המחלקה להוראת המדעים במכון ויצמן למדע נוסדה ב-1968 על ידי פרופ' עמוס דה-שליט. המחלקה רואה את ייעודה בטיפוח החינוך במדעים ובמתמטיקה בארץ ובקידום אקדמי של התחום. מטרה מרכזית של המחלקה היא פיתוח מנהיגות אקדמית ופרקטית בחינוך מתמטי ומדעי.

המחלקה עוסקת במחקר, פיתוח חומרי למידה והוראה, פיתוח מקצועי של מורים והפעלה בשדה כרצף של פעילויות מתמשכות וארוכות טווח הקשורות זו בזו. פעילויות אלה מתוכננות ומבוצעות בסטנדרטים אקדמיים גבוהים. חברי המחלקה מוכרים כמובילים בתחומם בעולם, מפרסמים את עבודותיהם בעיתונות מקצועית ובכנסים מרכזיים בארץ ובעולם, ומשתתפים ומובילים וועדות ופרויקטים בינלאומיים של מחקר ופיתוח בתחומי המתמטיקה והמדעים. חברי המחלקה מובילים וחברים בוועדות היגוי, בוועדות מקצוע, בוועדות תכנית של משרד החינוך ובפעילויות של גופים אחרים העוסקים בחינוך מדעי בארץ ובחו"ל. יש להדגיש את התרומה הרבה לפיתוח מקצועי של מורים כפי שיפורט בהמשך.

המחלקה עוסקת במחקר ופיתוח בהוראה ולמידה של התחומים; מתמטיקה, פיזיקה, כימיה, מדעי המחשב, מדעי כדור הארץ, מדעי החיים ומדעים רב-תחומיים כמו מדע וטכנולוגיה בחטיבת הביניים (מו"ט חט"ב), ומדע וטכנולוגיה בחברה בביה"ס העל-יסודי (מוט"ב) רוב הפעילויות מיועדות לכיתות ז-יב, אך יש פעילויות נבחרות גם בכיתות גן-ו, ובחינוך הגבוה. הטווח הרחב של הפעילויות ושל תחומי הדעת הפועלים תחת גג אחד מאפשר שיתופי פעולה רב-תחומיים ואינטראקציות ברוכות בתוכניות מחקר, פיתוח והפעלה, כמו למשל בתכנית רוטשילד-ויצמן (שתתואר בהמשך), או בין קבוצות שונות העוסקות בפיתוח מקצועי של מורים.

המחלקה עוסקת מאז היווסדה בהוראה, הנחיה והדרכה במסגרת תכניות לתארים גבוהים ובמסגרות שונות לפיתוח מקצועי של מורים. סעיף 1 בהמשך מתאר את המסגרות והפעילויות השונות. התכניות השונות המוצעות למורים מקושרות לפרקטיקה שלהם ועוסקות בהרחבה והעמקה של הידע בתחומי הדעת השונים, ובפרט בנושאים הקשורים לנושאים הנלמדים בביה"ס. תכניות אלה מציגות למורים נושאים בחזית המדע; חושפות מורים לחידושים מבוססי-מחקר בהוראת המתמטיקה והמדעים; מנחות ומדריכות מורים בפיתוח ובהפעלה של גישות חדשניות מבוססות-מחקר וחומרי למידה והוראה; מכשירות מנהיגות בחינוך מתמטי ומדעי.

תכניות רבות מתבססות על עדויות שמורים מביאים מכיתותיהם על עבודתם ועל למידת תלמידיהם לדיונים רפלקטיביים עם עמיתיהם לשם הסקת מסקנות ולהפקת לקחים.