实验驱动 技术融合 创新发展*——中山市推动信息技术与实验教学融合创新实践探索

刘建华

中山市教育技术中心 广东中山 528403

0 引言

实验教学既是重要的教学模式、教学方法、教学手段和教学环节，也是学科教学的重要内容，是构建各学科理论体系的基础。实验教学的过程是学生探索求知、体验创新创造的过程，有助于开发学生的创新潜质，启迪学生的实践智慧和创新思维，为培养创新人才奠定基础[1]。自20世纪80年代起，为提高教育质量，让中小学教育更好地为四化建设服务，教育部（原国家教委）先后下发了《关于加强中、小学实验教学和实验室建设的意见》《关于加强中小学实验室和仪器设备工作的若干意见》《加强中学实验教学的暂行办法》等多个文件，在帮助学生深入理解理论知识、训练实验能力、开发智力、培养科学作风等方面起到了重要作用，培养了大批具有实际操作能力、观察分析能力的社会主义现代化建设者和具有创新精神、善于进行科学实验和技术革新的人才。

随着科学技术的飞速发展，全球竞争不断升级，传统的实验教学模式已经不能适应新时代对中小学人才培养的新要求，需要对其进行全面的改革。为推动教育思想、内容和育人方式变革，提高教育教学质量，落实立德树人的根本任务，《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》指出：要“创新实验教学方式，注重加强实验教学与多学科融合教育、编程教育、创客教育、人工智能教育、社会实践等有机融合，促进传统实验教学与现代新兴科技有机融合”[2]。2022年的各学科课程标准均对以核心素养为纲呈现课程目标，以主题、项目或活动组织课程内容，强化学科实践和跨学科实践等内容进行了强调，这不仅对实验教学的开展提出了更高要求，也为中山市推动信息技术与实验教学融合创新进一步指明了方向。

如表1所示，中山市实验教学的改革探索始于2004年，从最初的配备数字化探究实验室，到探索数字化实验教学，再到发展创客教育，直至推动信息技术融合实验创新，其发展历经了初始、发展、普及和深化四个阶段。

表1 中山市实验教学改革探索发展历程

1 中山市实验教学改革探索发展历程

1.1 初始阶段（2005—2011年）

2004年8月，为推进广东省普通高中新课程样本学校的装备建设，全面推进素质教育，促进基础教育改革和发展，广东省教育厅印发《广东省普通高中新课程样本学校装备标准（试行）》，将物理、化学、生物探究实验室作为普通高中学校实验室建设的基本要求，并纳入《广东省国家级示范性普通高中督导验收指标体系评估标准》。同年9月，为构建一个“让学生全面而有个性地发展”的课程体系，教育部开始在广东、山东、海南、辽宁4 个省率先实施“普通高中新课程改革”。2005年年初，根据广东省的文件要求，为配合新课改的实施，中山市在普通高中学校开展了探究实验室建设，力求以数字化实验的高效实验过程和精确的实验数据带动课堂教学变革，促进教师教学理念和教学方法的更新。截至2009年，中山市在全市15 所普通高中均建设了1 间（含）以上的数字化探究实验室。

1.2 发展阶段（2012—2015年）

2012年，为利用数字化实验仪器开展实验教学改革探索与研究，中山市开始在初中和小学进行数字化探究实验室建设，如表2所示。中山市教育技术中心（原中山市电化教育站）遴选了实验室条件和师资条件相对较好的石岐中心小学、黄圃镇培红小学等5 所小学和沙溪镇溪角中学等3 所初中作为首批数字化探究实验室试点建设学校，并根据初中和小学实验教学的实际需求，为学校配备了12套数字实验仪器和相关的器材。经过4年的试点建设与推广，截至2015年，中山市共有28 所初中和小学完成了数字化探究实验室建设。

表2 中山市数字化探究实验室试点建设配备的主要仪器

1.3 普及阶段（2016—2018年）

2016年6月，为推动信息技术与教育教学创新的深度融合，教育部在《教育信息化“十三五”规划》（以下简称《规划》）中提出：“要积极探索信息技术在‘众创空间’、跨学科学习（STEAM教育）、创客教育等新的教育模式中的应用”[3]。《规划》的推出，标志着创客教育正式进入国家层面的教育发展规划。相较于昂贵的数字化探究仪器，创客教育使用的开源硬件价格低廉、开放性好，能满足教师自制教具和实验创新开发的需求。在中山市教育技术中心的支持下，全市中小学校配备了创客教育智能硬件套装，部分学校还新建了教育创客空间，配备了3D 打印机、3D 立体扫描仪和激光切割机等高端设备。此外，中山市教育技术中心还针对学科教师举办了多期创客教育和编程培训。创客教育的开展提升了中山市教师的创新创造能力，信息技术融合实验创新有了更广泛的群众基础。自此，在市级中小学自制教具和创新实验竞赛活动中，“智能化”作品的数量和占比均大幅提升。

1.4 深化阶段（2019—至今）

2019年，以人工智能、虚拟现实、云计算、物联网、大数据等为代表的新兴信息技术在教育中广泛应用，信息技术融合实验创新成为新时代教师的一项基本技能。为适应新时代发展要求，中山市认真贯彻教育部和广东省有关文件精神，积极探索创新性实验课程的开发与实施，鼓励学校将实验教学与多学科融合教育、编程教育、创客教育、人工智能教育、社会实践等有机融合，推动学生开展研究型、任务型、项目化、问题式、合作式学习。在相关政策的支持和鼓励下，中山市中小学创新性实验教学活动蓬勃开展，信息技术与实验教学的融合不断深化。

2 构建实验提升策略体系

如图1所示，多年以来，中山市通过采取多项有效措施，积极探索信息技术与实验教学的深度融合，极大地提升了教师的专业素养，促进了教育高质量发展，为教育创新开辟了广阔空间。

图1 中山市推进信息技术与实验教学融合创新的策略

2.1 经费保障，设备支持

中山市高度重视中小学实验教学的资金保障，除设立市级普通教育装备建设专项资金外，还要求中小学校必须将一定比例的公用经费用于购买实验仪器设备。在市财政专项资金的支持下，中山市试点建设了数字化探究实验室、教育创客空间等特色实验室，为学校配备了数字化探究仪器、智能创客与人工智能设备、数码显微镜等现代化实验仪器设备。在资金和设备的分配上，中山市突出效益优先原则，对重视实验教学、愿意积极探索、师资条件较好的学校给予重点支持，并通过统一招标采购、召开产品论证会等形式，严把产品质量关，为学校遴选最适用的设备。截至目前，中山市有50%以上的中小学校配备了数字化探究仪器，100%的中小学校配备了创客教育套装。通过经费保障和设备支持，中山市为全市教师和学生提供了优质的实验教学条件，为信息技术与实验教学的融合创新奠定了基础。

2.2 技术赋能，提升素养

教师是教育事业的中坚力量，其专业能力、技术水平的提升对于学生学习成果和学校的整体教育教学质量的提高至关重要。中山市始终致力于鼓励和支持教师参加各种信息技术培训和研修，不但为教师提供了便捷的学习资源和交流平台，帮助教师提高信息技术素养和教学水平，还将“教师实验教学能力提升工程”纳入教师培训的总体规划，并将技术应用与实验创新作为培训的重要内容。

为帮助教师拓宽视野、更新观念、提高信息技术素养和教学水平，中山市多次组织中学物理、化学、生物和小学科学骨干教师到有关高校进行实验教学专题研修；每年组织教师现场观摩中国教育装备展示会和全国中小学实验教学说课活动。自2015年以来，中山市共举办13 期中小学实验教学专题研修班，培训实验教学骨干526 人。

2.3 专家指导，课题引领

2013年以来，中山市教育技术中心通过专家指导和课题引领，积极推动信息技术与中小学实验教学的融合创新，先后组织开展“数字探究促进学生的科学素养发展研究”“信息技术与中小学实验教学融合创新研究”等7 项省级以上的课题研究，并深挖课题研究价值。以2013年度广东省教育科研重点课题“数字探究促进学生科学素养发展研究”为例，课题组根据研究成果开发了市级以上获奖创新实验作品35 项、优秀教学案例43 个，发表数字探究实验教学论文22 篇。2021年，在广东省教育教学成果（基础教育类）评选中，笔者与赵丹丹、蓝旭雯等5 位教师合作的教学成果《实验驱动，技术赋能，协同培育——小学科学教师专业发展模式的创新与实践》被评为二等奖，这也是全省唯一一个与实验教学相关的获奖项目。此外，课题组还编写了《数字探究实验》（初中版）和《数字探究实验》（小学版）两本教材，制定了初中和小学《数字探究实验室装备标准》，系统研究了实验创新的方法路径、技术融合策略和教学效果评价等，为中山市教师开展实验创新提供了方法和理论指引。

2.4 组建团队，协同培育

2019年，中山市教育技术中心牵头成立中小学实验创新协同研究共同体（以下简称“共同体”）。共同体分为设计、技术、实践、推广等4 个小组，成员由市内中小学校热衷实验创新且有一定经验的教师组成，其成立的主旨是：定期组织信息技术融合实验教学研讨活动，帮助教师分析创新实验存在的问题，研讨教学实施的效果，提出优化改进意见，为教师实验创新的各环节提供帮助与支持。共同体协同培育机制的建立，突破了教师个人技术和能力的限制，提高了教师进行实验创新的效率，保障了创新实验作品的质量。2023年，在共同体的基础上，中山市教育技术中心成立了实验教学市级名师工作室，工作室秉持“一个好实验成就一位好老师”的理念，汇聚市内实验精英人才，引领教师学习新技术，应用新装备，掌握新方法，设计新实验，力求通过实验创新推动教育教学改革和教学质量提升，并以此促进教师专业发展。

2.5 搭建平台，促进交流

自2019年起，中山市始终致力于为全市中小学教师的实验教学活动提供全面的支持和平台，通过定期组织开展中小学实验教学论文评选、优秀自制教具评选、中小学实验精品课遴选、中小学实验教学说课、中小学教师实验操作与创新技能竞赛、中小学实验教学成果展示交流等活动，帮助和鼓励教师探索创新实验方法和实验教学策略，为学生带来更好的教育体验。同时，为帮助教师拓宽教学视野，汲取先进的教学经验，实现教师快速成长，中山市教育技术中心建立了微信公众号“爱上实验课”，不定期地发布全省实验教学竞赛中的获奖案例供全市教师学习。

这种利用新媒体展示交流经验的方式，极大地促进了实验教学成果的推广和共享，提高了教师的成就感和幸福感，大大激发了教师参与实验创新活动的热情。截至目前，“爱上实验课”公众号的关注人数已达1.5 万余人，单篇均阅读量达到3 200次以上。

3 融合创新实践的成效

3.1 促进课堂教学改革

信息技术与实验教学的融合，丰富了实验教学内容，改变了实验教学方式，增强了实验的趣味性和吸引力，让学生在实验过程中得到更加直观、生动的体验和感受，教学质量和效果明显提升。以小学科学四年级下册（粤教科技版）“运动的快慢”一节为例，火炬开发区香晖园小学的柳桦老师利用Nano 主板、舵机、避障传感器、角度传感器、触摸传感器、遥控模块（带遥控器）等制作的“数字运动快慢”数字实验仪，通过精确控制初始速度和计时，不仅克服了原教材实验受场地条件限制、实验数据精确度低等不足，还大大增强了实验的趣味性和学生参与实验探究的积极性。

该教具不仅适用于“物体运动快慢”的探究，还适用于“物体的动能”“摩擦力”等多个实验的探究，为课堂教学注入了新的活力[4]。再以小学科学五年级下册（教科版）“热传比赛”一节为例，横栏镇四沙小学卢福棠老师将三支温度传感器捆上木筷、竹筷和铝筷，然后将三种筷子放入热水中，直接借助传感器采集的图像观察三者传热的快慢，解决了传统实验不直观、不准确的难题。实验过程中学生兴趣高涨，激动不已，课堂气氛活跃，大大提高了课堂效率[5]。

3.2 提升学生的实践创新能力

信息技术与实验教学融合，让实验数据更精确、实验现象更直观、实验操作更简单、实验过程更高效，更适合学生自主探究。2022年，中山市“信息技术与中小学实验教学融合创新实践研究”课题组在对传统实验教学班和信息技术融合实验教学班的学生进行了一个学期的对比实验后发现：相较于传统实验教学班的学生，信息技术融合实验教学班的学生在观察、记录、表达、探究能力方面均有大幅提升，其中观察和探究能力提升尤为明显，如表3所示。

表3 学生自评能力提升调查表

3.3 促进教师专业发展

开展信息技术与实验教学融合创新研究，教师需要分析教材、查询文献，寻找实验创新的思路和突破口，需要学习技术、应用工具，不断优化实验设计，还需要完成创新实验的制作并在教学实践中检验效果。参与和经历这一过程，让教师的专业知识、专业能力得到了提高和发展。如表4所示，在共同体的支持下，中山市培育了一大批优秀创新型教师，在自制教具评选、实验教学说课、实验教学精品课遴选等全国三大实验教学活动中，中山市教师均取得了优异成绩。

表4 中山市教师在省级以上中小学实验教学竞赛活动中的获奖情况

3.4 发挥示范引领作用

2021年5月24日，在广东省教育信息化教学应用创新实践共同体项目培训会上，笔者代表中山市作了题为《基于智能教育装备的中小学实验教学协同创新实践研究共同体建设》的主题讲座，受到了参会人员的一致好评。5月25日，广东省教育厅在中山市召开全省教育装备工作会议，中山市在会上就实验教学工作的经验进行了专题介绍。会后，参会代表现场参观了中山市中小学实验教学的成果并进行了专题研讨。2021年11月，广东省教育厅举办了首届广东省中小学实验教学优秀成果展示交流（送教下乡）活动，参与交流展示的20 名教师中有8 名来自中山市。2023年3月，广东省举办了第二届中小学实验教学优秀成果展示交流活动，在该活动中，参与交流展示的20 名教师中有6 名来自中山市。

4 发展建议

4.1 教育主管部门应加强支持与引导

教育主管部门应加强对信息技术与实验教学融合创新的政策支持和引导，具体措施如下。

1）出台相关政策文件，鼓励学校和教师积极探索信息技术与实验教学的融合创新，激励他们充分利用信息技术手段开展教学活动。

2）支持学校信息化设施和实验装备建设，为信息技术融合实验创新提供硬件和软件支持。

3）定期组织实验教学竞赛活动，为教师搭建实验创新成果交流展示平台，引导教师积极参与实验创新。

4.2 学校应积极创设环境与条件

学校要充分认识信息技术融合实验创新对提高教育教学质量和促进教师专业发展的意义和作用，积极为教师创设信息技术融合实验教学的环境和条件，并提供必要的支持，具体措施如下。

1）加强数字化探究实验室、教育创客空间等特色实验室的建设。

2）加强教师信息技术与实验教学能力培训，帮助教师更好地掌握创新实验的技术和方法。

3）大力表彰通过实验创新提升教学质量的先进教师，通过榜样激励，营造重视实验教学研究的良好氛围。

4.3 教师应加强学习提升技术能力

教师应加强理论修养，转变教育观念，丰富专业知识，提升自身的技术应用能力，具体如下。

1）要密切关注不断涌现的新技术、新材料、新工艺、新方法，通过不断学习提升专业技能，掌握工作本领。

2）要认真研究信息技术与实验教学融合创新的方法与策略，合理选择技术，恰当应用技术进行实验创新，在实践中实现自我提升。

3）对于实验创新，要多借鉴、总结、交流，切忌闭门造车，要集思广益，不断打磨，才能形成精品。

5 结束语

多年以来，中山市深入探索实验教学改革，积极推动信息技术与实验教学融合创新，培育了一大批智慧型优秀教师和优秀实验教学成果，促进了中山市教育的高质量发展。下一步，中山市将继续贯彻落实教育部和广东省有关文件精神，加强学校信息化基础设施建设和数字化实验仪器的配备，进一步促进信息技术与实验教学的深度融合，提高教学质量和效果，为落实新时代立德树人根本任务、培养创新型人才贡献力量。