如何打造優(yōu)質的科學教育空間？“建用一體”模式提供新范本

優(yōu)質的科學教育空間不僅是物理場所，更是育人載體，能夠有效激發(fā)學生的科學興趣、培養(yǎng)創(chuàng)新能力、塑造科學精神。湖南師范大學附屬中學（簡稱“湖南師大附中”）的科學教育空間建設秉持“環(huán)境即課程，空間即育人”的核心理念，遵循“建用一體”原則，通過系統化的空間設計、科技賦能的環(huán)境改造、社會協同的資源整合和文化浸潤的氛圍營造，形成了獨具特色的科學教育空間育人模式。

師生主導的“建用一體”模式

目前，在科學教育空間場所的建設中，普遍存在“建設”和“使用”兩張皮的弊端。教師和學生是科學教育空間場所的使用者，也應該是空間場所的設計者和建設者。湖南師大附中打破傳統的“建設與使用割裂”的困境，構建了“師生共同主導、建用深度融合”的新型模式。在空間場所建設前，充分聽取和了解使用者的需求及想法；在設計方案的制訂過程中，鼓勵師生共同參與、建言獻策；在使用過程中，支持師生就設施設備的改進完善提出建議，從而助力學校不斷優(yōu)化科教場所的資源條件，為實踐教學和科學研究提供堅實的基礎。

以2020年生物實驗室的改造為例，學校教師團隊深度參與了實驗室的規(guī)劃設計，并基于教學需求提出了設備升級方案。生物實驗教師根據課程標準與實驗的需要設計方案，學校據此方案開展實驗室改造，針對性地采購了大容量全自動高壓蒸汽滅菌鍋、PCR 儀等高端設備，并優(yōu)化空間布局，將實驗室劃分為標本館、微生物實驗室等功能區(qū)，為學生打造了高效操作、可持續(xù)發(fā)展的實驗室場所。在湖南師大附中的標本館還實現了跨學科合作，展出了由學校生物組、地理組教師和學生在歷年野外科學考察中采集制作的動植物、礦物、巖石標本，并清晰標注了標本類型及簡要特征、采集地點、采集人、采集時間等相關信息。相較于購買來的標本，師生親自采集的標本更能激發(fā)起學生的參觀興趣和學習積極性，還能激勵學生參與到標本館的建設中，進一步推動生命和地理科學知識的普及與教育。這一“建設需求由師生提出、使用方案由師生共創(chuàng)”的模式，能確保空間設施貼合教學實際，體現出“建用一體”模式的獨特優(yōu)勢。只有不斷在建設中使用、在使用中建設，才能最大限度地發(fā)揮場所的育人效能，為培養(yǎng)高水平的創(chuàng)新型人才提供高效率、多樣化的教學環(huán)境。

分層分類的物理空間建設

如何讓單一的科學教育場所豐富起來？如何讓扁平的高中課程體系立體起來？湖南師大附中以“分層培養(yǎng)、分類賦能”為原則，著力構建了基礎試驗區(qū)、專業(yè)探究區(qū)、創(chuàng)新實驗區(qū)三級物理空間體系，為不同潛能、不同志趣的學生提供“各取所需、各展所長”的實踐沃土。

基礎試驗區(qū)服務于常規(guī)課堂教學的實驗需求，確保全體學生掌握基礎實驗技能與科學實驗方法，是學科核心素養(yǎng)落地的“主陣地”。學校嚴格根據國家課程大綱的必修內容要求，配備滿足物理、化學、生物等學科教學需求的標準化學生實驗空間。以物理實驗室為例，學校按照國家課程標準的要求100%開齊開足各類實驗，開設數字化分組實驗和學生探究實驗。物理實驗室設有獨具特色的自制教具陳列室，集中展示教師在各級公開課中設計制作的精品教學用具。還配備了3D打印機、激光切割機等先進設備，并建有專業(yè)工具房，內設電鉆、砂磨機、臺鋸、機床等工具，為師生自主設計、制作教具和開展創(chuàng)新項目研究提供完備的硬件支持。

專業(yè)探究區(qū)作為科學教育空間的重要組成部分，承擔著拓展學生科技視野、激發(fā)學生科學潛能、培育學生創(chuàng)新精神和實踐能力的關鍵功能。學校化學教研組依托科學教育空間開發(fā)了豐富多樣的校本課程，如《趣味化學》《數字化實驗》《化學微觀模型建構》《化學與古代科技》等。學生根據自己的興趣自主選課，不僅可以深化專業(yè)知識，還能動手操作實驗，并體驗扎染、制陶、鐫刻等實踐活動，培養(yǎng)探究樂趣和動手實踐能力，激發(fā)了學生對化學學習的熱情。

創(chuàng)新實驗區(qū)是學校開展卓越課程和競賽課程、培養(yǎng)研究型學生的重要平臺，這些課程或超越教材邊界對接學科前沿，或跨越校園圍墻打通學研通道。例如，化學學科與湖南大學等高校開展創(chuàng)新性實驗空間共建項目，可直接對接高校的部分高端科研設備（如GC-MS、HPLC、紅外光譜儀等）及網絡平臺，為學生的研究性學習提供實驗空間和技術支持。再如，物理競賽實驗室針對拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，配備了大學課程中“普通物理學實驗”的基本實驗儀器。這些設備不僅滿足了中學物理競賽深度探究的需求，更著眼于為學生搭建通往更高層次物理研究的橋梁。實驗室擁有涵蓋力學、熱學、電磁學、光學及近代物理等領域的核心設備，例如氣墊導軌與光電計時系統（用于精確研究運動定律）、惠斯通電橋與各類精密電表（用于深入電路分析與測量）、示波器與信號發(fā)生器（用于探究電磁現象與信號處理）、分光計與邁克耳孫干涉儀（用于精密光學測量實驗），以及弗蘭克-赫茲實驗裝置等。通過操作這些大學級別的精密儀器，學生得以在中學階段就能接觸并掌握更復雜、更精確的實驗方法與技術，訓練嚴謹的科學思維和解決復雜物理問題的能力，有效彌合了中學基礎實驗與大學物理研究實踐之間的鴻溝，為未來在物理學及相關前沿領域的深造與創(chuàng)新打下堅實的實驗基礎。同樣，生物學科聚焦拔尖人才培養(yǎng)，其競賽實驗室配備有PCR儀、基因測序儀等尖端設備，支持“英才計劃”等創(chuàng)新項目。

科技賦能的數字空間構建

在教育現代化進程中，信息技術已成為撬動科學教育變革的關鍵力量。湖南師大附中以建設高水平科學實驗校為目標，將現代信息技術深度融入科學教育，重點打造了人工智能實驗室、3D打印工作室、數據科學中心等智能化教學空間，致力于培養(yǎng)和提升學生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和實踐技能。

人工智能實驗室搭建了“四級進階式”培養(yǎng)框架，包括編程與數據基石、智能算法探秘、AI核心技術實踐、前沿與跨學科融合。每個單元設計“數學推導→代碼實現→產品部署”全流程，形成從理論到實踐完整的閉環(huán)學習鏈，鼓勵學生將所學知識應用于創(chuàng)新實踐，激發(fā)學生的創(chuàng)造力和探索精神。同時，開展跨學科項目，學生運用人工智能技術解決實際問題，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和團隊協作能力。

在3D打印數字化制造工作室，學生要完成前期建模和打印實踐兩個環(huán)節(jié)。學生先通過學習建模軟件設計原創(chuàng)作品，再獨立操作設備完成切片、耗材裝載，最后對打印完成的模型進行后期處理。課程采用企業(yè)自主研發(fā)的教學設備，其高效打印能力（速度是普通設備的6倍）與40余種彩色耗材，保障學生能夠在課堂40分鐘內完成作品打印。從抽象理論到立體模型，從創(chuàng)意設計到實體成品，3D打印課程有效地將智能制造技術引入課堂。根據幾個學期的課堂觀察，87%的學生可獨立完成從建模到打印的全流程，作品合格率達92%。

數據科學中心旨在探索機器人教學與數字空間的融合。在無人機實驗室，配備了圖形化與文本編程平臺，并搭配無人機編隊軟件，使學生在程序開發(fā)階段便可進行智能算法模擬，實現“編程—仿真—實操”完整鏈路，提升了課程效率與學生參與感。同時，學校配備了智能競技空間，設有多樣任務模擬場地，如機器人巡線、搬運任務場地、樂高挑戰(zhàn)賽模型與圖紙等，學生可在數字平臺進行任務模擬與路徑規(guī)劃，在物理空間完成實機調試與挑戰(zhàn)。

社會協同的空間資源整合

青少年階段是發(fā)展創(chuàng)新思維、提升科學素養(yǎng)的黃金期。湖南師大附中利用大學附中、集團辦學、完全中學、基地學校等優(yōu)勢，整合優(yōu)質資源，打通育人壁壘，構建了跨領域、跨區(qū)域、跨學校、跨學段、跨學科的科學教育體系，實現學校主陣地與社會大課堂的一體聯動，形成內筑生態(tài)圈、外建協同體的理想格局。

一方面，學校積極與高校、科研機構展開合作，推動科學教育縱向貫通。人才的培養(yǎng)需要長期連貫的投入，特別是拔尖創(chuàng)新人才的培養(yǎng)更需要基礎教育階段與高等教育階段的緊密配合。湖南師大附中充分利用與高校毗鄰的區(qū)位優(yōu)勢，為學生搭建與高校共享的科研基地和研究實驗室。如與湖南師范大學共建“化學創(chuàng)新實驗室”，通過開放課程、學分認定、實驗室共建、師資協同等創(chuàng)新舉措，構建大中學教育有機銜接貫通的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。除此之外，學校還同哈爾濱工業(yè)大學共建“人形機器人實驗室”，與南開大學共建“人工智能創(chuàng)新實驗室”，與南方科技大學共建“機器人感知與智能實驗室”，與電子科技大學共建“電子信息創(chuàng)新實驗室”，與西北工業(yè)大學共建“三航科技創(chuàng)新實驗室”，與華中科技大學共建“中國‘芯’創(chuàng)新實驗室”，與華南理工大學共建“智能低空技術實驗室”等。在共建實驗室的基礎上，邀請高校教師、工程技術人員、競賽指導專家定期參與課程指導和師資培訓，組織學生前往高校重點實驗室開啟為期一周的“對話大學”之旅。與高校共建實驗室擴大了學生的科研場所，拓展了學生的科技視野，滿足了學生對深層科學探究的需求。

另一方面，學校構建了豐富的校外實踐基地網絡。通過與科普場館合作，設立科學野外考察站點，建立城市、鄉(xiāng)村綜合實踐基地，拓展科學教育邊界和學生成長空間。目前，學校已與28個青少年科普教育場所建立合作關系，形成了校內外聯動的科學教育網絡。在2025年6月開展的“城市實踐”綜合課程中，學生前往湖南廣電新聞中心、山河樂飛航空研學基地、三一集團、湘鋼集團等多個城市實踐基地，在沉浸式體驗中提升科學探究興趣、增強科學實踐能力。

文化浸潤的場所環(huán)境營造

科學教育場所不僅是傳授知識、鍛煉能力的空間，更是文化浸潤、文化育人的重要載體。學校向來以“科學教育見長”與“人文素養(yǎng)厚重”為辦學特色，因此十分注重科學教育場所的文化育人功能。學校在空間設計中融入了科學文化、創(chuàng)新文化、傳統文化、校史文化等多元文化元素，潛移默化地培養(yǎng)學生的科學精神、文化認同、家國情懷及國際視野。除了在實驗室營造濃厚的科學文化氛圍外，學校還在科學樓和教學樓建設了科學文化長廊，主要有科學家精神展示區(qū)、中國傳統科技文化展示區(qū)、國際學科奧賽獲獎學生展示區(qū)、杰出校友事跡展示區(qū)、學生科學作品展示區(qū)、科普實驗展示區(qū)等。豐富多樣的科學文化內容與學生科技成果展示，不僅有利于讓學生自覺接受先進的科學文化知識，無形中還獲得了智慧的啟迪、素養(yǎng)的提升，也能在情感的陶冶中激起學生對先進事跡和優(yōu)秀人物的強烈認同感，為培養(yǎng)高素質、有涵養(yǎng)的時代新人提供深層精神滋養(yǎng)。2025年秋季，即將迎來第一屆新生的湖南師大附中大澤湖校區(qū)將與湖南博物院共建全省首家中學博物館。該博物館一方面會展示湖湘悠久的文化藝術和傳統技藝，另一方面會運用多媒體、VR等科技手段讓文物呈現更加生動立體，讓文物“走進”課堂，實現可看、可聽、可互動，學校將開設文物鑒賞、湖湘文化研究等課程，讓學生體會歷史和科技的魅力。

未來，隨著教育理念的更新和科技的發(fā)展，湖南師大附中的科學教育空間建設將向更加智能化、個性化、開放化的方向發(fā)展，為基礎教育高質量發(fā)展提供堅實支撐。

本文系首屆湖南省基礎教育教學改革研究重點項目《拔尖創(chuàng)新人才小中大貫通式培養(yǎng)實踐探索》（項目編號Z2023181）階段性研究成果

（謝永紅 作者系湖南師范大學附屬中學黨委書記）

《人民教育》第13-14期，原標題為《打造“建用一體”的科學教育空間場所》，有修改