师范院校科技制作实验室建设的思考

冯煤生， 律 原， 徐 燕

（首都师范大学初等教育学院，北京 100080）

0 引言

随着中小学科技教育改革的发展，社会急需师范院校培养合格的科技教师。小学的科学课、劳技课、综合实践活动课，中学的通用技术课以及中小学课外兴趣小组的指导，参加科技制作、发明创新竞赛等工作等等，都已成为科技教师的基本工作，这对于师范生，特别是理科师范生的专业能力提出了新的要求。关于师范生在校所学课程能否适应其毕业后所承担的教学工作的问题，祝家清教授曾进行了大规模调查，结果表明：69.5%的师范生认为在校所学的课程不太适应实际的教学工作［2］。为了改变这种现状，各地高等师范院校先后成立科学教育或科技教育专业，进行课程改革，探索人才培养新模式。在这种改革中，涉及物理、化学、地理和生物等学科知识与实验技能的整合与发展，可以利用各院校原有的资源，包括师资、实验室以及仪器设备等来实现［3］。但是，涉及科技制作、动手能力等，由于高等师范院校原来没有这方面的资源，因此需要建设相应的实验室。在这项工作中，由于缺乏经验，会遇到许多问题和困难。首都师范大学初等教育学院，自2002年起设立科学教育专业，并建立了相应的科技制作实验室。经过近10年的探索初步积累了一些科技制作实验室建设的经验。现结合初等教育学院科技制作实验室的建设过程，对科技制作实验室的功能定位、设备配置、课程与师资队伍建设等问题进行详细的讨论。

1 科技制作实验室的功能定位

功能定位是科技制作实验室建设的关键，它决定着实验室要干什么，上什么课、培养什么能力以及如何发展的问题。至于购置什么设备和怎样布置空间等问题是功能定位明确之后才考虑的细节问题。可以肯定的是，高等师范院校的科技制作实验室与工科院校的专业实验室、实习车间是不同的。工科院校为了培养某种操作技能，可以购置几十台机床让学生操作，也可以利用学校的金工实习车间让学生学习机床的使用，制作高等师范院校则不同，因为要培养的是教师而非技师，这就要求在科技制作实验室通过1～2个学期的时间，使学生获得日后从事科技教育工作所需要的基本技能。这对实验室的定位提出了更高的要求，实验室建设属于学习环境建设领域，依据中小学科技教育的实际需要和学习环境的相关理论，师范院校科技制作实验室建设的功能定位。

1.1 科技教育相关设备的认知和使用

师范毕业生到学校后，会承担学校科技教室、制作室或通用技术教室的设计建设工作，为学校选择、订购设备。为此，高等师范院校的科技制作实验室应该让学生认识和使用中小学科技教育的各种设备。所谓认识是指知道设备性能的优劣、档次的高低以及使用寿命的长短。而这些知识只有通过实际的操作使用才能获得。中小学的科技类专用教室是师范院校科技教育专业毕业生的用武之地，为自己设计一个良好的、性能完备的工作场所，是事业发展的一个良好开端。

1.2 科技教育教学用具设计制作能力的培养

师范院校培养的是教师而非技师，而科技教师的动手能力作为一种行业能力，已成为中小学科技教育的一致要求。所以培养动手能力，应该成为科技制作实验室的一种基本定位。师范生的动手能力具体来讲就是教具、学具的设计制作能力，这种能力对于现在的科技教师来说是很有必要的。小学的科技课、劳技课、综合实践活动课以及中学的通用技术课都是新一轮课程改革实施后的新课程，其教具、工具的配备还处于研究探索阶段，不能指望教育装备部门统一配备的装备能够全面适应教学要求。科技教师要使自己的教学有特点，就必须根据所在地区的特点和教学目标，自己设计制作教学用具，使自己从教育装备的被动使用者成为主动的创造者，创造性的完成自己的教学任务［4-5］。除了课堂教学之外，课外兴趣小组活动更需要这种创造能力。一味地使用购买的套材，会遇到经费、产品质量和学生兴趣等诸多问题，而利用价格低廉的材料和废弃物品设计制作的教学用具开展活动，对学生的创造能力和环保意识也是一种培养。

科技教育所需教学用具设计制作能力的进一步细化，可以分为科学实验教学用具、科学探究活动教学用具、数学益智活动所用器材的设计制作能力以及科技展品、科技魔术道具等等的设计制作能力，这些能力的获得，以往只能是个别优秀学生的特长表现，是一种奢谈，科技制作实验室将使这些能力成为专业能力，为科技教育专业师范生所共有。

1.3 为相关专业课程和科技活动搭建平台

传统的“3模1电”即：车辆模型、舰船模型、航空模型和电子制作，是中小学持续开展的科技活动项目，每年都举办比赛，各学校也非常重视。为了培养师范生在这方面的兴趣和能力，师范院校为学生开设了相关课程，成立了活动小组，科技制作实验室应该为这些课程与活动提供支撑。另外，为适应中小学科技教育发展的需要，物理、化学和生物等学科也在探索教学改革，研究教学仪器的改进，尤其是如何利用生活中的废弃物制作仪器、教具［6-7］。科技制作实验室将有助于这方面工作的开展，因为这里提供了制作所用的工具、设备和场地。还有，为了提高在校大学生的动手能力和科技创新能力，各省、市乃至全国经常举办科技竞赛，如：机器人大赛，物理、化学实验大赛以及科技主题的设计制作大赛等等。科技制作实验室为学生参加这类竞赛提供活动场所和工具、设备，使学生通过竞赛发展能力、增长才干。

1.4 促进教育理念转变

科技制作实验室以培养学生教学工作所需的动手能力，不以辅助某种理论知识的掌握为目的，因此，需要教师转变服务性教育观念，打破传统的以教师、课堂、教材为中心的“三中心”教学模式，探索新的教学体系［8］。师范院校是搞教育的，各项教学工作都应该以相关的教育理论为依据和指导。科技制作实验室建设属于学习环境创设领域。文献［9］中所介绍的最新的教学理论，非常适合作为这种实验室设计的理论依据。书中提到的以学生为中心的学习环境设计理念，诸如：贯一设计原则，从实习场到实践共同体的发展，活动理论以及分布式认知等等。对科技制作实验室的设计与课程建设具有重要的指导意义。运用学习环境理论指导实验室建设，才能真正从根本上改变实验教学完全依附于理论教学的传统观念，突破行为主义教育思想的束缚，为学习者的发展提供全方位的支持［10］。这里的学习者不只是学生，从实践共同体的角度来看还包括教师。依据学习环境理论创建的科技制作实验室必将对师范院校的教学改革产生深远的影响。

2 科技制作实验室设备和加工材料的选择

2.1 了解中小学科技教育现有的设备

中小学科技教育设备的装备，各学校并不相同。由于科技教育的装备问题仍然处于探索阶段。因此，从各个学校所配设备的相同部分和学校所配不同设备的使用率分析中小学科技制作设备，从而得出对高等师范院校科技制作实验室设备配置有益的结论。

2.2 设备选择的原则

科技制作能力是对各种加工设备的认识和使用的能力，加工设备的功能主要包括：车、铣、刨、磨、钻、锯、雕。工科院校可以针对某一种设备的使用技能培养而设立实验室，如数控机床实验室［11］。但是，对于师范院校的科技制作实验室，这7种设备都要装备，这是科技制作能力培养与实践的需要。

设备选择的具体原则是安全性高、功能全面、空间占用小、耗材经济。安全与环保永远第一［12］，这是实验室设备选择的第一原则，不能让学生出现任何伤害事故。其次，要有足够的数量，不能让少数人干，多数人看。因为是在有限的空间内，对于学校80 m2左右的教室，要有几十名学生在这个空间活动，所以，设备一定要小型化、多功能化。

7种设备中车床是机加工的主要设备，实验室必需配备，为了安全。应该使用出口用的家用机床，体积小，重量轻，振动小，噪音低。铣床的功能可以和钻床结合起来，利用微型钻铣床和手动工具就可以满足开槽的需要。刨床震动大，有危险，且实验室也不会加工大块的金属材料。刨的功能利用手推刨、砂带机、砂磨机、最多再配一台小型电动压刨机就可以解决。磨床用砂轮机、砂带机就够了。钻和锯是不可少的，钻的功能用前面提到的钻铣床和手电钻来满足，为了方便，可以使用充电手电钻。锯的功能则利用带保护装置的木工带锯和金属带锯来实现;装有砂轮片的切割机，也称无齿锯，则可以装备，既可以切割较细的金属棒，又可以打磨。雕的功能一般由雕刻机实现，激光雕刻机或铣刀雕刻机都可以，且比较安全，只是在使用激光雕刻机时有通风的要求。雕刻机属于现代加工设备，将计算机编程控制的数控方法用于材料加工，既可以让学生了解现代加工工艺，又可以了解计算机的应用价值。

2.3 加工材料的选择

关于安全性的问题，除了在上述设备选择方面的考虑之外，对加工材料的选择也很重要。尽量不使用金属材料，加工金属材料必然要求较大的设备功率，而且工件的边角也很尖锐，这些都是安全隐患。塑料和木材既安全又便宜，只是加工精度差了一些，对于加工教学用品来说足够用了。除了安全性的考虑之外，成本的因素也很重要，除了上述提到的塑料和木质材料之外，发泡材料和可重复利用材料具有较低的成本，加工时所消耗的时间也较短，选用这种材料体现了节约和绿色环保。总之，加工材料的选择要考虑三个方面：安全、成本和加工时间。

3 科技制作实验室的师资与课程建设

科技制作实验室师资是指那些能够利用实验室设备开设旨在培养动手能力的相关课程，组织并指导学生开展科技制作活动的人，组建一支高水平、高素质、结构合理的实验技术队伍，为教学、科研保驾护航是实验室建设管理工作的重中之重［13］。由于师范院校的教师基本上来自理科院校，对制作设备和工具的操作与使用比较陌生，既懂理论又能动手操作的所谓“双师型”［14］教师相当缺乏，因此，在指导学生开展活动、开设课程方面会遇到实际困难。为了解决师资与课程建设问题，必须采取下列做法。

（1）请师傅，当徒弟。外请技师教各种机械设备的使用及操作方法，走出学校，参加“3模1电”方面的培训班［14］，这是让师范院校的教师迈出科技制作教学工作的第一步。这一步主要是让师范院校的教师们走进科技制作与技能培训的大门［15］。由于外请的技师与教练大多缺乏教育理论，不能指望他们为学生开设真正意义的课程，因此，为学生开设课程的工作还要由师范院校的教师来完成。

（2）动手做，长经验。学会了设备和工具的使用方法和“3模1电”的基本操作技能之后就要积极动手，根据中小学科技教育的需要，设计并制作教学用具;组织学生积极参加各种科技竞赛活动，和学生一起形成实践共同体［16］，不断总结经验，提炼素材，为课程建设做准备。使用设备和工具制作活动是一种有益身心的活动，师范院校的理科教师应该努力培养这方面的兴趣，使自己成为科技制作方面的爱好者和发烧友。

（3）开课程，搞教学。经过前两个步骤的学习和实践之后就可以在总结经验的基础上设计一些科技制作与技能培训方面的课程。这种课程应该是一系列制作与训练项目的展开，学生能够通过一系列的实际活动学会设备的操作使用，了解设计与制作的方法，体会动手实践的过程。与传统的以传授理论知识为主的课程相比，这种课程在教学目标、方法和效果测评等方面有显著差异，因而也为教学改革提供了良好的前提。教师可以打破传统的教学理念，大胆尝试，用新的教学思想和方法进行实践探索，在实际的教学工作中不断总结经验，发展完善，形成一套有理论指导，有教学效果和自身特色的实验教学体系。

4 结语

师范院校科技制作实验室的建立是中小学科技教育发展对科技教师能力培养的需要，也是师范院校自身教育改革发展的需要。由于经验与人才的缺乏，创建这种实验室会有很多困难，考虑相关的问题也会有许多疑惑。如果没有一个真实的实验室，那么一切困难与问题都是想象中的，谈不上克服与解决。只有勇敢地迈出第一步，创建一个科技制作实验室，才能面对真实的问题，真实的困难，然后，通过努力，不断地思考、学习和实践去克服困难、解决问题，开创师范院校科技教育人才培养的一片新天地。

（References）：

［1］ 吴金林.独立学院人才培养目标定位研究［J］.教育与职业，2005（2）：26-28.

［2］ 史宁中，张楚庭.高等师范教育面向21世纪教学内容和课程体系改革成果丛书（综合改革研究分卷）［M］.北京：北京师范大学出版社，2001：134.

［3］ 刘向阳，郑海务.专业实验室建设与改革实践［J］.实验室研究与探索，2010，29（2）：145-148.

［4］ 夏兆省.初中科学创设情境教学的探讨［J］.教学、教研，2006（36）：42-44.

［5］ 冯煤生.日本青少年科学教育装备的启示与思考［J］.中国教育技术装备，2006（4）：67-70.

［6］ 黄俊生，衷明华，林曼斌.师范特色化学实验教学示范中心的建设与发展［J］.实验室研究与探索，2010，29（8）：230-232.

［7］ 孙兴民，刘文贵.对设计性实验的认识与实践［J］.实验室科学，2007（5）：97-99.

［8］ 白广梅，王小逸.促进创新实验项目不断产生的思考［J］.实验室研究与探索，2010，29（8）：119-121.

［9］ 〔美〕戴维.H.乔纳森.学习环境的理论基础［M］.郑太年，任友群译.上海：华东师范大学出版社，2002.

［10］ 项国雄.和谐社会建构中的中国教育技术［M］.北京：电子工业出版社，2005：564.

［11］ 张善青，倪雁冰，牛兴华，等.实验用数控机床的科学配置［J］.实验科学与技术，2006（4）：95-97.

［12］ 阮 俊，金海萍，李五一，等.提高实验室安全与环保工作参与积极性的探讨［J］.实验室研究与探索，2011，30（1）：172-174.

［13］ 张 旭，马文权，刘晶晶.实验技术队伍建设面临的问题及解决途径［J］.实验室研究与探索，2006，25（3）：397-399.

［14］ 邢立新.加强实训教学 培养学生动手能力［J］.职业教育研究，2010（2）：122-123.

［15］ 宋晓峰.论高校实验室软环境建设［J］.科学之友，2010（10）：116-117.

［16］ 刘 龙，宋书中，陈 岩，等.以“挑战杯”为契机开展大学生科技活动的实践［J］.理工高教研究，2005，24（3）：43-44.