“未来学校”背景下的中小学未来创新中心空间设计策略研究

文／陈 果 华南理工大学建筑学院 硕士研究生

邓寿朋 华南理工大学建筑学院 硕士生导师

苏笑悦 华南理工大学建筑设计研究院有限公司 工程师（通讯作者）

引言

从历史上看，教育从限于家庭的个别化教育，到以班级授课、分科教学的现代学校，再到现在提倡“云课堂”“慕课”“移动学习”“没有教室的学校”“一人一张课表”等观点的新型学校，教育3.0 时代正急速到来。而这些观点正不断消解和解构校园空间，在形式上突破了班级、课时、课室的局限，在技术上运用高新信息技术开展教学，在教学上强调以学习为中心的真实深度的学习。时代变迁与技术革新迫使教育变革势在必行，而教育变革又直接作用于未来学校的校园空间。

未来创新中心是《中国未来学校白皮书》[1]为适应未来学习方式提出的八个中心的其中一个。未来创新中心包括物联网生态空间、3D 打印空间、科学探究空间、创客STEM 空间、天文气象观测空间、双创空间。概括来说是培养学生科学探究能力和创新能力的校园场所，对应到当今校园建筑就是大量建设的STEAM 中心、创客空间、科学中心、校园科学馆、校园科技馆等校园空间。

1 我国创新中心现状与科技教育需求的矛盾

1.1 内容上，课程开发不够、社会力量薄弱

从国内未来创新中心的现况来看，首先课程开发强度不够，根据中国教科院2019 年发布的《中国STEAM 调研报告》中显示，学校在STEM 教育工作中遇到的主要困难有师资力量不足（65.18%）、课程资源缺乏（61.09%）、经费投入不足（60.51%）和学校基础设施落后（44.75%）（图1）。其次相比主流学科，STEAM 和创客教育的重视程度不够，调查数据表明，课时安排在1 课时每周的学校占35%；2 课时每周的学校占57%；3 课时每周的学校占4%；4 课时及以上每周的学校仅占4%。STEAM 教育和创客教育即使在教育相对发达的地区，教师一线团队对其了解也并不深入，在课程设置、教材开发、资源建设、师资培训以及学习空间建设方面并没有统一的安排[1]。虽然在2017 年国家颁布了《义务教育小学科学课程标准》和《义务教育初中科学课程标准》，将科学教育定义为跨学科的综合性、实践性学科，且针对课程内容提出了一些指导性意见和范例，但根据中国科普研究所的研究表明，我国对科技教育教材的重复利用率过高，校本课程和地方课程并没有得到有效开发，对知识的传授也并不是合乎科学探究的过程，是从已知到已知的单向度传授，同时也很少做到学科的综合联动[2]。

另外，我国创新中心并没有同社会有良好的互动关系。在美国的教育体系中，社区及企业占据着很重要的角色，社区与校园相互结合、相互合作，培养孩子的综合素质。在我国，社区定义不明确，且社区发挥的职能有限，社区与学校并未形成有机的结合。

1.2 形式上，相关规范的缺乏、空间形式落后

图1 学校进行steam 教育遇到的困难（图片来源：作者根据参考文献[5]改绘）

根据《中小学建筑设计规范》和《城市普通中小学校校舍建设标准》，校园由教学及教学辅助用房、办公用房、生活服务用房三部分组成，教学用房具体功能被分为普通教室、实验教室、史地教室、计算机教室、语言教室、美术教室、书法教室、音乐教室、舞蹈教室等，都是以单一学科划分，而针对诸如智能机器人、模型搭建、计算机编程、VR、AR 等新型课程适应的教学空间并没有相应的教学空间的规范要求。并且未来创新中心的学习方式应该是跨学科、多样性和非正式的，单一学科和简单的教室排布适应不了新时代科技教育的要求。

国内现有未来创新中心的建设方案主要有三种类型，一种是由教室改造而成；二是其他功能用房改造，例如食堂、地下室、架空层等；三是单独设置。但它们中大多数还是简单的教室排列，仅在教室内部布局上有些许考量。例如国内的郑州31.103 中学墨子空间、北京八一中学创新中心、永康一中科学馆、学军中学科学馆（表1）。这几所高中都是当地的重点高中，也针对STEAM 教育做出了突破，但在空间形式上依然没有跳脱原有的课室课时概念。从“未来学校”视角下看有其局限性。中国科普研究所2020 年针对义务教育科学课标发布后的中小学生科学态度的研究表明，我国中小学生对科学态度比较积极，但是无论是校内还是校外科学教育活动都比较不足，并且学生因为接触的科学环境比较单调晦涩，导致学生对未来从事科学相关的教育意愿不很强烈（图2）。而在学生阶段，尤其是初中阶段的科学兴趣培养十分重要，这一阶段过后，学生对科学的兴趣就会维持在相对稳定的水平。因此创建更加活跃、情景化的科技教育场所对提高学生科学兴趣有至关重要的作用[3]。

表1 我国现有未来创新中心建设类型（表格来源：作者自绘）

图2 科学态度调查问卷维度得分率（图片来源：作者根据参考文献[3]数据绘制）

2 面向未来的创新中心空间设计策略

从上文创新中心现有矛盾来看，创新中心设计的主要问题来自于建筑设计同教育学的脱节。长久以来我国的学校设计一直采用的是“交钥匙工程”。采用简单的教室排列，然后让学校自行填充教学内容。在这样的模式下，空间设计往往无法适应新的教学需求，因而给教学带来了诸多不便。从未来学校视角来看创新中心空间设计策略，需要秉持一个基本观点——理念先行，先有教育，再有建筑。新的教育空间应该符合新时代的教育理念。

2.1 学习的无边界性与未来创新中心的社区属性

从未来学校的视角来看，未来学习会不断模糊校园与非校园的界限，学校不再成为学习的唯一场所，社区、家庭、企业都会参与进教育活动。并且虚拟环境也会成为教学空间的一部分，学习变得无边界。未来创新中心作为科技教育空间，首先是难得的教育资源，其次它的提升需要社会各方力量的参与，因此它将成为社会资源向社区开放，并且要充分接收社会资源。

研究国内外相关创新中心案例发现，大多数新建学校的创新中心在规划布局上都靠近外界，并且在节假日向社区开放。笔者参与的河源市中小学科普馆、重庆两江中学科学馆、杭州奥体实验小学创新中心、深圳市外国语学校东海附属小学扩建改造STEAM 中心等，都将创新中心设置在靠近外部的位置，方便节假日开放和引进其他社会资源，如科技公司讲座、学生家长课堂等（图3）。因此在考虑创新中心布局时，应尽量使其与外界联系紧密。

2.2 学习的非正式性与未来创新中心的社交属性

同理，未来学习不再是“正式”课堂下老师单向度的教学，而是“非正式”课堂下让学生与同侪互动，与老师讨论，获得各种能力以应对未来职业的需求。因此未来学校更多时候作为社交场所，为学生提供适宜的平台。在这样的教育理念下，创新中心首先应该针对学生有更加便利的可达性，提高空间使用率，其次空间应该有适当的开放性，以促进交流活动的产生。

在具体的建筑实践中，为了增加其可达性，有的将创新中心和学习中心并置在一起成为更大的教学综合体，也有的通过连廊将创新中心各层与教学区联系在一起。例如北京黄城根小学昌平校区创客中心与steam 中心，整个学校就是一整个教学综合体，在课室外的“剩余空间”设置创客中心和STEAM 中心作为学校的创新中心，并且空间开放且有机，在空间内设置大量设施以促进交流；而哥伦比亚Lusitania Paz 学校将创新中心同教学楼咬合在一起，建筑空间呈圆形，空间内部有机散布着STEAM 课室，“剩余空间”开放灵活。笔者参与的河源市中小学科普馆项目，是一个新建的创新中心，为增加其可达性，将教学楼、实验楼和图书馆都用连廊相接，在内部空间组织上集约地分为相对独立密闭的科普观摩区和开放共享区。整个开放共享区设置很少量的空间隔断，空间连续整体，在阶梯和平台设置大量驻足停留的空间以促进师生交流（表2）。

2.3 学习的多样性和未来创新中心的灵活属性

未来学习是基于项目的主要学习，因此在学习方式上具有多样性。研究表明，21 世纪学校物理空间必须要支持20 种学习方式。未来创新中心作为实践性、综合性的科技教育场所，提倡以科学探究为教育手段，其教学形式往往更是多种多样的。因此未来创新中心空间应该是多样的、复合的、灵活的、多变的。从具体的空间操作上来看，在策略上采取“通用空间”，用灵活隔断来应对不同教学方式下的空间需求，空间可大可小。并且设计中采取留白方式，不限定其空间功能性质，留给教学活动充分的扩展空间。在教学用具的选择上，可以选用带有轮子的课桌椅方便移动，讲台也应灵活设置，可以满足教师随时上课、学生随时发表意见的活动需求。

因此在具体实践中，大量创新中心设计采用“通用空间，灵活隔断”的方式，黄城根小学昌平校区创客中心和科学中心采用通用空间，河源市中小学科普馆也同理。费塞登学校泰戈利创新中心被设计成在主教学楼边上的一个大空间的玻璃盒子，内部有大小不一并方便移动的桌椅：吧台适应单独学习，课桌按照组团分布方便小组学习讨论。日耳曼敦学院创新实验室在空间内部设置了可移动的隔断，通过控制隔断的开合来达成不同的空间效果，从而满足各类教学活动。美国布福德中学STEAM 中心有四个STEAM 教室，每个实验室都配备了数字控制的模切机、三维打印机和安装在墙上的一体机，这些计算机向三个方向旋转，以优化学生协作的支持。柔性教学墙具有两个触摸屏智能板和两个干擦板，每个板安装在滚动组件上，节省空间，同时促进动态教学安排。北京大学附属中学道尔顿学院是传统课室改造而成的创客空间，其中的艺术工作室通过可拆卸的隔断可以根据需求分为1 ～3 间独立的工作室，公共空间最核心的绿魔方空间也采用了大量可移动家具和柔性灵活隔断。

2.4 学习的真实性与未来创新中心的真实属性

图3 河源市中小学科普馆规划布局分析（图片来源：作者自绘）

表2 未来创新中心可达性与开放性分析（表格来源：作者自绘）

未来学习强调面向真实的深度学习，强调在真实的环境中解决问题，以获得对知识更高程度的理解。因此在设计中通常将事物本来的面貌展示，让创新中心的每一个角落都成为教具。例如前文的河源市中小学科普馆项目秉持“整个建筑都是教材”的理念，除空间之外，还将设备管线、构造节点等内容对学生开放，成为科普内容的拓展。室内天花做开放处理，各类设备管线直接裸露，向学生展示设备运行原理；相关构造节点直接呈现，激发学生学习热情；屋顶空调、绿色技术设备成为设备科普区，打造特色学习场所。这些元素均成为学生身边真实生动的教材，也营造了科技感十足的空间氛围（图4）。设计充分利用建筑的方方面面，提升投资回报率，并且充分利用屋顶空间，打造室外课堂与室外展场，屋面设置参观步道、植物园、建筑设备区、公共活动区，满足学生植物科普、设备科普、户外运动与交流需求，将科普馆功能延伸至户外，提升空间利用率（图5）；美国艾伦学区ISD STEAM 中心是由艾伦学区几所中小学共用的创新中心，几所位于学区的学校可以充分使用，中心配备相应的师资与教学环境，在教学空间内部也将管道充分展示，并且用不同颜色来区分，方便学生辨认和老师进行讲解。同样的，在美国的费塞登学校泰戈利创新中心，威廉特纳学校STEM 大楼也充分展示了建筑材料、结构和设备。相比国外的相关案例，国内大多数的空间用装饰性构件来突出其学习氛围，这样的做法不仅增加造价，同时在效果上也不如国外直接展示材料与建筑构件本身好。

2.5 学习的学生主体性与未来创新中心的人性化

未来学校最重要的一点就是由以前的“以教师为中心”变成强调自主学习的“以学生为中心”。这就要求创新中心设计首先要强调创造以人为本的学习环境，其次要求创新中心的文化传承和审美趣味要符合不同年龄段学生的成长需求，营造沉浸式的教学氛围。

在设计中往往体现在空间细节上，例如尺度上适应不同年龄段学生的心理需求，增加储存空间，用木材和倒圆角的方式避免磕碰和方便学生即时停留，采用特定的色彩激发学生想象力和创造力，将学生作品大方展示而营造浓郁的学习氛围等，某些教室将作为开展特点教学活动的特色空间，例如机器人课室会有大量关于机器人的展板、零件、特色的构筑物，使得学生一进入课室就能立刻感受到其学习氛围。例如前文所提到的北京黄城根小学昌平校区，在创新中心采用黄城根校徽的蓝色和黄色作为色板，以教室的矩形和公共空间的三角形作为形式语汇。墙面上深浅不一的色块降低了盒子的硬度，三角形的铺地和吊顶既保留了空间的通用性，又增加了灵动和愉悦感。涂料采用环保涂料，并设置了大量移动家具、展墙，让学生可以随处停留和追逐嬉闹。

结语

图4 河源市中小学科普馆展露的设备管道（图片来源：作者项目组）

图5 河源市中小学科普馆屋顶活动区（图片来源：作者自绘）

科技进步导致知识获得了爆炸式的增长，过去的教育模式已经无法满足如今的教学需求。未来的人才需求在不断改变，那么相应的教育理念乃至对应的教学空间也应该有所变革，时代变迁与技术革新迫使教育变革势在必行。未来创新中心是进行科技创新的教育场所，是依附于未来学校下提出的概念。通过调查研究发现，国内现有的创新中心分别从教育学和建筑学的视角出发，有内容和形式两个方面的矛盾。内容上的矛盾为课程开发不足、社会力量参与不足；形式上的矛盾为从地方到国家都没有明确的设计标准，现有创新中心的空间形式落后。通过文献研究法和经验总结研究方法，对国内外相关创新中心进行归纳分类研究，最终总结出五个空间设计策略：

（1）空间的社区属性：规划布局考虑与社区的结合，通常布置在校园外侧，方便开放校园资源，引进社会力量。

（2）空间的社交属性：注意空间的可达性与开放性，通过展示和交流提高学生的综合能力。

（3）空间的灵活属性：科技教育是以科学探究为手段的项目式教学，涉及教学活动，因此空间应该灵活可变，以适应多种教学行为。

（4）空间的真实属性：未来创新中心应该秉承建筑就是教具的理念，真实展示建筑构件、材料、结构、设备，让学生身处其中就可以学习到新知识。

（5）空间的人性化：充分以学生为中心，注重空间细节，营造合适的空间氛围，落到创新中心上，采用特定的色彩激发学生想象力和创造力，将学生作品大方展示，营造浓郁的学习氛围等，某些教室将作为开展特点教学活动的特色空间。

注释：

①教育3.0是以学生为导向，以兴趣为基础，突破时间、空间、内容、师资等限制，通过技术等新兴手段全面提高学生素质，实施个性化教育的教育新阶段。