广东省东莞市松山湖北区学校，学生使用智能设备开展科学实验探究。东莞市教育局供图
广东省东莞市中小学专业科普教育课程走进学校“430”服务。东莞市教育局供图
“科学教育薄弱乡镇校”“东莞市科学教育示范校”，这两个标签分别属于广东省东莞市茶山镇第二小学的曾经和现在。
原来的茶山二小受困于无专职教师、无专业课程、无专门实验室，开展科学教育频频受挫。乘着东莞大力发展科学教育的“东风”，在市财政资金支持下，短短3年，茶山二小建设了20间沉浸式、交互式的科学探究实验室，并通过利用东莞市小学科学实验教学微课、虚拟实验课等优质数字教学资源，构建了面向人人的科学教育新体系。
在财政投入等资源相对有限的情况下，如何借力数字化建设，探索出更高性价比、更宽普适性的科学教育新路径？近年来，东莞市教育局推动科学教育、数字化建设相融互促，建设了一批数字化教学资源和实验室，促进城乡科学教育一体化发展。
从黑箱实验走向科学思维可视化
“当时科学课老师基本是主科老师兼职，上课多是讲理论，学生很少动手参与科学探究活动。”2020年7月，张茂良调任茶山二小党支部书记、校长，学校科学教育的薄弱现状让他焦心。
这并不是个例。“随着东莞产业和经济的迅速发展，随迁子女也大量流入。尽管我们力促基础教育扩容提质，但由于部分老学校办学起点不高，再加上东莞民办学校数量较多等原因，全市科学教育水平参差不齐。”东莞市教育局党组书记、局长叶淦奎介绍，针对这种现实情况，东莞与高校展开深入合作，在华南师范大学化学学院教授钱扬义等专家把脉开方后，东莞以开齐开足科学实验课为首要目标。
传统的实验教学需要大量实验器材，而东莞部分学校实验室或装备不足。如何在经费、师资相对有限的情况下，迅速开齐开足实验教学？东莞以数字技术融合小学科学实验的方式，由全市统一提供虚拟仿真实验资源，为学生打造一个虚实结合的探究学习环境。
“我通过操作虚拟软件进行实验，能观察到电流的流动过程，还能尝试用不同的方式连接电路，对闭合回路的科学原理加深了理解。”以往上实验课，仅是坐在座位上看教师做实验的茶山二小学生冯子祺告诉记者，虚拟实验提升了他对科学课的学习兴趣，还从中锻炼了他的观察、分析实验数据等能力。在张茂良看来，依托学校的科学实验室，并在虚拟仿真实验助推下，学校的科学教学从感性走向理性，学生科学思维的锻炼提升也更加可视化。
“我们引入虚拟实验系统、数码显微镜等，进行数字实验的教学应用。学生用学校或家里的计算机，通过软件模拟和虚拟交互，就可进行实验操作和实验学习。”东莞市教育局教研室数字教学部部长王征发现，这帮助很多学校缓解了实物实验耗材昂贵、准备烦琐、效率不高等难题，提高了学校实验教学的开展频次、学生覆盖面。
数字实验资源搭建科学教学的“脚手架”
“学校从市里引入的数字化实验教学资源，能帮我们一线教师开展立体化的实验教学，还能激发学生们开展实验操作的兴趣。”陈桂芳是东莞市大朗镇黄草朗小学新入职的科学教师。以往，陈桂芳往往用文字和语言，向学生描述实验流程、实验操作环节，学生难以对科学实验形成直观、感性的认知。
如今，陈桂芳在科学课堂融入数字化实验教学资源，以生活现象导入教学，以视频与现场实操相结合的方式，演示实验操作流程。学生边看边学习不同实验的具体操作步骤，了解实验原理、操作流程。
为在全市大规模推广虚拟实验教学，给全市科学教师搭建好数字实验课堂“脚手架”，东莞强化区域统筹，面向全市教师征集数字化科学实验教学案例，建设多元化、课程化、精品化的数字化科学教育资源。
“我市将征集案例的获奖率提升为55%，鼓励全市更多教师共建共享实验教学数字资源，并在兼容并蓄的基础上建好资源库，助推全市小学科学实验课实现数字资源广覆盖。”王征介绍说，东莞已建设490节小学科学实验教学微课、优课及其配套资源，以及67节初中理化生实验教学全覆盖微课、12节“5G+VR”的初中物理虚拟实验课程。
为进一步用好这些科学教育数字资源，东莞构建了“学科教研群、知识网站、宣传公众号、资源平台”一体化数字教研云，打造了全市线上教研群。市镇教研员、学科带头人等科学教育骨干，通过直播讲座、线上研讨、数字资源文章推荐等方式，面向全市科学教师开展数字资源应用指导，带动他们进行数字化教学改革。目前，东莞已在全市中小学各学段创建12个科学教育类网络教研群，已有5741名科学教育类教师加入数字教研平台，每年开展30场科学教育类教研直播，科学教育类教师每年有3.4万人次参与。
东莞市教育局相关负责人表示，这有力促进了全市中小学校科学教育资源的优化配置、共建共享，为全市很多科学教育相对薄弱的学校在面对师资、课程资源不足等问题时，提供了更多应对办法。
为学生构建科学探究数字化乐园
“之前我们往往是在课室里上科学课，现在，我们经常在AR/VR室里，通过VR实验等形式，学习植物的根茎叶作用等知识。”黄草朗小学学生刘龙旺感觉科学课变得更有趣了。
作为一所办学起点不高的老学校，黄草朗小学老校区没有专门的科学室，科学实验设备也很少，科学教育的基础相对薄弱。学校借助迁址重建的发展机遇，在新校区建设了两间科学实验室，并新建了创客室、AR/VR室、多点互动室、车模场地等，还配备了很多科学实验器材等。2023年，东莞将公办义务教育学校科学类课程探究实验室（或实验空间）全覆盖纳入“2023年东莞市十件民生实事”。东莞还制定《东莞市普通中小学科学类实验室建设指引》，明确建设标准分为标配版、适配版、高配版三种。学校可根据自身办学条件等，选择适合的标准进行建设配置。近年来，东莞强化全市中小学校数字化升级与实验室建设的协同力度，大力开展全市中小学校实验室改造、升级。截至2023年11月底，东莞全市共改建194间实验室、新建171间实验室，实现全市公办义务教育学校科学类课程探究实验室（或实验空间）全覆盖。
为给学生搭建科学探究的乐园，东莞市打出了漂亮的“组合拳”——
试点学校先行先试，复制推广经验。东莞引导“领头雁”学校积极探索数字实验室建设的好思路、好做法，市教育局从中提炼出普适化的经验，再面向全市中小学校推广。如东莞中学初中部在全市率先探索数字化网络数码显微实验室建设。在此基础上，2021年东莞市教育局把数码显微镜作为生物学实验操作考试的必考工具，进一步完善了全市中小学网络数码显微实验室建设。
一线教学中以赛促教、以赛促学。东莞还着重搭建科技模型线上挑战赛、电脑虚拟遥控车模拟器线上竞赛等数字化科学挑战赛，为学生的奇思妙想提供更多元的展现机会。其中，部分竞赛通过电脑模拟器的方式，降低了训练参赛难度，这使得更多学生有机会参赛。
“我们学校以前没有组织学生参加过车模比赛，很多学生和家长甚至都没见过车模比赛。”受益于学校多元数字化科学探究平台、课程，黄草朗小学校长陈爱华2023年带着学生参加了第十六届东莞市中小学车辆模型比赛。他表示，通过参赛学校科学教育水平大幅提升。
“我市启动科学教育‘点亮’行动以来，市、镇、校协同推进，共同将数字化这个‘强变量’，转变为科学教育高质量发展的‘新增量’。”叶淦奎表示，东莞将进一步发挥教育数字化的优势，推动建设人人、时时、处处的科学教育新体系，让学生乘“数字化快车”奔向科学殿堂。
