构建未来理想教室： 创新课堂培育创新人才

陈鹰萍 曹伟勋

我国在2005年就明确提出了“建设创新型国家”[1]的重大战略思想，创新型人才的培养至关重要，是我国建设创新型国家的基础和保障。然而，传统的应试教育以灌输知识为主，孩子们整天读书、考试，并不能有效地培养他们的创新能力，以致于到目前为止中国大陆还没有出现一位诺贝尔发明奖获得者。很多大学生通过十多年的教育，甚至“毕业就失业”。

如何在教给孩子应试能力的同时，也教给孩子更重要的社会生存能力，是中国教育目前必须解决的一个主要问题。那么什么才是孩子最需要的生存能力呢？

爱因斯坦认为：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，而且是知识进化的源泉。”想象力固然重要，但如果只有想象力而不动手实践，那么我们永远也不会有今天的汽车和飞机。所以除了想象力，我们还需要创造力。

爱迪生对创造力有一个精辟的诠释：“天才就是99%的汗水再加上1%的灵感，而那1%的灵感恰恰是最重要的。”回顾我们当今的教育，孩子们虽然付出了99%的努力甚至更多，整天沉浸在题海之中，但却扼杀了更重要的探索精神和解决问题的能力。所以创造力不但需要有艰辛的血汗付出，更重要的是要有灵感相伴。

有了想象力和创造力就够了吗？“地沟油”、“三鹿奶粉”以及最近的“复旦博士生投毒案”都是想象力和创造力的产物，生存教育中还必须关注重要的人文和道德教育，如发明家、艺术家等成长的故事，了解人类发展和艺术美学等知识，培养崇高的人文情怀。

在日益全球化的今天，特别是对于快速发展的中国来说，面对扑面而来的工作挑战和职业困惑，我们数百年来沿袭不变的应试教育和秧田式的课堂教学模式正面临巨大的危机，一种能够个性化、差异化培养学生的创新教育未来教室已经成为我国发展的迫切需要：以面向全体学生、全面提高学生的创新能力为目的，注重开发学生的潜能，培养学生的自主学习能力和自我发展能力为手段。我们的学生需要多维能力来解决未来工作中遇到的各种复杂问题。

彰显创新教育的未来教室

比特实验室把先进的物联网科技[2]与国际工程教育改革的最新成果CDIO[3]（Conceive构思，Design设计， Implement实现，Operate运营）工程教育模式完美地结合在一起，并结合青少年的特点，开发了适合不同年龄孩子的物联网传感电子交互体验式训练课程体系。比特实验室的特点是把生活与课堂、科学和艺术紧密融合，弥补了中国应试教育中存在的缺陷和不足，不仅锻炼学生的语、数、外能力，而且锻炼学生的动手创造以及团队合作能力，打造了一间基于物联网科技的未来教室。

比特实验室为在“应试教育”的苦海中奋力挣扎的孩子们提供了一个“生存教育”的绿色小岛，“不让一个孩子掉队”是比特实验室的教育目标。比特实验室，不仅让孩子们学到比知识更重要的3个“爱”（爱因斯坦的想象力，爱迪生的创造力和贯穿生活的爱心），而且教会孩子21世纪最重要的7项生存能力[4]（创造发明能力、团队合作和领导能力、创新思维和解决问题能力、运用物联网最新科技能力、快速获取知识和信息能力、跨文化和地域的理解能力、自主学习和职业规划能力）。从比特实验室走出来的孩子将是一个个富有自信、激情和梦想，热爱生命和创造的未来有用之才。

传统的应试教学方法，教师与学生完全在高度紧张的学习氛围中，一切以分数为最高标准。在课堂上，学生只为考试而学习，从而造就了学生脱离实际的无效习惯和能力，以致阻碍了他们今后的自主学习能力及工作能力的培养。

比特实验课程的教学方法和内容，融入了最前沿的翻转课堂、大数据和物联网科技的特征。教师与学生是在相互交流和学习的氛围中，以产品设计与项目合作的形式开展教学的。学生在课堂上围绕自己感兴趣的项目和产品设计开展团队合作与相互交流学习，而不再是简单被动地接收知识；教师的作用是协助学生完成项目，在不同的项目小组中做好协调与组织工作，发现学生和解放学生，而不再是教授学生知识和帮助学生应付考试。

比特实验室的建设

比特实验室的建设包含科技和素质两个教学层面：在科技教育层面上推进的是目前世界上最前沿的以传感器和智能化控制为主的物联网技术，而且最能体现从技术到实用的转换。例如，生活中处处可以用到的“拍手点亮的灯”、“会说话的温度计”和“长眼睛的电风扇”等。另外，比特实验室还提供体现物联网实际应用的“手机控制智慧农业”和“智慧家居”等实验系统。例如，“手机控制智慧农业”系统可以让普通农民通过手机检测蔬菜暖棚的温度、湿度、光照度和二氧化碳浓度等，从而实现自动施肥和浇灌，不仅可以降低劳动力成本， 还可大大节约宝贵的水资源，提高农作物的产量和质量。这样一个完整的“智慧农业”物联网系统，可以让学生在比特实验室一节课的时间内采用DIY模块自己动手搭建完成，激发学生的创新意识和科学探索的热情。

比特实验室在素质教育层面上推进的是针对目前中国的应试教育中所欠缺的部分，突出培养学生的创新意识和对科学知识的探索精神，激发学生自主学习的兴趣和积极性，从而提高学生成为创新人才的全面素质。比特实验室采用了个性化的快乐互动教学模式，营造了一个透明和彩色的创新思维空间（如图1），从教室的课桌到传感器电子作品的造型，采用了透明和彩色的积木式模块，提倡每个人都是与众不同的，分数的评估不是和其他人相比，而是和过去的自己比较，这是激发自己前进的真正动力。

课程从一个感人的科学家故事或生活哲理故事开始，从学生聚精会神地听故事到大胆地动手做实验。让学生在实验的互动过程中，提高动手能力和创新能力，学会如何面对失败和承受挫折，如何帮助失败的同学，如何发现自己的能力和提高自己的学习自信心；在团队的协作中锻炼领导和团队合作能力。通过学生对自制作品的快樂体验和创新思维训练，不但提高了学生的动手和想象能力，而且通过对作品的表述和演讲提高了学生的语言表达和艺术审美能力。

图1 无锡南湖小学比特实验室的实景图（透明的课桌椅）

每个孩子都是天生的发明家，比特实验室把物联网传感器的应用和3D创意艺术设计巧妙地结合在一起。为了激发学生的创新精神，比特实验室内所有的设计都是由小的积木块（“Bit”位）组成。椅子和桌子是由透明的可拼装亚克力面板和矩形框架组成，学生可自行组装和修理；透明的桌面可以让学生在不影响动手实验活动的情况下，透过桌面看到教科书，或储存在平板电脑内的课程设计指导和项目要求，或上网搜索显示的重要信息，无形中把实验活动的面积增加了一倍。

电子传感器积木模块包括了生活中常用的四大领域：节能环保（如声控灯和温度报警器）、家居安防（如手机监控家内是否有人）、运动健康（如超声波测身高、运动计步器等）和娱乐游戏（如平板电脑控制的小车、地磁感应收音机等）。例如，声控、光控、红外、超声波、温湿度、加速度和气体传感器等（如图2），学生可以根据自己产品设计的需求将这些传感器和相关的控制器模块通过插拔式导线连接起来，快速构成一个完整实用的传感电子系统。这样不但可以激发学生设计电子系统的兴趣，而且增强了学生的动手和创意设计能力。

图2 比特实验室部分传感器模块

为了让学生能快速实现产品的外观设计，比特实验室独创设计了形状不同的3D造型基本模块，包括正方形、长方形、三角形、扇形、直角、钝角和平面连接模块、小圆片、小正方形等（如图3）。

图3 比特实验室3D造型模块

学生采用这些基本的造型模块可以非常迅速而方便地搭建出各种奇思妙想的外形，同时方便地把传感电子模块固定到这些造型模块上面，就像给电子系统设计一件美丽的外衣一样有趣和让人激动。有些学生设计出了中国馆、宇航飞机、家居小屋和企鹅等充满想象力与创造力的作品（如图4）。

图4 比特实验室3D造型模块搭建的创意作品

创新课堂教学流程

比特实验室的教学流程主要包括四个部分：了解发明家和人类科技发展的历史；做一个严谨的工程师；做一个富有创意的艺术家；做一个充满激情的演说家。活动按照孔子的“三人行必有我师”的项目合作模式开展，每队由3～4名学生组成，男女搭配。在每个创意项目中，团队成员一起工作，解决冲突的思路以达成共识的设计。不同的人才，不同的创意，不同的才智，整个团队成员在创新中，不停地融合再融合，成为一个团结协作的优秀团队。

（1）了解发明家的故事：激发学生的求知欲、好奇心和探索进取精神，如愛迪生实验上千次成功发明电灯等感人故事。

（2）做个严谨的工程师：锻炼学生的动手、观察、思考和解决问题的能力。学生要学会如何有效地使用各种传感器模块来解决现实生活中的问题。

（3）做一个富有创意的艺术家：锻炼学生的想象力、创造力和团队合作以及沟通能力，激发艺术灵感和勇于创新的精神。学生利用多彩的3D造型模块，搭建出时空穿梭机和阳光环保车等。

（4）做个充满激情的演说家：锻炼学生的语言表达、审美演讲能力，成为乐观进取和勇于挑战的高素质人才。学生就自己团队完成的作品上台演讲，有的同学描述：“我永远也忘不了第一次上台演讲的羞怯，第二次的渐变，第三次的落落大方。”

学生完成小组设计的作品后，每一个团队都会写上对作品的描述和对其特点、功能、实用性的介绍，以及市场化、成本和利润的期望。这样的活动使学生增强了自信心，提高了在其他人面前演讲的技巧。

结语

比特实验室项目的实施，不仅使学生对物联网传感电子技术有了深刻的认识和理解，同时培养了青少年的动手、观察、思考和解决问题的能力，激发了他们的想象力、创造力、艺术灵感和勇于创新的精神，弥补了目前应试教育中对学生的个性发展、创造性思维、作文演讲、动手能力、团队合作及沟通能力等关键情商和智商能力培养的不足和缺陷。让学生获得比知识更重要的学习兴趣和创造潜能，使他们找到适合自己发展的成功之路，成就快乐人生。

（作者单位：江苏无锡市南湖小学 江苏无锡市爱睿芯电子有限公司）