蓬勃發(fā)展的數(shù)字技術(shù)深刻影響著教育發(fā)展的格局，教育數(shù)字化、數(shù)字教育、“人工智能+教育”已成為新時(shí)代教育改革的重要議題。新時(shí)代要以教育數(shù)字化開辟教育發(fā)展新賽道，塑造教育發(fā)展新優(yōu)勢(shì)，必須因時(shí)而進(jìn)，因勢(shì)而新，構(gòu)建數(shù)字時(shí)代的教育新樣態(tài)。這就要求我們突破傳統(tǒng)教育制度體系的路徑依賴，準(zhǔn)確把握發(fā)展目標(biāo)，以數(shù)字變革推動(dòng)學(xué)校高質(zhì)量發(fā)展。

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對(duì)課程性質(zhì)是這樣闡述的，義務(wù)教育科學(xué)課程是一門體現(xiàn)科學(xué)本質(zhì)的綜合性基礎(chǔ)課程，具有實(shí)踐性。強(qiáng)調(diào)綜合性與實(shí)踐性，就要加強(qiáng)課程內(nèi)容、社會(huì)生活與學(xué)生經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系，強(qiáng)化學(xué)科知識(shí)的整合，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)綜合課程和跨學(xué)科主題活動(dòng)，通過(guò)變革育人方式，指導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)科學(xué)。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下，西安高新區(qū)實(shí)驗(yàn)小學(xué)積極探索小學(xué)科學(xué)教育的樣態(tài)重塑。

一、重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容

為了將國(guó)家課程更好地進(jìn)行校本化實(shí)施，學(xué)校依據(jù)國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)，遵循以綱為本的原則，橫向以國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)里的核心概念為基線，縱向遵循各學(xué)段學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和發(fā)展特點(diǎn)，重新組織科學(xué)課程、信息科技課程的教材內(nèi)容，將科學(xué)知識(shí)與數(shù)字技術(shù)相結(jié)合，引入現(xiàn)代科技元素，將編程、3D打印、機(jī)器人、開源硬件、人工智能等技術(shù)融入科學(xué)課程教學(xué)當(dāng)中，豐富科學(xué)課程體系。

1.積極開發(fā)創(chuàng)新類實(shí)踐課程。探究實(shí)踐是學(xué)生形成科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域素養(yǎng)的主要途徑，貫穿在學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)、解決科學(xué)問(wèn)題、開展工程與技術(shù)應(yīng)用的各個(gè)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)階段學(xué)校開設(shè)了機(jī)器人、無(wú)人機(jī)、創(chuàng)客、編程等4大門類科技課程。課程內(nèi)容打破了單一的知識(shí)或技術(shù)框架，緊密結(jié)合實(shí)際生活應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)整合機(jī)械原理、電子傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件和人工智能等前沿技術(shù)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生不斷進(jìn)行軟硬件的運(yùn)行與調(diào)試，從而提升他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、理解問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和信息素養(yǎng)。

2.深度實(shí)施跨學(xué)科主題課程。學(xué)校充分整合不同學(xué)科的知識(shí)、技能和價(jià)值觀，以主題為單位，設(shè)計(jì)并實(shí)施課程內(nèi)容，讓學(xué)生在經(jīng)歷真實(shí)的探究、創(chuàng)造、協(xié)作與問(wèn)題解決的過(guò)程中了解科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，同時(shí)通過(guò)科學(xué)和人文的結(jié)合，幫助學(xué)生更好地理解人類文明的發(fā)展和未來(lái)，形成全面的人文素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)。

案例1：四年級(jí)跨學(xué)科主題項(xiàng)目“我?guī)蛷N師做分析”。本項(xiàng)目通過(guò)綜合運(yùn)用信息科技、科學(xué)、數(shù)學(xué)、道德與法治、語(yǔ)文等知識(shí)和技能，引導(dǎo)學(xué)生選用合適的方式采集同學(xué)們最喜愛的午餐數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和可視化呈現(xiàn)，設(shè)計(jì)既受歡迎又營(yíng)養(yǎng)且可執(zhí)行的午餐菜譜，進(jìn)而掌握用數(shù)據(jù)解決問(wèn)題、支撐觀點(diǎn)的科學(xué)方法。

案例2：五年級(jí)跨學(xué)科主題項(xiàng)目“探秘手勢(shì)識(shí)別”。本項(xiàng)目通過(guò)綜合運(yùn)用信息科技、科學(xué)、語(yǔ)文、道德與法治等學(xué)科知識(shí)和技能，設(shè)計(jì)生活中應(yīng)用手勢(shì)控制機(jī)器的場(chǎng)景。學(xué)生在了解了人體從接受刺激到作出反應(yīng)的科學(xué)原理后，借助平臺(tái)進(jìn)行人工智能手勢(shì)模型訓(xùn)練，從中深刻感悟到科技創(chuàng)新的重要意義。

案例3：六年級(jí)跨學(xué)科主題項(xiàng)目“科技改變生活——AI？AI！”。本項(xiàng)目通過(guò)綜合運(yùn)用信息科技、科學(xué)、語(yǔ)文、美術(shù)等知識(shí)和技能，帶領(lǐng)學(xué)生了解科學(xué)技術(shù)革命的發(fā)展歷程，讓學(xué)生深刻感知人工智能在生活中的廣泛應(yīng)用。在課程中，利用人工智能平臺(tái)，老師幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)并學(xué)會(huì)與AI合作，并通過(guò)分析人工智能的利與弊，讓學(xué)生能辯證地看待人與技術(shù)的關(guān)系，進(jìn)而促使他們成長(zhǎng)為愛鉆研、會(huì)思辨、視野開闊的學(xué)習(xí)者。

二、創(chuàng)新育人新范式

數(shù)字化及轉(zhuǎn)型過(guò)程要把握以人為本的根本導(dǎo)向，遵循數(shù)字時(shí)代人才成長(zhǎng)成才規(guī)律，革新教育發(fā)展理念，重構(gòu)教育模式、教學(xué)方法、教學(xué)空間等，發(fā)揮數(shù)據(jù)要素深度賦能人才培養(yǎng)的優(yōu)勢(shì)，強(qiáng)調(diào)從“以教促學(xué)”轉(zhuǎn)向“以學(xué)促教”。經(jīng)過(guò)研究實(shí)踐，學(xué)校形成了“雙動(dòng)五步”合作式學(xué)習(xí)策略。

“雙動(dòng)”即師生互動(dòng)和動(dòng)腦動(dòng)手。師生互動(dòng)是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的民主式師生互動(dòng)和以小組合作為主的生生互動(dòng)。動(dòng)腦動(dòng)手是手腦并用，創(chuàng)新分析?！拔宀健奔础坝^察發(fā)現(xiàn)—?jiǎng)?chuàng)意設(shè)計(jì)—合作實(shí)踐—交流分享—延伸拓展”。觀察發(fā)現(xiàn)是從現(xiàn)實(shí)生活中需要解決的問(wèn)題入手，激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、探究、解決問(wèn)題的興趣。創(chuàng)意設(shè)計(jì)是根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行項(xiàng)目分析，表達(dá)個(gè)人設(shè)計(jì)思路，通過(guò)小組討論形成解決路徑，確定解決方案，建立模型。合作實(shí)踐是在明確設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理分工，團(tuán)隊(duì)協(xié)作配合，在做中學(xué)、做中思、做中創(chuàng)。交流分享是在項(xiàng)目實(shí)踐后，進(jìn)行觀點(diǎn)分享，大膽質(zhì)疑，在批判質(zhì)疑中反思，形成迭代設(shè)計(jì)。延伸拓展是在項(xiàng)目迭代后，引導(dǎo)學(xué)生將課堂學(xué)習(xí)的知識(shí)和方法轉(zhuǎn)化為再實(shí)踐的能力，即帶著問(wèn)題走進(jìn)生活繼續(xù)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成了問(wèn)題解決的循環(huán)模型。

從主觀經(jīng)驗(yàn)式教學(xué)轉(zhuǎn)向素養(yǎng)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，從結(jié)果性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)向增值性評(píng)價(jià)和綜合性評(píng)價(jià)，充分彰顯了育人的主體性、全面性和發(fā)展性。

三、教學(xué)方式的創(chuàng)新

學(xué)校對(duì)教學(xué)空間進(jìn)行升級(jí)改造，借助AR、VR等虛擬技術(shù)及數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、網(wǎng)站等，營(yíng)造開放型、交互式、生動(dòng)化的智慧學(xué)習(xí)場(chǎng)景，同時(shí)通過(guò)信息技術(shù)與教育教學(xué)實(shí)踐深度融合，豐富課程資源供給，提供大量的虛擬教學(xué)資源，讓智慧學(xué)習(xí)場(chǎng)景推動(dòng)教學(xué)發(fā)展，使得立德樹人效能快速提升。

1.教學(xué)資源數(shù)字化提升直觀學(xué)習(xí)的體驗(yàn)感

數(shù)字技術(shù)可以將抽象、微觀的現(xiàn)象及背后的原理等內(nèi)容直觀化、可視化，使之能夠被學(xué)生感知和理解，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。利用數(shù)字技術(shù)讓學(xué)生在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中觀察和操作虛擬的科學(xué)模型和設(shè)備，來(lái)提高他們的動(dòng)手能力和創(chuàng)造力。

案例1：應(yīng)用NOBOOK虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行擬真實(shí)驗(yàn)。在科學(xué)教學(xué)中，一些實(shí)驗(yàn)，如觀察植物的一生、觀察植物根的生長(zhǎng)等長(zhǎng)周期項(xiàng)目，不便在課堂中進(jìn)行觀察實(shí)驗(yàn)，而數(shù)字技術(shù)可以將植物生命周期直觀地展示在學(xué)生的眼前，幫助學(xué)生理解科學(xué)知識(shí)。

案例2：應(yīng)用數(shù)字科技館對(duì)教學(xué)進(jìn)行拓展延伸?？萍紙?chǎng)館內(nèi)容豐富，有實(shí)物展示、實(shí)驗(yàn)等多樣化的互動(dòng)方式，可以用來(lái)拓展科學(xué)課堂教學(xué)內(nèi)容，開闊學(xué)生科技視野。學(xué)生專程前往科技館的時(shí)間成本較高，數(shù)字科技館可以突破時(shí)間、場(chǎng)地、環(huán)境的限制，讓學(xué)生在教室邊動(dòng)手、邊動(dòng)腦，探索更多的科學(xué)奧秘。

2.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具具有高精度的測(cè)量和控制、重復(fù)性、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析和反饋、靈活性和可擴(kuò)展性等優(yōu)點(diǎn)。將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)工具引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠有效提升教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)感，能更好地培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神。

案例1：在實(shí)驗(yàn)中利用傳感器獲取更加精確的測(cè)量數(shù)據(jù)。例如在探究沉在水中的物體是否受浮力作用影響時(shí)，小球在水中所受拉力和在空氣中所受拉力的差距并不大，若使用傳統(tǒng)的彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量，數(shù)據(jù)差距并不明顯，但用壓力傳感器不僅能獲得更為精確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，還提高了探究過(guò)程的有效性與效率，促使學(xué)生對(duì)科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性有了更深刻的感知，他們的科學(xué)意識(shí)得到進(jìn)一步提升。

案例2：在實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器增強(qiáng)演示效果。例如在探究保溫盒的保溫性能時(shí)，需要對(duì)比測(cè)試不同保溫盒內(nèi)熱水的溫度下降情況，應(yīng)用數(shù)字式溫度計(jì)可以將測(cè)試結(jié)果實(shí)時(shí)地顯示在大屏上，便于學(xué)生進(jìn)行觀察記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，吸引學(xué)生更好地參與到課堂當(dāng)中，提升了該環(huán)節(jié)的教學(xué)效果。

可見，只有從教學(xué)的視角出發(fā)，探究數(shù)字技術(shù)與教育教學(xué)深度融合的實(shí)踐樣態(tài)和應(yīng)用場(chǎng)景，才能真正厘清教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的實(shí)踐方向和核心需求。因此，教學(xué)數(shù)字化轉(zhuǎn)型對(duì)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的設(shè)計(jì)、實(shí)施和優(yōu)化具有良好的靶向作用。

四、教師培養(yǎng)方式的創(chuàng)新

課程的綜合性與實(shí)踐性無(wú)疑對(duì)教師專業(yè)水平提出了更高的要求，學(xué)校依據(jù)學(xué)校科學(xué)課程體系，綜合分析教師的學(xué)習(xí)需求，多維度開展教師培訓(xùn)，提升教師專業(yè)素養(yǎng)。

1.利用數(shù)字化技術(shù)，將線上和線下的教育資源進(jìn)行整合，為教師提供更加豐富、多樣化的學(xué)習(xí)資源。例如，將人工智能平臺(tái)上AI人臉識(shí)別的模型與相關(guān)硬件結(jié)合作為教師培訓(xùn)資源，促進(jìn)教師深度理解人工智能中“機(jī)器學(xué)習(xí)”的這一概念。

2.以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式提升教師的跨學(xué)科教學(xué)能力。學(xué)校20余位科創(chuàng)教師分別來(lái)自生物、化學(xué)、計(jì)算機(jī)、工程等不同專業(yè)，團(tuán)隊(duì)本身具有跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、融合性的特點(diǎn)。根據(jù)每位教師的專業(yè)優(yōu)勢(shì)，組建學(xué)習(xí)小組，讓教師像學(xué)生一樣以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式經(jīng)歷“明確挑戰(zhàn)、設(shè)計(jì)方案、制作模型、測(cè)試優(yōu)化和分享交流”的全過(guò)程。在真實(shí)的工程設(shè)計(jì)流程中培養(yǎng)教師解決實(shí)際問(wèn)題的工程思維，提升教師的動(dòng)手能力及跨學(xué)科教學(xué)能力。

3.開展專題教研提升教師教育教學(xué)水平。學(xué)校聚焦課堂中的具體教學(xué)問(wèn)題，以問(wèn)題為導(dǎo)向?qū)⒔虒W(xué)實(shí)踐、教學(xué)研究、教師培訓(xùn)深度融合，形成“教、研、訓(xùn)”一體化的專題教研范式，使教師在磨課上課、聽課評(píng)課、反思學(xué)習(xí)、研討小結(jié)等教研活動(dòng)的全程參與中，深入探索教育教學(xué)的方式方法，激活創(chuàng)新思維，提升專業(yè)素養(yǎng)。

現(xiàn)在的孩子生活在一個(gè)科技與現(xiàn)實(shí)融合的世界，教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型是時(shí)代之選，也是現(xiàn)實(shí)之需。我們將繼續(xù)秉持“多元融合，創(chuàng)生發(fā)展”的變革理念，依托數(shù)字技術(shù)直面挑戰(zhàn)，用數(shù)據(jù)實(shí)證解決問(wèn)題，用融合創(chuàng)新提升課堂效果，以數(shù)字化全面賦能科學(xué)課堂教學(xué)的模式變革和生態(tài)重構(gòu)，為學(xué)生未來(lái)成長(zhǎng)發(fā)展夯實(shí)基礎(chǔ)。