吳 強(qiáng)

對(duì)中學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的定位、發(fā)展策略與裝備原則的思考

吳 強(qiáng)

自2010年起，為適應(yīng)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，探索創(chuàng)新教育的新模式，上海市教育委員會(huì)開(kāi)始在全市選擇部分高中學(xué)校進(jìn)行“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)的試點(diǎn)工作。經(jīng)過(guò)一年多的努力，在上百個(gè)申報(bào)項(xiàng)目中，經(jīng)過(guò)多次篩選，有19所學(xué)校23個(gè)項(xiàng)目入選并出版專輯《創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室里的時(shí)代脈動(dòng)—高中創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室案例擷英》。這無(wú)疑是為創(chuàng)新人才培養(yǎng)機(jī)制提供了一種有價(jià)值的途徑，對(duì)指導(dǎo)學(xué)校以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室為平臺(tái)培養(yǎng)創(chuàng)新人才有著非常重要的意義，同時(shí)對(duì)教育技術(shù)裝備工作提出了新的挑戰(zhàn)。我校的“嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”入選了該專輯?；仡櫿麄€(gè)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)施過(guò)程，有以下幾點(diǎn)值得我們思考。

一、關(guān)于中學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的定位

在所接觸到的一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室案例中，有的把傳統(tǒng)的基于學(xué)科驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室通過(guò)作一些改變即稱之為“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，有的將一幢多功能的樓稱之為“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，有的甚至于稱整個(gè)校園是“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，這里涉及一個(gè)定位問(wèn)題。

1.認(rèn)清“創(chuàng)新”的本質(zhì)，明確創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)目標(biāo)

“創(chuàng)新是人類特有的活動(dòng)，是在意識(shí)支配下進(jìn)行的創(chuàng)造性活動(dòng)，在人類社會(huì)之外，其他動(dòng)植物只是進(jìn)化、演化，而不是創(chuàng)新?！?/p>

“創(chuàng)新是突破性的實(shí)踐活動(dòng)，它不是一般的重復(fù)勞動(dòng)，更不是對(duì)原有內(nèi)容的簡(jiǎn)單修補(bǔ)，而必須是突破性的發(fā)展、根本性的變革、綜合性的創(chuàng)造。創(chuàng)新是繼承中的升華。繼承是創(chuàng)新的必要?！?/p>

“創(chuàng)新是有規(guī)律的實(shí)踐活動(dòng)，它以扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)為基礎(chǔ)，以艱苦卓絕的精神勞動(dòng)為途徑，以敏銳的觀察力、豐富的想象力、深刻的洞察力為導(dǎo)向，反映符合事物發(fā)展要求的基本規(guī)律，是一種有規(guī)律的實(shí)踐活動(dòng)?！?/p>

綜上所述，創(chuàng)新是人類特有的、突破性的、有規(guī)律的實(shí)踐活動(dòng)。站在中學(xué)教育的角度上看，中學(xué)的創(chuàng)新教育應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，即“以人為本”，是為學(xué)生未來(lái)發(fā)展而進(jìn)行的超前教育。因此，在中學(xué)創(chuàng)建創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的宗旨便是為實(shí)現(xiàn)這個(gè)培養(yǎng)目標(biāo)提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境的保障。

2.正確理解創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室與基礎(chǔ)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的關(guān)系

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室與基礎(chǔ)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室是有著本質(zhì)上的區(qū)別的，這個(gè)區(qū)別在于：從功能上看，前者是學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐的場(chǎng)所，后者是學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)所；從內(nèi)容上看，前者側(cè)重于探究性活動(dòng)，后者偏向于驗(yàn)證性活動(dòng)；從研究方法上看，前者具有不確定性，后者則相對(duì)穩(wěn)定；從裝備上看，前者會(huì)大量運(yùn)用先進(jìn)的儀器設(shè)備，而后者則使用傳統(tǒng)的設(shè)備較多。由此可以看出，想把基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室升格為一個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，或由創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)領(lǐng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，都是有困難的。

這里并不排除少數(shù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室具有一定創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的功能，如計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室、電子實(shí)驗(yàn)室、陶藝實(shí)驗(yàn)室等，但它們的創(chuàng)新功能只是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)功能。例如，編寫一個(gè)程序，它是一種創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，一般的計(jì)算機(jī)就可以完成，但是若要運(yùn)行一個(gè)特定程序，它們就不具備所需要的功能了。

這可以歸納為實(shí)驗(yàn)室的單向性與廣泛性，即基礎(chǔ)學(xué)科實(shí)驗(yàn)室具有廣泛性，而創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室則更具有單向性。

又例如，現(xiàn)行高中物理的DIS實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)運(yùn)用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)與傳感、控制技術(shù)，比過(guò)去的實(shí)驗(yàn)要來(lái)得更加準(zhǔn)確與方便。但是，它只是運(yùn)用了一些較先進(jìn)的技術(shù)來(lái)完成基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，由于其精度及技術(shù)條件的限制，利用它來(lái)進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)則顯得力不從心。因此，它不是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室概念范疇。諸如生物實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室等，也是如此(但有的學(xué)校的生物實(shí)驗(yàn)室配置的儀器設(shè)備甚至已經(jīng)超過(guò)了專業(yè)研究機(jī)構(gòu)，這類配置為學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)提供了很好的條件)。

3.以功能為標(biāo)識(shí)，為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室命名較為恰當(dāng)

當(dāng)我們考察各式各樣的實(shí)驗(yàn)室時(shí)，社會(huì)上它們現(xiàn)有的功能呈現(xiàn)出單向性，功能定位十分明確。如物理實(shí)驗(yàn)室、化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室、生物實(shí)驗(yàn)室、電子實(shí)驗(yàn)室、金工實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室等，它們都是以功能來(lái)命名的。

又如，復(fù)旦大學(xué)遺傳工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以遺傳學(xué)和遺傳工程學(xué)研究為基礎(chǔ)，面向國(guó)家在生物技術(shù)領(lǐng)域的戰(zhàn)略需求，積極開(kāi)展能提高人民生活水平、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的創(chuàng)新性研究工作。通過(guò)與醫(yī)學(xué)、藥學(xué)以及其他生命學(xué)科的合作，力爭(zhēng)在生命科學(xué)的基礎(chǔ)和應(yīng)用方面做出具有重大理論價(jià)值或應(yīng)用價(jià)值的原創(chuàng)性成果，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供新理論、新技術(shù)、新材料和新產(chǎn)品，并通過(guò)高水平的研究工作培養(yǎng)出高層次的科研、管理人才。

復(fù)旦大學(xué)聚合物分子工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，針對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)、國(guó)家安全和人民健康生活等方面的重大需求，瞄準(zhǔn)相關(guān)高分子材料研究中的關(guān)鍵性問(wèn)題，匯聚了一支多學(xué)科交叉的研究隊(duì)伍，聚焦于“通用高分子的高性能化”“生物醫(yī)用高分子的設(shè)計(jì)”“高分子相關(guān)的功能介孔材料”和“高分子多尺度制備科學(xué)與技術(shù)”等4個(gè)主要研究方向開(kāi)展研究。

從中可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室的命名以功能為依據(jù)更為貼切，因此，中學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的命名最好也以功能來(lái)命名。如金融創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室、機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室。

4.中學(xué)“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”以“室”為主，彰顯功能性

既然我們把“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”定義為一個(gè)“室”，一個(gè)“實(shí)驗(yàn)室”，這也就決定了這個(gè)實(shí)驗(yàn)室只是由一個(gè)或多個(gè)功能相關(guān)的“室”組成的，這就是它的“邊界約束”。

由此看來(lái)，有的學(xué)校把一幢包含各式各樣的不同學(xué)科甚至不同內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)室、展示室等稱之為“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，有的甚至把整個(gè)校區(qū)的自然保護(hù)稱之為“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，這種組合不利于對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室功能的劃分，容易引起誤解。因此，學(xué)校的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室以“室”為主(一室或幾室)較妥。

二、中學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)完成后的策略分析

中學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的完成最大的成就在于提出了中學(xué)“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”的概念，提供了參考案件，提供了討論思路，應(yīng)該說(shuō)是一個(gè)十分成功的創(chuàng)新之舉。但是，更希望它能夠可持續(xù)發(fā)展，最終成為創(chuàng)新人才培養(yǎng)的一個(gè)成功范例。

1.應(yīng)基于國(guó)家戰(zhàn)略，以培養(yǎng)本土化創(chuàng)新人才為目的，全面開(kāi)展中學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)

這種建設(shè)應(yīng)以國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略需要為根本目的，結(jié)合在國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略層面下上海市的發(fā)展目標(biāo)，培養(yǎng)本土化創(chuàng)新人才，滿足中華民族創(chuàng)新發(fā)展的需要。

根據(jù)上海市當(dāng)前與未來(lái)的發(fā)展方向，可以有意識(shí)地引導(dǎo)中學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)金融、生物制藥、汽車、集成電路芯片、航空航天等方面的創(chuàng)新人才。這將有利于上海市本土化的人才培養(yǎng)，也是為國(guó)家培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

2.復(fù)制案例，引導(dǎo)中學(xué)有目的地為培養(yǎng)專門人才

從第一期創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室案例中選擇部分案例進(jìn)行復(fù)制，分區(qū)分片創(chuàng)建創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，形成系統(tǒng)培養(yǎng)機(jī)制，培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

3.統(tǒng)籌技術(shù)裝備，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的可持續(xù)性

以復(fù)制方式有目的地推廣創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)裝備的可控性，發(fā)揮教學(xué)技術(shù)裝備的主渠道和統(tǒng)領(lǐng)作用，使創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)達(dá)到事半功倍的效果。

三、中學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室技術(shù)裝備的原則

1.明確目的

任何創(chuàng)新活動(dòng)都有一定的目的，這個(gè)特性將會(huì)貫徹于整個(gè)創(chuàng)新過(guò)程。中學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室面向的是中學(xué)生，而這個(gè)年齡段的學(xué)生在心理發(fā)展上是追求精確的，是敢于創(chuàng)新的；但是中學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新活動(dòng)的目的不是出于經(jīng)濟(jì)效益，而是培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)與素養(yǎng)。因此，在技術(shù)裝備上應(yīng)結(jié)合培養(yǎng)目的進(jìn)行統(tǒng)籌，有目的地裝備合適的設(shè)備儀器等。這個(gè)目的就是：適應(yīng)中學(xué)生創(chuàng)新需要和創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)需要。

2.先進(jìn)性

創(chuàng)新以求新為靈魂，具有明顯的時(shí)代特征。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)裝備，應(yīng)反映時(shí)代先進(jìn)技術(shù)與方法。通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)與方法，使學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐在一定程度上成為可能。

3.經(jīng)濟(jì)性

目前，國(guó)家投入的教育經(jīng)費(fèi)越來(lái)越多，為中學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供了有力的支撐。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室由于其特殊的功能屬性，決定了所裝備的技術(shù)設(shè)備必定是較為先進(jìn)的。越是這樣，越要注意經(jīng)濟(jì)上的控制。在滿足學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐需要的前提下，注重經(jīng)濟(jì)性。有的學(xué)校為創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室配置一些超越中學(xué)培養(yǎng)目標(biāo)的“專、尖、深” 的甚至于超過(guò)大學(xué)、專業(yè)研究機(jī)構(gòu)所配置的儀器設(shè)備，這種做法偏離了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)目標(biāo)，有浪費(fèi)之嫌。

四、中學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室案例分析

案例：嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的定位與裝備

1.定位

(1)目標(biāo)與理念定位

基于環(huán)境的創(chuàng)新活動(dòng)，決定了創(chuàng)新的質(zhì)量?；诟呒夹g(shù)環(huán)境下，學(xué)生創(chuàng)新活動(dòng)帶有高技術(shù)的特征和創(chuàng)新思維品質(zhì)。而基于高技術(shù)的創(chuàng)新教育，我們從最基本的創(chuàng)新思維方式、最底層的技術(shù)、最基本的技能入手，體現(xiàn)出“一高一低”的基本理念。

著眼于未來(lái)社會(huì)對(duì)人才的需求，利用嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)創(chuàng)設(shè)一個(gè)基于高技術(shù)的環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)；在創(chuàng)新活動(dòng)中引導(dǎo)學(xué)生專業(yè)方向；為大學(xué)輸送更多的有思想、有能力、有專業(yè)志向并具備一定創(chuàng)新能力、掌握一定專業(yè)技術(shù)與技能的“定制式”杰出人才，為強(qiáng)盛國(guó)家的現(xiàn)代工業(yè)培養(yǎng)后備領(lǐng)軍人才。

(2)功能定位

嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室作為面向中學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，它有4個(gè)功能：

①培養(yǎng)基本的技術(shù)與技能；

②面向嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)；

③基于嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐的背景下，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力。

(3)特色定位

①新穎、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是許多大學(xué)的重要實(shí)驗(yàn)室，在中學(xué)尚少見(jiàn)。該實(shí)驗(yàn)室可以與電子實(shí)驗(yàn)室合并為綜合實(shí)驗(yàn)室，減少成本和對(duì)空間的占用。由于開(kāi)發(fā)所需要的計(jì)算機(jī)對(duì)配置要求不高，只要能夠運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)即可；可以使用一些被淘汰的計(jì)算機(jī)，學(xué)校也喜歡。學(xué)生所用的實(shí)驗(yàn)器件為自主開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，成本低廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

②創(chuàng)新教育與素質(zhì)教育的有效結(jié)合。由于課程設(shè)置的挑戰(zhàn)性、趣味性及采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，學(xué)生十創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，使創(chuàng)新教育與素質(zhì)教育的有效結(jié)合。

2.課程與內(nèi)容

(1)課程名稱

①單片機(jī)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)(入門)：在高三年級(jí)開(kāi)設(shè)，為必修Ⅰ類。

②機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作：在高一、高二年級(jí)開(kāi)設(shè)，為必修Ⅱ類。

(2)教學(xué)內(nèi)容(見(jiàn)表1)

表1

(3)教學(xué)方法

均采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)方法組織教學(xué)。

(4)教材

由我校教師編著的校本教材《單片機(jī)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)(入門)》，2010年5月由復(fù)旦大學(xué)出版社正式出版，全國(guó)統(tǒng)一書(shū)號(hào)：ISBN 978-309-07202-0，并于2010年9月起在我校2011級(jí)學(xué)生中使用。為配合教學(xué)，開(kāi)發(fā)有配套的學(xué)生實(shí)驗(yàn)板“復(fù)旦大學(xué)附屬中學(xué)2008 V1.0”。

3.技術(shù)裝備

儀器設(shè)備配置清單見(jiàn)表2。

表2

吳強(qiáng)，本科，中教高級(jí)，副教授，上海市特級(jí)教師，教研組長(zhǎng)。

復(fù)旦大學(xué)附屬中學(xué)。

稿件來(lái)源：第二屆城市教育裝備合作與發(fā)展論壇征文優(yōu)秀獎(jiǎng)文章。