中小学科学教师数字素养的内涵释义、现状省察与行动框架
作 者：
荆 鹏，东北师范大学教育学部博士研究生，国家公派美国俄亥俄州立大学访问学者
吕立杰，东北师范大学教育学部部长、教授、博士生导师
中小学科学教师是决定校内科学教育质量的关键因素，其数字素养水平关乎新时代中小学科学教育工作的开展成效。发展中小学科学教师数字素养，应以发展科学学科核心素养为根本导向，以满足科学教师专业发展诉求为内在动力，以实现科学课程育人价值为最终目标。发展科学教师数字素养有益于丰富科学学习体验，促进学生核心素养发展；有效弥合数字鸿沟，推进科学教师队伍建设；因应数字时代浪潮，加速科学教育数字化转型。然而，现阶段存在发展观念滞后、培育机制欠佳、评价体系缺位、资源支撑不足等现实问题。据此，从深化顶层设计、强化身份认同、细化评价指标、优化资源环境四个维度，构建促进科学教师数字素养发展的行动框架。
数字时代，科学教师作为影响中小学科学教育质量的关键因素，其数字素养水平关乎中小学科学教育育人成效。2024世界数字教育大会强调，必须把数字素养与胜任力作为教师的必备素养。2025年4月，教育部等九部门印发的《关于加快推进教育数字化的意见》明确指出，“深化人工智能助推教师队伍建设行动，将数字素养融入教师教育课程体系”。教育部早于2022年发布的《教师数字素养》这一教育行业标准，亦为促进教师数字素养发展提供了行动遵循。近年来，围绕如何推进教师队伍建设数字化转型，尤其是发展中小学教师数字素养成为学界关注焦点。有学者立足地域差异探讨乡村中小学教师数字素养，还有学者从具身认知视角、中外比较视角、教育生态学视角等不同研究视域构建提升路径。现有研究虽从多重视角探讨了教师数字素养提升路径，但对科学学科特殊性的关注尚显不足。缘于此，亟待立足科学学科属性，围绕科学课程的性质、理念、目标等明晰中小学科学教师数字素养的内涵特征，并在对其现状的审思基础上，构建发展数字素养行动框架，旨在为中小学科学教师队伍建设和推进科学教育数字化转型提供裨益。
一、中小学科学教师数字素养的内涵释义
学科的特征属性决定了各学科教师数字素养的内涵结构与层次水平，是发展教师数字素养的基本前提。若忽视课程性质、基本理念、核心素养等学科逻辑和认知规律，将不同学段、各学科教师的数字素养目标水平简单等同，则难以实现对其数字素养的有效培育。因此，基于对数字素养内涵的理论溯源，立足学科核心素养、关注教师专业发展、着眼课程育人目标，是发展中小学科学教师数字素养的理论基点。
（一）数字素养的内涵演进
20世纪末以来，信息技术的迅猛发展使技术辅助任务处理能力成为当代个体基本素养构建的核心要素。保罗·吉尔斯特在其1997年著作《数字素养》中界定了数字素养概念，将其定义为正确使用和评估数字资源、工具和服务，以使其应用于终身学习过程的能力，并强调了其作为“基本生活技能”的重要性。近年来，从主要国际组织的数字化战略文件到各国的具体教育政策均体现出对教师数字素养的关注，普遍认同其内涵已从“技术技能”维度，拓展为涵盖数字时代使用技术解决问题所需的知识、能力、意识及责任等维度的综合体系。例如，欧盟于2017年发布的《欧洲教育工作者数字胜任力框架》，从专业参与、数字化资源、教与学、评估、赋能学习者等领域明确了教师数字素养基本维度；为支持框架落地，欧盟基于其“DigCompEdu”研发了“SELFIE”教师数字素养自评工具，形成了从理论框架到实践评估的完整支持体系。我国在推进教育数字化进程中亦十分重视教师数字素养。从2004年《中小学教师教育技术能力标准（试行）》中的“教育技术能力”，2014年《中小学教师信息技术应用能力标准（试行）》强调“信息技术应用能力”，到2022年教育部发布的《教师数字素养》提出的数字化意识、数字技术知识与技能等五个维度的完整框架，既表明我国对于教师数字素养的认知正由“工具技能”向“综合素养”发生深刻转变，又彰显了我国通过提升教师数字素养加强队伍建设，进而推进教育数字化、建设教育强国的战略部署。
（二）中小学科学教师数字素养的基本内涵
相较其他学科，义务教育科学课程是一门体现科学本质的综合性基础课程。科学发展提供了新的科学教育内涵和新的教育方式，在科学教育数字化转型背景下，要求中小学科学教师在数字技术与教学实践的融合过程中需实现技术要素与科学本质的深度耦合，注重在探究实践中培育科学素养。为此，科学教师数字素养应涵盖以下三个维度。
1. 以发展科学学科核心素养为根本导向
新一轮科学课程改革在课程目标、内容、实施及评价等各环节立足学生核心素养的发展，以期满足其终身发展和因应未来社会所需。目前，技术虽在一定程度上丰富了学生对科学知识获取、建构和应用的渠道，却并不必然促进深度学习的发生，尤其是面向严密且逻辑性强的科学知识体系建构，学习者需通过科学推理、论证等认知发展过程才可形成结构化的知识技能。因此，围绕科学学科核心素养发展重新审视科学教师数字素养，在某种意义上，是对数字技术在科学教育中支持科学概念理解、科学观念和探究实践等发展的系统反思与实践前瞻。这要求超越对技术本身的操作性理解，更强调教师能够基于科学学科的知识体系、认知规律和课程目标，合理整合和优化技术工具的应用范式，使其成为促进学生素养发展的有益支撑。
2. 以科学教师专业发展诉求为关键驱动
科学教育环境与教学方式的变革正重塑科学教师的专业角色与能力结构，并对其专业发展提出了新的要求。为此，需以数字素养重新审视科学教师专业素养的现代性。一方面，技术的教育渗透对科学教师的知识权威性提出挑战，其需要教师在技术介入的教育场景中重构科学知识的表征逻辑与教学交互的认知路径。例如，美国新修订的《科学教师培养标准》，强调科学教师应具备运用技术赋能科学教学实践的能力，要求教师能够整合特定的科学技术，以支持所有学生对科学和工程核心概念的理解。另一方面，技术为科学教师专业发展提供了范式转换契机。通过数据驱动的精准教研、虚拟仿真的探究场域等技术工具助力，教师得以消弭时空壁垒深化对科学本质的理解，并在技术中介的教学实践中发展科学教育的实践智慧。因此，科学教师的专业发展应超越线性且静态的发展路径，由数字素养的提升获取多元化学习内容与资源，创新职前与职后专业学习方式，从而推动教师在数字时代中实现主体性生成与学科素养的持续发展。
3. 以发挥科学课程育人价值为意义旨归
秉持立德树人的价值立场、着眼学生全面发展的价值基调，以及面向创新人才培养的价值牵引是中小学科学教育高质量发展的目标指向。而实现这一目标，校内科学教育的关键在于课程建设。《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称“课标”）明晰了素养时代科学课程教学的目标、具体内容，以及通过何种方式实现有效学习、如何提供外部支撑保障。因此，科学教师数字素养并非对传统教学模式的简单复制或重复，而要关注科学课程中的素养立意、思维进阶与迁移应用等育人指向与新时代人才培养的耦合价值，把教育数字化转型中的新理念、新要求、新挑战等融入科学课程实践中，以技术赋能实施差异教学、关注科学学习机会，以及指向素养的评价实施等科学课程育人旨归。概言之，科学教师数字素养的发展是其在教育变革的过程中创新科学教学新范式、培养适应未来挑战与引领科技创新的拔尖创新人才的必然要求。
二、中小学科学教师数字素养的价值旨趣
科学教师数字素养作为数字时代推动科学教学创新与综合评价改革的重要支撑，主要蕴含三重价值旨趣。
（一）丰富科学学习体验，促进学生学科核心素养发展
“课标”指出，“科学教学要以学生认知水平和已有经验为基础，加强教学内容整合，注重教学方法改革。”发展科学教师数字素养一方面可有效促进高质量科学课堂境脉的构建，优化科学教与学环境，如运用仿真实验模拟复杂科学现象、借助数据可视化工具分析科学规律等为学生提供更具探究性的科学学习体验，促进其关键科学思维能力的发展；另一方面为规模化班级授课中关注个体差异、实施差异教学提供重要支撑，如构建以科学探究为核心、基于学习评估的差异化教学模式，通过智能测评、数据分析等手段动态识别学生的科学概念理解、实验探究能力及问题解决策略，有效促进学生核心素养的发展。
（二）有效弥合数字鸿沟，推动科学教师队伍建设进程
当前，数字技术与教育实践在数字资源建设、数字素养以及评价监测等方面还存在扩大数字鸿沟的可能。正因如此，科学教师作为在学校课程实施方案中强化科学教育的关键角色，其数字素养的提升在弥合数字鸿沟，推进科学教师队伍建设等方面意义显著。一是促进科学教育数字资源的有效开发与优化配置，推动线上线下科学教学资源的深度融合。尤其在资源匮乏地区，可高效利用数字实验室、科学数据库、数据可视化工具等弥补探究实验的条件不足，以构建基于真实数据、模拟实验的探究式教学环境。二是能促进教师将技术与科学课程的深度融合，提升专业实践能力和学科素养，加快其从教学新手向专家型教师的转变。三是促进跨学科、跨地域的协同创新。可借助云平台、智能教研系统等，形成科学教育实践的协作共同体，增强科学教师与各学科教师间的沟通协作，促进教学模式创新。
（三）因应数字时代浪潮，加速科学教育的数字化转型
科学教育是新时代教育深化改革的关键组成部分，加速其数字化转型是构建高质量教育体系的重要举措。近年来，国家高度重视科学教育在创新人才自主培养中的关键作用，各级各类主体愈加聚焦为创新人才自主培养创设良好的空间环境。纵观全球主要国家和国际组织在此领域的经验，其不单一指向教育新型基础设施这一“硬实力”为教学空间的硬件升级，还重视科学教师队伍这一“软实力”。例如，在美国，除了持续推进数字化教学工具的普及外，还要求职前科学教师在多样场景中进行有效教学培训，以学习如何进一步在实际教学情景中满足不同学习者的需求；英国则在2023年发布的《小学科学教学指南》中强调，重视科学教师如何因应技术时代使用技术提高科学教学的质量。这表明，科学教育的数字化转型既关乎技术革新，更呼唤教师在数字环境中的创新能力与实践智慧。科学教师数字素养作为保障新时代中小学科学教育工作从“好的开始”走向高质量可持续“长效机制”的核心纽带，对加速科学教育的数字化转型意义重大。
三、中小学科学教师数字素养的现状省察
数据表明，目前我国科学教师在课堂教学资源等方面的教育教学支持较为匮乏，缺乏精准化和专业化培训，信息技术应用等实践性智慧有待加强。为明晰科学教师数字素养在政策推动与实践发展之间存在的现实落差，课题组开展了对全国各地区112节科学课堂实录的编码分析，以及问卷调研与抽样访谈的综合研究。研究发现，当前科学教师数字素养在教学理念、培养体系、评价机制和资源保障等方面仍面临诸多挑战。
（一）发展观念滞后：数字素养主体培育意识有待提高
现阶段全国中小学互联网接入率达100％，数字化教学条件全面提档升级，基本形成了泛在化学习环境。调研发现，仅33.9%的课堂中应用技术工具赋能科学探究，而多数课堂仍以传统讲授或验证实验为主。此外，52.5%的受访教师认为数字化工具主要作用为课件制作等，而非指向探究实践、模型建构等科学认知活动，反映出其数字素养并未与基础设施升级同步推进。同时，技术无用论、技术崇拜倾向、专业发展与数字素养分离等问题，凸显了相关主体对数字素养认知存在的固有局限。
具体而言，一方面，部分教师对技术赋能科学探究、数据驱动科学思维发展的价值认知不足，未充分认识到技术在促进科学概念可视化、提升学生模型建构能力等方面的价值。73.5%的受访教师表示，尽管学校配备了数字实验室等工具平台，由于缺乏相关经验，仍倾向于传统实验教学。其中，教龄15年以上的教师群体对数字化教学的接受度较低，55.7%的教师认为数字化教学增加了课堂管理的难度，而仅32.9%的教师表示愿意主动尝试基于数字技术的教学变革。这在一定程度上揭示了教师群体在数字化适应过程中因代际或经验差异所形成的结构性障碍，其与职业发展惯性较强、前期技术培训不足等因素相关。另一方面，部分学校管理者对科学教师数字素养培育意识的重视不够，往往将其局限于课件制作、实验程序演示等基础技能操作，而较少关注技术在支持数据驱动科学探究、STEM教学及数字化实验教学中的意义。
（二）培育机制欠佳：数字素养职前教育生态尚不健全
目前，我国科学教师数字素养发展尚未形成完善支持生态，其课程设置、实践环节及评价考核机制仍存在不足。一是面向科学师范生数字素养提升的课程培养体系设置并不完善，未充分结合科学课程属性构建素养导向的培养模式。88.1%的教师表示在师范培养阶段主要通过信息技术通识课或自主学习获取相关技能，缺乏针对科学学科的深度整合训练，针对科学探究、模型建构、仿真实验等教学环节的实践能力不足。二是师范生在职前阶段缺乏充足的数字化教学实践机会，导致其数字素养难以在动态、真实的科学教学场景中获得提升。49.0%的教师认为其在职前实习、见习环节中，缺少基于实际科学课堂的技术应用经验，尤其是在实验教学、数据驱动的教学决策等方面的实践探索欠佳。此外，教师资格认定及相关评价环节在数字素养考核方面存在缺失，评价方式仍以纸笔测评为主，还存在实操考核缺乏、评价标准模糊等局限性，削弱了对职前科学教师数字素养的培育力度。
（三）评价体系缺位：数字素养发展外部驱动有待强化
科学规范的评价体系是推动科学教师数字素养提升的重要外在动因。从评价标准来看，教育部发布的《教师数字素养》提供了基本框架，但现阶段尚未建立契合科学课程属性、不同课型需求及科学教学实践要求的数字素养评价体系，导致评价内容、方式等方面存在标准缺失、评价手段和方法过于依赖主观判断、评价实践覆盖面不广等问题。就实践层面而言，一方面，由于评价体系客观性、科学性和操作性不佳，评价结果难以全面反映教师数字素养的真实水平。71.4%的教师认为目前综合考核评价指标中涉及数字素养的部分，以技术操作层面为主，对技术与探究实践、跨学科融合等关键维度的考评不足。另一方面，缺乏数据驱动的追踪监测与反馈机制，科学教师在常态化教学中难以获得个性化指导与成长路径规划。调查发现，仅22.8%的乡村科学教师曾接受过系统的数字素养提升培训，尤其在资源相对匮乏的中西部、乡村地区，科学教师数字素养的持续提升更难以获得有效支持。
（四）资源支撑不足：数字素养培育保障机制亟待完善
科学教师数字素养的发展需要依托外部资源支持，而当前存在资源供给单一、研修体系薄弱、跨部门联动机制缺失等问题，表明软性资源供给仍显不足。具体而言，一是缺乏契合科学学科特点的高质量数字素养培训资源。75.6%的受访教师认为，现有的数字素养培训资源未能与科学学科的课程属性有效结合，尤其是普遍缺乏涉及实验、测量、推理等数字化科学教学的系统培训，使其难以在科学教学中有效整合这些技术工具和满足自身专业发展需求。国外研究也表明，科学教师尽管能应用在线平台、多媒体等数字工具于科学课堂中，但在技术与课程整合的教学技能上却呈现劣势。二是研修共同体与动态教研网络尚不健全，科学教师在数字素养提升过程中缺乏稳定的协同交流平台，导致创新应用难以跨区域或跨校推广，不利于形成持续提升的协作共同体。三是教育行政部门、学校及科技企业间的联动机制尚未健全。资源供给碎片化、分配效率低，使部分地区科学教师获取前沿数字教学资源与专业支持的渠道受限。
四、中小学科学教师数字素养的行动框架
科学思维、科学探究与科学素养观念的改变，必然导致科学教育价值取向的改变乃至整个科学教育的“范式转型”。科学教师作为科学课程的组织者和实践主体，其数字素养受多重因素影响。因此，亟须摒弃以技术操作能力为核心的传统培养模式，从顶层设计的机制保障、教师身份认同的强化，到评估范式的优化，以及资源环境的系统支撑等多个维度构建行动框架（见图1）。这四个维度在目标指向的一致性与机制功能的互补性基础上相互促进，构成支持科学教师数字素养发展的协同行动框架。
（一）深化顶层设计：健全科学教师数字素养培育的保障机制
发展科学教师数字素养需要系统性、全局性的顶层设计与保障机制，以实现各环节协同推进、多元主体协同共育与资源有效整合。
首先，明晰政策导向，强化培育政策支撑。教育行政部门应进一步明确科学教师数字素养在推动科学教育数字化转型中的核心地位，制定科学学科特有的数字技术应用指南和教师研修要求。可确立科学教师数字素养发展标准，以厘清科学教师在教学中应具备的关键维度。同时，设立专项资金支持优质数字资源研发、共享。
其次，汇聚多方合力，构筑培育组织保障。建立由政府牵头、高校和科研院所提供理论支持、中小学校作为实践主体、教育科技企业提供技术赋能的协同育人机制，实现专业化科学教师培养、工具研发和教学实践的有机联动。例如，高校和科研机构应面向科学教育数字化需求和学习者认知规律，积极研发面向科学探究实践的大数据分析工具、虚拟现实科学实验平台等优质数字资源。在中小学校层面，可建立科学教师数字素养实践基地，以跨校、跨区域性教研共同体等方式，为科学教师提供真实科学教学场景。
最后，完善激励机制，加强培育制度支持。应将数字素养纳入科学教师专业成长体系并完善相应认证机制。如职称评审、岗位晋升、评优考核等环节，增加运用数字技术开展科学探究活动设计的能力等关键维度的考察指标。此外，可构建基于学习数据的动态评价系统，追踪教师数字素养的提升情况为其提供个性化反馈，并基于教师不同发展阶段的需求，构建分层分类的差异化培训。
（二）强化身份认同：激活科学教师主体数字素养的价值认知
数字时代，建构科学教师正确的职业认同与激活数字素养的价值认知，需依托其自我身份认同的持续强化，并在科学课程育人价值的框架下确立行动路径。
第一，提升自我效能感，增强在科学教学中技术应用的实践能动性。教师自我效能感的提升意味着其对自身运用数字技术进行教学的信心增强，进而可对学生的科学成就和动机产生积极影响。为此，应注重结合科学学科特点，并使教师能够在真实科学教学场域中，优化与促进概念建构、科学思维和探究实践等科学教学密切关联的数字技术资源选择策略、使用方法，深化其对技术赋能科学教学理解的同时，增强对技术赋能科学教学的能动性。
第二，重塑专业角色定位，构建数字时代科学教育新型教学范式。数字时代，教师的角色重塑应从单向知识传授者转向社会性学习的促进者、数字化科学探究环境的设计者。这要求教师将数字素养视为学科专业素养的有机构成，并在科学课程设计、教学实施与常态化评价过程中，充分利用技术工具优化科学教学策略。
第三，强化数字社会责任，促进公平包容的科学教育数字化转型。一方面应积极引导学生合理选择、使用数字化资源，关注学生在学习过程中科学学习机会的获得，并在教学过程中强化对学生数据素养、计算思维等的培养，以弥合数字鸿沟、推动科学教育的公平普惠发展。另一方面还需强化数字社会责任意识，严格遵循数字化教学活动中的道德伦理规范，关注数据安全、隐私保护及算法公平性问题，推动数字时代科学教育迈向公平包容的可持续发展。
（三）细化评价指标：因应数字技术革新数字素养的评估范式
评估科学教师数字素养应指向科学教育的育人目的，明晰评估的有效性与反馈机制的价值导向。
首先，采用多元评估方式，全景描绘科学教师数字素养画像。科学教师数字素养的评价需超越对技术操作的浅表化考察，立足“以学评教”的学生主体观聚焦学生主体发展的根本需要，转向技术支持下的科学学习多元评价体系。例如，就增值评价而言，应关注科学教师数字素养的动态成长性，评估其在技术赋能科学教学中的适应与进阶能力，考察其在技术融入教学、科学思维培养及跨学科整合等方面的能力发展。此外，还需关注科学教育伦理，即技术嵌入科学教学的合理性，避免其对科学思维发展的异化作用，积极健全科学教师数字素养的综合评价机制。
其次，提供即时科学反馈，增强评价的诊断性与调控效能。科学教师数字素养的发展是螺旋进阶式的发展过程，单次终结性评价难以精准刻画其素养发展轨迹。因此，数字素养的评估应构建基于教学过程的持续监测体系，如通过数据分析等工具手段支持，实现对教师在科学教学过程中数字素养不同维度表征的即时反馈。在此基础上，进一步强化评价结果的导向作用，避免评价反馈机制的单一化，需涵盖教师自评、同行互评以及学生反馈等多维度数据，增强评价的科学性和规范性。
最后，建立动态更新机制，因应技术迭代及时优化评估体系。一方面评估体系需顺应科学课程评价向“教学评”一体化发展的趋势，关注教师在数字化场域的科学教学、学习支持与评价能力的协同发展。另一方面，评估指标应融合国内外科学教育评价的新近研究成果，因应数字技术的迭代及时调整评价维度、方法与指标，减少对结果性和结构性质量的评价与增加过程性评价指标，回应科学教育数字化转型的现实需求，可依托学科专家、教育技术专家与一线教师共同研制科学教师数字素养评价标准，提升其科学性、有效性与可持续性。
（四）优化资源环境：夯实科学教师数字素养培育的底层支撑
聚焦优质科学数字资源的设计、开发与教学场域的优化，可为科学教师数字素养的发展提供内容保障和空间支持，并为其课程规划和设计、建立支持性的学习环境、提高让学生参与有意义内容的效率，以及提高评估学生认知过程和学习成果的能力提供关键保障。
首先，构建数字化教学环境，优化教师数字素养发展的实践场域。数字化教学环境的优化应基于科学课程和学段教学需求，构建兼具交互性、适应性和智能化特征的教学场景，既涵盖硬件设施的升级，更涉及如数据分析、实时反馈等数据要素资源的嵌入，为科学教师开展获取、管理与制作数字教育资源等数字化教学设计、教学实施和学业评价提供基本保障。
其次，加强数字化资源供给，提升资源与科学教学需求的契合度。数字资源的设计、开发过程需因循科学课程的内容逻辑、实践模式和思维培养目标，最大限度规避算法黑箱、数据偏倚、模式固化等风险隐忧与使用阶段可能的工具化倾向。因此，应进一步细化、深化和实化对现有数字平台中科学教育资源生产、分发的审核和机制，提升优质资源的流通与共享效益，并在教学实践中运用多模态资源整合、数据驱动分析、跨平台协作及个性化学习设计等策略，为科学概念的可视化呈现、科学规律的深度理解与科学探究的过程体验等提供重要支撑。
最后，营造良好的数字文化，构建多方协同的数字素养发展生态。这既需依托物质资源层面的革新，更在法制道德规范、数字安全保护，以及数字化协同育人方面对教师提出了更高要求。因而社会、学校与家庭等各方需协同聚力，营造促进科学教师数字素养发展的良好数字文化氛围，促进科学教师在跨学科协同创新的科学教育数字生态中，持续更新其教学理念与实践范式。
来源：《中国教育学刊》