本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
就在斯坦福大學保羅·布利克斯坦的辦公室走廊盡頭，是一個面向未來的學生實驗室。它有著春綠和黃色的瓷磚地板、相配的牆壁，並配備了各種你能想象到的數字製造工具：雷射切割機、3D 印表機、3D 掃描器、3D 銑床、機器人和程式設計工具。“簡而言之，我們擁有可以塑造物體和電子裝置以使這些物體表現出特定行為的機器，”斯坦福大學變革性學習技術實驗室主任布利克斯坦說。
麻省理工學院的尼爾·格申feld 最初設想 Fab 實驗室是所有人都可以使用的小型數字工作室。布利克斯坦專門為初中和高中調整了這個概念。他的 FabLabs@School 是學生進行長期、創意專案的空間，他們運用想象力來彌合他們的想法與實現這些想法所需的工具和培訓之間的差距。自 2009 年以來，布利克斯坦和他的同事們已經開設了五個實驗性的 FabLabs@School：一個在泰國曼谷；一個在俄羅斯莫斯科；以及三個在帕洛阿爾託。第六個即將在澳大利亞墨爾本開放，第七個在墨西哥城。在推廣這些實驗室的同時，他們也在進行認真的研究，以瞭解如何在教育環境中最好地部署和利用它們。
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在最近一次去帕洛阿爾託的旅行中，我拜訪了布利克斯坦，以更多地瞭解他的工作。
對於初中和高中生來說，能夠使用像 FabLabs@School 這樣的數字工作室，為什麼如此重要？
我認為關於 Fab 實驗室和創客空間，尤其是對於兒童來說，其中一點是兒童有非常有趣、有創意的想法，但是想法與實現之間距離非常大。Fab 實驗室和創客空間所做的是將想法及其實現拉得更近——它們使之更容易、更快捷。這些是 21 世紀的錘子、鋸子和剪刀。
這些會取代配備燒杯和本生燈的舊式實驗室嗎？
我們建立和設計的實驗室也可以用於化學和生物學，因為我們希望科學老師使用實驗室來做專案。這些實驗室可以是工程實驗室，也可以是化學和科學實驗室，我認為整合非常重要，以便理解：工程和科學是相互關聯的。
通常，科學實驗室是我們所說的“食譜式實驗室”——它們過於按部就班。這消除了科學的興奮感和探究性。學生們甚至在開始實驗之前就已經知道結果了。當你在這些 Fab 實驗室空間中做科學時，你可以以探究式的方式進行。
您希望學生從在 Fab 實驗室工作中學到什麼？
一個目標是我們希望孩子們學習所有這些新的技能和能力：批判性思維、解決問題的能力、高階溝通技巧。我們希望他們能夠駕馭結構不良的問題，而在這些實驗室中構建專案是學習這些技能的好方法。
但這也關係到學校本身的相關性。五十年前，孩子們可以去上學，然後打棒球或在附近騎腳踏車。今天，如果你是 21 世紀的孩子，你可以做其他十億件事：玩影片遊戲、旅行、上 Facebook、使用電腦、製作影片、作曲。問題是所有這些其他事情都非常引人入勝，而且它們發展非常迅速，但學校仍然和 50 年前差不多。我們需要讓學校更令人興奮、更有趣、更引人注目。否則，它將成為孩子們生活中強制性但無關緊要的一部分。特別是對於來自低收入社群的孩子，因為他們沒有受過大學教育的父母在家幫助他們。我們越能讓學校變得令人興奮和有趣，我們就越能讓低收入兒童受益。因為如果這些孩子在學校看不到任何有趣的東西，他們就會輟學。中產階級孩子不會輟學，因為他們的父母會告訴他們留在學校。
我的理論是，當我們讓學校更令人興奮、更有趣時，我們是在不成比例地幫助最需要幫助的人。
最終目標是在每所學校都設立一個 Fab 實驗室嗎？
我希望美國每所學校都擁有一個 Fab 實驗室或創客空間。但第一步是研究。我看到很多學校的機器人實驗室獲得了大量宣傳，但當你去看看他們做什麼時，是精英孩子——學校 300 人中的 15 人——在使用這些實驗室。我認為重要的是使實驗室成為每個人的場所，而不僅僅是那些孩子。我們需要吸引女性，吸引成績較差的學生。我們投入了大量工作，以避免實驗室看起來像男人的車庫或極客的房間。我們努力設計明亮、色彩鮮豔、引人入勝的空間，以吸引各種孩子。所有這些都來自多次研究迴圈。
你們正在對實驗室進行哪些研究？
我們做的一項研究是關於發現的價值。我們有兩組學生，他們必須學習一個特定的內容主題，一個特定的科學主題。一組學生先觀看影片，然後進行更多基於發現的活動。另一組學生先進行發現活動——在對主題一無所知的情況下——他們可以在其中研究問題，然後再觀看影片。首先進行實驗的小組[在隨後的測驗中]比首先觀看講座的小組得分高 25%。我們做了三項後續研究，我們得到了相同的結果。
這個想法是，無論何時你告訴人們答案，然後讓他們練習，他們學到的東西都遠少於你讓他們先練習然後再告訴他們。你可以想象，其中一個原因是，如果我告訴你答案，然後給你一些實驗裝置，你認為你已經知道答案了，那麼你為什麼要進行實驗呢？你的參與度會降低。這與翻轉課堂正好相反。在翻轉課堂中，你在家看影片，然後在學校做事情。我們現在提出“翻轉的翻轉課堂”，即你先做實驗，然後再看影片。
我們正在進行的另一項研究是研究教師應該給不同專案的學生多少指導。假設你告訴他們你的角色是建造一座橋樑，將這輛車從這個地方運到另一個地方。在一組中，我們給了他們非常具體、循序漸進的指導。我們給另一組非常籠統、更開放式的指導。我們仍在完成報告，但我們發現，當你在開始時給予過多指導時，學生會對指導產生依賴。因此，當我們後來從詳細指導組中移除指導時，這些孩子感到非常緊張。另一組學生則更加靈活，沒有像這組學生那樣感到緊張。（我們使用皮膚電導感測器測量壓力）。
我們正在進行的第三項研究是我們讓孩子們使用不同的材料建造一座塔，然後我們觀察新手如何建造東西，並使用特殊的攝像頭跟蹤他們的動作。這個想法是看看透過建造大量的東西，新手是否開始獲得類似專家的技術。
想象一下一個 Fab 實驗室，孩子們一直都在那裡建造和製作東西。如果他們不能系統化他們的知識，他們可能不會在他們所做的事情上變得更好。我們發現，事實上，大多數孩子需要大量幫助來系統化他們所知道的知識。這不是自發的。這只是表明，當你有這類實驗室時，需要配備完善的人員。你需要有能力的人。否則，孩子們會做一個閃爍的燈，然後在第二天做一個旋轉的馬達，他們看不到兩者之間的聯絡。
大局來看，我們對事物的運作方式有很多直覺，但這些直覺實際上並不科學。比如翻轉課堂，或者先講後練。有時，課堂上的許多老師都在使用這些方法，但從未看過現有研究，這些研究表明可以做得更好。
您獲得了到明年的資助來研究多模態學習分析。您能描述一下那是什麼嗎？
本質上，這是一種我們正在嘗試設計和研究的新型評估模式。它可以幫助教師和研究人員瞭解孩子們的情緒狀態：他們是否在學習，他們是否投入，他們是否壓力過大或壓力不大。
我們使用攝像頭感測器來檢測運動，以及用於壓力和眼動儀的生物感測器來確定注意力的焦點。然後我們使用機器學習技術、先進的計算機演算法來挖掘這些資料並尋找模式——你移動手的模式、喚醒水平的模式、眼球運動的模式。我們使用所有這些來觀察在不太指令碼化的環境中發生的各種學習。當你在建造東西時，你正在調動你的所有感官。
但是大多數老師不是已經很瞭解他們的學生的感受了嗎？
我認為老師們非常善於感知這些東西，但是在 Fab 實驗室和新的創客空間中，規則是不同的。我們沒有很多訓練有素的教師在這些空間中進行教學。人們[在 Fab 實驗室和創客空間]正在做各種各樣的事情：焊接、切割、在電腦上設計，我們對這些更開放空間中的模式知之甚少。試想一下講座和藝術課之間的區別。
我們希望找到這些[行為]模式，並幫助教師學習如何在更具創造性、更開放的方式中進行教學，同時更多地瞭解學生的反應和學習。現在，在這些新空間中的許多教學都是直覺式的，我們希望將更多科學融入其中。關於講座和傳統教學有很多科學研究，現在我們希望建立 Fab 實驗室和創意空間教學的科學。這是我們將使其在公立學校中普及，而不僅僅是在少數精英機構中普及的方式。