創新實驗室之我見

摘要 從分析目前國內創新實驗室建設的現狀入手，揭示創新思維培養面臨的認識困境，從思維科學的高度指出減輕學生負擔才是培養學生創新思維的最有效的手段。

關鍵詞 創新實驗室；創新能力；創新思維

中圖分類號：G482 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X(2011)18-0009-03

My View on Innovation Lab//Ma Liguo1， Li Ding2

Abstract Starting from analyzing the current situation of establishing the domestic Innovation Lab， this article shows the recognizing plight of cultivating the innovative thinking and points out that reducing the burden on students is the most efficient way to cultivate the student innovative thinking from Cognitive Science.

Key words innovation lab; innovation ability; innovative thinking

Author’s address

1 Education Development Research Institute of Shanghai Pudong， Shanghai， China 200135

2 Doctor of Scientific Pedagogies at Xi’nan University， Chongqing， China 400715

1 關于創新實驗室的定義

創新實驗室的定義并不清晰。目前所謂的創新實驗室只不過是隨著國家新一輪課程教材改革的推進，及國家經濟發展加大教育投入后涌現出來的多種類型實驗室的統稱。

首先，創新實驗室指的是“以構造創新環境、培養創新人才為目標”的實驗室。這一類別的實驗室建設嘗試在國內國際均呈現增長態勢，其風格在向科技館和科技活動室的方向靠攏，已經打破關于科學教育“Formal”和“Informal”（常規和非常規）的區別。但也正因為這樣，此類創新實驗室的裝備沒有形成國家甚至地區級別的共識，更沒有國家或地區級別的裝備標準作指導，多停留在自主模仿國外學校或模仿科技館展室的階段，主要屬于部分小學和部分高中的“校本行為”。

其次，創新實驗室的定義也可以指向“以創新的實驗方法來完成實驗教學目的”的實驗室。這一類別的實驗室多配備課改之后涌現出來的新型實驗裝備，體現了實驗手段的升級換代，包括上海教委主持研發的數字化實驗系統（以傳感器等替代傳統儀器儀表的數字化設備為核心，用于中學理化生和小學科學實驗教學）、互動式數碼顯微鏡系統（用于中學生物實驗教學）等。此類實驗室所承擔的實驗任務基于課程教材，其目的是“實現信息技術手段與實驗教學的整合”，進而“培養學生在信息技術環境下的自主學習和自主探究能力”。此類實驗室的實驗環境也根據實驗手段的改進而做了一些調整，如普遍采用能放置計算機的實驗臺等。但沒有像“以培養創新人才、構造創新環境為目標”的實驗室那樣將實驗室變成令人感到面目全非的科技活動室。此類實驗室的建設最初是校本行為，后來演變成部分地區的政府行為，如上海近4年間通過政府招標采購的方式在全市各區縣近二分之一的高中建設了數字化實驗室。

從目前來看，已建成的創新實驗室多是指后者，即“以創新的實驗方法來完成實驗教學目的”的實驗室，而被大家所津津樂道的則是前者，即“以培養創新人才、構造創新環境為目標”的實驗室。

隨著上海市教委主持的“中學物理數字化實驗DIS”系統項目獲得“國家基礎教育課程改革教學研究成果”一等獎，“以創新的實驗方法來完成實驗教學目的”的實驗室的開發和建設探索已得到國家的認可。但不可否認的是，隨著“錢學森之問”的提出且遲遲得不到解決，對高等教育的不滿已引發基礎教育階段部分學校的自主行為——讓學生提前接受高校科研的熏陶、讓學生在自己的學校里就接受創新教育！因此，現階段學校實驗室的建設均承載著教育界乃至全社會針對培養創新型人才的期望，建設者都期望通過創新性實驗方法的采用和創新型實驗環境的構建滿足這一期望。特別是在部分發達地區學校財力顯著增長的前提下，出現“以構造創新環境、培養創新人才為目標”的實驗室建設熱潮。可這些創新實驗室的建設多因校本原因而致使方向和內容各異，大家都在探索而少有被全面認可的方案。

2 基礎教育階段現有創新實驗室形態

2.1 小學階段

1）數字化實驗室，主要指使用“傳感器+計算機”系統或類似技術替代傳統的實驗儀表，或與傳統的實驗儀表并行使用，構建的一種能夠快速獲得實驗結果并能夠認識事物變化過程的實驗室。

優點：方便快捷、生動形象，變不可見為可見，支持戶外、野外實驗。

缺點：需要配備計算機或類似的智能終端系統。

建成數量：較少，目前多處于規劃論證階段。

發展展望：實現信息技術與實驗教學整合，符合實驗教學工具體系升級換代的要求，前景看好。

2）科學工坊，主要指引入微型機床、機器人套件、電子學套件等之后，在小學內建立的一種以培養動手和實踐能力為目的的實驗室。

優點：可根據學校自身特點向多個方向延伸，形成校本特色。

缺點：高度依賴現場指導教師的經驗和水平。

建成數量：較多，學校從本身師資能力出發，往往選擇其中一個方向進行建設。

發展展望：能夠滿足小學生實踐能力培養的需求，前景看好。

3）小學科技館，主要指引入系列科技館展品的縮微復制品之后建成的展示室。

優點：成本低，建設周期短。

缺點：新鮮一時，更新不易，學生的興趣很快消退。

建成數量：有一定數量，成為部分小學科學教育的“速成”式選擇。

發展展望：產品千篇一律，學生缺乏動手機會，產品質量良莠不齊，廠家更新維護不夠，很快將退出歷史舞臺。

4）氣象站、環保監測站等科普設施，屬于學校傳統的科學教育形式，曾經以“紅領巾氣象站”等模式普及全國，事實證明其科學教育效果很好。目前只有少數學校堅持下來，大部分學校已經將其遺忘。

隨著技術進步，以系列氣象傳感器為核心構建的“數字化氣象站”“數字化環保站”開始嶄露頭角。氣象信息、環境數據的人工記錄變成系統自動記錄之后，還可以通過特定的計算機程序基于現有數據進行氣象、環境趨勢分析。

優點：每校一點，自動記錄，集觀天氣、識氣象、知環境、護環境、學科學于一體，多校聯網，并可獲得區域級別的累計氣象和環境信息。

缺點：需要配備計算機或類似的智能終端系統。

建成數量：較少，多處于規劃論證階段。

發展展望：符合小學階段科學教育的總體要求，發展前景看好。

2.2 初高中階段

1）數字化實驗室，主要指使用“傳感器+計算機”或類似技術替代傳統的實驗儀表，或與傳統的實驗儀表并行使用，構建的一種能夠快速獲得實驗結果并能夠認識事物變化過程的實驗室。

優點：方便快捷、生動形象，“采集高速度、數據高密度、結果高精度、呈現高可視度”等特點在初高中理科實驗中得以充分發揮，在引導學生建立對“數型關系”的認識方面有不可替代的作用。

缺點：需要配備計算機或類似的智能終端系統。

建成數量：在部分經濟發達、教育發達地區已達一定規模，但在全國仍屬少數。

發展展望：有上海課改物理教材、全國高中物理教材（人教社、粵教社、滬科社）以及國家實驗室裝備建設標準（《中華人民共和國教育行業標準》JY/T0406-2010、JY/T0386-2006）可依，既能夠完成課改理、化、生、地實驗教學的任務，又具備開發創新實驗和探究實驗的擴展性，發展前景看好。

2）校本創新實驗室，按照學校校本研究的方向和師資特點，引入各種相對高端的科研設備、機械等，在學校內建立的一種以培養科研和實踐能力為目的的實驗室。

優點：可根據學校自身特點向多個方向延伸，形成校本特色，并能夠形成具有一定科研水平的研究成果。

缺點：標準不一、投資巨大，對師資依賴嚴重，不能保證學生的參與率。

建成數量：僅在上海、北京等經濟發達、教育發達地區的部分名校內有所出現，全國罕見。

發展前景：難以在全國范圍內推廣。

3 創新實驗室發展趨勢分析

實驗教學是理科教學的根基。重視實驗、強化實驗是回歸教育的本原。教育實踐證明：通過實驗的普及和深化，可以培養學生的動手能力和操作能力，并加深學生對課本知識的理解和認識。但是到目前為止，教育實踐還不能給出一個確切的等式，證明某種實驗環境與學生創新能力提高之間的相關性。

創新能力主要是指思維能力，盡管包含一定程度的動手實踐能力，但公認的是：沒有創新思維，就沒有創新行為。根據錢學森關于思維科學的觀點，創新能力的基礎在于創新思維，是屬于“前科學”階段的研究范疇，是別人很難學到的科學以前的知識或者說智力或精神財富。從這個角度講，創新能力只能以一定的統計概率從人群中獲得，但很難針對個體進行“Input-Output”式的培育。教育專家、首師大艾倫教授也明確指出：創新能力既然是能力，就應歸入隱性知識。而許多隱性知識具有“先驗性”，不是靠同化，而是靠順應（即點化），這一結論得到心理學上“頓悟”實驗的支持。

大量的教育實踐也表明：創新能力與其說是需要“培養”，不如說需要“啟發”或“激發”，即通過某種有效的方式刺激學生產生認識上的飛躍，從而點燃學生內心創造的沖動，掌握創新創造的思維方式。牛頓、愛因斯坦、霍金等劃時代大師的革命性的創新創造均來自于其思維的升華而非物質條件的堆砌。牛頓是做過大量實驗的，但那些實驗都不能證明其最偉大的貢獻——萬有引力定律；愛因斯坦憑借1905年一年之內“快樂的思考”就奠定了自己在科學史上的地位，但他那時候并沒有完成針對相對論的驗證性實驗（終其一生也沒有做這方面的實驗）；霍金更是“述而不作”的典型，即便不是因為病殘之軀導致的無奈，身體健康的霍金恐怕也很難在實驗室里“造”出《果殼里的宇宙》并驗證《時間簡史》。霍金靠的是以物理、數學、邏輯、哲學甚至宗教為基礎的過人的頭腦，這是真正的創造性思維。

說到這里，筆者必須聲明絕無將學生創新能力培養問題神秘化的傾向，但創新能力的確是人類智力王冠上的明珠，屬于人類思維的最高級成果。而目前的腦科學連人類思維的機制還沒有定論，其最高級成果的來由又怎么能弄得清楚？最新研究成果表明：人腦的思維活動表現出一定程度的量子特征。如果這樣可就更困難了——前方有“測不準原理”這個黑洞在等待著我們！先拋開思維的本質等過于本原的問題，可以肯定的是：創新能力培養絕對不是一個單純環境物化和外界強化的過程，更不是一個簡單的“種瓜得瓜、種豆得豆”的過程。按照機械論的觀點和方法，只能培養出機械類的產品。即便在實驗室內堆滿高端的現代化儀器，如果不講究教學方法，不讓學生對知識的獲得過程有足夠的體驗，沒有堪稱“藝術家”的教學大師（如國外科學教育格外推崇的“Science Producer”——集講解、實驗、溝通和指導于一體的復合型人才）現場指導，最為重要的是，如果學生沒有在自由的環境下體驗到一兩次哪怕最微小的創新和創造的快樂，從而建立起畢生對這種快樂的追求，那么所謂的“創新實驗室”培養出來的學生就只不過是技工和操作員。

而且創新能力絕對是以知識為思維基礎、以信息為行動載體的。因而，脫離學生的知識積累和其生理及心理年齡對應思維基礎的創新教育，均難以避免揠苗助長的傾向。基礎教育階段實驗教學的總體功能還是學習知識，兼顧獲得知識的方法。

因此，與課改教材緊密配合、經過上海教委研發和教學應用實踐獲得成功的數字化實驗室或類似系統，以及“科學工坊”“科普活動基地”等理應成為今后學校現代化建設的可靠的、具有擴展性的基礎設施，并可為學生創新能力的培養提供一定的物質基礎。有了這個物質基礎，再給學生多一些自由和寬容，少一些限制和負擔，那么在靜靜地等待之后就會收獲意想不到的效果——少一點干預，多一分驚喜，正如人跡罕至的熱帶雨林中總能發現奇異的生命。

而在教育投入能夠滿足需求的前提下，其他類型的創新實驗室可以依據校本特征嘗試建設，但不宜做成天下一統的標準，否則勢必造成投入過度、勞民傷財，同時也達不到培養學生創新能力的最終目標。試想：整齊劃一的麥田里面能否發現珍稀的靈芝呢？

有教育專家言到：“培養創新能力？把中學生關起來做那么高級的大學實驗還不如減輕點課業負擔，讓他們多看點閑書，多有點思考和想象的空間！”誠哉斯言！

參考文獻

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