本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
就在斯坦福大学保罗·布利克斯坦的办公室走廊尽头，是一个面向未来的学生实验室。它有着春绿和黄色的瓷砖地板、相配的墙壁，并配备了各种你能想象到的数字制造工具：激光切割机、3D 打印机、3D 扫描仪、3D 铣床、机器人和编程工具。“简而言之，我们拥有可以塑造物体和电子设备以使这些物体表现出特定行为的机器，”斯坦福大学变革性学习技术实验室主任布利克斯坦说。
麻省理工学院的尼尔·格申feld 最初设想 Fab 实验室是所有人都可以使用的小型数字工作室。布利克斯坦专门为初中和高中调整了这个概念。他的 FabLabs@School 是学生进行长期、创意项目的空间，他们运用想象力来弥合他们的想法与实现这些想法所需的工具和培训之间的差距。自 2009 年以来，布利克斯坦和他的同事们已经开设了五个实验性的 FabLabs@School：一个在泰国曼谷；一个在俄罗斯莫斯科；以及三个在帕洛阿尔托。第六个即将在澳大利亚墨尔本开放，第七个在墨西哥城。在推广这些实验室的同时，他们也在进行认真的研究，以了解如何在教育环境中最好地部署和利用它们。
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在最近一次去帕洛阿尔托的旅行中，我拜访了布利克斯坦，以更多地了解他的工作。
对于初中和高中生来说，能够使用像 FabLabs@School 这样的数字工作室，为什么如此重要？
我认为关于 Fab 实验室和创客空间，尤其是对于儿童来说，其中一点是儿童有非常有趣、有创意的想法，但是想法与实现之间距离非常大。Fab 实验室和创客空间所做的是将想法及其实现拉得更近——它们使之更容易、更快捷。这些是 21 世纪的锤子、锯子和剪刀。
这些会取代配备烧杯和本生灯的旧式实验室吗？
我们创建和设计的实验室也可以用于化学和生物学，因为我们希望科学老师使用实验室来做项目。这些实验室可以是工程实验室，也可以是化学和科学实验室，我认为整合非常重要，以便理解：工程和科学是相互关联的。
通常，科学实验室是我们所说的“食谱式实验室”——它们过于按部就班。这消除了科学的兴奋感和探究性。学生们甚至在开始实验之前就已经知道结果了。当你在这些 Fab 实验室空间中做科学时，你可以以探究式的方式进行。
您希望学生从在 Fab 实验室工作中学到什么？
一个目标是我们希望孩子们学习所有这些新的技能和能力：批判性思维、解决问题的能力、高级沟通技巧。我们希望他们能够驾驭结构不良的问题，而在这些实验室中构建项目是学习这些技能的好方法。
但这也关系到学校本身的相关性。五十年前，孩子们可以去上学，然后打棒球或在附近骑自行车。今天，如果你是 21 世纪的孩子，你可以做其他十亿件事：玩视频游戏、旅行、上 Facebook、使用电脑、制作视频、作曲。问题是所有这些其他事情都非常引人入胜，而且它们发展非常迅速，但学校仍然和 50 年前差不多。我们需要让学校更令人兴奋、更有趣、更引人注目。否则，它将成为孩子们生活中强制性但无关紧要的一部分。特别是对于来自低收入社区的孩子，因为他们没有受过大学教育的父母在家帮助他们。我们越能让学校变得令人兴奋和有趣，我们就越能让低收入儿童受益。因为如果这些孩子在学校看不到任何有趣的东西，他们就会辍学。中产阶级孩子不会辍学，因为他们的父母会告诉他们留在学校。
我的理论是，当我们让学校更令人兴奋、更有趣时，我们是在不成比例地帮助最需要帮助的人。
最终目标是在每所学校都设立一个 Fab 实验室吗？
我希望美国每所学校都拥有一个 Fab 实验室或创客空间。但第一步是研究。我看到很多学校的机器人实验室获得了大量宣传，但当你去看看他们做什么时，是精英孩子——学校 300 人中的 15 人——在使用这些实验室。我认为重要的是使实验室成为每个人的场所，而不仅仅是那些孩子。我们需要吸引女性，吸引成绩较差的学生。我们投入了大量工作，以避免实验室看起来像男人的车库或极客的房间。我们努力设计明亮、色彩鲜艳、引人入胜的空间，以吸引各种孩子。所有这些都来自多次研究循环。
你们正在对实验室进行哪些研究？
我们做的一项研究是关于发现的价值。我们有两组学生，他们必须学习一个特定的内容主题，一个特定的科学主题。一组学生先观看视频，然后进行更多基于发现的活动。另一组学生先进行发现活动——在对主题一无所知的情况下——他们可以在其中研究问题，然后再观看视频。首先进行实验的小组[在随后的测验中]比首先观看讲座的小组得分高 25%。我们做了三项后续研究，我们得到了相同的结果。
这个想法是，无论何时你告诉人们答案，然后让他们练习，他们学到的东西都远少于你让他们先练习然后再告诉他们。你可以想象，其中一个原因是，如果我告诉你答案，然后给你一些实验设备，你认为你已经知道答案了，那么你为什么要进行实验呢？你的参与度会降低。这与翻转课堂正好相反。在翻转课堂中，你在家看视频，然后在学校做事情。我们现在提出“翻转的翻转课堂”，即你先做实验，然后再看视频。
我们正在进行的另一项研究是研究教师应该给不同项目的学生多少指导。假设你告诉他们你的角色是建造一座桥梁，将这辆车从这个地方运到另一个地方。在一组中，我们给了他们非常具体、循序渐进的指导。我们给另一组非常笼统、更开放式的指导。我们仍在完成报告，但我们发现，当你在开始时给予过多指导时，学生会对指导产生依赖。因此，当我们后来从详细指导组中移除指导时，这些孩子感到非常紧张。另一组学生则更加灵活，没有像这组学生那样感到紧张。（我们使用皮肤电导传感器测量压力）。
我们正在进行的第三项研究是我们让孩子们使用不同的材料建造一座塔，然后我们观察新手如何建造东西，并使用特殊的摄像头跟踪他们的动作。这个想法是看看通过建造大量的东西，新手是否开始获得类似专家的技术。
想象一下一个 Fab 实验室，孩子们一直都在那里建造和制作东西。如果他们不能系统化他们的知识，他们可能不会在他们所做的事情上变得更好。我们发现，事实上，大多数孩子需要大量帮助来系统化他们所知道的知识。这不是自发的。这只是表明，当你有这类实验室时，需要配备完善的人员。你需要有能力的人。否则，孩子们会做一个闪烁的灯，然后在第二天做一个旋转的马达，他们看不到两者之间的联系。
大局来看，我们对事物的运作方式有很多直觉，但这些直觉实际上并不科学。比如翻转课堂，或者先讲后练。有时，课堂上的许多老师都在使用这些方法，但从未看过现有研究，这些研究表明可以做得更好。
您获得了到明年的资助来研究多模态学习分析。您能描述一下那是什么吗？
本质上，这是一种我们正在尝试设计和研究的新型评估模式。它可以帮助教师和研究人员了解孩子们的情绪状态：他们是否在学习，他们是否投入，他们是否压力过大或压力不大。
我们使用摄像头传感器来检测运动，以及用于压力和眼动仪的生物传感器来确定注意力的焦点。然后我们使用机器学习技术、先进的计算机算法来挖掘这些数据并寻找模式——你移动手的模式、唤醒水平的模式、眼球运动的模式。我们使用所有这些来观察在不太脚本化的环境中发生的各种学习。当你在建造东西时，你正在调动你的所有感官。
但是大多数老师不是已经很了解他们的学生的感受了吗？
我认为老师们非常善于感知这些东西，但是在 Fab 实验室和新的创客空间中，规则是不同的。我们没有很多训练有素的教师在这些空间中进行教学。人们[在 Fab 实验室和创客空间]正在做各种各样的事情：焊接、切割、在电脑上设计，我们对这些更开放空间中的模式知之甚少。试想一下讲座和艺术课之间的区别。
我们希望找到这些[行为]模式，并帮助教师学习如何在更具创造性、更开放的方式中进行教学，同时更多地了解学生的反应和学习。现在，在这些新空间中的许多教学都是直觉式的，我们希望将更多科学融入其中。关于讲座和传统教学有很多科学研究，现在我们希望建立 Fab 实验室和创意空间教学的科学。这是我们将使其在公立学校中普及，而不仅仅是在少数精英机构中普及的方式。