對中學創新實驗室的定位、發展策略與裝備原則的思考

吳 強

對中學創新實驗室的定位、發展策略與裝備原則的思考

吳 強

自2010年起，為適應創新型人才培養的要求，探索創新教育的新模式，上海市教育委員會開始在全市選擇部分高中學校進行“創新實驗室”建設的試點工作。經過一年多的努力，在上百個申報項目中，經過多次篩選，有19所學校23個項目入選并出版專輯《創新實驗室里的時代脈動—高中創新實驗室案例擷英》。這無疑是為創新人才培養機制提供了一種有價值的途徑，對指導學校以創新實驗室為平臺培養創新人才有著非常重要的意義，同時對教育技術裝備工作提出了新的挑戰。我校的“嵌入式系統實驗室”入選了該專輯。回顧整個實驗室的實施過程，有以下幾點值得我們思考。

一、關于中學創新實驗室的定位

在所接觸到的一些創新實驗室案例中，有的把傳統的基于學科驗證性實驗的實驗室通過作一些改變即稱之為“創新實驗室”，有的將一幢多功能的樓稱之為“創新實驗室”，有的甚至于稱整個校園是“創新實驗室”，這里涉及一個定位問題。

1.認清“創新”的本質，明確創新實驗室培養目標

“創新是人類特有的活動，是在意識支配下進行的創造性活動，在人類社會之外，其他動植物只是進化、演化，而不是創新。”

“創新是突破性的實踐活動，它不是一般的重復勞動，更不是對原有內容的簡單修補，而必須是突破性的發展、根本性的變革、綜合性的創造。創新是繼承中的升華。繼承是創新的必要。”

“創新是有規律的實踐活動，它以扎實的專業知識為基礎，以艱苦卓絕的精神勞動為途徑，以敏銳的觀察力、豐富的想象力、深刻的洞察力為導向，反映符合事物發展要求的基本規律，是一種有規律的實踐活動。”

綜上所述，創新是人類特有的、突破性的、有規律的實踐活動。站在中學教育的角度上看，中學的創新教育應以培養學生的創新素養和創新能力為目標，即“以人為本”，是為學生未來發展而進行的超前教育。因此，在中學創建創新實驗室的宗旨便是為實現這個培養目標提供實驗環境的保障。

2.正確理解創新實驗室與基礎學科實驗室的關系

創新實驗室與基礎學科實驗室是有著本質上的區別的，這個區別在于：從功能上看，前者是學生進行創新實踐的場所，后者是學生進行基礎實驗的場所；從內容上看，前者側重于探究性活動，后者偏向于驗證性活動；從研究方法上看，前者具有不確定性，后者則相對穩定；從裝備上看，前者會大量運用先進的儀器設備，而后者則使用傳統的設備較多。由此可以看出，想把基礎實驗室升格為一個創新實驗室，或由創新實驗室統領基礎實驗室，都是有困難的。

這里并不排除少數技術實驗室具有一定創新實驗室的功能，如計算機實驗室、電子實驗室、陶藝實驗室等，但它們的創新功能只是創新實驗室的基礎功能。例如，編寫一個程序，它是一種創新實踐活動，一般的計算機就可以完成，但是若要運行一個特定程序，它們就不具備所需要的功能了。

這可以歸納為實驗室的單向性與廣泛性，即基礎學科實驗室具有廣泛性，而創新實驗室則更具有單向性。

又例如，現行高中物理的DIS實驗室，通過運用現代計算機與傳感、控制技術，比過去的實驗要來得更加準確與方便。但是，它只是運用了一些較先進的技術來完成基礎的驗證性實驗，由于其精度及技術條件的限制，利用它來進行創新實踐活動則顯得力不從心。因此，它不是創新實驗室概念范疇。諸如生物實驗室、化學實驗室等，也是如此(但有的學校的生物實驗室配置的儀器設備甚至已經超過了專業研究機構，這類配置為學生進行創新實踐活動提供了很好的條件)。

3.以功能為標識，為創新實驗室命名較為恰當

當我們考察各式各樣的實驗室時，社會上它們現有的功能呈現出單向性，功能定位十分明確。如物理實驗室、化學實驗室、有機化學實驗室、生物實驗室、電子實驗室、金工實驗室、計算機實驗室等，它們都是以功能來命名的。

又如，復旦大學遺傳工程國家重點實驗室，以遺傳學和遺傳工程學研究為基礎，面向國家在生物技術領域的戰略需求，積極開展能提高人民生活水平、促進國民經濟持續發展的創新性研究工作。通過與醫學、藥學以及其他生命學科的合作，力爭在生命科學的基礎和應用方面做出具有重大理論價值或應用價值的原創性成果，為我國國民經濟的可持續發展提供新理論、新技術、新材料和新產品，并通過高水平的研究工作培養出高層次的科研、管理人才。

復旦大學聚合物分子工程國家重點實驗室，針對國民經濟、國家安全和人民健康生活等方面的重大需求，瞄準相關高分子材料研究中的關鍵性問題，匯聚了一支多學科交叉的研究隊伍，聚焦于“通用高分子的高性能化”“生物醫用高分子的設計”“高分子相關的功能介孔材料”和“高分子多尺度制備科學與技術”等4個主要研究方向開展研究。

從中可以發現，實驗室的命名以功能為依據更為貼切，因此，中學創新實驗室的命名最好也以功能來命名。如金融創新實驗室、嵌入式系統開發實驗室、機器人技術創新實驗室。

4.中學“創新實驗室”以“室”為主，彰顯功能性

既然我們把“創新實驗室”定義為一個“室”，一個“實驗室”，這也就決定了這個實驗室只是由一個或多個功能相關的“室”組成的，這就是它的“邊界約束”。

由此看來，有的學校把一幢包含各式各樣的不同學科甚至不同內容的實驗室、展示室等稱之為“創新實驗室”，有的甚至把整個校區的自然保護稱之為“創新實驗室”，這種組合不利于對創新實驗室功能的劃分，容易引起誤解。因此，學校的創新實驗室以“室”為主(一室或幾室)較妥。

二、中學創新實驗室建設完成后的策略分析

中學創新實驗室的完成最大的成就在于提出了中學“創新實驗室”的概念，提供了參考案件，提供了討論思路，應該說是一個十分成功的創新之舉。但是，更希望它能夠可持續發展，最終成為創新人才培養的一個成功范例。

1.應基于國家戰略，以培養本土化創新人才為目的，全面開展中學創新實驗室建設

這種建設應以國家發展戰略需要為根本目的，結合在國家發展戰略層面下上海市的發展目標，培養本土化創新人才，滿足中華民族創新發展的需要。

根據上海市當前與未來的發展方向，可以有意識地引導中學創新實驗室培養金融、生物制藥、汽車、集成電路芯片、航空航天等方面的創新人才。這將有利于上海市本土化的人才培養，也是為國家培養創新人才。

2.復制案例，引導中學有目的地為培養專門人才

從第一期創新實驗室案例中選擇部分案例進行復制，分區分片創建創新實驗室，形成系統培養機制，培養創新人才。

3.統籌技術裝備，實現創新人才培養的可持續性

以復制方式有目的地推廣創新實驗室，實現了技術裝備的可控性，發揮教學技術裝備的主渠道和統領作用，使創新實驗室建設達到事半功倍的效果。

三、中學創新實驗室技術裝備的原則

1.明確目的

任何創新活動都有一定的目的，這個特性將會貫徹于整個創新過程。中學創新實驗室面向的是中學生，而這個年齡段的學生在心理發展上是追求精確的，是敢于創新的；但是中學生進行創新活動的目的不是出于經濟效益，而是培養創新意識與素養。因此，在技術裝備上應結合培養目的進行統籌，有目的地裝備合適的設備儀器等。這個目的就是：適應中學生創新需要和創新實踐活動需要。

2.先進性

創新以求新為靈魂，具有明顯的時代特征。創新實驗室的技術裝備，應反映時代先進技術與方法。通過運用先進的技術與方法，使學生的創新實踐在一定程度上成為可能。

3.經濟性

目前，國家投入的教育經費越來越多，為中學創新實驗室建設提供了有力的支撐。創新實驗室由于其特殊的功能屬性，決定了所裝備的技術設備必定是較為先進的。越是這樣，越要注意經濟上的控制。在滿足學生創新實踐需要的前提下，注重經濟性。有的學校為創新實驗室配置一些超越中學培養目標的“專、尖、深” 的甚至于超過大學、專業研究機構所配置的儀器設備，這種做法偏離了創新實驗室的培養目標，有浪費之嫌。

四、中學創新實驗室案例分析

案例：嵌入式系統實驗室的定位與裝備

1.定位

(1)目標與理念定位

基于環境的創新活動，決定了創新的質量。基于高技術環境下，學生創新活動帶有高技術的特征和創新思維品質。而基于高技術的創新教育，我們從最基本的創新思維方式、最底層的技術、最基本的技能入手，體現出“一高一低”的基本理念。

著眼于未來社會對人才的需求，利用嵌入式系統平臺創設一個基于高技術的環境，引導學生進行創新實踐活動；在創新活動中引導學生專業方向；為大學輸送更多的有思想、有能力、有專業志向并具備一定創新能力、掌握一定專業技術與技能的“定制式”杰出人才，為強盛國家的現代工業培養后備領軍人才。

(2)功能定位

嵌入式系統實驗室作為面向中學生的創新實驗室，它有4個功能：

①培養基本的技術與技能；

②面向嵌入式系統及應用軟件系統進行創新實踐活動；

③基于嵌入式系統開發與應用實踐的背景下，培養學生的創新實踐能力。

(3)特色定位

①新穎、經濟、實用。嵌入式系統實驗室是許多大學的重要實驗室，在中學尚少見。該實驗室可以與電子實驗室合并為綜合實驗室，減少成本和對空間的占用。由于開發所需要的計算機對配置要求不高，只要能夠運行Windows操作系統即可；可以使用一些被淘汰的計算機，學校也喜歡。學生所用的實驗器件為自主開發產品，成本低廉，經濟實惠。

②創新教育與素質教育的有效結合。由于課程設置的挑戰性、趣味性及采用任務驅動的教學方式，學生十創新能力的培養，使創新教育與素質教育的有效結合。

2.課程與內容

(1)課程名稱

①單片機應用與開發(入門)：在高三年級開設，為必修Ⅰ類。

②機器人設計與制作：在高一、高二年級開設，為必修Ⅱ類。

(2)教學內容(見表1)

表1

(3)教學方法

均采用任務驅動方法組織教學。

(4)教材

由我校教師編著的校本教材《單片機應用與開發(入門)》，2010年5月由復旦大學出版社正式出版，全國統一書號：ISBN 978-309-07202-0，并于2010年9月起在我校2011級學生中使用。為配合教學，開發有配套的學生實驗板“復旦大學附屬中學2008 V1.0”。

3.技術裝備

儀器設備配置清單見表2。

表2

吳強，本科，中教高級，副教授，上海市特級教師，教研組長。

復旦大學附屬中學。

稿件來源：第二屆城市教育裝備合作與發展論壇征文優秀獎文章。