，阻礙科學(xué)教育實(shí)踐創(chuàng)新；科學(xué)教育實(shí)驗(yàn)裝備落后，阻礙學(xué)生參與動手實(shí)驗(yàn)；科學(xué)教育教學(xué)模式固化，阻礙科學(xué)教育質(zhì)量提升；科學(xué)教育評價方式落后，阻礙科學(xué)教育決策優(yōu)化。在此背景下，如何利用數(shù)字技術(shù)提升科學(xué)教育資源質(zhì)量、革新科學(xué)教育實(shí)踐場域、創(chuàng)新科學(xué)教育模式、轉(zhuǎn)變科學(xué)評價范式，以此為科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展注入“新動能”，是新時代科學(xué)教育創(chuàng)新發(fā)展的重要議題。本文聚焦“科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型”這一話題，通過對科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型核心價值、概念內(nèi)涵、表征樣態(tài)和關(guān)鍵挑戰(zhàn)的系統(tǒng)論述，為科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)踐落地提供理論指引。

二、科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心價值

（一）科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)保障

科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，涉及科學(xué)教育理念的轉(zhuǎn)變、科學(xué)教育資源的升級、科學(xué)教育環(huán)境的革新、科學(xué)教育模式的優(yōu)化以及科學(xué)教育評價的改革等方面[1]。隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，及其與科學(xué)教育實(shí)踐融合程度的不斷加深，依托數(shù)字技術(shù)推動科學(xué)教育創(chuàng)新變革，實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育要素、場景與業(yè)態(tài)的系統(tǒng)重構(gòu)，加快推進(jìn)科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型，已成為科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展的重要保障。其核心體現(xiàn)在于，其一，推動數(shù)字教育資源和工具的轉(zhuǎn)型升級，打造虛實(shí)融合、智能增強(qiáng)的數(shù)字化學(xué)習(xí)場域。利用音視頻、三維動畫、虛擬現(xiàn)實(shí)、全息影像、元宇宙等技術(shù)為學(xué)生創(chuàng)設(shè)沉浸真實(shí)、身臨其境的學(xué)習(xí)環(huán)境，提高學(xué)生的臨場感和沉浸感；利用數(shù)字化科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝備、虛擬科學(xué)探究平臺、教育數(shù)字人等技術(shù)為學(xué)生提供多樣化的實(shí)踐探究平臺，幫助學(xué)生更加直觀地理解科學(xué)知識、參與科學(xué)過程。其二，利用數(shù)字技術(shù)深度解析科學(xué)過程，挖掘科學(xué)教育潛在規(guī)律。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用有助于實(shí)現(xiàn)對科學(xué)教育主體和教育過程的精準(zhǔn)感知和智能建模，通過多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的采集分析，打造科學(xué)教育數(shù)據(jù)引擎，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的教育要素表征與教育主體建模，以此剖析教育現(xiàn)象背后的潛在規(guī)律，助力精準(zhǔn)化的教育決策。其三，推動數(shù)字智能技術(shù)與科學(xué)教育實(shí)踐的深度整合，優(yōu)化科學(xué)教育實(shí)踐樣態(tài)。通過各種數(shù)字化學(xué)習(xí)工具的使用，學(xué)生一方面能夠借助數(shù)字技術(shù)手段獲得更加精準(zhǔn)的學(xué)業(yè)診斷和學(xué)習(xí)干預(yù)，逐步提升學(xué)業(yè)表現(xiàn)和學(xué)科能力；另一方面能夠更加真實(shí)地體驗(yàn)科學(xué)過程，參與實(shí)踐探究，在解決真實(shí)問題的過程中加強(qiáng)對科學(xué)知識的理解和掌握，并逐步提高科學(xué)興趣、提升科學(xué)思維、樹立科學(xué)精神。

（二）科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是數(shù)字化轉(zhuǎn)型學(xué)科化發(fā)展的典型表征

教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型旨在利用數(shù)字技術(shù)為教育的創(chuàng)新發(fā)展注入“新動能”，推動全要素、全過程、全領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型升級，依托數(shù)字化轉(zhuǎn)型推動教育的高質(zhì)量發(fā)展[2]。但以往的教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型大多是從資源、過程、樣態(tài)的視角對教育系統(tǒng)進(jìn)行審視，期待將數(shù)字技術(shù)融入教育的方方面面，推動教育系統(tǒng)的全方位轉(zhuǎn)型升級。但從實(shí)踐應(yīng)用的視角來看，走向“學(xué)科化”是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必然趨勢，只有從學(xué)科教育實(shí)踐的現(xiàn)實(shí)需求出發(fā)，對數(shù)字技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)審視，才能夠從根本上實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)與教育實(shí)踐的深度整合，推動教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的縱深發(fā)展。

從教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的視角來看，相較于語文、英語、歷史、道法等學(xué)科，科學(xué)學(xué)科（包括小學(xué)階段的科學(xué)和初高中階段的物理、化學(xué)、生物等）具有更加獨(dú)特的先天優(yōu)勢，能夠?yàn)榻逃龜?shù)字化轉(zhuǎn)型提供良好的實(shí)踐場景，充分釋放數(shù)字技術(shù)賦能教育的潛能。具體來講：其一，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的學(xué)習(xí)內(nèi)容具有一定的復(fù)雜性和抽象性，單純依據(jù)靜態(tài)的文本和圖片難以有效呈現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象的全貌及其演化過程，不利于學(xué)生的直觀理解。而數(shù)字技術(shù)能夠?qū)?fù)雜的、難以近距離觀察甚至是難以復(fù)現(xiàn)的科學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行直觀呈現(xiàn)，讓學(xué)生全方位、沉浸式地觀察科學(xué)現(xiàn)象、理解科學(xué)過程，以此幫助學(xué)生優(yōu)化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提高科學(xué)興趣。其二，科學(xué)教育實(shí)踐性、探究性、跨學(xué)科的特點(diǎn)，為教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了良好的實(shí)踐場景[3]。相較于其他學(xué)科，科學(xué)教育更強(qiáng)調(diào)動手實(shí)踐、科學(xué)探究和跨學(xué)科問題解決，讓學(xué)生在探究實(shí)踐的過程中真實(shí)參與科學(xué)過程、解決科學(xué)問題、體會科學(xué)樂趣、提升科學(xué)思維。而數(shù)字技術(shù)能夠?yàn)榭茖W(xué)探究的開展提供多樣化的支撐，利用數(shù)字實(shí)驗(yàn)裝備、在線科學(xué)探究平臺、仿真模擬軟件、虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境、數(shù)字科學(xué)教師等技術(shù)，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)真實(shí)自然的科學(xué)探究環(huán)境，這一方面能夠降低實(shí)驗(yàn)成本和風(fēng)險，另一方面能夠?qū)⒊橄蟮目茖W(xué)過程直觀化呈現(xiàn)，幫助學(xué)生更好地參與科學(xué)過程，體會科學(xué)探究的樂趣。

（三）科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要依托

科學(xué)教育是培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才、建設(shè)科技強(qiáng)國的重要依托。科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的逐步深入，為大規(guī)模、個性化、高水平的科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供了新契機(jī)，能夠優(yōu)化科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)環(huán)境，創(chuàng)新科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，轉(zhuǎn)變科技創(chuàng)新人才評價方式，以提高科技創(chuàng)新人才自主培養(yǎng)能力，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和和社會進(jìn)步儲備良好的人力資源。

其一，優(yōu)化科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)環(huán)境。科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型為學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識、體驗(yàn)科學(xué)現(xiàn)象、參與科學(xué)過程提供了良好的環(huán)境支撐。如利用三維動畫、虛擬現(xiàn)實(shí)、全息影像、元宇宙等技術(shù)，為學(xué)生打造真實(shí)自然、虛實(shí)融合的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境；利用數(shù)字實(shí)驗(yàn)裝備、在線科學(xué)探究平臺、仿真模擬軟件、虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境、數(shù)字科學(xué)教師等數(shù)字化學(xué)習(xí)工具，為學(xué)生開展科學(xué)探究提供可靠的工具支撐。其二，創(chuàng)新科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。利用多樣化的數(shù)字實(shí)驗(yàn)裝備打造探究式、項(xiàng)目式的數(shù)字化教學(xué)模式，讓學(xué)生通過動手實(shí)踐的方式體驗(yàn)科學(xué)現(xiàn)象、參與科學(xué)過程、提升科學(xué)思維，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，幫助學(xué)生提高科學(xué)興趣、樹立科學(xué)志向；依托生成式人工智能大模型，開展人機(jī)協(xié)同的科學(xué)探究[4]，通過人機(jī)之間的多輪對話，設(shè)計(jì)探究方案、生成科學(xué)資源、交流科學(xué)思想、完善科學(xué)觀念，幫助學(xué)生逐層深入地掌握科學(xué)知識、提高科學(xué)思維。其三，轉(zhuǎn)變科技創(chuàng)新人才評價方式。利用人工智能技術(shù)追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)過程與日常表現(xiàn)，強(qiáng)化對學(xué)生知識基礎(chǔ)、學(xué)科能力、科學(xué)興趣、問題解決能力、批判性思維能力、探索精神、創(chuàng)造力的全方位測評分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、綜合性、過程性、反饋性的教育評價[5]，幫助教師實(shí)現(xiàn)對學(xué)生科學(xué)能力的智能診斷、科學(xué)志趣的深入研判、科學(xué)潛能的精準(zhǔn)預(yù)測，以此為科技創(chuàng)新人才的選拔和培養(yǎng)提供證據(jù)支持。

三、科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的內(nèi)涵

（一）概念內(nèi)涵

科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型在科學(xué)教育場景中的典型表征，旨在遵循科學(xué)教育學(xué)科邏輯，聚焦科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目標(biāo)使命，結(jié)合科學(xué)教育探究性、實(shí)踐性、跨學(xué)科的特點(diǎn)，利用數(shù)字技術(shù)推動科學(xué)教育資源和工具的轉(zhuǎn)型升級，助力科學(xué)教學(xué)、學(xué)習(xí)、評價樣態(tài)的整體革新，以此為科學(xué)教育的高質(zhì)量發(fā)展提供有效支撐。其核心目標(biāo)是依托數(shù)字技術(shù)為科學(xué)教育的創(chuàng)新發(fā)展注入“新動能”，利用數(shù)字技術(shù)手段創(chuàng)新科學(xué)教育實(shí)踐場域，提升科學(xué)教育服務(wù)能力，優(yōu)化科學(xué)教育實(shí)踐樣態(tài)，轉(zhuǎn)變科學(xué)教育評價方式[6]，為科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)打造全方位、智能化的支撐體系。

科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵在于，一是注重觀念轉(zhuǎn)變，從教育管理部門到學(xué)校再到科學(xué)教師，要充分重視數(shù)字化轉(zhuǎn)型在科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展中的突出優(yōu)勢，重視利用數(shù)字技術(shù)手段推動科學(xué)教育實(shí)踐的創(chuàng)新；二是強(qiáng)化基礎(chǔ)保障，企業(yè)、科研院所、科技場館、中小學(xué)等相關(guān)單位要進(jìn)一步重視數(shù)字化科學(xué)教育資源、工具的開發(fā)，為科學(xué)教育實(shí)踐提供良好的物質(zhì)基礎(chǔ)；三是重視實(shí)踐創(chuàng)新，推動數(shù)字技術(shù)與科學(xué)學(xué)習(xí)、教學(xué)、評價等實(shí)踐場景的深度整合，探索數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展的典型樣態(tài)，助力科學(xué)教育實(shí)踐的創(chuàng)新變革；四是重視素養(yǎng)培育，讓學(xué)生和教師能夠在數(shù)字化的科學(xué)教育實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)數(shù)字素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)的共同發(fā)展，以更好地適應(yīng)時代發(fā)展對師生提出的新要求、新挑戰(zhàn)。

（二）實(shí)踐邏輯

1.突出育人導(dǎo)向，促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)和數(shù)字素養(yǎng)的共同發(fā)展

從目前來看，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型具有較強(qiáng)的政策導(dǎo)向，期待通過數(shù)字教育政策的制定、數(shù)字教育資源的開發(fā)、數(shù)字教育平臺的建設(shè)，引領(lǐng)和推動數(shù)字教育實(shí)踐的開展[7]。此種推進(jìn)策略符合中國教育改革的現(xiàn)實(shí)需求，能夠?yàn)榻逃龜?shù)字化轉(zhuǎn)型的有序推進(jìn)提供可靠保障。但具體到學(xué)科場景，要推動科學(xué)教育的數(shù)字化轉(zhuǎn)型，不能僅僅倡導(dǎo)資源、環(huán)境和工具的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級，還要突出科學(xué)教育的育人目標(biāo)，明確科學(xué)教育的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要以學(xué)生個體的發(fā)展為核心，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和數(shù)字素養(yǎng)的共同提升，以此為高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展培育良好的人力資源。因此，科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要打破“技術(shù)決定論”的實(shí)踐誤區(qū)，突出其育人導(dǎo)向，利用數(shù)字技術(shù)為科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)和科學(xué)教育實(shí)踐變革注入新動能，推動科學(xué)教育的高質(zhì)量發(fā)展。

2.遵循學(xué)科邏輯，推動數(shù)字技術(shù)與科學(xué)教育的深度整合

科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的有效推進(jìn)，需要避免對數(shù)字技術(shù)的過度依賴，應(yīng)該遵循科學(xué)教育的學(xué)科邏輯，實(shí)現(xiàn)數(shù)字技術(shù)與科學(xué)教育的深度融合。其中有兩方面的價值意蘊(yùn)：其一，從短期來看，科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要從學(xué)科教育實(shí)踐的視角出發(fā)，審視數(shù)字技術(shù)在其中的關(guān)鍵作用，探究數(shù)字技術(shù)能夠?yàn)榻逃氐霓D(zhuǎn)型、教育過程的優(yōu)化、教育質(zhì)量的提升帶來何種助益，將數(shù)字技術(shù)與教學(xué)設(shè)計(jì)、課堂講授、協(xié)作探究、課后反思等特定教學(xué)環(huán)節(jié)相結(jié)合，明確數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用場景和作用方式；其二，從長遠(yuǎn)來看，科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的推進(jìn)需要加強(qiáng)對數(shù)字技術(shù)賦能和學(xué)科教育實(shí)踐的雙重關(guān)照，既要遵循學(xué)科教學(xué)的邏輯規(guī)范數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用方向，又要重視數(shù)字技術(shù)為科學(xué)教育實(shí)踐場域的創(chuàng)新、服務(wù)能力的升級、教育樣態(tài)的變化、評價手段的革新帶來了哪些可能性，通過兩個視角的深層次整合明確科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)踐方向。

3.依托數(shù)字資源，撬動科學(xué)教育教學(xué)實(shí)踐的整體性變革

科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的有序推進(jìn)，需要重視數(shù)字化科學(xué)教育資源在其中的保障作用，以科學(xué)教育資源的數(shù)字化轉(zhuǎn)型帶動科學(xué)教育實(shí)踐的整體性變革。科學(xué)教育資源的數(shù)字化轉(zhuǎn)型是數(shù)字技術(shù)與科學(xué)教育融合最直接的體現(xiàn)，只有依托數(shù)字技術(shù)打造豐富多樣、虛實(shí)融合、互動性強(qiáng)的科學(xué)教育內(nèi)容資源（如：音視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)資源、數(shù)字教材等）[8]，以及智能化的科學(xué)教育工具資源（如數(shù)字探究平臺、數(shù)字實(shí)驗(yàn)裝備、虛擬科學(xué)教師等），才能夠?yàn)閿?shù)字化科學(xué)教育實(shí)踐提供優(yōu)質(zhì)的資源支撐。因此，需要充分重視數(shù)字化科學(xué)教育資源在科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的核心作用，通過科學(xué)教育資源的數(shù)字化支撐和引領(lǐng)科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)踐落地。

4.重視實(shí)踐探究，引領(lǐng)數(shù)字化科學(xué)教育跨學(xué)科實(shí)踐創(chuàng)新

與其他學(xué)科相比，科學(xué)學(xué)科具有鮮明的探究性、實(shí)踐性、跨學(xué)科的特點(diǎn)，這也使得科學(xué)教育更加注重學(xué)生的動手操作和實(shí)踐探究，讓學(xué)生真實(shí)參與科學(xué)過程、體會科學(xué)樂趣[9]。因此，科學(xué)教育的數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要重視實(shí)踐探究在其中的核心地位，轉(zhuǎn)變以往教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型對“知識學(xué)習(xí)”的過度關(guān)注，更加強(qiáng)調(diào)在探究實(shí)踐的過程中幫助學(xué)生鞏固科學(xué)知識、提高科學(xué)思維、培育科學(xué)精神。因此，我們應(yīng)該樹立素養(yǎng)導(dǎo)向的發(fā)展目標(biāo)，避免過度關(guān)注對學(xué)生知識層面的智能診斷和干預(yù)，更加注重為學(xué)生打造數(shù)字化的科學(xué)探究環(huán)境、提供智能化的探究實(shí)踐工具、創(chuàng)設(shè)多樣化的探究實(shí)踐活動、構(gòu)建綜合化的探究評價體系，以此為科學(xué)教育跨學(xué)科實(shí)踐的創(chuàng)新發(fā)展提供方向指引。

四、科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的表征樣態(tài)

（一）優(yōu)化數(shù)字化科學(xué)教育資源，創(chuàng)新科學(xué)教育實(shí)踐場域

數(shù)字化科學(xué)教育資源建設(shè)是科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)，旨在利用數(shù)字技術(shù)手段豐富科學(xué)教育資源的表征形態(tài)和供給模式，以此來優(yōu)化科學(xué)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，推動科學(xué)教育資源精準(zhǔn)供給，為科學(xué)教育的高質(zhì)量發(fā)展提供基礎(chǔ)保障。

其一，優(yōu)化科學(xué)教育資源的表征形態(tài)。科學(xué)教育資源的開發(fā)和應(yīng)用是科學(xué)教育的基礎(chǔ)工作，但受技術(shù)手段的限制，以往的科學(xué)教育資源主要表征為紙質(zhì)教材、PPT課件和教學(xué)視頻等形式，但這些資源形態(tài)承載的信息有限，難以幫助學(xué)生建立對科學(xué)現(xiàn)象的完整認(rèn)知，也限制了學(xué)生科學(xué)興趣的養(yǎng)成。而數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用有助于優(yōu)化科學(xué)教育資源的表征形態(tài)和呈現(xiàn)方式，如利用音視頻、三維動畫、全息影像、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、數(shù)字孿生、元宇宙等技術(shù)創(chuàng)設(shè)豐富自然、沉浸真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，利用在線學(xué)習(xí)平臺、數(shù)字教材、數(shù)字實(shí)驗(yàn)裝備、虛擬實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)仿真軟件為科學(xué)教育實(shí)踐提供豐富的工具資源，幫助學(xué)生在虛實(shí)融合的教育場景中觀察科學(xué)現(xiàn)象、體驗(yàn)科學(xué)過程、開展科學(xué)探究[10]。

其二，升級科學(xué)教育資源的供給模式。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用能夠優(yōu)化科學(xué)教育資源的供給模式，為大規(guī)模個性化教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和教育的優(yōu)質(zhì)均衡發(fā)展提供有效依托。一方面，數(shù)字技術(shù)能夠拓展科學(xué)教育資源的傳播渠道，幫助偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生也能夠借助數(shù)字化的平臺和工具獲取優(yōu)質(zhì)科學(xué)教育資源，這在一定程度上能夠解決偏遠(yuǎn)地區(qū)科學(xué)教育師資短缺和區(qū)域性科學(xué)教育資源分布不均等問題，為教育的優(yōu)質(zhì)均衡發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障；另一方面，依托大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，我們能夠?qū)崿F(xiàn)全景化的教育數(shù)據(jù)采集與分析，對學(xué)生的知識基礎(chǔ)、學(xué)科能力、科學(xué)興趣進(jìn)行實(shí)時追蹤和精準(zhǔn)建模，幫助學(xué)生精準(zhǔn)診斷學(xué)業(yè)問題、預(yù)測學(xué)習(xí)需求、挖掘?qū)W習(xí)興趣，以此為每個學(xué)生提供定制化的學(xué)習(xí)資源與學(xué)習(xí)服務(wù)[11]，助力實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的個性化學(xué)習(xí)。

（二）研發(fā)數(shù)字化科學(xué)教育工具，提升科學(xué)教育服務(wù)能力

數(shù)字化科學(xué)教育工具是數(shù)字技術(shù)在科學(xué)教育落地應(yīng)用的關(guān)鍵著力點(diǎn)，也是科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要依托。其核心目標(biāo)在于整合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等數(shù)字技術(shù)的核心優(yōu)勢，打造集成化、智能化的科學(xué)教育工具[12]，為科學(xué)教育實(shí)踐的開展提供有效支撐。典型的數(shù)字化科學(xué)教育工具包括：

其一，數(shù)字化科學(xué)探究平臺。科學(xué)探究是科學(xué)教學(xué)的重要形式，但由于環(huán)境和裝備的限制，一線教學(xué)中的科學(xué)探究往往難以開展。而依托數(shù)字技術(shù)打造的在線科學(xué)探究平臺，能夠?yàn)閷W(xué)生提供豐富多樣的學(xué)習(xí)資源和探究活動，幫助學(xué)生開展多樣化的科學(xué)探究實(shí)踐。如在線科學(xué)探究平臺WISE（Web-based Inquiry Science Environment），能夠模擬真實(shí)的科學(xué)探究場景和問題解決過程，并為學(xué)生提供高效的交互學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富的數(shù)字學(xué)習(xí)資源，讓學(xué)生不受實(shí)驗(yàn)條件的限制，在實(shí)踐探究的過程中提高問題解決能力和溝通協(xié)作能力。

其二，數(shù)字化科學(xué)教育實(shí)驗(yàn)裝備。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在“危險實(shí)驗(yàn)不敢做，復(fù)雜實(shí)驗(yàn)不能做，抽象實(shí)驗(yàn)不好做”的問題，而數(shù)字化科學(xué)教育實(shí)驗(yàn)裝備能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)教學(xué)的開展提供有效的工具支撐，幫助教師開足、開好實(shí)驗(yàn)課[13]。例如：北京師范大學(xué)科學(xué)教育研究院自主研發(fā)的Labmate手機(jī)科學(xué)APP、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)桌面系統(tǒng)DIEP，將科學(xué)實(shí)驗(yàn)所涉及的觀察、測量、計(jì)算與分析集成于一體化的數(shù)字實(shí)驗(yàn)平臺，以提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)的便捷性、直觀性和互動性，為學(xué)生觀察科學(xué)現(xiàn)象、體驗(yàn)科學(xué)過程、參與科學(xué)探究提供良好的環(huán)境支撐。這有助于培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和探究實(shí)踐能力，提高學(xué)生的科學(xué)興趣。

其三，科學(xué)教育數(shù)字教師智能體。利用生成式人工智能和數(shù)字人技術(shù)打造數(shù)字化的虛擬科學(xué)教師，通過人機(jī)多輪對話的方式幫助學(xué)生了解科學(xué)知識、啟發(fā)科學(xué)思維、培育科學(xué)精神。如：科大訊飛依托訊飛星火認(rèn)知大模型研發(fā)的“愛因斯坦”數(shù)字人，借助愛因斯坦的形象為學(xué)生講述科學(xué)知識、分析科學(xué)原理，為學(xué)生提供定制化的教學(xué)內(nèi)容和適應(yīng)性的學(xué)習(xí)反饋[14]，并啟發(fā)學(xué)生深入思考，幫助學(xué)生逐步建立對科學(xué)對象的顯性認(rèn)知。

（三）優(yōu)化數(shù)字化科學(xué)學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)學(xué)習(xí)質(zhì)量顯著提升

數(shù)字化科學(xué)教育工具的快速發(fā)展在一定程度上提高了學(xué)習(xí)的個性化與靈活性，傳統(tǒng)以科學(xué)知識獲取為核心的學(xué)習(xí)理念正逐步發(fā)生轉(zhuǎn)變，越發(fā)強(qiáng)調(diào)通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)、科學(xué)探究、人機(jī)對話的方式幫助學(xué)生強(qiáng)化知識理解、提高科學(xué)素養(yǎng)、培育科學(xué)精神。具體來講：

其一，基于數(shù)字教育裝備的科學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。數(shù)字科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝備能夠?qū)?fù)雜的物理、化學(xué)、生物現(xiàn)象以數(shù)字模擬的方式進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，這一方面能夠降低科學(xué)實(shí)驗(yàn)的難度和成本，另一方面能夠提高科學(xué)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，為科學(xué)實(shí)驗(yàn)的廣泛開展提供有效依托。學(xué)生可以利用數(shù)字化科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝備，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、操作實(shí)驗(yàn)裝置、調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)、觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果，更加直觀真實(shí)地理解科學(xué)現(xiàn)象、了解科學(xué)過程、解釋科學(xué)原理[15]。這能夠在極大程度上提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、科學(xué)思維能力和科學(xué)探究熱情。

其二，基于虛擬探究平臺的跨學(xué)科探究性學(xué)習(xí)。虛擬科學(xué)探究是以虛擬仿真交互平臺為依托，支持學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、選擇儀器、調(diào)整變量、觀察記錄、推理論證等探究活動，以形成科學(xué)觀念、發(fā)展科學(xué)思維、培育科學(xué)精神的重要學(xué)習(xí)方式[16]。依托虛擬科學(xué)探究平臺，學(xué)生可以自主確定探究主題、設(shè)計(jì)探究計(jì)劃、開展合作分工、進(jìn)行協(xié)同反思、展示探究結(jié)果，這不僅能夠提高學(xué)生的跨學(xué)科知識整合和應(yīng)用能力，還能夠提高學(xué)生的問題解決能力、溝通協(xié)作能力、探究實(shí)踐能力，為學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

其三，基于數(shù)字虛擬科學(xué)教師的啟發(fā)式學(xué)習(xí)。生成式人工智能的快速發(fā)展使得機(jī)器的文本生成、人機(jī)對話和邏輯推理能力得到極大提升，也使得基于人機(jī)對話的啟發(fā)式學(xué)習(xí)成為智能時代的重要學(xué)習(xí)方式。在科學(xué)教育場景中，學(xué)生可以利用數(shù)字化的虛擬科學(xué)教師開展學(xué)習(xí)活動，由學(xué)生提出學(xué)習(xí)問題、拋出探究問題或設(shè)置對話情境，機(jī)器則依據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和學(xué)習(xí)需求進(jìn)行及時應(yīng)答，并生成定制化的問題鏈，通過人機(jī)之間的多輪對話逐步啟發(fā)學(xué)生思考，循循善誘、逐層深入地幫助學(xué)生理解學(xué)習(xí)內(nèi)容的本質(zhì)[17]，并教會學(xué)生解決問題的方法和策略，以助力學(xué)生的科學(xué)思維發(fā)展和科學(xué)精神養(yǎng)成。

（四）探索數(shù)字化科學(xué)教學(xué)模式，推動科學(xué)教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新

數(shù)字化技術(shù)與科學(xué)教育的深度融合，為科學(xué)教育教學(xué)樣態(tài)的革新和教學(xué)質(zhì)量的提升提供了有效依托。在此背景下，融合數(shù)字技術(shù)革新教學(xué)理念、創(chuàng)新教學(xué)方法、提高教學(xué)質(zhì)量，已成為科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心議題。其核心在于，一方面要將數(shù)字化教育工具與真實(shí)的教學(xué)過程相結(jié)合，以提高科學(xué)教學(xué)效率，另一方面要發(fā)揮教師智慧和機(jī)器智能的核心優(yōu)勢，通過人機(jī)合理分工，打造人機(jī)協(xié)同的教學(xué)模式，以推動科學(xué)教學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展。從實(shí)踐層面來看，數(shù)字化科學(xué)教學(xué)可從以下三個方面來開展：

其一，講授式教學(xué)。隨著機(jī)器智能化水平的提升，教師利用數(shù)字技術(shù)輔助課堂教學(xué)的情況越發(fā)普遍，使得人機(jī)協(xié)同教學(xué)成為未來課堂教學(xué)變革的主流趨勢[18]。從人機(jī)協(xié)同的視角來看，機(jī)器一方面能夠?qū)W(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)測，以診斷學(xué)業(yè)問題、實(shí)施精準(zhǔn)干預(yù)；另一方面能夠幫助科學(xué)教師完成簡單繁瑣的教學(xué)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)問題的及時發(fā)現(xiàn)、教學(xué)內(nèi)容的動態(tài)生成、教學(xué)方案的適應(yīng)性調(diào)整，為科學(xué)教師開展創(chuàng)新性教學(xué)提供多樣化的輔助。從這個意義上來說，人機(jī)協(xié)同教學(xué)能夠有效提升科學(xué)課堂教學(xué)的質(zhì)量，為教師講授科學(xué)知識提供有效支撐。

其二，探究式教學(xué)。探究式科學(xué)教學(xué)旨在通過創(chuàng)設(shè)探究情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、搜集證據(jù)、分析論證、評估結(jié)果、表達(dá)交流，以此來幫助學(xué)生完善科學(xué)觀念、提升科學(xué)思維。在探究式教學(xué)中，數(shù)字技術(shù)的作用突出體現(xiàn)在：一是能夠依托多樣化的數(shù)字教育工具創(chuàng)設(shè)虛實(shí)融合的科學(xué)探究環(huán)境，拓展科學(xué)探究的實(shí)踐場域；二是能夠豐富科學(xué)探究的手段和工具，利用多樣化的數(shù)字教育裝備幫助學(xué)生搜集證據(jù)、分析數(shù)據(jù)、評估結(jié)果，以提高科學(xué)探究效率；三是能夠?qū)崟r追蹤學(xué)生的科學(xué)探究過程，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生科學(xué)探究中的潛在問題，并提供及時干預(yù)，以保證科學(xué)探究的順利實(shí)施。

其三，項(xiàng)目式教學(xué)。項(xiàng)目式教學(xué)是以項(xiàng)目為主線、以學(xué)生為主體、以實(shí)際應(yīng)用為目的的教學(xué)方法，通過精心設(shè)計(jì)項(xiàng)目和提供資源支持，讓學(xué)生在完成項(xiàng)目的過程中掌握知識和技能，提高實(shí)際應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。在項(xiàng)目式教學(xué)中，數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用一是能夠依據(jù)每位學(xué)生的特征和優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)差異化的分組，并設(shè)計(jì)針對性的項(xiàng)目主題，以充分激發(fā)每位學(xué)生的潛質(zhì)；二是生成定制化的項(xiàng)目方案并提供適應(yīng)性的學(xué)習(xí)資源[19]，讓學(xué)生在機(jī)器智能分析與決策的基礎(chǔ)上進(jìn)行定制化開發(fā)，通過人機(jī)協(xié)同決策提高解決方案的適配性；三是能夠?qū)崿F(xiàn)追蹤式的評價和適應(yīng)性的反饋，精準(zhǔn)監(jiān)測項(xiàng)目實(shí)施過程，及時發(fā)現(xiàn)其中的潛在問題，并實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)干預(yù)，以確保項(xiàng)目的順利開展。

（五）開展數(shù)字化科學(xué)教育評價，助力科學(xué)教育評價轉(zhuǎn)型

數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展為科學(xué)教育評價理念的革新與評價范式的轉(zhuǎn)型帶來了新的驅(qū)動力，能夠推動科學(xué)教育評價向系統(tǒng)化、智能化、精準(zhǔn)化的方向發(fā)展，為科學(xué)教育質(zhì)量的診斷和提升提供可靠的證據(jù)支持。數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)全時空、多場景、全過程的教育數(shù)據(jù)采集與匯聚，面向講授式、探究式、項(xiàng)目式等多元化的教學(xué)場景，實(shí)現(xiàn)全景化的數(shù)據(jù)表征，為學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的測評、科學(xué)教師教學(xué)勝任力的測評和科學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量的評價提供科學(xué)、客觀的評價依據(jù)。數(shù)字化科學(xué)教育評價的開展，一是要針對特定教育場景構(gòu)建體系化的評價指標(biāo)體系，對真實(shí)教育場景中的教師行為、學(xué)生行為、教學(xué)情境進(jìn)行細(xì)粒度刻畫，以提高科學(xué)教育評價的可信度與可解釋性，為教育評價的開展提供標(biāo)準(zhǔn)參照；二是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的科學(xué)教育評價與建模，利用課堂對話、課后作業(yè)、教學(xué)視頻等多模態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對課堂教學(xué)過程的有效還原，對學(xué)生科學(xué)學(xué)習(xí)中的行為表現(xiàn)、認(rèn)知水平、情感態(tài)度等特征進(jìn)行時序化的建模分析，以此反映學(xué)生的科學(xué)知識、科學(xué)能力、科學(xué)興趣等特征，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的教育評價[20]；三是要完善科學(xué)教育評價的反饋機(jī)制，構(gòu)建基于“評價-反饋”的閉環(huán)模型，針對學(xué)生、教師和課堂教學(xué)的現(xiàn)存問題，實(shí)現(xiàn)形成性的評價與反饋，為學(xué)生改善學(xué)習(xí)策略提供精準(zhǔn)干預(yù)，為科學(xué)教師改進(jìn)教學(xué)方案、優(yōu)化教學(xué)決策提供證據(jù)支撐。

五、科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵挑戰(zhàn)

目前，科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型尚處于起步階段，仍存在許多亟待解決的關(guān)鍵問題。突出體現(xiàn)在，科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型理論體系有待完善，數(shù)字化科學(xué)教育資源體系建設(shè)有待加強(qiáng)，數(shù)字化科學(xué)教育工具有待開發(fā)，科學(xué)教師的數(shù)字化教學(xué)勝任力有待提升，在一定程度上阻礙了科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的有效推進(jìn)。

（一）科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型理論體系有待完善

科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，關(guān)系到科學(xué)教育育人理念的革新、資源供給的優(yōu)化、服務(wù)能力的轉(zhuǎn)型與教學(xué)模式的創(chuàng)新。因此，要推動科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的有效落地，需要進(jìn)一步完善其理論體系，以此來帶動科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)踐創(chuàng)新。其核心問題在于：一是科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的概念內(nèi)涵有待厘清。科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是一個新議題，尚未有研究對其概念內(nèi)涵與價值定位做出清晰界定，學(xué)界對其定義、價值、功能和意義缺乏理性認(rèn)識，難以為實(shí)踐的開展提供有效指引。二是科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)踐邏輯有待梳理。目前，研究人員對科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的方向、思路與舉措缺乏整體性設(shè)計(jì)[21]，科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)導(dǎo)向、實(shí)施主體、核心要素、實(shí)踐策略均亟待探索，無法為科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的有序推進(jìn)提供方向指引。因此，要推動科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的順利實(shí)施，我們需要在研究層面進(jìn)一步厘清其概念內(nèi)涵和實(shí)踐邏輯，明確科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的目標(biāo)使命、價值定位、核心要素、關(guān)鍵場景、推進(jìn)策略，解決“為何轉(zhuǎn)”“如何轉(zhuǎn)”“轉(zhuǎn)去哪兒”的問題[22]，以此為科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供理論指引。

（二）數(shù)字化科學(xué)教育資源體系建設(shè)有待加強(qiáng)

數(shù)字化科學(xué)資源是科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)保障，其初衷是通過優(yōu)質(zhì)科學(xué)教育資源的精準(zhǔn)供給為科學(xué)教育實(shí)踐樣態(tài)的革新提供物質(zhì)基礎(chǔ)，著力推動科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的有效落地。然而，就現(xiàn)階段數(shù)字化科學(xué)教育資源體系建設(shè)的實(shí)際情況而言，仍然存在資源體系不健全、資源開發(fā)機(jī)制不完善、資源質(zhì)量參差不齊、資源評價機(jī)制缺失、資源應(yīng)用場景模糊、資源互動性不強(qiáng)等問題，難以有效發(fā)揮數(shù)字化科學(xué)教育資源的核心優(yōu)勢[23]。因此，未來科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的有序推進(jìn)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)字化科學(xué)教育資源的體系建設(shè)，以此為數(shù)字化科學(xué)教育實(shí)踐的創(chuàng)新提供基礎(chǔ)保障。具體來講，一是完善數(shù)字化科學(xué)教育資源體系，面向科學(xué)教育的典型場景，梳理科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型需要哪些類型的科學(xué)教育資源，構(gòu)建體系健全、結(jié)構(gòu)合理、層次分明的資源體系，以規(guī)范數(shù)字化科學(xué)教育資源的研發(fā)方向。二是構(gòu)建數(shù)字化科學(xué)教育資源的管理體系，實(shí)現(xiàn)面向資源開發(fā)、利用、評價、管理、退出的完整生命周期管理，推動數(shù)字化科學(xué)教育資源體系的規(guī)范建設(shè)、精準(zhǔn)管理和動態(tài)更新[24]。三是推動數(shù)字化科學(xué)教育資源的質(zhì)量提升，面向?qū)W生科學(xué)素養(yǎng)培育的現(xiàn)實(shí)需求，整合多樣化的數(shù)字技術(shù)，開發(fā)滿足真實(shí)教學(xué)需求的優(yōu)質(zhì)科學(xué)教育資源，助力科學(xué)教育實(shí)踐的高質(zhì)量發(fā)展。

（三）數(shù)字化科學(xué)教育工具有待開發(fā)

數(shù)字化科學(xué)教育工具是科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動力，能夠?yàn)榭茖W(xué)教育實(shí)踐的創(chuàng)新提供有效支撐。具有代表性的是數(shù)字探究平臺、數(shù)字實(shí)驗(yàn)裝備、虛擬科學(xué)教師等，但從目前來看，相關(guān)工具的研發(fā)與應(yīng)用尚處于起步階段，難以為科學(xué)教育實(shí)踐的開展提供有效支撐。其原因在于：一是大多工具的研發(fā)更多是從技術(shù)的視角去審視科學(xué)教育實(shí)踐的開展，關(guān)注數(shù)字技術(shù)能夠在哪些環(huán)節(jié)優(yōu)化科學(xué)教育過程、提高科學(xué)教育效率，卻未能從學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)提升的視角去審視數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用場景，導(dǎo)致相關(guān)教育工具的研發(fā)未能發(fā)揮其核心效用；二是由于技術(shù)手段的限制，大多工具僅能夠?qū)崿F(xiàn)特定的簡單功能，無法為學(xué)生科學(xué)教育實(shí)踐的開展提供有效支撐，加之研發(fā)成本的限制，導(dǎo)致很多數(shù)字化教學(xué)工具難以得到廣泛應(yīng)用。因此，未來數(shù)字化科學(xué)教育工具的研發(fā)，應(yīng)該進(jìn)一步從科學(xué)教育實(shí)踐和科學(xué)素養(yǎng)培育的現(xiàn)實(shí)需求出發(fā)，規(guī)范工具的研發(fā)方向和應(yīng)用場景[25]，同時，依托先進(jìn)的技術(shù)手段提升科學(xué)教育工具的適用性，滿足學(xué)生多樣化的學(xué)習(xí)需求，以此為科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的有序推進(jìn)提供有效支撐。

（四）科學(xué)教師數(shù)字化教學(xué)勝任力有待提升

科學(xué)教師是科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的踐行者，決定了科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)踐成效。因此，打造一支素質(zhì)過硬的科學(xué)教師隊(duì)伍，能夠?yàn)榭茖W(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的有序推進(jìn)提供堅(jiān)實(shí)保障。但從目前來看，科學(xué)教師采用數(shù)字技術(shù)開展課堂教學(xué)的現(xiàn)象并不普遍[26]，根本原因在于，一是科學(xué)教師的數(shù)字化教學(xué)意愿有待提升。科學(xué)教師受傳統(tǒng)教學(xué)理念的影響，習(xí)慣于采用常見的教學(xué)媒體開展常規(guī)的講授式教學(xué)，加之升學(xué)考試、班務(wù)管理、績效考核等壓力擠占了教師的大部分精力，使得科學(xué)教師對于采用數(shù)字技術(shù)手段改進(jìn)教學(xué)大多持“敬而遠(yuǎn)之”的態(tài)度；二是科學(xué)教師的數(shù)字化教學(xué)技能仍需加強(qiáng)。科學(xué)教師對數(shù)字技術(shù)賦能教育的核心優(yōu)勢和應(yīng)用場景缺乏理性認(rèn)識，數(shù)字化教學(xué)技能也有待提升，難以根據(jù)實(shí)際的教學(xué)需求整合數(shù)字技術(shù)進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新，嚴(yán)重阻礙了科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的有效實(shí)施。因此，未來科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型有序推進(jìn)，需要進(jìn)一步提升科學(xué)教師的數(shù)字化教學(xué)勝任力：一是幫助教師了解數(shù)字技術(shù)賦能科學(xué)教育的核心優(yōu)勢和典型場景，明確數(shù)字技術(shù)能夠?yàn)榭茖W(xué)教學(xué)提供哪些便利條件，提高數(shù)字化教學(xué)意愿；二是加強(qiáng)科學(xué)教師的數(shù)字化教學(xué)技能培訓(xùn)，讓科學(xué)教師能夠理解各種數(shù)字化教學(xué)工具的使用方式和應(yīng)用場景，并能夠在課堂教學(xué)中熟練應(yīng)用；三是要推動數(shù)字化科學(xué)教學(xué)的實(shí)踐創(chuàng)新，讓科學(xué)教師能夠在教學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)施、評價、反饋等環(huán)節(jié)中應(yīng)用數(shù)字化的教學(xué)工具，以助力科學(xué)教育實(shí)踐的創(chuàng)新發(fā)展。

六、結(jié)語

科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是科學(xué)教育高質(zhì)量發(fā)展的必然趨勢，有助于優(yōu)化科學(xué)教育資源的表征形態(tài)、豐富數(shù)字化科學(xué)教育裝備和工具、創(chuàng)新科學(xué)教育的學(xué)習(xí)和教學(xué)模式、推動科學(xué)教育評價范式的革新，以解決科學(xué)教育資源陳舊、科學(xué)教育裝備缺失、科學(xué)教育模式固化、科學(xué)評價方式落后等問題，為科學(xué)教育開辟新賽道、塑造新優(yōu)勢。但與此同時，也面臨理論體系構(gòu)建、資源體系建設(shè)、教育工具開發(fā)、教師勝任力提升等方面的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

未來科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的系統(tǒng)推進(jìn)，一方面需要從政策制定和體制機(jī)制建設(shè)方面為科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型營造良好的外部環(huán)境；另一方面還需要在理論創(chuàng)新、資源開發(fā)、實(shí)踐變革、素養(yǎng)培育、示范應(yīng)用等方面加強(qiáng)實(shí)踐探索，以推動科學(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)踐落地。

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作者簡介：

鄭永和：教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榻逃畔⒖茖W(xué)與技術(shù)、科技與教育政策、科學(xué)教育。

張登博：在讀博士，研究方向?yàn)橹悄芙逃⒖茖W(xué)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

蘇洵：博士后，研究方向?yàn)橹行W(xué)科學(xué)教育、工程與技術(shù)教育。

王一巖：博士后，研究方向?yàn)橹悄芙逃⑷藱C(jī)協(xié)同教育、教育信息科學(xué)與技術(shù)。

Digital Transformation of Science Education： Cnnotation， Form， and Challenges

Zheng Yonghe， Zhang Dengbo， Su Xun， Wang Yiyan

Research Institute of Science Education， Beijing Normal University， Beijing 100875

Abstract： The digital transformation of science education is the fundamental guarantee for the high-quality development of science education， a typical representation of the disciplinary development of digital transformation， and an important support for the cultivation of scientific and technological innovation talents. The digital transformation of science education aims to follow the disciplinary logic of science education， focus on the goal and mission of cultivating innovative talents in science and technology， combine the exploratory， practical， and interdisciplinary characteristics of science education， use digital technology to promote the transformation and upgrading of science education resources and tools， and help the overall innovation of science teaching， learning， and evaluation forms， thereby providing effective support for the high-quality development of science education. The digital transformation of science education is mainly reflected in practical aspects， including optimizing digital science education resources and innovating science education practice fields； developing digital science education tools to enhance the ability to provide science education services； optimizing digital science learning methods to significantly improve learning quality； exploring digital science teaching models and promoting innovation in scientific teaching practices； carrying out digital science education evaluation and assist in the transformation of science education evaluation. In the future， it is necessary to attach importance to theoretical system innovation， resource system construction， educational tool research and development， and teacher digital teaching competence enhancement to promote the practical implementation of digital transformation in science education.

Keywords： science education； digital transformation of education； high quality development of science education； cultivation of technological innovation talents

收稿日期：2024年7月24日

責(zé)任編輯：趙云建