AI赋能区域科技教育新体系构建及实践

加强中小学科技教育 推动育人方式变革来源:《山东教育》中学刊查看次数:40发布日期:2026-04-24

高月锋

当下，科技革命与产业变革日新月异，科技人才成为国家核心竞争力的关键支撑。中小学教育作为人才培养的奠基阶段，承载着培育科技后备力量的重要使命。为此，国家及山东省相继出台相关政策，大力推动中小学科技教育创新发展。济南市历城区教育和体育局、济南市历城第二中学（以下简称“历城二中”）积极顺应时代发展、政策导向与学校科技教育高质量发展的要求，深耕科技教育领域，以历城区少年科学院为引领，依托人工智能（AI）技术赋能，构建起贯通小初高的区域科技教育新体系，取得了显著成效。

一、构建少科院领航的区域科技教育组织架构

2020年9月，历城区教育和体育局、历城区科学技术协会联合成立了历城区少年科学院———以历城二中为依托，负责历城区中小学科技教育和学生活动。2024年9月，历城区大科学教育中心成立，完善了教师教学中心和历城区少年科学院两大职能部门。教师教学中心设立了科学种子教师制度，着重培养科学教师；少年科学院设立了校分院制度，加强对各学校科技教育活动的业务指导。这种组织架构的搭建，实现了从高中向初中、小学的延伸，为区域科技教育的整体推进提供了坚实的组织保障。

二、构建AI赋能的区域科技教育智慧教学体系

为解决区域科技创新人才培养中“规模化培养和个性化教育难以兼顾”“学生自主学习能力和创新实践能力不足”等问题，历城区少年科学院以历城二中创建的智慧教育模式为依托，根据区域科技教育实际情况，构建了智慧教学平台、数字化的科技课程群和课程实践器材深度融合的区域科技教育智慧教学体系。

（一）智慧教学平台建设

少年科学院以历城二中的智慧教学平台为基础，研发出适合区域的智慧教学平台，并部署到云端。该平台融合了 90多门数字化交互式科技课程，开发了大量课程插件，支持普惠式学习、社团式学习和任务单式学习。平台采用个性化学习模式，融入闯关游戏式激励元素，有效实现了多路径自主学习功能。课程内容采用图文、动画、视频、交互题目、微课等多种媒体相结合的载体形式。平台还研发了低代码开发功能，方便教师高效开发数字化课程。

（二）数字化科技课程群构建

依托智慧教学平台，少年科学院开发了小初高一体化的科技课程群，共90多门课程。其中，通过专家全程介入的三环迭代课程开发模式，开发了奇妙机械、创新创意、智能控制等20多门小初高一体化普惠课程。另有70多门社团课程和科学家科普报告、竞赛研究性学习课程、科技馆课程等任务单式课程。丰富多元的课程内容支持学生在科学领域进行系统、深入的研究性学习。

（三）课程实践器材开发

为培养学生的综合实践能力和创新能力，每门课程均开发了配套的实践器材，包括单片机、各种传感器、积木搭建类配件等5400余种。同时，教师每年还会制作大量科学教具，满足课程多样化需求。学校还建设了历城二中创客中心等6个区域科技教育实践基地，总面积超12000平方米。

（四）教学大数据分析与反馈技术开发

智慧教学平台记录学生多模态学习大数据，通过开发大数据分析技术，探寻教育教学深层规律，实现课程的螺旋改进，助力教师开展更科学、更高效的教学工作。通过跟踪每个学生的学习过程，实现个性化指导，方便了解学生学习群像和个性，利于对学生课堂学习情况进行精细化管理。

三、构建品牌科技活动体系

为促进区域科技活动蓬勃发展，少年科学院在全区构建了三级科技活动体系，并开展了一系列品牌科技活动。

（一）三级科技活动体系

一是面向全区所有学生开展校级普惠科技学习，要求全区科技教师组织全体学生灵活学习普惠科技课程；二是面向校级科技社团，组织各校少年科学院学生在社团活动期间学习社团课程，并定期开展校际社团展示活动；三是面向全区科技特长生开展“小院士”候选人专项培训，每年遴选约150名科技特长生，通过夏令营、冬令营、周末科技营等活动集中培养一年，评选少年科学院“科学小院士”和“工程小院士”。

（二）多元化品牌科技活动

科普报告进校园活动，每年邀请中国科学院老科学家和山东省科普专家做120多场科普报告；科普大篷车进校园活动，每年3月至8月组织省市科普大篷车到各中小学巡展；全区科技教师培训活动，每年组织3000人次以上的培训；学生科技研学活动，每月至少举行3次500人次的科技研学活动；历城区青少年科技文化节活动，精心设置20余个活动项目，活动分为学习项目课程阶段、各校科技节初赛阶段、区科技节决赛阶段，从9月1日直到次年的4月下旬，每年参加学习和初赛的学生15000余名，在决赛中展示科技学习成果的学生5000余名；组织学生参加全国、省、市各类科技竞赛活动，培养其创新能力和团队协作能力。

四、区域科技教育新体系的实施路径与创新点

（一）纵向贯通与横向融合的课程实施路径

1.纵向贯通的进阶式课程结构。以学生认知发展规律为核心，遵循“启蒙—进阶—研究”三级课程逻辑，实现从兴趣激发到专业素养培育的螺旋上升。同一主题课程在不同学段呈现不同难度，如机器人课程在小学为“趣味搭建”，在初中为“功能实现”，在高中为“算法优化”，并建立学分贯通机制，允许学生延续项目研究，成果纳入综合素质评价。

2.横向融合的跨领域课程群。打破学科壁垒，以真实问题为纽带，构建多元课程矩阵。课程涵盖理科类（如“物理+机器人动力学”）、文科类（如“语文+科幻作品创作与科学传播”）、社会议题类（如思想政治+“碳中和小先锋”）等，同时联合企业开发 “工程师的一天” 系列职业启蒙课程。

（二）“普惠+社团+研学”三维课程生态构建

1.普惠课程：全员必修的科学基础。每周1课时纳入课表，通过轻量化项目确保全体学生接触科创，如小学趣味科学实验课利用简易材料完成低成本实验，培养学生的观察与动手能力。

2.社团课程：兴趣驱动的深度探究。学生按照自身兴趣加入机器人、编程等社团，教师为其提供进阶器材与竞赛指导。实行“双师制”，校内教师负责基础教学，校外专家每月开展专题讲座与项目指导。

3.研学课程：真实场景中的沉浸式学习。对接科技馆、科研院所等，设计“科研探秘”线路，如小学参观气象局并制作简易风向标，高中进入高校实验室参与微课题研究。

（三）AI赋能下的个性化学习与规模化培养创新

1.“标准化底座+智能化调节”的弹性系统。通过标准化课程底座实现普惠性覆盖，借助数据算法与游戏化机制满足个体差异，构建个性化成长路径。用课程与器材的标准化实现规模化 “保底”，用数据与游戏化机制的智能化实现个性化“拔尖”，用三阶段学习场景的动态切换实现“无缝衔接”，切实解决“规模化培养”与“个性化教育”的矛盾。

2.硬件资源与项目式学习的深度融合。通过“硬件资源场景化、项目任务阶梯化、实践过程结构化”的融合策略，将硬件资源转化为创新实践的“孵化器”。在工具层面，通过分区布局与主题式器材包，使硬件成为“问题解决的弹药库”；在任务层面，以阶梯化项目驱动器材深度使用，让学生从模仿者变为设计者；在能力层面，借助导师支持与成果转化机制，推动学生从执行者升级为创新者。

（四）区域协同与资源均衡的创新机制

1.技术赋能打破“硬件鸿沟”。通过云端智慧教学平台实现“数字资源无差别供给”，集成课程超市、虚拟科技馆和实验室、师资培训系统等，打破物理壁垒，让薄弱校也能获取优质教育资源。

2.课程普惠破解“师资困局”。秉持“课程即师资”的理念，开发低代码、智能体环境，实现低门槛课程设计，采用“教师手册+平台引导”双支撑模式，使非专业教师也能开展教学。实施“科学种子教师制度”，选拔骨干教师参加培训，培养本土化师资，将复杂的科技教育拆解为“可复制的课程模块+可培训的教学技能”。

3.机制创新保障“参与公平”。通过“三级科技活动体系”构建“普及—特长—拔尖”的公平通道，校级普惠确保人人可参与，区级选拔以能力为导向，成果共享打破名校资源壁垒，让不同起点的学生都能获得成长机会。

五、科技教育新体系的实践成效与社会影响

（一）学生科技素养与创新能力显著提升

通过科技教育新体系的实施，全区学生的科技素养和创新能力得到显著提升。全区学生在全国青少年科技创新大赛、世界机器人大赛等各类科技竞赛中屡创佳绩。更重要的是，学生的科学思维、工程实践能力和创新意识得到了全面培养，为未来成为创新型人才奠定了坚实基础。

（二）科技教育资源均衡化取得突破

智慧教学平台和大科学教育中心的建设，实现了优质科技教育资源的区域共享。该体系已向省内外80多所学校推广应用，帮助薄弱地区学校开齐开足科技课程，缓解了师资短缺和资源配置不均衡的问题，为推动区域教育公平作出了积极贡献。

（三）区域科技教育生态体系不断完善

历城区少年科学院的成立和品牌科技活动的开展，营造了良好的科技教育氛围，激发了全区学生的科学兴趣。现全区每年有上万名学生参与各类科技活动，形成了 “校校有特色、生生有参与” 的科技教育格局，区域科技教育生态体系不断完善。

（四）社会影响力不断扩大

区域科技教育新体系得到了社会各界的广泛认可，先后有省内外众多学校和教体局前来参观学习。该体系为中小学科技教育提供了可复制、可推广的经验，在推动科技教育创新和人才培养方面发挥了示范引领作用。

AI赋能、少科院领航的区域科技教育新体系探索与实践，实现了科技教育的普惠化、个性化和创新化发展，为中小学科技教育提供了新的思路和方向。未来，随着科技的不断进步和教育改革的深入推进，这一科技教育新体系将持续完善、不断发展，为培养更多适应未来社会发展的创新型人才作出更大贡献。

（作者单位系山东省济南市历城第二中学。本文系山东省基础教育教学改革研究项目重点项目《人工智能技术与教育教学深度融合研究与实践》成果，项目序号：37012022019）

 

 

 

（《山东教育》2026年4月第11期）