▲学生在实验中
上海市上海中学于 2008 年获批率先开展“高中生创新素养培育实验项目”，致力于探索以“聚焦志趣、激发潜能”为突破口的创新人才早期培育新路，通过强化学校课程系统支撑，以期整体推进学校教育转型发展。其中，“志”让学生将自身的发展志向与对社会的理想、信念、责任联系在一起，将学生思想境界的提升与自身发展的内动力紧密联系起来；“趣”让学生在对自身潜能认识的基础上，兴趣逐步聚焦，促进个性化知识构成；“能”让学生找到兴趣与潜能的匹配点，形成自身未来发展的指向性意向。
为此，学校提出了构建“拔尖创新人才培育链”的概念，不仅将早期培育的触角延伸到上海中学初中教学基地，而且与高校、科研院所形成了以课题与项目为指导、实验室建设为载体的长效合作机制。继 2008 年首次创设科技班之后，学校又于 2012 年创设了工程班。考虑到人类正面临着空前未有的全球性环境挑战，环境科学已成为世界上引人瞩目的学科，为了更好地了解我国环境科学和环境保护事业的现状及当前环境保护的热点，又基于将科技班和工程班在理科和工科的课题研究方向进一步细化的考量，学校在工程班中设立了环境方向并新建了包括“环境工程实验室”等在内的 20 多个科技创新实验室。
学校通过开发专门配套课程、调整教学内容以及改变传统的评价方式，努力使学生达成如下目标：在环境方向课题的学习和研究过程中，具备扎实的数学、物理、化学和生命科学等学科的深厚基础；掌握环境科学的基本知识和实验技能；在环境学科方向与相关交叉学科的基础研究和应用研究方面，经过科学思维、工程实验或社会调查的训练， 提高分析问题、解决问题的能力以及适应社会需求的能力。整个教学过程强调基础内容的教学以及实践动手能力和良好科学素质的培养。同时，课程注重扩大学生的知识面，使学生对与环境相关的学科、高新技术的发展及应用前景有所了解，具有一定的课题探究和技术开发的能力，促进拔尖创新人才创新素养的持续提升。
学校在专门课程的设置与指导课题研究时，并不是把大学专业课程简单地移植到高中，而是从学生基于一定领域的创新思维、人格基础夯实的视角出发进行专门的设计与授课，深入浅出地介绍不同领域的概况与进展。创新人才的培育是一个系统工程，应当形成“培育链”的观念，不仅关注学业上链的构建，而且要关注志趣引领、创新思维与人格培育上链的构建，识别与培育有创新潜质的学生。基于这些考虑，学校在专门课程的设置上以学期作为时间节点，逐步、渐进地引导学生聚焦他们的志趣，激发他们在一定领域上的创新思维和科创能力，具体安排如下图所示：
▲专门课程设置
其中，高一第一学期的前两个月，安排学生聆听所有 10 个方向的前沿背景的介绍。然后强调基于兴趣、个性的选择学习，由学生自行选择其中 2 个感兴趣的方向进行相关领域研究的深入学习，对后续课题研究进行基本的理论知识储备。高一第一学期末及寒假再从中选择 1 个方向并和指导老师确认自己的研究课题。高二阶段利用一年时间对自己选择的课题进行相关的探索研究，并最后撰写研究报告、论文，参加各项比赛等。
学校的环境工程实验室在建造之初，就确立了为学生开展课题研究和创新实验探索做好必要基础设施保障的宗旨，购置了一定数量的进口先进仪器设备（下文有述）。学生使用这些先进仪器设备开展课题研究，往往需要更多的超越高中阶段的知识储备和实验操作技能，为此我们结合学生的实际知识水平和接受能力，对高校环境方向的教学内容在难度、梯度、讲解顺序等方面进行调整，去除一些“枝叶化”的细枝末节，将最重要的内容以合适的呈现方式展现给学生，在授课过程中将实验室中的仪器设备使用方法同步介绍给学生。
整个课程分为三个模块，模块一以学校化学、生命科学等基础型课程教学纲要为主， 为模块二拓展型课程的开展做好基本的知识铺垫和储备；模块二则是由高校的教授和专家根据课题开展需要确定的本科或者研究生要求的知识内容和实验操作技能；模块三则是学生根据之前学习到的相关知识和技能开展课题研究。三个模块内容根据学生的智力和能力水平的发展依次递进，大大推动了学生在科技创新上潜力的发掘。
▲学生利用仪器设备进行实验操作
教学方式的转变
在整个课题创新教学的过程中，采用多样化的教学方式。构建以学生为主体的自主探究型教学方式，教师成为学生实验的参谋者和合作者，而不是全程的讲授者和示范者。另外，学生定期汇报交流实验的阶段性结果，在相互的讨论过程中查找问题、发现不足；教师则引导学生分析实验中每一个步骤的作用，每一个现象和化学基本原理之间的关系，促使学生从中学习研究事物、解决问题的方法和处理能力。
同时，尽可能创造机会，让学生感受学术交流和研讨的气氛。例如学校每年 10 月份会邀请日本筑波大学生物环境系的教授们前来，进行为期一天的学生答辩交流活动。在答辩会上，学生用全英文制作 PPT，并介绍展示他们的课题；教授们则在各自的专业方向上对学生的课题进行专业指导，并为学生的答辩进行打分认定。
▲学生进行交流答辩
评价方法的转变
随着创新实验室教学策略、教学内容及方式的改变，评价方法也必须根据创新课题实验的特点不断变化。以往的实验评价方法中，我们采取的大多是传统的注重实验结果的结果性评价方式。显然，这种评价方式过于注重实验的最终结果，而忽略了实验的实际过程以及在过程中学生所体现出来的不同程度的科学素养和科学精神。我们参考 IB 化学内部评价的评价指标，在课程开展期间将整个课题研究过程中能体现出学生科学素养的部分按模块进行评价，分别为：实验设计、数据收集与处理、实验步骤及实验结论、实验操作技能、个人技能（包括团队协作能力）。具体每一个模块中需要考察的内容，详见下表。
注：总分75，65—75 为优秀，55—64 为优良，45—54 为良好，30—44 为合格，30 以下为待提高。
教师对每一项评价内容打分，并给出相应的指导意见，最后给出总分。我们认为这种评价方式更注重多维度、多层次的评价，更倾向于评价实验过程中的思考而非单一的精度结果，能够很大程度上让学生在课题探索和实验研究的能力上取得全方位的提升，为将来进一步在科技创新上丰富乃至形成自己的方法、思想打下坚实的基础。
环境工程实验室的学生课题由导师以项目管理的方式进行，试剂等耗材根据学生课题需要每年采购，仪器运行、维护由专人负责。各创新实验室之间相互合作、互相开放，在相似领域、类似的研究方向或实验方法上能够做到设备互补、资源整合，最终能够共享成果。同时，与高校建立联系，实现资源共享，包括人力、文献、设备等多种资源。
环境工程实验室自创建以来，在校外专家的悉心指导下，学生的创新思维与创新品格得到良好提升，在基于“志、趣、能”匹配的专业选择与更高平台上快速成长。经过近几年的探索，学校在拔尖创新人才早期培育链的构建上，逐步走向多元、深入。
1
设立专门课程
学校逐步构建了一系列适合高中拔尖创新人才培养的专门课程，从课程设置到授课内容均对学生的志趣引领、创新思维养成起到了良好的指导作用，促进了学生基于志趣聚焦领域的专业发展。同时，学校自主建构的各类创新实验室对学校学生在开阔视野、拓展兴趣、培养钻研精神等各个方面带来很大的帮助，学生因此而终身受益。
2
形成核心指标
在整个创新人才早期培育链的探索过程中，学校形成了一些创新人才早期识别的核心指标，包括内在动力（责任与思想境界、兴趣和潜能的匹配）；思维养成（思维的批判性和思维的深刻性）；人格孕育（坚韧性、专注度）；发展指向（个性化的知识构成、基于志趣聚焦领域的专业智慧生成与可持续发展）。
3
基本实现培育思想
从已毕业的科技班（6 届）、工程班（2 届）的学生升学统计情况来看，他们在学校所学专门课程、所做课题方向与他们升学专业领域选择的匹配度均保持在90% 左右，基本达成了以“聚焦志趣、激发潜能”为突破口的创新人才早期培育思想。
▲已毕业学生所选专业课程与升学专业领域选择的匹配度统计
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学生成果
据统计，学校科技班和工程班在近几年中，共获得国际级奖项 8 项、国家级 26 项，市级 300 多项；创新课题探究涉及环境科学、物理、工程、信息科技等 10 多个领域；学生发表论文 10 余篇（2 篇 SCI），获得专利 19 项。
上海市上海中学 陆晨刚、刘烨
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