“未來學校”背景下的中小學未來創新中心空間設計策略研究

文／陳 果 華南理工大學建筑學院 碩士研究生

鄧壽朋 華南理工大學建筑學院 碩士生導師

蘇笑悅 華南理工大學建筑設計研究院有限公司 工程師（通訊作者）

引言

從歷史上看，教育從限于家庭的個別化教育，到以班級授課、分科教學的現代學校，再到現在提倡“云課堂”“慕課”“移動學習”“沒有教室的學校”“一人一張課表”等觀點的新型學校，教育3.0 時代正急速到來。而這些觀點正不斷消解和解構校園空間，在形式上突破了班級、課時、課室的局限，在技術上運用高新信息技術開展教學，在教學上強調以學習為中心的真實深度的學習。時代變遷與技術革新迫使教育變革勢在必行，而教育變革又直接作用于未來學校的校園空間。

未來創新中心是《中國未來學校白皮書》[1]為適應未來學習方式提出的八個中心的其中一個。未來創新中心包括物聯網生態空間、3D 打印空間、科學探究空間、創客STEM 空間、天文氣象觀測空間、雙創空間。概括來說是培養學生科學探究能力和創新能力的校園場所，對應到當今校園建筑就是大量建設的STEAM 中心、創客空間、科學中心、校園科學館、校園科技館等校園空間。

1 我國創新中心現狀與科技教育需求的矛盾

1.1 內容上，課程開發不夠、社會力量薄弱

從國內未來創新中心的現況來看，首先課程開發強度不夠，根據中國教科院2019 年發布的《中國STEAM 調研報告》中顯示，學校在STEM 教育工作中遇到的主要困難有師資力量不足（65.18%）、課程資源缺乏（61.09%）、經費投入不足（60.51%）和學校基礎設施落后（44.75%）（圖1）。其次相比主流學科，STEAM 和創客教育的重視程度不夠，調查數據表明，課時安排在1 課時每周的學校占35%；2 課時每周的學校占57%；3 課時每周的學校占4%；4 課時及以上每周的學校僅占4%。STEAM 教育和創客教育即使在教育相對發達的地區，教師一線團隊對其了解也并不深入，在課程設置、教材開發、資源建設、師資培訓以及學習空間建設方面并沒有統一的安排[1]。雖然在2017 年國家頒布了《義務教育小學科學課程標準》和《義務教育初中科學課程標準》，將科學教育定義為跨學科的綜合性、實踐性學科，且針對課程內容提出了一些指導性意見和范例，但根據中國科普研究所的研究表明，我國對科技教育教材的重復利用率過高，校本課程和地方課程并沒有得到有效開發，對知識的傳授也并不是合乎科學探究的過程，是從已知到已知的單向度傳授，同時也很少做到學科的綜合聯動[2]。

另外，我國創新中心并沒有同社會有良好的互動關系。在美國的教育體系中，社區及企業占據著很重要的角色，社區與校園相互結合、相互合作，培養孩子的綜合素質。在我國，社區定義不明確，且社區發揮的職能有限，社區與學校并未形成有機的結合。

1.2 形式上，相關規范的缺乏、空間形式落后

圖1 學校進行steam 教育遇到的困難（圖片來源：作者根據參考文獻[5]改繪）

根據《中小學建筑設計規范》和《城市普通中小學校校舍建設標準》，校園由教學及教學輔助用房、辦公用房、生活服務用房三部分組成，教學用房具體功能被分為普通教室、實驗教室、史地教室、計算機教室、語言教室、美術教室、書法教室、音樂教室、舞蹈教室等，都是以單一學科劃分，而針對諸如智能機器人、模型搭建、計算機編程、VR、AR 等新型課程適應的教學空間并沒有相應的教學空間的規范要求。并且未來創新中心的學習方式應該是跨學科、多樣性和非正式的，單一學科和簡單的教室排布適應不了新時代科技教育的要求。

國內現有未來創新中心的建設方案主要有三種類型，一種是由教室改造而成；二是其他功能用房改造，例如食堂、地下室、架空層等；三是單獨設置。但它們中大多數還是簡單的教室排列，僅在教室內部布局上有些許考量。例如國內的鄭州31.103 中學墨子空間、北京八一中學創新中心、永康一中科學館、學軍中學科學館（表1）。這幾所高中都是當地的重點高中，也針對STEAM 教育做出了突破，但在空間形式上依然沒有跳脫原有的課室課時概念。從“未來學校”視角下看有其局限性。中國科普研究所2020 年針對義務教育科學課標發布后的中小學生科學態度的研究表明，我國中小學生對科學態度比較積極，但是無論是校內還是校外科學教育活動都比較不足，并且學生因為接觸的科學環境比較單調晦澀，導致學生對未來從事科學相關的教育意愿不很強烈（圖2）。而在學生階段，尤其是初中階段的科學興趣培養十分重要，這一階段過后，學生對科學的興趣就會維持在相對穩定的水平。因此創建更加活躍、情景化的科技教育場所對提高學生科學興趣有至關重要的作用[3]。

表1 我國現有未來創新中心建設類型（表格來源：作者自繪）

圖2 科學態度調查問卷維度得分率（圖片來源：作者根據參考文獻[3]數據繪制）

2 面向未來的創新中心空間設計策略

從上文創新中心現有矛盾來看，創新中心設計的主要問題來自于建筑設計同教育學的脫節。長久以來我國的學校設計一直采用的是“交鑰匙工程”。采用簡單的教室排列，然后讓學校自行填充教學內容。在這樣的模式下，空間設計往往無法適應新的教學需求，因而給教學帶來了諸多不便。從未來學校視角來看創新中心空間設計策略，需要秉持一個基本觀點——理念先行，先有教育，再有建筑。新的教育空間應該符合新時代的教育理念。

2.1 學習的無邊界性與未來創新中心的社區屬性

從未來學校的視角來看，未來學習會不斷模糊校園與非校園的界限，學校不再成為學習的唯一場所，社區、家庭、企業都會參與進教育活動。并且虛擬環境也會成為教學空間的一部分，學習變得無邊界。未來創新中心作為科技教育空間，首先是難得的教育資源，其次它的提升需要社會各方力量的參與，因此它將成為社會資源向社區開放，并且要充分接收社會資源。

研究國內外相關創新中心案例發現，大多數新建學校的創新中心在規劃布局上都靠近外界，并且在節假日向社區開放。筆者參與的河源市中小學科普館、重慶兩江中學科學館、杭州奧體實驗小學創新中心、深圳市外國語學校東海附屬小學擴建改造STEAM 中心等，都將創新中心設置在靠近外部的位置，方便節假日開放和引進其他社會資源，如科技公司講座、學生家長課堂等（圖3）。因此在考慮創新中心布局時，應盡量使其與外界聯系緊密。

2.2 學習的非正式性與未來創新中心的社交屬性

同理，未來學習不再是“正式”課堂下老師單向度的教學，而是“非正式”課堂下讓學生與同儕互動，與老師討論，獲得各種能力以應對未來職業的需求。因此未來學校更多時候作為社交場所，為學生提供適宜的平臺。在這樣的教育理念下，創新中心首先應該針對學生有更加便利的可達性，提高空間使用率，其次空間應該有適當的開放性，以促進交流活動的產生。

在具體的建筑實踐中，為了增加其可達性，有的將創新中心和學習中心并置在一起成為更大的教學綜合體，也有的通過連廊將創新中心各層與教學區聯系在一起。例如北京黃城根小學昌平校區創客中心與steam 中心，整個學校就是一整個教學綜合體，在課室外的“剩余空間”設置創客中心和STEAM 中心作為學校的創新中心，并且空間開放且有機，在空間內設置大量設施以促進交流；而哥倫比亞Lusitania Paz 學校將創新中心同教學樓咬合在一起，建筑空間呈圓形，空間內部有機散布著STEAM 課室，“剩余空間”開放靈活。筆者參與的河源市中小學科普館項目，是一個新建的創新中心，為增加其可達性，將教學樓、實驗樓和圖書館都用連廊相接，在內部空間組織上集約地分為相對獨立密閉的科普觀摩區和開放共享區。整個開放共享區設置很少量的空間隔斷，空間連續整體，在階梯和平臺設置大量駐足停留的空間以促進師生交流（表2）。

2.3 學習的多樣性和未來創新中心的靈活屬性

未來學習是基于項目的主要學習，因此在學習方式上具有多樣性。研究表明，21 世紀學校物理空間必須要支持20 種學習方式。未來創新中心作為實踐性、綜合性的科技教育場所，提倡以科學探究為教育手段，其教學形式往往更是多種多樣的。因此未來創新中心空間應該是多樣的、復合的、靈活的、多變的。從具體的空間操作上來看，在策略上采取“通用空間”，用靈活隔斷來應對不同教學方式下的空間需求，空間可大可小。并且設計中采取留白方式，不限定其空間功能性質，留給教學活動充分的擴展空間。在教學用具的選擇上，可以選用帶有輪子的課桌椅方便移動，講臺也應靈活設置，可以滿足教師隨時上課、學生隨時發表意見的活動需求。

因此在具體實踐中，大量創新中心設計采用“通用空間，靈活隔斷”的方式，黃城根小學昌平校區創客中心和科學中心采用通用空間，河源市中小學科普館也同理。費塞登學校泰戈利創新中心被設計成在主教學樓邊上的一個大空間的玻璃盒子，內部有大小不一并方便移動的桌椅：吧臺適應單獨學習，課桌按照組團分布方便小組學習討論。日耳曼敦學院創新實驗室在空間內部設置了可移動的隔斷，通過控制隔斷的開合來達成不同的空間效果，從而滿足各類教學活動。美國布福德中學STEAM 中心有四個STEAM 教室，每個實驗室都配備了數字控制的模切機、三維打印機和安裝在墻上的一體機，這些計算機向三個方向旋轉，以優化學生協作的支持。柔性教學墻具有兩個觸摸屏智能板和兩個干擦板，每個板安裝在滾動組件上，節省空間，同時促進動態教學安排。北京大學附屬中學道爾頓學院是傳統課室改造而成的創客空間，其中的藝術工作室通過可拆卸的隔斷可以根據需求分為1 ～3 間獨立的工作室，公共空間最核心的綠魔方空間也采用了大量可移動家具和柔性靈活隔斷。

2.4 學習的真實性與未來創新中心的真實屬性

圖3 河源市中小學科普館規劃布局分析（圖片來源：作者自繪）

表2 未來創新中心可達性與開放性分析（表格來源：作者自繪）

未來學習強調面向真實的深度學習，強調在真實的環境中解決問題，以獲得對知識更高程度的理解。因此在設計中通常將事物本來的面貌展示，讓創新中心的每一個角落都成為教具。例如前文的河源市中小學科普館項目秉持“整個建筑都是教材”的理念，除空間之外，還將設備管線、構造節點等內容對學生開放，成為科普內容的拓展。室內天花做開放處理，各類設備管線直接裸露，向學生展示設備運行原理；相關構造節點直接呈現，激發學生學習熱情；屋頂空調、綠色技術設備成為設備科普區，打造特色學習場所。這些元素均成為學生身邊真實生動的教材，也營造了科技感十足的空間氛圍（圖4）。設計充分利用建筑的方方面面，提升投資回報率，并且充分利用屋頂空間，打造室外課堂與室外展場，屋面設置參觀步道、植物園、建筑設備區、公共活動區，滿足學生植物科普、設備科普、戶外運動與交流需求，將科普館功能延伸至戶外，提升空間利用率（圖5）；美國艾倫學區ISD STEAM 中心是由艾倫學區幾所中小學共用的創新中心，幾所位于學區的學校可以充分使用，中心配備相應的師資與教學環境，在教學空間內部也將管道充分展示，并且用不同顏色來區分，方便學生辨認和老師進行講解。同樣的，在美國的費塞登學校泰戈利創新中心，威廉特納學校STEM 大樓也充分展示了建筑材料、結構和設備。相比國外的相關案例，國內大多數的空間用裝飾性構件來突出其學習氛圍，這樣的做法不僅增加造價，同時在效果上也不如國外直接展示材料與建筑構件本身好。

2.5 學習的學生主體性與未來創新中心的人性化

未來學校最重要的一點就是由以前的“以教師為中心”變成強調自主學習的“以學生為中心”。這就要求創新中心設計首先要強調創造以人為本的學習環境，其次要求創新中心的文化傳承和審美趣味要符合不同年齡段學生的成長需求，營造沉浸式的教學氛圍。

在設計中往往體現在空間細節上，例如尺度上適應不同年齡段學生的心理需求，增加儲存空間，用木材和倒圓角的方式避免磕碰和方便學生即時停留，采用特定的色彩激發學生想象力和創造力，將學生作品大方展示而營造濃郁的學習氛圍等，某些教室將作為開展特點教學活動的特色空間，例如機器人課室會有大量關于機器人的展板、零件、特色的構筑物，使得學生一進入課室就能立刻感受到其學習氛圍。例如前文所提到的北京黃城根小學昌平校區，在創新中心采用黃城根校徽的藍色和黃色作為色板，以教室的矩形和公共空間的三角形作為形式語匯。墻面上深淺不一的色塊降低了盒子的硬度，三角形的鋪地和吊頂既保留了空間的通用性，又增加了靈動和愉悅感。涂料采用環保涂料，并設置了大量移動家具、展墻，讓學生可以隨處停留和追逐嬉鬧。

結語

圖4 河源市中小學科普館展露的設備管道（圖片來源：作者項目組）

圖5 河源市中小學科普館屋頂活動區（圖片來源：作者自繪）

科技進步導致知識獲得了爆炸式的增長，過去的教育模式已經無法滿足如今的教學需求。未來的人才需求在不斷改變，那么相應的教育理念乃至對應的教學空間也應該有所變革，時代變遷與技術革新迫使教育變革勢在必行。未來創新中心是進行科技創新的教育場所，是依附于未來學校下提出的概念。通過調查研究發現，國內現有的創新中心分別從教育學和建筑學的視角出發，有內容和形式兩個方面的矛盾。內容上的矛盾為課程開發不足、社會力量參與不足；形式上的矛盾為從地方到國家都沒有明確的設計標準，現有創新中心的空間形式落后。通過文獻研究法和經驗總結研究方法，對國內外相關創新中心進行歸納分類研究，最終總結出五個空間設計策略：

（1）空間的社區屬性：規劃布局考慮與社區的結合，通常布置在校園外側，方便開放校園資源，引進社會力量。

（2）空間的社交屬性：注意空間的可達性與開放性，通過展示和交流提高學生的綜合能力。

（3）空間的靈活屬性：科技教育是以科學探究為手段的項目式教學，涉及教學活動，因此空間應該靈活可變，以適應多種教學行為。

（4）空間的真實屬性：未來創新中心應該秉承建筑就是教具的理念，真實展示建筑構件、材料、結構、設備，讓學生身處其中就可以學習到新知識。

（5）空間的人性化：充分以學生為中心，注重空間細節，營造合適的空間氛圍，落到創新中心上，采用特定的色彩激發學生想象力和創造力，將學生作品大方展示，營造濃郁的學習氛圍等，某些教室將作為開展特點教學活動的特色空間。

注釋：

①教育3.0是以學生為導向，以興趣為基礎，突破時間、空間、內容、師資等限制，通過技術等新興手段全面提高學生素質，實施個性化教育的教育新階段。