120年校史下的科学教育突围：开封高中“三维三阶·四维联动”创新实践

——河南省开封高级中学基础教育创新案例

在教育“双减”与科技强国战略叠加的背景下，河南省开封高级中学（以下简称“开封高中”）作为一所拥有120年办学历史的百年名校、首批河南省普通高中科技特色多样化发展示范校，紧扣“立德树人”根本任务，以课程重构、师资建设与实践创新为抓手，系统构建“三维三阶·四维联动”科学教育体系，形成了可推广的高中科学教育创新模式，为基础教育阶段的科学育人提供了鲜活的实践样本。

一、案例基本情况

开封高中始建于1902年，累计培养出14位两院院士。学校现有科学类教师68人，配备有6间标准化实验室及“AI+科学”主题实验室。学校开发了“钱学森实验班”“院士专家科普讲堂”等特色课程，构建了“三维三阶·四维联动”的科学教育体系，实现了科学教育从理念到行动、从课堂到社会、从知识到素养的系统跃升。

二、创新亮点和做法

（一）课程体系创新：构建“三维三阶”立体化课程图谱

学校打破传统学科壁垒，以“三维（国家、校本、实践三类课程）支撑，三阶（基础巩固—能力提升—创新拔尖）递进”为核心，构建覆盖数学、物理、化学、生物、信息技术、地理六大领域的科学教育课程图谱。

1.国家课程：夯实“三维”基础层，筑牢“基础巩固”

严格落实科学类学科课时要求，创新实施“实验探究+问题导向”教学模式。依托标准化实验室足额开设探究性实验课，形成“理论学习—实验验证—实践应用”的教学闭环。

2.校本课程：强化“三维”提升层，推进“能力提升”

创新“竞赛—强基—裸分”培养路径，构建“基础—专题—冲刺”三级竞赛课程体系，由资深教练团队实施“一对一指导+阶段性测评”精准培养。邀请杜祥琬、张兴栋等院士专家开展讲座，年均惠及学生千余人。

3.实践课程：拓展“三维”拔尖层，冲刺“创新拔尖”

搭建“实验探究—项目设计—成果转化”课程链，开发特色课程。引入国际化信息技术课程，以CCC、USACO等竞赛为导向开设算法、编程专项课，提升学生科创能力。

（二）教学模式创新：推行“三融合”高效教学范式

1.学科融合：打破知识壁垒，培养系统思维

突破文理界限设计跨学科项目，培养学生系统思维。如“校园碳中和方案设计”项目融合数学数据分析、物理能量转化、化学物质循环、生物生态平衡及地理环境规划等多学科知识，引导学生提出减排方案。

2.知行融合：强化动手实践，深化知识理解

自主研发“简易电动机”，帮助学生直观理解电磁感应原理；生物学科持续十余年开展模型制作活动，学生利用彩泥、纸板等简易材料构建细胞、DNA双螺旋结构模型。

3.技术融合：借力 AI 工具，化解教学难点

与北京大学-TBI人工智能教育研究联合实验室共建人工智能教育基地。物理学科借助虚拟实验平台展示卫星变轨过程，学生可调整参数观察天体运动变化；数学学科运用几何画板动态解析函数图像，实现抽象知识的可视化教学。

（三）协同育人创新：构建“家校社校”四维联动生态

1.校校合作：链接高校资源，提升教育高度

与北京大学、东北师范大学等5所高校共建实践基地，组织学生进入高校国家重点实验室，亲身体验前沿科研设备。与北京大学联合开发“AI+数学”“AI+物理”等融合课程，通过“双师课堂”模式，实现高校专家线上授课与校内教师线下辅导的有机结合。

2.校社协同：联动社会力量，丰富实践场景

深化“馆校合作”，与河南省科学院、开封市科技馆共享资源，组织学生参与科研体验；邀请企业设立“科技创新奖学金”，并聘请企业技术专家参与课程设计，确保课程内容贴合行业前沿。

3.家校共建：凝聚家庭合力，营造育人氛围

成立家长科学教育委员会，定期举办“科学开放日”“亲子科创赛”；通过家长会、线上科普推送等方式普及科学教育理念，凝聚家校共育合力。

三、实践中遇到的问题及破解办法

1.学科资源不均衡问题：统筹资源，补齐短板

针对优秀教师分布不均、实验设备更新慢等问题，学校设立科学教育专项经费，年均投入不低于学校年度预算的15%；同时积极争取企业捐赠设备、设立专项基金，有效补齐资源缺口。

2.教学方法固化问题：多维驱动，推动革新

面对部分教师沿用传统讲授模式、跨学科教学推进难问题，学校构建“培训+指导+激励”体系，每年选派教师参加全国性科学教育交流与跨学科培训；设立“科学教育专项奖励基金”，激发教师教学创新积极性。

3.校外实践资源受限问题：内外联动，扩大覆盖

针对研学活动覆盖窄、专业设备不足的问题，学校申请专项经费购置无人机、GIS工作站等设备，扩建校园气象站；同时积极开发校内实践资源，实现“内外联动、虚实结合”。

四、取得的成效

（一）学生创新能力显著提升

学科竞赛方面：2024年，在数、理、化奥林匹克竞赛中共获省级奖项60项，同时斩获地球科学奥赛金奖2项、银奖1项；2025年，地球科学奥赛再添金、银奖各1项，数、理、化、生四科奥赛获省级奖项47项，获全国高中生创新能力大赛一等奖4项、二等奖8项，省级一等奖106项。

科技创新方面：2023年，获国家级科创奖项1项、省级一等奖3项；徐鹏展同学的研究项目《新型调味凝珠设计研究》获得国家实用新型专利授权。

（二）教师专业素养持续增强

获省级以上教学竞赛奖23项，指导学生获国家级奖15项、省级奖93项；《简易模型玩转深奥规律》《基于核心素养的低成本高中物理实验研究》等8篇论文发表于核心期刊；生物学科《探究环境因素对光合作用强度的影响》入选“全国中小学实验教学精品课”。

（三）学校品牌影响力不断扩大

获评“北大-TBI人工智能教育基地”“河南省AI教育示范基地”；“院士专家科普讲堂”“钱学森实验班”已成为特色品牌；学校与北大联合申报“AI+教育评价”省部级课题。

五、可提炼的经验与启示

（一）坚持立德树人，锚定育人方向

将价值引领融入教育全过程，依托院士校友资源，通过科普讲堂、“科技强国”主题班会等活动，让学生感受科研工作者的责任与担当，实现科学素养与家国情怀的协同培养。

（二）重构课程体系，适配学生需求

以学生成长为核心构建“基础—提升—拔尖”的课程层级，既夯实全体学生的科学基础，又为学有余力的学生提供拓展空间，实现课程与学生发展需求的精准适配。

（三）创新教学模式，激活学习主动性

以“学生为中心”打造“三融合”教学范式，通过学科融合引导学生整合知识解决真实问题，通过知行融合激发探索热情，通过技术融合借助AI工具降低学习门槛，推动学生从“被动听讲”转向“主动探究”。

（四）强化协同育人，拓宽教育边界

打破校园围墙，整合高校、企业、家庭与社会资源，构建四维联动育人生态，为学生打造开放多元的学习环境，形成全社会支持科学教育的良好格局。

六、下一步发展计划

（一）深化课程与师资建设

完成《开封高中科学教育校本教材》编写，开发“AI+学科融合”课程，建设虚拟仿真实验室；组建“科学教育名师工作室”，实现科学类教师轮训全覆盖。

（二）升级实践与评价平台

建成“钱学森科创中心”，配备AI机器人、无人机等设备；举办校级科创大赛；完善《学生科学素养发展指标体系》。

（三）完善协同育人机制

成立“开封高中科学教育发展理事会”，吸纳高校、企业及家长代表；与北大合作建成“AI赋能教育管理”系统；牵头成立“中原AI教育联盟”，吸纳30余所中小学加入，推动区域科技教育均衡发展。