創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室“新”在哪兒

何剛

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新理念：跨界融合

隨著課程改革的不斷推進(jìn)和深化，物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也在與時(shí)俱進(jìn)。上海市格致中學(xué)在保持傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過組建跨學(xué)科的創(chuàng)新教研組，以“格致FabLab創(chuàng)智空間”這一創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室為載體，突破單一學(xué)科的限制，整合資源，跨界融合，不斷尋求實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新與突破。

FabLab創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室是一項(xiàng)源自美國麻省理工學(xué)院的教育實(shí)踐研究項(xiàng)目，在美國有“創(chuàng)新夢(mèng)工廠”之稱。格致FabLab創(chuàng)智空間是麻省理工學(xué)院與中國大陸學(xué)校合作創(chuàng)設(shè)的第一家創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)以為學(xué)生提供創(chuàng)意設(shè)計(jì)、實(shí)體加工、項(xiàng)目學(xué)習(xí)、個(gè)性制造、專題研究之空間為主要目的，凸顯集創(chuàng)意、設(shè)計(jì)、加工、制造、展示等環(huán)節(jié)于一體的總體設(shè)計(jì)理念。同時(shí)，以課程開發(fā)與課程實(shí)踐提升學(xué)生的問題解決能力、溝通協(xié)作能力、創(chuàng)新素養(yǎng)、媒介素養(yǎng)和數(shù)字素養(yǎng)為主要目標(biāo)。

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)相比，F(xiàn)abLab創(chuàng)智空間的實(shí)驗(yàn)教學(xué)呈現(xiàn)出一體化特色。首先，實(shí)驗(yàn)室具有系統(tǒng)、成套的硬件設(shè)備配置，配備了3D桌面機(jī)和3D掃描儀、激光切割機(jī)、精密雕刻機(jī)、3D打印機(jī)等各類數(shù)字制造設(shè)備，可充分滿足一個(gè)教學(xué)班的教學(xué)和實(shí)踐活動(dòng)，充分滿足學(xué)生從創(chuàng)意到設(shè)計(jì)實(shí)施的全過程。其次，基于FabLab創(chuàng)智空間開發(fā)了層次分明的“格致創(chuàng)意課程”體系，既面向全體學(xué)生開設(shè)勞動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)型課程，又面向有選修意向的學(xué)生開設(shè)“3D打印創(chuàng)意制作”拓展型課程，還面向資優(yōu)生開展科技創(chuàng)意類專題研究指導(dǎo)。再次，為激發(fā)學(xué)生對(duì)創(chuàng)意設(shè)計(jì)的興趣與鉆研，采取了任務(wù)驅(qū)動(dòng)、校內(nèi)作品選拔、校外參賽展示等系列舉措，全方位磨煉學(xué)生的刻苦鉆研精神、問題意識(shí)、協(xié)作能力與表達(dá)素養(yǎng)，初步樹立了學(xué)生追求完美、精益求精的“工匠精神”。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室里的學(xué)習(xí)有什么不一樣

格致FabLab創(chuàng)智空間建設(shè)，從校本課程開發(fā)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境與設(shè)備建設(shè)、教學(xué)實(shí)施等三個(gè)方面人手，整合資源，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的突破與創(chuàng)新。

在課程開發(fā)方面，以開放、多元內(nèi)容的整合實(shí)現(xiàn)多維目標(biāo)。

學(xué)校傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本以單一學(xué)科為知識(shí)基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)的規(guī)范性、程序性及可預(yù)見的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。FabLab創(chuàng)智空間的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在原有的物理、化學(xué)、生物、地理等學(xué)科創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)基礎(chǔ)上，嘗試基于一門或幾門核心學(xué)科，開展跨界、多領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐。

以格致創(chuàng)意課程體系中拓展型課程“3D打印創(chuàng)意制作”課程為例。課程內(nèi)容可分為基礎(chǔ)理論、軟件應(yīng)用與實(shí)體制造三大類（參見下表），知識(shí)涵蓋廣泛，循序漸進(jìn)、銜接緊湊，自成體系。課程內(nèi)容的多元和開放有助于實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的多維目標(biāo)。知識(shí)與技能維度：了解3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程、應(yīng)用范圍與發(fā)展前景；運(yùn)用3D Design和Meshmixer設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)；熟練運(yùn)用數(shù)字切割機(jī)對(duì)木板、有機(jī)玻璃等材料實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意圖樣的切割。過程與方法維度：在觀察3D打印的過程中，思考?xì)w納3D打印技術(shù)的基本原理；通過對(duì)比制造出的實(shí)體與設(shè)計(jì)圖樣，總結(jié)一些有助于改善實(shí)體制造美感的圖樣設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。情感態(tài)度價(jià)值觀維度：培養(yǎng)觀察與實(shí)際動(dòng)手能力，開拓視野前沿科技；產(chǎn)生對(duì)3D打印技術(shù)的鉆研興趣，形成熱愛創(chuàng)意設(shè)計(jì)的心理體驗(yàn)。

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境與設(shè)備建設(shè)方面，創(chuàng)設(shè)適宜創(chuàng)造的學(xué)習(xí)環(huán)境。

格致FabLab創(chuàng)智空間由一樓和地下層兩大區(qū)域組成，面積約200平方米（參見下頁圖）。在空間功能設(shè)置上，一方面強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的動(dòng)手操作，設(shè)置了組裝制作區(qū)、3D打印區(qū)以及由數(shù)控機(jī)械、激光切割機(jī)、電子制作、傳統(tǒng)機(jī)械等組成的制造加工區(qū)。另一方面強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造過程中的交流與展示，設(shè)置了“教學(xué)區(qū)”，可滿足45名學(xué)生的常規(guī)教學(xué)需求，教師和學(xué)生在該區(qū)域以基礎(chǔ)知識(shí)的傳授和學(xué)習(xí)為主，通過投影等多媒體設(shè)備也可進(jìn)行展示和交流；“討論區(qū)”配備了環(huán)形會(huì)議桌椅和30余臺(tái)裝備了各類創(chuàng)意設(shè)計(jì)軟件的臺(tái)式計(jì)算機(jī)，便于學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)前的交流討論和借助計(jì)算機(jī)軟件的創(chuàng)意設(shè)計(jì)；此外，兩個(gè)樓面還根據(jù)教室的空間布置了學(xué)生作品展示區(qū)，可將學(xué)生制作的優(yōu)秀創(chuàng)意作品及各類獲獎(jiǎng)作品進(jìn)行展示。

在教學(xué)實(shí)施方面，突出以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)。

基于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室開設(shè)的課程，作為限定性選修課納人課表，面向?qū)W校高一、高二年級(jí)全體學(xué)生，而不是只為少數(shù)學(xué)生開設(shè)的課程。這種課程的突出特征是堅(jiān)持學(xué)生在課程實(shí)施進(jìn)程中的“自由選題、自主探究和自由創(chuàng)造”。比如，與以往課程相比，研究型課程在教學(xué)模式上具有獨(dú)特性。研究型課程“創(chuàng)意設(shè)計(jì)”主要通過學(xué)生自主研究項(xiàng)目的形式開展，學(xué)生在課程開始前提交研究主題與研究方案，得到教師認(rèn)可后即可帶著各自的研究主題進(jìn)人FabLab創(chuàng)智空間。教師主要是在項(xiàng)目研究遇到進(jìn)展瓶頸時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)撥與指導(dǎo)。因此，研究型課程“創(chuàng)意設(shè)計(jì)”的課程內(nèi)容之外延較為寬泛，現(xiàn)已完成的研究型成果案例包括學(xué)生團(tuán)隊(duì)自發(fā)研究制造3D版的學(xué)校微信平臺(tái)二維碼、學(xué)生團(tuán)隊(duì)自制的“格致跑鞋”紀(jì)念掛件等。

課程的實(shí)施類型按照內(nèi)容可分為課題研究和活動(dòng)設(shè)計(jì)兩類。課題研究類包括調(diào)查研究、實(shí)驗(yàn)研究、文獻(xiàn)研究等，重點(diǎn)在于認(rèn)識(shí)世界。活動(dòng)設(shè)計(jì)類包括社會(huì)性活動(dòng)設(shè)計(jì)和科技類項(xiàng)目設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在于操作實(shí)踐。以上兩類課程的組織形式包括小組合作研究和個(gè)人獨(dú)立研究?jī)煞N。小組合作研究通常以1至2名學(xué)生為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，召集核心成員，組成課題組。這是我校最常見的形式。個(gè)人獨(dú)立研究對(duì)學(xué)生的能力要求較高，對(duì)于中學(xué)生而言難度較大，通常不推薦這種形式。

創(chuàng)新發(fā)展的實(shí)驗(yàn)室管理機(jī)制建設(shè)

格致FabLab創(chuàng)智空間沿用了FabLab標(biāo)準(zhǔn)的團(tuán)隊(duì)化管理模式與運(yùn)行機(jī)制。團(tuán)隊(duì)由實(shí)驗(yàn)室主任、技術(shù)主管、運(yùn)營主管及專家指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)組成。實(shí)驗(yàn)室主任由我?？萍伎傒o導(dǎo)員兼任，技術(shù)主管由創(chuàng)意課程的授課教師擔(dān)任，運(yùn)營主管由實(shí)驗(yàn)員擔(dān)綱。團(tuán)隊(duì)主要由6位教師組成，其中，專職授課教師4名（黃浦校區(qū)、奉賢校區(qū)各2名），專職實(shí)驗(yàn)員2名（黃浦校區(qū)、奉賢校區(qū)各1名）。

課程由學(xué)校專門成立的創(chuàng)新教研組負(fù)責(zé)日常課程實(shí)施和管理。我校的創(chuàng)新教研組成員由物理、化學(xué)、地理、生物、藝術(shù)、體育等多學(xué)科教師組成，這些教師干勁足、能力強(qiáng)，善于組織和指導(dǎo)學(xué)生開展形式多樣的研究性學(xué)習(xí)。是我校創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的骨干力量。創(chuàng)新教研組教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行課題研究輔導(dǎo)，包括選題、方法、實(shí)施、結(jié)題方面的具體指導(dǎo)等。創(chuàng)新教研組是課題研究類課程的具體負(fù)責(zé)人，是學(xué)生開展相關(guān)課題研究及學(xué)習(xí)的執(zhí)行者、組織者和評(píng)價(jià)者，負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)活動(dòng)的方案制定、考核評(píng)定及活動(dòng)過程管理。

教科研室負(fù)責(zé)課題研究類和活動(dòng)設(shè)計(jì)類課程的頂層設(shè)計(jì)及實(shí)施指導(dǎo)，對(duì)相關(guān)教師進(jìn)行培訓(xùn)、咨詢和指導(dǎo)，負(fù)責(zé)校內(nèi)外協(xié)調(diào)工作。在其組織下，我校課程實(shí)施團(tuán)隊(duì)的骨干教師先后赴美國麻省理工學(xué)院實(shí)地學(xué)習(xí)FabLab創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)建設(shè)、設(shè)備使用、課程開發(fā)與學(xué)生指導(dǎo)，不斷提高創(chuàng)意課程實(shí)踐的教學(xué)能力與素養(yǎng)。

教導(dǎo)處負(fù)責(zé)制訂課題研究類課程的教學(xué)計(jì)劃，統(tǒng)一布置各階段的教學(xué)工作。制定有關(guān)研究型課程的教師管理方案，具體布置、落實(shí)、檢查教師履行研究型課程管理職責(zé)的情況，做好與研究型課程實(shí)施情況有關(guān)的檔案管理工作。

德育處負(fù)責(zé)活動(dòng)設(shè)計(jì)類課程的方案制定、人員安排、活動(dòng)實(shí)施、考核評(píng)定及活動(dòng)資料的收集與整理。通過年級(jí)組長和班主任進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的班級(jí)組織管理工作。

學(xué)生自主選擇校內(nèi)外指導(dǎo)教師。學(xué)生可以邀請(qǐng)校內(nèi)教師擔(dān)任研究性學(xué)習(xí)的指導(dǎo)教師，參與課題研究過程，對(duì)研究性課題進(jìn)行全程指導(dǎo)，為學(xué)生提供幫助、建議和鼓勵(lì)，并具體指導(dǎo)學(xué)生最終整理、撰寫出論文或形成其它研究成果，對(duì)本課題成員作出學(xué)分評(píng)定的初步意見。學(xué)生也可以通過學(xué)校聘請(qǐng)校外專家給予高端指導(dǎo)。FabLab創(chuàng)智空間落成之初，我校便成立了專家指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員包括FabLab創(chuàng)始人尼爾·哥申菲爾德（Neil Gershenfeld）教授、美國麻省理工學(xué)院張曙光教授等國際知名專家，以及市、區(qū)教育主管部門、高校、科協(xié)等專家團(tuán)隊(duì)。在FabLab創(chuàng)智空間投人使用后，專家指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)成員多次來我校實(shí)地指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)意實(shí)踐活動(dòng)。

學(xué)生組長負(fù)責(zé)課題研究類和活動(dòng)設(shè)計(jì)類課程的具體實(shí)施。組織成員進(jìn)行課題研討、任務(wù)分工、組織協(xié)調(diào)、報(bào)告撰寫、項(xiàng)目展示等。對(duì)參與的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)和社區(qū)服務(wù)活動(dòng)進(jìn)行人員聯(lián)絡(luò)、場(chǎng)地安排、任務(wù)實(shí)施等具體管理。

在建設(shè)格致FabLab創(chuàng)智空間的同時(shí)，我校還積極推動(dòng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的推廣與科技教師的協(xié)作教研，于2014年11月牽頭成立了中國FabLab校際聯(lián)盟，成員單位隊(duì)伍不斷壯大，并且在FabLab實(shí)驗(yàn)室建立同步視頻互動(dòng)系統(tǒng)，可同時(shí)與聯(lián)盟學(xué)校實(shí)現(xiàn)異地同步授課與溝通互動(dòng)，搭建了成員學(xué)校科技創(chuàng)意課程教師的交流平臺(tái)，有助于課程實(shí)施教師之間的教研溝通與協(xié)作支持。

此外，我校積極組織各類校內(nèi)、校外科技創(chuàng)意比賽，鼓勵(lì)學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下開展創(chuàng)意設(shè)計(jì)實(shí)踐，為學(xué)生科技創(chuàng)意作品展示交流搭建舞臺(tái)，同日寸也以此機(jī)會(huì)選拔優(yōu)秀的學(xué)生創(chuàng)意作品。比如，2016年，我校再次組織了面向兩個(gè)校區(qū)全體學(xué)生、以“城市交通”為主題的校內(nèi)科技創(chuàng)意作品征集活動(dòng)，共收到作品58件。大部分作品制作精良，且運(yùn)用到跨學(xué)科知識(shí)與方法，將現(xiàn)代信息技術(shù)與工程制造緊密結(jié)合。我校選派了兩支參賽隊(duì)作為代表，參加2016年5月在中國FabLab校際聯(lián)盟成員學(xué)校一福建省泉州市第五中學(xué)舉行的“第二屆國際青少年（中國泉州）科技創(chuàng)意大賽”，在更高規(guī)格的比賽中交流學(xué)習(xí)國際青少年科技創(chuàng)意作品的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，鍛煉學(xué)生隊(duì)伍的創(chuàng)意表達(dá)與溝通交流能力。最終，在來自全國11個(gè)省市共28支參賽隊(duì)中，我校學(xué)生團(tuán)隊(duì)的參賽作品“城市交通地下化”獲特等獎(jiǎng)，學(xué)生團(tuán)隊(duì)的參賽作品“基于App智慧云端中樞交通系統(tǒng)”獲一等獎(jiǎng)。