摘" 要" 隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展，“數(shù)字中國”建設(shè)已成為推進中國式現(xiàn)代化的重要動能，是促進社會經(jīng)濟各領(lǐng)域高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)工程和國家戰(zhàn)略。如何培育學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)，提高學(xué)生在數(shù)字社會的適應(yīng)性與競爭力、彌合數(shù)字鴻溝，是教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中不可或缺的一環(huán)。結(jié)合義務(wù)教育新課程標(biāo)準(zhǔn)剖析中小學(xué)在學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)培育過程中存在的問題，聚焦開源硬件教育裝備如何更好地促進學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)培育，進行區(qū)域?qū)嵺`、探索與研究。

關(guān)鍵詞" 開源硬件；中小學(xué)教育；數(shù)字素養(yǎng)；區(qū)域?qū)嵺`

中圖分類號：G623.58" " 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）23-00-04

0" 引言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等數(shù)字技術(shù)發(fā)展的日新月異，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革正在孕育興起，以數(shù)字資源為重要生產(chǎn)要素、以全要素數(shù)字化轉(zhuǎn)型為重要推動力的數(shù)字經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，已經(jīng)融入人們?nèi)粘Ｉ钆c工作的方方面面。因此，提升全民數(shù)字素養(yǎng)與技能，是順應(yīng)數(shù)字時代要求、助力全民終身學(xué)習(xí)型社會建設(shè)的重要任務(wù)，是實現(xiàn)我國從網(wǎng)絡(luò)大國邁向網(wǎng)絡(luò)強國的必由之路。2021年，中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會辦公室發(fā)布的《提升全民數(shù)字素養(yǎng)與技能行動綱要》[1]明確指出，把提升全民數(shù)字素養(yǎng)與技能作為建設(shè)網(wǎng)絡(luò)強國、數(shù)字中國的一項基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性、先導(dǎo)性工作。

聚焦教育領(lǐng)域，黨的二十大報告中提出，堅持以人民為中心發(fā)展教育，推進教育數(shù)字化，對教育系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作作出了重要的戰(zhàn)略部署。2022年，教育部啟動國家教育數(shù)字化戰(zhàn)略行動，以前所未有的力度全面推進教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型。教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的本質(zhì)是人的轉(zhuǎn)型，其最終目標(biāo)指向?qū)W生數(shù)字素養(yǎng)的提升。義務(wù)教育屬于基礎(chǔ)教育階段，是學(xué)生知識學(xué)習(xí)、思維發(fā)展及行為習(xí)慣培養(yǎng)的奠基階段，也是中小學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)啟蒙與培育的關(guān)鍵時期[2]。

1" 學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)的內(nèi)涵

根據(jù)中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會的定義，數(shù)字素養(yǎng)與技能是指數(shù)字社會公民學(xué)習(xí)工作生活應(yīng)具備的數(shù)字獲取、制作、使用、評價、交互、分享、創(chuàng)新、安全保障、倫理道德等一系列素質(zhì)與能力的集合。培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)的重點在于使其具備適應(yīng)和應(yīng)對數(shù)字化時代的核心能力。

然而，我國關(guān)于學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)培育的研究起步較晚，目前尚未出臺系統(tǒng)、完善的中小學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)評價體系。在中小學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)評價指標(biāo)體系研究[3]中將中小學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)分為數(shù)字意識、數(shù)字知識與技能、計算思維、數(shù)字化合作與交流、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、數(shù)字社會責(zé)任六個一級指標(biāo)，初步形成了評價的基礎(chǔ)與策略。重點關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生對數(shù)字內(nèi)容的敏感度和數(shù)字內(nèi)容價值的判斷力、學(xué)生利用數(shù)字化技術(shù)解決問題的能力、學(xué)生應(yīng)用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思維分析思考與計算的能力、學(xué)生在日常學(xué)習(xí)與生活中應(yīng)用數(shù)字設(shè)備使用數(shù)字資源溝通交流的能力、學(xué)生在日常學(xué)習(xí)與生活中運用數(shù)字技術(shù)與資源創(chuàng)造性地解決問題的能力、學(xué)生在數(shù)字社會中對數(shù)字倫理道德規(guī)范的認(rèn)知以及承擔(dān)責(zé)任的能力等。

學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)的培育不僅僅是使其能熟練地應(yīng)用數(shù)字化工具、了解數(shù)字技術(shù)，還要能真正融入數(shù)字生活的各種場景，具備從思維、認(rèn)知到應(yīng)用、創(chuàng)新，再到解決問題、承擔(dān)責(zé)任等一系列綜合素質(zhì)與能力。因此，在中小學(xué)教育階段，學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)的培育更應(yīng)注重創(chuàng)設(shè)真實情境，引導(dǎo)學(xué)生通過數(shù)字技術(shù)與資源差異化、創(chuàng)造性地解決問題，以促進學(xué)生綜合運用數(shù)字素養(yǎng)相關(guān)技能的提升、思維的拓展與知識的增加。

2" 中小學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)培育的現(xiàn)狀與問題

在教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的時代背景下，我國按照教育發(fā)展高質(zhì)量的要求，通過數(shù)字技術(shù)全方位賦能，推進育人方式、教與學(xué)方式、評價方式、教育資源供給方式等系統(tǒng)性變革，這為學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)的培育提供了創(chuàng)新的沃土，同時也提出了更高的要求。教育部頒布的《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱新課標(biāo)）全面關(guān)注中小學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能的培育，將信息科技作為獨立設(shè)置的新科目，納入義務(wù)教育國家課程，成為中小學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能教育的載體和平臺、培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能的主渠道。同時，新課標(biāo)倡導(dǎo)“做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)”，注重引導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)科探究活動和跨學(xué)科實踐，讓知識學(xué)習(xí)基于實踐并通過實踐得到提升，強化真實情境的問題解決能力，為提升學(xué)生包含數(shù)字素養(yǎng)在內(nèi)的各項核心素養(yǎng)提供了更多樣化的培育方式。

但在課程實施過程中，仍存在教學(xué)方式與課程設(shè)計缺少創(chuàng)新、新技術(shù)與新裝備應(yīng)用存在缺位、教師數(shù)字素養(yǎng)有待進一步提升三大突出問題亟待解決。

2.1" 教學(xué)方式與課程設(shè)計缺少創(chuàng)新

教師通過講解、展示、模仿、練習(xí)進行教學(xué)的傳統(tǒng)教育方式仍占主導(dǎo)地位，限制了學(xué)生差異化創(chuàng)想。課程設(shè)計缺少與真實數(shù)字生活場景的聯(lián)系，無法培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、數(shù)字社會責(zé)任以及解決真實問題的能力。

2.2" 新技術(shù)與新裝備應(yīng)用存在缺位

絕大部分課程只注重知識點的講解、軟件工具的學(xué)習(xí)以及案例應(yīng)用分析，缺少可以支撐學(xué)生實際動手的數(shù)字化實驗載體與實踐資源。以《義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南》為例，在過程與控制、物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索等數(shù)字技術(shù)的學(xué)習(xí)中，大量優(yōu)質(zhì)的數(shù)字化應(yīng)用場景沒有合適的教育裝備支持學(xué)生進行數(shù)字化實踐與實驗探索。

2.3" 教師數(shù)字素養(yǎng)有待進一步提升

數(shù)字化時代的教學(xué)是數(shù)字技術(shù)與教學(xué)過程和教學(xué)內(nèi)容的深度融合，教師是“融合”的關(guān)鍵。教育部2022年發(fā)布了《教師數(shù)字素養(yǎng)》教育行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對教師的數(shù)字素養(yǎng)與能力提出了標(biāo)準(zhǔn)化要求，但是現(xiàn)階段仍存在大部分教師數(shù)字教育資源開發(fā)能力不強，對數(shù)字技術(shù)的學(xué)習(xí)、應(yīng)用與創(chuàng)新不足，城鄉(xiāng)發(fā)展差異明顯等問題。

3" 開源硬件與學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)培育

開源硬件是數(shù)字化教育裝備，主要包含主控制器及各類傳感器，可通過圖形化、Python等語言進行簡單編程，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸、過程控制、人工智能應(yīng)用場景搭建等功能，具備極好的開放性、可拓展性、兼容性、經(jīng)濟性、教育性等特點，是新課標(biāo)改革中信息科技、綜合實踐等課程項目化學(xué)習(xí)的載體，可以讓學(xué)生通過動手實踐真實感受數(shù)字技術(shù)在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用，探索物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與人工智能技術(shù)之間的創(chuàng)新關(guān)系，增強多維思考能力與實踐研究能力，從而實現(xiàn)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)的提升。

但開源硬件在中小學(xué)的應(yīng)用仍面臨很大的困難與挑戰(zhàn)，研究者在2023年面向上海市中小學(xué)發(fā)放了開源硬件應(yīng)用情況的調(diào)查問卷，通過對800余份問卷數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)三大問題：一是開源硬件在中小學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用普及率不高，上海市開設(shè)開源硬件相關(guān)課程的學(xué)校占比不超過20%；二是開源硬件校本課程開發(fā)存在較大需求，在開設(shè)開源硬件相關(guān)課程的學(xué)校中，使用第三方課程的學(xué)校占44.29%，但是超70%的學(xué)校希望建設(shè)自己的校本課程；三是教師對開源硬件的使用存在認(rèn)知心理門

檻，71.32%的學(xué)校未開設(shè)開源硬件相關(guān)課程的原因是認(rèn)為開源硬件入門難度高。

4" 研究方式與實踐路徑

針對義務(wù)教育階段學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)培育課程實施過程中存在的問題以及開源硬件在中小學(xué)應(yīng)用過程中面臨的困難與需求，研究者聚焦開源硬件這一教育裝備，從切實提升中小學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)的角度出發(fā)，進行了基于開源硬件的中小學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)培育的實踐探索與研究。通過應(yīng)用開源硬件數(shù)字化教育裝備的課程資源建設(shè)，引導(dǎo)學(xué)校自主開發(fā)中小學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)培育學(xué)習(xí)項目，組織開展教學(xué)實踐，探索建設(shè)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)社區(qū)，跨界整合推動優(yōu)質(zhì)課程資源共建共享，多維助力教師數(shù)字素養(yǎng)和技能提升，建立常態(tài)化運行及研究機制，提升中小學(xué)生對數(shù)字生活、數(shù)字學(xué)習(xí)、數(shù)字創(chuàng)新的感知力、適應(yīng)力和創(chuàng)造力。探索數(shù)字化教學(xué)方式、數(shù)字裝備應(yīng)用、教師數(shù)字素養(yǎng)等問題的創(chuàng)新發(fā)展，賦能學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)培育。

4.1" 基于裝備，深耕教學(xué)應(yīng)用場景

通過開源硬件教育實驗室建設(shè)，配置各類開源主控板、傳感器、編程終端，根據(jù)新課標(biāo)要求，探索不同學(xué)段、不同知識點、不同應(yīng)用場景適用的數(shù)字化教育裝備與技術(shù)。如：在八年級信息技術(shù)課程“物聯(lián)網(wǎng)實踐與探索”中，探索如何通過開源硬件實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)場景的應(yīng)用。在智能家居、數(shù)字氣象站等生活化場景中可選擇具備Wi-Fi和藍(lán)牙模塊的集成開源主控板，也可選擇主控板搭配IoT物聯(lián)網(wǎng)模塊或擴展板的形式實現(xiàn)數(shù)據(jù)互聯(lián)功能，對不同傳感器的靈敏度、準(zhǔn)確度、可用性進行測試，對教育領(lǐng)域常用的IoT數(shù)據(jù)傳輸平臺進行兼容測試，為課程設(shè)計與實施提供裝備參考與技術(shù)支持。

同時，本研究圍繞開源硬件課程資源建設(shè)的目標(biāo)，研制了一套基于開源硬件的課程開發(fā)模板工具，通過規(guī)范教學(xué)條件、教學(xué)對象、活動主題、專題任務(wù)、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)資源、學(xué)生活動單、數(shù)據(jù)記錄與分析等在內(nèi)的研究要素，支持教師開發(fā)學(xué)習(xí)活動項目。課程開發(fā)模板要求課程資源建設(shè)必須基于真實生活場景解決現(xiàn)實問題，通過項目化探索的學(xué)習(xí)形式，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中應(yīng)用數(shù)字資源、數(shù)字工具進行自主學(xué)習(xí)、小組交流、團隊合作，激發(fā)學(xué)生差異化創(chuàng)想，最終實現(xiàn)通過數(shù)字技術(shù)解決實際問題的目的，以此提升學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)。

4.2" 由點到面，有序探索課程開發(fā)

研究經(jīng)歷了由淺入深、由點到面，有序探索的過程。

2023年為學(xué)校試點實踐階段，經(jīng)公開征集、自主申報、專家評審，遴選四所具備開源硬件教學(xué)應(yīng)用基礎(chǔ)的學(xué)校進行數(shù)字課程資源開發(fā)與課堂實踐。經(jīng)過多輪方案設(shè)計、課程細(xì)化、課堂實踐、課程優(yōu)化，最終開發(fā)了“校園微型氣象站的設(shè)計和制作”“科技助老：智慧家居設(shè)計與實踐”“新能源AI小車”“清障機器人的設(shè)計與制作”四個課程資源，覆蓋小學(xué)、初中、高中三個學(xué)段，以便在此基礎(chǔ)上進一步擴大實踐研究范圍，形成模板效應(yīng)。

2024年為區(qū)域試點實踐階段，遴選四個區(qū)域的十余所學(xué)校進行項目化課程設(shè)計、開展課堂實踐，涵蓋區(qū)域名校、特色校、加強校等不同學(xué)校，既有城區(qū)學(xué)校又有郊區(qū)學(xué)校。學(xué)習(xí)方式包含信息科技課、綜合實踐課、社團、探究等多種形式，輻射范圍進一步擴大，均衡程度進一步優(yōu)化，課堂模式進一步多樣化，超過千名中小學(xué)生接觸并使用開源硬件進行數(shù)字化項目學(xué)習(xí)。

經(jīng)過兩年的課程設(shè)計與課堂實踐，研究已形成了常態(tài)化的“市—區(qū)—?！比壜?lián)動機制。市級層面重在系統(tǒng)規(guī)劃，做好政策制定與引導(dǎo)、資源整合與分配；區(qū)級層面重在教師培訓(xùn)與實施指導(dǎo)，通過組織培訓(xùn)、交流研討、資源共享等活動，協(xié)調(diào)解決學(xué)校在開源硬件教學(xué)應(yīng)用過程中遇到的問題和困難，提升教師的開源硬件教學(xué)能力和水平；校級層面重在課程的開發(fā)與實施，建立跨學(xué)科的教學(xué)團隊，將開源硬件有機融入日常教學(xué)中，創(chuàng)新教學(xué)方法和手段，促進不同學(xué)科之間的交叉融合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力，切實提升學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)。

4.3" 開源共享，促進教師數(shù)字素養(yǎng)提升

研究推進過程中，秉承開源共創(chuàng)共享的精神，建立了“格物致知”課程資源共享平臺，匯聚中小學(xué)、高校、企業(yè)、機構(gòu)等研究資源，并將研究成果、開發(fā)課程、項目學(xué)習(xí)資源以及不同開源硬件的基礎(chǔ)應(yīng)用資源等在平臺開源共享，幫助教師更好地學(xué)習(xí)新技術(shù)、新裝備的應(yīng)用，打破認(rèn)知心理門檻，快速應(yīng)用、設(shè)計課程。

5" 研究成效

經(jīng)過探索，基于開源硬件的中小學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)培育研究已建立起常態(tài)化運行機制，其間兩輪實踐研究形成了一套課程資源開發(fā)工具，在“格物致知”課程資源共享平臺生成了一批優(yōu)質(zhì)共享課程資源，在多個區(qū)域的中小學(xué)形成了一定影響力，教師對開源硬件這一數(shù)字化教育裝備的掌握程度大大

加強。

5.1" 數(shù)字化教育裝備賦能學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能提升

新課標(biāo)改革致力于提升中小學(xué)生包含數(shù)字素養(yǎng)在內(nèi)的核心素養(yǎng)，提倡學(xué)生從真實生活和發(fā)展需要出發(fā)，從生活情境中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。開源硬件包含功能多樣的傳感器，作為各類生活中數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的接收端，可以滿足學(xué)生基于生活場景解決真實問題的各類差異化創(chuàng)想，提升其知識遷移能力及數(shù)字素養(yǎng)。研究基于不同開源硬件及傳感器、控制器的功能屬性并結(jié)合新課標(biāo)要求，展開教育裝備測試與選型工作，探索不同主題活動的開源硬件與軟件適配，做好開源硬件學(xué)習(xí)與應(yīng)用資源建設(shè)，形成了基于開源硬件的課程開發(fā)工具，賦能學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能提升。以2023年項目校時代中學(xué)的“科技助老：智慧家居設(shè)計與實踐”課程為例，該課程基于科技助老這一生活情境，通過問題鏈引導(dǎo)學(xué)生運用數(shù)字技術(shù)與數(shù)字工具解決特需人群居家生活的各種問題，做到從“好玩”到“有用”的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)了學(xué)生的數(shù)字道德倫理，使他們感知了數(shù)字生活應(yīng)用場景，為跨學(xué)科復(fù)合型數(shù)字人才隊伍培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。該案例在第三十九屆上海市青少年科技創(chuàng)新大賽中榮獲上海市青少年科普促進會專項獎“科教育苗獎”。

5.2" 開放共享的課程資源助力教師突破數(shù)字與技術(shù)應(yīng)用門檻

基于新課標(biāo)的開源硬件課程資源開發(fā)，從裝備賦能的角度重點關(guān)注開源硬件對學(xué)生解決實際問題能力、科學(xué)探究能力以及數(shù)字信息處理能力的培養(yǎng)。項目實施過程中，通過學(xué)校多輪實操迭代，分享相關(guān)資源、案例、資料與數(shù)據(jù)，幫助教師突破新技術(shù)學(xué)習(xí)與教學(xué)應(yīng)用的認(rèn)知心理門檻；通過課程資源共享平臺，幫助教師快速了解開源硬件、學(xué)習(xí)項目化課程設(shè)計、提高數(shù)字素養(yǎng)與技能應(yīng)用能力，盡快將數(shù)字技術(shù)與數(shù)字裝備應(yīng)用到課堂教學(xué)中去，促進教與學(xué)方式的變革，助力教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型。以2023年項目校曹楊二中附屬學(xué)校為例，課程開發(fā)團隊由新教師、未來教師、行政管理人員組成，探索去中心化的課程資源開發(fā)模式、新教師培養(yǎng)培訓(xùn)機制，開放共享的課程資源讓新教師在第二輪課程迭代中快速突破新技術(shù)應(yīng)用門檻；此外，在課堂教學(xué)實踐中，項目團隊運用實證研究的方法，收集課堂前測、后測數(shù)據(jù)，利用錄音、錄像設(shè)備對課堂過程進行全程錄制，第一輪教學(xué)實驗結(jié)束后，對相關(guān)數(shù)據(jù)和資料進行分析，項目成效明顯。

5.3" 靈活低廉的裝備應(yīng)用方案為更大范圍普及普惠提供可能

作為數(shù)字化教育裝備，開源硬件本身價格低廉，應(yīng)用路徑成本低、易復(fù)制、可推廣，教育領(lǐng)域常用的控制器板單價在20～100元，傳感器價格更低，成套的班級基礎(chǔ)配置成本不超過5 000元，對標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用于信息科技、科學(xué)、人工智能課程中的實驗與實踐環(huán)節(jié)具有實際意義。

6" 結(jié)束語

2024年下半年，《義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南》《上海市中小學(xué)人工智能課程指南（試行）》相繼發(fā)布，相關(guān)課程中均存在大量開源硬件應(yīng)用場景?；谡n程需求，開源硬件已納入《上海市普通中小學(xué)校教學(xué)儀器配備標(biāo)準(zhǔn)（試用）》。可以預(yù)見，相關(guān)學(xué)校基于項目生成的開源共享的案例及課程資源，將在更大范圍內(nèi)得到應(yīng)用。

7" 參考文獻

[1] 提升全民數(shù)字素養(yǎng)與技能行動綱要[EB/OL].（2021-11-05）[2024-01-03].https：//www.cac.gov.cn/2021-11/05/c_1637708867754305.htm.

[2] 孫曉莉.中小學(xué)信息技術(shù)課程中學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)的培養(yǎng)策略[J].求知導(dǎo)刊，2024（10）：89-91.

[3] 吳砥，李環(huán)，楊灑，等.教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型背景下中小學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)評價指標(biāo)體系研究[J].中國教育學(xué)刊，2023（7）：28-33.