乘“數(shù)字化快車”奔向科學殿堂

廣東省東莞市松山湖北區(qū)學校，學生使用智能設備開展科學實驗探究。東莞市教育局供圖

廣東省東莞市中小學專業(yè)科普教育課程走進學校“430”服務。東莞市教育局供圖

“科學教育薄弱鄉(xiāng)鎮(zhèn)?！薄皷|莞市科學教育示范校”，這兩個標簽分別屬于廣東省東莞市茶山鎮(zhèn)第二小學的曾經(jīng)和現(xiàn)在。

原來的茶山二小受困于無專職教師、無專業(yè)課程、無專門實驗室，開展科學教育頻頻受挫。乘著東莞大力發(fā)展科學教育的“東風”，在市財政資金支持下，短短3年，茶山二小建設了20間沉浸式、交互式的科學探究實驗室，并通過利用東莞市小學科學實驗教學微課、虛擬實驗課等優(yōu)質(zhì)數(shù)字教學資源，構建了面向人人的科學教育新體系。

在財政投入等資源相對有限的情況下，如何借力數(shù)字化建設，探索出更高性價比、更寬普適性的科學教育新路徑？近年來，東莞市教育局推動科學教育、數(shù)字化建設相融互促，建設了一批數(shù)字化教學資源和實驗室，促進城鄉(xiāng)科學教育一體化發(fā)展。

從黑箱實驗走向科學思維可視化

“當時科學課老師基本是主科老師兼職，上課多是講理論，學生很少動手參與科學探究活動?！?020年7月，張茂良調(diào)任茶山二小黨支部書記、校長，學校科學教育的薄弱現(xiàn)狀讓他焦心。

這并不是個例?！半S著東莞產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，隨遷子女也大量流入。盡管我們力促基礎教育擴容提質(zhì)，但由于部分老學校辦學起點不高，再加上東莞民辦學校數(shù)量較多等原因，全市科學教育水平參差不齊?！睎|莞市教育局黨組書記、局長葉淦奎介紹，針對這種現(xiàn)實情況，東莞與高校展開深入合作，在華南師范大學化學學院教授錢揚義等專家把脈開方后，東莞以開齊開足科學實驗課為首要目標。

傳統(tǒng)的實驗教學需要大量實驗器材，而東莞部分學校實驗室或裝備不足。如何在經(jīng)費、師資相對有限的情況下，迅速開齊開足實驗教學？東莞以數(shù)字技術融合小學科學實驗的方式，由全市統(tǒng)一提供虛擬仿真實驗資源，為學生打造一個虛實結(jié)合的探究學習環(huán)境。

“我通過操作虛擬軟件進行實驗，能觀察到電流的流動過程，還能嘗試用不同的方式連接電路，對閉合回路的科學原理加深了理解?！币酝蠈嶒炚n，僅是坐在座位上看教師做實驗的茶山二小學生馮子祺告訴記者，虛擬實驗提升了他對科學課的學習興趣，還從中鍛煉了他的觀察、分析實驗數(shù)據(jù)等能力。在張茂良看來，依托學校的科學實驗室，并在虛擬仿真實驗助推下，學校的科學教學從感性走向理性，學生科學思維的鍛煉提升也更加可視化。

“我們引入虛擬實驗系統(tǒng)、數(shù)碼顯微鏡等，進行數(shù)字實驗的教學應用。學生用學?；蚣依锏挠嬎銠C，通過軟件模擬和虛擬交互，就可進行實驗操作和實驗學習。”東莞市教育局教研室數(shù)字教學部部長王征發(fā)現(xiàn)，這幫助很多學校緩解了實物實驗耗材昂貴、準備煩瑣、效率不高等難題，提高了學校實驗教學的開展頻次、學生覆蓋面。

數(shù)字實驗資源搭建科學教學的“腳手架”

“學校從市里引入的數(shù)字化實驗教學資源，能幫我們一線教師開展立體化的實驗教學，還能激發(fā)學生們開展實驗操作的興趣。”陳桂芳是東莞市大朗鎮(zhèn)黃草朗小學新入職的科學教師。以往，陳桂芳往往用文字和語言，向?qū)W生描述實驗流程、實驗操作環(huán)節(jié)，學生難以對科學實驗形成直觀、感性的認知。

如今，陳桂芳在科學課堂融入數(shù)字化實驗教學資源，以生活現(xiàn)象導入教學，以視頻與現(xiàn)場實操相結(jié)合的方式，演示實驗操作流程。學生邊看邊學習不同實驗的具體操作步驟，了解實驗原理、操作流程。

為在全市大規(guī)模推廣虛擬實驗教學，給全市科學教師搭建好數(shù)字實驗課堂“腳手架”，東莞強化區(qū)域統(tǒng)籌，面向全市教師征集數(shù)字化科學實驗教學案例，建設多元化、課程化、精品化的數(shù)字化科學教育資源。

“我市將征集案例的獲獎率提升為55%，鼓勵全市更多教師共建共享實驗教學數(shù)字資源，并在兼容并蓄的基礎上建好資源庫，助推全市小學科學實驗課實現(xiàn)數(shù)字資源廣覆蓋。”王征介紹說，東莞已建設490節(jié)小學科學實驗教學微課、優(yōu)課及其配套資源，以及67節(jié)初中理化生實驗教學全覆蓋微課、12節(jié)“5G+VR”的初中物理虛擬實驗課程。

為進一步用好這些科學教育數(shù)字資源，東莞構建了“學科教研群、知識網(wǎng)站、宣傳公眾號、資源平臺”一體化數(shù)字教研云，打造了全市線上教研群。市鎮(zhèn)教研員、學科帶頭人等科學教育骨干，通過直播講座、線上研討、數(shù)字資源文章推薦等方式，面向全市科學教師開展數(shù)字資源應用指導，帶動他們進行數(shù)字化教學改革。目前，東莞已在全市中小學各學段創(chuàng)建12個科學教育類網(wǎng)絡教研群，已有5741名科學教育類教師加入數(shù)字教研平臺，每年開展30場科學教育類教研直播，科學教育類教師每年有3.4萬人次參與。

東莞市教育局相關負責人表示，這有力促進了全市中小學?？茖W教育資源的優(yōu)化配置、共建共享，為全市很多科學教育相對薄弱的學校在面對師資、課程資源不足等問題時，提供了更多應對辦法。

為學生構建科學探究數(shù)字化樂園

“之前我們往往是在課室里上科學課，現(xiàn)在，我們經(jīng)常在AR/VR室里，通過VR實驗等形式，學習植物的根莖葉作用等知識。”黃草朗小學學生劉龍旺感覺科學課變得更有趣了。

作為一所辦學起點不高的老學校，黃草朗小學老校區(qū)沒有專門的科學室，科學實驗設備也很少，科學教育的基礎相對薄弱。學校借助遷址重建的發(fā)展機遇，在新校區(qū)建設了兩間科學實驗室，并新建了創(chuàng)客室、AR/VR室、多點互動室、車模場地等，還配備了很多科學實驗器材等。2023年，東莞將公辦義務教育學?？茖W類課程探究實驗室（或?qū)嶒灴臻g）全覆蓋納入“2023年東莞市十件民生實事”。東莞還制定《東莞市普通中小學科學類實驗室建設指引》，明確建設標準分為標配版、適配版、高配版三種。學校可根據(jù)自身辦學條件等，選擇適合的標準進行建設配置。近年來，東莞強化全市中小學校數(shù)字化升級與實驗室建設的協(xié)同力度，大力開展全市中小學校實驗室改造、升級。截至2023年11月底，東莞全市共改建194間實驗室、新建171間實驗室，實現(xiàn)全市公辦義務教育學?？茖W類課程探究實驗室（或?qū)嶒灴臻g）全覆蓋。

為給學生搭建科學探究的樂園，東莞市打出了漂亮的“組合拳”——

試點學校先行先試，復制推廣經(jīng)驗。東莞引導“領頭雁”學校積極探索數(shù)字實驗室建設的好思路、好做法，市教育局從中提煉出普適化的經(jīng)驗，再面向全市中小學校推廣。如東莞中學初中部在全市率先探索數(shù)字化網(wǎng)絡數(shù)碼顯微實驗室建設。在此基礎上，2021年東莞市教育局把數(shù)碼顯微鏡作為生物學實驗操作考試的必考工具，進一步完善了全市中小學網(wǎng)絡數(shù)碼顯微實驗室建設。

一線教學中以賽促教、以賽促學。東莞還著重搭建科技模型線上挑戰(zhàn)賽、電腦虛擬遙控車模擬器線上競賽等數(shù)字化科學挑戰(zhàn)賽，為學生的奇思妙想提供更多元的展現(xiàn)機會。其中，部分競賽通過電腦模擬器的方式，降低了訓練參賽難度，這使得更多學生有機會參賽。

“我們學校以前沒有組織學生參加過車模比賽，很多學生和家長甚至都沒見過車模比賽?！笔芤嬗趯W校多元數(shù)字化科學探究平臺、課程，黃草朗小學校長陳愛華2023年帶著學生參加了第十六屆東莞市中小學車輛模型比賽。他表示，通過參賽學?？茖W教育水平大幅提升。

“我市啟動科學教育‘點亮’行動以來，市、鎮(zhèn)、校協(xié)同推進，共同將數(shù)字化這個‘強變量’，轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W教育高質(zhì)量發(fā)展的‘新增量’?！比~淦奎表示，東莞將進一步發(fā)揮教育數(shù)字化的優(yōu)勢，推動建設人人、時時、處處的科學教育新體系，讓學生乘“數(shù)字化快車”奔向科學殿堂。

《中國教育報》2024年01月17日第4版