“城市.教育.科普”科技教育国际论坛交流论文·逆向设计法的应用与改进---科技创新课程设计初探
一．科技创新课程目标简介
1． 使学生明白建设创新型国家的重担已经挑在肩上，知识产权教育的意义、社会责任、创造人格以及如何自主培养的方法。
2． 通过可持续发展教育教学（简称“EPD”）的原则和方法，亲身体悟并探索一条自主培养之路：在发现问题中确立科研课题，提出解决方案并在实施与小结反思中不断构建个人创造人格、创新能力、科研能力心理机制——知识经济时代所需的问题解决心理机制。
3． 体悟科学调查、课题确立、方案设计、实施、反思小结、循环改进各阶段中系统分析法、系统信息法、工程控制论等与课题相关的科学方法的应用。
4． 学会用科学态度记录《进度表》、分析数据并作科学评价，纠正“以我为中心”、“主观臆断”、“感情用事”在判断、评价中发挥主导作用的错误倾向。
5． 以服务社会的样板案例、实践活动促进创造人格中社会责任感、集体荣誉感、助人为乐、交际协调能力、移情能力的提高。师生共同关注创造人格、创新能力心理机制的构建与修正，对课程样板案例的范围、程度、进度视不同学生掌握情况作动态调整，确保每个参与个性化课题探究的学生达到课程目标的要求。
二．创新课程结硕果
2004年开始科技创新课程的探索，目前结合上海“二期课程改革”、中国2049项目（即现在国务院文件定名《中国全民科技素质培训行动计划（未成年人部分）》）拓展课，把基础课中所学到的知识，在研究性、探索性课程中加以应用并创新，由学生自愿报名参加本课程学习，课程依据可持续发展教育（以下简称“EPD”）的教学原则和方法进行课内外相结合的教学，把本课程与学校科技创新协会的活动、“创造人格”、创新能力心理机制的构建在一个系统构架内作设计与安排。让每个参与的学生从不懂创造创新，到学会创新以至创造，从不知类创新到申报专利与发明专利。通过科技创新课程，我们2005年申报六项专利，其中三项发明专利；2006年2月报了8项专利，5项发明专利。5月报了14项国家专利。越来越多的同学加入了科技创新的队伍。徐汇区
三．以循环逆向设计法设计课程内容
1． 与传统课程设计的区别：
传统教学中教师首先关注的是书本内容、已成定规的教学活动。最大弊端是由于没有根据学生素质教育的目标与相应标准来选择课程的内容并组织教学活动，所以往往导致素质教育的落空。循环逆向设计法首先明确课程目标，依据创造人格、创新能力等素质教育相关的学习目标进行课程设计，安排课程内容并组织学习活动，根据学生对学习目标掌握程度和创新能力实际情况设计并动态调节课程。例如要学会科学调查，课程设计就选择相关的几种方法，颁布评价标准，讲授方法，组织实施调查，写出调查报告，登录调查进度表。在课程进行中的各阶段，其中每个步骤都根据实际效果作出动态设计并在实施中调整。
传统课程设计是依据单门学科列出知识点大纲，设计课程，实施授课，评价教学目标（或学习目标），学习目标效果由教师们单向评价，不涉及受教育者的问题解决心理机制和创新能力心理机制。故传统设计已不适应创新型人才所需的创造人格培养。循环逆向设计是围绕学生的创新能力心理机制、把课程目标分解为学习目标，围绕学习目标设计课程和安排教学，把评价融合进教学过程并引领、激励、监测、调节学生的学习。
2．循环逆向设计法：
课程的设计着眼于学生创造人格、创新能力心理机制的构建程度，构建不是了解、也不是理解而是掌握。掌握又以数据和事实来说明；这些反映学习目标效果的数据和事实是科技创新课程的经历和成果。先期确立的学习目标是评价的依据，学习目标反映在准备、调查、设计、实施阶段的进度表上，例如：调查阶段的调查报告、设计阶段的设计方案、实施阶段的实施进度、结果和方法、小结反思阶段的研究性学习小结等都是具体的各阶段的学习目标。
由于创新课程的特殊性，具体教学目标因课题而变化，而且许多目标对
2005年根据美国课程设计专家威金斯（Wiggings,G.）和麦克泰(McTighe,J)的逆向设计法，结合系统论、控制论和我校科技创新课程的特点作了改进和补充，由原来的三个步骤变为五个步骤。循环逆向设计法过程：①确定预期的学习目标——②确定如何证明学生“掌握”的标准与教学方法——③安排课内外结合的教学活动——④以评价系统保证教学活动质量——⑤调整学习目标。
3．前测与逆向设计法
始终关注学生创造人格、创新能力心理机制的构建基础、构建动机、构建状况与过程，是科技创新课程与循环逆向设计法的特点和优点。
通过前测了解学生的科技素质基础，有助于逆向设计法的具体设计，在课程实施中采用异质分组的方法，让素质好的同学带动其他同学，有效促进全体学生的创造人格构建。
在一个循环结束时，可通过后测、专利申请、创新萌芽设想、学生填写的进度表等来了解学生素质提高的状况，改进下一轮的逆向设计。
（学生科技素质前测样例请见附件一）
四．科技创新课程的内容设计
1．主要任务
根据三年前的《中国2049项目行动计划》，即现今国务院《科学素质纲要——全民科学素质行动计划纲要》（2006-2010-2020）{与课题相关专业知识}简称《科学素质纲要》，提出的任务：要提高完善基础教育阶段的科学教育，提高学校科学探究活动的过程与方法，培养良好的科学态度、情感与价值观，发展初步的科学探究能力，增强创新意识和实践能力……培养社会责任感以及交流合作、综合运用知识解决问题的能力。
2．对策
要使学生从仅仅是对科技的好奇与兴趣得到进一步提高。因为好奇一闪而过，兴趣也会被应试压力湮灭，好奇与兴趣不足以青少年达到《科学素质纲要》的要求，不足以达到维持参与科研活动所必需的毅力和恒心，不足以确保成为创新型国家所需的人才，所以要在青少年的创造人格自主培养上下工夫；如科学态度、情感价值观问题不解决，他们在应试环境下就不会认真投入，而仅靠浅尝辄止的休闲式学习，体验不到科学探究活动的全过程，也不会综合运用知识解决问题。长此以往会导致课程目标距离创新型国家人才所需素质的要求越来越远。
对于已“科技入门”的同学，也要通过创造人格培养、构建过程加强其社会责任感及交流合作的能力。加强对科技创新课程的探索与实践，使之更好地为青少年达到《科学素质纲要》服务，为培养创新型国家所需的具有创造人格的人才服务。
3．内容
在课程准备阶段、调查、课题确立、设计、实施阶段，设置了创造人格，科学方法、科学调查方法、创造学技法、创新课题相关知识五方面的内容。理由为： 科学方法：第三层次的具有普遍应用意义的科学方法。
创造学技法：由于近年来国内外创造学技法逐渐形成一个门类，为便于青少年快速学习和掌握，对入门技法有必要作专门介绍。
根据可持续发展教育教学原则和方法（简称“EPD”原则和方法），通过科学调查掌握第一性资料是应用科学方法的基础，故科学调查的方法是必不可少的。
创新课题相关知识：包括知识产权教育，中国2049青少年科技素质培训项目资料包，课题专业知识等。课题专业知识是要“找”着学、“求”着学的。
4．内容选择原则：
1）依“EPD”的理念，对学生长期可持续发展发挥起作用的重要观念应作为首选，这些观念具有超越课程内容的持久价值。
2）具有课程核心地位，甄别哪些是需要了解的？哪些是需要理解的？哪些是需要掌握的？对创新能力心理机制的构建及课题开发需掌握的内容，将其选入。
3）课程具体内容应当是学生自主发现的。
4）这些内容应为学生提供学习动力。
5．课程深度、难度选择原则
根据原有基础及循环轮次，内容深度应为“跳一跳，够得到”的水平。太高力不从心，浪费时间、精力过多；太低对创新能力机制无大的帮助。
6．评价融入课程
1）评价的引领作用：将自评表的七个评价量纲的重要意义介绍给学生，让学生友善地自愿地接受。在调查到实施、自评的五个阶段当中，都要求学生认真学习并作出公正客观的科学性评价，“以个人利益为中心”与“主观性”评价都应尽量避免。设法让学生把自评标准作为各阶段的行动指南，科技创新课程与相关活动才能成为创造人格的构建过程，否则，活动与课程起不到一举多得的作用。
2）评价的正向激励作用：在课程的调查、设计、实施阶段之初，重温评价标准并启发思考：我如何做得更好一些。在课程过程中，经常对照自评表来填写各阶段进度表，能提高创造人格素质，进度表的内容质量也会提高，不仅仅是消极被动的工作流水帐，而是能反映人格构建过程的数据和主动进取的事实与经历。
7．课程内容一览表 （请见附件二）
五．循环逆向设计法设计环境
1．开放式环境的设计
课程设计要注意让学生学会在开放的环境中利用信息社会的资源，利用市科协、市教委联合办的《中国2049青少年科技素质培训网站》，参加多种科技培训与科技竞赛，在多种场合进行学生之间、师生之间的交流与互相学习。见多才能识广，开放方知不足。
2．沟通专家渠道
既然要创新，就需要走在科技的前沿，要考虑结合实际尽量引入高水平专家的意见。争取在一些竞赛项目中经过市科委、市科协的帮助，请教专家，请专家提供多种形式的帮助。例如：提出一些方向性问题，解决方案的思路，指出可能遇到的陷阱、借用一些仪器设备等，可少走许多弯路、少碰壁。学校不可能有所需的所有设备，我们搞科研的大多数仪器、设备都是通过专家借用的。
3．树立样板案例和构建创新基地
从学生创造人格、创新能心理机制构建出发，创新课程应该有样板课题作为案例，使学生能在参与中亲身体悟科学研究与创新的全过程，环境保护类课题是学生比较容易发现问题、比较容易投入初步科研的突破口，往往可以将根据科研课题的所在地作为创新实验基地。例如：徐汇区华泾的金家塘、漕河泾地区的漕溪河，长桥地区的史家宅河都已作为创新实验基地。使学生在基地经历艰苦探索、经受失败、享受成功，使学生从好奇心升华到“我为上海做什么”、“我为世博做什么”的社会责任感。他们会在繁重的学业中主动关注创新实验基地的课题进展状况，吴某、刘某、王某等同学都慢慢对基地有了感情，成为一个有责任心的有心人，同时也成为科研的尖兵。
4．发掘专业科研人员对学生默化教育的环境
由于样板课题是在失败中前进的，向多方求教、求助成为经常之事。在开放世界里善于学习是创新的组成部分。可以通过调查、咨询、访谈来观察科研人员的工作轨迹和成果，在科研设计、送检水样的过程中，经常创造机会使学生看到科研院所、大学的科学家和科研人员工作时的精神面貌：为了科研放弃节假日，常常日以继夜地工作，他们的奉献精神感动着一届又一届的同学们，不懂得吃苦的他们感受到心灵的震撼，“哦，搞科研应该是这样的”，榜样的力量、默化的教育比空洞的说教更有效，耳闻目睹的熏陶可以在潜意识层次进行无声的却是有效的教育。设计中尝试创设让专业科研人员对学生进行默化教育的环境，对创造人格的自主培养大有裨益。我们几次、几十次的真诚求教感动了上帝：上海市农科院环境科学研究所、同济大学环境科学与工程学院、上海环境科学研究院、交通大学资源环境科学系的专家几年来都无私地给了我们很大的帮助。
六．依进度表动态调整教学进度
传统教学设计后的教学进度计划不可改变，这种静态的方式呈现出“以教师为中心”的特点。现代教育应转到“以学生为中心”方向来。应以学生创造人格、创新能力机制的构造为中心来看待学生与教学进度，课程设计应以课程目标实现状况为中心作动态调整。
科技创新课程设计了进度表，作为学生学习与探索的记录，要求学生抛弃以往常有的感情用事的方式或单凭想象的方式作记录，学习站在客观的、中性的立场作记录，从中亲身体验科学态度和科学精神。因此，各阶段的进度表，具有“事实的记载、分析的依据，评价的数据，科研的经历”。切实使进度表成为学习科学态度的真实纪录，成为构建创造人格的台阶，成为创新能力心理机制构建的里程碑。
案例1：在午潮港对人工浮床作实地调查。有的组按进度表要求作出调查计划，实施调查中观察仔细，对自创的浮床能有新的设计；刘晓丰组没作计划，观察变得走马观花，调查小结时写不出具体的东西，设计方案照抄原样，在创新能力提高方面少有建树。如果不调节进度返工，设计就做不出来，实施也变成空话。为了取得课程对学生创新能力心理机制的实效。动态改变课程设计，要求作出计划重新调查并登录进度表。在以后的设计与实施中，该组吸取教训，端正了科学态度，就有了设计与实施中一次次的改进，才有后来在世界工程师大会上的获奖。
案例2：第二代遥控浮泵课题组的进度远远落在其它组后面，原因是由于实施阶段发现了新的问题，高频遥控装置会由于可能的误操作而导致事故发生。如果重新进行设计、再次实施，进度就会赶不上其它组。如果按照原进度进入下一阶段，表面看学生也有收获，但却无法体验到其他组那样有成功的设计。如果重新进入设计阶段，学生就可能获得从失败中站起来取得成功的经历。相比其他组反而收获更多了。我们选择了重新设计和实施。（进度表实例请见附件三）
依进度表的实际情况，动态调整原设计教学进度，使各阶段的教学安排服从于学生创造人格、创新能心理机制构建的需要。
七．以系统论思想指导改进逆向设计
学生创造人格、创新能心理机制构建与改善的过程是个系统工程。它是教育体制创新的组成部分，校本课程——科技创新课程是为这个系统工程服务的，也是教育体制的创新点和突破口之一。两年多来的实践从以下显性成效表可以说明：逆向设计法适合进行科技创新课程设计，以系统论思想指导改进逆向设计而成的循环逆向设计法，能更好地为学生创造人格、创新能心理机制的构建服务。
循环逆向设计法显性成效表（统计至——2006年6月）
|
年份 |
使用 逆向法 |
参与 人数 |
认真参与人数 |
创新 萌芽 |
申报 专利 |
申报 发明 |
创新类 市级奖 |
市创新大赛一等奖 |
|
2004 |
未使用 |
50 |
10 |
5 |
0 |
0 |
11 |
1 |
|
2005 |
使用 |
52 |
18 |
18 |
6 |
3 |
12 |
3 |
|
2006 |
改进 |
52 |
36 |
40 |
22 |
9 |
16 |
6 |
（市创新大赛一等奖指：指市级一等奖以上、市明日科技之星、国家级、国际级奖科技项）
在系统论指导下，把学习、填写进度表结合进课程设计、把“科学性评价”引入课程，使认真参与的人数从20%增加到60%，创新萌芽设计和申报国家专利数量急剧上升。2005年被评为上海市知识产权示范校，
尾声
作为创造人格、创新能力心理机制构建的副产品——十多项专利与发明的成果使原来黑臭的污染河道一条条变清了,科技创新课程的样板课题直接为徐汇区创建模范城区服务，为“生态世博”在上海一展风采服务，而课程的精髓——循环逆向设计法忠实地为创新课程服务，也为学生的创造人格、创新能力心理机制作出并将继续做出更大的贡献。
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