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当今世界，科学技术日新月异、国际竞争日趋激烈，着力提高青少年科技精神和素养的科技教育已经成为各国教育改革的热点问题。科技教育在思想和模式方面都面临着创新。《中国青少年科技教育事实纲要》、《全民科技素养纲要》等文件的相继公布，为科技教育开展带来从来没有的良好形势、新任务、新问题、新机遇，呼唤着新思路、新对策，更需要以新的科技教育理念，引导科技教育向深层发展。科技创新操作室的建设就是一种新的创新思路，为科技教育的在学校里蓬勃开展提供一种新的思路。
一． 科技教育创新操作室提出的背景
科学技术的发展和以科学技术为基础的工业不仅对人类的物质生活产生了越来越重要
的影响，而且还影响人类的思维方式。科学已经成为人类遗产中重要的组成部分。科学知识和科学的世界观几乎对人类日常生活的所有方面都具有现实的影响。公众对世界范围内的科学技术的熟悉也对个人、社会和政治决定具有日益重要的意义。
美国科促会的著名的学者建议使未来的公民通过学校教育对"科学、数学和技术的事业"获得广泛而完全的了解。他们认为，一个具备科学素养的公民，应该是"了解科学、技术和数学是具有推动力量和局限性的独立的事业，理解科学重要的概念和原理，熟悉自然世界并承认其多样性和统一性，并能够运用科学知识和科学的思维方式考虑的处理个人和社会的问题。"美国科促会所提出的这个科学教育方案是十分全面的。其内容不仅涉及到科学和技术的原理，而且包含有科学的研究过程和方法、科学发展史、科学技术与社会之间的关系。
科学技术内容已经成为印度从小学到高中（10年级）的核心课程中重要的部分。1989年美国科促会（AAAS）提出2061计划，计划的主要报告是《为全体美国人的科学》（"Science
for All Americans"）。这个报告同时也是2061计划的主要纲领性的文件。在这个报告中，作者以未来的发展情况和未来的工业化的发达社会的需求为基础提出了科学素养的概念。报告是由专家对5个独立的科学技术领域提出科学技术教育的改革目标。这5个科学技术领域是：物理和信息科学以及工程学；生物与保健科学；社会和行为科学；数学；技术。报告强调："在下一代人的平均寿命中，人类的生存和条件和环境将发生重大的变化。科学、数学和技术将是这种变化的中心--它将引发这种变化、形成这种变化并对这种变化作出反应。因此，这些科学技术将对在未来世界中生活的今天的儿童是至关重要的。"
中小学生科技教育，在培养青少年的创新意识和实践能力方面发挥着不可替代的作用，是实施素质教育的重要载体之一。我国青少年科技教育，几年来也积累了不少经验。但根据课题组"九五"期间的研究，中小学科技教育还存在许多问题，突出表现由于科技教育课程的不健全，科技实验室的普遍缺乏，使得科技教育难以落到实处，学生缺乏在教室以外进行探究式学习的机会。即使在青少年科技教育开展得比较普遍的地区，学校青少年科技教育也普遍缺乏创新性。科技教育多以课外活动的形式开展，没有形成系统的课程，使得科学态度、探究能力、创新精神和增进对科技与社会关系理解等方面的作用相对薄弱。从科技素养的培养方面看，在科学态度与科学精神、科技思想与科技价值观等层面上的训练比较薄弱。当前我国青少年科技教育的发展还远远不能适应飞速发展的时代大批具有较高科技素养的建设人才的需求。
总之，科学与技术成为经济发展的重要推动力，是世界文明发展的重要力量。技术教育正在与科学教育一样成为世界学校教育内容的重要组成部分。在理论研究中，如何理解科技教育，如何通过科学探究活动促进儿童对科技的理解，如何在科学活动中培养儿童的创造性思维和培养学生的创造性。如何培养学生的科技素养、如何在学校中开展科学教育与技术教育、科技教育与人文教育的有机结合，还都有许多问题值得深入研究。本课题将以科技教育创新操作室建设为载体，研究学校科技教育的理论和模式。
二．科技教育创新操作室的理论基础
（一）建构主义的思想基础
建构注意强调以学生为中心，表现在：（1）要在学习过程中充分发挥学生的主动性， 要能体现出学生的首创精神；（1）要让学生有多种机会在不同的情境下去应用他们所学的知识（将知识"外化"）；（3）要让学生能根据自身行动的反馈信息来形成对客观事物的认识和解决实际问题的方案（实现自我反馈）。
建构主义为创新操作室的建设提供了以下理论依据：
1．强�"协作学习"对意义建构的关键作用
建构主义认为，学习者与周围环境的交互作用，对于学习内容的理解（即对知识意
义的建构）起着关键性的作用。这是建构主义的核心概念之一。学生们在教师的组织和
引导下一起讨论和交流，共同建立起学习群体并成为其中的一员。在这样的群体中，共
同批判地考察各种理论、观点、信仰和假说；进行协商和辩论，先内部协商（即和自身
争辩到底哪一种观点正确），然后再相互协商（即对当前问题摆出各自的看法、论据及
有关材料并对别人的观点作出分析和评论）。通过这样的协作学习环境，学习者群体（
包括教师和每位学生）的思维与智慧就可以被整个群体所共享，即整个学习群体共同完
成对所学知识的意义建构，而不是其中的某一位或某几位学生完成意义建构。
2．强调对学习环境（而非教学环境）的设计
学习是在一定教学"情境"下发生的，学习环境是学习者可以在其中进行自由探索和自主学习的场所。在此环境中学生可以利用各种工具和信息资源（如文字材料、书籍、音像资料、CAI与多媒体课件以及Internet
上的信息等）来达到自己的学习目标。在这一过程中学生不仅能得到教师的帮助与支持，而且学生之间也可以相互协作和支持。按照这种观念，学习应当被促进和支持而不应受到严格的控制与支配；学习环境则是一个支持和促进学习的场所。在个性教育理论指导下的教学设计应是非常重视学习环境而非教学环境的设计。这是因为，教学意味着更多的控制与支配，而学习则意味着更多的主动与自由。
3．强调利用各种信息资源来支持"学"（而非支持"教"）
教学信息资源选择的目的是为了支持学习者的主动探索和完成意义建构，在学习过程中要为学习者提供各种信息资源（包括各种类型的教学媒体和教学资料）。但是必须明确：这里利用这些媒体和资料并非用于辅助教师的讲解和演示，而是用于支持学生的自主学习和协作式探索。因此对传统教学设计中有�"教学媒体的选择与设计"这一部分，将有全新的处理方式。例如在传统教学设计中，对媒体的呈现要根据学生的认知心理和年龄特征作精心的设计。现在由于把媒体的选择、使用与控制的权力交给了学生，这种设计就完全没有必要了。
4．强调学习过程的最终目的是完成意义建构（而非完成教学目标）
在传统教学设计中，教学目标是高于一切的，它既是教学过程的出发点，又是教学
过程的归宿。通过教学目标分析可以确定所需的教学内容和教学内容的安排次序；教学
目标还是检查最终教学效果和进行教学评估的依据。但是在个性化学习环境中，由于
以学习为中心组织教学，所以是把学生对知识的获得作为整个学习过程的最终目的。在这样的学习环境中，教学设计通常不是从分析教学目标开始，而是从如何创设有利于学生自主学习的情境开始，整个教学设计过程紧紧围绕"意义建构"这个中心而展开，不论是学生的独立探索、协作学习还是教师辅导，总之，学习过程中的一切活动都要从属于这一中心，都要有利于完成和深化对所学知识的意义建构。
（二）教学环境论的思想基础
学习环境的建设能够从根本上引发教育观念的变革、教育方式的变化，即由传统的以教师为中心的传承教育，向以学习者为中心的继承性学习与自主创新学习型学习方式相结合。在传统教育中学习环境仅仅作为间接的、潜在的媒介对教育发生着作用，而在以学习者为中心的学习环境创设，则把学习环境作为促进和刺激学习活动的直接和间接因素，也是直接的教育资源。学习环境成为制约从教的学习向学的学习观念转变的重要因素，学生能否高质量高效益的地进行探究性的问题解决的学习，关键在于学校、家庭与社区社会能否创造一个弹性的、余暇的、自律的学习环境。
学习环境为学习方式的改变提供条件。学习环境与教育环境相比：显然前者的视野更为符合教育改革的时代精神，内涵更为丰富，更为具体、更为可操作，使人们的视野更为广阔、目光更为深邃。当然学习环境的称谓并不否定以往教育环境的研究成果。恰恰相反，它是以往教育环境建设研究的一种必然结果，是建立在以往大量优秀教育环境研究成果基础上的新的思考。从构建终身学习的角度，来考虑学习环境的改善，学习环境改善不仅是一种是一种环境文化，而是还必须研究学习环境建设更重要教育意义。学习环境则是指学校的主体学习者在整个学校生活中所依赖的学校面貌、制度规范和精神风貌等。
学习环境作为参与系活动的共同体，作为个体认知的媒介，对学习者的认知、情感、行为将产生直接间接、显在与潜在的影响。物质环境、人文环境、文化环境构成了学习环境的基本要素，对学习活动具有不同的功能。空间、时间、设施设备、规模等作为影响学习活动的物质环境，人际关系、指导形式、学习形式等作为影响学习活动的人的环境，学校的校风、班风、学风等作为影响学习活动的文化环境，对学生的学习将产生不同的影响。
如果说传统的学习环境主要是立足于教的原理，突出了划一性、封闭性、僵硬性、单一目的性的特点，从而导致学习环境的低效益、他律性、压抑性的弊端，那么，在倡导学的原理的今天，客观上要求摆脱传统学习环境的弊端向个性化、开放性、多目的性的发展，促进学习环境利用得高效性、自律性。
创新操作室非常重视学习环境的建设。在构建学习者为中心的环境中下功夫 ，让学校的学习环境处处体现为学习者为中心的思想，处处体现对学习者的尊重与关怀，对科技创新的注重和倡导。室内的设备不一定室现代化的设施，而在于一种以学习者为中心的理念，学习学习环境的建设在于处处体现为学习者着想的思想。把教育环境变成适宜学习者开展创新学习的环境。
创新操作室良好的学习环境凭借着其丰富的科技教育资源惠和求创新的文化底蕴，以适宜学习者学习、思考、探索、研究的氛围而吸引学生。在良好学习环境中，人的创造性潜能才能得到发挥，创造的激情才能不断迸发出来。创新操作室将从四个角度展开学习环境的建设：学习设备条件环境、学习的文化氛围、学习的人际环境和学习课程资源环境。其中学校设备设施环境则包括室内资料台、交往台、工具台、实验台、网络台等。
三．科技创新操作室长到的基本理念
科技教育创新操作室其目的是在学校建立专门为科技教育服务的专业实验室，让师生在实验室里自由进行科技操作，让学生了解科技发展，学科学、用科学、做科学，掌握科技基础知识和基本技能，探索形成一种适合自己的科技学习方法，形成重实验、重操作、重应用、重探究、重创新、重交流的科学学习的良好的学习态度和学习惯；能运用现代信息技术手段获取、分析、组织和使用各种信息，发展终身学习的能力；培养学生具有创新精神和探究问题、独立思考的能力，掌握提出问题、分析问题并进而解决问题的本领，具有科学精神和科学态度；善于在操作中学习，掌握必要的科技活动技能。最终真正达到培养学生灵活的思维方式和较强的动手能力，特别是合作精神及沟通能力，这些现代公民的基本素质的目的。
1．注重科技创新精神和能力的培养
创造原本是人类生存发展的重要特征和手段。创新的本质是求异和超越。创新有层次之分，中小学教育主要是为学生成为创新人才打好基础，做好准备。叶圣陶先生早就说过�"儿童遇到事物，发生了求知的动机，于是亲自去观察，去试验，结果，他们对于这事物得到了一宗新知识，他们在生活中就有了一个新趋向。这种活动创造的能力，什么时候什么地方都用得着，这才是做人的根本方法。学校教育能注重这一点，学生就能不断创造，以谋求社会的进步"。
创新操作室就是要通过开放式教学，营造积极的思维状态和宽松的思维氛围，培养学生敢于思考，善于思考。这肯定学生的"标新立异"、"异想天开"，努力保护学生的好奇心、求知欲和想象力，进而激发学生的创新热情，形成学生的创新意识，培养学生的创新精神，训练学生的思维能力。
2．注重引导学生改变学习方式。
信息时代学生的学习，不仅在于改造我们的教法，也要求我们引导学生改变学习的习惯、方法、态度和精神。教育不能仅仅关注对有限信息的记忆，促进发现、探索、研究性的学习具有特殊意义。实施以创新精神和实践能力为重点的素质教育，关键是改变学生单纯接受教师知识传输的学习方式，帮助学生形成一种主动探求人类文化知识、积极运用理论知识解决实际问题的学习方式。
科技创新操作室里的学习事实上属于一种研究性学习，要求学生在教师指导下，从自己的学习生活和社会生活中选择感兴趣的科学研究专题，采取类似于科学研究的方式，主动地获取知识、应用知识、解决问题。
组织、指导学生开展科技阅读，活的科技信息，开展探究性学习，激发学习者发现问题、提出问题、研究问题、解决问题的动机，让学习者掌握学习策略，懂得学什么、为什么学和怎样学的问题。人类有所发现、有所发明、有所创造的潜能，绝不是课堂上讲解出来的。教师创设开放的问题情景，引导学生进入主动探求知识的过程，使学生围绕某类主题调查搜索、加工、处理应用相关信息，回答或解决现实问题，这样的教育和训练正在变得越来越重要。
3．注重学生的交往与合作
杨振宁博士指出，如果说在过去还有可能一个人独立完成诺贝尔奖项的话，那么，进入80年代以来，尤其是进入信息社会以来，没有人们的共同参与，相互合作，任何重大发明创造都是不可能的。在经济一体化与专业分工日趋精细的大趋势之下，合作意识与合作能力已经成为人们生存发展的重要品质。
教学活动应该努力创设合作式学习的情境，切实为学生养成合作意识与发展协作能力搭建舞台。课堂上，应该给学生更多地提供互相交流、共同切磋的机会；活动中，应该为学生更多地创设相互协作，共同参与的环境；生活中，应该使学生更多地体验互相帮助、共同分享快乐。让学生在充满合作机会的个体与群体的交往中，学会沟通、学会互助、学会分享，既能够尊重他人、理解他人、欣赏他人，同时也能使自己更好地得到他人的尊重、理解与欣赏。
科技创新操作室将为营造师生共同学习、探索和研究问题的环境氛围，建立对话式、交互式的教学模式，提供场所和实验田。教学过程是生命的碰撞、情感交流的过程，是师生之间、同学之间多项情感的交流过程，交往是教学的基本特征，学生在教学过程中，不仅要向教师学习，更重要的是向同学学习。采用小组的形式，围绕学习活动、作业进行合作性学习，往往取得事半功倍的学习效果。合作学习可以促进学生情感性、社会性发展，促进理解和交往。将学生置于日常社会生活的实际情景之中或许能成为吸引学生进行有意义学习的最有价值的方法。
4．注重手脑互动的有机结合。
手脑互动--富有创造性。即孩子们富有幻想的东西，通过动手设计与制作变为现实，达到心灵手巧、触类旁通，打破了"创造发明"和"科技创作"的神秘感。
实践感悟--富有操作性。即在切身实践创作过程中，增强自信心和成就感，激发求知欲和创作热情，体验动手劳动的乐趣。它涉及数学、语文、物理、机械、建筑、天文、历史等多学科领域，为中国的幼儿及小学教育提供了一个实施素质教育的有效载体，磁石般地吸引众多的少年儿童。
5．注重学生学以致用
学以致用，永远是教育的最直接目的。因此，给学生提供更多的动手的机会，让学生参与更多的实践操作中，是开展科技教育的必要条件。学生在课堂上、书本里所学到的理论，只有与丰富的社会实践相结合，才能变得鲜活起来；只有经过自己的亲身实践，知识才能变得丰满、深刻。
心理学的有关研究成果也表明：听和看虽然可以帮助学生获得一定的信息和学识，但远远不如动手操作给人的印象那样深刻，不如动手操作掌握得那样牢固，不如动手操作更能将有关知识转化为实践行为和能力。国际学习科学研究领域有句名言：听来的忘得快，看到的记得住，动手做更能学得好。这里所强调的，就是动手操作、学以致用的重要性。
总之，合作交往氛围的创设、自主学习环境的建设、丰富教育资源的提供、科学探究精神的倡导、动手操作行为的鼓励、创新思维和精神的张扬、综合应用能力的培养等，都应该是科技创新操作室的基本理念。
四． 科技教育创新操作室的功能多样性
传统的教室和实验室设置，主要是为满足单一的班级授课制学科教学，可以说是传统基础学校学习环境创设配置的主要特色，它为教的学习创造了条件，教室成为教师专有性的场所，图书馆、计算室等文化设施仅仅是信息收集与加工的场所，走廊、中庭、室外仅仅是休闲、行走的场所等等，这种学习环境的单一目的性，在满足传统教育�"三中心"方面发挥了重要作用，在倡导校本课程、综合实践活动课程、自主性的探究学习方式的今天，已经无法适应。因此，要求学校的学习实验室的建设走向多目的性、多功能性、高效性。
1．适应综合实践活动课程开发与实施的需要
学校要为科技创新活动提供探究、操作、创作、表现活动等创造弹性的、伸展性的时空，保证学生学习的连续性诸如学生的某些凋查性、实验性、创作性的学习活动，使其成为学生连续性、长期性探究性学习、操作与创作的环境资源。
2．适应学生自主探究的需要
创新操作室不仅腰满足教师教学的需要，而且更要满足学生自律的、自主性学习的
需要，成为师生共同享用的场所，改变传统教室空间教师的特权性、专有性的倾向。另一方面，要改变传统教室空间的固定化、划一化的设计模式，使其富于变化性、新异性，从而营造良好的学习氛围。创新操作室不仅要为课堂教学服务，而且也仅要为学生的课外学习提供一定的空间，是学生学校生活的重要组成部分。
3．适应不同学年的学生开展合作学习的需要
长期以来传统的基础学校所形成的'"班级王国"，在某种程度上实现了同年龄学生
之间的共生关系，但却阻碍了异年龄、异质集团人际关系的形成。以科技教育为纽带，促进同年龄、异年龄、异质集团之间的联系性、开放性、是促进学生个体摆脱孤独化倾向，建立起个人与他人之间的共生关系，形成丰富的人间性和社会性的基本前提。
4．适应不同学科教师开展合作教学的需要
开发和实施科教教育、个性化学习，是当代基础教育课程与教学改革的基本趋势。客观上要求教师与校外人才、校内教师之间的有机合作，以适应高度综合而复杂的学习内容、多样化个别学习和小组学习形式的需要。而长期形成的班级指导体制、学科指导体制，一方面促进了学科课程的专门化、结构化、体系化，另一方面强化了教师教育的专职性、独立性，导致教师之间的封闭性，使不同学科、不同学年教师之间难以建立和谐的人际关系。因此，打破单一学科指导的体制，建立合作的教师指导体制，客观上要求教师之间走向开放性，促进校内与校外之间、学年之间、学科之间教师的合作性，以充分发挥教师的个性特长，促进建立良好的人际关系。
5．适应学生对多样化学习环境的需要
自主的、自律的探究性学习活动的特点，要求校舍设施空间环境的开放性：一是促进
校舍设施之间的开放性，使教室内外、走廊之间、班级之间成为连续的开放性的空间，以扩大班级和学年之间的交流；二是促进普通教室空间的开放性，改变传统教室桌椅摆放的
形式，由单一的、集中的秧田式改变为多样的扩散型，以适应集体学习、小组学习和个别学习等的需要，满足学生主动性探究、交流、操作、活动的需要，促进身心解放。三是促进文化设施、特别教室之间的开放性，学校的图书馆、计算机室、特别教室要面向学生开放，使其成为信息收集、加工、处理、操作的自由学习与研究的中心。在倡导综合实践活动课程和个性化、个别化学习形式的今天，内在地要求克服传统班级授课制僵硬化的弊端，为学生多样化的学习创造灵活的、柔软而有弹性的时空环境和指导形式。
总之，创新操作室功能是多样化的，是一种综合性专业实验室，既面向全体学生，作为课堂教学使用，又为学生特长学生自由探究提供了开放的时间和空间，作为兴趣小组使用。操作室里的设施应该随学年的变化是一种动态的，而非静态的。它与现有的专业实验室是功能互补的，强调综合化，是现有实验室的补充，而非代替，作用也是多功能的。
五．科技教育创新操作室使用的灵活性
科技创新操作室力图改变传统的科技活动方式和教学方式。它应该是由若干活动区域构成，主要包括：任务台－操作台－工具箱－资源箱－求助台（科技资料、求助台）－展示台。
科技创新操作室建立起来以后，为教师和学生共同使用，那么教师和学生在操作室都能开展哪些活动？
（一）教师指导、学生探究，让学生按照科学家搞科研的程序工作，确定课题、反复实验、采集数据－撰写论文。教师的重要任务是参与到学生的科学探究活动中去，与学生一起学习、探索，同时提高自身的素质，实现自己的专业化成长。
1．培养学生的科学探究的兴趣和能力。精心呵护和大力培植学生的科技活动的兴趣，使它们得以保持和发展。鼓励学生亲自动手操作，尊重事实，敢于发表自己的见解；有责任心，善于与人合作；有进取心，乐于解决生活中的实际问题。全面提高学生的科学文化素养，为他们未来能适应社会，幸福地生活打好基础。
2．为学生开展科技活动提供支持和帮助，提供具有多种教育价值的内容和有适宜结构的材料。根据《纲要》对科技教育内容的规定，灵活多样地开发与设计突出本土化并体现地方特色的案例，从学生身边选择易于获得的和有科技教育素材，开拓教育内容，为学生开展丰富多样的科技活动提供资源支持。
3．引导孩子们观察和发现问题，鼓励他们自己尝试着动手解决问题。引导学生亲历科学探究、科学发现的过程--提出问题、猜想预测、动手操作、记录信息、解释讨论、得出结论、表达交流，发展孩子们探究解决问题的能力。
4．对学生开展科技活动进行激励性评价。鼓励学生的点滴创新、鼓励学生独立开展科技设计和制作。对学生开展的科技活动评价要方法与过程、交流与合作、体验与应用、全员参与等并重。
（二）学生在科技教育创新操作室则可以自己做实验，自己表述思想，通过讨论理解，通过与他人的观点进行比较，通过实验结果的比较而学习，并验证实验结果的适应性和有效性，开展自主性学习。
1．学生将自己动手、动脑，开展学科学、用科学的活动。充分体验科学探究、科学发现的整个过程，从而发展自己的探究与解决问题的能力。了解科学活动过程：提出假设----动手操作----记录信息并得出结论----表达与交流四个环节。亲历科学探究过程，体验科学探究的乐趣，认识到科学与自己生活的密切关系，并在学科学的过程中学会尊重他人、学会遵守规则。
2．充分有效地利用操作室的科技教育资源，开展多样的科技教育活动。操作室里设有资源库和网络信息台， 学生可以在教师的指导下，上网查阅资料，设计实验，开展科技活动。
3．开展多重形式的科技活动。一次科学探究、一次科学实验、一次科学模拟、一次可体验、一个科技设计、一个科技制作、一次材料收集、一次交流汇报，等都可能成为在创新科技操作室开展活动的重要方式和手段。这些建议性的活动，都是锻炼学生设计、分析、思考、行动诸方面能力的好机会。
4．创新操作室的建立也将为学生正在开展的综合性、社会性、实践性的新型课程实验、小论文写作、研究性学习、"自研式活动课"、"跨学科研究活动指导"、"人与自然的系列研究"等提供场所。科技教育活动的开展，将大大拓展学生学习的空间，为发现和开发学生多方面的潜能，提供更多的可能性。
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