基于“科技社团群”，培养学生科技创新能力的探索

摘要：中学开展学生科技创新能力的早期培养，需要探索一种把课堂教学与校本选修课、社区服务、研究性学习与社会实践等相结合的新型教学组织形态。“天一科学院”这一学生科技社团群，以充分自主的运作机制，促进了学生创新管理能力的提升；以衔接校内、校外的“三类丰富课程”，促进了学生自主学习能力的提升；以“做中学、研中学”为主要学习方式，以“项目研究”为主要学习载体，以“创新实验室”为主要研究场所，借助“e学习”平台，帮助每一个成员，随时随地，开展各层次的，基于真实问题的自主研究，体验科学家的学习方式。通过开展多层次、亲身经历的项目研究，促进学生跨学科的研究能力。

关键词：科技社团群 科技创新能力 项目研究

“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？”钱学森之问给教育事业提出了一个深刻命题。

中学是培养学生创新精神、创新意识和创新素养最重要的时期，但学生自主管理能力、自主学习能力、自主研究能力薄弱成了阻碍他们创新能力发展的主要问题。究其原因之一，“就是如今的高中，学生在学校里接受的教育，很少能反映出从事科学职业的人实际做的工作。学生更多关注的是记忆，而不是发现问题和找到解决问题的方法。”[1]

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2011-2020年）》对于高中阶段的教育提出：“推进培养模式的多样化，满足不同潜质学生的发展需要。探索发现和培养创新人才的途径。”

习近平主席在刚结束的“科学院工程院院士大会”上，也充分肯定科技创新的作用，并提出“必须在创新实践中发现人才、在创新活动中培育人才、在创新事业中凝聚人才，必须大力培养造就规模宏大、结构合理、素质优良的创新型科技人才。”

教育部教基二[2014]4号文件也明确提出：“中小学要探索把课堂教学与社区服务、研究性学习与社会实践相结合的途径和方法。”

美国达西·哈兰德建议，我们需要提供足够的资源，帮助学生主动参与到感兴趣的研究课题，并指导他们顺利地走过这个长期的课题研究的各个阶段。只有这样，才能帮助学生体验科学家的学习方式并开展研究，以此来消除科研人员和科学老师之间的障碍[2]。为此，天一中学整合“科技社团”、“校本选修课”、“研究性学习”、“信息技术与通用技术整合课”、“课程基地”等课程，成立“天一科学院”这一学生科技社团群。通过“整合课程资源，探索学生的自主学习模式，突破现有培养方式，创新人才培养的模式”，改变学生“学习被动、创新意识淡薄、研究能力缺乏”的现状，激发和增强每个学生的科学精神、创造性思维和创新能力，努力使一批素质全面、基础扎实、学有余力的高中生的创新潜能，得到更好的发掘、培养和发挥。

一、构建天一科学院自主运作机制，促学生创新管理能力的提升

天一中学科技社团群（以下简称“天一科学院”）创建于2008年。它以满足不同潜质学生的自主性学习为主要目标、以“科技社团”为主要组织、以“项目研究”为研习路径、以“真实问题”为研究内容、以“创新实验室”为学习课堂、以“三高对接”（“高中—高中”“高中—高校”“高中—高新企业”）为资源平台、以“社团认定、科学院评估、社会权威机构鉴定”为评价体系，逐步形成科技创新人才早期培养的自主学习新形态（图1）。

1.天一科学院的组织机构

天一科学院是在校长室直接领导下，教务处具体负责策划、实施，各教研组、实验室提供课程支持，总务处提供后勤保障，学生会科技部提供自主管理支持，外聘专家提供专业支持，由学生自主管理的学生机构。

“天一科学院”包含工程研究院、信息研究院、模型研究院、物理研究院、生物研究院、化学实验研究院、智能研究院、视频研究院、电子研究院、天文社、3W网络工作室、矿石爱好者协会、魔方社13个分院。每个研究院均通过民主公选推出院长1名、副院长2名、总干事及财务档案干事各1名。

2.天一科学院的运行机制

民主公选制：每一学期改选一次；每一学年换届一次。

传承招募机制：优秀社团干部换届后可被评为终身荣誉教授，承担下一届会员的招募与培训、学术研究指导工作。

学分考核机制：会员证记录自主活动内容次数，经过指导老师或院长考核满12次学校给予学分。

学术荣誉评比激励机制：评选院士与研究员、工程师与技师、优秀指导老师。

学术认定考级机制：各科技社团会员专业研究达到一定程度后可以建立考级标准，运行考级制度。

经费奖励机制：学校奖励的优秀科技社团活动经费及学校科技项目孵化基金。

品牌发展机制：会徽、会旗、会员证、章程、校本活动教程、活动年鉴、网站、会刊。

项目研究支撑机制：学校为满足学生个性化购买制作或研究耗材的需要，专门设立公益性耗材超市，统一购买后货架陈立供学生优惠购买。另外，师生与家长还自发成立了天一科学院科技项目研究资助基金，为家庭困难的学生进行项目研究提供经费支撑。

以上八大机制确保了各科技社团的自主运行管理。

3.天一科学院的管理制度

学校教务处通过设立总院联席会议制度，直属管理科学院：每月开一次院长、首席指导老师联席会议，进行日常工作布置及研讨；每学期评优秀科技社团，发活动经费；每学年组织一次优秀会员科技夏令营，考评个人学术能力，评选100名左右研究水平高（院士、研究员）、实践动手能力强（工程师、技师）的优秀会员，发荣誉证书及奖牌。每学年组织一次优秀会员科技冬令营，帮助各科技社团优秀会员进行挑战性研究项目申报、评比、资助审批，帮助挑战性难度特别大的项目进行针对性培训，为后续自主研究做准备。

由此可见，在每一届天一科学院的成功运行过程中，学生发挥了主导作用，学生的创新管理能力得以大幅提升。

二、开发天一科学院“三类丰富课程”，促学生自主学习能力提升

为培养学生自主学习能力，借鉴美国教育心理学家兰祖利 “丰富教育模式”，天一科学院以“面向全体、兴趣导向、分层提升”为原则，开发了支持“丰富课程、丰富活动、丰富经历”的“三类丰富课程”（图2）。

第一类丰富课程：面向群体学生，主要目标是创造各种机会，让所有的学生都能接触到更多的学科领域，从而激发学生兴趣，拓宽学生的视野，解决特长发展方向选择的问题。

第二类丰富课程：面向群体学生，主要目标是培养学生基本的科学素养、研究问题的基础能力，解决自主发展能力的问题。

第三类丰富课程：面向个体或小组学生，主要目标是培养学生自主发展、综合运用等科学素养，增强学生研究和创新的能力。

三类丰富课程均面向全体学生，每一个学生都可以享受到一体化的课程服务。有的学生通过第一类丰富课程的学习，对某一学科领域产生浓厚兴趣，进入“天一科学院”相应的科技社团，参加一个与社团研究领域有关的校本选修课、科技类研究性学习课题，继续进行第二类、第三类丰富课程的自主学习。也有的学生不完全按照这个轨迹，直接进入某一类课程自主学习，学校根据学生需要提供相应的课程资源。三类丰富课程，不仅让学生获得更多的适切资源，还唤起了学生自主学习的激情，大大促进学生自主学习能力提升。

三、组织学生开展多层次的项目研究，促学生跨学科研究能力的提升

美国达西·哈兰德认为，对科学研究这一最激动人心的方面进行学习的最好方法，是亲自去经历而不是让人解释给你们听。[3]因此在天一科学院，倡导“做中学、研中学”的自主方式，强调以“项目研究”为载体，以“创新实验室”为主要研究场所，借助“e学习”平台，帮助每一个会员，开展各层次的，基于真实问题的自主研究（图3）。

1.学习载体：研究项目

天一科学院建立了多学科支撑、跨学科的“项目研究”学习模型，初步形成了物理探究、化学趣味实验、实用生物、工程、技术整合、地理天文六类主题性学习领域，每个领域都开发了相应的校本选修课以及系列的“研究项目”。

“研究项目”根据项目的教学目标不同分为必修项目和选择性项目。

“必修项目”面向必修课的全体学生，结合国家课程，在课堂上实施，如结合技术课程的“设计的一般过程”单元，学生人人完成“LED节能小台灯的创作项目”，这类项目重点培育学生的基础研究能力。

“选择性项目”面向选修课、科技社团及对某一方面有浓厚兴趣的群体或个体学生，包括必选项目和任选项目两类。必选项目面向全体选修课学生，如选择智能机器人技术选修课的学生，开展“避障机器人创作”项目研究。任选项目，面向个体或小组学生，在技术整合课程、研究性课程、科技社团活动课程上，依托e学习互动平台实施。

其中，“任选项目”按照挑战性难度分为三类：模仿探究项目、自主探究项目、自主创新项目。

第一类是模仿探究项目，由教师提供近百个已解决问题的项目库，包含尽可能多的解决问题的参考资料，供学生模仿研究并进行探究创新，如“趣味光立方制作研究”、“磁悬浮地球仪制作研究”等；

第二类是自主探究项目，由教师提供没有解决方案的项目题库，学生在教师的指导下自主探究，让学生亲历研究的全过程，如“垂直轴风力发电研究”项目、“月球陨石坑研究”项目、“微引力透镜和宇宙发现”项目等；

第三类是自主创新项目，完全由学生自主发现问题、研究问题和解决问题，如“河面船载油污收集器”研究等。

2.主要研究场所：创新实验室

学校建设了12个不同领域的创新实验室，在引导学生动手实践的过程中，最大程度地提升学生发现问题、研究问题、解决问题的能力；让中学生有机会在科研院所知名教授、专家的指导下，独立或合作开展科研项目模拟研究和创新实践。

3.互动学习平台：自主学习e平台

天一科学院e学习平台，包含新闻公告、科技社团、三类丰富课程、三高合作社会资源、创新实验室、导师推介、培养机制、特色内容、特色活动等栏目，突出丰富性、探究性、互动性、开放性。下辖四个子平台：科技社团互动平台、校本选修课互动平台、项目教学互动平台、项目研究互动平台（图4）。

科技社团互动平台，为天一科学院总院与13个分院的交流提供服务。其中包含各类自主招募活动、课程开设成果展示、组织机构名单、项目研究活动、学术荣誉考评等板块，是优秀科技社团考评的主要依据。

校本选修课互动平台，为学生自主选择课程提供服务。含教师申报、教务处管理、历史记录、选课结果与开课情况查询、考评记录等板块。

项目教学互动平台，为必修项目教学提供服务。含单元教学、项目介绍、项目背景材料、优秀学生作品展评、师生与生生互动交流等板块，着力培育学生基础研究能力。

研究项目互动平台，为学生自主开展必选项目、任选项目的研究提供服务。含项目征集、项目申报、项目审批、项目研究、资源配套、成果评比、激励资助等板块，引导学生自主探究与实践创新。

4.学习方式：“做中学、研中学”

“做中学、研中学”就是让学生有机会亲历“项目研究”的全过程，使他们在观察分析、发现问题、提出假设、动手实验、反复验证、表达交流的研究活动中，体验科学探究的过程，并从中学习基础知识，获得自主研究能力，从而促进学生的全面发展。

“做中学、研中学”是以“研究项目”为载体的一种学习方式，“研究项目”的问题性、复杂性、过程性，使得这种学习方式具有自主、合作、探究的特点；“研究项目”来自于生活中的真实问题，对问题的解决体现了对社会的责任意识，体现了“科技以人为本”的理念。

【例】徐奕凡，天一科学院会员，现就读美国宾夕法尼亚大学。在校期间，他参加了学校的科技节活动，聆听了多场学校的名人课堂讲座（第一类丰富课程），对新能源产生了浓厚的兴趣，加入天一科学院的电子科技社团，通过社团课程的学习，掌握了科学研究的基本方法（第二类丰富课程）。

之后，他参加“中英合作垂直轴风力发电项目”研究（自主探究项目），在导师的引领下亲历了真实问题研究的全过程。出于对能源方面的浓厚兴趣和对相关领域的了解，他自主申报了“树木生物电研究及其应用”（自主创新项目）研究性学习课题，借助学校的创新实验室进行研究，研究论文在第四届亚太动力与能源工程会议上发表，在省创新大赛上获奖。

他在学习与研究的过程中，确立了投身新能源研究的志向。高三毕业，他考取美国宾夕法尼亚大学能源研究班，继续深造。

天一科学院对2010级、2011级、2012级会员的问卷抽样调研表明：95%以上的学生认为参加天一科学院的活动收获很大，学生在自主管理、自主学习、自主研究及合作等方面的能力得到明显提高。近年来，天一科学院成员在省级以上科技创新比赛和学科竞赛中获奖的共有1844人次，获45项国家发明专利；天文社社员发现主带小行星18颗，认证近地天体3个……

研究表明，“学生仅仅能表述科学研究过程，并不意味着他们能够进行科学思考或具备了富有创造力的研究技能。因此，没有从头至尾经历过科学研究过程的学生，不可能真正理解科学的本质，尤其是科学探究的过程经常是非线性的。[4]” 天一科学院系列化的自主学习、研究活动，培养了一批天一校园的“技师”、“工程师”、“研究员”、“院士”，部分学生脱颖而出：工程研究院会员徐安炯的发明获第27届全国创新大赛英特尔英才奖；参加同济大学FTC科技挑战的天一“蓝色巧克力”代表队，进入中国赛区总决赛，并夺得“思索奖”；参加“两岸十城智慧铁人比赛”高挑战性项目训练的五位同学，一路领先，最终赢得“闯关王”的冠军称号……

参考文献：

[1][美]达西·哈兰德.STEM项目学生研究手册[M].科学普及出版社，2013.

[2][美]兰祖利.丰富教学模式—一本关于优质教育的指导书[M].华东师范大学出版社，2000.

[3]冯丹沁.依托三类课程，培育项目研究共同体[J].江苏教育·中学教学，2013（06）.

[4]沈茂德.天一科学院科技社团的建设与研究报告[R].江苏省基础教育教学成果特等奖，南京：江苏省教育厅，2013.12.

（本文作者单位为江苏省天一中学）