 上海市格致中学“FabLab 创智空间”是美国麻省理工学院与中国大陆学校合作创设的第一家创新实验室。该实验室是一项源自美国麻省理工学院的教育实践研究项目，在美国有“创新梦工厂”之称。项目最初目的是为社区或企业提供可以制造产品雏形的平台，随着创新教育的发展，在世界各地被越来越多的学校所采用。  格致中学 FabLab 创智空间围绕“我的梦想我创造”的建设目标，重点为学生搭建创意设计、实体加工、项目学习、个性制造和专题研究等五个方面的学习平台，凸显集创意、设计、加工、制造、展示等环节于一体的建设理念。同时，以课程开发与课程实践为核心，通过创新素养、媒介素养和数字素养的培育，不断提升学生的问题解决能力和沟通协作能力。 为激发学生对创意设计的兴趣与钻研，实现学生的创新梦想，格致中学 FabLab 创智空间以项目为引领，设置了项目任务驱动、校内作品选拔、校外参赛交流等系列举措，学生通过创意设计、产品制作、项目评估、展示交流，发现问题、解决问题，为实现个人的创意梦想不断努力。在积极探索的过程中，刻苦钻研、磨炼意志，问题意识、协作能力与表达素养在潜移默化中得到加强，逐步培养追求完美、精益求精的“工匠精神”。 基于FabLab 创智空间的格致创意课程体系结构由基础型课程、拓展型课程、研究型课程三个层级组成。 基础型课程“劳动技术” 面向我校全体在校高中学生，以 FabLab 创智空间作为高中“劳动技术”课程的教学环境，针对高一年级基础型课程“劳动技术”的教材内容进行教学设计和教学实践的创新。将“劳动技术”这一基础型课程纳入我校创意课程体系，既是借助我校 FabLab 创新创智空间的硬件优势资源对国家课程的优化实施，同时也充分发挥“劳动技术”培养和提高学生技术素养的课程目标，体现国家课程无可替代的育人功能与普适作用。 拓展型课程“3D 打印创意制作” 面向我校两校区高一年级、高二年级学生公开报名。囿于实验室空间及设备数量，每个校区限报 40 人，由两支精干的师资团队分别在两校区授课，每周教学时间为 2 课时，教学周期为一学期。通过一年多来的课程实施，选修该课程的学生人数持续增加。 研究型课程“创意设计” 面向有志于开展项目研究、参加科创比赛的部分资优学生。学生从参加拓展型课程“3D 打印创意制作”的学生中选拔而来。该课程鼓励学生从现实生活中，发现问题，带着项目来研究学习，在“做中学”的过程中体会创意设计的本质。课程实践中积累的优秀创意作品通过校级选拔后参加国际青少年科技创意大赛。 格致创意课程体系结构图 以下重点介绍格致创意课程体系中拓展型课程“3D 打印创意制作”的课程概况。 知识与技能维度 了解3D 打印技术的发展历程、应用范围与发展前景。 运用123D Design 和Meshmixer 设计软件进行创意设计。 熟练运用数字切割机对木板、有机玻璃等材料实现创意图样的切割。 过程与方法维度 在观察3D 打印的过程中，思考归纳3D 打印技术的基本原理。 通过对比制造出的实体与设计图样，总结一些有助于改善实体制造美感的图样设计经验。 情感态度与价值观维度 培养观察与实际动手能力，开拓对前沿科技的视野。 激发对3D 打印技术的钻研兴趣，形成热爱创意设计的积极情感。 “3D 打印创意制作”课程内容循序渐进、衔接紧凑。由于选修该课程的学生都具有基础型课程“劳动技术”的学习经历，因此本课程的重点在于高阶设计建模软件的使用和创意制造的实战练习。课程内容可分为基础理论、软件应用与实体制造三大类。 课程内容分类目录 常规的FabLab 实验室需要配置系统、成套的硬件设备，通常配备3D 扫描仪、激光切割机、精密雕刻机、3D 打印机等数字制造设备。实验室要求空间宽敞，可充分满足一个教学班规模的学生开展创意设计和教学实践活动。为满足上海市格致中学两个校区总体发展，我校在黄浦、奉贤两个校区均建设了FabLab 创智空间。本文重点介绍黄浦本部的FabLab 创智空间。本部的实验室由一楼和地下层两个楼面组成，面积约200 平方米。 格致中学黄浦本部FabLab 创智空间结构示意图 一楼由教学区、讨论区、组装制作区和3D 打印区等四个区域组成。地下层由数控机械、激光切割、电子制作和传统机械等组成制造加工区。  布局和配置与传统教室相同，可满足 45 名学生的常规教学需求。教师和学生在该区域以基础知识的传授和学习为主，通过投影等多媒体设备也可进行展示和交流。  配备了环形会议桌椅和30 余台装备了各类创意设计软件的台式计算机，便于学生进行设计前的交流讨论和借助计算机软件的创意设计。 配备了多种规格类型的电池、金属丝线、马达、电钻等各类零部件，供学生设计作品时挑选、使用。  学生的创意作品通过 3D 打印机打印成型 主要由 15 台 3D 打印机组成，可以将学生用计算机设计的各类作品通过 3D 打印机加以实现。  主要由一系列数字化制造机及快速成型机组成，包括大型数控雕刻机、激光切割机、数控车床等。这里是学生进行创意制造的核心地带。其中，电子制作区配备了各类电子元器件、万用表和焊接工具，供学生进行硬件改装等。 此外，两个楼面还根据教室的空间布置了学生作品展示区，可将学生制作的优秀创意作品及各类获奖作品进行展示。 实验室需要实施麻省理工学院开发的各项创新课程，包括激光打印及雕刻技术课程、基本电子线路制作课程、3D 打印设计及制作课程等。这些课程全部为英文原版，不少内容要求比较高，属于大学先修课程。由于是首次引入中国大陆高中进行实践尝试，需要进行校本化改造。为此学校专门组建了创新教研组，在教科研室的指导下，基于国内高中学生的实际情况，围绕格致中学FabLab 创智空间，开发了层次分明的校本化课程体系。“格致FabLab 创意课程”体系融基础型课程、拓展型课程、研究型课程三位一体。在FabLab创智空间中，有面向全体学生开设的劳动技术基础型课程，有面向选修意向学生开设的初级创意制作类拓展型课程，有面向资优生开设的科技创新类专题研究型课程。经过校本化处理的课程内容，主要包括三维视图的识读与绘制、CAXA 实体设计软件的基本使用、创意设计与机械加工实践探索等。在实施过程中，学校创新教研组和劳动技术教研组相互配合，既有基础型课程的知识铺垫，又有拓展型、研究型课程的能力提高，让学生在有限的时间和空间里进行创新实践探索，成效显著。 学生进行创意制作 格致FabLab 创智空间为学生开展个性化学习提供了平台。与硬件设备相配套的是开发基于FabLab 创智空间的拓展型“创智课程”。在实施过程中，进入FabLab 创智空间学习的学生，学习兴趣浓厚，动手能力也比较强。为此，通常设计15 个课时的短课程，分三个阶段实施，提供从基础到高阶的学习。第一阶段，学生通过5 个课时，完成头脑风暴与图样设计，该阶段的重点是在FabLab 创智空间的“讨论区”进行充分的交流与讨论，合作学习，取长补短。由于相关的基础知识已经在“劳动技术”课程中学习过，学生能够很快进入图样方案的讨论和设计。第二阶段，学生进入FabLab 创智空间的“组装制作区”和“3D 打印区”，将CAXA 软件中导出的工程文件在3D 打印设备中实现实体制造。一些比较复杂的设计，则在组装区进行安装和调整。这样一来，可以把学生在计算机软件中完成的设计转变为具体的实物和产品，使图样设计不再停留在创意层面。学生通过近距离地接触实体设计与制造，在培养设计制造兴趣的同时，还可以积累创意制作的实践经验。这一阶段大约需要5 个课时。第三阶段，学生可在设计制作的产品中融入更为复杂的电子控制和动态演示。这是要求比较高的阶段，需要学生掌握一定的电路设计与控制等知识，通过小组配合共同完成。最后，还需要用1~2 课时进行成果展示，供大家评议、交流和提升。 相形之下，研究型课程在教学模式上具有独特性。研究型课程“创意设计”主要通过学生自主研究项目的形式开展，学生需要在课程开始前，提交各小组的研究主题与研究方案，得到教师认可后方可带着各自的研究主题进入FabLab 创智空间。教师主要在学生团队遇到困难时，对学生进行点拨与指导。因此，研究型课程“创意设计”的课程内容外延较为宽泛。现已成功完成的学生研究型成果案例包括学生团队自发研究制造3D 版的学校微信平台二维码、学生团队自制的“格致跑鞋”纪念挂件等。 传统实验室的管理通常是教研组负责，由实验员具体落实，主要管理者就是实验员。教研组的各项实验任务由教研组长和备课组长统筹，实验员接受任务完成即可。这是一种被动式管理模式，且实验室运行的核心全部围绕学科教学，灵活性和创造性不够。 与国外 FabLab 标准实验室相比，国内 FabLab 创智空间最大的差距是技术主管。美国一些优秀的 FabLab 实验室有大批技术主管参与运行和指导。这些技术主管的构成包括专职实验员、普通教师、社区学者、有专长的家长等大批志愿者。这些规模庞大的志愿者队伍，可以根据不同项目，对每一位参与研究的学生进行一对一的全程指导。而国内 FabLab 创智空间的技术主管构成比较单一，往往只有实验员负责，相关的社区、家长资源还没有充分利用，没有足够数量的志愿者，无法做到对学生的一对一深入指导。很优秀的研究项目，受制于无法提供合适指导教师，只能进行一些初步研究和实施，甚至是搁浅。 格致中学 FabLab 创智空间的实验室管理和运行，充分借鉴了美国麻省理工学院对FabLab 创新实验室管理的标准模式，进行了必要的本土化改造。实验室采用团队化的管理模式与运行机制，由实验室主任、技术主管、运营主管及资深专家组成管理和运行团队。 实验室主任总体负责实验室的各项工作，包括对外交流、宣传以及项目推广等，是带领实验室发展的“方向盘”。目前，实验室主任由我校科技总辅导员兼任。 技术主管由创意课程的授课教师担任，负责课程的开发与实施，是实验室运行的“主心骨”。我校的技术主管队伍建设充分吸取国外的管理经验，在专职教师的基础上，招募社区学者及部分有专长的家长，构成人数约 20 位的技术主管团队。专职教师主要由 6 位教师组成，其中，专职授课教师 4 名（黄浦校区、奉贤校区各 2 名），专职实验员 2 名（黄浦校区、奉贤校区各 1 名）。部分骨干教师先后远赴美国麻省理工学院实地学习 FabLab 创新实验室的基础建设、设备使用、课程开发与学生指导，具备了创意课程实践教学的素养与能力。社区学者主要是由学校周边一些科研院所的学者组成，家长主要由高一、高二年级家委会出面招募和遴选。目前，这支技术主管团队，基本能够满足实验室的运行需求。随着项目的开展，技术主管团队还在不断地扩大。 运营主管由实验员担纲，负责实验室的日常管理和统筹协调。由于 FabLab 创新实验室不同于传统的学科为中心，包括物理、生命科学、化学、劳动技术等多学科、多领域，实验员的主要工作不仅限于准备相关实验器材，还需要统筹协调好各学科在实验室的日常使用，是实验室运行的“大管家”。 资深专家由学校聘请的相关领域的著名学者和专家组成，对实验室的各项活动进行比较高端的指导和辅导，是引领实验室发展的“发动机”。格致中学 FabLab 创智空间落成之初，我校便成立资深专家指导团队，成员包括 FabLab 创始人尼尔·哥申菲尔德 (Neil Gershenfeld) 教授、美国麻省理工学院张曙光教授等国际知名专家，以及市、区教育主管部门、高校、科协等专家。在 FabLab 创智空间投入使用后，专家指导团队成员多次来我校实地指导学生创意实践活动。 格致中学 FabLab 创智空间的运行理念是全开放的。学生可以随时随地进入学习。排入课表的由任课教师负责日常管理。未排入课表的由实验员负责登记，并对学生进行必要的指导或辅导。如果学生学习的领域或实施的项目超出实验员的指导能力，可由学生本人提出申请，学校认可通过后聘请校外的资深专家进行专项指导。 在建设格致中学 FabLab 创智空间的同时，我校还积极推动创新实验室的推广与科技教师的协作教研，于 2014 年 11 月牵头成立了中国 FabLab 校际联盟，成员单位队伍不断壮大。而且，成员单位在 FabLab 实验室内建立同步视频互动系统，可同时与联盟学校实现异地同步授课与沟通互动，搭建了成员学校科技创意课程教师的交流平台，有助于课程实施教师之间的教研沟通与协作支持。 此外，我校积极组织各类校内、校外科技创意比赛，鼓励学生在任务驱动下，开展创意设计的实践，为学生科技创意作品展示交流搭建舞台，同时也以此机会选拔优秀的学生创意作品。 ▼学生创意作品： 5D 环保多功能楼
▲学生展示创意作品 2015 年 4 月，我校举办了面向全校学生、以“未来校园”为主题的首届科技创意大赛。 共征集到优秀学生作品 24 件，集中体现了以下几大创意理念：关注能源，绿色环保；空间利用，结构优化；亲近自然，以人为本。大部分作品均通过数字切割机对各类材料进行加工，组合形成创意产品的雏形。在校级选拔的基础上，2015 年 5 月我校组织了三支学生团队参加由全国科技活动周（上海）组委会办公室主办、上海市格致中学承办的“第一届上海（国际）青少年科技创意大赛”，在更高规模的比赛中交流学习国际青少年科技创意作品的先进经验，锻炼学生队伍的创意表达与沟通交流能力。此次大赛在格致中学 FabLab 创智空间的基础上，吸引了全市 17 个区县相关学校、中国 FabLab 校际联盟、国际友好学校共 70 余所学校代表队参与。我校三支参赛队伍分获二、三等奖。 2016 年，我校再次组织了面向两个校区全体学生、以“城市交通”为主题的校内科技创意作品征集活动，共收到作品 58 件。大部分作品制作精良，且运用到跨学科的知识与方法，将现代信息技术与工程制造紧密结合。我校选派了两支参赛队作为代表，参加 2016 年 5 月在中国 FabLab 校际联盟成员学校福建省泉州市第五中学举行的“第二届国际青少年（中国泉州）科技创意大赛”。最终，在来自全国 11 个省市的中国 FabLab 校际联盟成员校、国际友好学校共 28 支参赛队中，我校学生团队的参赛作品“城市交通地下化”获特等奖，学生团队的参赛作品“基于 App 智慧云端中枢交通系统”获得一等奖。  作 者 上海市格致中学 何刚、季金杰 |
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