何剛
實驗教學(xué)的新理念:跨界融合
隨著課程改革的不斷推進和深化,物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的實驗教學(xué)也在與時俱進。上海市格致中學(xué)在保持傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上,通過組建跨學(xué)科的創(chuàng)新教研組,以“格致FabLab創(chuàng)智空間”這一創(chuàng)新實驗室為載體,突破單一學(xué)科的限制,整合資源,跨界融合,不斷尋求實驗教學(xué)的創(chuàng)新與突破。
FabLab創(chuàng)新實驗室是一項源自美國麻省理工學(xué)院的教育實踐研究項目,在美國有“創(chuàng)新夢工廠”之稱。格致FabLab創(chuàng)智空間是麻省理工學(xué)院與中國大陸學(xué)校合作創(chuàng)設(shè)的第一家創(chuàng)新實驗室。實驗室建設(shè)以為學(xué)生提供創(chuàng)意設(shè)計、實體加工、項目學(xué)習(xí)、個性制造、專題研究之空間為主要目的,凸顯集創(chuàng)意、設(shè)計、加工、制造、展示等環(huán)節(jié)于一體的總體設(shè)計理念。同時,以課程開發(fā)與課程實踐提升學(xué)生的問題解決能力、溝通協(xié)作能力、創(chuàng)新素養(yǎng)、媒介素養(yǎng)和數(shù)字素養(yǎng)為主要目標(biāo)。
與傳統(tǒng)實驗教學(xué)相比,F(xiàn)abLab創(chuàng)智空間的實驗教學(xué)呈現(xiàn)出一體化特色。首先,實驗室具有系統(tǒng)、成套的硬件設(shè)備配置,配備了3D桌面機和3D掃描儀、激光切割機、精密雕刻機、3D打印機等各類數(shù)字制造設(shè)備,可充分滿足一個教學(xué)班的教學(xué)和實踐活動,充分滿足學(xué)生從創(chuàng)意到設(shè)計實施的全過程。其次,基于FabLab創(chuàng)智空間開發(fā)了層次分明的“格致創(chuàng)意課程”體系,既面向全體學(xué)生開設(shè)勞動技術(shù)基礎(chǔ)型課程,又面向有選修意向的學(xué)生開設(shè)“3D打印創(chuàng)意制作”拓展型課程,還面向資優(yōu)生開展科技創(chuàng)意類專題研究指導(dǎo)。再次,為激發(fā)學(xué)生對創(chuàng)意設(shè)計的興趣與鉆研,采取了任務(wù)驅(qū)動、校內(nèi)作品選拔、校外參賽展示等系列舉措,全方位磨煉學(xué)生的刻苦鉆研精神、問題意識、協(xié)作能力與表達素養(yǎng),初步樹立了學(xué)生追求完美、精益求精的“工匠精神”。
創(chuàng)新實驗室里的學(xué)習(xí)有什么不一樣
格致FabLab創(chuàng)智空間建設(shè),從校本課程開發(fā)、實驗室環(huán)境與設(shè)備建設(shè)、教學(xué)實施等三個方面人手,整合資源,實現(xiàn)實驗教學(xué)的突破與創(chuàng)新。
在課程開發(fā)方面,以開放、多元內(nèi)容的整合實現(xiàn)多維目標(biāo)。
學(xué)校傳統(tǒng)實驗教學(xué)基本以單一學(xué)科為知識基礎(chǔ),強調(diào)實驗的規(guī)范性、程序性及可預(yù)見的實驗結(jié)果。FabLab創(chuàng)智空間的實驗教學(xué),在原有的物理、化學(xué)、生物、地理等學(xué)科創(chuàng)新實驗室建設(shè)基礎(chǔ)上,嘗試基于一門或幾門核心學(xué)科,開展跨界、多領(lǐng)域的實驗教學(xué)實踐。
以格致創(chuàng)意課程體系中拓展型課程“3D打印創(chuàng)意制作”課程為例。課程內(nèi)容可分為基礎(chǔ)理論、軟件應(yīng)用與實體制造三大類(參見下表),知識涵蓋廣泛,循序漸進、銜接緊湊,自成體系。課程內(nèi)容的多元和開放有助于實現(xiàn)實驗教學(xué)的多維目標(biāo)。知識與技能維度:了解3D打印技術(shù)的發(fā)展歷程、應(yīng)用范圍與發(fā)展前景;運用3D Design和Meshmixer設(shè)計軟件進行創(chuàng)意設(shè)計;熟練運用數(shù)字切割機對木板、有機玻璃等材料實現(xiàn)創(chuàng)意圖樣的切割。過程與方法維度:在觀察3D打印的過程中,思考歸納3D打印技術(shù)的基本原理;通過對比制造出的實體與設(shè)計圖樣,總結(jié)一些有助于改善實體制造美感的圖樣設(shè)計經(jīng)驗。情感態(tài)度價值觀維度:培養(yǎng)觀察與實際動手能力,開拓視野前沿科技;產(chǎn)生對3D打印技術(shù)的鉆研興趣,形成熱愛創(chuàng)意設(shè)計的心理體驗。
在實驗室環(huán)境與設(shè)備建設(shè)方面,創(chuàng)設(shè)適宜創(chuàng)造的學(xué)習(xí)環(huán)境。
格致FabLab創(chuàng)智空間由一樓和地下層兩大區(qū)域組成,面積約200平方米(參見下頁圖)。在空間功能設(shè)置上,一方面強調(diào)傳統(tǒng)實驗教學(xué)的動手操作,設(shè)置了組裝制作區(qū)、3D打印區(qū)以及由數(shù)控機械、激光切割機、電子制作、傳統(tǒng)機械等組成的制造加工區(qū)。另一方面強調(diào)創(chuàng)造過程中的交流與展示,設(shè)置了“教學(xué)區(qū)”,可滿足45名學(xué)生的常規(guī)教學(xué)需求,教師和學(xué)生在該區(qū)域以基礎(chǔ)知識的傳授和學(xué)習(xí)為主,通過投影等多媒體設(shè)備也可進行展示和交流;“討論區(qū)”配備了環(huán)形會議桌椅和30余臺裝備了各類創(chuàng)意設(shè)計軟件的臺式計算機,便于學(xué)生進行設(shè)計前的交流討論和借助計算機軟件的創(chuàng)意設(shè)計;此外,兩個樓面還根據(jù)教室的空間布置了學(xué)生作品展示區(qū),可將學(xué)生制作的優(yōu)秀創(chuàng)意作品及各類獲獎作品進行展示。
在教學(xué)實施方面,突出以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)。
基于創(chuàng)新實驗室開設(shè)的課程,作為限定性選修課納人課表,面向?qū)W校高一、高二年級全體學(xué)生,而不是只為少數(shù)學(xué)生開設(shè)的課程。這種課程的突出特征是堅持學(xué)生在課程實施進程中的“自由選題、自主探究和自由創(chuàng)造”。比如,與以往課程相比,研究型課程在教學(xué)模式上具有獨特性。研究型課程“創(chuàng)意設(shè)計”主要通過學(xué)生自主研究項目的形式開展,學(xué)生在課程開始前提交研究主題與研究方案,得到教師認(rèn)可后即可帶著各自的研究主題進人FabLab創(chuàng)智空間。教師主要是在項目研究遇到進展瓶頸時對學(xué)生進行點撥與指導(dǎo)。因此,研究型課程“創(chuàng)意設(shè)計”的課程內(nèi)容之外延較為寬泛,現(xiàn)已完成的研究型成果案例包括學(xué)生團隊自發(fā)研究制造3D版的學(xué)校微信平臺二維碼、學(xué)生團隊自制的“格致跑鞋”紀(jì)念掛件等。
課程的實施類型按照內(nèi)容可分為課題研究和活動設(shè)計兩類。課題研究類包括調(diào)查研究、實驗研究、文獻研究等,重點在于認(rèn)識世界?;顒釉O(shè)計類包括社會性活動設(shè)計和科技類項目設(shè)計,重點在于操作實踐。以上兩類課程的組織形式包括小組合作研究和個人獨立研究兩種。小組合作研究通常以1至2名學(xué)生為項目負(fù)責(zé)人,召集核心成員,組成課題組。這是我校最常見的形式。個人獨立研究對學(xué)生的能力要求較高,對于中學(xué)生而言難度較大,通常不推薦這種形式。
創(chuàng)新發(fā)展的實驗室管理機制建設(shè)
格致FabLab創(chuàng)智空間沿用了FabLab標(biāo)準(zhǔn)的團隊化管理模式與運行機制。團隊由實驗室主任、技術(shù)主管、運營主管及專家指導(dǎo)團隊組成。實驗室主任由我??萍伎傒o導(dǎo)員兼任,技術(shù)主管由創(chuàng)意課程的授課教師擔(dān)任,運營主管由實驗員擔(dān)綱。團隊主要由6位教師組成,其中,專職授課教師4名(黃浦校區(qū)、奉賢校區(qū)各2名),專職實驗員2名(黃浦校區(qū)、奉賢校區(qū)各1名)。
課程由學(xué)校專門成立的創(chuàng)新教研組負(fù)責(zé)日常課程實施和管理。我校的創(chuàng)新教研組成員由物理、化學(xué)、地理、生物、藝術(shù)、體育等多學(xué)科教師組成,這些教師干勁足、能力強,善于組織和指導(dǎo)學(xué)生開展形式多樣的研究性學(xué)習(xí)。是我校創(chuàng)新性實驗教學(xué)的骨干力量。創(chuàng)新教研組教師對學(xué)生進行課題研究輔導(dǎo),包括選題、方法、實施、結(jié)題方面的具體指導(dǎo)等。創(chuàng)新教研組是課題研究類課程的具體負(fù)責(zé)人,是學(xué)生開展相關(guān)課題研究及學(xué)習(xí)的執(zhí)行者、組織者和評價者,負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)活動的方案制定、考核評定及活動過程管理。
教科研室負(fù)責(zé)課題研究類和活動設(shè)計類課程的頂層設(shè)計及實施指導(dǎo),對相關(guān)教師進行培訓(xùn)、咨詢和指導(dǎo),負(fù)責(zé)校內(nèi)外協(xié)調(diào)工作。在其組織下,我校課程實施團隊的骨干教師先后赴美國麻省理工學(xué)院實地學(xué)習(xí)FabLab創(chuàng)新實驗室的基礎(chǔ)建設(shè)、設(shè)備使用、課程開發(fā)與學(xué)生指導(dǎo),不斷提高創(chuàng)意課程實踐的教學(xué)能力與素養(yǎng)。
教導(dǎo)處負(fù)責(zé)制訂課題研究類課程的教學(xué)計劃,統(tǒng)一布置各階段的教學(xué)工作。制定有關(guān)研究型課程的教師管理方案,具體布置、落實、檢查教師履行研究型課程管理職責(zé)的情況,做好與研究型課程實施情況有關(guān)的檔案管理工作。
德育處負(fù)責(zé)活動設(shè)計類課程的方案制定、人員安排、活動實施、考核評定及活動資料的收集與整理。通過年級組長和班主任進行研究性學(xué)習(xí)的班級組織管理工作。
學(xué)生自主選擇校內(nèi)外指導(dǎo)教師。學(xué)生可以邀請校內(nèi)教師擔(dān)任研究性學(xué)習(xí)的指導(dǎo)教師,參與課題研究過程,對研究性課題進行全程指導(dǎo),為學(xué)生提供幫助、建議和鼓勵,并具體指導(dǎo)學(xué)生最終整理、撰寫出論文或形成其它研究成果,對本課題成員作出學(xué)分評定的初步意見。學(xué)生也可以通過學(xué)校聘請校外專家給予高端指導(dǎo)。FabLab創(chuàng)智空間落成之初,我校便成立了專家指導(dǎo)團隊,團隊成員包括FabLab創(chuàng)始人尼爾·哥申菲爾德(Neil Gershenfeld)教授、美國麻省理工學(xué)院張曙光教授等國際知名專家,以及市、區(qū)教育主管部門、高校、科協(xié)等專家團隊。在FabLab創(chuàng)智空間投人使用后,專家指導(dǎo)團隊成員多次來我校實地指導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)意實踐活動。
學(xué)生組長負(fù)責(zé)課題研究類和活動設(shè)計類課程的具體實施。組織成員進行課題研討、任務(wù)分工、組織協(xié)調(diào)、報告撰寫、項目展示等。對參與的社會實踐活動和社區(qū)服務(wù)活動進行人員聯(lián)絡(luò)、場地安排、任務(wù)實施等具體管理。
在建設(shè)格致FabLab創(chuàng)智空間的同時,我校還積極推動創(chuàng)新實驗室的推廣與科技教師的協(xié)作教研,于2014年11月牽頭成立了中國FabLab校際聯(lián)盟,成員單位隊伍不斷壯大,并且在FabLab實驗室建立同步視頻互動系統(tǒng),可同時與聯(lián)盟學(xué)校實現(xiàn)異地同步授課與溝通互動,搭建了成員學(xué)??萍紕?chuàng)意課程教師的交流平臺,有助于課程實施教師之間的教研溝通與協(xié)作支持。
此外,我校積極組織各類校內(nèi)、校外科技創(chuàng)意比賽,鼓勵學(xué)生在任務(wù)驅(qū)動下開展創(chuàng)意設(shè)計實踐,為學(xué)生科技創(chuàng)意作品展示交流搭建舞臺,同日寸也以此機會選拔優(yōu)秀的學(xué)生創(chuàng)意作品。比如,2016年,我校再次組織了面向兩個校區(qū)全體學(xué)生、以“城市交通”為主題的校內(nèi)科技創(chuàng)意作品征集活動,共收到作品58件。大部分作品制作精良,且運用到跨學(xué)科知識與方法,將現(xiàn)代信息技術(shù)與工程制造緊密結(jié)合。我校選派了兩支參賽隊作為代表,參加2016年5月在中國FabLab校際聯(lián)盟成員學(xué)校一福建省泉州市第五中學(xué)舉行的“第二屆國際青少年(中國泉州)科技創(chuàng)意大賽”,在更高規(guī)格的比賽中交流學(xué)習(xí)國際青少年科技創(chuàng)意作品的先進經(jīng)驗,鍛煉學(xué)生隊伍的創(chuàng)意表達與溝通交流能力。最終,在來自全國11個省市共28支參賽隊中,我校學(xué)生團隊的參賽作品“城市交通地下化”獲特等獎,學(xué)生團隊的參賽作品“基于App智慧云端中樞交通系統(tǒng)”獲一等獎。