学校科创教育学习空间构建与应用的实践研究

教育部办公厅《关于加强中小学人工智能教育的通知》 ^[1] 指出，科创教育与人工智能已成为社会进步的关键力量。学校教育需适应这一趋势，培养具备创新能力和科技素养的人才， 科创教育学习空间为学生提供了实践和创新的平台，有助于提升动手能力和创新思维，推动教育模式改革。国内外已开始重视科创教育学习空间的构建，但在具体实施等方面仍需进一步探索。本研究旨在探讨如何有效构建和应用科创教育学习空间，以提升学生的创新能力和科技素养，为区域内学校提供参考及借鉴。

一、学校科创教育学习空间构建的背景与意义

（一）时代背景

习近平总书记在党的二十大报告中指出：“坚持为党育人、为国育才；全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，聚天下英才而用之”[2]。科学思维和创新素养的培养对于国家教育人才竞争力的提升至关重要。我校聚焦早期发现和培养全球化的创新人才，鼓励学生用知识去创造，发现潜能、启迪思维、融合创新，致力创办一所以创思为特质的高品质小学。通过构建沉浸式的科创教育学习空间，激发学生对科创知识的浓厚兴趣，培育其创新意识与实践能力。

（二）构建意义

1. 提升学生创新能力。通过构建科创教育学习空间，提供实践平台，激发学生的创新思维和动手能力。

2. 促进跨学科融合。科创教育学习空间支持多学科交叉，帮助学生整合不同领域的知识，提升综合解决问题的能力。

3. 推动教育模式改革。科创教育学习空间的应用推动传统教育向探究式、项目式学习转变，增强学生的自主学习能力。

4. 培养未来人才。通过实践研究，培养具备创新能力和科技素养的人才，适应未来社会需求。

（三）学校科创教育学习空间建设的必要性

1. 传统科创教育学习空间往往注重知识的传授和技能的训练，而忽视了对学生创新思维和实践能力的培养，进而导致学生在面对实际问题时缺乏解决策略和创新思维。

2. 科创教育学习空间的构建，能为学生提供更加开放、互动、个性化的学习环境，激发学生的创新思维和实践能力，提高教育质量。

二、学校科创教育学习空间构建实践

（一）目标与原则

1. 构建目标

（1）打造沉浸式学习环境。通过技术创造视觉、听觉等多感官的沉浸式学习环境，让学生仿佛置身于真实的场景之中，激发学生的学习兴趣和好奇心。

（2）助力认知结构转化。将抽象的科学概念、宇宙空间等具象化，通过三维模型、动画等方式直观展示，帮助学生更好地理解科学知识。

（3）增强互动性和参与性。通过手势、语音等方式与虚拟环境进行交互，增强互动性，学生更加主动地参与到学习过程中，提高学习参与度和目标达成度。

（4）变革数字化时代学习方式。打破地域限制，使学生可以在不同地点进行远程协作学习，使得学习更加高效便捷，探索构建符合数字化时代的全新学习模式。

2. 构建原则

（1）基于人本主义：注重学生的真实需求和实践体验。

（2）安全环保意识：确保空间的安全性和环保性。

（3）开放融通理念：促进不同学科、不同领域之间的融合及创新（4）智能高效作用：利用 AI 智能技术提升空间的使用效率。

（二）构建与实施过程

1. 打造“四场馆 + 三体验区”的特色科创教育学习空间。积极引入航天科技元素，以其强大的创新力和无限的探索精神为灵感，精心打造融合场馆特色的科创教育环境和科学美空间。

（1）航天馆：全国唯一一个拥有卫星测控站的小学航天馆，学生在学校就能体验到航天一线工作人员的日常，近距离地领悟航天精神，感受航天科技魅力。

（2）人工智能馆：通过 AI 数字人、VR 交互式眼镜、AR 平板、对话机器人等数字设备，打造沉浸式航天科创实践应用场景。

（3）3D 打印馆：内设“马良神笔、数字陶泥、数字建模、穿越魔镜、数字智造、美食智造、巧手乐园”等七个功能区，配备多种型号3D 打印设备，学生可建模打印航天模型。

（4）工程技术馆：配备锯床、磨床、钻床、锣床、铣床、木工、金工、钳工等设备，供学生开展工程技术实践活动，将自己的创意物化。

（5）建设VR 飞碟体验区、梦天舱体验区、神舟飞船返回舱体验区。通过模拟真实的太空环境，让体验者身临其境地感受飞碟飞行、空间站生活、飞船返回等场景，激发他们对宇宙探索的好奇心和求知欲。

2. 建设 AI 智慧教室、AI 音乐教室、AI 运动小站，利用人工智能技术，打造智能化、个性化、多元化的学习环境空间，提升教学效率，促进学生全面发展。

（1）建设AI 智慧教室。利用VR/AR 等技术，打造沉浸式学习环境，提升学生学习兴趣和参与度。提供智能备课、课堂互动、作业批改等功能，减轻教师负担，提高教学效率。利用AI 技术分析学生学习数据，提供个性化学习方案和资源，实现因材施教。

（2）建设 AI 音乐教室。利用 VR/AR 等技术，打造沉浸式音乐体验，拓宽学生音乐视野。提供智能作曲、编曲等功能，激发学生音乐创作灵感，培养音乐创造力。利用 AI 技术进行音准、节奏等音乐素养的智能评测和训练，提高音乐教学效率。

（3）建设 AI 运动小站。利用体育测试项目，增强体感游戏、虚拟现实等技术，打造趣味运动体验，激发学生运动兴趣。根据学生身体状况和运动目标，制定个性化运动方案，提高运动效果。利用 AI技术进行运动姿态分析、运动数据监测等，提供科学运动指导，避免运动损伤。

三、学校科创教育学习空间应用实践

（一）应用模式

1. 课堂教学应用：跨学科融合与智能技术支持

（1）项目式学习与真实情境创设

航天馆、工程技术馆等空间通过模拟真实场景（如卫星测控、工程建造），支持以问题为导向的项目式学习。

（2）AI 技术赋能个性化学习

AI 智慧教室和 AI 音乐教室通过智能硬件（如自适应学习引擎、虚拟仿真技术）实现学习路径定制。例如，AI 系统可根据学生课堂数据动态调整教学难度，或在音乐创作中通过算法生成个性化作曲建议，契合“智能技术支持的四维学习空间模型”。

2. 社团活动应用：创客文化与协作创新

（1）创客空间驱动自主实践

3D 打印馆和人工智能馆作为创客空间的核心，提供开源硬件、编程工具等资源，支持学生以兴趣为导向开展自由创作。

（2）主题式社团与跨年级合作

问天特色社团课、AI 编程课等以主题划分，吸纳不同年级学生参与。例如，高年级学生主导火箭模型设计，低年级学生辅助数据记录，形成“老带新”的协作模式。此类分层活动设计参考了校本教材中“三个维度课程设置”（基础、拓展、社团活动）的理念，兼顾普及性与深度。

（3）社会资源联动与成果展示

结合教育部“科学副校长”制度，邀请航天院士、高校 AI 专家参与社团指导，并通过科技节、校园展览展示学生作品。搭建学生作品展示平台，学生可在此分享项目成果，激发持续创新动力。

3. 竞赛培训应用：精准化训练与资源整合

（1）竞赛导向的专项课程开发

针对“青少年科技创新大赛”等赛事，工程技术馆可开设结构设计、编程算法等专项课程，结合3D 打印馆快速原型制作，形成“设计－验证－优化”闭环训练。此类模式与“科学教育实践基地”建设方向一致，强调实践与理论结合。

（2）实验操作与高阶能力考核

教育部要求将实验操作纳入学业评价，该校的科创教育空间可通过虚拟仿真技术模拟竞赛中复杂环节，训练学生的应急处理与逻辑推理能力，契合“实验操作考试侧重观察、操作、思维能力”的政策导向。

（3）专家团队与数据化反馈

科创教育空间通过“课堂－社团－竞赛”三级联动，科创副校长与校外导师组成 AI 创新委员会，实现了从知识传授到创新能力培养的进阶，帮助学生优化项目方案，体现“智能技术提升教学评价精准化”的应用场景。基于教育部“区域科学教育中心”模式，整合高校、科技企业资源，探索虚拟现实与实体空间的深度融合，构建更立体的教育创新生态。

（二）应用案例

1.AI 智慧教室中的个性化配套教学实施

在 AI 智慧教室中，教师利用人工智能技术进行个性化数学教学。教室配备了智能学习系统，能够实时分析学生的学习数据，包括答题速度、正确率、知识点掌握情况等。系统根据这些数据为每个学生生成个性化的学习路径和练习题。

2.AI 音乐教室中的创新社团活动

在音乐创作社团中，利用 AI 音乐教室中的智能作曲软件和虚拟乐器，学生们可以创作属于自己的音乐作品。社团活动每周一次，学生们在教师的指导下学习音乐理论、作曲技巧以及如何使用 AI 工具进行音乐创作。通过这种创新的社团活动，学生们不仅提升了音乐素养，还学会了如何利用AI 技术进行艺术创作。

3. 工程技术馆中的机器人竞赛培训

学校利用工程技术馆中的先进设备，为参加各级各类青少年机器人竞赛的学生提供专项培训。培训内容包括机器人设计、编程、调试以及竞赛策略等。3D 打印机制作了机器人的部分零件，并通过编程实现了机器人的自动控制。经过数周的培训，学生们的机器人设计和编程能力得到了显著提升。

（三）应用效果分析

1. 提高学生创新素养

（1）提升学生实践能力。通过航天馆、3D 打印馆、工程技术馆等实践性学习空间，学生亲手操作设备，完成从设计到制作的全过程。例如，在 3D 打印馆中，学生设计并打印出自己的创意作品，不仅掌握了3D 建模技术，还培养了空间想象力和动手能力。

（2）推动跨学科知识融合。AI 智慧教室和人工智能馆为学生提供了跨学科学习的机会。例如，在 AI 智慧教室中，学生通过编程控制机器人完成特定任务，将数学、物理、计算机科学等学科知识融会贯通，提升了综合运用知识的能力。

（3）提升问题解决能力。在 AI 音乐教室和 AI 运动小站中，学生通过创作音乐作品或设计智能运动方案，培养了创新思维和解决问题的能力。例如，学生在 AI 音乐教室中利用 AI 工具创作音乐，不仅学习了音乐理论，还激发了艺术创造力。

（4）培养团队合作与沟通能力。在社团活动和竞赛培训中，学生通过小组合作完成任务，提升了团队合作和沟通能力。例如，在机器人竞赛培训中，学生分工合作，共同设计、编程和调试机器人，培养了协作精神和领导力。

2. 促进教师专业发展

（1）提升教师教学能力。在 AI 智慧教室、人工智能馆等学习空间中，教师利用先进的数智技术工具进行教学，提升了数字化教学能力和跨学科教学能力。

（2）提升教师科研与创新能力。教师在科创教育学习空间中，不仅开展日常学科教学，还参与科研项目和创新活动。例如，教师结合在基于科创教育学习空间课程的开放与实施中凝练科研项目，提升了自身的科研能力和创新思维。

3. 推动学校特色发展

通过构建科创教育学习空间，有利于学校打造特色教育品牌，提升学校竞争力。同时，促进校企合作与资源整合，推动学校教育改革创新。

四、研究结论与展望

（一）研究结论

1. 学习空间打造是基础。通过“四场馆 + 三体验区”的科创教育学习空间构建，结合“课堂－社团－竞赛”三级联动模式，我校探索出一条以沉浸式环境为基础、跨学科融合为核心、智能技术为支撑的有效路径。

2. 学生主动探索是核心。通过 AI 技术实现资源个性化匹配，结合创客空间的自由创作环境，激发学生主动探索与创新动力。

3. 教师角色转型是关键。教师在科创教育空间中从“知识传授者”转变为“学习引导者”和“项目协作者”，通过跨学科课程设计与科研实践，推动自身专业能力的全面提升。

（二）研究展望

1. 持续优化学习体验。探索虚拟现实（VR）、增强现实（AR）与脑机接口等新兴技术在科创教育空间中的应用，进一步优化沉浸式学习体验。

2. 构建长效评价机制。针对科创教育学习空间的应用效果，需建立涵盖学生创新能力、教师发展、学校影响力的多维评价体系，避免成果评价的短期化与片面化。

3. 推动城乡教育均衡化。研究如何将科创教育学习空间的构建模式推广至薄弱地区，例如通过云端共享、远程协作等方式缩小城乡教育差距。

科创教育学习空间不仅是技术工具与物理环境的叠加，更是教育理念与创新生态的重构。随着教育数字化转型的深化，科创教育学习空间将推动更多学校，实现从“知识传授”到“创新能力培养”的跨越，为培养早期拔尖创新人才提供坚实支撑。

参考文献：

[1] 教育部办公厅 .《关于加强中小学人工智能教育的通知》[Z].中国北京：2024-11-18.

[2] 习近平 .《中国共产党第二十次全国代表大会》重要讲话 [Z].中国北京：2022-10-16.

[3] 北京市发改委.《北京市推动“人工智能 + ”行动计划（2024—2025 年）》[Z]. 北京市发展和改革委员会：2024-07-18.

[4] 教育部办公厅 .《中小学科创教育工作指南》[Z]. 中国北京：2025-1-14.

作者简介：张炜（1992-），男，汉，成都中小学二级教师，硕士研究生毕业，研究方向：体育教学