師范院校科技制作實驗室建設的思考

馮煤生， 律 原， 徐 燕

（首都師范大學初等教育學院，北京 100080）

0 引言

隨著中小學科技教育改革的發展，社會急需師范院校培養合格的科技教師。小學的科學課、勞技課、綜合實踐活動課，中學的通用技術課以及中小學課外興趣小組的指導，參加科技制作、發明創新競賽等工作等等，都已成為科技教師的基本工作，這對于師范生，特別是理科師范生的專業能力提出了新的要求。關于師范生在校所學課程能否適應其畢業后所承擔的教學工作的問題，祝家清教授曾進行了大規模調查，結果表明：69.5%的師范生認為在校所學的課程不太適應實際的教學工作［2］。為了改變這種現狀，各地高等師范院校先后成立科學教育或科技教育專業，進行課程改革，探索人才培養新模式。在這種改革中，涉及物理、化學、地理和生物等學科知識與實驗技能的整合與發展，可以利用各院校原有的資源，包括師資、實驗室以及儀器設備等來實現［3］。但是，涉及科技制作、動手能力等，由于高等師范院校原來沒有這方面的資源，因此需要建設相應的實驗室。在這項工作中，由于缺乏經驗，會遇到許多問題和困難。首都師范大學初等教育學院，自2002年起設立科學教育專業，并建立了相應的科技制作實驗室。經過近10年的探索初步積累了一些科技制作實驗室建設的經驗。現結合初等教育學院科技制作實驗室的建設過程，對科技制作實驗室的功能定位、設備配置、課程與師資隊伍建設等問題進行詳細的討論。

1 科技制作實驗室的功能定位

功能定位是科技制作實驗室建設的關鍵，它決定著實驗室要干什么，上什么課、培養什么能力以及如何發展的問題。至于購置什么設備和怎樣布置空間等問題是功能定位明確之后才考慮的細節問題。可以肯定的是，高等師范院校的科技制作實驗室與工科院校的專業實驗室、實習車間是不同的。工科院校為了培養某種操作技能，可以購置幾十臺機床讓學生操作，也可以利用學校的金工實習車間讓學生學習機床的使用，制作高等師范院校則不同，因為要培養的是教師而非技師，這就要求在科技制作實驗室通過1～2個學期的時間，使學生獲得日后從事科技教育工作所需要的基本技能。這對實驗室的定位提出了更高的要求，實驗室建設屬于學習環境建設領域，依據中小學科技教育的實際需要和學習環境的相關理論，師范院校科技制作實驗室建設的功能定位。

1.1 科技教育相關設備的認知和使用

師范畢業生到學校后，會承擔學校科技教室、制作室或通用技術教室的設計建設工作，為學校選擇、訂購設備。為此，高等師范院校的科技制作實驗室應該讓學生認識和使用中小學科技教育的各種設備。所謂認識是指知道設備性能的優劣、檔次的高低以及使用壽命的長短。而這些知識只有通過實際的操作使用才能獲得。中小學的科技類專用教室是師范院校科技教育專業畢業生的用武之地，為自己設計一個良好的、性能完備的工作場所，是事業發展的一個良好開端。

1.2 科技教育教學用具設計制作能力的培養

師范院校培養的是教師而非技師，而科技教師的動手能力作為一種行業能力，已成為中小學科技教育的一致要求。所以培養動手能力，應該成為科技制作實驗室的一種基本定位。師范生的動手能力具體來講就是教具、學具的設計制作能力，這種能力對于現在的科技教師來說是很有必要的。小學的科技課、勞技課、綜合實踐活動課以及中學的通用技術課都是新一輪課程改革實施后的新課程，其教具、工具的配備還處于研究探索階段，不能指望教育裝備部門統一配備的裝備能夠全面適應教學要求。科技教師要使自己的教學有特點，就必須根據所在地區的特點和教學目標，自己設計制作教學用具，使自己從教育裝備的被動使用者成為主動的創造者，創造性的完成自己的教學任務［4-5］。除了課堂教學之外，課外興趣小組活動更需要這種創造能力。一味地使用購買的套材，會遇到經費、產品質量和學生興趣等諸多問題，而利用價格低廉的材料和廢棄物品設計制作的教學用具開展活動，對學生的創造能力和環保意識也是一種培養。

科技教育所需教學用具設計制作能力的進一步細化，可以分為科學實驗教學用具、科學探究活動教學用具、數學益智活動所用器材的設計制作能力以及科技展品、科技魔術道具等等的設計制作能力，這些能力的獲得，以往只能是個別優秀學生的特長表現，是一種奢談，科技制作實驗室將使這些能力成為專業能力，為科技教育專業師范生所共有。

1.3 為相關專業課程和科技活動搭建平臺

傳統的“3模1電”即：車輛模型、艦船模型、航空模型和電子制作，是中小學持續開展的科技活動項目，每年都舉辦比賽，各學校也非常重視。為了培養師范生在這方面的興趣和能力，師范院校為學生開設了相關課程，成立了活動小組，科技制作實驗室應該為這些課程與活動提供支撐。另外，為適應中小學科技教育發展的需要，物理、化學和生物等學科也在探索教學改革，研究教學儀器的改進，尤其是如何利用生活中的廢棄物制作儀器、教具［6-7］。科技制作實驗室將有助于這方面工作的開展，因為這里提供了制作所用的工具、設備和場地。還有，為了提高在校大學生的動手能力和科技創新能力，各省、市乃至全國經常舉辦科技競賽，如：機器人大賽，物理、化學實驗大賽以及科技主題的設計制作大賽等等。科技制作實驗室為學生參加這類競賽提供活動場所和工具、設備，使學生通過競賽發展能力、增長才干。

1.4 促進教育理念轉變

科技制作實驗室以培養學生教學工作所需的動手能力，不以輔助某種理論知識的掌握為目的，因此，需要教師轉變服務性教育觀念，打破傳統的以教師、課堂、教材為中心的“三中心”教學模式，探索新的教學體系［8］。師范院校是搞教育的，各項教學工作都應該以相關的教育理論為依據和指導。科技制作實驗室建設屬于學習環境創設領域。文獻［9］中所介紹的最新的教學理論，非常適合作為這種實驗室設計的理論依據。書中提到的以學生為中心的學習環境設計理念，諸如：貫一設計原則，從實習場到實踐共同體的發展，活動理論以及分布式認知等等。對科技制作實驗室的設計與課程建設具有重要的指導意義。運用學習環境理論指導實驗室建設，才能真正從根本上改變實驗教學完全依附于理論教學的傳統觀念，突破行為主義教育思想的束縛，為學習者的發展提供全方位的支持［10］。這里的學習者不只是學生，從實踐共同體的角度來看還包括教師。依據學習環境理論創建的科技制作實驗室必將對師范院校的教學改革產生深遠的影響。

2 科技制作實驗室設備和加工材料的選擇

2.1 了解中小學科技教育現有的設備

中小學科技教育設備的裝備，各學校并不相同。由于科技教育的裝備問題仍然處于探索階段。因此，從各個學校所配設備的相同部分和學校所配不同設備的使用率分析中小學科技制作設備，從而得出對高等師范院校科技制作實驗室設備配置有益的結論。

2.2 設備選擇的原則

科技制作能力是對各種加工設備的認識和使用的能力，加工設備的功能主要包括：車、銑、刨、磨、鉆、鋸、雕。工科院校可以針對某一種設備的使用技能培養而設立實驗室，如數控機床實驗室［11］。但是，對于師范院校的科技制作實驗室，這7種設備都要裝備，這是科技制作能力培養與實踐的需要。

設備選擇的具體原則是安全性高、功能全面、空間占用小、耗材經濟。安全與環保永遠第一［12］，這是實驗室設備選擇的第一原則，不能讓學生出現任何傷害事故。其次，要有足夠的數量，不能讓少數人干，多數人看。因為是在有限的空間內，對于學校80 m2左右的教室，要有幾十名學生在這個空間活動，所以，設備一定要小型化、多功能化。

7種設備中車床是機加工的主要設備，實驗室必需配備，為了安全。應該使用出口用的家用機床，體積小，重量輕，振動小，噪音低。銑床的功能可以和鉆床結合起來，利用微型鉆銑床和手動工具就可以滿足開槽的需要。刨床震動大，有危險，且實驗室也不會加工大塊的金屬材料。刨的功能利用手推刨、砂帶機、砂磨機、最多再配一臺小型電動壓刨機就可以解決。磨床用砂輪機、砂帶機就夠了。鉆和鋸是不可少的，鉆的功能用前面提到的鉆銑床和手電鉆來滿足，為了方便，可以使用充電手電鉆。鋸的功能則利用帶保護裝置的木工帶鋸和金屬帶鋸來實現;裝有砂輪片的切割機，也稱無齒鋸，則可以裝備，既可以切割較細的金屬棒，又可以打磨。雕的功能一般由雕刻機實現，激光雕刻機或銑刀雕刻機都可以，且比較安全，只是在使用激光雕刻機時有通風的要求。雕刻機屬于現代加工設備，將計算機編程控制的數控方法用于材料加工，既可以讓學生了解現代加工工藝，又可以了解計算機的應用價值。

2.3 加工材料的選擇

關于安全性的問題，除了在上述設備選擇方面的考慮之外，對加工材料的選擇也很重要。盡量不使用金屬材料，加工金屬材料必然要求較大的設備功率，而且工件的邊角也很尖銳，這些都是安全隱患。塑料和木材既安全又便宜，只是加工精度差了一些，對于加工教學用品來說足夠用了。除了安全性的考慮之外，成本的因素也很重要，除了上述提到的塑料和木質材料之外，發泡材料和可重復利用材料具有較低的成本，加工時所消耗的時間也較短，選用這種材料體現了節約和綠色環保。總之，加工材料的選擇要考慮三個方面：安全、成本和加工時間。

3 科技制作實驗室的師資與課程建設

科技制作實驗室師資是指那些能夠利用實驗室設備開設旨在培養動手能力的相關課程，組織并指導學生開展科技制作活動的人，組建一支高水平、高素質、結構合理的實驗技術隊伍，為教學、科研保駕護航是實驗室建設管理工作的重中之重［13］。由于師范院校的教師基本上來自理科院校，對制作設備和工具的操作與使用比較陌生，既懂理論又能動手操作的所謂“雙師型”［14］教師相當缺乏，因此，在指導學生開展活動、開設課程方面會遇到實際困難。為了解決師資與課程建設問題，必須采取下列做法。

（1）請師傅，當徒弟。外請技師教各種機械設備的使用及操作方法，走出學校，參加“3模1電”方面的培訓班［14］，這是讓師范院校的教師邁出科技制作教學工作的第一步。這一步主要是讓師范院校的教師們走進科技制作與技能培訓的大門［15］。由于外請的技師與教練大多缺乏教育理論，不能指望他們為學生開設真正意義的課程，因此，為學生開設課程的工作還要由師范院校的教師來完成。

（2）動手做，長經驗。學會了設備和工具的使用方法和“3模1電”的基本操作技能之后就要積極動手，根據中小學科技教育的需要，設計并制作教學用具;組織學生積極參加各種科技競賽活動，和學生一起形成實踐共同體［16］，不斷總結經驗，提煉素材，為課程建設做準備。使用設備和工具制作活動是一種有益身心的活動，師范院校的理科教師應該努力培養這方面的興趣，使自己成為科技制作方面的愛好者和發燒友。

（3）開課程，搞教學。經過前兩個步驟的學習和實踐之后就可以在總結經驗的基礎上設計一些科技制作與技能培訓方面的課程。這種課程應該是一系列制作與訓練項目的展開，學生能夠通過一系列的實際活動學會設備的操作使用，了解設計與制作的方法，體會動手實踐的過程。與傳統的以傳授理論知識為主的課程相比，這種課程在教學目標、方法和效果測評等方面有顯著差異，因而也為教學改革提供了良好的前提。教師可以打破傳統的教學理念，大膽嘗試，用新的教學思想和方法進行實踐探索，在實際的教學工作中不斷總結經驗，發展完善，形成一套有理論指導，有教學效果和自身特色的實驗教學體系。

4 結語

師范院校科技制作實驗室的建立是中小學科技教育發展對科技教師能力培養的需要，也是師范院校自身教育改革發展的需要。由于經驗與人才的缺乏，創建這種實驗室會有很多困難，考慮相關的問題也會有許多疑惑。如果沒有一個真實的實驗室，那么一切困難與問題都是想象中的，談不上克服與解決。只有勇敢地邁出第一步，創建一個科技制作實驗室，才能面對真實的問題，真實的困難，然后，通過努力，不斷地思考、學習和實踐去克服困難、解決問題，開創師范院校科技教育人才培養的一片新天地。

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