引領學習環(huán)境重構的中小學創(chuàng)新實驗室的探索與實踐

上海市教育委員會教育技術裝備中心

獲獎成果：引領學習環(huán)境重構的中小學創(chuàng)新實驗室行動研究

隨著信息化和智能化時代的到來，培養(yǎng)具有適應社會變化和終身發(fā)展必備品格與關鍵能力的創(chuàng)新型人才的重要性和緊迫性日益凸顯。傳統(tǒng)認識意義上的校園空間和學習環(huán)境，已經(jīng)不能滿足多類型課程的實施和多樣化的學習需求，學校的學習環(huán)境亟須“變革”與“重構”。

2004 年,上海市全面啟動第二期課程改革，為有效支持基礎型課程、拓展型課程和研究型課程三類課程的實施，基于創(chuàng)新素養(yǎng)培育需求，上海首先在19 所高中開展支持學生自主探究的創(chuàng)新實驗室建設，打破標準化、固定式的實驗室形態(tài)，創(chuàng)建個性化的學習環(huán)境，以滿足多類型課程的實施和多樣化的學習需求，推動教學方式與學習方式的改革，為廣大學生個性化、多元化的發(fā)展提供載體。2010 年，創(chuàng)新實驗室被列入上海中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要的重點發(fā)展項目，要求“建設若干個區(qū)域性中小學生創(chuàng)新實驗室和50 所高中專題創(chuàng)新實驗室”。2015 年，創(chuàng)新實驗室被列入上海城鄉(xiāng)義務教育一體化實施項目，提出“到2020 年，每所學校應至少設立一個創(chuàng)新實驗室”的要求。目前，上海已經(jīng)實現(xiàn)創(chuàng)新實驗室建設所有中小學全覆蓋這一目標，是上海基礎教育育人模式和學習方式變革的積極探索與重要實踐。

創(chuàng)新實驗室以行動研究為方法支撐，邊實踐、邊研究、邊總結，再實踐、再提升至基本定型。經(jīng)過多年的探索和實踐，創(chuàng)新實驗室已經(jīng)在上海市中小學校全面普及，在全國具有廣泛影響。2015 年，分別在教育部召開的全國中小學實驗教學交流研討會、全國基礎教育裝備工作會議上進行經(jīng)驗交流，并在全國其他會議和活動中推介?！耙I學習環(huán)境重構的中小學創(chuàng)新實驗室行動研究”獲2018 年基礎教育國家級教學成果獎一等獎、2017 年上海市基礎教育教學成果特等獎。

創(chuàng)新實驗室著力解決的三大問題

上海的創(chuàng)新實驗室建設，率先從突破傳統(tǒng)實驗室學習環(huán)境的局限著手，將建設重心由重視“規(guī)模發(fā)展”轉向重視“內(nèi)涵發(fā)展”；由重點關注“物盡其用”的“標準配置”轉為關注“滿足個性”的“按需配置”，通過學習內(nèi)容、學習方式和技術裝備的融合，引領學習環(huán)境重構，著力解決以下三個問題：

著力解決傳統(tǒng)實驗室空間布局固定式、標準化，對學生個性化學習活動支持不足的問題。依據(jù)現(xiàn)代教育理念和現(xiàn)代教育技術，構建更為靈活、開放、軟硬件融合的適應性學習環(huán)境，滿足學生個性化和多樣性的學習需求。

著力解決傳統(tǒng)實驗教學方式偏重教師單向示范傳授、制約學生主動探究和動手實踐能力培養(yǎng)的問題。為學生開展研究性學習與自主探究活動提供實踐平臺，促進學生學習方式向自主式、合作式、研究式轉變。

著力解決傳統(tǒng)學習內(nèi)容以單一學科為主、更新滯后，學生創(chuàng)新思維受到局限的問題。打破學科圍墻，支持新興學科與跨學科的學習主題和課程資源開發(fā)，為學生開展深度學習、培養(yǎng)學生的學科與跨學科素養(yǎng)提供載體。

圖1：同濟大學陸志波副教授為曹楊中學學生開設專題講座

圖2：上海大學專家指導曹楊中學教師開發(fā)的綠色能源系列課程

圖3：上海交通大學附屬中學的“數(shù)字化加工中心”

圖5：上海市實驗學校創(chuàng)新實驗室支持學生手環(huán)數(shù)據(jù)讀取和多屏互動

圖6：上海海事大學附屬北蔡高級中學的航海模擬駕駛實驗室

創(chuàng)新實驗室的五個核心特征

創(chuàng)新實驗室是學生自主探究和創(chuàng)新實踐的場所，是融合學習內(nèi)容、學習方式和技術裝備于一體的新型學習環(huán)境，是實驗室學習環(huán)境的時代重構，主要具有五個核心特征。

（一）提供豐富的課程資源

創(chuàng)新實驗室提供豐富的課程資源，堅持立足學校的育人目標和辦學特色，緊扣實驗室學習環(huán)境的建設與重構，通過整合學校內(nèi)外多方資源，形成豐富多樣的校本課程體系和課程資源配置。例如，上海市曹楊中學的“水環(huán)境實驗室”，通過建設水分析實驗室、人工濕地、雨水回收利用系統(tǒng)等，構建“環(huán)境素養(yǎng)培育”校本特色課程，并與同濟大學環(huán)境與工程學院、香港科技大學環(huán)境學部等專業(yè)機構合作，開發(fā)形成一大批共建共享的課程資源，將校園打造成一個大型的環(huán)境素養(yǎng)培育基地（見圖1、圖2）。

（二）創(chuàng)建靈活的空間形態(tài)

創(chuàng)新實驗室所創(chuàng)建的靈活的空間形態(tài)，首先指實體空間的靈活性，能根據(jù)不同的教學需要，對學習環(huán)境進行靈活布局和功能分區(qū)，便于學生開展多樣化的學習探究與互動協(xié)作，充分滿足不同學生和學生群體的個性化學習需求。例如，上海交通大學附屬中學的“數(shù)字化加工中心”（圖3），由設計討論區(qū)、零件加工區(qū)、組裝調(diào)試區(qū)等分區(qū)組成，各區(qū)域的功能劃分體現(xiàn)了工程活動的一般流程，并能夠根據(jù)學生的具體學習需要進行靈活調(diào)整，讓學生在活動過程中自然地接受工程教育的全方位熏陶。同時，這種靈活性也指實體空間的多樣性，所指向的是更個性化與更靈活的學生分組及時間安排。

上海市市西中學超過800 平方米的“思維廣場”創(chuàng)新實驗室（見圖4），既包括了具有獨立學習區(qū)、討論區(qū)、發(fā)布演講區(qū)、電腦學習區(qū)等公共學習空間，也包括了6 個半封閉、半開放的討論區(qū)和辯論區(qū)。座位布局、場景布局等可根據(jù)學生喜好和需要進行任意組合排布。學生在完成相關的學科基礎內(nèi)容任務單后，可以根據(jù)自己的興趣特長進入半封閉、半開放的區(qū)域內(nèi)，參加由教師發(fā)布或?qū)W生自己發(fā)布的不同主題的討論或辯論。這種靈活的教學組織形式，更能支持學生的個性化學習與志趣發(fā)展。思維廣場的教學模式，已經(jīng)遷移到了學校不同學科的課堂教學中，撬動了學校教與學方式的變革。

（三）用現(xiàn)代技術裝備為教育賦能

部分中小學的創(chuàng)新實驗室，回應時代發(fā)展和技術進步對教育教學的積極影響，應用先進的技術裝備，將現(xiàn)代信息技術等融入創(chuàng)新實驗室建設與運行過程，支持學生適應信息化時代的個性化學習需要與創(chuàng)新素養(yǎng)發(fā)展。例如，上海市實驗學校的創(chuàng)新實驗室建設（見圖5），融入了多種現(xiàn)代信息技術，學生可以通過手環(huán)數(shù)據(jù)讀取，借助近場通信技術了解自己的學習進程；利用無線交互技術和多屏互動技術，獲取豐富的多媒體學習資源；依托云計算技術，形成學習的評價與自適應反饋。

圖4：上海市市西中學“思維廣場”創(chuàng)新實驗室

圖7：華東政法大學附屬中學“明德尚法”創(chuàng)新實驗室的模擬法庭

圖8：長寧區(qū)天山第一小學的“項目化學習創(chuàng)新實驗室”及“無邊界”學習空間

圖9：吳淞中學“道爾頓工坊”創(chuàng)新實驗室群中的制造工坊

（四）提供真實的情境體驗

生活中的每樣事物幾乎都是跨學科的，學校也應如此。創(chuàng)新實驗室通過真實情境的創(chuàng)建，讓學生在實踐中體驗和探究，將實驗室從單一學科拓展到跨學科，從自然學科為主，拓展到人文、藝術、社會科學、工程技術等新領域和綜合學科，讓學生真切感受到學科之間的關聯(lián)，有機會去回答與解決實際生產(chǎn)生活中的真實問題。例如，上海海事大學附屬北蔡高級中學建立了由船舶、航行、海洋、救生四大主題實驗室共同構成的“航運創(chuàng)新實驗室”（見圖6），學生能夠在航海模擬駕駛室等仿真情境中，開展與航運相關的實際操作體驗和探究學習，綜合運用所學知識和技能解決遇到的各種實際問題。

華東政法大學附屬中學的“明德尚法”創(chuàng)新實驗室的模擬法庭（見圖7），通過設置庭審廳、仲裁廳、事務調(diào)節(jié)室、辯論廳、學生事務中心等，對法制系統(tǒng)進行了全真模擬，開展模擬立法、模擬聽證、模擬庭審、模擬仲裁、模擬事務調(diào)節(jié)等實踐活動，為培育學生的法制素養(yǎng)提供了豐富的學習載體和實踐平臺。

（五）支持研究性、項目化、合作式學習

創(chuàng)新實驗室聚焦對學生多元學習方式和深度學習的支持，堅持以學習環(huán)境重構引領學習方式的變革，將教學方式的關注點從教師的“教”轉向?qū)W生的“學”，促進學生在自主探究、合作交流和問題解決的過程中實現(xiàn)深度學習，支持學生的研究性、項目化、合作式學習，提升創(chuàng)新素養(yǎng)。長寧區(qū)天山第一小學的“項目化學習創(chuàng)新實驗室”，建設以學生為中心的智慧學習環(huán)境和靈活多變的功能區(qū)域，實驗室的空間布局可以根據(jù)學生在項目研究中的不同需求隨時進行調(diào)整，并與學校的其他學習空間實現(xiàn)“無邊界”銜接，引導學生開展自主式、合作式、探究式學習（見圖8）。

吳淞中學創(chuàng)新實驗室群“道爾頓工坊”共有23 間2500 平方米（見圖9）。區(qū)別于傳統(tǒng)實驗室的封閉空間，工坊內(nèi)有若干個長桌適合小組學習和項目學習，有符合人體工程學高矮不同的椅子供學生選擇。工坊間有連廊適合跨學科研究，課題研究和科學實踐往往在兩三個工坊間完成。通過課堂觀察、學生調(diào)查、活動評價和教師訪談等進行相關性分析發(fā)現(xiàn)：學生在道爾頓工坊的學習積極性較普通教室高，學習效果也優(yōu)于普通教室；教師的討論比例和答疑比例也明顯偏高，小組活動顯著增加；學生在各類技術支持的環(huán)境下能獲得更多體驗；在工坊產(chǎn)生了數(shù)以千計的課題，學生的各種創(chuàng)新潛質(zhì)得到開發(fā)。

創(chuàng)新實驗室的成效

創(chuàng)新實驗室緣起學校改變學習環(huán)境的創(chuàng)新之舉，在上海市中小學校全面推廣并產(chǎn)生積極效果，成為上?；A教育深化課程改革、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)均衡發(fā)展的重要組成部分，經(jīng)驗輻射至全國十余個省市。

（一）促進學生創(chuàng)新素養(yǎng)培育

創(chuàng)新實驗室通過營造探究式、體驗式、情境式學習環(huán)境，推動學生學習方式轉變，滿足學生探究、體驗、個性化學習和發(fā)展需求，提高學生接受知識的學習傳承環(huán)節(jié)和實驗探究環(huán)節(jié)之間銜接、轉化的效率，讓學生在開放和探究性過程中實現(xiàn)深度學習，較好地發(fā)揮了學生在學習過程中的主體作用，有效促進了學生創(chuàng)新素養(yǎng)和實踐能力的提升。以2017 年為例，在上海市高中綜合素質(zhì)評價系統(tǒng)中，高三學生有2 萬余份研究性學習報告在創(chuàng)新實驗室中完成。僅七寶中學創(chuàng)新實驗室中就誕生學生發(fā)明專利467 項。

（二）促進教師專業(yè)素養(yǎng)提升

創(chuàng)新實驗室涉及眾多新興領域和跨學科領域，拓展了教師的專業(yè)知識和技能，提升了教師的信息素養(yǎng)、課程開發(fā)能力和創(chuàng)新素養(yǎng)培育能力；促進了教師角色從“國家課程的執(zhí)行者”轉型為“學校課程的建設者”，從“學科知識的傳授者”轉型為“學生發(fā)展的支持者”；產(chǎn)生了一批積極適應教學變革的優(yōu)秀教師，近三年，撰寫創(chuàng)新實驗室研究論文461 篇。

（三）促進學校課程建設和特色發(fā)展

中小學校以創(chuàng)新實驗室為抓手，開發(fā)特色課程，找到新的發(fā)展增長點。目前，上海市中小學創(chuàng)新實驗室校本課程涉及文理及綜合學科中的50 余門類，成為學校課程建設的重要組成部分。創(chuàng)新實驗室成為上海市特色高中評估的重要指標，41 所特色高中項目學校均建有主題鮮明的創(chuàng)新實驗室；93 所市級新優(yōu)質(zhì)學校中66 所建立了創(chuàng)新實驗室，借助創(chuàng)新實驗室提升辦學質(zhì)量，成為家門口的好學校。

創(chuàng)新實驗室的突破與創(chuàng)新

經(jīng)過多年的不懈努力，創(chuàng)新實驗室已成為上海中小學學生創(chuàng)新素養(yǎng)培育的重要平臺，在實驗室的建設形態(tài)、建設機制、建設思路與方法等方面均有明顯突破與創(chuàng)新。

（一）突破了傳統(tǒng)實驗室建設的形態(tài)

改變以硬件配置為主的傳統(tǒng)實驗室建設模式，以可變組合式空間布局、豐富多樣的課程資源、先進的技術裝備，支持多類型課程實施和多樣化學習需求。打破傳統(tǒng)實驗室的學科界限，將實驗室類型從自然科學為主，延伸到人文、社科、藝術、綜合實踐等學科和跨學科領域，創(chuàng)生了一大批不同于傳統(tǒng)實驗室的新型實驗室形態(tài)，促進學生創(chuàng)新能力和實踐能力發(fā)展。

（二）突破了傳統(tǒng)實驗室建設的機制

隨著教育改革的逐步深入，我們深感，學校整體空間的建設與發(fā)展仍需要不斷改進和創(chuàng)新。

突破以往實驗室建設、管理、應用“各自為政”的傳統(tǒng)機制，形成以政府主導、扶持，學校應用為主，社會組織專業(yè)支持的市區(qū)校三級聯(lián)動、社會資源協(xié)同、學校實踐同步推進的實驗室建設新機制。

（三）提供了學校學習空間重構的新思路和新方法

基于實踐，對創(chuàng)新實驗室功能定位、課程建設、教學方式和環(huán)境建設等進行深入研究，歸納形成了創(chuàng)新實驗室這一融合學習內(nèi)容、學習方式和技術裝備為一體的新型學習空間的建設方法，為學校學習空間重構提供了新思路和新方法。

關于未來的展望與思考

創(chuàng)新實驗室所引領的學習環(huán)境的“重構”，上接課程內(nèi)容的統(tǒng)整，下連學習方式的轉型，橫向上涉及學習空間形態(tài)的創(chuàng)新和現(xiàn)代信息技術的融入，牽動學校教學組織方式和人才培養(yǎng)模式轉型。隨著教育改革的逐步深入，我們深感，學校整體空間的建設與發(fā)展仍需要不斷改進和創(chuàng)新。創(chuàng)新實驗室以“破冰之舉”引領了傳統(tǒng)學習環(huán)境的“顛覆”和“重構”，后續(xù)需進一步實現(xiàn)學?？臻g、課程和技術裝備的深度融合。同時，在創(chuàng)新實驗室的引領下，上海開始著手對普通教室、專用教室與場所、公共空間、虛擬空間等進行一系列的整體學習空間重構，有效支持學校多類型課程實施，支持學生的多樣化學習和個性化發(fā)展需求，追求人文與科技之間的平衡，全面激活學校環(huán)境的育人價值，讓學校的空間更加靈活而具有智慧，更有效支持學校育人目標的達成。