【一线经验】人工智能赋能中小学科学实验教学评价云平台的设计与实践

文_曾衡1，2

（1.湖南省岳阳市平江县城北学校；2.西藏自治区山南市桑日县教育局）

针对中小学科学实验教学评价“看不见、评不准、推不动”的现实困境，本研究设计开发了“中华小科学家科技素养网”云平台。平台以千问大模型为核心引擎，构建了“学生自主上传—人工智能智能分析—数据驱动评价”的科学实验教学评价新范式，自动生成涵盖实验实操表现、科学思维素养、五步探究法落实情况、语言表达能力四个维度的个性化评价报告。实践表明，平台有效提升了学生实验参与率，实现了“一生一策”精准评价，教师评价效率提升超90%，为新课标背景下科学实验教学评价的数智化转型提供了可推广的实践路径。

中华小科学家科技素养网界面示例

实验教学是国家课程方案和课程标准规定的重要教学内容，是培养科技创新后备人才的重要途径，也是中小学科学教育不可或缺的实践环节。《教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见》强调“把实验教学情况纳入教育质量评价监测体系，强化对学校实验室建设与管理、实验教学开展情况和实验教学质量等方面的评价。”[1]《义务教育科学课程标准（2022年版）》则明确提出要“构建素养导向的综合评价体系”“综合评价要充分利用信息技术，提高评价的科学性、专业性和客观性”[2]，为中小学科学实验教学评价改革指明了政策方向。与此同时，人工智能技术在教育评价领域的应用持续深化，多模态大模型的成熟实现了对视频、图像等非结构化教学数据的高效解析，为实验操作过程的自动化、智能化评价提供了技术可行性。然而，当前中小学科学实验教学评价仍面临三重现实困境，难以契合新课标要求与教育数字化转型的发展目标。

实验过程“看不见”在班额普遍为40-50人的课堂环境下，教师难以逐一观察每位学生的完整操作流程，学生的探究思维、动手能力等核心素养缺乏有效的记录载体，评价长期停留在“凭印象、靠经验”的粗放阶段。

实验评价“评不准”一名教师面对四五十名学生，逐一撰写个性化实验评语的时间成本极高，期末评价往往沦为套话式评语，难以准确反映学生的真实水平和成长历程。

实验参与“推不动”多数家长缺乏专业指导能力，无法有效引导孩子进行规范操作；学生完成实验后缺少及时反馈与激励机制，参与积极性难以维持。

在此背景下，本研究立足中小学科学实验教学评价的实际需求，以多模态大模型为技术支撑，探索人工智能与科学实验评价的深度融合，构建面向中小学的科学实验智能评价云平台——中华小科学家科技素养网（kejisuyang.cn），推动科学实验教学评价向数字化转型，进而为一线教师减负增效，为学生成长提供精准反馈。

平台设计与开发

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技术架构

平台采用前后端分离的B/S（浏览器/服务器）体系结构，核心技术选型如下：后端采用Laravel 12、CatchAdmin v5模块化框架，前端采用Vue 3、Tailwind CSS实现移动端优先的响应式设计；人工智能引擎搭载Qwen和DeepSeek两大模型协同工作，其中Qwen对学生上传的视频、图片等作品进行多模态解析并生成即时评价报告，DeepSeek则对恒星教学评智能体中各个评价维度的获星数量、综合总评等级分布、需改进项、考查成绩等数据进行综合分析，输出图表解读、教学建议与阶段性评价报告；云存储采用阿里云OSS并开启SSE-KMS服务端加密，访问链接为15分钟时效的签名URL。此外，平台开发过程中借助DeepSeek大模型等生成式人工智能辅助编程，有效降低了技术门槛。

平台整体架构分为4层：用户层（多终端适配，支持手机、平板、电脑等设备访问）、应用层（提供上传管理、人工智能分析调度、评价生成、数据看板等服务）、人工智能引擎层（Qwen负责多模态分析，DeepSeek负责生成阶段性评价报告）、数据层（对象存储服务，存储图片、视频等非结构化资源文件；MySQL关系型数据库，存储账号信息、实验任务、作业提交、操作日志等固定格式标准业务数据；JSON数据文件，存储学生实验全过程指标、人工智能智能分析原始特征等多维动态学情数据）。各层级通过HTTPS/TLS 1.3加密信道通信，以保障数据传输的安全性。

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人工智能分析引擎设计

实验类型及其评价内容

教材实验主要评价各学段的实验环节完整性与准确性、实验操作规范性、五步探究法（提出问题—作出假设—设计方案—实施实验—得出结论）落实情况、小组合作表现、语言表达能力等。

科学实践类活动主要评价内容完整性、科学规范性、创意表现、小组合作表现、语言表达能力和画面质量等。

提示词设计原则

证据锚定原则严格以视频真实画面、操作流程、语言表达作为唯一评价依据，避免人工智能主观臆断。

学段适配原则根据不同年级课程标准要求动态调整评价标准与评语措辞。

结构化输出原则要求人工智能按照固定格式输出评分与评语，便于系统解析[3]。

对提示词进行多轮迭代测试后，最终形成的综合评价报告包含4个方面，即实验实操表现、科学思维素养、五步探究法落实情况和语言表达能力，报告末尾附个性化的教师成长寄语，实现“一生一策”精准评价。

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功能模块

建立平台九大模块功能体系如下。

“我的作品”模块学生使用手机号注册并绑定学校，支持提交教材实验与科学实践活动两类作品，每次可上传1张图片或1段视频，操作简便。

“人工智能分析”模块借助Qwen深度分析学生提交的图片与视频，自动生成包含多维度评分与个性化评语的专业评价报告。

“多维荣誉榜单”模块自动生成“校内榜单”和“地区总榜”，将优秀作品纳入“范例展示”库和“发现千里马”精品库，发挥示范引领作用。

“学校管理数据看板”模块实时展示各年级、各班上传作品数量、人工智能分析覆盖率、评价平均分等信息，为精细化管理提供数据支撑。

“作品查新”模块通过人工智能比对技术，自动检索专利数据库，进行相似度分析，生成查新报告，为科技创新竞赛选拔提供数据支持。

“恒星教学评智能体”模块通过Webhook机制打通数据通道，教材实验人工智能评分达7.0分及以上自动推送2颗星，科学实践活动达4.0分以上自动推送1颗星，同时借助DeepSeek大模型自动生成阶段性评语。

“项目式学习”模块借助真实有趣的任务，引导学生协作探究，以丰富的可视化成果完整呈现学习收获，既适配课堂教学与科技创新备赛，也便于各校交流展示推广优质实践成果。

“科技素养节”模块收集全校学生科学实验专项测评数据，展示学生参与趣味实验闯关活动细节。

“科教动态”模块汇集前沿科教资讯，深耕科普宣传推广，推送教研、赛事与科技前沿内容，追踪行业发展脉搏，为区域科学教育发展提供信息支撑。

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学生隐私保护

平台面向未成年人提供服务，严格遵循《中华人民共和国个人信息保护法》《中华人民共和国未成年人保护法》《中华人民共和国数据安全法》《儿童个人信息网络保护规定》等法律法规，建立数据全生命周期隐私保护机制。具体措施包括数据收集最小化（注册仅需监护人手机号码）、个人信息去标识化（公开页面仅显示脱敏姓名）、分级访问管理（学生、学校管理者、运维人员权限严格隔离）、传输与存储加密（HTTPS/TLS 1.3、OSS SSE-KMS加密、15分钟时效签名URL）、第三方数据管控（合同禁止人工智能服务商使用学生数据训练模型）、数据留存与删除规则（毕业或注销6个月缓冲期后彻底删除）等。

应用实践与效果

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典型应用场景

课堂实验学生在学校智慧实验室分组开展科学实验前，使用平板设备登录该平台，即时录制整个实验过程。录制结束后，Qwen在数秒内生成评价报告，教师据此即时开展讲评纠错，实现课堂实验“做—拍—评—改”一体化，解决实验教学评价滞后问题。

学生分组开展实验并录制

家庭亲子科学实验学生使用家长的手机或平板等设备，拍摄在家开展实验的过程并上传至该平台，Qwen在数秒内生成分析报告，形成“实验—反馈—改进—再实验”的良性循环。其中，“范例展示”栏目的视频为家长提供了操作参考，亲子实验质量明显提高。

科学实验专项监测在校园科技素养节开展全校性科学实验专项测评，各年级统一选定实验项目，组织全体学生参与。测评可根据校情灵活安排，规模较大的学校可采取分年级错峰模式，在2-3天内有序完成；规模较小的学校可在1日内有序完成。以作者所在学校为例，学校建有智慧实验室，配备20套视频拍摄设备，单次可供20名学生同步开展实验，单人实验操作时长5分钟，每小时可完成240人次测评，全校学生在1日内即可完成测评。测评结束后，平台将自动汇总测算各年级实验操作合格率、优秀率及全校综合测评数据，精准量化全校学生科学实验操作水平，为当地教育部门研判区域学生科技素养学情、优化科学教学部署提供完整数据支撑。

教师实验教学评价管理教师通过数据看板实时掌握班级实验参与情况与人工智能评分分布，学期末恒星教学评智能体自动生成阶段性评价数据，大幅减轻教师的评价工作负担。

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运行数据分析

截至2026年5月，平台已覆盖岳阳市9个区县，活跃学生达663人，累计上传实验作品2521件，生成人工智能评价报告1223份。项目先后在平江县、岳阳县科学教师培训活动及岳阳市强基工程推进活动中进行专题介绍，获得一线教师高度认可。

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应用成效

学生参与度显著提升榜单激励与案例引导促使更多学生主动参与科学实验，实验完成率明显提高，学习积极性增强。

评价精准性大幅改善人工智能从多个维度提供详细反馈，评语不再千篇一律，能够客观反映学生的优势与不足，助力因材施教。

教师工作负担显著减轻传统模式下，教师为1个班级（约45人）撰写个性化评语需6-8小时；借助人工智能生成评价初稿后，教师仅需30分钟即可完成复核优化，整体工作效率提升超90%。

家校协同更加顺畅家长通过案例视频掌握指导方法，通过评价报告了解孩子科学素养发展状况，家庭实验质量明显提升，家校育人合力进一步增强。

创新点

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即拍即评，实现全场景覆盖

将过程性评价延伸至课堂、课后、家庭等场景，实现“即做、即拍、即评”，破解传统评价滞后、不便记录等难题。依托人工智能实现多模态智能分析，全面覆盖科学实验教学全场景，构建“过程可视、评价精准、成果可溯、家校共育”科学育人新范式。

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榜单关联入库，智能星级奖励

学生作品评分会自动同步至校内榜单和地区总榜，作品会被择优选入范例展示库，通过恒星教学评智能体自动赋予星级，建立起“榜单比拼、精品示范、星级激励”的长效成长机制。

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人工智能开展辅助开发，教师自主创新

本项目运用生成式人工智能辅助编程，验证了一线教师借助人工智能工具自主开发科学教育教学应用平台的可行性，为科学教师教育技术创新提供了参考。

展望

尽管平台整体运行已趋于成熟，但在实际教学应用场景中仍存在一些问题，如部分光线较暗或画面模糊的实验视频可能导致分析误差、移动端的拍摄上传功能与部分机型存在兼容性问题、平台规模化落地与大范围推广仍存在现实瓶颈。未来，将针对上述问题对平台进行持续优化：引入视频预处理技术强化画质修复能力，并持续迭代模型提示词；开发实验室专用平板客户端，提升实验教学评价的即时性与操作流畅度；在后台增设各省、市、县地区学校管理员权限，开放校级管理员批量导入本校学生名单、快速完成学生账号开通与信息录入功能，高效适配全国各地区中小学科学实验教学评价、学期全员实验监测等需求，助力平台在全国范围的普及应用，推动区域乃至全国中小学科学实验教学评价数字化、规范化发展。

参考文献

[1] 教育部关于印发义务教育课程方案和课程标准（2022年版）的通知[EB/OL]. (2022-03-25)[2026-5-28]. https://hudong.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202204/t20220420_619921.html.

[2] 教育部关于加强和改进中小学实验教学的意见[EB/OL]. (2019-11-20)[2026-5-28]. https://www.gov.cn/gongbao/content/2020/content_5492518.htm

[3]卢宇，余京蕾，陈鹏鹤. 基于大模型的教学智能体构建与应用研究[J].中 国电化教育，2024（7）：99-108.

本文系湖南省教育科学研究工作者协会中小学教育教学重点课题“基于家校协同育人的小学科学课后实验资源开发和实施策略研究”（XJKX25A069）研究成果

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来源 | 《中国科技教育》2026-3

编辑 | 张雨晴

审校 | 孟想、若惜