把握教育数字化转型机遇创新中小学科学教育资源供给方式

张敏??刘俊波

摘要： 本文在总结国内外科研机构支持中小学开展科学教育的实践经验基础上，提出应把握教育数字化转型战略机遇，进一步发挥信息技术作用，探索建设科学教育资源公共服务平台，搭建科研机构科技资源与中小学科学教育资源之间贯通、转化的桥梁，建立线上科学资源和线下科研实践相结合的科学教育模式，更好地实现科研机构科技资源向科学教育资源的转化，创新优质科学教育资源供给方式，从而支持中小学校构建科学教育新模式，促进学生科学素养提升。

关键词：科学教育;教育数字化转型;资源;平台;科技资源转化

国力的竞争主要在于科学技术实力的竞争，而科学技术竞争的根基在教育。为抢占国际竞争中的战略制高点，世界各国均高度重视青少年科学教育。我国青少年在科学解释现象、评价和设计科学探究活动、科学解读数据和证据方面还存在明显不足。大量学生缺乏科学乐趣和自我效能，更多是因为认识到“科学学习对未来升学或就业有帮助”才愿意学习。创新科学教育方式，全面提升中小学生的科学素养具有重要的时代意义和紧迫性。我国高校和科研院所数量庞大，科技资源丰富，可以有效弥补中小学科学教育相关学科教师缺乏科研经历、科学教育能力不足、科学教育仪器设备配备不均衡等问题。不过，基础教育借力高校和科研机构资源，需要有支撑途径。

一、国际国内科研机构支持中小学科学教育的典型方式分析

美、德、日等国家均注重利用高校和科研院所科技资源优势，为中小学科技创新人才培养提供支持。例如，美国科技特色学校托马斯·杰弗逊科技高中同美国食品与药物管理局、国防分析研究所、乔治城大学医学中心、国家癌症研究所等20多家研究机构开展广泛合作，学生在校内科技实验室进行的科技研究活动可以得到这些机构中专业研究人员的指导，学生还可以申请参加上述校外机构的研究项目。德国巴伐利亚州鼓励中学和大学开展联合培养，州教育立法中明确提出，中学生可以旁听大学基础阶段的课程，取得的相应课程考试成绩应得到大学承认。位于下萨克森州的哥廷根大学于2000年创立了XLAB实验室，为中学生提供一流的理科实验室条件和生物学、化学、物理学、神经生理学等学科的前沿科学研究项目，中学生可以利用节假日到XLAB接受科学思维锻炼和科研技能训练。日本的理科高中特别注重依靠大学及研究机构的协助和支援，加强与一线研究人员的交流。例如，学校经常性邀请大学教授到高中讲课或开设各种讲座，允许学生到大学听课或进行体验性学习;利用大学以及研究机构的资源让学生进行各种实验操作，增加学生接触前沿科技的机会;还有部分中学和大学订立了更为密切的合作协议，认可中学生在大学学习的学分，支持大学建设中学生专用理科教学楼等。

总的来看，国外科研机构和中学的合作多是两者的自发行为，合作对象以优质高中为主，义务教育阶段的学校较少。这是因为高中与大学衔接更为紧密，学分记录、优先录取等合作机制对双方是互利共赢的举措。值得注意的是，上述案例中提到的中学在开展科学教育时，无一例外地都十分重视让学生“在实验室中学习”。美国布朗克斯高中甚至提出“只有基于实验室的科学教育才是真正适合的科学教育方式”。因此，中学与科研机构合作，不仅是要获取专业研究人员的智力支持，实验仪器设备、科研平台等物质资源也同等重要。

国内科研机构与中学联合培养青少年科技创新人才的举措很多。如科学家到中小学校举办讲座、科普进校园等活动，组织中小学生在开放日、科普宣传日走进科研机构，在专业人员指导下，开展科学观察、体验和探究活动。从效果看，这些活动往往时间短、持续性差，存在形式大于内容的问题。为更好地将科研机构的科技资源转化为中小学科学教育资源，需要一个合适的“牵线人”，作为中小学与科研机构之间的联络人和协调者，推动双方合作并持续性开展有关项目和活动。目前，担任这一角色的主要是教育行政部门和科协等官方组织，以及科研机构的内设科普部门和商业机构。

实践表明，现阶段实现转化的科技资源的数量、质量、覆盖面、可持续性等还有很大提升空间，尚不足以满足构建高质量科学教育资源体系的要求。一是供给不充分，覆盖学生数量少。二是供给不均衡，涉及的学段单一、参与地区有限。三是信息难获取，供需对接不顺畅。高端科技资源通常零散地分布在各个实验室/课题组，由于缺少系统组织和平台化运作，绝大部分可转化的科技资源还没有被挖掘出来，科研机构服务中小学生教育的积极性仍需调动。

二、把握教育数字化转型战略机遇，建设科学教育资源公共服务平台

2022年伊始，教育部部长怀进鹏在全国教育工作会议上提出，要实施教育数字化战略行动，推动实现教育数字化转型。随后，教育数字化战略行动被明确写入《教育部2022年工作要点》。要点指出，要建设国家智慧教育公共服务平台，创新数字资源供给模式，丰富数字教育资源和服务供给。3月28日，教育部举行了国家智慧教育公共服务平台启动仪式，高等教育、职业教育、基础教育的数字化教学资源体系初步形成。其中，国家中小学智慧教育平台“课后服务”板块中设置了科普教育专栏，汇集了院士专家报告，科协、中国数字科技馆等单位的部分线上科普资源。

（一）科学教育资源公共服务平台建设恰逢其时

在此背景下，教育系统应把握教育数字化转型战略机遇，探索建设专门的科学教育资源公共服务平台，建立线上科学资源和线下科研实践相结合的科学教育模式，更好地实现科研机构科技资源向科学教育资源的转化，创新科学教育资源供给模式，推动科学教育改革创新。科学教育资源公共服务平台（以下简称“平台”）为中小学生提供“菜单式”科学教育资源，包括线上科学资源和线下科研实践。

线上科学资源包含科学微讲座、科学实验演示、科研仪器介绍等内容。平台可以科研机构内的实验室/课题组，特别是涉及数学、物理、化学、生物学、计算机五大基础学科的国家重点实验室，教育部重点实验室和对中小学科学教育有热情的科研团队等为主体，组织资源的征集和开发。建设线上科学资源的目的在于，实现全国中小学生全覆盖，让每个学生都有走近科学的机会。

线下科研实践包含微课题研究、数据采集和分析、论文撰写等真实科研过程。平台与科研机构里的实验室/课题组对接，组织专业科研团队进行线下科研实践活动的设计，并为供需双方提供信息发布、学生报名、资格审核和遴选等服务。线下科研实践的目的是进一步发挥科研机构的智力优势、仪器设备优势，创设适合中小学生的前沿科研项目，尽可能满足更大比例有科研潜质的学生体验科学研究过程、开展深度学习的需要。

平台的建设可以有效解决前文中提到的高端科技资源转化不足、分布不均、供需信息闭塞等问题，大大拓展优质科学教育资源的供给渠道。

（二）平台资源的开发方式多样

在操作层面上，平台可以通过以下方式形成类型丰富、来源多样、权威优质的科学教育线上资源和科研实践活动。

1.组织系统性的线上资源征集和开发。平台可以面向科研机构征集国家重大科研项目或重大科技成果的介绍，如航空航天科技，FAST天眼、大跨度桥梁等工程的设计与施工等;大型科研仪器的应用和经典科学实验的演示，如扫描电子显微镜、冷冻电镜等在现代科学研究中的作用，重要分子结构、化学反应或生理过程的发现过程等。通过此类在线课程，学生不仅可以了解前沿科学知识，还能树立科技强国的使命感和自豪感。

2.汇集优秀的科普直播活动。科普直播活动具有实时性强、互动性好的特点，能够极大地激发学生的科学兴趣。已有部分科研机构尝试组织小范围的科普直播，取得了良好效果。例如，2022年5月1日，北京大学物理学院举办亲子游学活动，邀请中国科学院微电子研究所陈宝钦教授、北京大学重离子物理研究所李湘庆教授做科普讲座，专家们用常见的生活材料制作教具，演示有趣的物理现象，介绍令人耳目一新的科学学习方法，现场气氛活跃，互动充分。2022年6月2日，合肥市科学技术协会组织天文科普活动，邀请中国科学技术大学蔡一夫教授走进合肥西苑中学，讲述宇宙起源。上述活动均通过网络直播，但是由于信息发布平台的局限，受众面较小。平台可以与科研机构对接，设立统一的科普直播通道，为学生提供更多优秀的科普直播。

3.展示学生科技成果和科研经历。广大中小学生在参加英才计划，国家级、省级科学竞赛（如机器人竞赛、人工智能创新挑战赛、信息技术创新与实践大赛、互联网创新创客大赛等）等活动的过程中，形成了大量科研成果和科技作品。平台可以遴选并展示中小学生的优秀科研成果和科技作品，邀请中小学生分享科研经历。“同龄人讲科学”的方式能拉近科学与中小学生的距离，有效激发其科学志趣。

4.设计并组织实施线下科研实践活动。科研实践活动是科学教育的重要组成部分，越是高水平的科学教育，越重视为学生提供仪器设备、科研平台等先进条件，鼓励学生亲身体验科研过程。平台可以组织制定线下科研实践活动的选题要求、授课要求（师资、时间等），并负责内容审核，组织科研机构设计、开发和具体实施。经过审核的科研实践活动信息可在平台发布，学校和学生可以根据自身的条件和兴趣，查找相应的活动信息并报名。平台的建设可以使更多的科学家参与到中小学生科研训练中，扭转中小学高水平科研训练的小众化局面。

除上述内容外，平台还可以逐步增加资源种类，如携手出版社设立数字科普读书资源库，设立“讲述科学家的故事”栏目，用科学家的成长经历鼓舞青少年投身科学事业，等等。科学教育资源公共服务平台应坚持“应用为王”的原则，在规划和设计之初就广泛征求中小学校校长、一线教师的意见。初期可先组织部分科研机构和中小学校进行试点，总结经验，建立机制，待成熟后再向更大范围推广。

三、发挥平台的融合功能，开展多场景应用

按照平台的功能定位，学校和教师可尝试在以下场景应用平台。

（一）应用于教师的课堂教学

科学教育不仅可以渗透在数学、物理、化学、生物学、信息科技、综合实践活动等课程中，科学态度和科学精神的培养与语文、历史等人文类课程也有密切关系。因此，学科教师可以在日常教学中有意识地选择平台上的微讲座、科学实验演示等资源来辅助教学，使课堂教学更加生动活泼，激发学生学习热情，突破教学重点难点;教师还可利用平台资源探索混合式教学、游戏化教学等多种新型的教学方式，引导学生自主学习。

（二）应用于课后服务

科普活动、科研拓展训练、科学社团及兴趣小组活动等是课后服务的重要内容。学校可以依托平台开展相关课后服务，如利用平台资源创设科普教育主题活动，组织学生参加科普直播等。

（三）应用于拔尖创新人才培养

科研实践是科学教育的核心，为更多有潜质的学生提供科学实践机会是平台的核心功能。通过该平台，学校可以开展研学旅行，组织具有科学研究兴趣和专长的学生参与高水平的科研实践活动。当然，学生也可以在征得学校和家长同意后以个人名义报名参加。

（四）应用于教师研修、培训

平台的线上资源和线下科研实践活动不仅可以直接服务中小学生，也可以为广大教师提供接触科技前沿，开阔科学视野，开展科学研究的机会。学校可利用平台解决教师培训方式单一、培训内容陈旧等问题，有利于提升科学教育相关教师对科学技术的理解和科研能力。

此外，教师不仅是平台的使用者，更是资源和活动的创造者。教师在教学实践中要对平台资源进行二次创造，如将不同板块的资源整合，形成新的完整的教学内容;通过二次加工，创生更加适合本校的个性化教学资源;对科研实践活动的选题和难度、平台资源的类型和应用情况等进行反馈，促进平台不断迭代优化。

四、重视平台建设可能遇到的问题与挑战

平台建设既有现实需要，又遇到了良好的时机，但是，仍需要重视并解决可能遇到的问题与挑战。

（一）解决科研机构积极性不高的问题

科研机构的核心任务是从事科学研究和本科、研究生教学，对服务中小学生重视程度不高，参与意愿不强。从实际情况来看，仅有小部分科技工作者热衷科普教育，对参与中小学教育有积极性。若要调动更多机构和专家参与到平台建设中，还需出台若干具体支持政策，建立一定的激励机制。

（二）解决平台运维机制的问题

公益性是平台的基本属性。平台上的所有在线资源均应免费获取，线下科研实践活动也应遵循非营利原则。但是，平台运维特别是线下科研实践需要大量经费支持，单纯依靠政府投入难以实现长期、稳定和大规模的服务。如何在体现平台公益属性的同时借鉴市场化思维，是平台规划设计中必须考虑的问题。

（三）解决线下科研实践服务保障的问题

学生参加线下科研实践活动，必然涉及交通、住宿等实际生活问题。这些问题与科研训练本身无直接关系，但是直接影响到学生的身心安全和学习效果。如果科研机构在提供科研训练的同时，还要承担大量事务性工作，将大大挫伤其积极性，增加其顾虑。因此，探索科研训练服务和生活服务独立运行的机制，聘请第三方机构协助完成服务保障工作很有必要。

（四）解决学生学习结果的评价和应用问题

现阶段是否可以通过平台跟踪学生的学习轨迹，完成过程性记录和评价，需要在技术层面进一步探讨。学生参与平台上的课程学习和实践活动，其学习结果如何认定，认定结果与强基计划、自主招生等强利益相关事项有何关系，需要审慎考虑。如果有合理的激励机制，将有助于调动学生使用平台开展学习的积极性。

在“双减”及教育数字化战略行动背景下，发挥平台和数字资源的超时空效应，充分调动科研机构的人力资源、技术资源和设备资源，服务中小学科学教育，有利于创新中小学科学教育资源供给方式，弥补中小学科学教育在兴趣引导、能力培养和科学精神熏陶等方面的不足，对实现科学教育创新发展，提升青少年科学素养具有重要意义。

（作者张敏系教育部教育技术与资源发展中心副研究员;刘俊波系教育部教育技术与资源发展中心职业教育与高等教育装备处处长）