创新实验室里的故事15丨看静安如何让学生走进生活、走近科学

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这里有让自主、个性学习蔚然成风 的大气环境监测实验室；有让“现代智能温室”中盛开的课程之花的现代智能温室；有让创新的火花点亮未来的通讯创新实验室；有光影下的创意梦工坊光影MAGC创意梦工坊……

本周“创新实验室里的故事”就来说说发生在静安区创新实验室里的那些事儿，看静安是如何打造一座座无围墙的创新实验室。

首先让我们来听听静安区教育局掌门人怎么说：

教育的高品质,要能为每一个学生的个体发展奠基;教育的时代性,要让教育从课堂走向生活,走近最新的科学和技术,与明天的发展接轨;教育的公众性,则要求我们能更好地辐射优质教育资源,共享教育改革的成果。静安创新实验室的建设,这些方面都作了有益的探索和实践。

创新实验室在课程、教学、开放性等方面的突破,在思辨、互动、实践等方面层次的提升,使教育的本质进一步凸显,人才的培养有了更好的环境,创新的追求有了可操作性的实践。

创新实验室的建设,对于新的历史起点上的静安基础教育的发展,一定能书写出更为绚烂的一笔。

——静安区教育局局长陈宇卿

中小学创新实验室建设,极大地丰富了中小学生在校的学习生活内容,拓展了学生在校动手实践、想象创造的空间。在“以课程开发和实施为支撑、与课程建设同步”“适应课程教学改革背景下学习环境重构的需求”等工作理念的指导下,静安区教育局通过顶层设计、整体布局、典型辐射的推进策略，多次召开区、校各级专题会议,对创新实验室建设的理念、要求、布局等予以了明确的定位,并给予建设经费等强力的支持。

让我们一起走进各所学校，看看他们的创新实验室长啥样：

学校：上海市市西中学

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创新实验室： 大气环境监测实验室等?

让自主、个性学习蔚然成风

2014 年 4 月,美国科罗拉多大学参观团一行,已经在市西中学的创新实验室里观察了一个多小时了。突然校长先生开口了:“你们的理工科、环境方面的实验室这样出色,为什么不再建设一个大气环境监测实验室呢?”

这位美国国家环境总署前署长,自从挂帅克罗大学校长后,大力开展了环境教育,不仅学校的环境科研经费增加了近百倍,环境专业更是成为了全美乃至世界的一流专业。他的建议,无疑为市西中学实验室的建议提出了新的方向。

大气环境监测实验室诞生记

市西中学的生物、化学、地理学科联合教研讨论会召开了。

作为上海市环境教育先进学校,这几个教研组真可谓功不可没。

上海市众多水域的污染化验及报告呈送、人类指甲的生长研究、化妆品及地沟油的检验分析、生物竞赛与化学竞赛的全国金牌、地球小博士数百篇的获奖论文、报送联合国教科文组织的中学生论文......随便拿出一两项,都是顶级的教育成果。这次的联合研讨,科罗拉多校长的提议就是主题。

“我们已经有了水质、植物、土壤、光污染等的环境监测与研究,有能力也有必要开展大气环境的监测研究。”

“当年的‘大兴绿地对环境的改善研究’,已经涉及到了大气环境的影响,可惜当时我们缺乏实验条件,不然这个课题的研究,完全可以进一步深入。”

“环境教育的发展,创新实验室应该提供支撑,大气环境实验室的建设势在必行。”

大气环境监测实验室建设的意见征询会,成为了这一实验室建设的“誓师大会”。

大气环境监测实验室课程的提纲和教材编写由地理教研组承担了。

在充分提取其他教研组的意见后,第一稿完成了。学校与华东师范大学环境工程国家重点实验室取得了联系。华东师大派出了教授和博士生,不仅对初稿进行了指导,还承诺对市西实验室的部分资源开放以及进行教学指导工作。第二稿修改后,学校不仅请教研组进一步打磨,听取了专业机构专家和教研员的意见,还主动将修改稿送至科罗拉多大学征询意见。前后13个月的时间,大气环境实验室课程的方案和教材终于完成了。

接着,实验室的硬件建设开始启动,在专家的指导下,2016年3 月,市西中学大气环境监测实验室的软、硬件建设全面竣工了,市西中学的环境教育又开辟了新的疆域。

形成创新实验室规模化效应

市西中学创新实验室的建设,起始于1998 年。历经三轮改造,现已形成了 20个创新实验室的建设规模。理工科类的包括“自动控制实验室”“汽车能源实验室”等;文科类的包括“地理防震减灾实验室”“文史专用教室”等;艺术类的包括“数码艺术实验室”“音乐制作实验室”等;学生工厂类的包括“机器人实验室”“头脑奥林匹克实验室”等;环境类的包括“化工技术实验室”“生物技术实验室”;最新科技类的则包括了“物联网实验室”“大气环境监测实验室”“F1赛车实验室”。

市西中学在创新实验室建设中,坚持了这样的建设理念:一是有利于学生的创新精神和实践能力的培养,丰富学生的动手实验。不仅让学生自由想象、自主设计、自我实现、发展思维,还能够让学生在动手实践的过程中接受挑战、磨炼自己的毅力。

二是尽量降低学生进入的门槛,把激发学生的兴趣、培养学生的好奇心与科技发展介绍、科技内容学习结合起来,不盲目追求高精尖,使创新实验室成为对学生有凝聚力、有亲和力的学习活动场所。

三是具有个性化学习、个性化辅导的功能,尽可能多地提供不同门类、不同内容、不同学习方式的选择性,以便更好地发展学生的个性特长。

四是与课程建设同步,课程成为实验室硬件建设的支撑,并与基础型、研究型课程相整合,与学校的科技教育和学生科技活动、社团课程相整合。

开发特质鲜明的实验室课程

创新实验室的课程建设,市西中学的要求是明确的:创新实验室课程要成为具有特质的课程,必须是实验室建设的先行,应该成为硬件建设的基础和支撑。

在课程内容的开发上,学校从多年来拓展型、研究型课程中沉淀下来、为学生喜爱的内容,形成课程;或者是根据学生的兴趣爱好的内容,形成课程;或者是由科技发展对师生求知欲刺激的内容,形成课程。

课程内容的形式,学校采用“主线”+“模块”的形式。

例如,能源实验室课程的主线为能源的开发和利用,包含的模块为太阳能、水流能、风能、电能、机械能等。在学生自我选择的基础上,开展教学活动。“主线”+“模块”的课程形式,指向明确、线条清晰,而其中的模块化,既可以具有不同的内容,也可以具有不同的学时,构成了“长、短”周期的课程搭配,不仅增加了课程的选择性,也使教学更具有灵活性。

课程的开发往往会有不同的形式,如学校独立开发、同类型实验室学校联合开发、依靠高校和其他力量开发、或者采用课程购买方式开发。但不论哪一种情况,开发以后课程实施的主体,仍然是学校自身。因此,课程开发中应该凸显学校的作用、凸显教研组的特色、展现教研组集体的智慧。

教研组对这一系列课程的开发负有直接责任,但在具体实施中,原则上应保证两位以上的教师承担。学校的“音乐创作”课程、“自动控制”课程、“水质分析”课程、

“数学实验室”课程、“乐高机器人”课程等的开发,都是由教研组两位以上的老师共同承担的。创新实验室课程开发的这一模式,不仅保证了创新实验室课程教学实施的连续性,也促进了教研组和教师更加关注了学校的教育改革发展项目,更加关注了学校的课程建设,开阔了教师的教学视野,培养和发展了教师的不同特长,有效促进了教研组和教师的专业化发展。

自主、个性学习蔚然成风

创新实验室课程的建设,与社会生活、科学技术发展接轨,既具有不同的内容,如传统的、新鲜的,也具有不同的周期,如长课程或短课程,以及充分的选择性与灵活性,不仅满足了学生理论学习和动手实践相结合的需求,让学生在创意中实现自我,更凸显了自主学习、个性学习的特点,呈现了团队学习、合作学习的风格。

几年来,市西中学的创新实验室已经形成了“师生互动”“师徒学习”“半野生学习”“专项任务驱动”等教学模式。在这里,教学目标不是唯一的,生成性问题、联想性问题的解决,往往成为了课程教学中教师和学生更为关注的重要内容。

现在,学校每年参加各种实验室学习的学生总人数超过了 300 人,达到了高一、高二年级在校学生总人数的 75%,学生活动等总人次几年来超过了 4000 人次,特别是学校科技节期间,实验室几个星期里都是人满为患,往往需要提前两周预约才能获得使用。

在创新实验室里,学生们取得了许多令人赞叹的成绩。在这里诞生了2011 年世界第八届国际机器人大赛高中组金奖的队伍 ,F1赛车全国冠军 ,等等 。 更多的学生在这里,找到了创意、获得了灵感,展现出了中学生创造性设计的聪明才智。

文| 通讯员 林 勤

学校：上海市育才中学

创新实验室： 现代智能温室

“现代智能温室”中盛开的课程之花

创新实验室建设首先要确立基于课程的原则,学校应该先有课程设计,再建设对应的学习环境以保证课程实施。育才中学生命科学教研组根据《上海市普通中小学课程方案》中对课程结构的要求,从基础型课程、拓展型课程和研究型课程三类课程特点出发,设计了与创新实验室相关的系列课程,为学生提供多样性的课程选择。

在基础型课程中渗透

通过参观创新实验室“现代智能温室”,让学生们初步了解现代农业发展进程,体验科技进步对现代农业发展的重大影响,加强对植物培养的感性认识,对学生的学习积极性有显著的促进作用。

同时,学生通过参观“现代智能温室”可以顺利地认识现代智能设施中相关设施的用途,结合生命科学基础型课程中的相关教学内容,可以有目的地开展实验,在此过程中接触到生命科学新技术,并在学习过程中提升科学素养。

在生命科学高中“生命的物质变化和能量转换”关于光合作用的相关内容中,有学生想探究“影响光合作用的因素”,CO2 浓度、光照强度、温度是最常见的影响光合作用强度的因素,学生可根据控制变量原则和对照原则,选定上述中的一个因子(或其他因子)进行探究。在参观了“现代智能温室”后,学生熟悉了现代智能温室中的相关设备和用途,诸多设备确保了多项环境因素可控性,如温度、光照、湿度、矿质营养、CO2 浓度等。学生在现代智能温室利用这些可控设备来设计“探究影响光合作用的因素”并开展实验。

在拓展型课程中延伸

依托“现代智能温室”,逐步建构数门生命科学拓展型课程,以培养、激发和发展学生的兴趣爱好,拓宽科学视野,提升科学素养,促进学生个性的发展。

目前初步建成的拓展型课程包括“生命科学拓展实验”“植物组织培养技术”和“现代栽培技术”。现在农业智能温室这一特殊的教学环境为拓展型课程的教学营造了良好的氛围,实现了对教学的有效促进。这一点在“组培苗的移栽”一课上得到了明确的体现。

当置身于现在农业智能温室,学生们显然兴致盎然,环境本身成为了最好的教学情境。“移栽”是植物组培技术的最后一个环节,从实验操作技能角度来说,难度不高,内容较为单薄。但结合智能温室中不同的栽培设施,同时提供给学生移栽相关的研究方向,可以使“移栽”不再停留在实验技能的层面上,而可以升级至科学探究的层面。在“现代智能温室”中完成该课,学生体验了组培苗的栽种环节,感受了生命的生机,更因特殊教学环境的触发而使科学探究变得更为顺畅,实现拓展课程在提高学生科学素养方面的设计意图。

在研究型课程中深化

在研究型课程方面,学校关注学生学习过程,通过在现代化农业大棚中创设学习情境,开发实践环节,帮助学生在学习过程中体验、感悟并丰富学习经验,实现知识传承、能力发展、积极情感形成的统一。

中学生的科研兴趣非常浓厚,时常有一些具有创新性的想法,学校每年均有部分学有余力又挚爱科学研究的同学申报科研小课题。但由于实验条件、指导能力的限制,很多类似的课题都未能付诸实践。如今学校利用现代生物技术创新实验园区的相关设备,配备专业指导教师,协助中学生完成相关的创新课题。

今年四月,学校组织部分能力较强的学生参加了研究性课题“蚯蚓液肥的提取、组分分析及各组分影响拟南芥生长的效果比较”。学生先利用蚯蚓堆肥法取得蚯蚓液肥。在制作蚯蚓堆肥箱的过程中,请学生查阅相关资料,并通过小组 ppT 汇报及讨论的形式,对产生的问题进行讨论分析。在教师的指导下,学生又进一步对后续的实验进行设计。最后,让学生以课题报告的形式,对整个活动进行总结。

在整个课题的实践过程中,学校有效利用了现代化农业大棚以及学校实验室所提供的设备,培养了学生的科学素养和信息素养。

文| 通讯员 杨绿菲

学校：上海市华东模范中学

创新实验室：通讯创新实验室

让创新的火花点亮未来

华东模范中学长期以来在“双通”教育理念指引下,坚持满足不同层次学生的个性化发展,努力探索一条适合学生的发展途径,实现学校在新形势下的跨越式发展。

通讯创新实验室是学校与电信公司合作建设的,旨在通过了解通讯发展历史、学习现代通讯技术,体会现代通讯技术的飞速发展给人们带来的美好生活,深刻理解智慧城市、智慧家园建设的核心内涵。

带给学生一个空间

通讯创新实验室针对专业性做出了相应的专业布置,布置的效果让学生有新鲜感,能够吸引学生,促使学生产生出不断地到这里来的想法。让学生知道到这里来有体验通讯知识气氛的环境,为学生进行创新活动做知识的积累。

通讯创新实验室备有讲义、视频资料、情景实物展示,学生可以通过自主选择参加校本通能拓展课程,组成学习活动小组,在老师的引导下,经历自主学习和体验通信发展史、数据通信、局域网技术、网络层、传输层、高层协议、互联网设备和多层交换、TCp/Ip应用层及Intranet、无线传输和互联网方面的通讯知识。

例如实验室在介绍通讯发展史知识时,通过一体机中视频先抛出个问题:古代没有手机和电话,人类是通过什么方式通讯呢?学生带着这个问题开始研究性学习,击鼓传音、敲打木鱼和铜锣、烽火台、旗语......这些知识通过视频展示给学生,还有鼓、铜锣、木鱼、旗子可以供学生体验古人的通讯方式。

培养学生一项技能

通讯创新实验室是学生科技实验活动的场所,让学生在“通讯理论知识”的浸润下成长,带着“通讯理论知识”的烙印走向社会,这是通讯创新实验室对学生的培养方向。

通讯创新实验室中包括了 Lan 网络的设计和搭、Wlan 网络的搭建、暗管穿线、光纤熔接、光纤入户设备配置、家庭网络规划、单片机技术等六个技能训练板块。

例如学生对“单片机技术”课程的学习,首先感受到了人工智能的魅力,上课时指导老师拿来了一个跳舞机器人,机器人的优美的舞姿、高难的动作一下吸引了学生,学生会想这是怎样做到的呢?带着这样的好奇开始探究学习。通过学习知道了制作一个机器人,要学习硬件知识和软件知识,要学习编写程序,要学习硬件的结构和各部分元素,还要学习更多的物理和数学更多知识。

创造学生一个机会

通讯创新实验室为学生提供了探究活动的硬件和理论基础,让学生通过学习初步的电信知识,从而联系生活实际并从中发现问题,设计基于实验室的探究性试验,开展探究型学习活动。通讯创新实验室是一个对全区中小学生开放的实验室,实验室编写了“微课题研究指南”为学生提供可以选择适合自己的微课题,可以组成课外探究小组,在指导教师的指导下开展课题探究学习活动。

“智能家居”课程是以“规则意识为先,关键技能为重”,通过课程的学习,培养了良好的学习习惯和探究意识。在课程中老师把学生分成几个小组,并结合课程提出遇到的问题,让小组分工去探究和解决问题。如在研究智能扫地机器人时,如何绕障、电机如何降速、如何有效收集垃圾等问题,学生通过小组探究交流很好地解决了。

通讯创新实验室和传统实验室的一大区别在于教学方式上的改变。在该实验室中看不到一块黑板,我们称之为无边界的学习环境。教师和学生也不再是传统意义上班级授课制的形式,课桌椅和实验器材完全按照实验项目的特征来摆放。教师和学生更多的是一种合作者的关系,或许可以称之为“实验共同体”。教师的教学观念也在悄然发生改变,育人手段也在不断创新,让创新的火花点亮未来。

文| 通讯员 徐怡敏 崔建军

学校：上海市静安区景凤小学

创新实验室：光影MAGC 创意梦工坊

光影下的创意梦工坊

景凤路小学地处彭浦新村,学生大多来自工薪阶层家庭。基于校情,学校提出了“快乐体验、感悟成长”的办学理念和“会守礼、会健身、会学习、会生活、会交友、会探究”的“星光少年”培养目标,着力打造师生共同体验和亲历成长的快乐校园。

快乐体验,建设课程

学校自主开发的“光影MAGIC创意梦工坊”是以培养未来工程师所必需的技术创新意识和创新能力为目标的创意设计“工厂”。以日常生活中丰富多彩的光现象为载体,通过“问题解决”为主要特质、任务驱动为主要形态的特色课程,使学生在自主性与探索性很强的渐进式主题活动中,逐步感悟科学知识的奥秘和技术创新的魅力,提升学生的科学素养,激发创造潜能。

“光影 MAGIC”课程由“光的传播、光与颜色、光与影像”三单元 15 个任务组成。在这个系列探究活动中,活动的任务是富于挑战性的,包含多个限制条件;活动的材料大都是生活中常见和常用的,如大小不同、形状各异的镜子,脸盆,油烟机管道等。学校将活动的探究性、科学性和趣味性融合在一起,既能激发学生对光的浓厚兴趣,又能培育创新意识和探究能力。

任务驱动,探索发现

“光影MAGIC”的授课模式采用的是任务驱动下的学生活动,以团队合作的方式,自主结队挑战并完成活动任务。教师转换成了活动的组织者,负责提供任务单和即时指导,学生若对某一方面内容感兴趣,教师便为其提供相关书籍等供参考。实验室里的一体化电视机为学生提供各类光学视频资料,便于学生搜索探究科学原理;演讲台为学生提供信息发布平台, 同分享研 究成果“ 探索 - 发现 ”式的创新授课模式在这里应运而生。

“ 光影MAGIC ”课程以学生自主活动为主,让他们体验参与课程的乐趣。活动过程主要包含以下4个环节:一是任务呈现,目标是提高学生兴趣,留下悬念。二是分析问题,通过阅读、讨论等手段聚焦活动的核心目标,让学生知道要做什么,然后进行模拟演示,说明预设方案的理由,小组设计(设想)与全体同学交流。三是动手实践,学生按照预想的设计,利用限定材料和工具,采用各种方法多次尝试,直至成功。四是小结拓展,各小组自主展示交流,分享经验,拓宽思路。

区域运行,校校联手

“光影 MAGIC 创意梦工坊”是彭浦教育学区“科技大本营”共享课程的组成部分,共享课程由学区内的五所试点学校合作研发,目前已形成了水、力、结构、能、光等五个主题活动单元的课程教材和教师指导手册。景凤路小学开发的《小学“快乐 300 分”活动丛书 ? 光》作为区域共享课程的教材及配套教具、学材,在全区多个学校得到推广。

作为彭浦地区学区化建设的学校,景凤路小学积极发挥课程资源优势,定期开放实验室,开展跨校师生主题学习活动,以校际合作研修为主要形式,通过每月一次的校际联合教研活动,实现课程共建、教师共行、资源共享。

团队合作,师生共赢

“光影MAGIC创意梦工坊”的建设超越了传统教育中单一固化的教室教学环境,拓展了学生自主学习的空间。实验室为学生提供了施展才艺的空间,为学生创新意识和实践能力的培养搭建了平台。在“上海市学生艺术设计”等多个创意活动中,学生自主设计的作品均获得不俗表现。

在实验室建设过程中,研究团队发挥集体协作的合力优势,共同编写活动方案、研发课程、自制实验教具,并在课堂教学的实践中不断完善提高。教师设计制作的配套教具“光纤通道、灯光盒、水棱镜、无影灯”教具获得四项国家知识产权局的“实用新型专利”。

文| 通讯员 潘倩青

最后，让我们来看看静安区整体推进创新实验室建设的经验做法：

静安区：

让学生走进生活、走近科学

在区教育局的统一布局下,目前静安已在39所中小学校共建成了69个创新实验室,其中市教委财政支持建设的29个,区级财政建设的40个。经过几年的建设和发展,静安区的基础教育创新实验室建设已初步完成了对高中、初中、小学等各级学段的全覆盖,基本形成了良好的梯度和衔接结构。

在建设创新实验室的过程中,区教育局始终强调配套课程建设的意义和作用。目前各中小学已建成和投入使用的实验室均配套开发和建设了相应的课程,并在课程建设中形成了不同的特点。

学校主体—自主开发课程。此类课程多是各学校在多年来课程教材中,特别是拓展型、研究型课程、校本课程建设中,通过积累、沉淀下来、为学生喜爱的内容,这些课程有着一定的教师队伍基础、也有着一定的实施经验。如市西中学的“能源”“音乐创作”“机器人”课程;风华中学的“DIS”课程;一师附小“创意坊”课程以及和田路小学“创造学苑”课程等,都已经具有较长的课程开发时间,将其进一步提炼、更新、充实,就成为了意境新鲜、更加丰满的实验室课程。

资源利用—协作开发课程。这类课程多是具有丰富科技含量的课程。学校在课程开发中,充分利用已有社会资源,结合自己学校的教师特长,与相关单位共同协作、优势互补,开发出具有特色的创新实验室课程。如华东模范中学的“现代通讯实验室”课程,就是学校与中国电信共同研发编制的;再如市西中学的“大气环境实验室”课程,也是学校地理、生物教研组与华师大地理系共同开发的。

购买服务—借鉴开发课程。随着社会对于教育的关注,许多教育设备的企业、公司,都相继开发了与自己设备器材配套的课程,在提供硬件的同时也提供了软件。对于部分课程开发力量不足的学校,以购买服务的方式引进课程,只要学校能对这些课程本土化、学校特色化,这也是解决实验室课程开发的一条途径。如培明中学的“物联网实验室”课程、五四中学的“火柴人智能实验室”课程,就属于这种类型。

优势互补—联合开发课程。几个学校联合,在实验室建设的同时,发挥自己的优势共同完成课程的开发。当然,这种开发模式要求联合开发的学校,应具有相同或类似的实验室项目。市西初中的“机器人实验室”“未来城市项目”课程,就是与市西中学(高中)联手打造和开发的。

创新实验室的建设和发展,已经成为上海基础教育提升内涵发展的一张重要名片。静安将牢牢抓住这个契机,充分发挥“上海市中小学创新实验室孵化中心”的辐射、孵化功能,积极推进静安区中小学创新实验室的建设,使静安教育在高位发展的平台上,取得更大的突破。

下一阶段,静安将进一步完善创新实验室的建设发展,更多地让科技发展的前沿内容进入学生的身边;进一步加大创新实验室课程的开发与整合,形成真正让学生喜爱的、有兴趣的、能培养学生想象力、创造思维的课程;进一步加大创新实验室教师的培训研究工作,真正形成实验教师的学习联合体、研训联合体、实践联合体;进一步研究和探索创新实验室的管理机制,提高创新实验室建设有效性。

本文原载于《上海教育》杂志2016年12A刊，更多内容，请参见杂志。

关于创新实验室

说到中小学的“实验室”，你会想到什么？烧杯、量杯、酒精灯？小车、砝码、小天平？其实，今天中小学的实验室早就升级换代了。

“第一教育”将每周推出一个专题，依托上海市教委教育技术装备中心及其承担的“基于课程的中小学创新实验室建设行动研究”市级重点课题，向大家介绍上海各个区县在创新实验室建设方面的成效和特色。

创新实验室是学校实施拓展型、研（探）究型课程和开展学生自主探究实验活动的场所，是基于满足学生个性化学习需求的课程资源，是融合学习内容、学习方式和设施设备为一体的学习环境。

创新实验室的核心是实践，灵魂是创新，通过为学生提供多类型的课程和开放性的实践活动，激发学生的创新意愿，提升学生的创新能力，满足学生自主学习和个性发展的需求。

上海自2010年率先启动创新实验室建设工作以来，已经建成和正在建设的创新实验室数量有近800个，超过半数的中小学校建设了创新实验室。

2015年10月，上海市教委等9家单位引发的《促进本市城乡义务教育一体化的实施意见（暂行）》明确提出，每个学校应该至少设立一个创新实验室。

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