乡村学校怎样以数字化重塑科学教育

广西壮族自治区柳州市融水县拱洞乡高武村小学学生在视频指导下开展空气占据空间的实验。

▼甘肃省张掖市甘州区思源实验学校学生利用数字化设备开展科学探究。 学校供图

　　“科学课由数学老师兼任，繁重的教学任务下，课上经常临时上网搜视频放给学生看。”“甘南气候寒冷养不了蚕，讲蚕的生长过程时我只能让学生看课本插图，学生的提问我有时也答不上来。”……这是笔者在广西、甘肃等地乡村中小学调研中，一线教师就开展科学教育反映的现实困境。

　　前不久，教育部印发《义务教育阶段科学教育“做中学”领航行动指南》，提出变革教学方式、开发配套资源。乡村科学教育是我国科学教育发展的薄弱环节，尽管教育数字化战略行动已为其输送了海量优质公共数字资源，但受限于乡村教师的科学学科本体性知识储备不足、探究式教学组织能力薄弱、学生问题解决过程的精准指导能力缺位等结构性短板，许多数字资源始终处于“悬浮”状态，难以转化为真实课堂的育人效能。

　　破解这一矛盾的核心路径，绝非单纯增加资源供给总量，而是通过精准适配性改造与教师数字化教学能力的系统性提升，盘“活”乡村科学课堂，实现技术与教学的深度耦合。

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　　资源精准适配，补齐教师教学能力短板

　　数字化科学教育资源包括数字教育资源、数字化教学手段等，其中依托丰富多样、虚实融合、互动性强的科学教育数字资源是乡村学校开展科学教育实践的基础资源支撑，可以有效弥补教师科学知识储备和学科教学能力的不足。在引入数字资源过程中，需重点考虑资源适配性，即科学教育数字资源建设与教学需求之间的供需平衡，其建设逻辑需跳出“资源搬运”的惯性思维，以“供需精准匹配”为核心原则，构建“精选+自建”双轨并行的资源供给模式。

　　资源精选方面，围绕课程内容从国家中小学智慧教育平台、中国数字科技馆等精选名师教学视频、科学家讲座、科普纪录片等资源，形成与教材单元和探究任务对应的资源包。资源自建方面，重点开发工具类、虚拟交互类和智能类资源。具体来说，工具类资源包括数据采集与分析工具等，支持观察、测量和数据分析等科学实践活动。虚拟交互类资源借助虚拟现实（VR）、增强现实（AR）及混合现实（MR）等技术开发的资源，为难以开展实验探究的乡村学生提供情境化、沉浸式体验。智能类资源是融合生成式人工智能、VR等技术开发的高阶资源形态，根据学生学习状态提供个性化解释、问题引导与学习路径支持。这三类资源的开发需建立“政府统筹—高校支撑—科研院所参与”的协同机制，从而降低乡村学校的技术接入门槛，实现优质资源的普惠性下沉。

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　　科学教育智能体，支撑探究学习精准指导

　　学生问：“我敲桌子，为什么另一头的同学也能听见？”科学教育智能体没有回答，而是追问：“你敲桌子时，用手摸桌面能感觉到什么？”学生触摸完回答“桌子在振动”后，智能体继续提示：“把耳朵贴在桌面上听和离开桌面听，会有什么不同？你准备怎样比较？”……这组多轮对话发生在甘肃省甘南藏族自治州一所牧区乡村小学的科学教育课堂上，引发课堂深度变革的关键因素正是智能体。

　　科学教育的重点在于引导学生经历提出问题、形成假设、寻找证据、解释现象和反思改进的过程。然而，对多数乡村教师而言，要精准且持续回应多名学生不断生成的问题存在较大难度，通用大模型的应用易带来内容超纲或出现“幻觉”。因此，乡村学校需联合学科教学专家、技术团队，研发面向科学教育场景的专用智能体，使其具备知识可信性、启发适配性、交互双向性、反馈情感性四大核心特征，成为乡村教师开展探究指导的智能助教。在技术落地层面，需搭建四层严谨的运行架构。

　　在知识保障层，需通过整合课程标准、教材、权威科普资源、乡村常见科学情境建设专业知识库，使智能体回答优先锚定经审核的内容，并对超出可靠知识范围的问题设置拒答与教师转介机制，降低生成内容失真风险。在对话策略层，通过预置启发式提问、理由追问、替代解释和元认知提示等策略，并根据学生应答动态调整提示强度，形成适应学生认知状态的动态支架。在交互模式层，构建“学生向智能体提问”与“智能体向学生提问”的双向交互。前者智能体回应学生即时困惑，后者模仿人类教师提问，在关键探究任务节点上检验学生学习效果，减轻教师教学负担。同时，智能体分析学生提问和作答内容，辅助识别学生的探究薄弱点，推送关联微课与变式练习。在情感反馈层，智能体依据学生持续错误、反复求助等学习状态调整反馈语气和支架强度，以鼓励性反馈降低学生畏难感，教师则重点承担个别化指导、情感关怀与价值引导。

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　　结构化导学手册 实现教学与技术的整合

　　数字资源与智能体分别解决了内容供给和过程指导，但二者若缺乏系统化的教学设计串联，极易在课堂中陷入技术碎片化应用的误区。乡村学校可依据课程标准与学情，在教研人员支持下编制以项目式、主题式探究为主线的结构化导学手册，将分散的数字资源、智能工具与完整的学习活动序列有机统整。

　　导学手册的核心价值，是将优秀教师的教学思路转化为外显的学习活动序列和多样化学习支架，以便乡村教师引导学生在自主探究与协作学习中完成知识建构。以《睡眠要充足》一课为例，导学手册提供了“观看预习视频—聚焦调查问题—制订调查计划—分工收集睡眠数据—汇总与数据分析—形成结论与建议—展示交流与互评”的学习活动序列，前述资源与智能体以二维码、AR标记等方式嵌入手册相应环节。开展教学过程中，教师无需从零设计教学流程，而是依据配套教师手册在关键节点进行组织、点拨和调控。由此，分散的数字资源与智能支持转化为连贯的科学探究活动，让教师成为学习的设计者、学生成为学习的主体，而基础薄弱的乡村教师也能组织起有质量的项目式学习。

　　同时，纸质形态的导学手册完全适配乡村教师的传统教学习惯，支持教师结合本土乡土资源进行轻量化的二次调整，且具备低成本规模化推广的优势，能够快速带动区域内大量乡村科学教师同步提升教学质量，形成集团化的行动改进效能。

　　乡村教师是激活数字化资源育人价值的核心枢纽，数字资源的迭代优化、智能体的场景化应用，都需要一线教师基于真实课堂的实践反馈，与高校专家、研发团队形成双向互动的协同创新机制，推动数智工具持续向乡村科学教育的真实需求靠拢。

　　此外，教师还需明确技术赋能须坚守科学教育的育人本质，严格把握人机交互与师生情感交流的边界，避免学生对技术形成过度依赖，推动科学教育与人文教育的深度融通。技术可以补齐教师能力短板，却不能替代真实师生关系中的情感交流、价值引导和人格影响。唯有让技术补位而不越位，引导学生在真实乡土生活中理解科学技术与自然、社会和人的关系，数智化才能既补乡村科学教育之“短”，又守科学育人之“本”。

　　（作者宋雨系西北师范大学教育技术学院博士研究生，郭绍青系教育部教育数字化专家咨询委员会总体组委员）

《中国教育报》2026年08月21日 第02版