本教材旨在對小學科技活動的理論與實踐進行指導。前三章介紹了小學科技活動的新理念及創新思維方法，小學科技活動的組織與管理，小學科技活動方案設計。接下來介紹了包括專題研究、科技制作、生物科技活動和科學競賽這四種類型的科技活動的設計和指導，每種類型都例舉了豐富具體的活動。最後一章是基本操作和器材使用，意在培養規範操作和嚴謹的科學態度。
本教材為師範大學小學教育專業課程教材，也可用於教師的職後研修，還可作為小學生課外科技活動指導材料。
本教材特色：
實踐性。教材中設計大量的實踐活動，在做與學中逐漸提高科技活動設計和指導能力。
全面性。實踐活動內容精選自然科學多領域適合小學階段探究的課題，涵蓋專題研究、科技制作等四類型科技活動，全面提升科學素養。

陳慧，現任上海師範大學教育學院初等教育繫教師。主要研究方向是科學教育。參與編寫上海市二期課改小學自然教材及教學參考資料（科教版），著有《人類與自然》、《人類與社會》、《小學自然教學設計及案例解析》等高校教材，及《小學環境課程編制構想》、《對小學科學課程基本取向的思考》、《中美小學科學教與學比較研究》等多篇論文。參加的“小學教師教育綜合課程的設計與實踐”研究獲得上海市教學成果獎二等獎。多次對楊浦區、黃浦區、寶山區等區的小學自然教師進行專業培訓，參與設計並實施了2008年“上海市新農村教師專業發展培訓”項目的自然教師培訓部分。自2009年起，為上海市市教委小學“自然”名師基地舉辦自然科學本題知識講座。參與了上海市教委“《人類與自然》重點課程建設”、“運用PDS實施旨在促進教師專業發展的參與式校本培訓的運行模式研究”等課題研究。

第一章小學科學活動與創新教育
第一節青少年科學活動與兒童創新素質的培養
一、創新與創造
二、創新素質的構成要素
三、科學活動對培養兒童創新素質的意義
四、青少年科學活動的新理念
第二節創新思維概要
一、創新思維的基本特征
二、常見的思維定式
三、創新思維的主要類型
第三節創造技法基礎
一、頭腦風暴法
二、列舉法
三、設問法
四、組合法
討論及思考題
練習題或案例題
閱讀導航
第二章小學科學活動的組織與管理
第一節科學活動課程的功能與模式
一、科學活動課程的功能
二、科學活動的模式
第二節小學科學活動課程的編制與實施
一、小學科學活動課程的編制
二、小學科學活動課程的實施
三、小學科學活動課程的組織
第三節小學科學活動室的建設與管理
一、科學活動室的功能
二、科學活動室的布置與配置
三、科學活動室的管理
討論及思考題
練習題或案例題
閱讀導航
第三章小學科學活動方案設計
第一節小學科學活動方案設計的基本方法
一、選題
二、活動目標確定
三、活動資源準備
四、過程設計
五、評價方案制定
第二節小學科學活動類型及指導策略
一、小學科學活動特點
二、小學科學活動類型
三、小學科學活動指導的主要策略
第三節小學科學活動資源的開發利用
一、科學活動資源的類型
二、科學活動資源開發的基本原則
三、開發利用科學活動資源對教師的要求
四、小學科學活動資源開發的途徑
討論及思考題
練習題或案例題
閱讀導航
第四章專題研究
第一節理論概述
一、專題研究界定
二、專題研究的基本特點
三、如何指導學生開展專題研究
四、專題研究的選題
第二節活動方案設計與指導
討論及思考題
第五章科技制作
第一節理論概述
一、科技制作界定
二、科技制作的基本特點
三、如何指導學生開展科技制作
第二節活動方案設計與指導
討論及思考題
第六章生物科學活動
第一節理論概述
一、生物科學活動概述
二、生物科學活動的常見內容與形式
三、如何指導學生開展生物科學活動
第二節活動方案設計與指導
討論及思考題
第七章科技競賽
第一節理論概述
一、科技競賽類型
二、科技競賽的基本特點
三、如何指導學生開展科技競賽
第三節活動方案設計與指導
討論及思考題
第八章基本操作和器材使用
第一節基本操作技能
一、測量
二、溶解
三、加熱
四、電路組裝
第二節工具使用
一、常用工具
二、基本加工技能
討論及思考題


參考文獻

“創造”與“創新”往往會被聯繫在一起。“創造教育”發端於20世紀初，而在我國，陶行知在20世紀20年代就提出了“創造教育”的主張，他在《創造的兒童教育》中指出：“創造力是千千萬萬祖先至少經過五十萬年以來與環境不斷奮鬥所獲得而傳下來之纔能之精華，教育是要在兒童自身的基礎上，過濾並適用環境的影響，以培養加強這種創造力，使他們成長得有力量，以貢獻民族與人類。”改革開放以來，我國不少地區開展了“創造教育”的實驗，推動了教育改革的發展。“創新教育”與“創造教育”相比，有更豐富的內涵，可以說是“創造教育”的發展和升華。



一、創新與創造


創造是個體和群體根據一定的目標（或任務），運用一切已知條件（信息），產生出新穎、有價值的成果的認知和行為的活動。或者說，創造就是人們為了實現開發出前所未有的獨創性成果目標，借助由靈感激發的高智能勞動，產生新社會價值的活動。參見周延波、郭興全編著：《創新思維與能力》，2頁，北京，科學出版社，2004。早在古希臘時期，亞裡士多德就將創造定義為在精神和物質領域“產生前所未有的事物”，而國內外學者對創造也有不同角度的理解，如何在學術上給創造下一個嚴格的、統一的定義，到目前還是各抒己見。但是，在對創造的不同理解中存在著兩個共同因素：“新穎性”和“適用性”。“新穎性”一是指獨特性；二是指超越性和突破性，超越已達到的水平，突破已有成果；三是指前瞻性和預期性，超越現實，預測未來，代表事物發展方向。“適用性”即真理性和價值性，創造活動及其成果必須實事求是，符合客觀規律，有益於社會或個體、群體的進步和發展，經得起實踐的檢驗。

創新作為經濟學的一個概念，最早是由諾貝爾經濟學獎獲得者熊彼特（Joseph Schumpeter）提出的。他認為創新是發明的第一次商業化應用，他還從企業的角度提出了創新的五個方面——產品創新、工藝創新、市場創新、要素創新和制度創新。我們習慣上把學者們提出的經濟範疇內的創新稱為狹義的創新，而廣義的創新指的是人類為了滿足自身的需要，不斷拓展自己對主客觀世界的認知，借以改善自身生產和生活的活動。參見袁張度、許諾編著：《創造學與創新方法》，53頁，上海，上海社會科學院出版社，2010。具體來說，創新是指人為了一定的目的，遵循事物發展的規律，調動已知信息、已有知識，對事物的整體或其中的局部進行變革，產生出某種新穎、獨特、有社會價值的新概念、新設想、新理論、新技術、新工藝、新產品等新成果的智力活動過程。
創造（creation）和創新（innovation）都來自拉丁文，creation最初的拉丁文本意是“種植”和“生長”，意味著從無到有，innovation的拉丁文詞根nova表示“新的”，加上前綴in動詞化，具有“更新”的含義。可見，創造比較強調從無到有、產生新東西，側重物化成果；創新強調破舊立新，側重變革過程。創新的成果並不一定是全新的東西，舊的東西以新的形式出現或與新的方式結合也是創新；創新的成果也不一定是一件物品，它也可以是一種無形的東西。
創造與創新在詞義上雖然有一定的區別，但是兩者又是不可分割的，無論創造強調的是產生對社會有意義的前所未有的事物，還是創新主張的改進和更替，這兩種活動都能產生新事物，都是改變世界、推動社會發展的積極方式。因而，近年來，也有學者提出，創新似乎更全面地概括了具有新穎性的創造活動，它不僅可以指稱“二度創造”，也可指稱“原創”。因為各個領域的創造活動都必須在充分掌握前人已經取得的成果的基礎上進行新穎的、有價值的活動，所謂“原創”與“二度創造”，有時界限並不是非常分明的，而往往是你中有我、我中有你。因此，我們可以把創新理解為涵蓋創造、具有更豐富含義和更大外延的一個概念。創新並不是少數科學家或者發明家的專有活動，創新活動人人可為、時時皆有、處處都在。



二、創新素質的構成要素



創新素質是指人在先天遺傳素質基礎上，後天通過環境影響和教育所獲得的穩定的、在創新活動中必備的基本心理品質與特征。參見陳英、毛霞：《論創新教育——從中國沒有諾貝爾獎談起》，載《教育探索》，2001（4）。
創新素質可由三大部分構成，即創新能力、創新意識、創新人格。
創新能力是個體運用已有的基礎知識和可以利用的材料，並掌握相關學科的前沿知識，產生某種新穎、獨特、有社會價值或個人價值的思想、觀點、方法和產品的能力。參見張寶臣：《高等師範教育改革與中小學生創新能力的培養》，載《教育理論與實踐》，2004（2）。創新能力主要包括有利於創新活動的認識和遷移能力、實踐操作能力、表達能力、評價決策能力、組織交往能力等，具有創新思維，能熟練掌握和運用創造技法尤為重要。
創新意識是指推崇創新、追求創新的觀念和意識，包括好奇心、探究興趣、求知欲、不滿足現狀、對新異事物的敏感、敢於懷疑以及具有遠見膽識等。
創新人格是指有利於創新活動的氣質、性格等方面的個性心理特征，主要包括創新責任感、使命感、事業心，頑強的意志、毅力，能經受挫折、失敗的良好心態，堅忍頑強的性格等。
創新人纔的培養，並不是某個階段教育的培養使然，而是各個階段的教育影響所形成的接力效應。
科學技術發展過程表明，知識具有一定的穩定性和生發性，往往一個知識可生發創新出若干新技術，而技術具有突變性和創新性，並且技術的創新要比新知識的生成速度快得多。“知識爆炸”時代更多地體現在“技術爆炸”，並且是在知識點上的裂變。同時，小學生的思維水平和知識經驗決定了他們尚不具備否定舊事物創建新事物的能力，其創新不大可能是“前所未有”的“新”，而更可能達到的是對事物內涵外延“潛臺詞”的求索、應變與擴散想像，不受一方定式的桎梏，不拘於某一答案，是一種適應其水平發展的發現與創造。因此，小學階段創新教育的重要目標應當放在創新素質的培養上。這裡所說的創新素質，不是指一個人創新意識的強弱和創新能力的大小，而是指日後創新意識和創新能力得以發展的原初的個性品質，主要有以下三個方面：一是創新思維，包括聯想、想像、發散與集中思維等；二是創新個性，包括好奇心、興趣與動機等；三是創新精神，包括質疑、勇於克服困難、尊重事實等。


三、科學活動對培養兒童創新素質的意義



1.科學活動能激發兒童的創新意識
隻有在強烈的創新意識引導下，兒童纔會產生強烈的創新動機、樹立創新目標，充分發揮創新潛力和聰明纔智，釋放創新激情。
科學活動在內容上貼近兒童的生活。科學活動會讓兒童探索他們感興趣的事物，活動不僅新穎有趣，且富有挑戰性，由此極大地調動兒童參與的熱情，使他們在“認知、情感、行為”上都能投入活動，故而也極大地激發起兒童實踐創新的熱情。
科學活動在形式上寓教於樂，為他們提供施展纔能的陣地和機會。玩樂是兒童最自由、最快樂的時刻，對創造心理來說是最佳時機，此時兒童思維活躍，聯想流暢。由此，兒童會在科學活動中真正領略創新和實踐的快樂，在玩樂中激發起創新欲望。
科學活動過程中，兒童會經歷創意的產生、發展、檢驗與論證、實施、完善等過程，不時體驗參與創造、獲得成功的快樂。而成功的愉悅會成為兒童進一步參與研究的精神動力。
2.科學活動有利於培養兒童的創新能力
科學活動不僅僅傳授知識、技能，更主要的是培養學生的創新思維和創新能力。隻有在具有創新意識的同時，具備豐富的科學知識和技能，學生纔能逐步形成嚴謹的科學態度和高尚的科學修養。
想像是創新的基礎，它不同於胡思亂想，是對以前的表像進行選擇加工和改組的過程。在科學活動中，鼓勵兒童有目的、有計劃地展開設想，發揮想像力。想像能激發興奮點，興奮時大腦的思考力特別靈活，並且思路清晰。想像還能產生靈感，靈感有其偶發性，往往產生於想像的一剎那。雖然教師在課堂上向學生傳授知識的同時也傳授了科學的思維方法，但實踐證明，僅有課堂上的常規教學是遠遠不夠的。有教師曾在一次科技興趣活動中做過這樣一次實驗，要求學生用四張A4紙制作一個有一定標準的承重結構，但樣式不限，以能承重的書本數量來決定勝負。受過訓練的同學（學校科技興趣小組的同學）的創造能力明顯高於沒經過訓練的同學，他們的作品不但堅固美觀，而且制作方法靈活多樣。這說明科學活動實踐讓學生的創新思維更為活躍。
思維是從動作開始的，切斷了動作和思維之間的聯繫，思維就得不到發展。青少年科學活動的最終目的是為了讓他們學會動手、發展創新思維，從而開發創造力。培養兒童的動手能力是青少年科學教育的重要內容，也是培養兒童發明創造的先決條件。不動手的發明創造是空想，不動手的科學教育是空談。兒童隻有在觀察自然、探究事物的過程中，邊學邊做、邊做邊學，在動腦、動手的自我磨煉中，纔能逐漸學會科學思維，養成善於動腦、勤於動手、求真、務實的科學精神。久而久之，兒童的思維就會變得活躍起來，甚至能夠學會廣泛聯想、周密設計和常出新意，創新意識得到有效激發。如電子技術實踐性很強，隻有親手操作，纔能真正認識各器件，認識電子電路；通過不斷研究實踐，纔能逐漸掌握這門技術。在既要動手又要動腦的電子制作活動中，兒童的觀察力、思考力和動手操作的能力，真正得到鍛煉，創新能力不斷得到提高。
總之，科學活動會引導兒童依據已掌握的知識和方法，自主學習、獨立思考、大膽探索，積極提出自己的新思想、新觀點、新思路、新設計，探索未知領域，尋找獨創性的解決問題的方法，從而形成兒童比較持久的、內在的學習動力，獲得獨立觀察發現問題、獲取知識信息、解決實際問題的能力。
3.科學活動有助於養成兒童的創新個性
凡有助於兒童參與創新活動、形成創新成果的個性品質,都可以涵蓋在創新個性之中。創新個性的養成是一個潛移默化的過程。科學活動對兒童創新個性養成的作用是多方面的。兒童在科學活動的過程中，由於教師的引導、同伴的影響以及成功的激勵等，能夠逐漸養成認真、客觀、勇於質疑、善於聽取不同意見的態度。他們往往一開始是被科學活動的內容或者形式所吸引，在遇到挫折時也許會喪失興趣和熱情，隻要教師多多鼓勵善加指導，加上兒童好勝的天性，他們就能激發出克服困難的勇氣，而成功的愉悅則是不畏挫折的最好獎賞。此外，在科學活動中，要與教師、同伴進行交流，要用各種形式表現自己的成果，這個過程培養了兒童的社會交往能力、表達能力以及開放的個性，而競賽類活動則能有效鍛煉兒童的團體協作能力。



四、青少年科學活動的新理念

1.從精英教育到全員參與
青少年科學活動最早是由中國科協在“1979年全國青少年科技作品展覽”後正式提出的，當時對青少年科學活動的認識是：青少年科學活動是整個青少年教育事業（包括學校教育、社會教育和家庭教育）和科學教育事業的組成部分，是培養科技後備人纔的重要途徑。這一時期科學活動主要以課外、校外為主，學校的興趣小組、校外的少年宮、少年之家、青少年活動中心、青少年科技活動輔導站等是青少年科學活動的主要組織者，科學活動的目標與20世紀60年代國際科學教育培養科學家和工程師的目標基本一致。
1985年，享有盛名的民間科學團體美國科學促進協會（American Association for the Advancement of Science，AAAS）發起了有關科學、數學與技術教育改革的長期規劃——“2061計劃”。1989年，“2061計劃”的第一份重要報告《2061計劃：面向所有美國人的科學》（Project 2061：Science for All Americans）正式發表，報告的扉頁上對科學教育的重要性做了這樣的闡述：“在下一個人類歷史發展階段，人類的生存環境和生存條件將發生迅速的變化。科學、數學和技術是變化的中心，它們引起變化、塑造變化，並對變化作出反應。所以，科學、數學和技術將成為教育今日兒童面對明日世界的基礎。”報告還提出了科學要面對全體大眾，全面提高全體大眾的科學素養是科學教育的主要目標，把科學教育的目標從精英教育轉向大眾教育。這一重要思想引領了20世紀90年代國際科學教育的潮流。受此影響，20世紀90年代，我國的青少年科學活動被納入學校活動課程之列，這意味著科學活動正在從面向少數學生興趣的培養、特長的培養和科技後備人纔的培養轉向面向全體學生的科學素養的培養；科學教育在學校中既以顯性課程（科學、綜合實踐活動、校本課程）存在，也以隱性課程（科技節、科技競賽、科技俱樂部等）存在，成為學生學習科學的有效方式；課外校外的科學活動不再與課程學習涇渭分明，而是與課程學習有了很大程度的融合。比如，依托“科學”課程中所學的知識，在課後開展科學活動，降低了科學活動中學生知識層面上的難度；利用“科學”課程中學到的科學方法，學生會將其應用到活動中，用自己的視角和思維去觀察和思考問題；“科學”課程學習中要求學生用所學到的知識應用到生活中，去解決生活中的問題，既為科學活動的開展提供了素材，又擴展了學生的知識，增強了學生的研究興趣。
2.從模仿到創造
傳統的青少年科學活動包括了三模一電（航模、船模、車模、無線電）、小發明、小制作等，制作活動占了較大的比例。無論是模型制作還是其他小制作，這些活動以模仿性的制作為主，重視制作技能的訓練，而忽視了設計。當下的科學活動更加重視過程性和教育性，即重視學生的直接經驗和感受，強調學生的能動性和個體之間的合作。通過解決問題的活動過程，引導學生學會收集信息的方法、表達和交流的方法、觀察與實驗的方法等，進而認識科學的本質，提高學生的科學素養。在這一理念指導下，傳統的制作活動演變為設計與制作，更加重視設計和創造，把過去單純的制作技能的培養提高到技術素養的培養，目的在於使學生了解技術的知識、技術的本質、技術與人類生活的關繫，了解技術在社會中的應用，運用所學的科學知識設計與制作產品，掌握用簡單工具和材料制作產品的技能，掌握對產品進行評價和改進的技能。
3.從教育機構到社會立體網絡
青少年科學活動的組織，過去多由學校、青少年活動中心等教育機構來承擔，但自20世紀80年代以來，政府部門、科研單位、學校、專業協會、企業、慈善機構等也積極參與舉辦青少年科學活動，形成了支持科普的社會立體網絡。在英國、美國等國家，眾多的科技館、青少年科學活動中心分布在學校和社區，為青少年提供動手探究科學的場所和機會；電視臺在政府等部門的資助下不斷推出趣味橫生的科普節目；高品位的科普科幻類書刊琳瑯滿目，贏得了眾多青少年讀者的喜愛；科普專業組織、大學、研究機構、企業等也經常為青少年安排科普講座、科技博覽會、科技設計發明比賽、見習研究等活動。例如，美國國家科學基金會（National Science Foundation,NSF）投資16資助波士頓科學博物館開辦“研究！請自己觀察”的展覽，展覽中設有多種動手動腦型活動站，青少年可以在活動中扮演科學家的角色，可以重新設計伽利略的自由落體實驗，可以自己動手設計制作太陽能賽車。又如英國科學促進協會的“未來展望”就是為16～25 歲的青年開展的科普項目，它通過科技專題專家介紹會、研討會和辯論會等活動，鼓勵青少年思考科技對未來20年人類生活的影響，探索如何利用科學技術創造理想的社會。近年來，國內的青少年科學活動資源同樣越來越社會化。以上海為例，科普場地資源的建設主體既有政府主導，也有社會各方面的參與。如鐵路博物館由上海鐵路局建設，公安博物館由上海公安局建設，汽車博物館則是由一家企業——上海汽車集團公司建設。非場館類的科普場地數量很多，這些科普基地的建設主體更多，有大學、研究所、企業、醫院等等。