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关于在普通高中建设创新实验室的几点思考

作者: 发布于:2015/5/13 12:00:59 点击量:

 

 

  党的十八届三中全会报告中明确指出“深化教育领域综合改革。……增强学生社会责任感、创新精神、实践能力。”创新,是一个国家和民族进步的灵魂。因不同类型的创新所需知识与能力结构的存在差异,导致产生不同的创新型人才。但毋庸置疑的是,科技创新以及培养科技创新人才,是创新体系中不可或缺的重要组成部分,科技创新能力的高低将直接影响到国家综合国力的高低。

  教育是推动创新与培养创新人才的主要阵地,在每一个学段都有培养学生创新意识与创新能力的责任。2010年以来,上海、北京、江苏等地陆续在高中学段建设创新实验室,并以创新实验室建设为抓手,带动本区域探索教育新模式,激发学生创造活力、培养学生创造能力,取得了大量而又富有成效的经验。但是,我们也应清晰地看到,许多学校在创新实验室建设中还存在着定位不清、实施不力、投入浪费、发展受阻等各方面问题,部分学校还不能够准确地把握创新实验室与普通学科实验室的区别。由此,我们迫切需要在积极投入的同时,冷静思考创新实验室的定位与实施策略,从而更好地服务于培养创新人才的国家战略。

  一、建设普通高中创新实验室的主要动因

  (一)国家人才发展战略的需要。2010年,是国家中长期发展规划纲要的集中出台年。无论是在教育改革发展规划纲要中还是在人才发展规划纲要中,都把创新人才培养作为重要的目标与任务。面对世界多极化、经济全球化、科技革命日新月异的挑战,谁拥有了大量创新型人才,谁就掌握了未来发展的主动权。正是在这样的背景下,部分经济、教育较为发达的地区,相继出台有关政策,配合国家这一重要战略的实施。上海市下发了《关于开展上海市普通高中学生创新素养培育实验项目的通知》,江苏省下发了《关于启动普通高中课程基地建设通知》,北京市下发了《北京市中小学建设三年行动计划(2012~2014年)》,北京市的文件中明确提出建设市级高中开放重点实验室,与拔尖创新人才培养改革实验相结合。建设创新实验室,有利于满足不同潜质的学生发展需要,利于创新型人才的脱颖而出。

  (二)高中课程改革发展的需要。新一轮的高中课程改革,在课程目标上,更加注重满足学生全面而富有个性发展的需要,加强引导学生创新实践;在课程结构上,更加注重适应社会需求的多样化,加强选择性与综合性;在课程实施上,更加注重构建学生主动学习的环境,加强合作交流与解决问题;在课程内容上,更加注重精选学生终身发展所需的基础性内容,加强科技发展与社会进步的内容;在课程管理上,更加注重学校的自主权与学生的有效选择权……建设创新实验室,从多种角度满足了课程改革进程中,对于科学类学科课改的要求,对于丰富课改内涵,把握课改方向都有着积极的意义。

  (三)学校特色办学与发展的需要。高中教育具有基础性、多样性、选择性等基本特征,《上海市中长期教育改革发展规划纲要》中就指出“高中教育要为每个学生的成长、成人、成功奠定基础,形成高质量、多样化、有特色、可选择的发展格局”;北京市提出普通高中应当实现“多样、优质、特色”的发展格局。由此,学校根据自己的所在区域特点、发展目标、基本条件乃至教师群体优势等,有针对性地开展利于形成本校鲜明特色的课程、活动,是具有突出意义的。特别是2014年,公布了新的高考时间表和路线图,提出完善高中学业水平考试和综合素质评价,在高考考试科目里实行3+X考试方式。建设创新实验室,利于学校在满足学生掌握课程基本要求的基础上,形成自己的优势学科领域,利于把学校的校园文化建设、特色发展融于一体。

  二、创新实验室与传统学科实验室的主要区别

  有观点认为,创新实验室的定义有问题。传统的学科实验室同样具有培养学生创新精神和实践能力的功能,二者易造成概念的混淆。笔者认为,正在开展的创新实验室建设,与传统的学科实验室至少有三个本质的区别。

  (一)开展实验所使用的课程教材体系不同。学生在传统的学科实验室进行实验,所用的课程与教材,主要体现的是专家学者的意志,强调的是知识体系的掌握,因此具有极大的统一性、同质性,学生没有选择性,其基本的价值在于学生通过学习这样传统的内容,重复前人的实验过程,了解掌握人类已经创造的文明成果。而在创新实验室里所用的课程与教材,尽管不同的学校可能学科领域方向相同,但主导课程与教材的编写者来自于学校自主邀请的专家、本校的教师甚至有大量学生的参与,其基本的价值在于学生总是处在一种思考、动手、探究的未知世界求索过程之中。

  (二)对学生所需的实验能力要求不同。在传统实验室里,主要解决的是学生通过已有的知识与经验去验证一个已经基本可以预知的现象,尽管我们一直主张探究性学习、探究性实验,但似乎称作验证性探究实验更为妥切,因此强调的是培养学生的观察能力,基本动手操作能力,主要注重的是操作的规范性、完整性。而在创新实验室里,主要解决的是通过学生已有的知识与经验去探索一个学生完全未知的现象,因此首先强调的是学生的思考力,即学生是否有问题意识、科研思维,其次才是学生动手能力,最后是学生的研究分析与总结能力,进而由此表现出的创新能力,形成对学生的全能力培养。

  (三)学生实验后产生成果的表现形式不同。学生在传统实验室做完实验后,成果表现主要是两个方面,一是写在已有的实验报告册中,第二就是表现在考试试卷的答案中,以学生是否掌握了知识点作为评价标准。而在创新实验室中,学生没有专门的实验报告册,拥有的是对问题的思考,实验的设计,实验现象的讨论,实验结论的分析,成果主要以科研报告形式体现。此外,还会通过演讲、答辩等多种形式呈现。国际IB课程也提出,虽然调查和实用科学仍然是一个学生学习的关键,但理论化和学术辩论正发挥着越来越大的作用。这与我们的理解也是一致的。尤为重要的是,学生在传统实验室进行的实验,产生重大、甚至对社会进步与发展有重要影响的科研成果的几率几乎是零,而在创新实验室里,学生所探究的基本都是没有明确结论的问题,或即使有结论但引起学生质疑的问题,因此很有可能产生重大的科研成果。

  三、创新实验室的几种创新方式

  (一)实验选题的创新

  选题,是创新实验室建设的一个核心内容。首先要确定创新实验室的学科领域方向,其次在这个基础上,完善课程与教材的建设。这里要特别说明的是,创新实验室的课程与教材是动态的、开放的、互动的。在实际选题过程中还要特别注意以下几个方面。

  1.紧密结合生活实际。

  实验选题应当充分考虑高中学生特点,其所拥有的知识与能力结构、兴趣爱好等等。当前的一种不好的倾向就是实验选题过于专、精、尖,大有一种高中生如果不写出博士观点的、逻辑的、深刻的论文,就不是拔尖创新人才,就没有体现出创新实验室价值。其实,我们有很多现实而具体的问题,怎样能够紧密结合生活实际研究问题,把学生的创造潜能激发出来,才是其真正的价值。如曾有一个远郊县高中,原计划要建设分子生物学实验室,我们根据学校所处区域特点、教师的优势、以及学校原有的意愿,建议其重点研究方向为农作物育种,得到了学校的积极响应。

  2.紧密结合科技发展。创新实验室建设与应用,一定要充分考虑现代科技手段的综合应用,在选题的过程中,就要考虑利用先进手段的可能性与必要性。如航空航天实验室与3D打印相结合,环境监测实验室与物联网技术相结合,还有诸如遥感技术、虚拟仿真技术以及普遍使用的传感器技术,乃至包括与计算、大数据手段等等,既是满足学生个性化学习发展的需要,又是在一定程度上满足选题的时代性与先进性的需要。

  3.紧密结合社会难题。问题导向是创新实验室选题的基本方法。环境污染、食品安全、生态保护等,学生几乎每天都可以在不同的媒体上,见到大量的感兴趣的社会话题。应当积极鼓励学生将自己的实验设计与探讨社会难题的解决相结合,培养学生创新素质的同时,更培养学生的社会责任感。

  (二)实验过程的创新

  1.加强科研方法的渗透与应用。学生在创新实验室动手操作,不是验证已有的结论,而是认识客观事物的内在本质和运动规律的探究活动,没有现成的、标准的答案。因此,需要有比较严谨的科研方法。在明确选题后,需要明确每个实验阶段的任务、路径与条件,再配合文献检索、分析讨论、撰写论文或报告等,形成一个较为完整的科学研究过程。

  2.加强资源的整合与重组。这里指的资源包括人力资源、文献资源、装备资源等多种资源。由于学生探究的是未知的世界,在研究的过程中,可充分利用高等院校、科研机构乃至社会企业的各种条件,最大限度地满足研究的需要。既为学生的实验拓展了外部空间,更可以帮助学生得到更加准确客观的结论。

  3.加强校际间的互动合作。各创新实验室间应加大资源的开放共享力度,也要积极地向暂时没有条件建设创新实验室的学校开放。相同领域、相同研究方向、相同研究手段等的学校,可组建联盟,共克难关、共享成果。

  实验选题与过程的创新,其本质是要体现建设创新实验室带给学生的思想方法、思维结构、思想品质的变化,为培养创新精神的人才打下坚实基础。

  (三)实验室结构与布局的创新

  从传统实验室的结构与布局中,我们可以清晰地感受到,教师主宰课堂,学生之间缺少合作,坐在后排的同学几乎难以和老师保持较为通畅的交流。因此,实验室结构与布局的改变,成为了创新实验室建设的通用办法。但在实际建设中,还特别应当注重以下几个问题。

  1.实验室的布局既要有利于学生个人操作,又利于团体合作。实验室应当成为学生喜欢去的重要场所,在这里要强调发挥每一个学生的智慧,给予每一个学生动手实践的机会,但要给予团队合作充分的便利性。

  2.仪器设备的配置要体现综合应用性,发挥最大的效益。既要反映该研究领域软硬件环境的综合应用性,也应加强信息技术手段的配置与使用,鼓励学生广泛使用网络和探究实验的应用软件,进行采集和分析实验数据,共享和记录个人的实验体验和数据结果。

  3.实验室的装修与布置应当更加人性化,且能够突出反映该研究领域的最新信息,让学生进入实验室时就能感受到鼓舞人心的那种感觉,激发开始“发现之旅”的动机与热情。

  四、北京市的几点做法

  (一)建设高中开放重点实验室。自2013年起,北京市开始在全市各区县遴选优秀的实验室建设方案。主要强调以下几个方面:一是课程设计的完整性与实用性;二是实验室建设的可持续发展性;三是实验室资源的开放性,特别是对校外学生的开放程度;四是实验室安全等相关制度建设的完备性等。按照学科领域建设方向大致可分为物理、化学、生物、数学、地理、通用技术与信息技术、人文社科等7个大的方向。

  (二)整合高等院校与科研机构等社会资源。在充分利用校内资源的同时,借助翱翔计划等平台,让学生走进高校与科研机构,与专家学者共同进行课题研究。自2015年起,北京市教育技术设备中心与北京市高校实验室研究会联合了13所大学近70间实验室,面向中学生开放,大大丰富了创新实验室建设的外延,也为在中学校内建设创新实验室创造了新的条件。

  (三)为学生创新成果表现搭建平台。通过举办学术研讨会、成果交流与展示会等多种形式,给学生的创新成果搭建表现的舞台。此外,借鉴国际青年物理学家锦标赛活动的内容与形式,举办高中物理研究性学习实践活动,将物理学科领域的学校有机联系起来;第三,与学术期刊合作,推荐学生优秀论文发表。

  五、创新实验室建设可持续发展的几个关键要素

  (一)安全等制度化的建设。这是创新实验室建设的头等大事。由于中学教师对于管理大型仪器设备、对于防范伤害事故等缺少经验,在实验室建设过程中始终要保障安全制度的落实。根据各自的研究领域对仪器设备的存放、保管、维护维修、档案资料等方面制定实施细则;要加强实验室有毒、危险药品存放管理和具有危险因素的大型仪器的操作管理,制定有针对性的安全应急预案,加强实验室安全意识教育。

  (二)师资队伍建设。创新实验室建设可以引进专家进行指导,但要保证本校创新实验室的长久发展,需要挑选德才兼备的优秀教师担任创新实验室老师,建立教师引进、培养、培训机制和相应的激励制度,为教师的专业成长和能力提升提供广阔的发展空间,帮助教师树立创新观念,高度重视对学生的创新精神和实践能力的培养。

  (三)理论体系(含课程体系)建设。创新实验室建设是一个新事物,它在现行课程教材体系下的运行模式需要明确,它在“下连小学、上通大学”的创新型人才培养过程中的作用需要定位,它对如何运用和保护学生研究成果需要研究,等等这一切,需要我们不断加强完善创新实验室的理论体系建设。为保证创新实验室的可持续健康发展,建立完整的课程与教材体系也是必不可少的。

  创新实验室的建设与发展,还需要来自各方面的关心与支持,只有发挥各自的优势,整合多方资源,有效地发挥学生自主创新精神,积极探索创新实验室建设发展的新路径,才能让创新实验室建设结出丰硕的果实。

 
 
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