教育元宇宙创新赋能中小学科学教育：作用机理、理性检视与纾解路.docx

教育元宇宙创新赋能中小学科学教育：作用机理、理性检视与纾解路径

摘要：基于新技术不断革新与教育改革的背景，第三代互联网技术在教育领域的应用——教育元宇宙，为中小学科学教育的数字化转型提供了新思路。本文提出，教育元宇宙赋能中小学科学教育具有以下作用机理：①高沉浸感，具身科学学习体验；②扩充资源，丰富科学学习环境；③激发创造，拓展科学学习思维。同时本文指出，教育元宇宙赋能中小学科学教育面临内容虚拟、课程匹配、实践操作和教师角色四大现实检视，需着眼于强化内容精准构建、促进学科技术融合、优化实践操作体验和增进教师素养培育四大发力点，积极推进中小学科学教育的改革与创新发展。

中图分类号：G434文献标识码：A论文编号：1674-2117（2025）02-0065-05

教育元宇宙赋能中小学科学教育的作用机理

教育元宇宙是一个与现实世界映射与交互的虚拟世界，具备沉浸感、去中心化、开放性、隐私性等特点。这些特点使得教育元宇宙技术能够为中小学科学教育提供全新的平台和空间。产业界将元宇宙底层支撑技术分为六大类，即网络及运算技术、物联网技术、区块链技术、交互技术、电子游戏技术和人工智能技术。[3]教育元宇宙技术赋能中小学科学教育，应充分考虑基础性、综合性、科学性的学科特点，借由数字技术搭建起科学教育数字化转型的通道。

1.高沉浸感，具身科学学习体验

具身认知理论强调要以自然的身心状态参与到教学活动中，通过具身的交互和感知体验进行学习，实现与环境、资源等要素的耦合和动态演化。[4]在教育元宇宙的框架下，高沉浸感技术为学生打造了一个前所未有的具身科学学习体验。通过虚拟现实技术的深度应用，学生仿佛穿越至真实的科学现场，置身于原子结构的微观世界，或是亲眼见证细胞分裂的奇妙过程。这种高度沉浸的学习环境，让学生得以亲手操作虚拟实验器材，直观观测实验现象在虚拟空间中的动态变化，并自主调整实验条件以探索不同的科学结果。这种具身的参与学习方式，不仅极大地增强了学生对科学知识的直观理解，还使他们能够深入科学原理的核心，把握其精髓。这种教学模式不仅大幅提升了学习效率，还有效培养了学生的自主学习能力和问题解决技巧，为他们的全面发展奠定了坚实基础。

2.扩充资源，丰富科学学习环境

教育元宇宙技术的融入为科学课程学习提供了前所未有的资源扩充途径，极大地丰富了科学学习环境。在传统教学模式中，学习资源受限于实体资料、实验室设施及实物展示，而教育元宇宙则跨越了这些物理限制，将全球科学资源汇聚于一体化的虚拟空间内。学生无需踏出校门，就能接入国际顶尖科研机构的虚拟实验室，实时远程观测数据，乃至投身于跨国科学项目的虚拟协同研究。这样的资源汇聚，使学生不仅紧贴科学最前沿，还通过模拟实操、数据分析及虚拟实地考察等途径，沉浸式体验科学探索的全流程与方法论。此外，教育元宇宙平台上的科学教育资源，巧妙融合了多媒体与交互式技术，如立体动画、VR实景展示及互动问答系统，让抽象的科学理论变得生动具体，易于理解。学生可根据个人学习进度与兴趣偏好，灵活选择学习内容，享受定制化学习体验。同时，教育元宇宙支持的多人在线合作模式，让学生能与世界各地的同龄人即时交流科学议题，加速了知识的全球流通与共享。

3.激发创造，拓展科学学习思维

科学思维是科学学科核心素养的重要构成部分，其模型建构、推理论证、创新思维等要素是学生学习科学必备的关键能力。[5]教育元宇宙将给教学场景、教学交互、教学模式等带来新的变化，即通过具身参与、自由交互、数字连接，打造超现实的虚实融合教学环境，激发学生的好奇心、想象力和创造力，培养学生的科学素养和创新探究能力。[6]在教育元宇宙的虚拟空间中，学生可以不受现实世界的物理法则限制，自由构建科学模型，设计实验方案，甚至创造全新的科学理论。这种无拘无束的创造环境，鼓励学生大胆假设、小心求证，培养了他们的批判性思维和解决问题的能力。通过参与教育元宇宙中的科学创新项目，如虚拟科学实验设计、未来科技产品原型开发等，学生能够亲身体验从创意萌芽到成果实现的全过程，深刻理解科学创新的价值与意义。教育元宇宙还支持模拟创业环境，让学生以团队形式，从市场调研、产品设计到营销推广，全方位体验科技创新的商业化路径，从而培养他们的团队协作能力和创新创业精神。更重要的是，教育元宇宙的科学学习环境鼓励学生跳出传统思维框架，进行跨学科的思考与探索。

教育元宇宙赋能中小学科学教育的理性检视

1.教育元宇宙的内容虚拟检视

2.教育元宇宙的课程匹配检视

教育元宇宙以其高度沉浸式和交互性的特点，为中小学科学教育提供了全新的可能性。但虚拟内容的创作往往受到技术、资金、人才等多重因素的制约，导致内容创作者在设计和制作虚拟内容时难以完全契合课程标准的要求。一方面，可能由于技术限制，某些科学现象或实验无法在虚拟环境中得到准确呈现；另一方面，