基于“科技社團(tuán)群”，培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新能力的探索

摘要：中學(xué)開展學(xué)生科技創(chuàng)新能力的早期培養(yǎng)，需要探索一種把課堂教學(xué)與校本選修課、社區(qū)服務(wù)、研究性學(xué)習(xí)與社會實(shí)踐等相結(jié)合的新型教學(xué)組織形態(tài)。“天一科學(xué)院”這一學(xué)生科技社團(tuán)群，以充分自主的運(yùn)作機(jī)制，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新管理能力的提升；以銜接校內(nèi)、校外的“三類豐富課程”，促進(jìn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提升；以“做中學(xué)、研中學(xué)”為主要學(xué)習(xí)方式，以“項目研究”為主要學(xué)習(xí)載體，以“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”為主要研究場所，借助“e學(xué)習(xí)”平臺，幫助每一個成員，隨時隨地，開展各層次的，基于真實(shí)問題的自主研究，體驗(yàn)科學(xué)家的學(xué)習(xí)方式。通過開展多層次、親身經(jīng)歷的項目研究，促進(jìn)學(xué)生跨學(xué)科的研究能力。

關(guān)鍵詞：科技社團(tuán)群 科技創(chuàng)新能力 項目研究

“為什么我們的學(xué)校總是培養(yǎng)不出杰出人才？”錢學(xué)森之問給教育事業(yè)提出了一個深刻命題。

中學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新素養(yǎng)最重要的時期，但學(xué)生自主管理能力、自主學(xué)習(xí)能力、自主研究能力薄弱成了阻礙他們創(chuàng)新能力發(fā)展的主要問題。究其原因之一，“就是如今的高中，學(xué)生在學(xué)校里接受的教育，很少能反映出從事科學(xué)職業(yè)的人實(shí)際做的工作。學(xué)生更多關(guān)注的是記憶，而不是發(fā)現(xiàn)問題和找到解決問題的方法?！盵1]

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2011-2020年）》對于高中階段的教育提出：“推進(jìn)培養(yǎng)模式的多樣化，滿足不同潛質(zhì)學(xué)生的發(fā)展需要。探索發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的途徑?！?/p>

習(xí)近平主席在剛結(jié)束的“科學(xué)院工程院院士大會”上，也充分肯定科技創(chuàng)新的作用，并提出“必須在創(chuàng)新實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)人才、在創(chuàng)新活動中培育人才、在創(chuàng)新事業(yè)中凝聚人才，必須大力培養(yǎng)造就規(guī)模宏大、結(jié)構(gòu)合理、素質(zhì)優(yōu)良的創(chuàng)新型科技人才。”

教育部教基二[2014]4號文件也明確提出：“中小學(xué)要探索把課堂教學(xué)與社區(qū)服務(wù)、研究性學(xué)習(xí)與社會實(shí)踐相結(jié)合的途徑和方法。”

美國達(dá)西·哈蘭德建議，我們需要提供足夠的資源，幫助學(xué)生主動參與到感興趣的研究課題，并指導(dǎo)他們順利地走過這個長期的課題研究的各個階段。只有這樣，才能幫助學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)家的學(xué)習(xí)方式并開展研究，以此來消除科研人員和科學(xué)老師之間的障礙[2]。為此，天一中學(xué)整合“科技社團(tuán)”、“校本選修課”、“研究性學(xué)習(xí)”、“信息技術(shù)與通用技術(shù)整合課”、“課程基地”等課程，成立“天一科學(xué)院”這一學(xué)生科技社團(tuán)群。通過“整合課程資源，探索學(xué)生的自主學(xué)習(xí)模式，突破現(xiàn)有培養(yǎng)方式，創(chuàng)新人才培養(yǎng)的模式”，改變學(xué)生“學(xué)習(xí)被動、創(chuàng)新意識淡薄、研究能力缺乏”的現(xiàn)狀，激發(fā)和增強(qiáng)每個學(xué)生的科學(xué)精神、創(chuàng)造性思維和創(chuàng)新能力，努力使一批素質(zhì)全面、基礎(chǔ)扎實(shí)、學(xué)有余力的高中生的創(chuàng)新潛能，得到更好的發(fā)掘、培養(yǎng)和發(fā)揮。

一、構(gòu)建天一科學(xué)院自主運(yùn)作機(jī)制，促學(xué)生創(chuàng)新管理能力的提升

天一中學(xué)科技社團(tuán)群（以下簡稱“天一科學(xué)院”）創(chuàng)建于2008年。它以滿足不同潛質(zhì)學(xué)生的自主性學(xué)習(xí)為主要目標(biāo)、以“科技社團(tuán)”為主要組織、以“項目研究”為研習(xí)路徑、以“真實(shí)問題”為研究內(nèi)容、以“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”為學(xué)習(xí)課堂、以“三高對接”（“高中—高中”“高中—高校”“高中—高新企業(yè)”）為資源平臺、以“社團(tuán)認(rèn)定、科學(xué)院評估、社會權(quán)威機(jī)構(gòu)鑒定”為評價體系，逐步形成科技創(chuàng)新人才早期培養(yǎng)的自主學(xué)習(xí)新形態(tài)（圖1）。

1.天一科學(xué)院的組織機(jī)構(gòu)

天一科學(xué)院是在校長室直接領(lǐng)導(dǎo)下，教務(wù)處具體負(fù)責(zé)策劃、實(shí)施，各教研組、實(shí)驗(yàn)室提供課程支持，總務(wù)處提供后勤保障，學(xué)生會科技部提供自主管理支持，外聘專家提供專業(yè)支持，由學(xué)生自主管理的學(xué)生機(jī)構(gòu)。

“天一科學(xué)院”包含工程研究院、信息研究院、模型研究院、物理研究院、生物研究院、化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究院、智能研究院、視頻研究院、電子研究院、天文社、3W網(wǎng)絡(luò)工作室、礦石愛好者協(xié)會、魔方社13個分院。每個研究院均通過民主公選推出院長1名、副院長2名、總干事及財務(wù)檔案干事各1名。

2.天一科學(xué)院的運(yùn)行機(jī)制

民主公選制：每一學(xué)期改選一次；每一學(xué)年換屆一次。

傳承招募機(jī)制：優(yōu)秀社團(tuán)干部換屆后可被評為終身榮譽(yù)教授，承擔(dān)下一屆會員的招募與培訓(xùn)、學(xué)術(shù)研究指導(dǎo)工作。

學(xué)分考核機(jī)制：會員證記錄自主活動內(nèi)容次數(shù)，經(jīng)過指導(dǎo)老師或院長考核滿12次學(xué)校給予學(xué)分。

學(xué)術(shù)榮譽(yù)評比激勵機(jī)制：評選院士與研究員、工程師與技師、優(yōu)秀指導(dǎo)老師。

學(xué)術(shù)認(rèn)定考級機(jī)制：各科技社團(tuán)會員專業(yè)研究達(dá)到一定程度后可以建立考級標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行考級制度。

經(jīng)費(fèi)獎勵機(jī)制：學(xué)校獎勵的優(yōu)秀科技社團(tuán)活動經(jīng)費(fèi)及學(xué)?？萍柬椖糠趸?。

品牌發(fā)展機(jī)制：會徽、會旗、會員證、章程、校本活動教程、活動年鑒、網(wǎng)站、會刊。

項目研究支撐機(jī)制：學(xué)校為滿足學(xué)生個性化購買制作或研究耗材的需要，專門設(shè)立公益性耗材超市，統(tǒng)一購買后貨架陳立供學(xué)生優(yōu)惠購買。另外，師生與家長還自發(fā)成立了天一科學(xué)院科技項目研究資助基金，為家庭困難的學(xué)生進(jìn)行項目研究提供經(jīng)費(fèi)支撐。

以上八大機(jī)制確保了各科技社團(tuán)的自主運(yùn)行管理。

3.天一科學(xué)院的管理制度

學(xué)校教務(wù)處通過設(shè)立總院聯(lián)席會議制度，直屬管理科學(xué)院：每月開一次院長、首席指導(dǎo)老師聯(lián)席會議，進(jìn)行日常工作布置及研討；每學(xué)期評優(yōu)秀科技社團(tuán)，發(fā)活動經(jīng)費(fèi)；每學(xué)年組織一次優(yōu)秀會員科技夏令營，考評個人學(xué)術(shù)能力，評選100名左右研究水平高（院士、研究員）、實(shí)踐動手能力強(qiáng)（工程師、技師）的優(yōu)秀會員，發(fā)榮譽(yù)證書及獎牌。每學(xué)年組織一次優(yōu)秀會員科技冬令營，幫助各科技社團(tuán)優(yōu)秀會員進(jìn)行挑戰(zhàn)性研究項目申報、評比、資助審批，幫助挑戰(zhàn)性難度特別大的項目進(jìn)行針對性培訓(xùn)，為后續(xù)自主研究做準(zhǔn)備。

由此可見，在每一屆天一科學(xué)院的成功運(yùn)行過程中，學(xué)生發(fā)揮了主導(dǎo)作用，學(xué)生的創(chuàng)新管理能力得以大幅提升。

二、開發(fā)天一科學(xué)院“三類豐富課程”，促學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力提升

為培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，借鑒美國教育心理學(xué)家蘭祖利 “豐富教育模式”，天一科學(xué)院以“面向全體、興趣導(dǎo)向、分層提升”為原則，開發(fā)了支持“豐富課程、豐富活動、豐富經(jīng)歷”的“三類豐富課程”（圖2）。

第一類豐富課程：面向群體學(xué)生，主要目標(biāo)是創(chuàng)造各種機(jī)會，讓所有的學(xué)生都能接觸到更多的學(xué)科領(lǐng)域，從而激發(fā)學(xué)生興趣，拓寬學(xué)生的視野，解決特長發(fā)展方向選擇的問題。

第二類豐富課程：面向群體學(xué)生，主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生基本的科學(xué)素養(yǎng)、研究問題的基礎(chǔ)能力，解決自主發(fā)展能力的問題。

第三類豐富課程：面向個體或小組學(xué)生，主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生自主發(fā)展、綜合運(yùn)用等科學(xué)素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)生研究和創(chuàng)新的能力。

三類豐富課程均面向全體學(xué)生，每一個學(xué)生都可以享受到一體化的課程服務(wù)。有的學(xué)生通過第一類豐富課程的學(xué)習(xí)，對某一學(xué)科領(lǐng)域產(chǎn)生濃厚興趣，進(jìn)入“天一科學(xué)院”相應(yīng)的科技社團(tuán)，參加一個與社團(tuán)研究領(lǐng)域有關(guān)的校本選修課、科技類研究性學(xué)習(xí)課題，繼續(xù)進(jìn)行第二類、第三類豐富課程的自主學(xué)習(xí)。也有的學(xué)生不完全按照這個軌跡，直接進(jìn)入某一類課程自主學(xué)習(xí)，學(xué)校根據(jù)學(xué)生需要提供相應(yīng)的課程資源。三類豐富課程，不僅讓學(xué)生獲得更多的適切資源，還喚起了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的激情，大大促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力提升。

三、組織學(xué)生開展多層次的項目研究，促學(xué)生跨學(xué)科研究能力的提升

美國達(dá)西·哈蘭德認(rèn)為，對科學(xué)研究這一最激動人心的方面進(jìn)行學(xué)習(xí)的最好方法，是親自去經(jīng)歷而不是讓人解釋給你們聽。[3]因此在天一科學(xué)院，倡導(dǎo)“做中學(xué)、研中學(xué)”的自主方式，強(qiáng)調(diào)以“項目研究”為載體，以“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”為主要研究場所，借助“e學(xué)習(xí)”平臺，幫助每一個會員，開展各層次的，基于真實(shí)問題的自主研究（圖3）。

1.學(xué)習(xí)載體：研究項目

天一科學(xué)院建立了多學(xué)科支撐、跨學(xué)科的“項目研究”學(xué)習(xí)模型，初步形成了物理探究、化學(xué)趣味實(shí)驗(yàn)、實(shí)用生物、工程、技術(shù)整合、地理天文六類主題性學(xué)習(xí)領(lǐng)域，每個領(lǐng)域都開發(fā)了相應(yīng)的校本選修課以及系列的“研究項目”。

“研究項目”根據(jù)項目的教學(xué)目標(biāo)不同分為必修項目和選擇性項目。

“必修項目”面向必修課的全體學(xué)生，結(jié)合國家課程，在課堂上實(shí)施，如結(jié)合技術(shù)課程的“設(shè)計的一般過程”單元，學(xué)生人人完成“LED節(jié)能小臺燈的創(chuàng)作項目”，這類項目重點(diǎn)培育學(xué)生的基礎(chǔ)研究能力。

“選擇性項目”面向選修課、科技社團(tuán)及對某一方面有濃厚興趣的群體或個體學(xué)生，包括必選項目和任選項目兩類。必選項目面向全體選修課學(xué)生，如選擇智能機(jī)器人技術(shù)選修課的學(xué)生，開展“避障機(jī)器人創(chuàng)作”項目研究。任選項目，面向個體或小組學(xué)生，在技術(shù)整合課程、研究性課程、科技社團(tuán)活動課程上，依托e學(xué)習(xí)互動平臺實(shí)施。

其中，“任選項目”按照挑戰(zhàn)性難度分為三類：模仿探究項目、自主探究項目、自主創(chuàng)新項目。

第一類是模仿探究項目，由教師提供近百個已解決問題的項目庫，包含盡可能多的解決問題的參考資料，供學(xué)生模仿研究并進(jìn)行探究創(chuàng)新，如“趣味光立方制作研究”、“磁懸浮地球儀制作研究”等；

第二類是自主探究項目，由教師提供沒有解決方案的項目題庫，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下自主探究，讓學(xué)生親歷研究的全過程，如“垂直軸風(fēng)力發(fā)電研究”項目、“月球隕石坑研究”項目、“微引力透鏡和宇宙發(fā)現(xiàn)”項目等；

第三類是自主創(chuàng)新項目，完全由學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、研究問題和解決問題，如“河面船載油污收集器”研究等。

2.主要研究場所：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

學(xué)校建設(shè)了12個不同領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，在引導(dǎo)學(xué)生動手實(shí)踐的過程中，最大程度地提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、解決問題的能力；讓中學(xué)生有機(jī)會在科研院所知名教授、專家的指導(dǎo)下，獨(dú)立或合作開展科研項目模擬研究和創(chuàng)新實(shí)踐。

3.互動學(xué)習(xí)平臺：自主學(xué)習(xí)e平臺

天一科學(xué)院e學(xué)習(xí)平臺，包含新聞公告、科技社團(tuán)、三類豐富課程、三高合作社會資源、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、導(dǎo)師推介、培養(yǎng)機(jī)制、特色內(nèi)容、特色活動等欄目，突出豐富性、探究性、互動性、開放性。下轄四個子平臺：科技社團(tuán)互動平臺、校本選修課互動平臺、項目教學(xué)互動平臺、項目研究互動平臺（圖4）。

科技社團(tuán)互動平臺，為天一科學(xué)院總院與13個分院的交流提供服務(wù)。其中包含各類自主招募活動、課程開設(shè)成果展示、組織機(jī)構(gòu)名單、項目研究活動、學(xué)術(shù)榮譽(yù)考評等板塊，是優(yōu)秀科技社團(tuán)考評的主要依據(jù)。

校本選修課互動平臺，為學(xué)生自主選擇課程提供服務(wù)。含教師申報、教務(wù)處管理、歷史記錄、選課結(jié)果與開課情況查詢、考評記錄等板塊。

項目教學(xué)互動平臺，為必修項目教學(xué)提供服務(wù)。含單元教學(xué)、項目介紹、項目背景材料、優(yōu)秀學(xué)生作品展評、師生與生生互動交流等板塊，著力培育學(xué)生基礎(chǔ)研究能力。

研究項目互動平臺，為學(xué)生自主開展必選項目、任選項目的研究提供服務(wù)。含項目征集、項目申報、項目審批、項目研究、資源配套、成果評比、激勵資助等板塊，引導(dǎo)學(xué)生自主探究與實(shí)踐創(chuàng)新。

4.學(xué)習(xí)方式：“做中學(xué)、研中學(xué)”

“做中學(xué)、研中學(xué)”就是讓學(xué)生有機(jī)會親歷“項目研究”的全過程，使他們在觀察分析、發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、動手實(shí)驗(yàn)、反復(fù)驗(yàn)證、表達(dá)交流的研究活動中，體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，并從中學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識，獲得自主研究能力，從而促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

“做中學(xué)、研中學(xué)”是以“研究項目”為載體的一種學(xué)習(xí)方式，“研究項目”的問題性、復(fù)雜性、過程性，使得這種學(xué)習(xí)方式具有自主、合作、探究的特點(diǎn)；“研究項目”來自于生活中的真實(shí)問題，對問題的解決體現(xiàn)了對社會的責(zé)任意識，體現(xiàn)了“科技以人為本”的理念。

【例】徐奕凡，天一科學(xué)院會員，現(xiàn)就讀美國賓夕法尼亞大學(xué)。在校期間，他參加了學(xué)校的科技節(jié)活動，聆聽了多場學(xué)校的名人課堂講座（第一類豐富課程），對新能源產(chǎn)生了濃厚的興趣，加入天一科學(xué)院的電子科技社團(tuán)，通過社團(tuán)課程的學(xué)習(xí)，掌握了科學(xué)研究的基本方法（第二類豐富課程）。

之后，他參加“中英合作垂直軸風(fēng)力發(fā)電項目”研究（自主探究項目），在導(dǎo)師的引領(lǐng)下親歷了真實(shí)問題研究的全過程。出于對能源方面的濃厚興趣和對相關(guān)領(lǐng)域的了解，他自主申報了“樹木生物電研究及其應(yīng)用”（自主創(chuàng)新項目）研究性學(xué)習(xí)課題，借助學(xué)校的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究，研究論文在第四屆亞太動力與能源工程會議上發(fā)表，在省創(chuàng)新大賽上獲獎。

他在學(xué)習(xí)與研究的過程中，確立了投身新能源研究的志向。高三畢業(yè)，他考取美國賓夕法尼亞大學(xué)能源研究班，繼續(xù)深造。

天一科學(xué)院對2010級、2011級、2012級會員的問卷抽樣調(diào)研表明：95%以上的學(xué)生認(rèn)為參加天一科學(xué)院的活動收獲很大，學(xué)生在自主管理、自主學(xué)習(xí)、自主研究及合作等方面的能力得到明顯提高。近年來，天一科學(xué)院成員在省級以上科技創(chuàng)新比賽和學(xué)科競賽中獲獎的共有1844人次，獲45項國家發(fā)明專利；天文社社員發(fā)現(xiàn)主帶小行星18顆，認(rèn)證近地天體3個……

研究表明，“學(xué)生僅僅能表述科學(xué)研究過程，并不意味著他們能夠進(jìn)行科學(xué)思考或具備了富有創(chuàng)造力的研究技能。因此，沒有從頭至尾經(jīng)歷過科學(xué)研究過程的學(xué)生，不可能真正理解科學(xué)的本質(zhì)，尤其是科學(xué)探究的過程經(jīng)常是非線性的。[4]” 天一科學(xué)院系列化的自主學(xué)習(xí)、研究活動，培養(yǎng)了一批天一校園的“技師”、“工程師”、“研究員”、“院士”，部分學(xué)生脫穎而出：工程研究院會員徐安炯的發(fā)明獲第27屆全國創(chuàng)新大賽英特爾英才獎；參加同濟(jì)大學(xué)FTC科技挑戰(zhàn)的天一“藍(lán)色巧克力”代表隊，進(jìn)入中國賽區(qū)總決賽，并奪得“思索獎”；參加“兩岸十城智慧鐵人比賽”高挑戰(zhàn)性項目訓(xùn)練的五位同學(xué)，一路領(lǐng)先，最終贏得“闖關(guān)王”的冠軍稱號……

參考文獻(xiàn)：

[1][美]達(dá)西·哈蘭德.STEM項目學(xué)生研究手冊[M].科學(xué)普及出版社，2013.

[2][美]蘭祖利.豐富教學(xué)模式—一本關(guān)于優(yōu)質(zhì)教育的指導(dǎo)書[M].華東師范大學(xué)出版社，2000.

[3]馮丹沁.依托三類課程，培育項目研究共同體[J].江蘇教育·中學(xué)教學(xué)，2013（06）.

[4]沈茂德.天一科學(xué)院科技社團(tuán)的建設(shè)與研究報告[R].江蘇省基礎(chǔ)教育教學(xué)成果特等獎，南京：江蘇省教育廳，2013.12.

（本文作者單位為江蘇省天一中學(xué)）