支撐多課程生態系統的高中信息技術實驗室重構

高中信息技術實驗室的提出源于2017版《普通高中信息技術課程標準》。新課標明確了學科的核心素養，擴充了學科的教學內容，并首次提出“信息技術實驗室”這一概念。回顧信息技術學科的發展過程，“機房”始終是學科教學的主要空間，相對來說，“信息技術實驗室”不僅是教室到實驗室的空間變化，更是信息技術學科教學內容、教學方法、實驗要求的整體提升。

新課程標準的基本理念認為，“課程是教師、學生、教材、環境四個因素動態交互作用下的‘生態系統”。當多門課程同時在學生某一學習活動中發生作用時，課程與課程之間將產生直接的融合效應，知識與知識之間開始關聯，學生對知識的理解更為全面深刻。學科之間的邊界隨著課程改革的逐步推進，正在慢慢發生變化，尤其是STEM教育、創客教育、研究型學習項目的實施，使得學科之間、課程與課程之間的聯系愈加緊密，相互依存。學校教學開始更多地注重學生活動，引入實踐項目，來促進學生綜合素養的提高，一個合作、融合、發展的多課程生態系統正在逐步形成。在此背景下，一個具有開放性活動價值的實驗室將成為學生開展多學科融合學習的重要平臺。

筆者認為，信息技術實驗室的新建正是基于新的課標及不斷形成的多課程生態系統應運而生的。實驗室的建設既要立足于本學科，也要涵蓋相關學科的內容，要保持與數學、物理、通用技術，甚至化學、地理、生物等學科的緊密聯系，為多課程生態系統中不同學科進行融合發展提供交互的環境，為學生提供一個開放、活躍創新的實驗平臺。

多課程生態系統對課程主要因素帶來的新變化

1.多課程生態系統對學科教師的專業素養提出新的要求

傳統教學模式經歷了漫長時間的演變，其基本的形態并沒有發生太多的改變。一對多的授課模式、教師主講學生參與的教學方式依然是現代教學過程中的常態教學方法，學科差異并沒有在教學上造成顛覆性的變革。然而，隨著信息化時代的來臨，知識已經不再是教師所獨有的資源資本，學生通過網絡可以輕易獲取并進行加工處理，教師作為知識權威的角色受到了極大的挑戰。在高中綜合評價改革之后，有學者提出要建設基于“2.5”的教師隊伍專業發展思路，教師角色要做轉型。所謂的“2.5”即一個教師要能夠同時承擔1門基礎型課程、1門拓展型課程和0.5門研究型課程，也就是教師要直面多課程生態系統的挑戰，在這個系統中教師要能適應跨學科教學指導工作，具備一專多能的教學及指導能力。

從教師專業發展的角度來講，學校要鼓勵教師積極開發符合學校課程體系要求的校本課程，有針對性地組織教師以團隊的方式研發創新型課程，為有特長的教師創造條件開設特色課程。將教師發展的自我需求和學校發展的特色定位相結合，推動教師成長，培育多課程生態系統的自生長機能。

2.多課程生態系統下學科教材的指導作用面臨挑戰

“分門別類的教材只是課程的一個因素，只有在和其他因素整合起來，成為課程生態的有機構成時，這個因素才發揮應有的作用。”相對獨立的學科教材在面對跨學科融合的項目學習時往往容易無所適從，不同學科的知識點如何產生關聯發揮出疊加效應是多課程生態系統對學科教材提出的新的要求。

新版高中信息技術課程標準對學科知識的廣度做了極大的擴展，即使這樣，面對瞬息萬變的信息技術及應用，信息技術學科教材的作用依然有著實際的局限性。信息技術學科的生命力在于不斷地變革和創新，信息技術實驗室所要承載的任務在于要不斷地拓展學科知識的新領域和新內容，始終與社會上最新的技術保持同步甚至領先。

3.多課程生態系統要求有更為開放和創新的教學環境

開放性，應該是新教育改革背景下的實驗室定位的新常態。適度地模糊學科邊界，才有可能形成學科嫁接、學科融合、學科交叉的全新課程生態。

教育部近期宣布綜合實踐活動課程將成為普通高中的必修課程，與學科課程并列設置，貫穿到高中三年的教學活動當中。這是一門動態開放的跨學科實踐性課程，課程實施不以教材為載體，注重引導學生在實踐中學習，鼓勵打破學科界限，跨領域跨學科學習，教學目標直指學生綜合素質培養。這類課程的實施依賴于外部環境的支持和實驗設備的保障。

信息技術學科注重培養學生的信息素養，強調計算思維和數字化創新能力的提高，這些能力在很多地方都將成為綜合項目開展的技術基礎。信息技術實驗室提供的是開放式的實驗器材和數字化環境，這賦予了它更多的靈活性和相容性。

多課程生態系統對課程建設產生的新影響

從多課程生態系統的角度考量，學校的課程建設不能止步于國家課程和校本課程的簡單實施及開發。課程作為學校辦學質量的最主要考量內容，應該具備自成一體的系統構成，有明確的目標內容、完整的課程體系。學校在完善課程生態系統的過程中要抓住三個維度開展教學研究和課程建設。

首先要深入開展學科教學知識的再挖掘，完成國家課程校本化。國家課程是多課程生態系統的重要組成部分，對于學校教學來講，有必要依據課程標準和學校特色，逐步完成國家課程的校本化工作，使課程實施更加貼近學校實際，適應學生能力，體現學校特色。學校要組織教學力量對各個學科的課程開展研究分析，對教學內容進行再組織，這樣的教研活動本身就是對課程的深度學習和解析，有助于課程生態的系統構建。

其次要兼顧跨學科知識的整合，開展多學科融合的項目研究。高考綜合改革推進了對學生綜合素質發展的要求，隨之提出了一系列改革措施。其中尤為重要的一項就是倡導開展跨學科教學，組織學生在實踐過程中綜合運用知識和科學方法開展研究，形成研究成果。在實際的教學活動中，我們感覺到不同學科的教師相互之間的專業交流較少，這與目前高考考試科目的設置和實施有著一定的聯系。學科之間不存在交集，科任教師目標明確，學校里很難形成有組織的跨學科設計實施的教學活動。因此，必須從學校的角度有組織地開展跨學科的項目設計，組織相關聯學科的優秀教師組成項目設計團隊，開展討論研究，形成一批學科融合的可實施的綜合性實踐項目。

最后要善于使用社區資源助推學校特色課程。每一所學校都地處某一個具體地區，結合地區特色和優勢資源開展學校特色課程的開發是完善多課程生態系統的重要方法。之所以稱之為多課程生態系統，是因為我們希望學校的課程是豐富而有特色的，有自我生長和自我修復的課程開發及實施能力，在不斷辦學的過程中對課程進行動態調整，以適應學生發展需求。

多課程生態系統背景下的信息技術實驗室建設

新的信息技術課程標準圍繞數據、算法、信息系統和信息社會等學科大概念進行了學科內容的擴充，從單純的計算機系統外延至計算機網絡、物聯網系統及一切以信息處理為根本的信息系統，極大地豐富了信息技術的學科內涵。同時數據與計算、開源硬件、人工智能、三維設計等模塊的擴展正在模糊與數學、物理、通用技術等相關學科之間的界限，多學科融合的學習實踐機會不斷出現。

筆者認為，信息技術實驗室的建設正處在多課程生態系統形成的環境之下，實驗室的建設要在立足學科的同時還能支撐綜合實驗的需求。從多課程生態系統對課程建設產生影響的三個維度來分析，實驗室的建設也應該從這三個方面加以探討，以適應課改對學校課程建設的需求。在規劃之初就要明確立足學科本體知識，兼顧學科知識整合，借力社會資源這三個出發點，完成開放、活躍、創新、可實踐的實驗室頂層設計。

1.國家課程校本化過程中要注重多學科知識融合的項目設計

教育部課程標準提供了學科建設的依據，但是標準并非教材，在具體實施過程中可以選用不同的教材，乃至校本化教材開展教學。

新課標將信息技術教學內容分為三個部分、十大模塊，具體內容如右表所示。

其中人工智能初步、三維設計與創意、開源硬件項目設計、移動應用設計、數據與數據結構都是首次出現在教學內容中，教學內容更偏向于技術應用。因此，原有的計算機教室已經無法適應新課標的要求，信息技術實驗室成為學科實驗的基礎需求。由表中的教學模塊分析，在硬件設備上除了原有的計算機以外，還需要引入基礎的網絡搭建設備、開源硬件設備、3D打印設備、機器人教學設備、移動平板設備、基礎的電子技術操作工具等設備，以上設備將成為信息技術實驗室的標準化配置要求。筆者認為在實際操作中信息技術實驗室不應該變成一個集大成的教室，而應該有所為有所不為，一般來講設置一個通用教室作為信息技術實驗室，另外可以根據學校特點設立一個或多個專用教室拓展選學模塊的實驗平臺，形成1+1甚至1+X的建設方案。

我們細看信息技術的三類課程，其中必修課程屬于全修全考;選擇性必修課程根據學生個性發展和升學考試需要，選修選考;選修課程由學校根據實際情況統籌規劃開設，學而不考。這樣的設置為學生提供了個性化的學習選擇，但是對學校和教師提出了較高的要求。選擇性必修模塊和選修模塊是國家課程校本化的主要內容，各學校在進行校本化的過程中要考慮三方面的因素。首先，校本化的課程要能凸顯學科特性，要圍繞學科核心素養來開發。其次，要注重師資隊伍的建設。作為課程因素的主要組成部分，教師是課程的開發者和實施者。學校要通過制度鼓勵不同學科的教師共同參與校本化課程的開發，要為教師提供培訓進修的機會，要為有能力的教師提供專用教室及課程資源。最后，校本化的過程中尤為重要的是要考慮學生綜合能力的提高。在多課程生態系統中，我們開設的校本化課程要考慮到跨學科知識的綜合使用，以本學科知識為本，以其他學科知識為輔，開展項目創造。

筆者所在學校，目前建立了一間配置臺式計算機、無線網絡、多媒體教學設備的常規機房，同時由于長期開設開源硬件校本化課程，建設有配置開源硬件和3D打印設備的專用實驗室。這樣的1+1模式基本能滿足學科本體知識的落實，也凸顯了學校特色，為學生開辟了實踐的平臺。在開源硬件課程的實施中，教師以項目化方式開展教學，實施的項目基于生活實際需求及學生的學習環境創設，項目要求涵蓋3D打印、開源硬件搭建程序編寫等內容。在實施過程中，會涉及電子技術、算法實現、三維設計、工程力學、數學計算等一系列課程的知識，啟迪學生對多學科知識的活學活用。例如，學生選擇的“智能花盆”“浴室下水道頭發清理設備”“智能吃藥提醒器”等項目，基本涉及到以上課程的內容，學生在學習過程中對多學科知識進行綜合應用，最后完成作品。

2.基于學科貫通性將信息技術實驗室建成具備跨學科能力的綜合實驗平臺

上海的高考綜合改革已經啟動多年，這幾年所有高中學生都要完成網上的綜合素質評價，其中有一項較為重要的任務就是每一個學生都要以個人或小組的形式完成一個研究性課題。幾乎每年都會有不少的學生來尋求信息技術教師的幫助，參與課題的指導，對于學生來講常常是一師難求。在這些課題中，經常可以看到諸如“AR模擬實驗室” “高中學生就寢管理系統”“關于抬頭顯示器（HUD）在公共交通上應用的研制”“行李箱的優化改造”“迷你農場——智能灌溉系統的研發”等課題。這些課題大部分與開源硬件、3D打印、數據建模、程序編寫、網絡控制等有關，然而課題所涉及的又遠不止這些內容。比如“行李箱的優化改造”課題，學生期望能通過改變行李箱的內部結構增加存儲容量，通過安裝智能硬件完成定位尋找，通過外觀再設計實現個性化定制。這些要求可能使用到美術學科、通用技術學科、數學學科、物理學科以及信息技術學科各方面的內容。

在具體實踐過程中學生往往缺乏一個綜合的實驗場所，缺少各類開發工具和應用工具，有時候不得不借助家長的力量購買專用設備。在新的信息技術實驗室建設過程中，我們明顯感受到學科目標中對學生實踐能力的要求。信息技術學科所要提供的是一個面向多課程生態系統的綜合實驗平臺，在這個平臺上學生可以借助信息技術的力量，依靠開源硬件及軟件的結合，通過3D打印技術等實驗室資源完成課題或者項目的各類技術任務。

這里我們要問，為什么這個綜合實驗平臺的任務可以由信息技術實驗室完成，而不是物理實驗室、化學實驗室或者基于學校特色的創新實驗室？

第一，長久以來信息技術課程教學內容相對固定，其配套的教學環境為計算機教室。2017版的課程標準對于信息科技學科來說有著極其重大的意義，不僅僅表現在學科核心素養的確定，也體現在教學內容的擴充和配套教學輔助設施的確立。信息技術實驗室作為新生事物將成為各學校重點配置的學科實驗室，在這一點上有著普適性，其軟硬件建設在配置初期可以做更為充分的思考和布局。

第二，信息技術在某種意義上講可以為綜合性項目做基礎技術或者解決技術困難，在信息社會，越來越多的項目開展對數據處理、自動控制、個性化產品設計等都有著極大的依賴，而這些都可以通過信息技術實驗室來完成。這是一個以提供技術支撐和資源支持的普適性開放平臺。

第三，原有的專業實驗室在建設中帶有較深的學科印記，體現學校特色的創新實驗室更是根據各自的項目針對性建設，它們的實驗拓展性相對較弱，對實驗室做二次改造的投入完全可以在新建的信息技術實驗室中得以消化。

實驗室的建設要立足于學科本體知識，更要充分擴展資源本身的價值，直面多課程生態系統中對實驗及項目開展的需求，按價值最大化思路配置，設計多課程融合的實驗操作，滿足學生學科及綜合能力提升的教育目標。

3.充分借力社會資源及教師智力資源助推學校實驗室建設

實驗室的建設立足于能充分體現真實的信息環境，既要滿足面向全體學生的實驗需求，也要能為個性化的實驗項目提供工作平臺。越是注重實踐和項目的實驗室建設，越是要體現開放性、多元性、多樣性和包容性，信息技術實驗室的定位是一個全天候開放的面向課程和項目的實驗室、工作室、項目孵化室。

以筆者所在學校來說，學校處于張江高科技園區，周邊有著豐富的企業資源和社會組織，諸如上海光源、商飛研發基地、大量的藥品研發中心和芯片研發中心，以及德國企業支持的SGI科創組織等。這些企業與社會力量對于學校來講是一筆巨大的財富，引進來走出去，開闊的不僅僅是學生的視野，更是一種辦學的態度。在信息技術實驗室的建設過程中，要結合學校特色和實驗室建設的定位充分依靠企業的力量，可以是引進硬件設施，也可以是開展項目合作，甚至指導學生的研究型課題。

筆者認為在學校課程建設及教育教學中，教師永遠是最重要的資源。在做好實驗室建設的同時，做好教師的選拔培訓和輔導也極為重要。實驗室誰來管理、誰來使用、誰來維護都是需要解決的問題。當然，可以像傳統實驗室那樣配置實驗室管理員，做簡單的設備管理和環境衛生工作，也可以創新實驗室管理的模式，充分發揮教師的作用。教師既是科任教師也應該是實驗室項目的開發者、實驗室設備的管理者以及實驗室建設的參與者。尤其是在多課程生態系統下的實驗室建設更應該以多學科教師團隊的方式參與到實驗室的建設中來，聽到多學科的聲音，這也是教師專業發展中進一步學習的過程。

橫向比較美國高中的實驗室建設，對于實驗要求比較多的學科，如生物、化學等，教師的教學地點就是實驗室，所有的課程都是在實驗室落實的。針對項目化教學開展的學校，如加州地區的HTH高中，他們沒有獨立的課程，學生都是在課程融合的項目下開展學習，這樣的學校實驗室建設就顯得更為多功能化，但整體而言作為一個空間其使用率是非常高的。國內是按班級固定授課，建設專用實驗室的方式，是當需要實驗的時候才會組織學生前往專用實驗室開展教學，實驗室的使用率就自然降低，學生的動手機會也相應少了許多。

筆者認為，各學校應趁著課程標準改革的時機，抓住建設機遇，結合多課程生態的需求及學校特色，做好頂層設計和規劃，建設一個多元、開放、創新的學生實驗平臺。

參考文獻：

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作者簡介：孫政庭，信息科技教師，上海外國語大學附屬浦東外國語學校副校長。