信息技術賦能科學教育專業師范生實踐教學創新路徑與策略研究

0 引言

隨著信息技術的快速發展和日益普及，教育領域正經歷深刻變革，特別是在科學教育專業師范生培養中尤為顯著[1]。信息技術的融入不僅革新了傳統教學模式，還為實踐教學提供了新的可能性。這一趨勢引發廣泛討論，羅秀玲等[2]、史加祥[3]指出信息技術能提高學習效率，增強師范生的參與度和動手能力。2023年5月印發的《教育部等十八部門關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》提出要通過 3～5 年努力，在教育“雙減”中做好科學教育加法的各項措施全面落地。雖然該文件主要面向中小學，但對高校師范生培養也提出更高要求。

盡管信息技術在提高教學效率和促進自主學習方面的潛力被廣泛認可，但如何有效整合到科學教育專業師范生的實踐教學中仍需深入研究。基于此，本文深入探討信息技術在科學教育專業師范生實踐教學中的應用，重點關注如何通過虛擬實驗、互動平臺和數據驅動的教學方法，提升科學教育專業師范生的實踐教學能力，通過對信息技術賦能下的實踐教學路徑進行系統分析，期望為科學教育專業師范生實踐教學改革提供新的思路與參考。

1信息技術在科學教育中的角色和作用

科學教育雖然傳統上被劃歸為文科范疇，但其核心課程涵蓋生物學、化學、物理學和宇宙與空間科學等多個理科領域。這一跨學科特性對實踐教學提出更高的要求，也增加了實施難度。在這一背景下，信息技術的崛起成為推動科學教育革新的關鍵力量，它不僅可以為科學教育提供新的工具和方法，還能從根本上改變傳統的教學模式和學習方式。

首先，信息技術通過提供互動和多媒體學習資源，可以極大豐富科學教育的內容和形式。傳統的科學教育往往依賴教科書和教師的講授，學習資源相對單一，而信息技術的引入為科學教育增添了更多互動性和生動性。如在化學教育中，一系列免費模擬實驗可以幫助師范生直觀地觀察和參與實驗過程，如化學反應、物質混合和酸堿滴定等。這類互動式學習能夠極大提升師范生的參與感，特別是在實驗條件有限的情況下，借助虛擬實驗，師范生能夠更好地理解復雜的化學概念并激發學習興趣。

其次，信息技術能夠推動科學教育教學方法的多元化發展。傳統課堂教學模式正在逐漸轉向融合虛擬現實（VR）、增強現實（AR）、游戲化學習和人工智能（AI）等元素的混合教學模式，這些技術不僅使學習內容更加生動有趣，還通過模擬復雜的科學現象，增強學生的理解和認知能力。如在物理教學中，利用虛擬現實技術，學生可以在虛擬實驗環境中觀察和體驗物理現象，從而加深對力學、電磁學等復雜概念的理解。某些虛擬實驗室平臺提供的沉浸式實驗為學生提供了實踐探索復雜現象的機會，可以極大提高學習的趣味性和參與度。

再次，信息技術可以促進個性化和自適應學習的發展。通過智能學習系統和大數據分析，教師可以根據師范生的學習進度和表現提供個性化的教學反饋與學習路徑[4]。以生物學為例，智能學習平臺通過大數據分析師范生的學習軌跡，自動生成定制化學習計劃。這類數據驅動的教學方法不僅能夠提高學習效率，還可以更好地滿足不同師范生的個性化需求。

最后，信息技術可以擴展科學教育的時間和空間邊界。借助網絡技術，科學教育不再局限于課堂內，全球范圍內的學生和教師都可以通過在線平臺展開實時交流與合作，打破了空間和時間的限制。例如，“有益于環境的全球性學習與觀察計劃”項目就是通過互聯網推動全球范圍內的科學教育與合作，使師范生和教師能夠分享科學資源、探討全球性課題，并共同參與科學研究。這不僅促進了科學知識的傳播，還推動了跨地區的科學交流與理解。

2科學教育專業師范生實踐教學問題分析

2.1 資源分配不均衡

在科學教育專業師范生實踐教學中，資源分配不均衡是最突出的問題。不同地區和學校在實驗設備、專業教師和教學材料等科學教育資源分配上差異顯著，這種不平等的資源分配導致學生在接受高質量科學教育的機會方面存在明顯差距，特別是在地球與空間科學領域，資源不均的問題尤為嚴重。以我國為例，頂尖大學的學生通常可以接觸先進的實驗設備和資源，如高精度地質測量儀器和衛星數據分析軟件，這為他們提供了分析宇宙和氣候模型的機會；而地方高校由于資源匱乏，學生在相關領域的實踐學習機會受到限制。同時，專業教師的數量和資歷在不同高校之間存在巨大差異，進一步加劇了教育質量發展的不平衡。

2.2教學內容與科學技術的飛速發展存在明顯脫節

現有科學教育專業師范生實踐教學的課程內容和實踐活動更新速度緩慢，難以跟上現代科學技術的快速進步。這種滯后性不僅削弱了師范生的學習興趣，也限制了他們未來在科學教育領域的職業發展。例如，物理教育中的教學內容常依賴于過時的教科書和實驗方法，未能及時反映該領域的最新研究成果和技術應用，使得師范生難以理解物理學前沿知識，從而降低了對學科的興趣和探索欲望。

2.3教學方法較為單一

科學教育專業師范生實踐教學方法較為單一，主要依賴講授法和實驗演示，缺乏創新性和互動性，這種傳統的教學模式無法充分激發師范生的探究精神和創造力。例如，生物學課程中的評估方式以書面考試為主，注重對理論和概念的記憶，忽視對師范生實驗技能的考查，特別是在實驗設計、問題解決和創新思維方面。師范生在實驗過程中常按既定程序操作，缺乏獨立設計實驗的機會，也很少有機會參與創新性研究項目，而這些項目本可以有效幫助師范生將理論知識應用于實際問題的解決，并培養他們的批判性思維和科學探索能力。現有教學模式未能充分利用現代教育技術，如虛擬實驗室、在線協作平臺和數據分析工具，這些技術可以大幅提升師范生的互動參與度和創新能力。過分依賴傳統教學方法可能導致師范生在面對迅速發展的科學領域時，無法培養應對未來挑戰所需的創新思維和問題解決能力。

以上問題揭示了當前科學教育專業師范生實踐教學的不足，凸顯了改革和創新的迫切性。在信息技術快速發展背景下，解決這些問題并探索新的教學路徑已成為科學教育師范生培養的重要任務。

3信息技術賦能下的科學教育專業師范生實踐教學創新路徑和實施策略

信息技術的發展為科學教育專業師范生的實踐教學提供了多種創新路徑，不僅改變了傳統的教學模式，還推動了科學教育專業師范生培養的教學方法改革。信息技術賦能下的教學基于虛擬實驗、互動平臺和數據驅動，不僅有效提升了師范生的實踐能力，還增強了師范生的參與感和學習動力。基于此，重點分析這些創新路徑在科學教育實踐中的具體應用，并探討如何通過具體策略實施這些路徑。

3.1 創新路徑

在科學教育專業師范生培養中，信息技術的融入開啟了多元的創新路徑[5]，這些路徑不只是增強了師范生的學習體驗，更有效地提升了教育的整體質量與效率。在科學教育專業師范生培養的實踐教學中，信息技術主要通過以下三條路徑推動創新。

3.1.1虛擬實驗與模擬：提高師范生的實踐能力

虛擬實驗室與模擬技術是信息技術在科學教育中的重要創新方向之一。傳統教學模式下，實驗教學常常由于設備不足、場地受限、安全隱患等問題而無法順利進行，而虛擬實驗室和模擬軟件的應用為突破這一困境提供了突破口。師范生可以在虛擬環境中進行各類實驗活動，模擬真實的實驗過程，減少對物理實驗室資源的依賴。通過調整實驗條件如反應物的比例、溫度等，師范生能夠在虛擬平臺上進行反復操作，從而更加深入地理解化學、物理等學科的原理。如在化學課程中，師范生通過虛擬模擬可以觀察化學反應過程，分析不同變量對反應的影響，不僅可以提升實驗操作能力，還能增強對抽象科學概念的理解。

3.1.2互動平臺與在線資源：增強師范生的參與度和探索性學習能力

互動平臺和在線資源為師范生的自主學習提供了極大的便利，同時增強了師范生的參與度和探索性學習能力。傳統課堂中的單一教學方法已經不能滿足師范生對學習互動性、靈活性與自主性的需求，借助信息技術，教師可以創建在線學習平臺，通過視頻講座、互動練習、在線測驗和全球互動論壇等形式，幫助師范生更好地掌握課程內容。如在“遺傳與進化”課程中，師范生通過視頻學習最新的研究理論，并在在線論壇中與世界各地的學習者交流觀點，進一步鞏固知識。此外，在線資源的靈活性使得師范生能夠根據個人需求進行個性化學習，不受時間與空間的限制。這種靈活的學習模式不僅適合科學教育專業師范生的理論教學，還能夠為他們提供更廣泛的資源訪問機會，豐富他們的學習體驗。

3.1.3數據驅動的教學方法：個性化和適應性學習策略

隨著大數據和人工智能技術的發展，數據驅動的個性化學習成為科學教育專業師范生培養的重要創新路徑。通過對師范生學習數據的分析，教師能夠更清晰地了解他們的學習進度和知識掌握情況，從而提供針對性更強的教學策略。例如，一些學習平臺基于師范生的作業、測驗成績和課堂互動數據進行深度分析，能夠精準識別每個師范生的學習薄弱點，然后根據他們的具體情況調整教學內容，如向表現不佳的師范生推薦更多相關的練習，或提供更加詳細的教學視頻。通過這種個性化的教學策略，師范生不僅能夠獲得更加貼合自身需求的學習資源，還能顯著提升學習動力和成就感。這種數據驅動的教學方法對于科學教育中的物理、化學等學科尤為適用，能夠幫助師范生在復雜概念的學習過程中獲得更有針對性的指導。

3.2 實施策略

為了將上述創新路徑有效應用于科學教育專業師范生培養的實踐教學中，提出以下實施策略。

3.2.1教學內容和方法的創新策略

信息技術為科學教育帶來全新的教學內容和教學方法，使得傳統課堂的單向傳授方式得以轉型。為充分利用虛擬實驗技術，高校科學教育專業教師應采取多元化策略。首先，通過虛實結合的實驗課程設計，讓科學教育專業師范生在虛擬環境中預演實驗步驟，以提高實際實驗的效率和安全性，深化對實驗原理的理解；其次，利用虛擬技術設計跨學科項目，如模擬生態系統能量流動，培養師范生的綜合思維能力；最后，基于虛擬現實、增強現實技術創建模擬中學科學課堂，使師范生在虛擬環境中進行教學實踐，有效提升課堂管理能力和教學技能。這些策略不僅可以豐富實踐教學內容，還能為師范生提供安全、多樣化的學習環境，有助于培養全面的科學教育能力。

3.2.2促進師生互動和協作學習的策略

為充分發揮互動平臺的優勢，高校應采用多種策略促進師生互動和協作學習。首先，通過在線協作工具組織科學教育專業師范生合作設計教案，既培養團隊協作能力，又促進教學理念交流；其次，教師可以通過學習通等在線平臺發布教學任務，師范生實時提交作業并參與討論；最后，利用會議平臺定期舉辦虛擬教研活動，讓科學教育專業師范生與在職教師探討最新的科學教育的理念和方法，加深對實際教學挑戰的理解。這些策略不僅可以打破傳統課堂的時空限制，還能為師范生提供多元化的學習和交流機會，有效提升他們的專業素養和教學能力。

3.2.3優化評估和反饋機制的策略

結合數據驅動的教學方法，可以通過多種方式優化科學教育專業師范生實踐教學的評估和反饋機制。首先，開發多維度教學實踐評估系統，綜合分析科學教育專業師范生在虛擬教學、微格教學和實習教學中的表現，生成個性化能力發展報告；其次，運用人工智能技術構建實時反饋系統，在模擬教學過程中即時分析師范生的教學表現，提供詳細反饋，幫助他們快速提升教學技巧；最后，基于學習數據和評估結果，為每位科學教育專業師范生制定自適應學習路徑，如為教學設計能力較弱的師范生推薦針對性的在線課程和實踐機會。這些優化策略不僅可以提高評估的精準度和反饋的及時性，還能根據個體差異提供定制化的學習指導，有效提升科學教育專業師范生實踐教學的整體質量。

信息技術的廣泛應用不僅為科學教育專業師范生的培養提供了新的可能性，還能通過創新路徑和優化策略提升教學質量。通過虛擬實驗、互動平臺和數據驅動的個性化學習，師范生的教學能力和實踐技能得以顯著提升。有效的策略實施，如通過創新的教學方法、協作學習工具和數據化的反饋機制，使得這些創新路徑能夠在教學實踐中發揮最大效能。信息技術的賦能將持續推動科學教育專業師范生實踐教學改革和創新，為師范生提供更加豐富和高效的學習體驗。

4結束語

本文探討了信息技術在科學教育專業師范生實踐教學中的創新應用及其對教學方法和內容的轉型作用。研究表明，信息技術的整合不僅豐富了教學資源，還打破了傳統教學的局限，為師范生提供了互動和個性化的學習體驗，虛擬實驗、互動平臺和數據驅動的教學方法已成為提升師范生實踐能力的關鍵工具。隨著人工智能和大數據技術的進步，更多創新教學工具將被開發，進一步提高教學效率，滿足師范生個性化學習需求。因此，高校應積極探索這些技術的應用，以提升科學教育專業師范生培養質量，助力科學教育發展。

5 參考文獻

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[5]何二林，葉曉梅，范揚.數字化能否提升青少年的科學素養：基于中國與新加坡的比較研究［J].教育學術月刊，2023（11）：103-112.