如何打造优质的科学教育空间？“建用一体”模式提供新范本

优质的科学教育空间不仅是物理场所，更是育人载体，能够有效激发学生的科学兴趣、培养创新能力、塑造科学精神。湖南师范大学附属中学（简称“湖南师大附中”）的科学教育空间建设秉持“环境即课程，空间即育人”的核心理念，遵循“建用一体”原则，通过系统化的空间设计、科技赋能的环境改造、社会协同的资源整合和文化浸润的氛围营造，形成了独具特色的科学教育空间育人模式。

师生主导的“建用一体”模式

目前，在科学教育空间场所的建设中，普遍存在“建设”和“使用”两张皮的弊端。教师和学生是科学教育空间场所的使用者，也应该是空间场所的设计者和建设者。湖南师大附中打破传统的“建设与使用割裂”的困境，构建了“师生共同主导、建用深度融合”的新型模式。在空间场所建设前，充分听取和了解使用者的需求及想法；在设计方案的制订过程中，鼓励师生共同参与、建言献策；在使用过程中，支持师生就设施设备的改进完善提出建议，从而助力学校不断优化科教场所的资源条件，为实践教学和科学研究提供坚实的基础。

以2020年生物实验室的改造为例，学校教师团队深度参与了实验室的规划设计，并基于教学需求提出了设备升级方案。生物实验教师根据课程标准与实验的需要设计方案，学校据此方案开展实验室改造，针对性地采购了大容量全自动高压蒸汽灭菌锅、PCR 仪等高端设备，并优化空间布局，将实验室划分为标本馆、微生物实验室等功能区，为学生打造了高效操作、可持续发展的实验室场所。在湖南师大附中的标本馆还实现了跨学科合作，展出了由学校生物组、地理组教师和学生在历年野外科学考察中采集制作的动植物、矿物、岩石标本，并清晰标注了标本类型及简要特征、采集地点、采集人、采集时间等相关信息。相较于购买来的标本，师生亲自采集的标本更能激发起学生的参观兴趣和学习积极性，还能激励学生参与到标本馆的建设中，进一步推动生命和地理科学知识的普及与教育。这一“建设需求由师生提出、使用方案由师生共创”的模式，能确保空间设施贴合教学实际，体现出“建用一体”模式的独特优势。只有不断在建设中使用、在使用中建设，才能最大限度地发挥场所的育人效能，为培养高水平的创新型人才提供高效率、多样化的教学环境。

分层分类的物理空间建设

如何让单一的科学教育场所丰富起来？如何让扁平的高中课程体系立体起来？湖南师大附中以“分层培养、分类赋能”为原则，着力构建了基础试验区、专业探究区、创新实验区三级物理空间体系，为不同潜能、不同志趣的学生提供“各取所需、各展所长”的实践沃土。

基础试验区服务于常规课堂教学的实验需求，确保全体学生掌握基础实验技能与科学实验方法，是学科核心素养落地的“主阵地”。学校严格根据国家课程大纲的必修内容要求，配备满足物理、化学、生物等学科教学需求的标准化学生实验空间。以物理实验室为例，学校按照国家课程标准的要求100%开齐开足各类实验，开设数字化分组实验和学生探究实验。物理实验室设有独具特色的自制教具陈列室，集中展示教师在各级公开课中设计制作的精品教学用具。还配备了3D打印机、激光切割机等先进设备，并建有专业工具房，内设电钻、砂磨机、台锯、机床等工具，为师生自主设计、制作教具和开展创新项目研究提供完备的硬件支持。

专业探究区作为科学教育空间的重要组成部分，承担着拓展学生科技视野、激发学生科学潜能、培育学生创新精神和实践能力的关键功能。学校化学教研组依托科学教育空间开发了丰富多样的校本课程，如《趣味化学》《数字化实验》《化学微观模型建构》《化学与古代科技》等。学生根据自己的兴趣自主选课，不仅可以深化专业知识，还能动手操作实验，并体验扎染、制陶、镌刻等实践活动，培养探究乐趣和动手实践能力，激发了学生对化学学习的热情。

创新实验区是学校开展卓越课程和竞赛课程、培养研究型学生的重要平台，这些课程或超越教材边界对接学科前沿，或跨越校园围墙打通学研通道。例如，化学学科与湖南大学等高校开展创新性实验空间共建项目，可直接对接高校的部分高端科研设备（如GC-MS、HPLC、红外光谱仪等）及网络平台，为学生的研究性学习提供实验空间和技术支持。再如，物理竞赛实验室针对拔尖创新人才的培养，配备了大学课程中“普通物理学实验”的基本实验仪器。这些设备不仅满足了中学物理竞赛深度探究的需求，更着眼于为学生搭建通往更高层次物理研究的桥梁。实验室拥有涵盖力学、热学、电磁学、光学及近代物理等领域的核心设备，例如气垫导轨与光电计时系统（用于精确研究运动定律）、惠斯通电桥与各类精密电表（用于深入电路分析与测量）、示波器与信号发生器（用于探究电磁现象与信号处理）、分光计与迈克耳孙干涉仪（用于精密光学测量实验），以及弗兰克-赫兹实验装置等。通过操作这些大学级别的精密仪器，学生得以在中学阶段就能接触并掌握更复杂、更精确的实验方法与技术，训练严谨的科学思维和解决复杂物理问题的能力，有效弥合了中学基础实验与大学物理研究实践之间的鸿沟，为未来在物理学及相关前沿领域的深造与创新打下坚实的实验基础。同样，生物学科聚焦拔尖人才培养，其竞赛实验室配备有PCR仪、基因测序仪等尖端设备，支持“英才计划”等创新项目。

科技赋能的数字空间构建

在教育现代化进程中，信息技术已成为撬动科学教育变革的关键力量。湖南师大附中以建设高水平科学实验校为目标，将现代信息技术深度融入科学教育，重点打造了人工智能实验室、3D打印工作室、数据科学中心等智能化教学空间，致力于培养和提升学生的信息素养、创新能力和实践技能。

人工智能实验室搭建了“四级进阶式”培养框架，包括编程与数据基石、智能算法探秘、AI核心技术实践、前沿与跨学科融合。每个单元设计“数学推导→代码实现→产品部署”全流程，形成从理论到实践完整的闭环学习链，鼓励学生将所学知识应用于创新实践，激发学生的创造力和探索精神。同时，开展跨学科项目，学生运用人工智能技术解决实际问题，培养创新思维和团队协作能力。

在3D打印数字化制造工作室，学生要完成前期建模和打印实践两个环节。学生先通过学习建模软件设计原创作品，再独立操作设备完成切片、耗材装载，最后对打印完成的模型进行后期处理。课程采用企业自主研发的教学设备，其高效打印能力（速度是普通设备的6倍）与40余种彩色耗材，保障学生能够在课堂40分钟内完成作品打印。从抽象理论到立体模型，从创意设计到实体成品，3D打印课程有效地将智能制造技术引入课堂。根据几个学期的课堂观察，87%的学生可独立完成从建模到打印的全流程，作品合格率达92%。

数据科学中心旨在探索机器人教学与数字空间的融合。在无人机实验室，配备了图形化与文本编程平台，并搭配无人机编队软件，使学生在程序开发阶段便可进行智能算法模拟，实现“编程—仿真—实操”完整链路，提升了课程效率与学生参与感。同时，学校配备了智能竞技空间，设有多样任务模拟场地，如机器人巡线、搬运任务场地、乐高挑战赛模型与图纸等，学生可在数字平台进行任务模拟与路径规划，在物理空间完成实机调试与挑战。

社会协同的空间资源整合

青少年阶段是发展创新思维、提升科学素养的黄金期。湖南师大附中利用大学附中、集团办学、完全中学、基地学校等优势，整合优质资源，打通育人壁垒，构建了跨领域、跨区域、跨学校、跨学段、跨学科的科学教育体系，实现学校主阵地与社会大课堂的一体联动，形成内筑生态圈、外建协同体的理想格局。

一方面，学校积极与高校、科研机构展开合作，推动科学教育纵向贯通。人才的培养需要长期连贯的投入，特别是拔尖创新人才的培养更需要基础教育阶段与高等教育阶段的紧密配合。湖南师大附中充分利用与高校毗邻的区位优势，为学生搭建与高校共享的科研基地和研究实验室。如与湖南师范大学共建“化学创新实验室”，通过开放课程、学分认定、实验室共建、师资协同等创新举措，构建大中学教育有机衔接贯通的拔尖创新人才培养模式。除此之外，学校还同哈尔滨工业大学共建“人形机器人实验室”，与南开大学共建“人工智能创新实验室”，与南方科技大学共建“机器人感知与智能实验室”，与电子科技大学共建“电子信息创新实验室”，与西北工业大学共建“三航科技创新实验室”，与华中科技大学共建“中国‘芯’创新实验室”，与华南理工大学共建“智能低空技术实验室”等。在共建实验室的基础上，邀请高校教师、工程技术人员、竞赛指导专家定期参与课程指导和师资培训，组织学生前往高校重点实验室开启为期一周的“对话大学”之旅。与高校共建实验室扩大了学生的科研场所，拓展了学生的科技视野，满足了学生对深层科学探究的需求。

另一方面，学校构建了丰富的校外实践基地网络。通过与科普场馆合作，设立科学野外考察站点，建立城市、乡村综合实践基地，拓展科学教育边界和学生成长空间。目前，学校已与28个青少年科普教育场所建立合作关系，形成了校内外联动的科学教育网络。在2025年6月开展的“城市实践”综合课程中，学生前往湖南广电新闻中心、山河乐飞航空研学基地、三一集团、湘钢集团等多个城市实践基地，在沉浸式体验中提升科学探究兴趣、增强科学实践能力。

文化浸润的场所环境营造

科学教育场所不仅是传授知识、锻炼能力的空间，更是文化浸润、文化育人的重要载体。学校向来以“科学教育见长”与“人文素养厚重”为办学特色，因此十分注重科学教育场所的文化育人功能。学校在空间设计中融入了科学文化、创新文化、传统文化、校史文化等多元文化元素，潜移默化地培养学生的科学精神、文化认同、家国情怀及国际视野。除了在实验室营造浓厚的科学文化氛围外，学校还在科学楼和教学楼建设了科学文化长廊，主要有科学家精神展示区、中国传统科技文化展示区、国际学科奥赛获奖学生展示区、杰出校友事迹展示区、学生科学作品展示区、科普实验展示区等。丰富多样的科学文化内容与学生科技成果展示，不仅有利于让学生自觉接受先进的科学文化知识，无形中还获得了智慧的启迪、素养的提升，也能在情感的陶冶中激起学生对先进事迹和优秀人物的强烈认同感，为培养高素质、有涵养的时代新人提供深层精神滋养。2025年秋季，即将迎来第一届新生的湖南师大附中大泽湖校区将与湖南博物院共建全省首家中学博物馆。该博物馆一方面会展示湖湘悠久的文化艺术和传统技艺，另一方面会运用多媒体、VR等科技手段让文物呈现更加生动立体，让文物“走进”课堂，实现可看、可听、可互动，学校将开设文物鉴赏、湖湘文化研究等课程，让学生体会历史和科技的魅力。

未来，随着教育理念的更新和科技的发展，湖南师大附中的科学教育空间建设将向更加智能化、个性化、开放化的方向发展，为基础教育高质量发展提供坚实支撑。

本文系首届湖南省基础教育教学改革研究重点项目《拔尖创新人才小中大贯通式培养实践探索》（项目编号Z2023181）阶段性研究成果

（谢永红 作者系湖南师范大学附属中学党委书记）

《人民教育》第13-14期，原标题为《打造“建用一体”的科学教育空间场所》，有修改