教育科學規劃2025年度重點課題申報書、課題設計論證求知探理明教育，創新鑄魂興未來?；谔摂M實驗環境的學生科學素養精準評價與人機協同干預研究課題設計論證一、研究現狀、選題意義、研究價值1.虛擬實驗在教育領域的廣泛應用，為學生科學素養培養提供新途徑。隨著科技的不斷進步，虛擬實驗在教育領域的應用日益廣泛。虛擬仿真教學實驗通過計算機技術模擬真實實驗環境和過程，為學生提供了安全、高效、靈活的學習環境。例如，歐倍爾虛擬仿真教學實驗具有安全性高的特點，學生可以在電腦上進行操作，無需接觸危險化學品、高溫設備或高壓電路等，降低了安全風險，還能模擬地震、核反應等在現實中難以實現的實驗場景，提高學生的應急能力和危機意識。同時，虛擬仿真教學實驗具有高效性，能縮短學生的準備時間，快速進行實驗，提供多種實驗模式，如慢動作重放、放大局部細節等，幫助學生更好地理解實驗過程，還能記錄學生的實驗操作過程供教師分析評估。此外，虛擬仿真教學實驗具有靈活性，學生可以在任何地方、任何時間進行實驗操作，只要有一臺電腦和網絡連接即可，還能根據學生的不同需求提供個性化的實驗內容和難度，實現跨地域、跨學校的協同實驗。2.目前對虛擬實驗環境下學生科學素養評價的研究不斷深入，但仍存在不足。目前，對虛擬實驗環境下學生科學素養評價的研究雖在不斷深入，但仍面臨一些挑戰。一方面，虛擬實驗無法完全替代真實的實驗操作，學生無法獲得親身體驗和動手能力的培養；另一方面，虛擬實驗教學需要一定的技術支持和設備投入，對于一些經濟條件較差的學校來說，可能存在資金壓力，且其開發和維護也需要大量的人力和財力投入。3.選題意義在于探索精準評價方法，實現標準教學評價有效聯結，提升科學教育服務質量，促進科學創新人才培養。本課題的選題具有重要意義。在當前教育背景下，探索基于虛擬實驗環境的學生科學素養精準評價與人機協同干預方法，能夠實現標準教學評價的有效聯結。通過精準評價，教師可以更好地了解學生的科學素養水平，調整教學策略，提高科學教育服務質量，為培養科學創新人才奠定基礎。4.研究價值包括理論價值，豐富科學素養培養理論和推動教育技術理論研究；實踐價值，提高教育教學質量、促進教育資源共享和推動教育改革。本課題的研究具有顯著的價值。在理論方面，它豐富了科學素養培養理論，為學生科學素養的提升提供了新的思路和方法。同時，推動了教育技術理論研究，探索虛擬實驗在教育中的應用，為教育技術的發展提供了實踐經驗。在實踐方面，通過精準評價和人機協同干預，提高了教育教學質量，讓學生在虛擬實驗中獲得更多的學習機會和更好的學習體驗。此外，虛擬實驗可以促進教育資源共享，突破時間和空間的限制，讓更多的學生受益。最后，本課題的研究成果將為教育改革提供有力支持，推動教育向更加現代化、智能化的方向發展。二、研究目標、研究內容、重要觀點1.研究目標本課題旨在明確虛擬實驗環境下學生科學素養精準評價與人機協同干預的方法和策略。通過對在線虛擬仿真實驗環境中科學素養多元表現性評價的內容和方法的探索，以及基于生成式AI的人機協同個性化教學干預策略的研究，實現“標準教學評價”的有效聯結，提升科學教育服務質量，促進我國科學創新人才培養。具體而言，我們期望能夠為學生提供更加精準的科學素養評價，幫助教師更好地了解學生的學習情況，從而制定更加個性化的教學干預策略，提高學生的科學素養水平。2.研究內容（1）在線虛擬仿真實驗環境中科學素養多元表現性評價的內容和方法在線虛擬仿真實驗環境為學生科學素養評價提供了新的途徑。我們將研究如何在這種環境下，對學生的科學素養進行多元表現性評價。評價內容將涵蓋學生的實驗操作技能、科學思維能力、問題解決能力等多個方面。評價方法將包括過程性評價和結果性評價相結合，通過記錄學生在虛擬實驗中的操作過程、實驗結果以及與生成式AI的交互情況，對學生的科學素養進行全面評價。（2）基于生成式AI的人機協同個性化教學干預策略生成式AI為個性化教學干預提供了強大的技術支持。我們將研究如何利用生成式AI實現人機協同，為學生提供個性化的教學干預策略。通過分析學生在虛擬實驗中的表現和評價結果，生成式AI可以為學生提供個性化的學習建議和指導，幫助學生提高科學素養。同時，教師也可以根據生成式AI的分析結果，調整教學策略，提高教學效果。3.重要觀點我們認為通過人機協同干預能更有效地提升學生科學素養，實現精準評價與個性化教學的有機結合。在虛擬實驗環境下，學生可以通過與生成式AI的交互，獲得更加個性化的學習體驗。生成式AI可以根據學生的學習情況和需求，為學生提供精準的評價和個性化的教學干預策略，幫助學生提高科學素養。同時，教師也可以通過分析學生在虛擬實驗中的表現和評價結果，調整教學策略，提高教學效果。這種人機協同干預的方式，將實現精準評價與個性化教學的有機結合，為學生科學素養的提升提供更加有效的途徑。三、研究思路、研究方法、創新之處1.研究思路本研究以基礎教育階段核心素養導向的教育政策為指導，構建從評價內容確定到干預策略實施的完整研究路徑。具體而言，通過對在線虛擬仿真實驗環境中科學素養多元表現性評價的內容和方法的探索，明確學生在虛擬實驗中的科學素養表現維度和評價指標。同時，基于生成式AI的人機協同個性化教學干預策略的研究，為學生提供精準的學習支持和指導。2.研究方法文獻綜述：查閱國內外相關研究文獻，了解虛擬實驗教學、人機協同干預以及學生科學素養評價的研究現狀和發展趨勢，為本研究提供理論依據。問卷調查：設計問卷調查，收集學生、教師對虛擬實驗教學效果、人機協同干預策略的評價，分析其在提升學生科學素養方面的作用。實證研究：以實際教學為例，開展虛擬實驗教學實驗，對比分析實驗前后學生科學素養的變化，驗證人機協同干預策略的有效性。案例研究：選取具有代表性的虛擬實驗教學案例，分析其教學策略和實施效果，為構建有效的研究模式提供參考。3.創新之處本研究的創新之處在于探索虛擬實驗環境下人機協同干預學生科學素養的新模式，形成可操作、可推廣的測評工具。具體體現在以下幾個方面：融合新技術：將虛擬實驗與生成式AI相結合，為學生提供更加個性化的學習體驗和教學干預策略。虛擬實驗不受時間、場地、設備等方面的限制，可以提供更多的實驗機會，激發學生學習興趣，提高實驗安全意識。生成式AI則可以根據學生的學習情況和需求，為學生提供精準的評價和個性化的學習建議，幫助學生提高科學素養。創新教學模式：構建基于虛擬實驗的學生科學素養精準評價與人機協同干預模式，注重學生的主體地位，以探究為核心，強調知識的生成過程和學生科學素養的培養。在教學過程中，教師轉變為學生的學習導師和指導者，引導學生進行科學探究的思考和實驗設計。通過設計合適的實驗任務，提供及時的反饋和評價，促進學生的主動參與和自主學習?？刹僮鞯臏y評工具：研究旨在形成一套可操作、可推廣的測評工具，充分發揮評價作為指揮棒的作用。通過對在線虛擬仿真實驗環境中科學素養多元表現性評價的內容和方法的探索，結合生成式AI的數據分析和評價功能，為教師和學生提供準確、全面的科學素養評價結果。同時，根據評價結果，為學生提供個性化的教學干預策略，提高教學效果。四、研究基礎、條件保障、研究步驟1.研究基礎已有相關研究成果和實踐經驗，具備一定的研究團隊和技術支持。目前，關于虛擬實驗在教育領域的應用已有不少研究，如歐倍爾虛擬仿真教學實驗為學生提供了安全、高效、靈活的學習環境；廈門大學醫學虛擬仿真實驗教學中心的開放實驗室為學生提供了提高實驗技能的平臺；多思虛擬實驗環境為教學和學習設計了模擬平臺，涵蓋多個學科領域；虛擬實驗在高中化學探究式教學活動中的應用也取得了一定成果；還有基于虛擬實驗的高中生科學探究素養的培養研究以及通過虛擬實驗室提升學生科學實踐能力的探索教學研究等。這些研究成果為我們的課題提供了理論和實踐基礎。同時，我們擁有一支專業的研究團隊，包括教育技術專家、學科教師等，具備豐富的教學經驗和研究能力。此外，我們還擁有先進的技術支持，能夠為虛擬實驗環境的搭建和人機協同干預提供保障。2.條件保障包括學校和學院的支持、科研經費和技術設備等。學校和學院高度重視本課題的研究，為我們提供了政策支持和資源保障。在科研經費方面，我們積極爭取各級科研項目的資助，確保課題研究的順利進行。同時，我們還擁有先進的技術設備，如高性能計算機、虛擬實驗軟件等，為課題研究提供了技術支持。3.研究步驟分為收集文獻資料、設計問卷調查、開展實證研究、選取案例研究和整理研究數據撰寫報告等階段。首先，我們將收集國內外相關研究文獻，了解虛擬實驗教學、人機協同干預以及學生科學素養評價的研究現狀和發展趨勢，為本研究提供理論依據。其次，設計問卷調查，收集學生、教師對虛擬實驗教學效果、人機協同干預策略的評價，分析其在提升學生科學素養方面的作用。然后，開展實證研究，以實際教學為例，開展虛擬實驗教學實驗，對比分析實驗前后學生科學素養的變化，驗證人機協同干預策略的有效性。接著，選取具有代表性的虛擬實驗教學案例，分析其教學策略和實施效果，為構建有效的研究模式提供參考。最后，整理研究數據，撰寫研究報告，提出基于虛擬實驗環境的學生科學素養精準評價與人機協同干預的有效方法（全文共3861字）教育科學規劃2025年度重點課題申報書、課題設計論證求知探理明教育，創新鑄魂興未來?；谔摂M實驗環境的學生科學素養精準評價與人機協同干預研究課題設計論證一、研究現狀、選題意義、研究價值虛擬實驗環境下學生科學素養評價研究現狀豐富，國內外已開展了眾多相關研究。例如，物理虛擬實驗室利用計算機模擬和虛擬現實技術，為學生提供全新的學習方式和實驗體驗，拓寬了學生的學習途徑，提供直觀和交互的學習體驗，還具有資源共享和合作學習的優勢。虛擬實驗室在教育領域中的應用越來越廣泛，它可以提高學生的實驗能力、科學素養和教學效率。此外，通過虛擬實驗室提升學生科學實踐能力的探索教學研究也在不斷深入，明確了虛擬實驗室在提升學生科學實踐能力方面的作用機制、構建了教學策略模型、建立了評價體系等。虛擬仿真實驗教學作為一種創新的教學手段，不僅為傳統實驗教學帶來顛覆性的改變，而且在解決教學難題、促進人才培養方面發揮著重要作用。它具有真實感體驗、安全性與環保、多樣性實驗場景等特點，助力人才培養，克服實驗設備受限問題、提高實驗效率、強化實際操作能力。高校虛擬仿真教學牽手小學科學素質教育，聯動創新人才培養模式，通過虛擬仿真實驗課堂，讓學生在身臨其境的虛擬世界中自主學習，合作探究，提高數字學習素養?；谔摂M實驗的高中生科學探究素養的培養研究表明，虛擬實驗提供了更多的實驗機會，激發學生的學習興趣，提高學生的實驗安全意識。在全國教育科學規劃項目開題論證會中，“基于虛擬實驗環境的學生科學素養精準評價與人機協同干預研究”課題以基礎教育階段核心素養導向的教育政策為指導，旨在為實現“標準教學評價”有效聯結，提升科學教育服務質量，促進我國科學創新人才培養提供理論框架和技術支持。選題意義重大，隨著科技發展，傳統教育面臨挑戰，虛擬實驗環境為學生科學素養培養提供了新途徑。它有助于實現“標準教學評價”有效聯結，提升科學教育服務質量，促進我國科學創新人才培養。實驗教學集實踐性、探究性、互動性于一體，是提升科學教育質量的重要方式。虛擬實驗環境可以讓學生在不受時間和空間的條件限制下盡可能地深入理解實驗過程和結論，彌補優質教育教學資源不足的狀況。研究價值顯著，理論上豐富和發展科學實踐能力培養理論，推動教育技術理論研究；實踐上提高教育教學質量，促進教育資源共享，推動教育改革。虛擬實驗室為學生提供了豐富的實驗資源和實驗場景，有助于培養學生的動手操作能力、觀察能力、分析能力等科學實踐能力，激發學生的學習興趣，優化教學過程。虛擬實驗有利于學生實現從知識學習到動手實驗的跨越，有利于提高學生的創新能力和綜合實踐能力，能有效提高教學質量。虛擬實驗為高中生科學探究素養的培養提供了新的途徑，對于培養學生的科學思維、科學方法和科學精神具有積極的促進作用。全國教育科學規劃課題在引領教育科研創新、切實解決教育實際問題，深入推動教育理論和實踐發展等方面發揮積極作用。二、研究目標、研究內容、重要觀點1.明確的研究目標本研究致力于探索在線虛擬仿真實驗環境中科學素養多元表現性評價的內容和方法，以及基于生成式AI的人機協同個性化教學干預策略。具體目標包括：明確作用機制：深入探究虛擬實驗室在提升學生科學實踐能力方面的作用機制，為教學策略的設計提供理論依據。構建教學策略：構建適用于虛擬實驗環境的教學策略，提高教學效果，實現個性化教學干預。提供理論支持：分析虛擬實驗環境對學生科學實踐能力的影響，為教育改革提供理論支持，推動科學創新人才培養。建立評價體系：建立虛擬實驗教學效果的評價體系，為教育決策提供依據，確保教學質量的持續提升。2.全面的研究內容虛擬實驗室作用機制研究：深入研究虛擬實驗室在提升學生科學實踐能力方面的作用機制。通過對學生在虛擬實驗環境中的行為和表現進行觀察和分析，了解學生的學習過程和認知發展，揭示虛擬實驗室如何促進學生動手操作能力、觀察能力、分析能力等科學實踐能力的提升。教學策略設計與優化研究：設計并優化虛擬實驗室教學策略。結合學生的認知特點和學習需求，以學生為中心，設計具有科學性、趣味性和互動性的教學策略。增加趣味性元素，如引入游戲化、競賽化等元素，激發學生的學習興趣和動力；保障內容科學性，基于科學原理設計實驗內容，確保準確性和可靠性；強化互動性設計，利用虛擬現實、增強現實等技術，實現學生與虛擬環境的自然交互，提高實驗操作的沉浸感和真實感。根據不同年級學生的認知水平和知識儲備，設計相應難度的實驗，涵蓋多學科領域知識，鼓勵學生運用跨學科知識解決問題，實現跨學科融合與創新。對學生科學實踐能力的影響研究：分析虛擬實驗室對學生科學實踐能力的影響。通過實證研究，對比學生在參與虛擬實驗前后的科學實踐能力變化，包括動手能力、操作技能、創新精神、批判性思維、團隊協作和溝通能力等方面。以實際教學為例，開展虛擬實驗室教學實驗，收集數據并進行分析，為教育改革提供實踐依據。教學效果評價體系研究：構建虛擬實驗教學效果的評價體系。從教學內容、教學環境和教學效果三個方面進行評價。教學內容應具備科學性、實用性、針對性和先進性，貼近學生實際需求，符合學科特點，具有創新性，滿足學生對新領域、新技術的探索需求。教學環境應穩定、安全、舒適、操作簡單、界面美觀且易于操作，與硬件設備兼容性好。教學效果應可評估，通過學生的成績、學習態度、實驗操作技能等方面進行評價和比較，確保對學生的學習產生積極促進作用。3.突出的重要觀點本研究以基礎教育階段核心素養導向的教育政策為指導，強調人機協同干預對學生科學素養精準評價的重要性。在科技飛速發展的時代，傳統教育面臨挑戰，虛擬實驗環境為學生科學素養培養提供了新途徑。虛擬實驗教學具有高度仿真性，能夠模擬真實實驗環境和操作過程，為學生提供安全、便捷、低成本的實驗體驗，有效彌補真實實驗條件的不足。以政策為指導：基礎教育課程教學改革深化行動方案強調了科學素養提升的重要性。本研究以核心素養導向的教育政策為依據，通過虛擬實驗環境中的科學素養多元表現性評價和人機協同個性化教學干預，將育人理念轉化為實際的教育教學行為，促進學生核心素養發展。人機協同干預：生成式人工智能如ChatGPT等為教育帶來重大影響，推動教學模式從“師生”二元結構轉向“師機生”三元結構。在虛擬實驗環境中，人機協同干預能夠充分發揮人類的智慧和創造力與生成式AI的強大能力，構建更加高效、靈活、可控的教學系統。例如，通過提示引導模式，人類提供文本提示，引導生成式AI模型生成特定內容；迭代修正模式中，人類與生成式AI模型進行多次迭代，逐步完善生成內容；共同創作模式下，人類和生成式AI模型共同參與內容的創作過程，發揮各自的優勢。精準評價科學素養：在線虛擬仿真實驗環境為科學素養的精準評價提供了可能。通過對學生在虛擬實驗中的表現進行多維度評價，包括實驗操作熟練程度、數據的精密度和準確度、創新思維和批判性思維等方面，實現對學生科學素養的精準評價。同時，國際比較的視角可以幫助我們抓住研究內容中的多個關鍵詞，逐個突破科學素養的多維度、診斷性評價問題，為實現“標準教學評價”有效聯結提供支持。三、研究思路、研究方法、創新之處1.研究思路清晰，首先收集文獻資料進行綜述，明確研究框架；然后設計問卷調查、開展實證研究和案例研究；最后整理數據撰寫報告。本研究以基于虛擬實驗環境的學生科學素養精準評價與人機協同干預為主題，首先通過收集國內外相關研究文獻，梳理虛擬實驗室在提升學生科學實踐能力方面的研究成果，明確研究的理論框架。接著，設計針對學生、教師及相關教育管理者的問卷調查，收集各方對虛擬實驗教學效果的評價，分析虛擬實驗在提升學生科學實踐能力方面的作用。同時，以實際教學為例，開展實證研究，對比分析學生參與虛擬實驗前后的科學實踐能力變化，包括動手能力、操作技能、創新精神、批判性思維、團隊協作和溝通能力等方面。此外，選取具有代表性的虛擬實驗室教學案例，進行案例研究，分析其教學策略和實施效果，為構建虛擬實驗室教學策略提供參考。最后，整理研究數據，撰寫研究報告，提出研究結論和建議，形成一套完整的理論體系和實踐成果。2.研究方法多樣，采用文獻綜述、問卷調查、實證研究、案例研究等方法。在文獻綜述方面，通過查閱國內外相關研究文獻，梳理虛擬實驗室在提升學生科學實踐能力方面的研究成果，為本研究提供理論依據。問卷調查則設計專門的問卷，收集學生、教師對虛擬實驗室教學效果的評價，分析虛擬實驗室在提升學生科學實踐能力方面的作用。實證研究以實際教學為例，開展虛擬實驗室教學實驗，對比分析實驗前后的學生科學實踐能力變化。案例研究選取具有代表性的虛擬實驗室教學案例，分析其教學策略和實施效果，為構建虛擬實驗室教學策略提供參考。3.創新之處明顯，關涉科學素養的多維度、診斷性評價問題，通過國際比較視角突破；形成可操作、可推廣的測評工具，充分發揮評價指揮棒作用。本研究在科學素養評價方面具有創新之處。首先，關注科學素養的多維度、診斷性評價問題，通過國際比較的視角逐個突破。借鑒國際上先進的科學素養評價方法和經驗，結合我國教育實際情況，構建適合我國學生的科學素養評價體系。其次，致力于形成可操作、可推廣的測評工具。通過對虛擬實驗環境中學生的表現進行多維度評價，包括實驗操作熟練程度、數據的精密度和準確度、創新思維和批判性思維等方面，開發出一套科學、準確的測評工具。這套工具不僅可以為教師教學提供指導，也可以為教育管理者提供決策依據，充分發揮評價指揮棒的作用，促進學生科學素養的提升。四、研究基礎、條件保障、研究步驟研究基礎扎實，已有相關研究成果為課題提供理論依據，課題組成員具備專業知識和研究經驗。目前，國內外在虛擬實驗環境下學生科學素養評價方面已有眾多研究成果，如物理虛擬實驗室的應用、虛擬仿真實驗教學的創新作用、高校虛擬仿真教學與小學科學素質教育的聯動等，這些研究為我們的課題提供了豐富的理論依據。同時，課題組成員由校長、政教主任、團書記、教研組長、班主任、骨干教師等組成，他們長期工作在教育教學的第一線，具有豐富的經驗、很高的科研和實踐能力，完全有信心、有決心圓滿完成此課題的研究。條件保障有力，學院為教師創設良好的溝通合作平臺和科研環境，助力課題研究。（1）人員保障：課題組成員涵蓋了不同職務和專業的教育工作者，他們經驗豐富，具備完成課題研究的能力。（2）資料保障：一方面可以查閱有關圖書資料，下載與課題相關的資料，創建調查表、整理座談會記錄和訪談記錄，參考相關論文和著作；另一方面，學院舉辦的全國教育科學規劃項目開題論證會等活動也為課題研究提供了豐富的資料和經驗借鑒。（3）經費保障：學?？梢员Ｕ涎芯拷涃M，同時向上級主管部門申請部分經費，也可進行自籌經費，確保課題研究的順利進行。（4）科研保障：學院制定了課題管理、學習、研討和激勵制度，定期組織現場觀摩交流活動，開展論文、課例評比，展示優秀成果和先進經驗。同時，學院為教師創設良好的溝通合作平臺和科研環境，如舉辦全國教育科學規劃項目開題論證會，為教師提供了與專家交流的機會，有助于提