摘" "要：在人工智能、虛擬現(xiàn)實、大數(shù)據(jù)等前沿科技持續(xù)突破的浪潮中，科學(xué)教育的內(nèi)涵正經(jīng)歷深刻轉(zhuǎn)型，重心從單純追求學(xué)業(yè)成就轉(zhuǎn)向全面培育科學(xué)素養(yǎng)。與此同時，科研方法亦在經(jīng)歷從經(jīng)驗主義向循證研究的革新飛躍。新技術(shù)為公民科學(xué)素養(yǎng)規(guī)?；囵B(yǎng)與科技創(chuàng)新人才個性化提升、指向數(shù)字化科學(xué)素養(yǎng)教學(xué)的教師專業(yè)發(fā)展、多模態(tài)數(shù)據(jù)支持的科學(xué)教育智能測評改革、科學(xué)教育環(huán)境的智能數(shù)字基座建設(shè)與資源供給聚合四個方面研究提供有力的證據(jù)支撐。然而，新技術(shù)支持的科學(xué)教育循證研究同樣面臨數(shù)字鴻溝和教育公平的迷思、技術(shù)邏輯與價值導(dǎo)向的失衡、數(shù)字身份與真實性的模糊等問題。為此，相關(guān)研究者需對新技術(shù)支持的科學(xué)教育循證研究發(fā)展進(jìn)行反思，并對科學(xué)教育未來研究方向進(jìn)行調(diào)整：關(guān)注科學(xué)教育育人需求，警惕技術(shù)本位意識擾動;推動科學(xué)教育理論創(chuàng)新，構(gòu)建新技術(shù)支持的教育研究實踐指導(dǎo)思想;強(qiáng)化智能倫理與數(shù)據(jù)倫理意識，保障科學(xué)教育研究良性發(fā)展。

關(guān)鍵詞：科學(xué)教育;科學(xué)素養(yǎng);循證研究;新技術(shù);人工智能;教育公平

中圖分類號：G434" " " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " "文章編號：1673-8454（2025）02-0070-09

在建設(shè)科技強(qiáng)國和教育強(qiáng)國的背景下，科學(xué)教育正面臨一個前所未有的轉(zhuǎn)型臨界點?？茖W(xué)教育的目標(biāo)已超越了單純的知識傳授，轉(zhuǎn)向綜合培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與科學(xué)素養(yǎng)。與之相對應(yīng)，教育中的技術(shù)手段也在發(fā)生革新。不同于借助傳統(tǒng)多媒體、常規(guī)實驗室等以課堂講授、定期考試和人工評估為主的舊模式，大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，使得精準(zhǔn)教學(xué)、智能探究、個性學(xué)習(xí)等成為現(xiàn)實，為學(xué)生提供更為豐富且高效的科學(xué)學(xué)習(xí)體驗。例如，整合多種技術(shù)的大規(guī)模在線課程打破傳統(tǒng)的時間和空間限制，為實時和連續(xù)收集全樣本數(shù)據(jù)提供可能;神經(jīng)影像技術(shù)則進(jìn)一步深入至語言和行為層面之下，記錄多維度、復(fù)雜且瞬時的大腦活動數(shù)據(jù)，為理解科學(xué)學(xué)習(xí)過程提供新的視角。上述技術(shù)體現(xiàn)教育領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用之“新”，涉及“教、學(xué)、管、評、測”等各類教育教學(xué)場景，為科學(xué)教育的革新提供強(qiáng)大動力，不僅擴(kuò)展科學(xué)學(xué)習(xí)的范疇，而且賦予科學(xué)教育個性化和智能化的新特征，是實現(xiàn)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)保障。[1]

然而，盡管技術(shù)融合帶來諸多機(jī)遇，但其道路卻并非一帆風(fēng)順。如何平衡技術(shù)進(jìn)步與教育公平之間的關(guān)系，確保技術(shù)支持下的科學(xué)教育質(zhì)量能夠持續(xù)提升，以及怎樣培訓(xùn)科學(xué)教師以適應(yīng)快速變化的技術(shù)環(huán)境，都是亟需解決的關(guān)鍵問題。因此，在這一過程中，循證研究顯得尤為重要。它強(qiáng)調(diào)基于實證數(shù)據(jù)，并審視新技術(shù)在科學(xué)教育中的實際效果，反思如何真正實現(xiàn)科學(xué)教育的目標(biāo)?；诖耍狙芯刻接懶录夹g(shù)支撐下科學(xué)教育循證研究的發(fā)展動因、技術(shù)路徑、實際挑戰(zhàn)以及發(fā)展反思，從而對未來的科學(xué)教育研究方向進(jìn)行前瞻性展望。

一、新技術(shù)支持的科學(xué)教育循證研究

發(fā)展動因

（一）本質(zhì)升格：學(xué)業(yè)成績到科學(xué)素養(yǎng)的焦點轉(zhuǎn)換

科學(xué)教育領(lǐng)域歷來高度重視學(xué)業(yè)成績，尤其以標(biāo)準(zhǔn)化測試作為衡量教育成效的核心標(biāo)尺，直接響應(yīng)教育管理和政策制定者對效率與可比性的迫切需求[2]。盡管這種評價方式便于實施且結(jié)果直觀，但它可能遮蔽教育內(nèi)在的復(fù)雜性，未能充分考量學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展、情感成長及綜合能力的全面提升?？萍歼M(jìn)步促使社會對跨學(xué)科、創(chuàng)新導(dǎo)向的科技人才產(chǎn)生強(qiáng)烈需求，這一變革動力從根本上重塑科學(xué)教育的哲學(xué)基礎(chǔ)——從傳統(tǒng)“知識傳授”模式躍遷至“教育通過科學(xué)培養(yǎng)個體”的新范式，旨在不僅傳輸科學(xué)知識，更引導(dǎo)學(xué)生深刻理解科學(xué)知識在社會生產(chǎn)中的實踐應(yīng)用、發(fā)展軌跡及其社會影響力[3]。此模式強(qiáng)調(diào)在社會互動和文化脈絡(luò)中理解科學(xué)的本質(zhì)，全面推動學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培育，涵蓋科學(xué)內(nèi)容、探究實踐、科學(xué)思維、科學(xué)技術(shù)和社會，以及科學(xué)參與和決策等多個維度[4]。

因此，教育體系從側(cè)重學(xué)業(yè)成績轉(zhuǎn)向全面培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，既是對個體全面發(fā)展需求的直接回應(yīng)，也是對未來導(dǎo)向的科技驅(qū)動社會經(jīng)濟(jì)變革的預(yù)判性部署，標(biāo)志著教育實踐的深刻轉(zhuǎn)型，從應(yīng)試教育的傳統(tǒng)框架轉(zhuǎn)向素質(zhì)教育的現(xiàn)代模式，從單一知識積累向綜合能力開發(fā)的跨越[5]。這一轉(zhuǎn)變不僅限于課程內(nèi)容與評價機(jī)制的表面革新，更是教育理念與實踐策略對新時代需求的主動適應(yīng)與深度融合，力圖在深化與拓寬教育的維度上取得雙線進(jìn)展。在此轉(zhuǎn)型期，科學(xué)教育研究必須積極采用科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、全面深入的實證研究方法，為教育決策提供堅實依據(jù)，持續(xù)優(yōu)化教育實踐，確保培養(yǎng)出能夠引領(lǐng)科技創(chuàng)新、有效應(yīng)對各類挑戰(zhàn)、助力社會可持續(xù)發(fā)展的未來精英。

（二）范式革新：從經(jīng)驗主義到循證研究

在新技術(shù)的催化下，科學(xué)教育研究的范式從單一的經(jīng)驗主義，向多元化、深度化的循證研究邁進(jìn)，這一過程不僅是方法論的迭代，更是對教育本質(zhì)理解的深化。基于經(jīng)驗主義的研究是一種哲學(xué)和方法論取向，其強(qiáng)調(diào)知識來源于感官經(jīng)驗，尤其是通過觀察和實驗直接從現(xiàn)實世界中獲取的數(shù)據(jù)和證據(jù)。這種研究方式起源于近代哲學(xué)中的經(jīng)驗主義傳統(tǒng)，代表性人物包括約翰·洛克（John Locke）、大衛(wèi)·休謨（David Hume）和后來的經(jīng)驗主義者。經(jīng)驗主義范式在教育研究中體現(xiàn)為研究者依據(jù)個人經(jīng)驗、教學(xué)案例及傳統(tǒng)智慧，對教育研究主體及其關(guān)系進(jìn)行理解和評估[6]。然而，這種方法高度依賴于個體判斷，缺乏系統(tǒng)性的驗證機(jī)制，難以確保普遍適用性和教學(xué)效果的優(yōu)化。作為對上述問題的直接回應(yīng)，循證研究逐漸興起，主張教育決策應(yīng)建立在科學(xué)證據(jù)之上，其不僅僅建立在經(jīng)驗觀察的基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)通過嚴(yán)格的科學(xué)方法，尤其是文獻(xiàn)的系統(tǒng)綜述、明確的實驗設(shè)計、合理的數(shù)據(jù)分析等，來生成、評估與整合證據(jù)[7]。循證研究的核心，在于其對“最佳可用證據(jù)”的追求，不僅包括高質(zhì)量的科學(xué)研究成果，也融合教育教學(xué)專業(yè)知識、教育主體特性、教育政策價值偏好及實際情況，形成一個動態(tài)、多維度的決策框架。

（三）技術(shù)突破：多源與多層級數(shù)據(jù)互證的實現(xiàn)

新技術(shù)的突破極大提升教育研究的精準(zhǔn)度和實用性。大數(shù)據(jù)技術(shù)使研究者能夠綜合分析學(xué)生學(xué)習(xí)行為、成績與社會背景，而機(jī)器學(xué)習(xí)等計算方法可以增強(qiáng)教育干預(yù)措施效果驗證的科學(xué)性[8]。此外，數(shù)據(jù)倉庫等技術(shù)可以整合跨學(xué)科數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析工具的優(yōu)化則讓研究人員能夠挖掘數(shù)據(jù)背后的復(fù)雜關(guān)聯(lián);腦科學(xué)技術(shù)，如功能性磁共振成像和腦電圖，為教育研究提供洞察學(xué)習(xí)過程中的認(rèn)知和神經(jīng)機(jī)制的機(jī)會[9]。循證研究不僅豐富教育研究的理論基礎(chǔ)，還為教育實踐提供更為個性化的策略和方法，確保教育干預(yù)措施的針對性和有效性。教育學(xué)、心理學(xué)、社會學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)等多領(lǐng)域?qū)＜业膮f(xié)同作業(yè)，為理解教育現(xiàn)象的復(fù)雜性提供全面視角。在個體層面，通過深入分析學(xué)生數(shù)據(jù)，識別個性化學(xué)習(xí)需求，優(yōu)化教學(xué)策略[10]。在教學(xué)互動層面，通過分析教師策略與教室環(huán)境對學(xué)生學(xué)習(xí)成效的影響，指導(dǎo)教學(xué)實踐的微調(diào)[11]。在教育治理層面，通過數(shù)據(jù)分析揭示政策和資源配置的效果，支持學(xué)校優(yōu)化管理決策[12]。同時，政策執(zhí)行效果的評估為政策制定者提供數(shù)據(jù)支持，推動教育政策的科學(xué)化和公平性。

二、新技術(shù)支持的科學(xué)教育循證研究

技術(shù)路向

（一）公民科學(xué)素養(yǎng)規(guī)?；囵B(yǎng)與科技創(chuàng)新人才個性化提升

科學(xué)教育領(lǐng)域正經(jīng)歷一場深刻的變革，從傳統(tǒng)的知識灌輸模式，轉(zhuǎn)向注重批判性思維與問題解決能力的培養(yǎng)。隨著科技和社會問題復(fù)雜性的加劇，培養(yǎng)具備足夠科學(xué)素養(yǎng)的公民群體變得尤為重要[13]。信息技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是教育資源的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，為科學(xué)教育的普及和深化提供強(qiáng)有力的支撐，使得更多人有機(jī)會接觸和利用高質(zhì)量的科學(xué)學(xué)習(xí)資源。數(shù)字化平臺的普及不僅擴(kuò)大科學(xué)教育的覆蓋范圍，減少地域間的教育資源差異，還為大規(guī)模數(shù)據(jù)收集和分析提供便利，使教育者和政策制定者能基于數(shù)據(jù)優(yōu)化教育策略，持續(xù)提升教育質(zhì)量和效率，推動教育資源的民主化。這不僅可以提升個體的科學(xué)素養(yǎng)，也促進(jìn)社會整體科學(xué)文化的發(fā)展，為社會可持續(xù)發(fā)展和科技創(chuàng)新奠定堅實的基礎(chǔ)。人工智能與大數(shù)據(jù)技術(shù)的融合應(yīng)用，為個性化教育路徑規(guī)劃開辟新的視野。借助對新技術(shù)的深度利用，教育者得以通過分析學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、捕捉學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)，描繪出學(xué)生的個性化特征，并據(jù)此為學(xué)生量身定制符合其特點的學(xué)習(xí)路徑，最大限度地促進(jìn)學(xué)生的技能全面發(fā)展[14]。例如，人工智能技術(shù)能夠依據(jù)學(xué)生在作業(yè)提交及測試成績中的綜合表現(xiàn)，識別并定位學(xué)生的優(yōu)勢學(xué)科領(lǐng)域，推薦學(xué)生參與如科研競賽、實驗室實習(xí)等高階科學(xué)實踐項目，在學(xué)生的優(yōu)勢領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)一步挖掘潛力，提升其科研能力[15]。

（二）指向數(shù)字化科學(xué)素養(yǎng)教學(xué)的教師專業(yè)發(fā)展

隨著科學(xué)教育的持續(xù)演進(jìn)，科學(xué)教師的角色正從傳統(tǒng)知識的傳遞者，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)的促進(jìn)者和技術(shù)的運用者，這對教師專業(yè)發(fā)展提出新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。以生成式人工智能為例，其能夠?qū)崿F(xiàn)教學(xué)方案的動態(tài)生成與適應(yīng)性調(diào)整。具體而言，生成式人工智能可以根據(jù)學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求、學(xué)術(shù)興趣及能力水平，精準(zhǔn)設(shè)定教學(xué)目標(biāo)、定制化教學(xué)計劃、創(chuàng)造教學(xué)資源、組織互動式教學(xué)活動，并開發(fā)針對性的評估工具，為科學(xué)課堂的教學(xué)實施提供一套全面的解決方案。這為科學(xué)教師開展跨學(xué)科、項目式、探究式教學(xué)提供了可靠依托。人工智能技術(shù)也被用于分析教師的教學(xué)過程，教師能及時通過數(shù)據(jù)反饋機(jī)制調(diào)整教學(xué)策略，實現(xiàn)教學(xué)方法的持續(xù)優(yōu)化。例如，某中學(xué)實施的教師專業(yè)發(fā)展項目中，人工智能系統(tǒng)通過監(jiān)控教學(xué)內(nèi)容、互動情況和學(xué)生反應(yīng)，自動生成分析報告，指導(dǎo)教師優(yōu)化教學(xué)模式，不僅顯著提升了教學(xué)質(zhì)量，也改善了學(xué)生的科學(xué)學(xué)習(xí)體驗[16]。過去科學(xué)教師培訓(xùn)往往集中于學(xué)科知識和教學(xué)技能的提升，如今隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是數(shù)字化科學(xué)素養(yǎng)概念的興起，教師必須掌握并熟練應(yīng)用新的數(shù)字工具和教學(xué)策略，以適應(yīng)教育的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。為此，新型的科學(xué)教師專業(yè)發(fā)展項目普遍呈現(xiàn)出多元化的趨勢，廣泛采用如在線課程、互動式工作坊及基于真實案例的學(xué)習(xí)模塊等多種形式，旨在助力科學(xué)教師熟練掌握前沿教育技術(shù)，并將其有機(jī)融入日常教學(xué)活動之中[17]。

（三）多模態(tài)數(shù)據(jù)支持的科學(xué)教育智能測評改革

科學(xué)教育的教學(xué)形式更加多元，涵蓋實驗教學(xué)、探究式教學(xué)、項目式教學(xué)、跨學(xué)科教學(xué)等，評價內(nèi)容也更加關(guān)注學(xué)生的科學(xué)知識、科學(xué)興趣、科學(xué)方法、科學(xué)精神等特質(zhì)，這為科學(xué)教育評價的開展帶來極大挑戰(zhàn)。通過新技術(shù)在科學(xué)教育領(lǐng)域的深度融合，研究者正在嘗試構(gòu)建全面、動態(tài)且個性化的科學(xué)評價體系，以適應(yīng)21世紀(jì)科學(xué)學(xué)習(xí)者的多元化需求。一方面，多模態(tài)數(shù)據(jù)的集成分析為科學(xué)教育測評提供前所未有的可能性。這一轉(zhuǎn)變打破傳統(tǒng)測評對單一數(shù)據(jù)源（如紙筆測試成績）的依賴，轉(zhuǎn)而整合包括行為數(shù)據(jù)（如在線學(xué)習(xí)平臺的交互記錄）、文本數(shù)據(jù)（如學(xué)生的寫作和討論內(nèi)容）、生理數(shù)據(jù)（如通過可穿戴設(shè)備監(jiān)測學(xué)生學(xué)習(xí)時的生理反應(yīng)）等在內(nèi)的多維度信息。數(shù)據(jù)的豐富性使得測評能夠超越知識記憶的范疇，融入學(xué)生認(rèn)知過程、情感態(tài)度、創(chuàng)新能力、問題解決策略等核心素養(yǎng)的評估，準(zhǔn)確描繪學(xué)生的學(xué)習(xí)圖景[18]。另一方面，智能算法與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用，為多模態(tài)數(shù)據(jù)的處理提供強(qiáng)大支撐。通過訓(xùn)練算法模型，教育者能夠從復(fù)雜的數(shù)據(jù)模式中剖析學(xué)生學(xué)習(xí)行為、知識掌握程度及學(xué)習(xí)風(fēng)格，據(jù)此識別學(xué)生的學(xué)習(xí)強(qiáng)項與薄弱環(huán)節(jié)、預(yù)測學(xué)習(xí)趨勢，為及時干預(yù)和個性化學(xué)習(xí)路徑設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。智能測評系統(tǒng)能夠基于學(xué)生的實際表現(xiàn)，自適應(yīng)地推薦學(xué)習(xí)資源和策略，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提升。此外，多模態(tài)數(shù)據(jù)支持的智能測評還可以促進(jìn)評價過程的即時性和交互性，改變過去靜態(tài)、延遲反饋的模式。通過實時數(shù)據(jù)分析，學(xué)生能夠即刻獲得學(xué)習(xí)成效的反饋，了解自身在科學(xué)探究、理論應(yīng)用等方面的具體表現(xiàn)。同時，教育者也能依據(jù)系統(tǒng)提供的深入分析報告，快速調(diào)整教學(xué)策略，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，實現(xiàn)教學(xué)與學(xué)習(xí)的閉環(huán)優(yōu)化。

（四）科學(xué)教育環(huán)境的智能數(shù)字基座建設(shè)與資源供給聚合

智能數(shù)字基座的建設(shè)與資源供給的聚合，重構(gòu)了教育資源的組織模式、分配機(jī)制及利用方式，標(biāo)志著教育環(huán)境正由實體空間穩(wěn)步邁向數(shù)字化、智能化的新紀(jì)元?！侗本┦小笆奈濉睍r期教育改革和發(fā)展規(guī)劃（2021—2025年）》明確提出“建設(shè)智能互聯(lián)的數(shù)字教育基礎(chǔ)設(shè)施”;《上海市教育發(fā)展“十四五”規(guī)劃》亦強(qiáng)調(diào)“全力構(gòu)建教育數(shù)字基座，升級教育數(shù)據(jù)中心，優(yōu)化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系，完善大規(guī)模智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)”?？茖W(xué)教育環(huán)境的數(shù)字基座，作為依托“云、網(wǎng)、端、數(shù)”多元技術(shù)融合的新型基礎(chǔ)設(shè)施，為科學(xué)教育的廣泛普及奠定堅實的基礎(chǔ)設(shè)施支撐。智能數(shù)字基座建設(shè)與資源供給聚合有助于打破地域與時間的界限，將全球范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)科學(xué)教育資源，如數(shù)字化教材、虛擬實驗室、互動探究教程、在線科學(xué)論證論壇、模擬科學(xué)建模等高效整合，以此為學(xué)習(xí)者提供豐富多元、靈活便捷的學(xué)習(xí)選擇，有效突破了傳統(tǒng)教育資源的地域限制，加速了教育公平的進(jìn)程。此外，智能數(shù)字基座憑借強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，深度挖掘?qū)W習(xí)行為數(shù)據(jù)，為教育決策提供了科學(xué)、精準(zhǔn)的支撐。它能夠全面追蹤、記錄并分析學(xué)生的學(xué)習(xí)軌跡，包括學(xué)習(xí)路徑的選擇、互動頻次的分布、任務(wù)完成的速度與質(zhì)量等。這些多維度、深層次的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為科學(xué)教育教師提供反饋證據(jù)，助力其精準(zhǔn)識別學(xué)生的學(xué)習(xí)需求、興趣偏好及潛在挑戰(zhàn)，促進(jìn)學(xué)習(xí)效率的提升[19]。

三、新技術(shù)支持的科學(xué)教育循證研究

現(xiàn)實挑戰(zhàn)

（一）數(shù)字鴻溝與教育公平的迷思：新技術(shù)影響下的科學(xué)教育資源分配

教育公平的核心是保障所有學(xué)生的受教育權(quán)益，無論其社會經(jīng)濟(jì)背景、地理位置、性別或種族如何，都能獲得平等的教育機(jī)會和資源。然而，數(shù)字鴻溝尤其是數(shù)字獲取鴻溝（指不同群體由于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等問題導(dǎo)致的信息、技術(shù)、資源以及知識獲取的差異）阻礙這一基礎(chǔ)目標(biāo)的實現(xiàn)。[20]部分經(jīng)濟(jì)、教育發(fā)達(dá)地區(qū)學(xué)校利用虛擬現(xiàn)實和互動技術(shù)，讓學(xué)生能夠以親歷者的身份直接參與板塊運動的模擬過程，幫助學(xué)生建立對地球變化的形象化認(rèn)知，而欠發(fā)達(dá)地區(qū)學(xué)生只能通過視頻等資料，由自身抽象理解這一概念。經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)校通常擁有豐富的教育資源，確保學(xué)生擁有高質(zhì)量的教育體驗。相反，經(jīng)濟(jì)相對落后地區(qū)的學(xué)校則常常面臨資源匱乏的境地，即缺乏基本的數(shù)字設(shè)施和教學(xué)支持，信息的可訪問性因此受限[21]。此外，數(shù)字技能本身已成為現(xiàn)代教育中的一項關(guān)鍵能力，潛移默化地影響著學(xué)生的成長與發(fā)展。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，學(xué)生通常較早接受計算機(jī)教育，在先發(fā)優(yōu)勢下，擁有更強(qiáng)的復(fù)雜問題處理能力和邏輯推理能力，也為其未來科學(xué)學(xué)習(xí)能力遷移提供競爭優(yōu)勢。而在資源匱乏的地區(qū)，學(xué)生往往無法獲得相同程度的數(shù)字技能培訓(xùn)，缺乏技術(shù)支持與實踐機(jī)會，導(dǎo)致其在信息處理和技術(shù)應(yīng)用上處于劣勢[22]。這種技能差距最終導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)術(shù)成就和職業(yè)生涯中面臨更多挑戰(zhàn)。隨著數(shù)字鴻溝的擴(kuò)大與技術(shù)的縱深發(fā)展，尤其是人工智能等智能化技術(shù)的普及，智能鴻溝愈發(fā)顯著。顯然，技術(shù)的迅速迭代可能導(dǎo)致數(shù)字鴻溝的加速擴(kuò)大，進(jìn)一步加劇教育的不平等。

（二）人文精神的守護(hù)與挑戰(zhàn)：科學(xué)教育中技術(shù)邏輯與價值導(dǎo)向的平衡

科學(xué)教育的進(jìn)步需要在效率提升與人文關(guān)懷之間尋求平衡。新技術(shù)為教育帶來的不僅是方法論層面的革新，更是教育哲學(xué)與價值取向的深層思辨。當(dāng)我們將技術(shù)引入教育場域時，不能將其簡單視作提升教學(xué)效能的工具，而應(yīng)當(dāng)審慎考量其對教育本質(zhì)的影響[23]。

一方面，教育科技的應(yīng)用確實提升了科學(xué)教學(xué)的可及性與個性化水平，但也潛藏著將教育異化為標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的風(fēng)險。這種過度追求效率的傾向可能導(dǎo)致教育實踐陷入“工具理性”的窠臼，而忽視科學(xué)教育中培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和創(chuàng)造力的根本使命[24]。另一方面，數(shù)字化教育工具雖然打破時空限制，卻可能弱化教育場域中不可或缺的情感互動維度，產(chǎn)生師生教學(xué)關(guān)系弱化、身份關(guān)系模糊化、交往關(guān)系虛擬化等問題[25]?？茖W(xué)教育的一項重要目標(biāo)是提升學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感，在認(rèn)識學(xué)科本質(zhì)和學(xué)科價值，理解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境關(guān)系基礎(chǔ)上，逐漸形成對科學(xué)技術(shù)應(yīng)有的科學(xué)精神和社會責(zé)任感。這種深層次的觀念傳遞需要通過真實的師生互動，培養(yǎng)學(xué)生的價值判斷、文化認(rèn)同和情感共鳴能力。過度依賴技術(shù)中介的教學(xué)模式可能會削弱對學(xué)生同理心、協(xié)作能力和社會責(zé)任感的培養(yǎng)[26]。因此，未來教育發(fā)展的關(guān)鍵在于構(gòu)建“技術(shù)賦能”與“人文關(guān)懷”的有機(jī)統(tǒng)一?？茖W(xué)教育決策者需要建立科學(xué)理性與人文精神相融合的科學(xué)教育范式，使技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)于人的全面發(fā)展這一根本目標(biāo)，將技術(shù)創(chuàng)新與人文教育辯證統(tǒng)一，培養(yǎng)具有深厚人文素養(yǎng)和社會責(zé)任感的新時代科技創(chuàng)新人才。

（三）虛擬與現(xiàn)實的交織：科學(xué)教育實踐中的數(shù)字身份與真實性探索

在科學(xué)教育實踐中，虛擬與現(xiàn)實的界限日益模糊，學(xué)生通過數(shù)字平臺和工具不斷構(gòu)建和表達(dá)自己的數(shù)字身份。在傳統(tǒng)教育實踐中，學(xué)生通過基于真實教具的實驗探究獲得手腦統(tǒng)一的具身認(rèn)知理解，在學(xué)生與教師的互動中，教師通過面對面交流和觀察，即可以了解學(xué)生在科學(xué)學(xué)習(xí)中的真實表現(xiàn)。隨著數(shù)字技術(shù)的引入，尤其是在線學(xué)習(xí)平臺和虛擬教具的應(yīng)用，學(xué)生在虛擬環(huán)境中的身份和行為，開始與現(xiàn)實中的身份和行為出現(xiàn)分離和重構(gòu)。這種變化帶來了新的挑戰(zhàn)，即如何確保在虛擬環(huán)境中進(jìn)行的教育活動能夠真正反映和影響學(xué)生的實際能力和素養(yǎng)[27]。在虛擬環(huán)境中，學(xué)生可以自由探索和實驗不同的身份，無需擔(dān)心科學(xué)實驗帶來的場地限制和風(fēng)險可能，這種靈活性有助于其發(fā)現(xiàn)和表達(dá)自我。然而，這種身份的流動性也可能帶來認(rèn)同的混淆，使學(xué)生難以區(qū)分或整合自己在虛擬與現(xiàn)實世界中的經(jīng)歷和身份[28]。此外，虛擬身份的構(gòu)建和表達(dá)往往受技術(shù)平臺架構(gòu)和算法的影響。例如，在虛擬實驗環(huán)境中，所有實驗現(xiàn)象都按照既定程序發(fā)生，當(dāng)學(xué)生采取超出程序設(shè)定的操作行為時，虛擬實驗環(huán)境無法給出真實的反饋。由此可見，這些技術(shù)制約可能限制了身份表達(dá)的多樣性和深度，有時候甚至可能誤導(dǎo)或曲解學(xué)生的自我表達(dá)。在這種背景下，教育的任務(wù)之一是幫助學(xué)生批判性地理解并應(yīng)對技術(shù)對身份構(gòu)建的潛在影響，培養(yǎng)其在虛擬環(huán)境中維持真實性的能力。

四、新技術(shù)支持的科學(xué)教育循證研究

發(fā)展反思

（一）關(guān)注科學(xué)教育育人需求，警惕技術(shù)本位意識擾動

盡管新技術(shù)展現(xiàn)出強(qiáng)大的驅(qū)動力，但其絕不能成為教育的首要導(dǎo)向。因此，在積極推動科學(xué)教育適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展的同時，也必須時刻保持警覺，防范技術(shù)本位意識的潛在干擾?？茖W(xué)教育的本質(zhì)在于科學(xué)素養(yǎng)的培育，而非單純的技術(shù)應(yīng)用或掌握。然而，新技術(shù)與科學(xué)教育實踐的融合有時未能達(dá)到預(yù)期效果，“知識幻覺”可能導(dǎo)致科學(xué)知識的誤導(dǎo)性傳授，“算法偏見”可能削弱科學(xué)教育的服務(wù)質(zhì)量，而“人機(jī)協(xié)同”的不當(dāng)應(yīng)用則可能導(dǎo)致科學(xué)課堂教學(xué)的混亂[29]。這主要歸因于對技術(shù)先進(jìn)性的過度強(qiáng)調(diào)，從而忽視教育的根本目的。當(dāng)技術(shù)立場凌駕于教育立場之上時，教學(xué)內(nèi)容和方式的僵化便成為不可避免的結(jié)果。因此，在新技術(shù)融入科學(xué)教育的過程中，必須充分尊重科學(xué)教育的發(fā)展規(guī)律，避免技術(shù)邏輯對教育決策的過度主導(dǎo)，從而確保科學(xué)教育目標(biāo)的不偏離。首先，通過師生數(shù)字素養(yǎng)培訓(xùn)，提升師生科學(xué)教育主體的風(fēng)險認(rèn)知水平，確保師生具備辨識新技術(shù)在科學(xué)學(xué)習(xí)與教學(xué)實踐中潛藏風(fēng)險的能力。其次，明確界定新技術(shù)在科學(xué)教育中的實踐范疇，確保技術(shù)應(yīng)用不僭越師生的主體地位。例如，在提供學(xué)習(xí)輔助時，應(yīng)避免直接灌輸解決問題的策略或答案，轉(zhuǎn)而采用啟發(fā)式教學(xué)法，為學(xué)習(xí)者提供自適應(yīng)的學(xué)習(xí)支撐體系，以此激發(fā)學(xué)生的深度認(rèn)知需求。最后，強(qiáng)化科學(xué)教育學(xué)科的數(shù)據(jù)根基，減少數(shù)據(jù)偏差的潛在影響。同時，需對算法邏輯進(jìn)行深入優(yōu)化，以根除“算法偏見”對模型效能的負(fù)面效應(yīng)，并增強(qiáng)機(jī)器智能分析與決策的可解釋性，確保學(xué)生、教師及教育管理者能充分理解技術(shù)數(shù)據(jù)和機(jī)器決策的邏輯依據(jù)[30]。綜上所述，研究者在科學(xué)教育的循證研究中應(yīng)時刻保持對技術(shù)本位干擾的警覺，確?？萍嫉膽?yīng)用能夠真正支持和提升教育的育人功能。這要求研究者在技術(shù)應(yīng)用過程中保持對教育人文關(guān)懷的高度敏感性，并具備批判性思考能力，以確?？萍歼M(jìn)步能夠真正服務(wù)于教育目標(biāo)的實現(xiàn)，為學(xué)生的全面發(fā)展提供有力支持。

（二）推動科學(xué)教育理論創(chuàng)新，構(gòu)建新技術(shù)支持的教育研究實踐指導(dǎo)思想

科技自立自強(qiáng)背景下的創(chuàng)新人才自主培養(yǎng)離不開高水平的科學(xué)教育研究支撐，特別是先進(jìn)的科學(xué)教育理念指引和堅實的實證研究支撐。從我國科學(xué)教育研究的發(fā)展歷程來看，專家學(xué)者很大程度上是政策驅(qū)動下，利用以往較為成熟的理論和方法去發(fā)現(xiàn)、分析和解決我國科學(xué)教育改革發(fā)展的現(xiàn)存問題[31]。但從長遠(yuǎn)來看，應(yīng)該從科技創(chuàng)新、社會進(jìn)步、人才培養(yǎng)的現(xiàn)實需求出發(fā)，深刻認(rèn)識和把握教育自身面臨的突出矛盾和問題，加強(qiáng)教育科學(xué)研究的理論創(chuàng)新，以此為教育的改革發(fā)展提供思想指引。首先，構(gòu)建具有鮮明中國特色的新技術(shù)賦能科學(xué)教育研究創(chuàng)新理論體系。剖析我國教育改革與發(fā)展面臨的新形勢與新挑戰(zhàn)，依托新技術(shù)手段獲取豐富多維的證據(jù)數(shù)據(jù)，從中提煉我國科學(xué)教育發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，繼而提煉為系統(tǒng)化的科學(xué)教育理論;以科學(xué)教育實踐問題的識別與解決為核心目標(biāo)，構(gòu)建具有中國特色的科學(xué)教育研究創(chuàng)新理論框架，為全球教育事業(yè)的進(jìn)步貢獻(xiàn)獨特的中國智慧與方案。其次，完善“新技術(shù)支持的科學(xué)教育”研究體系。在此過程中，充分認(rèn)識科技創(chuàng)新在推動科學(xué)教育研究范式轉(zhuǎn)型中的核心作用，利用智能技術(shù)感知科學(xué)教育情境、刻畫科學(xué)教育主體特征、深入挖掘科學(xué)教育內(nèi)在規(guī)律、持續(xù)優(yōu)化科學(xué)教育服務(wù)流程，推動科學(xué)教育研究向數(shù)據(jù)化、智能化方向邁進(jìn)，重構(gòu)科學(xué)教育研究的方法論體系。最后，強(qiáng)化“人機(jī)協(xié)同”科學(xué)教育理論體系的構(gòu)建。明確智能技術(shù)和智能產(chǎn)品在未來教學(xué)、學(xué)習(xí)、評價、治理等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的核心價值，深入探究“人”與“機(jī)器”在教育活動中的角色定位與協(xié)同作用機(jī)制，推動構(gòu)建“人機(jī)協(xié)同支持”的高效科學(xué)課堂教學(xué)模式、個性化自主學(xué)習(xí)路徑、智能化科學(xué)教育評價體系，為未來教育發(fā)展開辟新的路徑與可能。

（三）強(qiáng)化智能倫理與數(shù)據(jù)倫理意識，保障科學(xué)教育研究良性發(fā)展

科學(xué)教育領(lǐng)域正經(jīng)歷一場深刻的變革，從傳統(tǒng)的知識灌輸模式，轉(zhuǎn)向注重批判性思維與問題解決能力的培養(yǎng)。智能倫理是對人工智能技術(shù)應(yīng)用的道德考量。在新技術(shù)大量應(yīng)用于科學(xué)教育研究的當(dāng)下，強(qiáng)化智能倫理與數(shù)據(jù)倫理意識成為確保研究良性發(fā)展的關(guān)鍵。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)在教育領(lǐng)域的廣泛使用，科學(xué)教育研究者面臨著前所未有的倫理挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)不僅關(guān)乎技術(shù)的使用，更涉及如何保護(hù)學(xué)生的隱私、確保數(shù)據(jù)的安全和使用的透明度，以及如何防止技術(shù)應(yīng)用造成的潛在偏見。首先，智能倫理的強(qiáng)化需要從理解人工智能技術(shù)的基本性質(zhì)開始?？茖W(xué)教育研究者應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識到，盡管人工智能能夠提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理分析能力，但其決策過程可能缺乏透明度，且容易受到訓(xùn)練數(shù)據(jù)中存在的偏見的影響。其次，為確保研究結(jié)果的公正可靠，使用人工智能技術(shù)時務(wù)必實施嚴(yán)格的監(jiān)督調(diào)控措施，數(shù)據(jù)倫理的強(qiáng)化亦不容忽視。以腦科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)技術(shù)為例，其數(shù)據(jù)敏感性高，研究者在采集、處理及存儲學(xué)生信息時，應(yīng)采取措施確保數(shù)據(jù)采集合法、獲取明確同意，并對數(shù)據(jù)的訪問權(quán)限與使用范圍進(jìn)行嚴(yán)格界定。同時，科學(xué)教育研究者有責(zé)任向參與者詳盡闡釋數(shù)據(jù)的具體用途，并為保護(hù)其個人信息免受不當(dāng)利用采取適當(dāng)措施。最后，科學(xué)教育研究領(lǐng)域的智能倫理與數(shù)據(jù)倫理建設(shè)，還需聚焦于對技術(shù)潛在影響的全面審視。新技術(shù)迅猛發(fā)展帶來的倫理挑戰(zhàn)的不斷涌現(xiàn)，科學(xué)教育機(jī)構(gòu)及研究團(tuán)隊需構(gòu)建對應(yīng)的倫理審查體系，在尊重個體權(quán)利、促進(jìn)教育公平的同時，通過倫理審視機(jī)制的完善，引導(dǎo)科學(xué)教育研究更好地適應(yīng)技術(shù)變革。

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Evidence-Based Research in Science Education Supported by Emerging Technologies： Origins， Challenges， and Development

Jingying WANG1， Wanqi YANG2， Jianjun GUO1， Lei DU1

（1.Faculty of Education， Beijing Normal University， Beijing 100875;

2.Research Institute of Science Education-BNU， Beijing 100875）

Abstract： Amid continuous breakthroughs in frontier technologies such as artificial intelligence， virtual reality， and big data， science education is undergoing a profound transformation. Its focus has shifted from purely pursuing academic achievement to comprehensively cultivating scientific literacy. Simultaneously， research methodologies are experiencing a revolutionary leap from empiricism to evidence-based research. Emerging technologies provide robust empirical support for research in four key areas： large-scale cultivation of public scientific literacy and personalized enhancement of scientific innovation talents; teacher professional development oriented towards digital scientific literacy instruction; intelligent assessment reform in science education supported by multimodal data; and the construction of intelligent digital infrastructure and resource integration for science education environments. However， technology-supported evidence-based research in science education faces several challenges， including the digital divide and educational equity concerns， imbalance between technological logic and value orientation， and ambiguity between digital identity and authenticity. Consequently， relevant researchers need to reflect on the development of evidence-based research in science education supported by new technologies， and adjust the future research direction of science education： pay attention to the needs of science education education and be alert to the disturbance of technology-based consciousness; promote innovation in scientific education theory and establish a guiding ideology for educational research practice supported by new technologies; strengthen the awareness of intelligent ethics and data ethics， and ensure the healthy development of scientific education and research.

Keywords： Science education; Scientific literacy; Evidence-Based research; Emerging technologies; Artificial intelligence; Educational equity

編輯：王曉明" " 校對：李曉萍

DOI：10.3969/j.issn.1673-8454.2025.02.007

作者簡介：王晶瑩，北京師范大學(xué)教育學(xué)部教授，博士（北京 100875）;楊琬祺，北京師范大學(xué)科學(xué)教育研究院科研助理，碩士（北京 100875）;郭建軍，北京師范大學(xué)教育學(xué)部碩士研究生（北京 100875）;杜蕾，通訊作者，北京師范大學(xué)教育學(xué)部博士研究生（北京 100875）

基金項目：中國科學(xué)院學(xué)部2024年度咨詢評議項目“生成式人工智能技術(shù)賦能科學(xué)教育發(fā)展戰(zhàn)略研究”（編號：211910118）