1、科技教育课题研究报告课题类别：湖南省教育科学“十一五”规划一般课题课题批准号：XJK06CJJ015学科分类：基础教育课题主持人：谢伟琦，中学高级教师，邵东县第一中学校长主要研究人员： 科技创新教育基地建设的研究与实践课题研究报告一、课题的提出1.缘起：几个有关中国科学素养的调查报告数据引起的思考： “2003年中国公众科学素养调查”结果显示，我国公众的迷信程度仍然严重，值得警惕。 调查结果显示，高达266的人相信“相面”，223的人相信“周公解梦”，204的公众相信“求签”。我国科普设施的普及程度也让人堪忧。调查显示，我国超过9成以上的公众在过去的一年内没有参观过科技馆。参观过3次以上的比例
2、非常低，只有07。大约七成的农村公众和大约四成的城市公众反映他们居住的地区没有科技馆。参观比例最高的科普设施是科普画廊或宣传栏，但是也仅为318。根据调查统计，在各种公众没有去科技馆的原因中，“本地没有”占第一位，比例为577，“没有时间”和“不感兴趣”占第二位和第三位。“门票太贵”并不是影响公众到科技馆参观的主要原因，比例只有18。一份由湖南省科协公布的2007年湖南省第二次公众科学素养调查结果。调查结果显示，湖南每万人中有155人具备基本科学素养，比例为1.55%，比2003年调查结果1.41%比例略高。除正规教育外，大众传播媒体是湖南省公众获得科学技术信息的主要渠道和影响公众科学素质变化
3、的重要因素。电视是主要渠道，92.94%的公众通过电视获得科技信息，此外，报纸、杂志期刊、因特网等媒介均占有一定比重。过去一年里，公众没有利用科普设施的主要原因是本地没有相应的科普设施，不感兴趣和没有时间也是公众没有利用科普设施的重要原因。2005年上海市科教团工委公布当代上海市青少年科学素养调查报告，报告显示，21.99%的被调查青少年完全相信网络算命，12.38%的被调查对象经常阅读算命、占卜等书籍和杂志。从上面的数据可以明显看出，我国现在公众的科学素养比较低，青少年的情况也不很乐观，科普设施严重不足，所以，提高公众的科学素养、加强科普设施建设已经成为当务之急，而形成一个良好的全民科学素养
4、培训体系氛围和加强青少年科普设施建设对于提高青少年科学素养是至关重要的。2. 国外青少年科技创新教育基地的建设随着终身教育和学习化社会的理念渐入人心，各国教育改革者均认识到，只有促使社会系统各个方面的成员共同、积极地参与到科技教育基地改革和建设中，实现系统变革时，普及科技教育、提高科技教育质量才不是梦想。科技创新教育基地逐步走出学校围墙，成为社会各界共同参与的事业，已成为当前国际科技教育改革的必然趋势。3. 国内青少年科技创新教育基地的基本状况为进一步贯彻中华人民共和国科学技术普及法、中共中央 国务院关于加强科学技术普及工作若干意见和中共中央国务院 关于深化教育改革全面推进素质教育的决定的精神
5、，落实关于进一步加强中小学科技教育工作的通知的有关要求，全面推进素质教育，推动青少年科技教育工作的深入开展，科技部、中宣部、教育部和中国科协开展了“全国青少年科技教育基地”的命名工作，首批命名的100 个“全国青少年科技教育基地”，面向青少年开展科技教育,发挥了积极作用，受到广大青少年的欢迎。科技部、中宣部、教育部、中国科协于2002年第四季度命名第二批100个“全国青少年科技教育基地”。 “全国青少年科技教育基地”指在青少年科技教育工作方面具有示范功能和较大影响的单位或机构(包括博物馆、科技文化场馆、青少年科技馆、国家重点实验室、国家工程研究中心、动植物园区、海洋馆、自然保护区、科技名人纪念
6、场馆、自然遗产、文化保护地和其他面向青少年进行科技教育的单位)。综观我国青少年科技创新教育基地的建设和开展情况来看，当前存在的主要问题集中表现在：资源贫乏、总量不足；发展不平衡、分布不合理；政出多门、管理不到位；生存压力增大、工作目标异化；设施老化、人员结构不合理等五个方面，尤其青少年科技活动场所困乏、科普经费不足、缺少有效的资源支持系统成为制约青少年科技活动开展的重要因素。4.我们正在经历着一场新的学习革命。这场革命是由多种因素引发的，从理论上来看建构主义学习理论带来了一套全新的对于学习的认识，而技术的发展则为新型的学习方式打开了广阔的前景。在这样的背景下，青少年科技创新教育必然要经历一场学
7、习方式的变革，以资源为基础的学习活动方式正在兴起，青少年科技创新教育学习资源匮乏已成为青少年科技活动的制约因素。因此，我们提出了“科技创新教育基地建设的研究与实践”的研究课题。本课题的实验研究，有利于进一步贯彻中华人民共和国科学技术普及法、中共中央国务院关于加强科学技术普及工作若干意见和中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定的精神，落实关于进一步加强中小学科技教育工作的通知的有关要求，全面推进素质教育，推动青少年科技教育工作的深入开展，有利于全面贯彻党的教育方针。我校是一所拥有师生员6000多人的省级示范性高中，其办学宗旨是为学生终身发展服务。本课题的研究是质量立校、特色兴校、创
8、新强校的必由之路，是培养学生创新精神和实践能力，提高学生科学素养，加强未成人思想道德建设的有效载体和途径。二、课题假设与研究目标本课题研究基于以下的理论假设：大胆改革科技教育模式，探索一种支持青少年进行科技活动的以基地为核心的各种学习资源的组合；努力研究青少年科技创新教育基地建设的理念模式、规划与设置，为青少年科技创新教育提供立体化的资源支持；研究学校整体科技教育环境的建设，构建学生学习科学的校园科技氛围，根据情境学习理念，以学生为中心，激发学生的内在学习动机，提高学生的学习兴趣，增强环境与学生间的互动性和学生对环境的参与性；提出以科技创新操作教室为核心的科技教育环境建设理念，整合各种社会科技
9、教育资源，因地制宜建设具有当地特色的科技创新教育基地。本课题预期要实现的研究目标包括以下几方面。1. 研究学校整体科技教育环境的建设，构建学生学习科学的校园科技氛围，根据情境学习理念，以学生为中心，激发学生的内在学习动机，提高学生的学习兴趣，增强环境与学生间的互动性和学生对环境的参与性。2.大胆改革科技教育模式，探索一种支持青少年进行科技活动、以基地为核心的各种学习资源的组合。3.努力研究青少年科技创新教育基地建设的理念模式、规划与设置。为青少年科技创新教育提供立体化的资源支持。4.提出以科技创新操作教室为核心的科技教育环境建设理念，整合各种社会科技教育资源，因地制宜建设具有当地特色的科技教育
10、基地的思路。三、课题的界定本课题研究中的“科技创新教育基地”，专指以学校为建设中心整合各种科技活动资源，为小学、初中等青少年人群，开展科技活动提供服务的科技创新教育基地。科技创新教育基地是以科技创新操作教室为核心的科技教育学习环境，整合各种社会科技教育资源，因地制宜建设具有当地特色的科技创新教育基地，为青少年科技创新教育提供立体化的新型资源支持平台。本课题中的“建设”，是指青少年科技活动环境的开发和整合。四、理论基础1.马克思主义关于人的全面发展学说是本课题研究的哲学基础。对中小学进行科技创新教育，旨在丰富他们的课外活动，积极引导他们开展积极向上的、科学的课余文化生活，培养他们的创新精神和实践
11、能力，使他们从小树立“爱科学、学科学、用科学”的良好习惯，全面提高他们的科学素养，使之成为全面发展的一代新人。2.现代脑科学对人的潜能的研究是本课题的生理学依据。中小学科技教育各项活动常常需要眼、耳、手、脑乃至整个肌体做相互协调和默契配合，从而促进学生品德、观察、记忆、思维、想象、创造和情感等智能素质得到全面发展。3.哈肯的协同学理论与皮亚杰的建构主义学习理论是本课题的教学论依据。科技教育的创新不仅需要理念的支持，而且需要适合的载体，以科技创新教育基地为载体，结合整体青少年科技活动环境的创设，为青少年科技教育提供立体化的资源支持。4.创新教育理论。创新教育是指以创新性的教育培养学生的创新精神和
12、创造能力的实践活动。创新教育不只是培养创新精神创新能力的教育，培养创新型人才的教育，而创新型人才的大量涌现离不开教育制度和教育者自身的革新。它首先应是教育自身的创新；不仅是迎接知识经济对教育挑战的呼应，也是每个学习主体自主创造需要的必然要求。5.素质教育理论。素质教育是以促进学生身心发展为目的，以提高国民的思想道德、科学文化、劳动技术、身体心理素质为宗旨的基础教育。素质教育的意义有三：第一是面向全体学生；第二是让学生德、智、体、美全面发展；第三是让学生主动发展。五、研究内容本课题的研究内容主要包括以下方面：1.研究我国基础教育和学科科技教育的背景及意义，了解科技创新教育基地建设的价值及基本理念
13、。2.研究中小学科技教育的体系及课程编排、活动器材的配合使用情况，着重突出中小学科技教育与以基地为核心科技活动环境的协同发展，以全面培养学生的创新精神和实践能力，提高学生的科学素养。3.重视以科技创新实验室为核心的基地建设研究，形成以科技创新操作室为中心，科技陈列室、创新教学室、电脑机器人工作室等为辐射，创新教研室为理论支持的学校科技教育环境，普及科技知识，培养学生的兴趣特长，促进学生全面发展。4.探索科技教育隐性资源的开发，使校园中充满科技情境，使学生在浓厚的科技文化氛围中受到潜移默化的影响。5.加强科技教育活动资源的利用的研究，让学生在活动环境中充分利用各种资源，自主探究，自主学习，成为学
14、习活动的主体。六、研究方法本课题研究过程中拟采用的研究方法主要有：本课题的研究采取以比较实验研究、行动研究法、个案法、文献资料法为主，教育经验总结法进行研究，在实验过程中，强调学生行为，着重学生动手实践行为习惯和能力的培养，引导学生查找相关文献资料，邀请专家指导，进行研究实验。 1.比较实验研究（1）实验基本条件抽样班：调查我县三中、七中、十中、十一中、职业中专五所高中一年级的53个班，近2300人。这5所高中包括省级示范性中学、市级示范性中学和一般高中，既有城区中心高中，也有城郊区高中，还有农村高中，有一定的代表性。在上述5所高中高一年级中各抽取排序在中间的一个班，共5个班作为“抽样班”，共
15、426人；对照班：以我校高中一年级14个班676人作为“对照班”(其中包括我校的高一(7)班，同时也是“抽样班”)，使用同样调查问卷在同一时间进行了调查。（2）对照实验“对照班”：建立科技创新教育基地，开展科技创新教育“抽样班”：开设常规活动课程，开展科技创新教育2. 调查研究法。（1）问卷调查法采用2003年2月国家统计局,中国科学技术协会编制的中国公众科学素养调查问卷，对“抽样班”和 “对照班”学生进行问卷调查。（2）通过实地调查、走访、座谈等方式，全面了解我小科技创新教育基地现状及发展情况，收集学校及教师对基地建设和教育科研工作的建议，广泛听取教育研究专家对加强基地建设、教育科研工作的意
16、见和建议。 3、文献研究法。查阅国内外有关科技创新教育基地建设和青少年科技教育的研究报告、调查报告、论文、著作、报道等，寻找本课题实施的理论依据以及可资借鉴的优秀经验。通过文献研究启迪课题组成员的思想，开阔研究思路。 4、经验总结法。我校的科技创新教育基地建设和青少年科技教育教育研究的成绩和水平位居全省前列。要及时总结我校的基地建设经验，为构建“科技创新教育基地建设”、深化和推广基地建设工作创造条件。 5、行动研究法。强调对基地建设和青少年科技教育本身的反思与研究，发现、分析我校基地建设的教育科研存在的问题，采取改进措施，拟定改进计划，强化“教师即研究者”的思想，引导一线教师参与基地建设的教研
17、工作，成为教育研究的主人，使教师将研究工作与教育教学工作紧密结合起来。七、研究过程第一阶段（2005年9月2006年2月）实验前期准备阶段 第二阶段（2006年2月2007年2月）实验研究运作阶段 1.理论研究科技创新操作室是针对目前科技教育中普遍存在的缺少 学生自主探究的空间，缺少学生探究所需要的环境、材料和工具，使得以建构主义为理论基础的学生自主学刁难以真正得到落实的困难而建立的。因此，科技创新操作室的建立首先是一种教育理念的转变。它把原来封闭的、固比的以救材，教具和学具为支持的学习转变为开放的、变化的以多种资源为支持的教学，更加关注学习环境对青少年学习的影响，重视学习环境的情境性、互动性
18、、资源性、开放性和协作性。（1）科技创新操作室的目的科技创新操作室的目的是使学习环境处处体现以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。科技创新操作室从四个用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、学习的人际环境相学习课程资源环境。其中学习设备设施环境包括室内资料台、交往台、工具台、实验台、网络台等。（2）科技创新操作室的基本理念注重科技创新精神和能力的培养科技创新操作室通过开放式教学，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。肯定学生的“际新立异”、“异想天开”，努力保护学生的好奇心、求知欲和想像力，进而激发学生的创新热情
19、，形成学生的刨新意识，培养学生的创新精神，训练学生的思维能力。注重引导学生改变学习方式科技创新操作室里的学习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、应朋知识、解决问钮。敬帅刨设开放的问题情境，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、抓工、处理、应用相关信息，回答或解决现实问题。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20世纪80年代以来，尤其是进入信息让会以来，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
20、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。科技创新操作室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、情感支流的过程，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优，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、进行合作性学习，往往会取得事半功倍的学习效果。合作学习可以促进学生情感性、社会性的发展，增进学生间的理解和交往。将学生置于日常社会生活的实际情境之中或许能成为吸引学生进行有意义学习的最有价值的万法。注重手脑互动的
21、有机结合手脑互动富有创造性。即学生们富有幻想的东西，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，为中国的青少年教育提供了一个实施索质教育的有效载体，磁石般地吸引众多的少年儿童。注重通过真实的任务，培养学生综合解决问题的实践能力学以致用，永远是教育的最直接目的。因此，给学生提供更多的动手机会，让学生参与更多的实践操作，是开展科技教育的必要条件。学生在课党上、书本里所学到的理论，只有
22、与丰富的社会实践相结合，才能变得鲜活起来；只有经过自已的亲身实践，知识才能变得丰满、深刻。建立以资源为支持的学习在操作室中提供的不仅仅是教学的仪器设备和教具学具，而是提供自主学习探究所需要的丰富的资源支恃。包括活动方案、图书资料、网络资源、工具、仪器设备、材料、学习的认知工具等。总之，合作交往氛围的创设、自主学习环境的建设、仿佛教育资源的提供、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，都应该是科技刨新操作室的基本理念。我们以操作室为载体，通过提供立体化的资源支持，改变科技活动的教学方式，真正使科技活动变为学生的自主学习，实现从单纯的活动到探究、从制作到
23、设计、从模仿到创造的转变。（3）科技创新操作作室的设计原则 以学生为中心的原则 科技创新操作室是一个以学生为中心的学习环境，它为学生的自主学习创造条件和提供支持。在这一环境中既不是教师完全放任，让学生自己学习，也不是学生完全在教师的控制之下的学习。它取决于学生的认知水平和认知风格，由此决定教师或者环境能提供什么样的帮助。科技创新操作室突出学生的选择性，它给学生提供更多的选择机会。在明确任务的前提下，采用什么样的解决方案、采用什么样的获取资料的方式、采用什么样的工具和材料完全由学生自已决定。因此，操作室是开放的；工具材料的开放、网络的开放、资料的开放等。同时，操作室也必须是资源丰富的，二者相辅相
24、成。只有资源的足够丰富，才能保证学生的选择。以学生为中心的学习环境的设计还包括评价与指导同步。评价是学习活动的组成部分，学生不仅可以通过评价检测是否达到预期的教学目标，而且还可以通过评价后的反馈来改进学习方法，更为有效的意义建构。在自主学习中，由于学习者可以按照自已的认知结构、学习方式，选择自己需要的知识，开以自定的进度进行学习，所以评价方法多以个人的自我评价为主，评价的内容也不是掌握知识数量的多少，而是自主学习的能力、协作学习的精神等。以资源为支持的原则科技创新操作室中教师的任务已经由传播信息转变为帮助学生接收和理解信息。因此，科技创新操作室必须给学生提供丰富的学习资源，包括教科书、视听媒体
25、、计算机工具软件、教师指导或引导学习的嵌人式教学课件，以及Internet上的有关信息，基于Web的资源库等。为了帮助学生自主学习，科技创新操作室还应该为学生提供自主学习的帮助，即建构主义所提出的学习的支架。它包括对认知工具使用的帮助，对学生困难的帮助，以利于学生的自主学习。我们提供了学生使用工具的挂图，对探究方法、设计与制作方法提供帮助的挂图，提供了适应不同学生学习层次的活动方案。在不同层次的活动方案中我们会提供不同程度的帮助。并提供方法、技能、评价的支持，提供迸一步学习的线索和帮助。情境性原则科技创新操作室力图给学生创设一个更接近真实生活的环境，所有的工具和材料都不是孤立的，它应该为学生提
26、供一个情境化的学习环境。情境化的创设可以根据活动主题进行。根掘活动的主题把背景、工具、材料和活动方案进行组合，形成一种情境化的学习环境，使学生能够了解知识的相互联系和应用脉络。这样，学生的学习就不是孤立的知识和简单的技能，而是解决实际问题的综合能力，这种能力由于是在接近真实的情境中获得的，因而它能够迁移，改变了学生的高分低能现象。互动、协作交流的原则科技创新操作室应该给学生提供互动、协作交流的机会，这样学生是在一个学习共同体中进行社会化的学习，便于学生的合作交流。因此，操作室作室的工作台的设计为梯形，改变原来传统的秧苗式的排放方式，根据教室的不同，活动内容的不同，可以随意组合不同的座位摆放方式
27、，比如蛇形、圆形、六角形等，便于学生的小组合作和共同学习。教师的位置也不一定是传统的在教室的前方，而可以根据实际需要在不同的位置对学生进行指导。这样，首先从环境上创造出便于合作交流的学习环境，改变了传统的传授式的教学所安排的等级、单向的学习环境。学生学习的成效依赖于多种因素，包括课程、教学、学习环境、对学生的评价，这些活动应该置于情境化的背景之中，并得到一定的技术支持，比如网络、多媒体、计算机辅助教学系统、促进学生自助式学习的教学软件，等等。因此，促进学生的学习环境的建设与学习资源的开发是密切相关的，有效地促进学生自助学习的学习环境必定是以丰富的学习资源为支持的。2.应用研究基地面向未来，以培
28、养学生的创新精神和实践能力为重点，注重培养学生的科学、技术和人文素养；培养学生学习适应终身学习要求的基础技术知识和基本技能；养成健康的审美情趣和生活方式，成为有理想、有道德、有文化、有纪律的一代新人。基地向青少年进行科技普及教育和技术教育，发展青少年以信息收集与处理、技术设计与操作为核心的初步技术能力，活动中强调体现创新精神，实施以设计为核心的现代科学技术教育思想，在以操作性学习为基本特征的教育中，使学生获得积极的劳动技术体验。该基地也是我校实施基础教育课程改革中综合实践活动的重要活动场所，同时也是学校研究性学习学生的实践场所，是学校密切联系社会的桥梁。基地的建设、发展及其在素质教育中所发挥的
29、重要作用，已作为我县基础教育改革的重要课题，正在深入进行研究，并在全县推广科技创新教育基地的建设。（2）基地的组织机构基地在学校党委和行政部门的直接领导下，基地办公室对基地的建设与发展进行规划和实施，对基地日常活动、组织培训、校内协调、对外联系、基地经费等进行管理。在学校党委和行政领导下，各教研组和各科室积极支持基地工作，使基地与其他部门的工作能够协调发展。基地依托学校的科技教育学习资源，设有专门活动室个。各活动室由大专门教师任教，他们根据中学生的认知结构特征，设计了相应的简单的技术实践活动和科普活动内容。（3）基地各活动室简介金工技能活动室有各类机床30多台。学生了解认识各种机床的工作原理，
30、在安全情况下自己操作各种机床，在教师的帮助下体验机床的通电操作。学生要学习最简单的机械图的识图，学会绘制如小锤子等简单零件图，并能根据自己的设计，应用常用的金工工具及机床等制作小零件。活动中让学生初步了解车、钳、刨、铣、铸造、板焊、热处理、木模、划线、装配、修理等技术，培养初步的金工基本技能。互动式技术活动室有基本具备加工性能的微型机床50台（锯床25台、锣床12台、钻床3台、车床2台、铣床2台、磨床3台、手持磨机3台）。学生通过对机床结构、机床性能及其操作方法的学习，初步了解机械加工工艺及设备。初步学习简单的机械制图原理，鼓励学生创造性地自行设计一项作品，并用木质材料加工出该产品。机器人活动
31、室有机器人核心套装20套、配套的计算机20台及测试台。在活动中，学生学习初步的机器人控制原理，以创新精神进行设计，通过使用可编程乐高积木RCX微型电脑，搭建智能机器人模型，用ROBOLAB软件中的现代图形化的编程语言来编写程序，控制机器人的行动，把机械、电子、数学、电脑编程、科学及技术等多学科知识融于一体。计算机信息技术活动室依托学校的计算机站建立的“青少年计算机信息技术活动室”，让学生学习计算机信息的基础知识。学生在设计探究性课题，完成探究性课题的信息资料获取、分析和应用的过程中，学习计算机信息技术，在教师的指导下，编制12个简单的小游戏软件。趣味化学实验室学生应用所学的化学知识，在教师的指
32、导下，自己动手制作小化工产品。了解小化工生产的一般设计原理和生产方法。例如：从果皮中提取果胶，制备果酱、果冻；洗面奶和防晒霜的配制；肥皂、洗衣粉的生产方法等。科技制作活动室具有电子电工制作的仪器设备，能够开展各种电子技术实验，比如模拟电子技术的放大电路、功放电路、数字电子技术的各种逻辑门电路实验；学生初步学习了解简单的电和电子方面理论知识；认识常用电子元器件、万用表的作用，使用方法，简单介绍电子试验的目的、方法；重点启发学生进行电子产品设计，了解步骤和制作全过程，让学生设计制作一个声控电子延时控制器。航模活动室航模活动室具有学习和制作初级航模飞机的设备及器材，有三架演示用遥控飞机模型。学生初步学习模型飞机飞行原理，了解和掌握航空模型的最基本知识，了解航空
