科技赋能教育的 “新生长”

一、引言：教育数字化转型的时代语境

（一）政策驱动与技术变革的双重逻辑

习近平总书记将教育数字化定位为 “开辟教育发展新赛道和塑造教育发展新优势的重要突破口”。从技术层面看，人工智能、元宇宙等重构知识传播时空边界，全球教育科技市场规模从2015 年 1650 亿美元增长至 2023 年 3820 亿美元，年均复合增长率 11.2% ，技术对教育的渗透已从工具层面向生态层面跃迁。

（二）教育范式转型的现实需求

传统课堂教学存在“三重矛盾”：标准化教学与个性化需求、知识传授与能力培养、封闭课堂与开放学习的矛盾。教育部部长怀进鹏指出，知识创新加速时代，教育需重构人才培养逻辑，将 AI、数字化等转化为教育变革内生动力，这不仅是技术升级，更是教育理念、模式、评价体系的系统性重构。

二、教育技术应用的多维价值体系

（一）知识可视化：从抽象符号到沉浸式体验

VR 技术在几何教学中构建空间认知情境。如用 VR 模拟 “长方体展开与折叠”，学生可 360^∘ 观察12 条棱的连接关系；通过 AR 技术将平面图形“平移旋转”动态演示，如三角形绕顶点旋转 90^∘ 的轨迹，使抽象的图形变成知识的直观呈现。

（二）学习动机激发：从被动接受到主动探索

游戏化学习能提升参与度。国内某教育平台 “数学大冒险” 课程，通过积分、徽章和组队竞技，将 “ ^：*7×8^： ” 等算式转化为 “魔法闯关” 任务，学生连续学习时长平均增加 2 倍，口诀记忆留存率提高 38% ；“数字农场” 游戏中，学生抢答分数比较题获取种子道具，让数感训练更有趣。

（三）资源普惠化：打破教育的时空藩篱

疫情期间在线教学体现技术普惠价值。某乡镇小学通过 “云端数学课” 同步参与上海名校 “植树问题” 教学，乡村与城市学生共在虚拟数轴模拟植树间隔，校际解题思路差异率明显降低；北京海淀区教育平台“数学绘本共读”功能，让偏远地区学生实时参与“几何图形童话”互动，课堂提问频次有很大提升。

（四）素养结构化：信息能力与自主学习的协同发展

小学“数学信息素养”课程中，学生完成“校园操场面积测量” 项目，用地图软件获取比例尺、计算器验证面积，某小学试点后学生数据验证效率提升，测量误差率下降；“数学错题本”APP 根据答题轨迹生成“分数约分强化训练”，计算准确率大幅提升。

（五）互动智能化：构建多维度教学反馈网络

智能交互技术正在重塑课堂关系。智慧课堂系统可以实现 “三重互动”：师生通过答题器实时完成“20 以内加减法”速算比拼、生生用在线画板协作绘制“班级数学思维导图”、AI 助教自动批改竖式计算并标注进位错误。这种互动使课堂参与度显著提高，教师对学生计算漏洞也能快速定位。研究表明，高频互动课堂中学生的知识内化效率更高。

（六）模式创新化：从线性教学到生态重构

混合式学习模式展现出显著优势，特别是混合式学习在统计教学中成效突出。例如采用“微课预习条形统计图 + 直播完成班级身高数据汇总”模式的班级，学生数据分析能力评分可以提升 25% ；AR 技术在位置与方向教学中模拟“校园寻宝”，学生扫描实景获取坐标提示，对“东南西北”方位的掌握程度有所提升。

三、教育技术的创造性应用模式

（一）虚拟仿真实验教学系统的深度应用

小学数学 “VR 测量实验室”可模拟“不规则物体体积测量”，学生通过倾倒虚拟水到量杯中，观察液面变化计算体积，从而提高实验正确率；模拟“圆的周长与直径关系” 虚拟实验，学生拖拽不同直径的圆滚动，直观发现 “周长总是直径的 3 倍多”，突破 π 值理解难点。

（二）跨学科项目式学习的技术赋能

在线协作工具为跨学科学习提供支撑。例如在研究小学“校园数学步道”跨学科项目中：学生用 Excel 记录步道长度数据，用 Scratch编程模拟步道上的“植树问题”动画，教师通过平台实时指导数据可视化呈现。成都七中开展的“未来城市”项目中，学生用 Minecraft 教育版构建虚拟城市模型，综合运用多种学科知识，教师通过平台实时监控指导，学生的综合应用能力得以提升。

（三）3D 打印与创客教育的融合创新

数字制造技术激发创造潜能。小学“数学创意工坊”课程中，学生用 Tinkercad 设计“对称图形笔筒”，通过3D 打印制作实物。在 “立体几何存钱罐”项目中，学生设计带有正方体、圆柱体组合的模型，应用表面积计算知识，融入对称美学，空间思维能力显著提高。

四、教师数字素养的重构与发展

（一）教育数字化转型中的教师角色迭代

在技术赋能的教育生态中，教师正从“知识传授者”向“学习设计师”转型，要求教师具备“五元素养结构”：教育情怀是根本，终身学习是动力，信息素养是基础，创新思维是关键，人文关怀是灵魂。调查显示，具备完整素养结构的教师，其技术融合教学更有效。如用“虚拟抛硬币”程序演示 1000 次抛币实验，将概率统计原理转化为可视化数据图表，体现“学习设计师”角色，学生测试得分比传统讲授要高。

（二）跨学科协作与沟通能力

STEAM 课程设计中，教师需与学科教师、科技专员协作，提升课程实施效果；还需掌握与家长的技术沟通技巧，如通过在线家长会解读学生学习数据报告。

1. 技术融合教学的创新能力

教师需具备“技术教学法知识”（TPACK）框架，能选合适技术解决教学问题。如小学图形与几何课用 AR 技术模拟“展开与折叠”，学生“拆解”虚拟正方体礼盒观察展开图规律，空间想象能力要比传统教学更有提升空间。

2. 数字化教学问题的解决能力

建立 " 故障树分析 " 思维至关重要 —— 当在线课堂突然断网时，能迅速判断是硬件问题（如路由器故障）、网络问题（如带宽不足）还是平台问题（如服务器过载），并采取相应预案。

五、未来展望：教育技术发展的新图景

（一）人工智能与教育的深度融合

未来三年，AI 在自然语言处理、计算机视觉、强化学习方面将实现突破，生成式 AI 将推动个性化学习内容创作普及，降低教师备课负担。

（二）教育元宇宙的生态构建

中长期看，教育元宇宙将形成 “三层架构”：基础设施层、平台层、应用层。届时，学生可在元宇宙中参加“全球虚拟学校”，与不同国家的学生共同完成跨国项目。例如，在“气候变化解决方案” 课题中，中国学生可通过元宇宙与非洲学生合作采集虚拟气候数据，在虚拟联合国环境署进行方案答辩。

（三）脑机接口技术的教育应用

远期，脑机接口可能引发教育革命：学生佩戴轻便设备即可将知识以神经信号形式直接导入大脑皮层，实现 “体验式学习”。例如，学习“万有引力定律”时，系统可模拟宇航员在不同引力场中的身体感受，使抽象理论转化为具身认知；历史课上，通过脑机接口重现古代战场的声音、光影甚至气味，形成多感官记忆。但技术应用需建立严格伦理框架，强调技术应服务于“自主学习权”。

六、结论

教育技术演进是对教育本质的回归与创新，推动教育从 “知识灌输”转向 “素养培育”。未来科技与教育融合呈 “双向赋能” 特征，需构建协同生态。把握技术本质、坚守教育初心，才能推动教育 “新生长”，实现教育强国愿景。

参考文献

1. 王芳 . VR 技术在小学数学空间观念培养中的实践研究 [J].中国电化教育，2024 （2）： 105-110.