支撐多課程生態(tài)系統(tǒng)的高中信息技術(shù)實驗室重構(gòu)

高中信息技術(shù)實驗室的提出源于2017版《普通高中信息技術(shù)課程標準》。新課標明確了學(xué)科的核心素養(yǎng)，擴充了學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容，并首次提出“信息技術(shù)實驗室”這一概念?；仡櫺畔⒓夹g(shù)學(xué)科的發(fā)展過程，“機房”始終是學(xué)科教學(xué)的主要空間，相對來說，“信息技術(shù)實驗室”不僅是教室到實驗室的空間變化，更是信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、實驗要求的整體提升。

新課程標準的基本理念認為，“課程是教師、學(xué)生、教材、環(huán)境四個因素動態(tài)交互作用下的‘生態(tài)系統(tǒng)”。當多門課程同時在學(xué)生某一學(xué)習(xí)活動中發(fā)生作用時，課程與課程之間將產(chǎn)生直接的融合效應(yīng)，知識與知識之間開始關(guān)聯(lián)，學(xué)生對知識的理解更為全面深刻。學(xué)科之間的邊界隨著課程改革的逐步推進，正在慢慢發(fā)生變化，尤其是STEM教育、創(chuàng)客教育、研究型學(xué)習(xí)項目的實施，使得學(xué)科之間、課程與課程之間的聯(lián)系愈加緊密，相互依存。學(xué)校教學(xué)開始更多地注重學(xué)生活動，引入實踐項目，來促進學(xué)生綜合素養(yǎng)的提高，一個合作、融合、發(fā)展的多課程生態(tài)系統(tǒng)正在逐步形成。在此背景下，一個具有開放性活動價值的實驗室將成為學(xué)生開展多學(xué)科融合學(xué)習(xí)的重要平臺。

筆者認為，信息技術(shù)實驗室的新建正是基于新的課標及不斷形成的多課程生態(tài)系統(tǒng)應(yīng)運而生的。實驗室的建設(shè)既要立足于本學(xué)科，也要涵蓋相關(guān)學(xué)科的內(nèi)容，要保持與數(shù)學(xué)、物理、通用技術(shù)，甚至化學(xué)、地理、生物等學(xué)科的緊密聯(lián)系，為多課程生態(tài)系統(tǒng)中不同學(xué)科進行融合發(fā)展提供交互的環(huán)境，為學(xué)生提供一個開放、活躍創(chuàng)新的實驗平臺。

多課程生態(tài)系統(tǒng)對課程主要因素帶來的新變化

1.多課程生態(tài)系統(tǒng)對學(xué)科教師的專業(yè)素養(yǎng)提出新的要求

傳統(tǒng)教學(xué)模式經(jīng)歷了漫長時間的演變，其基本的形態(tài)并沒有發(fā)生太多的改變。一對多的授課模式、教師主講學(xué)生參與的教學(xué)方式依然是現(xiàn)代教學(xué)過程中的常態(tài)教學(xué)方法，學(xué)科差異并沒有在教學(xué)上造成顛覆性的變革。然而，隨著信息化時代的來臨，知識已經(jīng)不再是教師所獨有的資源資本，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)可以輕易獲取并進行加工處理，教師作為知識權(quán)威的角色受到了極大的挑戰(zhàn)。在高中綜合評價改革之后，有學(xué)者提出要建設(shè)基于“2.5”的教師隊伍專業(yè)發(fā)展思路，教師角色要做轉(zhuǎn)型。所謂的“2.5”即一個教師要能夠同時承擔1門基礎(chǔ)型課程、1門拓展型課程和0.5門研究型課程，也就是教師要直面多課程生態(tài)系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，在這個系統(tǒng)中教師要能適應(yīng)跨學(xué)科教學(xué)指導(dǎo)工作，具備一專多能的教學(xué)及指導(dǎo)能力。

從教師專業(yè)發(fā)展的角度來講，學(xué)校要鼓勵教師積極開發(fā)符合學(xué)校課程體系要求的校本課程，有針對性地組織教師以團隊的方式研發(fā)創(chuàng)新型課程，為有特長的教師創(chuàng)造條件開設(shè)特色課程。將教師發(fā)展的自我需求和學(xué)校發(fā)展的特色定位相結(jié)合，推動教師成長，培育多課程生態(tài)系統(tǒng)的自生長機能。

2.多課程生態(tài)系統(tǒng)下學(xué)科教材的指導(dǎo)作用面臨挑戰(zhàn)

“分門別類的教材只是課程的一個因素，只有在和其他因素整合起來，成為課程生態(tài)的有機構(gòu)成時，這個因素才發(fā)揮應(yīng)有的作用?！毕鄬Κ毩⒌膶W(xué)科教材在面對跨學(xué)科融合的項目學(xué)習(xí)時往往容易無所適從，不同學(xué)科的知識點如何產(chǎn)生關(guān)聯(lián)發(fā)揮出疊加效應(yīng)是多課程生態(tài)系統(tǒng)對學(xué)科教材提出的新的要求。

新版高中信息技術(shù)課程標準對學(xué)科知識的廣度做了極大的擴展，即使這樣，面對瞬息萬變的信息技術(shù)及應(yīng)用，信息技術(shù)學(xué)科教材的作用依然有著實際的局限性。信息技術(shù)學(xué)科的生命力在于不斷地變革和創(chuàng)新，信息技術(shù)實驗室所要承載的任務(wù)在于要不斷地拓展學(xué)科知識的新領(lǐng)域和新內(nèi)容，始終與社會上最新的技術(shù)保持同步甚至領(lǐng)先。

3.多課程生態(tài)系統(tǒng)要求有更為開放和創(chuàng)新的教學(xué)環(huán)境

開放性，應(yīng)該是新教育改革背景下的實驗室定位的新常態(tài)。適度地模糊學(xué)科邊界，才有可能形成學(xué)科嫁接、學(xué)科融合、學(xué)科交叉的全新課程生態(tài)。

教育部近期宣布綜合實踐活動課程將成為普通高中的必修課程，與學(xué)科課程并列設(shè)置，貫穿到高中三年的教學(xué)活動當中。這是一門動態(tài)開放的跨學(xué)科實踐性課程，課程實施不以教材為載體，注重引導(dǎo)學(xué)生在實踐中學(xué)習(xí)，鼓勵打破學(xué)科界限，跨領(lǐng)域跨學(xué)科學(xué)習(xí)，教學(xué)目標直指學(xué)生綜合素質(zhì)培養(yǎng)。這類課程的實施依賴于外部環(huán)境的支持和實驗設(shè)備的保障。

信息技術(shù)學(xué)科注重培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，強調(diào)計算思維和數(shù)字化創(chuàng)新能力的提高，這些能力在很多地方都將成為綜合項目開展的技術(shù)基礎(chǔ)。信息技術(shù)實驗室提供的是開放式的實驗器材和數(shù)字化環(huán)境，這賦予了它更多的靈活性和相容性。

多課程生態(tài)系統(tǒng)對課程建設(shè)產(chǎn)生的新影響

從多課程生態(tài)系統(tǒng)的角度考量，學(xué)校的課程建設(shè)不能止步于國家課程和校本課程的簡單實施及開發(fā)。課程作為學(xué)校辦學(xué)質(zhì)量的最主要考量內(nèi)容，應(yīng)該具備自成一體的系統(tǒng)構(gòu)成，有明確的目標內(nèi)容、完整的課程體系。學(xué)校在完善課程生態(tài)系統(tǒng)的過程中要抓住三個維度開展教學(xué)研究和課程建設(shè)。

首先要深入開展學(xué)科教學(xué)知識的再挖掘，完成國家課程校本化。國家課程是多課程生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對于學(xué)校教學(xué)來講，有必要依據(jù)課程標準和學(xué)校特色，逐步完成國家課程的校本化工作，使課程實施更加貼近學(xué)校實際，適應(yīng)學(xué)生能力，體現(xiàn)學(xué)校特色。學(xué)校要組織教學(xué)力量對各個學(xué)科的課程開展研究分析，對教學(xué)內(nèi)容進行再組織，這樣的教研活動本身就是對課程的深度學(xué)習(xí)和解析，有助于課程生態(tài)的系統(tǒng)構(gòu)建。

其次要兼顧跨學(xué)科知識的整合，開展多學(xué)科融合的項目研究。高考綜合改革推進了對學(xué)生綜合素質(zhì)發(fā)展的要求，隨之提出了一系列改革措施。其中尤為重要的一項就是倡導(dǎo)開展跨學(xué)科教學(xué)，組織學(xué)生在實踐過程中綜合運用知識和科學(xué)方法開展研究，形成研究成果。在實際的教學(xué)活動中，我們感覺到不同學(xué)科的教師相互之間的專業(yè)交流較少，這與目前高考考試科目的設(shè)置和實施有著一定的聯(lián)系。學(xué)科之間不存在交集，科任教師目標明確，學(xué)校里很難形成有組織的跨學(xué)科設(shè)計實施的教學(xué)活動。因此，必須從學(xué)校的角度有組織地開展跨學(xué)科的項目設(shè)計，組織相關(guān)聯(lián)學(xué)科的優(yōu)秀教師組成項目設(shè)計團隊，開展討論研究，形成一批學(xué)科融合的可實施的綜合性實踐項目。

最后要善于使用社區(qū)資源助推學(xué)校特色課程。每一所學(xué)校都地處某一個具體地區(qū)，結(jié)合地區(qū)特色和優(yōu)勢資源開展學(xué)校特色課程的開發(fā)是完善多課程生態(tài)系統(tǒng)的重要方法。之所以稱之為多課程生態(tài)系統(tǒng)，是因為我們希望學(xué)校的課程是豐富而有特色的，有自我生長和自我修復(fù)的課程開發(fā)及實施能力，在不斷辦學(xué)的過程中對課程進行動態(tài)調(diào)整，以適應(yīng)學(xué)生發(fā)展需求。

多課程生態(tài)系統(tǒng)背景下的信息技術(shù)實驗室建設(shè)

新的信息技術(shù)課程標準圍繞數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)和信息社會等學(xué)科大概念進行了學(xué)科內(nèi)容的擴充，從單純的計算機系統(tǒng)外延至計算機網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及一切以信息處理為根本的信息系統(tǒng)，極大地豐富了信息技術(shù)的學(xué)科內(nèi)涵。同時數(shù)據(jù)與計算、開源硬件、人工智能、三維設(shè)計等模塊的擴展正在模糊與數(shù)學(xué)、物理、通用技術(shù)等相關(guān)學(xué)科之間的界限，多學(xué)科融合的學(xué)習(xí)實踐機會不斷出現(xiàn)。

筆者認為，信息技術(shù)實驗室的建設(shè)正處在多課程生態(tài)系統(tǒng)形成的環(huán)境之下，實驗室的建設(shè)要在立足學(xué)科的同時還能支撐綜合實驗的需求。從多課程生態(tài)系統(tǒng)對課程建設(shè)產(chǎn)生影響的三個維度來分析，實驗室的建設(shè)也應(yīng)該從這三個方面加以探討，以適應(yīng)課改對學(xué)校課程建設(shè)的需求。在規(guī)劃之初就要明確立足學(xué)科本體知識，兼顧學(xué)科知識整合，借力社會資源這三個出發(fā)點，完成開放、活躍、創(chuàng)新、可實踐的實驗室頂層設(shè)計。

1.國家課程校本化過程中要注重多學(xué)科知識融合的項目設(shè)計

教育部課程標準提供了學(xué)科建設(shè)的依據(jù)，但是標準并非教材，在具體實施過程中可以選用不同的教材，乃至校本化教材開展教學(xué)。

新課標將信息技術(shù)教學(xué)內(nèi)容分為三個部分、十大模塊，具體內(nèi)容如右表所示。

其中人工智能初步、三維設(shè)計與創(chuàng)意、開源硬件項目設(shè)計、移動應(yīng)用設(shè)計、數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是首次出現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容中，教學(xué)內(nèi)容更偏向于技術(shù)應(yīng)用。因此，原有的計算機教室已經(jīng)無法適應(yīng)新課標的要求，信息技術(shù)實驗室成為學(xué)科實驗的基礎(chǔ)需求。由表中的教學(xué)模塊分析，在硬件設(shè)備上除了原有的計算機以外，還需要引入基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)搭建設(shè)備、開源硬件設(shè)備、3D打印設(shè)備、機器人教學(xué)設(shè)備、移動平板設(shè)備、基礎(chǔ)的電子技術(shù)操作工具等設(shè)備，以上設(shè)備將成為信息技術(shù)實驗室的標準化配置要求。筆者認為在實際操作中信息技術(shù)實驗室不應(yīng)該變成一個集大成的教室，而應(yīng)該有所為有所不為，一般來講設(shè)置一個通用教室作為信息技術(shù)實驗室，另外可以根據(jù)學(xué)校特點設(shè)立一個或多個專用教室拓展選學(xué)模塊的實驗平臺，形成1+1甚至1+X的建設(shè)方案。

我們細看信息技術(shù)的三類課程，其中必修課程屬于全修全考;選擇性必修課程根據(jù)學(xué)生個性發(fā)展和升學(xué)考試需要，選修選考;選修課程由學(xué)校根據(jù)實際情況統(tǒng)籌規(guī)劃開設(shè)，學(xué)而不考。這樣的設(shè)置為學(xué)生提供了個性化的學(xué)習(xí)選擇，但是對學(xué)校和教師提出了較高的要求。選擇性必修模塊和選修模塊是國家課程校本化的主要內(nèi)容，各學(xué)校在進行校本化的過程中要考慮三方面的因素。首先，校本化的課程要能凸顯學(xué)科特性，要圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)來開發(fā)。其次，要注重師資隊伍的建設(shè)。作為課程因素的主要組成部分，教師是課程的開發(fā)者和實施者。學(xué)校要通過制度鼓勵不同學(xué)科的教師共同參與校本化課程的開發(fā)，要為教師提供培訓(xùn)進修的機會，要為有能力的教師提供專用教室及課程資源。最后，校本化的過程中尤為重要的是要考慮學(xué)生綜合能力的提高。在多課程生態(tài)系統(tǒng)中，我們開設(shè)的校本化課程要考慮到跨學(xué)科知識的綜合使用，以本學(xué)科知識為本，以其他學(xué)科知識為輔，開展項目創(chuàng)造。

筆者所在學(xué)校，目前建立了一間配置臺式計算機、無線網(wǎng)絡(luò)、多媒體教學(xué)設(shè)備的常規(guī)機房，同時由于長期開設(shè)開源硬件校本化課程，建設(shè)有配置開源硬件和3D打印設(shè)備的專用實驗室。這樣的1+1模式基本能滿足學(xué)科本體知識的落實，也凸顯了學(xué)校特色，為學(xué)生開辟了實踐的平臺。在開源硬件課程的實施中，教師以項目化方式開展教學(xué)，實施的項目基于生活實際需求及學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)，項目要求涵蓋3D打印、開源硬件搭建程序編寫等內(nèi)容。在實施過程中，會涉及電子技術(shù)、算法實現(xiàn)、三維設(shè)計、工程力學(xué)、數(shù)學(xué)計算等一系列課程的知識，啟迪學(xué)生對多學(xué)科知識的活學(xué)活用。例如，學(xué)生選擇的“智能花盆”“浴室下水道頭發(fā)清理設(shè)備”“智能吃藥提醒器”等項目，基本涉及到以上課程的內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中對多學(xué)科知識進行綜合應(yīng)用，最后完成作品。

2.基于學(xué)科貫通性將信息技術(shù)實驗室建成具備跨學(xué)科能力的綜合實驗平臺

上海的高考綜合改革已經(jīng)啟動多年，這幾年所有高中學(xué)生都要完成網(wǎng)上的綜合素質(zhì)評價，其中有一項較為重要的任務(wù)就是每一個學(xué)生都要以個人或小組的形式完成一個研究性課題。幾乎每年都會有不少的學(xué)生來尋求信息技術(shù)教師的幫助，參與課題的指導(dǎo)，對于學(xué)生來講常常是一師難求。在這些課題中，經(jīng)?？梢钥吹街T如“AR模擬實驗室” “高中學(xué)生就寢管理系統(tǒng)”“關(guān)于抬頭顯示器（HUD）在公共交通上應(yīng)用的研制”“行李箱的優(yōu)化改造”“迷你農(nóng)場——智能灌溉系統(tǒng)的研發(fā)”等課題。這些課題大部分與開源硬件、3D打印、數(shù)據(jù)建模、程序編寫、網(wǎng)絡(luò)控制等有關(guān)，然而課題所涉及的又遠不止這些內(nèi)容。比如“行李箱的優(yōu)化改造”課題，學(xué)生期望能通過改變行李箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)增加存儲容量，通過安裝智能硬件完成定位尋找，通過外觀再設(shè)計實現(xiàn)個性化定制。這些要求可能使用到美術(shù)學(xué)科、通用技術(shù)學(xué)科、數(shù)學(xué)學(xué)科、物理學(xué)科以及信息技術(shù)學(xué)科各方面的內(nèi)容。

在具體實踐過程中學(xué)生往往缺乏一個綜合的實驗場所，缺少各類開發(fā)工具和應(yīng)用工具，有時候不得不借助家長的力量購買專用設(shè)備。在新的信息技術(shù)實驗室建設(shè)過程中，我們明顯感受到學(xué)科目標中對學(xué)生實踐能力的要求。信息技術(shù)學(xué)科所要提供的是一個面向多課程生態(tài)系統(tǒng)的綜合實驗平臺，在這個平臺上學(xué)生可以借助信息技術(shù)的力量，依靠開源硬件及軟件的結(jié)合，通過3D打印技術(shù)等實驗室資源完成課題或者項目的各類技術(shù)任務(wù)。

這里我們要問，為什么這個綜合實驗平臺的任務(wù)可以由信息技術(shù)實驗室完成，而不是物理實驗室、化學(xué)實驗室或者基于學(xué)校特色的創(chuàng)新實驗室？

第一，長久以來信息技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容相對固定，其配套的教學(xué)環(huán)境為計算機教室。2017版的課程標準對于信息科技學(xué)科來說有著極其重大的意義，不僅僅表現(xiàn)在學(xué)科核心素養(yǎng)的確定，也體現(xiàn)在教學(xué)內(nèi)容的擴充和配套教學(xué)輔助設(shè)施的確立。信息技術(shù)實驗室作為新生事物將成為各學(xué)校重點配置的學(xué)科實驗室，在這一點上有著普適性，其軟硬件建設(shè)在配置初期可以做更為充分的思考和布局。

第二，信息技術(shù)在某種意義上講可以為綜合性項目做基礎(chǔ)技術(shù)或者解決技術(shù)困難，在信息社會，越來越多的項目開展對數(shù)據(jù)處理、自動控制、個性化產(chǎn)品設(shè)計等都有著極大的依賴，而這些都可以通過信息技術(shù)實驗室來完成。這是一個以提供技術(shù)支撐和資源支持的普適性開放平臺。

第三，原有的專業(yè)實驗室在建設(shè)中帶有較深的學(xué)科印記，體現(xiàn)學(xué)校特色的創(chuàng)新實驗室更是根據(jù)各自的項目針對性建設(shè)，它們的實驗拓展性相對較弱，對實驗室做二次改造的投入完全可以在新建的信息技術(shù)實驗室中得以消化。

實驗室的建設(shè)要立足于學(xué)科本體知識，更要充分擴展資源本身的價值，直面多課程生態(tài)系統(tǒng)中對實驗及項目開展的需求，按價值最大化思路配置，設(shè)計多課程融合的實驗操作，滿足學(xué)生學(xué)科及綜合能力提升的教育目標。

3.充分借力社會資源及教師智力資源助推學(xué)校實驗室建設(shè)

實驗室的建設(shè)立足于能充分體現(xiàn)真實的信息環(huán)境，既要滿足面向全體學(xué)生的實驗需求，也要能為個性化的實驗項目提供工作平臺。越是注重實踐和項目的實驗室建設(shè)，越是要體現(xiàn)開放性、多元性、多樣性和包容性，信息技術(shù)實驗室的定位是一個全天候開放的面向課程和項目的實驗室、工作室、項目孵化室。

以筆者所在學(xué)校來說，學(xué)校處于張江高科技園區(qū)，周邊有著豐富的企業(yè)資源和社會組織，諸如上海光源、商飛研發(fā)基地、大量的藥品研發(fā)中心和芯片研發(fā)中心，以及德國企業(yè)支持的SGI科創(chuàng)組織等。這些企業(yè)與社會力量對于學(xué)校來講是一筆巨大的財富，引進來走出去，開闊的不僅僅是學(xué)生的視野，更是一種辦學(xué)的態(tài)度。在信息技術(shù)實驗室的建設(shè)過程中，要結(jié)合學(xué)校特色和實驗室建設(shè)的定位充分依靠企業(yè)的力量，可以是引進硬件設(shè)施，也可以是開展項目合作，甚至指導(dǎo)學(xué)生的研究型課題。

筆者認為在學(xué)校課程建設(shè)及教育教學(xué)中，教師永遠是最重要的資源。在做好實驗室建設(shè)的同時，做好教師的選拔培訓(xùn)和輔導(dǎo)也極為重要。實驗室誰來管理、誰來使用、誰來維護都是需要解決的問題。當然，可以像傳統(tǒng)實驗室那樣配置實驗室管理員，做簡單的設(shè)備管理和環(huán)境衛(wèi)生工作，也可以創(chuàng)新實驗室管理的模式，充分發(fā)揮教師的作用。教師既是科任教師也應(yīng)該是實驗室項目的開發(fā)者、實驗室設(shè)備的管理者以及實驗室建設(shè)的參與者。尤其是在多課程生態(tài)系統(tǒng)下的實驗室建設(shè)更應(yīng)該以多學(xué)科教師團隊的方式參與到實驗室的建設(shè)中來，聽到多學(xué)科的聲音，這也是教師專業(yè)發(fā)展中進一步學(xué)習(xí)的過程。

橫向比較美國高中的實驗室建設(shè)，對于實驗要求比較多的學(xué)科，如生物、化學(xué)等，教師的教學(xué)地點就是實驗室，所有的課程都是在實驗室落實的。針對項目化教學(xué)開展的學(xué)校，如加州地區(qū)的HTH高中，他們沒有獨立的課程，學(xué)生都是在課程融合的項目下開展學(xué)習(xí)，這樣的學(xué)校實驗室建設(shè)就顯得更為多功能化，但整體而言作為一個空間其使用率是非常高的。國內(nèi)是按班級固定授課，建設(shè)專用實驗室的方式，是當需要實驗的時候才會組織學(xué)生前往專用實驗室開展教學(xué)，實驗室的使用率就自然降低，學(xué)生的動手機會也相應(yīng)少了許多。

筆者認為，各學(xué)校應(yīng)趁著課程標準改革的時機，抓住建設(shè)機遇，結(jié)合多課程生態(tài)的需求及學(xué)校特色，做好頂層設(shè)計和規(guī)劃，建設(shè)一個多元、開放、創(chuàng)新的學(xué)生實驗平臺。

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作者簡介：孫政庭，信息科技教師，上海外國語大學(xué)附屬浦東外國語學(xué)校副校長。