2026年秋季起，全国义务教育阶段中小学将全面实施科学教育“做中学”领航行动。该部署标志着我国探究式科学教育从区域试点迈入全域常态化推进阶段。针对中小学科学教育长期存在的“重知识识记、轻素养培育”问题，领航行动重构课堂范式，立足学生探究需求，引导学生自主提问、实操探究、复盘反思，在实践中建构科学观念、习得探究方法、发展科学思维，以深度探究赋能科学教育提质增效。

一、本土深耕：

二十年探索积淀与常态化落地瓶颈

为适配本次“做中学”全域课改要求、破解科学课堂育人短板，国内科学教育历经二十余年本土化探索与迭代实践，逐步搭建起成熟的育人理念与实施体系，但理念成熟度与课堂落地实效性始终存在显著落差。2001年，教育部联合中国科协启动科学教育专项改革实验，试点范围覆盖全国22个省份数十万中小学生。经过多年迭代打磨，项目逐步构建起涵盖教学范式、内容标准、分层师资培训的完整实施体系，相关改革成果荣获全国基础教育课程改革教学成果一等奖，充分印证了我国“做中学”科学教育扎实的理论积淀与成熟的试点实践基础。

然而二十余年的推广实践表明，优质试点经验始终难以实现全域规模化普及。核心症结在于基础教育资源结构性失衡，优质科学探究资源长期集中于少数示范校，广大普通学校尤其是乡村学校，受实验器材匮乏、观测手段单一、数据精度不足、实验场景固化等客观条件制约，难以开展标准化、深层次、连续性的科学探究活动。常态课堂中的“做中学”大多停留于程序性机械操作，学生仅完成基础动手流程，高阶思维参与度不足，无法实现“以做启思、以探促学”的核心育人价值，致使先进的育人理念难以真正扎根日常课堂。

简言之，做中学落地难，不在理念，不在师资，而在工具支撑不足。

二、现实桎梏：

传统实验下“做中学”的课堂堵点

真正意义上的“做中学”，核心要义是引导学生完整经历“发现问题—提出猜想—实操验证—数据分析—推理总结”的闭环探究过程，在自主知识建构的过程中实现思维进阶与素养提升。这一育人范式对实验教学的真实性、精准性与过程性有着较高要求，而传统实体实验的固有短板会直接割裂科学探究的完整链条，大幅弱化“做中学”的课堂育人实效。

观测手段受限，探究停留于表层现象

多数科学规律蕴含于微观变化与瞬时反应过程中，难以通过肉眼精准捕捉。传统实验仅能呈现直观宏观表象，无法揭示现象背后的内在科学机理。以蜡烛燃烧经典真实实验为例，学生可清晰观察到火焰燃烧、杯壁水雾、石灰水浑浊等外在现象，但无法精准感知燃烧过程中氧气、二氧化碳、空气湿度的动态变化，教师仅能通过理论推演辅助学生理解。人体感官的天然局限，让课堂探究止步于浅层现象观察，即便教师具备深度教学的意识，也受限于实验工具短板，最终只能回归传统讲授式教学。

实验流程固化，自主探究沦为机械实操

传统实验依托固定器材与标准化操作流程，几乎未设置自主调试、方案优化与创新探究的空间。学生无需自主设计实验方案、开展逻辑推演与论证，仅参照实验手册步骤即可完成实操任务。这类课堂看似实现全员动手参与，实则学生思维全程缺位，完全背离“做中学”自主探究、主动建构的核心内涵。一线教学普遍存在学生熟练掌握操作流程、却疏于探究方法的问题，固化的实验模式彻底消解了探究式学习的核心育人价值。

数据支撑薄弱，科学探究缺乏实证根基

实证性是科学学习的核心特质，精准、连续、可追溯的实验数据是开展深度探究的关键支撑。传统实验依赖人工读数、手动记录数据，普遍存在误差偏大、连续性不足、可视化程度低、对比分析困难等问题。缺少可靠的数据支撑，学生的猜想无法有效验证，逻辑推理难以有序开展，实验结论缺乏科学性与说服力，最终形成“做完实验、说不清原理、证不明规律”的教学困境，这也是部分教师倾向于“讲实验、背实验”的核心原因。

综上，传统实体实验的结构性短板，是制约“做中学”教学模式常态化、深度化落地的核心瓶颈，先进的育人理念因缺乏适配的课堂载体支撑，难以转化为真实、有效的课堂育人实效。

三、实践突围：

数字化实验破解课堂困境的育人价值

数字化实验，是以真实实物实验为基础、融合智能传感、自动数据采集、实时数据可视化、全过程轨迹记录等数字化硬件设备开展的实体科学探究活动。其核心本质是适配“做中学”科学教育的现代化真实实验载体，全程依托真实实验对象、真实操作流程、真实物理与化学变化开展探究，通过数字化设备弥补传统实验的观测、记录、数据分析短板，让学生在真实动手实操、真实现象观测、真实数据研判的完整过程中完成探究学习，是真正落地“以做启思、以探促学”育人理念的核心教学形态。

图1  数字化实验典型场景

数字化实验融入中小学科学课堂，是贴合一线教学痛点、适配课改需求的务实教学变革。针对传统实验观测能力弱、测量精度低、试错空间有限、教学辅导泛化等突出问题，数字化真实实验依托智能传感、自动数据采集、全过程轨迹记录等技术优势，有效破解了长期困扰科学探究教学的实操难题，为深度探究课堂的常态化落地提供了坚实支撑。

突破感官局限，实现隐性机理可视化探究

数字化传感器可精准捕捉人体感官无法识别的微观变化与瞬时动态数据，将抽象晦涩的科学规律转化为直观可视、连续动态的数据曲线。以蜡烛燃烧真实实验为例，学生通过传统实体实操积累直观体验、产生认知困惑后，借助数字化传感设备同步开展真实实验操作，实时监测燃烧全过程的气体浓度、空气湿度动态变化，以可视化真实数据支撑猜想验证与逻辑推理，彻底扭转传统实验“凭观察、靠想象、做推演”的浅层探究模式，让科学探究成为有理可依、有据可证的实证过程。

图2  蜡烛燃烧数据变化曲线

打破资源壁垒，保障全员深度试错探究

传统实体实验受器材数量、耗材成本、操作安全等条件制约，多为一次性实操，学生自主试错、优化方案的空间极为有限。同时，城乡、校际实验资源差距显著，乡村学校普遍存在多人共用一套设备、多数学生仅能旁观的问题，全员实操难以落地。数字化实验依托标准化、高适配的传感硬件套件，单套设备可反复用于多组真实实验，耗材损耗可控、设备复用性强，大幅降低常态化真实探究的实施成本。学生可依托实体器材自主搭建实验装置、调试传感参数、优化探究方案，反复开展真实操作试错，有效打破硬件资源制约，缩小区域教育差距，真正实现全员独立参与、全程深度真实探究。

重构课堂范式，搭建数据化实证对话体系

数字化真实实验可全程留存连续、精准、完整的真实实验数据，形成可追溯、可对比、可复盘的实证证据链，彻底扭转学生“观察现象、机械记结论”的被动学习模式。学生依托亲手操作产生的真实实验数据开展差异分析、误差辨析与猜想验证，基于实证开展课堂研讨与思维碰撞，有效培育科学实证意识、批判思维与逻辑推理能力，高度契合科学教育核心育人目标。

图3  教师根据学生实验数据进行讲解

赋能精准教学，实现个性化辅导与过程评价

数字化实验具备全过程轨迹追溯与数据留存功能，可完整记录学生真实操作步骤、参数调整、探究轨迹与实验成果。教师不再单一依托最终实验报告评判学情，可通过全过程真实数据精准定位学生的操作误区、探究卡点与思维盲点，精准把握班级整体教学短板与学生个体差异，让课堂指导从泛化说教转向精准干预、个性化辅导，显著提升科学课堂的教学针对性与实效性。

图4  教师个性化辅导

二十余年一线教学实践充分印证，“做中学”明确了科学教育的育人内核与探究式学习范式，数字化真实实验有效补齐了该模式落地难、提质难、普及难的实践短板，二者高度适配、协同共生，构建起常态化深度真实探究的完整教学实施体系。

四、融合共生：

传统实操与数字化真实实验的协同育人范式

伴随“做中学”科学教育领航行动全域推进，我国中小学实验教学逐步形成传统实体实操与数字化真实实验协同并存、分类适配、融合提质的全新发展格局。受区域教育资源配置差异影响，当前课堂落地呈现明显梯度化特征：基础薄弱学校普遍采用“传统实体实操为主、数字化真实实验赋能为辅”的融合模式，补齐探究深度不足的教学短板；东部沿海及一线城市等教育发达地区，依托成熟的智慧教育建设体系，已实现数字化传感实验装备规模化配置与常态化深度应用，多所标杆学校构建起体系成熟、运行规范的全数字化真实探究授课模式。两种实验形态并非简单的主次依附关系，而是适配不同办学条件、适配不同教学场景的真实育人载体，既可互补融合开展教学，也可独立完成完整真实探究闭环。从课改长远趋势来看，数字化真实实验已成为推动科学课堂提质升级、落实素养育人目标的核心支撑。

传统实体实操夯实感性体验，构建科学探究认知基础

传统实体实验依托实物器材开展真实动手实操，让学生直观感知真实实验现象、亲历完整实体操作流程，在真实动手体验与实物试错调整中积累感性认知、激发探究兴趣、熟悉实验规范。这种具象化的沉浸式真实实操体验，是科学启蒙不可或缺的基础环节，能够为后续精准数据分析、深层机理解读与逻辑推演筑牢认知根基，在基础科学启蒙教学中具备不可替代的育人价值。

数字化真实实验重构探究范式，支撑科学教育高阶提质

相较于传统实体实验侧重表层体验的育人局限，数字化真实实验凭借高精度传感监测、动态真实数据可视化、全过程溯源复盘、可重复安全试错等独特技术优势，系统性破解了传统实验现象隐匿、观测模糊、数据粗糙、难以深度探究的教学痛点。其育人价值不仅体现为实验工具的迭代升级，更推动了科学探究范式的结构性革新，助力课堂认知从传统经验式感性感知，转向现代标准化实证化研判。在教育发达地区，标准化数字化传感实验体系已成为科学课堂标配，可独立完成完整、规范、深度的真实探究教学闭环，充分适配“做中学”高阶素养培育要求。同时，数字化实验套件复用性强、适配多类实体实验场景，能够有效弥合城乡、校际真实实验教学资源鸿沟，兼顾薄弱学校教学提质与优质学校培优发展，是推动科学教育优质均衡发展的核心硬件支撑。

结合区域教学实践来看，当前“做中学”课堂主要形成两类成熟育人形态，适配不同区域教育发展水平、互为补充、协同提质。其一为传统与数字化融合型课堂，广泛适用于普通学校，以传统实体实操积累感性经验、发现认知问题，以数字化传感真实实验完成精准验证与机理深化，实现学生认知逐层递进、稳步提升；其二为全数字化真实探究课堂，主要落地于教育发达地区，依托完备的数字化传感软硬件体系，可独立完成问题提出、实体装置搭建、参数调试、动态真实监测、数据分析、规律总结的完整探究流程，实现全员深度真实实操与高阶思维思辨。相较而言，全数字化真实实验教学模式更契合智慧教育发展大势，是未来科学实体实验教学标准化、规范化、现代化建设的主流方向。

数字化实验的核心育人价值，在于为新时代科学教育改革提供底层赋能与硬核支撑。其依托真实实验场景，搭配自动化数据采集与智能化过程记录，有效规避了传统实体实验人工操作误差大、流程繁琐、过程难追溯、成果难复盘的诸多弊端，将师生从低效、重复的机械读数、手工记录操作中解放出来，让课堂教学重心聚焦于证据辨析、逻辑推理、误差反思与创新设计等高阶素养培育。现阶段，数字化真实实验设备的常态化配置与规范化课堂应用，已成为衡量学校科学教育现代化水平的重要指标，是推动区域科学教育高质量、均衡化、内涵化发展的核心抓手。

结语

历经二十余年本土探索，我国“做中学”科学教育的理念框架与实施体系已趋于成熟，但长期受传统实体实验观测、数据采集等工具短板制约，难以实现全域常态化、深度化落地。在全国“做中学”领航行动全面推进的背景下，课程优化、师资建设、评价革新等配套机制持续完善，而数字化真实实验的规模化普及，恰好补齐了深度真实探究的硬件短板，为理念落地、课堂提质、教育均衡提供了关键支撑。数字化真实实验与“做中学”的深度融合，实现了育人理念与现代化真实教学载体的精准适配，推动科学教学从形式化动手走向内涵化素养培育。依托数字化赋能真实实验探究，科学课堂得以真正实现“动手有思辨、探究有实证、全员有成长”，为新时代义务教育科学教育高质量发展提供稳健的实践路径。

作者：王兆磊
远大教科研究院工程师