指向创新素养的“芯片科技教育”课程构建与实施

王亦群

摘   要：学生创新素养的培育既是核心素养导向的人才培养的重要内容，也是高中课程改革关注的重要领域。课程是创新素养培育的基本支撑，上海市位育中学针对“创新素养高阶需求支持弱，专门的创新素养培育课程开发不足，基于课程的创新素养培育融合不力”等问题，以“芯片”特色课程建设为抓手，系统建构课程目标、课程内容、课程实施、课程评价，形成了课程化推进学生创新素养培育的课程体系。有效融合了学科教学和思政教育，促进了学生创新能力和综合素养的提升，提升了教师课程开发及跨学科教学能力，也有效扩大了学校的知名度和影响力。

关键词：创新素养；普通高中；“芯片”课程

创新素养的培育是早期培养创新人才的关键，课程则是培育学生创新素养的关键载体。上海市位育中学充分认识到学生创新素养培育在高中教育中的重要价值，在推动高中“双新”改革的过程中，学校依托“芯片科技教育”课程体系，逐渐形成了课程化推进学生创新素养培育的实践范式，打造了既具有学生特色又具有推广价值的创新人才早期培养之道。

一、普通高中加强学生创新素养培育的时代使命

1.对当下人才培养趋势的顺应

大量研究表明，创新是提升工作质量的关键属性，具有创新素养的人更能够在工作、学习和生活中获得成功。1 世界各国及国际组织在建构未来社会人才素养模型的过程中，普遍认识到创新是人类文明进步与社会发展的根本动力，创新素养是21世纪人才必备的关键特征，由此，在其建构的核心素养模型中，一致将创新素养作为未来人才的必备素养。2 比如世界经合组织、欧盟和联合国教科文组织各自颁布的核心素养指标框架中，都将“创新素养”作为一个独立且重要的指标。3 我国学生核心素养体系中，“实践创新”也是六大素养体系之一。由此可见，培养学生创新素养，并以此推动创新人才体系发展，已经成为国际社会普遍关注的重要命题。

2.对国家重大战略需求的回应

《中国教育现代化2035》指出，要“加强创新人才特别是拔尖创新人才的培养，加大应用型、复合型、技术技能型人才培养”，同时指出“创新人才的培养是一项系统工程，需要着眼于人的各个发展阶段”进行整体设计。12020年1月13日，《教育部关于在部分高校开展基础学科招生改革试点工作的意见》印发，正式推出“强基计划”，选拔培养有志于服务国家重大战略需求且综合素质优秀或基础学科拔尖的学生。整体上看，要落实上述政策要求，解决国家发展中“卡脖子”的问题，必然需要大量的高素质创新人才，因此加强学生创新素养培育势在必行。

3.对“双新”改革的有效应对

“双新”改革明确提出“立德树人”的价值导向和学科核心素养的理念，致力于打破传统高中封闭、僵化、机械的教育方式、管理方式和育人方式。2 高中“双新”理念的落实，特别是育人方式的转型，需要相应的有效载体，其中课程领域的变革与重构是最为关键的。以学生创新素养的培育为目标，能够引导学校真正树立核心素养导向的课程教学观，引导学校重构和拓展原有的课程体系，推进教学和育人方式转变。这既有助于持续推进学校课程教学改革，也是学校教育对“双新”改革理念落实的有效应对。

二、“双新”背景下高中创新素养课程面临的挑战

从实践角度看，我国高中“双新”改革围绕学生创新素养的课程建设与实施依然存在三个维度的挑战：

1.国家课程重基础素养培育，创新素养高阶需求支持弱

我国普通高中教育是在义务教育基础上进一步提高国民素质、面向大众的基础教育，其基本任务是“促进学生全面而有个性的发展，为学生适应社会生活、高等教育和职业发展做准备，为学生的终身发展奠定基础”3，从这个角度出发，高中教育是一种面向国民整体素质普遍提升的大众教育。这意味着，尽管高中“双新”改革明确提出了核心素养的理念，但这种素养是着眼于大众教育的基础素养。而创新素养作为一种独特的素养，需要学生更高层次的思维品质、探究意识、实践能力等作为支撑，是一种超越基础素养的高级素养，因而需要特殊的课程支持。当前高中教育阶段的国家课程远远不能满足学生创新素养培育的高阶需求，因而影响了课程对于学生创新素养培育的实效性。

2.校本课程时空受限，专门的创新素养培育课程亟需新突破

普通高中的课程由必修、选择性必修和选修三类课程构成，但是作为选修类别的校本课程，不论是学分设置还是学时设计，在整个高中课程体系中所占的比例都相对较小。同时，在作为选修课程的校本课程设计和实施中，学校往往会倾向于选择设计与学生学科知识拓展相关联的内容，以提升学生在高考和综合评价当中的竞争力。由于创新素养培育的长期性和连贯性，其短期的可视化效果难以实现，因而针对创新素养培育的专门性课程在校本课程开发中并未受到重视，这与当前重视科技教育和创新人才培养的整体诉求是不相匹配的。因而，如何在有限的校本课程体系中纳入创新素养课程，是整个高中教育体系必须着力突破的困境。

3.应试导向问题依然深重，创新素养培育融合难

课程是创新素养培育的重要载体，但培养学生创新素养必然需要打破传统课程实施中过于注重知识传递的价值导向，通过课程理念的创新，课程内容的拓展、融合，课程实施和评价方式的转变等，真正践行素养导向的教学理念。然而课程实施中的“应试”导向问题依然严重，“双新”倡导的核心素养培育、“立德树人”价值、学科融合育人、教学实践拓展等理念要在课程教学中得到真正落实，还存在很大的制约，通过课程整合、学科交叉的方式实现学生创新素养的融合培育比较困难。

三、支持创新素养培育的“芯片”课程设计与实施

面对上文所列的挑战，上海市位育中学从自身优势出发，以课程化的思维方式推动“芯片科技教育”育人效能的发挥，打造了具有学校特色的“芯片科技教育”课程（以下简称“芯片”课程）。

1.突出创新素养培育的课程目标定位

课程目标即课程建设所期望达到的理想境界，在整个课程开发的过程中居于引领地位。“芯片”课程在目标的设计上，凸显了学生核心素养特别是创新素养的价值导向，体现了两个方面的协同建构：其一，从课程建设方面看，“芯片”课程旨在通过对原有零散的芯片教育活动和资源进行整合，进一步丰富学校的课程体系，提升课程辨识度，形成匹配学校办学理念和人才培养目标的特色课程体系；其二，从人才培养方面看，坚持课程建设服务高质量人才培养的战略导向，引导学生通过芯片的学习了解中国目前在芯片产业上的发展差距，帮助学生学习芯片相关的科学知识，提升创新思维，激励学生的科技报国热情和钻研创新精神，实现知识、技能、情感、价值观等领域的协同培养。学校将课程目标与核心素养相结合，明确通过“芯片”课程发展学生的“技术意识”“创新设计”“工程思维”“工程能力”“逻辑能力”，关注学生提出问题、综合分析问题、解决问题的能力，将创新素养转化为一种具体的呈现和表达，并作为“芯片”课程建构的目标定位。

2.支持分层分类需求的课程内容架构

课程群是针对某一受教育对象，将相关的课程组合进行整合形成的独特课程样态1，能够达成单一课程无法实现的综合育人价值。位育中学以课程群的理念着眼高中学生学习特点，在充分调研和分析的基础上整体建构“芯片科技教育”课程群。学校从“惠及全体、夯实基础，尊重兴趣、给予选择，鼓励冒尖、支持拔尖”的递进式要求出发，通过不同类型课程建设，建构支持学生分层分类培养的“芯片”课程体系，既能够满足学生整体对于科技教学、“芯片”教育的普惠性学习需求，也能够满足拔尖人才培养需求，实现高层次创新人才的早期培养。

第一类课程是惠及全体、夯实基础的通识普及课程，此类课程的基本定位在于科技教育、芯片知识的普及。其主要有两种建构方式：一是在必修课程中，融通“芯片科技教育”，打造必修课程的校本化特色。比如将“数字逻辑芯片”“电路搭建”等融入通用技术学科课程；将“计算机传感器”融入信息技术学科课程；将“半导体材料”融入物理学科课程。二是开发芯片系列讲座课程，包括“中国的艰‘芯路”“芯片与计算”等通识课程，旨在加强学生对课堂所学原理应用方向的感知，引导学生切身体会并理解芯片在现代科技社会中不可或缺的地位。

第二类课程是依据兴趣、自主选择的选修课程，此类课程的基本定位在于培养学生的科学探究和芯片学习兴趣。学生根据自己的兴趣和需要，可以选择“芯片”类选修课程。比如“中学生识芯片”“无线电技术与相关芯片应用”“芯片与开源硬件”等，学校在保证课程多样性、选择性的基础上，尤其强调这类课程的目的、价值、质量、趣味、周期等要素。由此，学生在相对系统的学习中，不断发现自我、突破自我，为高中职业生涯规划创造契机。

第三类课程是鼓励冒尖、支持拔尖的专项课程，此类课程的基本定位是满足高水平学生学习需要，探索创新人才早期培养的有效方式。面对有学科特长、学有余力的学生，学校专门开设竞赛、探究类专项课程，以发展拔尖学生的能力。如学校教师自主开发的“FPGA集成电路（芯片）设计与仿真”课程，学生在为期一年的课程学习中，不仅学习了数字逻辑、电路搭建、程序语言等内容，还自主进行科学探究，用芯片搭建具有通用计算能力的计算机。

除了线下课程，学校还开发了第四类课程——线上慕课，建立芯片科技教育课程资源库。慕课课程立足于芯片产业链的通识介绍，与线下课程形成呼应和互补，为学校储备了丰富的“芯片”课程资源。

3.凸显探究实践的项目化学习方式设计

课程实施是将课程计划或课程方案付诸实施的过程。“芯片”课程的效果如何关键在于课程实施，特别是学生学习方式的有效设计。结合“双新”改革倡导的理念和真实性学习的理论范式，“芯片”课程在学生的学习设计上凸显“跨学科性、关联性和探究性”的融合，试图打造一种匹配学生创新素养、彰显探究实践价值导向的学习方式。

“跨学科性”是指以一个学科为中心，围绕该学科的某一个主题，运用不同学科的知识，对所指向的主题进行加工和设计教学。以“光刻”教学内容为例，它既涉及物理学科、化学学科，又与数学学科紧密相关。物理学科体现了光的波长，传播等知识；化学学科可以从光刻胶的化学成分和性质展开讨论；数学学科可以从与几何投影、三视图等知识结合。除了让学生掌握不同学科的本体性知识之外，跨学科教学还注重引导学生形成对事物多视角的辩证认识，帮助学生把握“芯片”学习背后的社会、经济、技术、生态和道德等一系列深层次问题，提升他们联系社会、学以致用的关键能力。

“关联性”主要是指将“芯片”学习与学校原有的基础课程体系进行有效连接和整合。通过“芯片中的数学、发现芯片中的物理、芯片中的化学、芯片中的建筑学、芯片与计算机、芯片与生物”等设计，建构涵盖不同学科的芯片教育基础课程体系。每个模块的课程内容中，课堂学过的知识点占30%，拓展学习占40%，探究合作占30%。

“探究性”凸显多场景、情景式的价值诉求，以问题为导向，引导学生独立或合作完成课题探究，打造一种具身参与的真实性学习场域。如教师在课堂上介绍芯片设计过程中的电脑辅助软件（类似EDA的软件），引导学生完成芯片的模拟设计，了解一块芯片的制作流程。在引导学生实验和探究的过程中，教师会从沙漠开始讲起，从沙子到圆盘形硅片，再从硅片到载有集成电路的晶圆，最后再切割封装测试，形成手机电脑等智能设备中实际可用的芯片。

从“芯片”课程实施的整体设计上看，学习过程中的“跨学科性、关联性和探究性”要求最终是通过项目式学习的方式进行整合落实的。“芯片”课程的实施，借鉴项目化学习的理论和实践范式，通过项目设计引导学生经历真实问题的探究，促进学科知识融合和创新素养培育。项目的设计可以是教师设置真实的科创场景，比如芯片应用涉及的“居家养老”“无人驾驶”“物联网”等，抑或学生自主生发，芯片设计过程涉及利用数学知识厘清逻辑、利用物理学知识实现装置实体化、利用无线电技术实现信号传递的综合跨学科应用。学生在完成项目的过程中，发展了多学科能力，培养了创新意识，提升了科学思维，为他们今后升入高等院校进行专业学习打好扎实的理论与实践基础。

4.重视过程表现和实证的学习评价建构

评价是完整的课程开发的重要环节，也是课程质量保障体系建构的重要组成部分。从评价体系的建构看，学习评价能够对学生创新素养的培育起两个方面的作用：一方面，评价能够产生可靠的证据来描述和刻画学生在学习过程中的真实性成长，便于教师和学生准确把握学习的实际情况；另一方面，评价本身就是促进学生反思与深化学习的过程1，能够引导学生合理准确地发现问题，通过教学改进、自我调整等方式，促进学生更优质学习。

位育中学借鉴新时代教育评价改革的理念，结合“芯片”课程的目标、内容和实施方式，建构了体现“过程性、表现性和实证性”理念的学习评价体系。“芯片”课程中的学习评价设计，本质是一种素养导向的评价体系建构。其一，通过过程性评价与终结性评价的结合，凸显对学生学习过程的关注。其中，终结性评价用来评价学生科学知识的学习结果；过程性评价用来评价学生在实验室中的实验过程和参与程度，过程性评价更注重评价学生技能的掌握，对教师素养及教学活动也是极好的反馈；其二，通过课堂观察、学生作品展示、“芯片”学习档案袋运用等多元评价方式，凸显评价中的表现性追求，让学生在“芯片”学习中的整体表现通过可视化的方式得以展示和呈现，便于师生、生生之间的交流互动；其三，借助传统评价和信息化评价相结合的方式，全过程地整理和收集学生参与芯片学习的相关信息，通过智能化方式实现学生学习的实证性呈现，保证评价结果的真实性和反哺教学的应用性。例如在教学“光刻实验”一课时，实验的最终成果是学生“光刻”的成果，但是学校的学习评价体系不仅仅关注学生“光刻”是否成功，更重要的是关注学生在此过程中对不同学科知识的理解和运用，关注学生的现实表现和相关数据信息的整合分析，围绕“理解、运用、情感、表达”等指标，通过一种智能化的方式呈现学生在“光刻”学习中的整体表现，进而对学生参与光刻实验学习的过程和结果做出科学评判。

四、“芯片”特色课程实施成效与未来展望

科技创新是当前我国经济社会发展和人才培养的重大战略问题，关系国家富强、民族振兴。位育中学的“芯片”课程探索之路正是其生动写照。“芯片”课程实施整体上看，取得了三个方面的实践成效：其一，赋能学生创新能力和综合素养的提升，学生通过“芯片科技教育”系列课程的学习，眼界不断开阔，整体创造力普遍提升，在各类科技竞赛中已经崭露头角；其二，促进教师进一步提升课程开发及跨学科能力。教师“以研促教”，包括校本研究、行动研究、典型案例等方式，提升了专业研究能力，加深了对核心素养内涵的认识，提高了跨学科教学的能力，对于课程从宏观到微观的把握也积累了丰富的经验；其三，发挥了学校特色在区域辐射效应，整体提升了学校的知名度和影响力。学校“芯片”体验中心已成为徐汇区青少年活动中心科普基地之一，每周接待区内中小学生进行微型课程的体验，让更多的中小学生认识芯片、了解芯片、走进芯片，为“芯苗”的接力培养充分发挥了位育中学的辐射和引领作用。

着眼未来，学校将在“教育强国”建设的时代语境下，锚定科技助力强国建设的价值导向，进一步在芯片课程的内容、实施、评价和师资队伍建设等领域进行整体探索。在课程内容上将理顺不同课程群之间的逻辑关系，提升课程供给的丰富性；在师资队伍建设上，着力提升教师的专业技能，储备有激情和创新能力的跨学科团队；在教学模式上，培养“实验出真知”的科学精神，探索更具实践性、开放性、体验性的课程实施路径；在课程评价方面，建构多维度评价指标体系，丰富评价的具体策略。通过整体变革，进一步做大做强芯片教育生态圈，精准形成芯片领域的早期拔尖人才梯队，使位育中学“芯片”创新课程成为高中学校创新课程的领先范式。

Construction and Implementation of “Chip Technology Education”

Curriculum Aimed at Students Innovative Literacy

WANG Yiqun

（Shanghai WeiYu High School，Shanghai，200231）

Abstract： The cultivation of studentsinnovative literacy is both a crucial component of talent cultivation oriented towards core literacy and a key focus of high school curriculum reform. Curriculum supports the basic foundation for the cultivation of innovation literacy. In response to such issues as “weak support for high-level needs of innovation literacy， insufficient development of specialized courses for innovative literacy cultivation， and weak integration of curriculum-based innovative literacy cultivation”，Shanghai WeiYu High School has developed a “chip”featured curriculum as the starting point， which systematically constructs the curriculum objectives， content， implementation， and evaluation， forming a curriculum system that promotes the cultivation of studentsinnovative literacy through curricular activities. Such integration has effectively combined subject teaching and ideological and political education， enhanced the studentsinnovative ability and comprehensive literacy， improved teacherscurriculum development and interdisciplinary teaching capabilities， and effectively increased the school's reputation and influence.

Key words： innovative literacy，ordinary high schools，“chip”curriculum