把握教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型機遇創(chuàng)新中小學科學教育資源供給方式

張敏??劉俊波

摘要： 本文在總結(jié)國內(nèi)外科研機構(gòu)支持中小學開展科學教育的實踐經(jīng)驗基礎上，提出應把握教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略機遇，進一步發(fā)揮信息技術作用，探索建設科學教育資源公共服務平臺，搭建科研機構(gòu)科技資源與中小學科學教育資源之間貫通、轉(zhuǎn)化的橋梁，建立線上科學資源和線下科研實踐相結(jié)合的科學教育模式，更好地實現(xiàn)科研機構(gòu)科技資源向科學教育資源的轉(zhuǎn)化，創(chuàng)新優(yōu)質(zhì)科學教育資源供給方式，從而支持中小學校構(gòu)建科學教育新模式，促進學生科學素養(yǎng)提升。

關鍵詞：科學教育;教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型;資源;平臺;科技資源轉(zhuǎn)化

國力的競爭主要在于科學技術實力的競爭，而科學技術競爭的根基在教育。為搶占國際競爭中的戰(zhàn)略制高點，世界各國均高度重視青少年科學教育。我國青少年在科學解釋現(xiàn)象、評價和設計科學探究活動、科學解讀數(shù)據(jù)和證據(jù)方面還存在明顯不足。大量學生缺乏科學樂趣和自我效能，更多是因為認識到“科學學習對未來升學或就業(yè)有幫助”才愿意學習。創(chuàng)新科學教育方式，全面提升中小學生的科學素養(yǎng)具有重要的時代意義和緊迫性。我國高校和科研院所數(shù)量龐大，科技資源豐富，可以有效彌補中小學科學教育相關學科教師缺乏科研經(jīng)歷、科學教育能力不足、科學教育儀器設備配備不均衡等問題。不過，基礎教育借力高校和科研機構(gòu)資源，需要有支撐途徑。

一、國際國內(nèi)科研機構(gòu)支持中小學科學教育的典型方式分析

美、德、日等國家均注重利用高校和科研院所科技資源優(yōu)勢，為中小學科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供支持。例如，美國科技特色學校托馬斯·杰弗遜科技高中同美國食品與藥物管理局、國防分析研究所、喬治城大學醫(yī)學中心、國家癌癥研究所等20多家研究機構(gòu)開展廣泛合作，學生在校內(nèi)科技實驗室進行的科技研究活動可以得到這些機構(gòu)中專業(yè)研究人員的指導，學生還可以申請參加上述校外機構(gòu)的研究項目。德國巴伐利亞州鼓勵中學和大學開展聯(lián)合培養(yǎng)，州教育立法中明確提出，中學生可以旁聽大學基礎階段的課程，取得的相應課程考試成績應得到大學承認。位于下薩克森州的哥廷根大學于2000年創(chuàng)立了XLAB實驗室，為中學生提供一流的理科實驗室條件和生物學、化學、物理學、神經(jīng)生理學等學科的前沿科學研究項目，中學生可以利用節(jié)假日到XLAB接受科學思維鍛煉和科研技能訓練。日本的理科高中特別注重依靠大學及研究機構(gòu)的協(xié)助和支援，加強與一線研究人員的交流。例如，學校經(jīng)常性邀請大學教授到高中講課或開設各種講座，允許學生到大學聽課或進行體驗性學習;利用大學以及研究機構(gòu)的資源讓學生進行各種實驗操作，增加學生接觸前沿科技的機會;還有部分中學和大學訂立了更為密切的合作協(xié)議，認可中學生在大學學習的學分，支持大學建設中學生專用理科教學樓等。

總的來看，國外科研機構(gòu)和中學的合作多是兩者的自發(fā)行為，合作對象以優(yōu)質(zhì)高中為主，義務教育階段的學校較少。這是因為高中與大學銜接更為緊密，學分記錄、優(yōu)先錄取等合作機制對雙方是互利共贏的舉措。值得注意的是，上述案例中提到的中學在開展科學教育時，無一例外地都十分重視讓學生“在實驗室中學習”。美國布朗克斯高中甚至提出“只有基于實驗室的科學教育才是真正適合的科學教育方式”。因此，中學與科研機構(gòu)合作，不僅是要獲取專業(yè)研究人員的智力支持，實驗儀器設備、科研平臺等物質(zhì)資源也同等重要。

國內(nèi)科研機構(gòu)與中學聯(lián)合培養(yǎng)青少年科技創(chuàng)新人才的舉措很多。如科學家到中小學校舉辦講座、科普進校園等活動，組織中小學生在開放日、科普宣傳日走進科研機構(gòu)，在專業(yè)人員指導下，開展科學觀察、體驗和探究活動。從效果看，這些活動往往時間短、持續(xù)性差，存在形式大于內(nèi)容的問題。為更好地將科研機構(gòu)的科技資源轉(zhuǎn)化為中小學科學教育資源，需要一個合適的“牽線人”，作為中小學與科研機構(gòu)之間的聯(lián)絡人和協(xié)調(diào)者，推動雙方合作并持續(xù)性開展有關項目和活動。目前，擔任這一角色的主要是教育行政部門和科協(xié)等官方組織，以及科研機構(gòu)的內(nèi)設科普部門和商業(yè)機構(gòu)。

實踐表明，現(xiàn)階段實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的科技資源的數(shù)量、質(zhì)量、覆蓋面、可持續(xù)性等還有很大提升空間，尚不足以滿足構(gòu)建高質(zhì)量科學教育資源體系的要求。一是供給不充分，覆蓋學生數(shù)量少。二是供給不均衡，涉及的學段單一、參與地區(qū)有限。三是信息難獲取，供需對接不順暢。高端科技資源通常零散地分布在各個實驗室/課題組，由于缺少系統(tǒng)組織和平臺化運作，絕大部分可轉(zhuǎn)化的科技資源還沒有被挖掘出來，科研機構(gòu)服務中小學生教育的積極性仍需調(diào)動。

二、把握教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略機遇，建設科學教育資源公共服務平臺

2022年伊始，教育部部長懷進鵬在全國教育工作會議上提出，要實施教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，推動實現(xiàn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型。隨后，教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動被明確寫入《教育部2022年工作要點》。要點指出，要建設國家智慧教育公共服務平臺，創(chuàng)新數(shù)字資源供給模式，豐富數(shù)字教育資源和服務供給。3月28日，教育部舉行了國家智慧教育公共服務平臺啟動儀式，高等教育、職業(yè)教育、基礎教育的數(shù)字化教學資源體系初步形成。其中，國家中小學智慧教育平臺“課后服務”板塊中設置了科普教育專欄，匯集了院士專家報告，科協(xié)、中國數(shù)字科技館等單位的部分線上科普資源。

（一）科學教育資源公共服務平臺建設恰逢其時

在此背景下，教育系統(tǒng)應把握教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略機遇，探索建設專門的科學教育資源公共服務平臺，建立線上科學資源和線下科研實踐相結(jié)合的科學教育模式，更好地實現(xiàn)科研機構(gòu)科技資源向科學教育資源的轉(zhuǎn)化，創(chuàng)新科學教育資源供給模式，推動科學教育改革創(chuàng)新。科學教育資源公共服務平臺（以下簡稱“平臺”）為中小學生提供“菜單式”科學教育資源，包括線上科學資源和線下科研實踐。

線上科學資源包含科學微講座、科學實驗演示、科研儀器介紹等內(nèi)容。平臺可以科研機構(gòu)內(nèi)的實驗室/課題組，特別是涉及數(shù)學、物理、化學、生物學、計算機五大基礎學科的國家重點實驗室，教育部重點實驗室和對中小學科學教育有熱情的科研團隊等為主體，組織資源的征集和開發(fā)。建設線上科學資源的目的在于，實現(xiàn)全國中小學生全覆蓋，讓每個學生都有走近科學的機會。

線下科研實踐包含微課題研究、數(shù)據(jù)采集和分析、論文撰寫等真實科研過程。平臺與科研機構(gòu)里的實驗室/課題組對接，組織專業(yè)科研團隊進行線下科研實踐活動的設計，并為供需雙方提供信息發(fā)布、學生報名、資格審核和遴選等服務。線下科研實踐的目的是進一步發(fā)揮科研機構(gòu)的智力優(yōu)勢、儀器設備優(yōu)勢，創(chuàng)設適合中小學生的前沿科研項目，盡可能滿足更大比例有科研潛質(zhì)的學生體驗科學研究過程、開展深度學習的需要。

平臺的建設可以有效解決前文中提到的高端科技資源轉(zhuǎn)化不足、分布不均、供需信息閉塞等問題，大大拓展優(yōu)質(zhì)科學教育資源的供給渠道。

（二）平臺資源的開發(fā)方式多樣

在操作層面上，平臺可以通過以下方式形成類型豐富、來源多樣、權(quán)威優(yōu)質(zhì)的科學教育線上資源和科研實踐活動。

1.組織系統(tǒng)性的線上資源征集和開發(fā)。平臺可以面向科研機構(gòu)征集國家重大科研項目或重大科技成果的介紹，如航空航天科技，F(xiàn)AST天眼、大跨度橋梁等工程的設計與施工等;大型科研儀器的應用和經(jīng)典科學實驗的演示，如掃描電子顯微鏡、冷凍電鏡等在現(xiàn)代科學研究中的作用，重要分子結(jié)構(gòu)、化學反應或生理過程的發(fā)現(xiàn)過程等。通過此類在線課程，學生不僅可以了解前沿科學知識，還能樹立科技強國的使命感和自豪感。

2.匯集優(yōu)秀的科普直播活動?？破罩辈セ顒泳哂袑崟r性強、互動性好的特點，能夠極大地激發(fā)學生的科學興趣。已有部分科研機構(gòu)嘗試組織小范圍的科普直播，取得了良好效果。例如，2022年5月1日，北京大學物理學院舉辦親子游學活動，邀請中國科學院微電子研究所陳寶欽教授、北京大學重離子物理研究所李湘慶教授做科普講座，專家們用常見的生活材料制作教具，演示有趣的物理現(xiàn)象，介紹令人耳目一新的科學學習方法，現(xiàn)場氣氛活躍，互動充分。2022年6月2日，合肥市科學技術協(xié)會組織天文科普活動，邀請中國科學技術大學蔡一夫教授走進合肥西苑中學，講述宇宙起源。上述活動均通過網(wǎng)絡直播，但是由于信息發(fā)布平臺的局限，受眾面較小。平臺可以與科研機構(gòu)對接，設立統(tǒng)一的科普直播通道，為學生提供更多優(yōu)秀的科普直播。

3.展示學生科技成果和科研經(jīng)歷。廣大中小學生在參加英才計劃，國家級、省級科學競賽（如機器人競賽、人工智能創(chuàng)新挑戰(zhàn)賽、信息技術創(chuàng)新與實踐大賽、互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新創(chuàng)客大賽等）等活動的過程中，形成了大量科研成果和科技作品。平臺可以遴選并展示中小學生的優(yōu)秀科研成果和科技作品，邀請中小學生分享科研經(jīng)歷?！巴g人講科學”的方式能拉近科學與中小學生的距離，有效激發(fā)其科學志趣。

4.設計并組織實施線下科研實踐活動?？蒲袑嵺`活動是科學教育的重要組成部分，越是高水平的科學教育，越重視為學生提供儀器設備、科研平臺等先進條件，鼓勵學生親身體驗科研過程。平臺可以組織制定線下科研實踐活動的選題要求、授課要求（師資、時間等），并負責內(nèi)容審核，組織科研機構(gòu)設計、開發(fā)和具體實施。經(jīng)過審核的科研實踐活動信息可在平臺發(fā)布，學校和學生可以根據(jù)自身的條件和興趣，查找相應的活動信息并報名。平臺的建設可以使更多的科學家參與到中小學生科研訓練中，扭轉(zhuǎn)中小學高水平科研訓練的小眾化局面。

除上述內(nèi)容外，平臺還可以逐步增加資源種類，如攜手出版社設立數(shù)字科普讀書資源庫，設立“講述科學家的故事”欄目，用科學家的成長經(jīng)歷鼓舞青少年投身科學事業(yè)，等等。科學教育資源公共服務平臺應堅持“應用為王”的原則，在規(guī)劃和設計之初就廣泛征求中小學校校長、一線教師的意見。初期可先組織部分科研機構(gòu)和中小學校進行試點，總結(jié)經(jīng)驗，建立機制，待成熟后再向更大范圍推廣。

三、發(fā)揮平臺的融合功能，開展多場景應用

按照平臺的功能定位，學校和教師可嘗試在以下場景應用平臺。

（一）應用于教師的課堂教學

科學教育不僅可以滲透在數(shù)學、物理、化學、生物學、信息科技、綜合實踐活動等課程中，科學態(tài)度和科學精神的培養(yǎng)與語文、歷史等人文類課程也有密切關系。因此，學科教師可以在日常教學中有意識地選擇平臺上的微講座、科學實驗演示等資源來輔助教學，使課堂教學更加生動活潑，激發(fā)學生學習熱情，突破教學重點難點;教師還可利用平臺資源探索混合式教學、游戲化教學等多種新型的教學方式，引導學生自主學習。

（二）應用于課后服務

科普活動、科研拓展訓練、科學社團及興趣小組活動等是課后服務的重要內(nèi)容。學?？梢砸劳衅脚_開展相關課后服務，如利用平臺資源創(chuàng)設科普教育主題活動，組織學生參加科普直播等。

（三）應用于拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)

科研實踐是科學教育的核心，為更多有潛質(zhì)的學生提供科學實踐機會是平臺的核心功能。通過該平臺，學?？梢蚤_展研學旅行，組織具有科學研究興趣和專長的學生參與高水平的科研實踐活動。當然，學生也可以在征得學校和家長同意后以個人名義報名參加。

（四）應用于教師研修、培訓

平臺的線上資源和線下科研實踐活動不僅可以直接服務中小學生，也可以為廣大教師提供接觸科技前沿，開闊科學視野，開展科學研究的機會。學?？衫闷脚_解決教師培訓方式單一、培訓內(nèi)容陳舊等問題，有利于提升科學教育相關教師對科學技術的理解和科研能力。

此外，教師不僅是平臺的使用者，更是資源和活動的創(chuàng)造者。教師在教學實踐中要對平臺資源進行二次創(chuàng)造，如將不同板塊的資源整合，形成新的完整的教學內(nèi)容;通過二次加工，創(chuàng)生更加適合本校的個性化教學資源;對科研實踐活動的選題和難度、平臺資源的類型和應用情況等進行反饋，促進平臺不斷迭代優(yōu)化。

四、重視平臺建設可能遇到的問題與挑戰(zhàn)

平臺建設既有現(xiàn)實需要，又遇到了良好的時機，但是，仍需要重視并解決可能遇到的問題與挑戰(zhàn)。

（一）解決科研機構(gòu)積極性不高的問題

科研機構(gòu)的核心任務是從事科學研究和本科、研究生教學，對服務中小學生重視程度不高，參與意愿不強。從實際情況來看，僅有小部分科技工作者熱衷科普教育，對參與中小學教育有積極性。若要調(diào)動更多機構(gòu)和專家參與到平臺建設中，還需出臺若干具體支持政策，建立一定的激勵機制。

（二）解決平臺運維機制的問題

公益性是平臺的基本屬性。平臺上的所有在線資源均應免費獲取，線下科研實踐活動也應遵循非營利原則。但是，平臺運維特別是線下科研實踐需要大量經(jīng)費支持，單純依靠政府投入難以實現(xiàn)長期、穩(wěn)定和大規(guī)模的服務。如何在體現(xiàn)平臺公益屬性的同時借鑒市場化思維，是平臺規(guī)劃設計中必須考慮的問題。

（三）解決線下科研實踐服務保障的問題

學生參加線下科研實踐活動，必然涉及交通、住宿等實際生活問題。這些問題與科研訓練本身無直接關系，但是直接影響到學生的身心安全和學習效果。如果科研機構(gòu)在提供科研訓練的同時，還要承擔大量事務性工作，將大大挫傷其積極性，增加其顧慮。因此，探索科研訓練服務和生活服務獨立運行的機制，聘請第三方機構(gòu)協(xié)助完成服務保障工作很有必要。

（四）解決學生學習結(jié)果的評價和應用問題

現(xiàn)階段是否可以通過平臺跟蹤學生的學習軌跡，完成過程性記錄和評價，需要在技術層面進一步探討。學生參與平臺上的課程學習和實踐活動，其學習結(jié)果如何認定，認定結(jié)果與強基計劃、自主招生等強利益相關事項有何關系，需要審慎考慮。如果有合理的激勵機制，將有助于調(diào)動學生使用平臺開展學習的積極性。

在“雙減”及教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動背景下，發(fā)揮平臺和數(shù)字資源的超時空效應，充分調(diào)動科研機構(gòu)的人力資源、技術資源和設備資源，服務中小學科學教育，有利于創(chuàng)新中小學科學教育資源供給方式，彌補中小學科學教育在興趣引導、能力培養(yǎng)和科學精神熏陶等方面的不足，對實現(xiàn)科學教育創(chuàng)新發(fā)展，提升青少年科學素養(yǎng)具有重要意義。

（作者張敏系教育部教育技術與資源發(fā)展中心副研究員;劉俊波系教育部教育技術與資源發(fā)展中心職業(yè)教育與高等教育裝備處處長）