引领学习环境重构的中小学创新实验室的探索与实践

上海市教育委员会教育技术装备中心

获奖成果：引领学习环境重构的中小学创新实验室行动研究

随着信息化和智能化时代的到来，培养具有适应社会变化和终身发展必备品格与关键能力的创新型人才的重要性和紧迫性日益凸显。传统认识意义上的校园空间和学习环境，已经不能满足多类型课程的实施和多样化的学习需求，学校的学习环境亟须“变革”与“重构”。

2004 年,上海市全面启动第二期课程改革，为有效支持基础型课程、拓展型课程和研究型课程三类课程的实施，基于创新素养培育需求，上海首先在19 所高中开展支持学生自主探究的创新实验室建设，打破标准化、固定式的实验室形态，创建个性化的学习环境，以满足多类型课程的实施和多样化的学习需求，推动教学方式与学习方式的改革，为广大学生个性化、多元化的发展提供载体。2010 年，创新实验室被列入上海中长期教育改革和发展规划纲要的重点发展项目，要求“建设若干个区域性中小学生创新实验室和50 所高中专题创新实验室”。2015 年，创新实验室被列入上海城乡义务教育一体化实施项目，提出“到2020 年，每所学校应至少设立一个创新实验室”的要求。目前，上海已经实现创新实验室建设所有中小学全覆盖这一目标，是上海基础教育育人模式和学习方式变革的积极探索与重要实践。

创新实验室以行动研究为方法支撑，边实践、边研究、边总结，再实践、再提升至基本定型。经过多年的探索和实践，创新实验室已经在上海市中小学校全面普及，在全国具有广泛影响。2015 年，分别在教育部召开的全国中小学实验教学交流研讨会、全国基础教育装备工作会议上进行经验交流，并在全国其他会议和活动中推介。“引领学习环境重构的中小学创新实验室行动研究”获2018 年基础教育国家级教学成果奖一等奖、2017 年上海市基础教育教学成果特等奖。

创新实验室着力解决的三大问题

上海的创新实验室建设，率先从突破传统实验室学习环境的局限着手，将建设重心由重视“规模发展”转向重视“内涵发展”；由重点关注“物尽其用”的“标准配置”转为关注“满足个性”的“按需配置”，通过学习内容、学习方式和技术装备的融合，引领学习环境重构，着力解决以下三个问题：

着力解决传统实验室空间布局固定式、标准化，对学生个性化学习活动支持不足的问题。依据现代教育理念和现代教育技术，构建更为灵活、开放、软硬件融合的适应性学习环境，满足学生个性化和多样性的学习需求。

着力解决传统实验教学方式偏重教师单向示范传授、制约学生主动探究和动手实践能力培养的问题。为学生开展研究性学习与自主探究活动提供实践平台，促进学生学习方式向自主式、合作式、研究式转变。

着力解决传统学习内容以单一学科为主、更新滞后，学生创新思维受到局限的问题。打破学科围墙，支持新兴学科与跨学科的学习主题和课程资源开发，为学生开展深度学习、培养学生的学科与跨学科素养提供载体。

图1：同济大学陆志波副教授为曹杨中学学生开设专题讲座

图2：上海大学专家指导曹杨中学教师开发的绿色能源系列课程

图3：上海交通大学附属中学的“数字化加工中心”

图5：上海市实验学校创新实验室支持学生手环数据读取和多屏互动

图6：上海海事大学附属北蔡高级中学的航海模拟驾驶实验室

创新实验室的五个核心特征

创新实验室是学生自主探究和创新实践的场所，是融合学习内容、学习方式和技术装备于一体的新型学习环境，是实验室学习环境的时代重构，主要具有五个核心特征。

（一）提供丰富的课程资源

创新实验室提供丰富的课程资源，坚持立足学校的育人目标和办学特色，紧扣实验室学习环境的建设与重构，通过整合学校内外多方资源，形成丰富多样的校本课程体系和课程资源配置。例如，上海市曹杨中学的“水环境实验室”，通过建设水分析实验室、人工湿地、雨水回收利用系统等，构建“环境素养培育”校本特色课程，并与同济大学环境与工程学院、香港科技大学环境学部等专业机构合作，开发形成一大批共建共享的课程资源，将校园打造成一个大型的环境素养培育基地（见图1、图2）。

（二）创建灵活的空间形态

创新实验室所创建的灵活的空间形态，首先指实体空间的灵活性，能根据不同的教学需要，对学习环境进行灵活布局和功能分区，便于学生开展多样化的学习探究与互动协作，充分满足不同学生和学生群体的个性化学习需求。例如，上海交通大学附属中学的“数字化加工中心”（图3），由设计讨论区、零件加工区、组装调试区等分区组成，各区域的功能划分体现了工程活动的一般流程，并能够根据学生的具体学习需要进行灵活调整，让学生在活动过程中自然地接受工程教育的全方位熏陶。同时，这种灵活性也指实体空间的多样性，所指向的是更个性化与更灵活的学生分组及时间安排。

上海市市西中学超过800 平方米的“思维广场”创新实验室（见图4），既包括了具有独立学习区、讨论区、发布演讲区、电脑学习区等公共学习空间，也包括了6 个半封闭、半开放的讨论区和辩论区。座位布局、场景布局等可根据学生喜好和需要进行任意组合排布。学生在完成相关的学科基础内容任务单后，可以根据自己的兴趣特长进入半封闭、半开放的区域内，参加由教师发布或学生自己发布的不同主题的讨论或辩论。这种灵活的教学组织形式，更能支持学生的个性化学习与志趣发展。思维广场的教学模式，已经迁移到了学校不同学科的课堂教学中，撬动了学校教与学方式的变革。

（三）用现代技术装备为教育赋能

部分中小学的创新实验室，回应时代发展和技术进步对教育教学的积极影响，应用先进的技术装备，将现代信息技术等融入创新实验室建设与运行过程，支持学生适应信息化时代的个性化学习需要与创新素养发展。例如，上海市实验学校的创新实验室建设（见图5），融入了多种现代信息技术，学生可以通过手环数据读取，借助近场通信技术了解自己的学习进程；利用无线交互技术和多屏互动技术，获取丰富的多媒体学习资源；依托云计算技术，形成学习的评价与自适应反馈。

图4：上海市市西中学“思维广场”创新实验室

图7：华东政法大学附属中学“明德尚法”创新实验室的模拟法庭

图8：长宁区天山第一小学的“项目化学习创新实验室”及“无边界”学习空间

图9：吴淞中学“道尔顿工坊”创新实验室群中的制造工坊

（四）提供真实的情境体验

生活中的每样事物几乎都是跨学科的，学校也应如此。创新实验室通过真实情境的创建，让学生在实践中体验和探究，将实验室从单一学科拓展到跨学科，从自然学科为主，拓展到人文、艺术、社会科学、工程技术等新领域和综合学科，让学生真切感受到学科之间的关联，有机会去回答与解决实际生产生活中的真实问题。例如，上海海事大学附属北蔡高级中学建立了由船舶、航行、海洋、救生四大主题实验室共同构成的“航运创新实验室”（见图6），学生能够在航海模拟驾驶室等仿真情境中，开展与航运相关的实际操作体验和探究学习，综合运用所学知识和技能解决遇到的各种实际问题。

华东政法大学附属中学的“明德尚法”创新实验室的模拟法庭（见图7），通过设置庭审厅、仲裁厅、事务调节室、辩论厅、学生事务中心等，对法制系统进行了全真模拟，开展模拟立法、模拟听证、模拟庭审、模拟仲裁、模拟事务调节等实践活动，为培育学生的法制素养提供了丰富的学习载体和实践平台。

（五）支持研究性、项目化、合作式学习

创新实验室聚焦对学生多元学习方式和深度学习的支持，坚持以学习环境重构引领学习方式的变革，将教学方式的关注点从教师的“教”转向学生的“学”，促进学生在自主探究、合作交流和问题解决的过程中实现深度学习，支持学生的研究性、项目化、合作式学习，提升创新素养。长宁区天山第一小学的“项目化学习创新实验室”，建设以学生为中心的智慧学习环境和灵活多变的功能区域，实验室的空间布局可以根据学生在项目研究中的不同需求随时进行调整，并与学校的其他学习空间实现“无边界”衔接，引导学生开展自主式、合作式、探究式学习（见图8）。

吴淞中学创新实验室群“道尔顿工坊”共有23 间2500 平方米（见图9）。区别于传统实验室的封闭空间，工坊内有若干个长桌适合小组学习和项目学习，有符合人体工程学高矮不同的椅子供学生选择。工坊间有连廊适合跨学科研究，课题研究和科学实践往往在两三个工坊间完成。通过课堂观察、学生调查、活动评价和教师访谈等进行相关性分析发现：学生在道尔顿工坊的学习积极性较普通教室高，学习效果也优于普通教室；教师的讨论比例和答疑比例也明显偏高，小组活动显著增加；学生在各类技术支持的环境下能获得更多体验；在工坊产生了数以千计的课题，学生的各种创新潜质得到开发。

创新实验室的成效

创新实验室缘起学校改变学习环境的创新之举，在上海市中小学校全面推广并产生积极效果，成为上海基础教育深化课程改革、实现优质均衡发展的重要组成部分，经验辐射至全国十余个省市。

（一）促进学生创新素养培育

创新实验室通过营造探究式、体验式、情境式学习环境，推动学生学习方式转变，满足学生探究、体验、个性化学习和发展需求，提高学生接受知识的学习传承环节和实验探究环节之间衔接、转化的效率，让学生在开放和探究性过程中实现深度学习，较好地发挥了学生在学习过程中的主体作用，有效促进了学生创新素养和实践能力的提升。以2017 年为例，在上海市高中综合素质评价系统中，高三学生有2 万余份研究性学习报告在创新实验室中完成。仅七宝中学创新实验室中就诞生学生发明专利467 项。

（二）促进教师专业素养提升

创新实验室涉及众多新兴领域和跨学科领域，拓展了教师的专业知识和技能，提升了教师的信息素养、课程开发能力和创新素养培育能力；促进了教师角色从“国家课程的执行者”转型为“学校课程的建设者”，从“学科知识的传授者”转型为“学生发展的支持者”；产生了一批积极适应教学变革的优秀教师，近三年，撰写创新实验室研究论文461 篇。

（三）促进学校课程建设和特色发展

中小学校以创新实验室为抓手，开发特色课程，找到新的发展增长点。目前，上海市中小学创新实验室校本课程涉及文理及综合学科中的50 余门类，成为学校课程建设的重要组成部分。创新实验室成为上海市特色高中评估的重要指标，41 所特色高中项目学校均建有主题鲜明的创新实验室；93 所市级新优质学校中66 所建立了创新实验室，借助创新实验室提升办学质量，成为家门口的好学校。

创新实验室的突破与创新

经过多年的不懈努力，创新实验室已成为上海中小学学生创新素养培育的重要平台，在实验室的建设形态、建设机制、建设思路与方法等方面均有明显突破与创新。

（一）突破了传统实验室建设的形态

改变以硬件配置为主的传统实验室建设模式，以可变组合式空间布局、丰富多样的课程资源、先进的技术装备，支持多类型课程实施和多样化学习需求。打破传统实验室的学科界限，将实验室类型从自然科学为主，延伸到人文、社科、艺术、综合实践等学科和跨学科领域，创生了一大批不同于传统实验室的新型实验室形态，促进学生创新能力和实践能力发展。

（二）突破了传统实验室建设的机制

随着教育改革的逐步深入，我们深感，学校整体空间的建设与发展仍需要不断改进和创新。

突破以往实验室建设、管理、应用“各自为政”的传统机制，形成以政府主导、扶持，学校应用为主，社会组织专业支持的市区校三级联动、社会资源协同、学校实践同步推进的实验室建设新机制。

（三）提供了学校学习空间重构的新思路和新方法

基于实践，对创新实验室功能定位、课程建设、教学方式和环境建设等进行深入研究，归纳形成了创新实验室这一融合学习内容、学习方式和技术装备为一体的新型学习空间的建设方法，为学校学习空间重构提供了新思路和新方法。

关于未来的展望与思考

创新实验室所引领的学习环境的“重构”，上接课程内容的统整，下连学习方式的转型，横向上涉及学习空间形态的创新和现代信息技术的融入，牵动学校教学组织方式和人才培养模式转型。随着教育改革的逐步深入，我们深感，学校整体空间的建设与发展仍需要不断改进和创新。创新实验室以“破冰之举”引领了传统学习环境的“颠覆”和“重构”，后续需进一步实现学校空间、课程和技术装备的深度融合。同时，在创新实验室的引领下，上海开始着手对普通教室、专用教室与场所、公共空间、虚拟空间等进行一系列的整体学习空间重构，有效支持学校多类型课程实施，支持学生的多样化学习和个性化发展需求，追求人文与科技之间的平衡，全面激活学校环境的育人价值，让学校的空间更加灵活而具有智慧，更有效支持学校育人目标的达成。