创新实验室“新”在哪儿

何刚

实验教学的新理念：跨界融合

随着课程改革的不断推进和深化，物理、化学、生物等学科的实验教学也在与时俱进。上海市格致中学在保持传统的基础上，通过组建跨学科的创新教研组，以“格致FabLab创智空间”这一创新实验室为载体，突破单一学科的限制，整合资源，跨界融合，不断寻求实验教学的创新与突破。

FabLab创新实验室是一项源自美国麻省理工学院的教育实践研究项目，在美国有“创新梦工厂”之称。格致FabLab创智空间是麻省理工学院与中国大陆学校合作创设的第一家创新实验室。实验室建设以为学生提供创意设计、实体加工、项目学习、个性制造、专题研究之空间为主要目的，凸显集创意、设计、加工、制造、展示等环节于一体的总体设计理念。同时，以课程开发与课程实践提升学生的问题解决能力、沟通协作能力、创新素养、媒介素养和数字素养为主要目标。

与传统实验教学相比，FabLab创智空间的实验教学呈现出一体化特色。首先，实验室具有系统、成套的硬件设备配置，配备了3D桌面机和3D扫描仪、激光切割机、精密雕刻机、3D打印机等各类数字制造设备，可充分满足一个教学班的教学和实践活动，充分满足学生从创意到设计实施的全过程。其次，基于FabLab创智空间开发了层次分明的“格致创意课程”体系，既面向全体学生开设劳动技术基础型课程，又面向有选修意向的学生开设“3D打印创意制作”拓展型课程，还面向资优生开展科技创意类专题研究指导。再次，为激发学生对创意设计的兴趣与钻研，采取了任务驱动、校内作品选拔、校外参赛展示等系列举措，全方位磨炼学生的刻苦钻研精神、问题意识、协作能力与表达素养，初步树立了学生追求完美、精益求精的“工匠精神”。

创新实验室里的学习有什么不一样

格致FabLab创智空间建设，从校本课程开发、实验室环境与设备建设、教学实施等三个方面人手，整合资源，实现实验教学的突破与创新。

在课程开发方面，以开放、多元内容的整合实现多维目标。

学校传统实验教学基本以单一学科为知识基础，强调实验的规范性、程序性及可预见的实验结果。FabLab创智空间的实验教学，在原有的物理、化学、生物、地理等学科创新实验室建设基础上，尝试基于一门或几门核心学科，开展跨界、多领域的实验教学实践。

以格致创意课程体系中拓展型课程“3D打印创意制作”课程为例。课程内容可分为基础理论、软件应用与实体制造三大类（参见下表），知识涵盖广泛，循序渐进、衔接紧凑，自成体系。课程内容的多元和开放有助于实现实验教学的多维目标。知识与技能维度：了解3D打印技术的发展历程、应用范围与发展前景；运用3D Design和Meshmixer设计软件进行创意设计；熟练运用数字切割机对木板、有机玻璃等材料实现创意图样的切割。过程与方法维度：在观察3D打印的过程中，思考归纳3D打印技术的基本原理；通过对比制造出的实体与设计图样，总结一些有助于改善实体制造美感的图样设计经验。情感态度价值观维度：培养观察与实际动手能力，开拓视野前沿科技；产生对3D打印技术的钻研兴趣，形成热爱创意设计的心理体验。

在实验室环境与设备建设方面，创设适宜创造的学习环境。

格致FabLab创智空间由一楼和地下层两大区域组成，面积约200平方米（参见下页图）。在空间功能设置上，一方面强调传统实验教学的动手操作，设置了组装制作区、3D打印区以及由数控机械、激光切割机、电子制作、传统机械等组成的制造加工区。另一方面强调创造过程中的交流与展示，设置了“教学区”，可满足45名学生的常规教学需求，教师和学生在该区域以基础知识的传授和学习为主，通过投影等多媒体设备也可进行展示和交流；“讨论区”配备了环形会议桌椅和30余台装备了各类创意设计软件的台式计算机，便于学生进行设计前的交流讨论和借助计算机软件的创意设计；此外，两个楼面还根据教室的空间布置了学生作品展示区，可将学生制作的优秀创意作品及各类获奖作品进行展示。

在教学实施方面，突出以学生为中心的学习。

基于创新实验室开设的课程，作为限定性选修课纳人课表，面向學校高一、高二年级全体学生，而不是只为少数学生开设的课程。这种课程的突出特征是坚持学生在课程实施进程中的“自由选题、自主探究和自由创造”。比如，与以往课程相比，研究型课程在教学模式上具有独特性。研究型课程“创意设计”主要通过学生自主研究项目的形式开展，学生在课程开始前提交研究主题与研究方案，得到教师认可后即可带着各自的研究主题进人FabLab创智空间。教师主要是在项目研究遇到进展瓶颈时对学生进行点拨与指导。因此，研究型课程“创意设计”的课程内容之外延较为宽泛，现已完成的研究型成果案例包括学生团队自发研究制造3D版的学校微信平台二维码、学生团队自制的“格致跑鞋”纪念挂件等。

课程的实施类型按照内容可分为课题研究和活动设计两类。课题研究类包括调查研究、实验研究、文献研究等，重点在于认识世界。活动设计类包括社会性活动设计和科技类项目设计，重点在于操作实践。以上两类课程的组织形式包括小组合作研究和个人独立研究两种。小组合作研究通常以1至2名学生为项目负责人，召集核心成员，组成课题组。这是我校最常见的形式。个人独立研究对学生的能力要求较高，对于中学生而言难度较大，通常不推荐这种形式。

创新发展的实验室管理机制建设

格致FabLab创智空间沿用了FabLab标准的团队化管理模式与运行机制。团队由实验室主任、技术主管、运营主管及专家指导团队组成。实验室主任由我校科技总辅导员兼任，技术主管由创意课程的授课教师担任，运营主管由实验员担纲。团队主要由6位教师组成，其中，专职授课教师4名（黄浦校区、奉贤校区各2名），专职实验员2名（黄浦校区、奉贤校区各1名）。

课程由学校专门成立的创新教研组负责日常课程实施和管理。我校的创新教研组成员由物理、化学、地理、生物、艺术、体育等多学科教师组成，这些教师干劲足、能力强，善于组织和指导学生开展形式多样的研究性学习。是我校创新性实验教学的骨干力量。创新教研组教师对学生进行课题研究辅导，包括选题、方法、实施、结题方面的具体指导等。创新教研组是课题研究类课程的具体负责人，是学生开展相关课题研究及学习的执行者、组织者和评价者，负责学习活动的方案制定、考核评定及活动过程管理。

教科研室负责课题研究类和活动设计类课程的顶层设计及实施指导，对相关教师进行培训、咨询和指导，负责校内外协调工作。在其组织下，我校课程实施团队的骨干教师先后赴美国麻省理工学院实地学习FabLab创新实验室的基础建设、设备使用、课程开发与学生指导，不断提高创意课程实践的教学能力与素养。

教导处负责制订课题研究类课程的教学计划，统一布置各阶段的教学工作。制定有关研究型课程的教师管理方案，具体布置、落实、检查教师履行研究型课程管理职责的情况，做好与研究型课程实施情况有关的档案管理工作。

德育处负责活动设计类课程的方案制定、人员安排、活动实施、考核评定及活动资料的收集与整理。通过年级组长和班主任进行研究性学习的班级组织管理工作。

学生自主选择校内外指导教师。学生可以邀请校内教师担任研究性学习的指导教师，参与课题研究过程，对研究性课题进行全程指导，为学生提供帮助、建议和鼓励，并具体指导学生最终整理、撰写出论文或形成其它研究成果，对本课题成员作出学分评定的初步意见。学生也可以通过学校聘请校外专家给予高端指导。FabLab创智空间落成之初，我校便成立了专家指导团队，团队成员包括FabLab创始人尼尔·哥申菲尔德（Neil Gershenfeld）教授、美国麻省理工学院张曙光教授等国际知名专家，以及市、区教育主管部门、高校、科协等专家团队。在FabLab创智空间投人使用后，专家指导团队成员多次来我校实地指导学生创意实践活动。

学生组长负责课题研究类和活动设计类课程的具体实施。组织成员进行课题研讨、任务分工、组织协调、报告撰写、项目展示等。对参与的社会实践活动和社区服务活动进行人员联络、场地安排、任务实施等具体管理。

在建设格致FabLab创智空间的同时，我校还积极推动创新实验室的推广与科技教师的协作教研，于2014年11月牵头成立了中国FabLab校际联盟，成员单位队伍不断壮大，并且在FabLab实验室建立同步视频互动系统，可同時与联盟学校实现异地同步授课与沟通互动，搭建了成员学校科技创意课程教师的交流平台，有助于课程实施教师之间的教研沟通与协作支持。

此外，我校积极组织各类校内、校外科技创意比赛，鼓励学生在任务驱动下开展创意设计实践，为学生科技创意作品展示交流搭建舞台，同日寸也以此机会选拔优秀的学生创意作品。比如，2016年，我校再次组织了面向两个校区全体学生、以“城市交通”为主题的校内科技创意作品征集活动，共收到作品58件。大部分作品制作精良，且运用到跨学科知识与方法，将现代信息技术与工程制造紧密结合。我校选派了两支参赛队作为代表，参加2016年5月在中国FabLab校际联盟成员学校一福建省泉州市第五中学举行的“第二届国际青少年（中国泉州）科技创意大赛”，在更高规格的比赛中交流学习国际青少年科技创意作品的先进经验，锻炼学生队伍的创意表达与沟通交流能力。最终，在来自全国11个省市共28支参赛队中，我校学生团队的参赛作品“城市交通地下化”获特等奖，学生团队的参赛作品“基于App智慧云端中枢交通系统”获一等奖。