การพัฒนาความรู้ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีนั้น จำเป็นต้องอาศัยการวิจัยและพัฒนาเพื่อสร้างฐานความรู้ที่เข้มแข็งให้กับประเทศ และในขณะ ดียวกันกำลังคนของประเทศจำเป็นต้องได้รับการพัฒนาควบคู่กันไปด้วย โดยเฉพาะกลุ่มนักวิจัยซึ่งเป็นกำลังหลักในการขับเคลื่อนกิจกรรมวิจัยและพัฒนา สำหรับประเทศไทยหากเปรียบเทียบจำนวนบุคลากรวิจัยและพัฒนากับประเทศที่ใช้วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเป็นกลไกขับเคลื่อนเศรษฐกิจดังเช่น ญี่ปุ่น เกาหลี ไต้หวัน ถือได้ว่ายังมีปริมาณที่น้อยมาก ในปี 2546 ประเทศไทยมีบุคลากรด้านการวิจัยและพัฒนา กรณีเทียบเป็นการทำงานเต็มเวลาเพียง 42,379 คน-ปี ในขณะที่ญี่ปุ่นมี 857,000 คน-ปี เกาหลี มี 186,000 คน-ปี ไต้หวัน มี 120,000 คน-ปี ทั้งนี้การเพิ่มจำนวนบุคลากรวิจัยและพัฒนาต้องอาศัยระยะเวลาในการดำเนินการค่อนข้างมาก จำเป็นต้องทำอย่างต่อเนื่อง และต้องเริ่มดำเนินการตั้งแต่ในระบบการศึกษาเพื่อเตรียมฐานกำลังคนสำหรับอนาคต
ดังนั้นในระบบการศึกษาจึงจำเป็นต้องมีกลไกสนับสนุนเพิ่มเติมจากการศึกษาแบบทั่วไป เพื่อให้ผู้เรียนที่มีศักยภาพทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีได้รับการพัฒนาอย่างถูกทางและเหมาะสม ส่งเสริมให้อัจฉริยภาพที่มีอยู่เบ่งบานอย่างเต็มที่ และพัฒนาไปเป็นนักวิจัยที่มีคุณภาพต่อไปในอนาคต โดยจัดการศึกษาที่เฉพาะเจาะจงตั้งแต่ระดับมัธยมศึกษาตอนปลายในรูปแบบของห้องเรียนวิทยาศาสตร์ โรงเรียนวิทยาศาสตร์ รวมทั้งจัดกิจกรรมส่งเสริมประสบการณ์ทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของผู้เรียนอย่างต่อเนื่อง ซึ่งปัจจุบันมีการดำเนินการอยู่บ้างแล้ว อาทิ ในรูปแบบโรงเรียนมีโรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ เป็นโรงเรียนวิทยาศาสตร์เพียงแห่งเดียวของประเทศ รับนักเรียนได้เพียง 240 คน/ปี ในขณะที่การทำห้องเรียนวิทยาศาสตร์ และกิจกรรมเสริมอื่นๆ ยังทำได้ในปริมาณที่น้อยมาก ส่งผลให้นักเรียนที่มีศักยภาพด้านวิทยาศาสตร์ที่อยู่ในระบบไม่ได้รับการส่งเสริมอย่างเต็มที่จนถูกดึงความสนใจให้ไปศึกษาในสาขาอื่นแทน ซึ่งในระยะยาวจะเป็นอุปสรรคสำคัญต่อการสร้างฐานกำลังคนทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี อันจะนำไปสู่การยกระดับความสามารถทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีและการเพิ่มความสามารถในการแข่งขันของประเทศได้
กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม ในฐานะหน่วยงานที่มีภารกิจด้านการพัฒนากำลังคนทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของประเทศ ได้เล็งเห็นว่ากลไกการพัฒนาอัจฉริยภาพทางวิทยาศาสตร์ในระดับเยาวชนที่เป็นอยู่ในปัจจุบันนั้น ไม่เพียงพอต่อการสร้างฐานกำลังคนทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีให้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนถึงระดับที่เป็นมวลวิกฤต (Critical mass) ได้ จำเป็นต้องมีกลไกมาสนับสนุนเพื่อส่งเสริมให้เกิดระบบการจัดการศึกษาที่เอื้อต่อการสร้างกำลังคนทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี โดยถือเป็นการดำเนินการร่วมกันของกระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม และกระทรวงศึกษาธิการ ดำเนินงานโครงการห้องเรียนวิทยาศาสตร์ในโรงเรียนโดยการกำกับดูแลของมหาวิทยาลัย เป็นการสนับสนุนการจัดทำหลักสูตรห้องเรียนวิทยาศาสตร์สำหรับนักเรียนมัธยมศึกษาตอนปลายที่มีความสามารถพิเศษทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของโรงเรียนที่มีศักยภาพและความพร้อม โดยมีมหาวิทยาลัยเป็นผู้กำกับดูแลหลักสูตร การจัดการเรียนการสอนของห้องเรียนวิทยาศาสตร์ และให้การสนับสนุนการจัดการศึกษา กระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม จึงได้กำหนดเลือกมหาวิทยาลัยที่มีคณะและภาควิชาทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ซึ่งมีศักยภาพและความพร้อมเพื่อเป็นมหาวิทยาลัยนำร่องดำเนินการในเรื่องนี้
สำหรับโครงการ วมว.มธ.-สกร. มีการจัดการเรียนการสอนและจัดทำหลักสูตรภายใต้แนวคิดในการออกแบบหลักสูตร ดังนี้
- กระตุ้นให้เกิดกระบวนการเรียนรู้ สามารถศึกษาค้นคว้าด้วยตนเอง
- มีเจตคติที่ดีต่อวิทยาศาสตร์ และสามารถนำไปสร้างประโยชน์ต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อมอย่างยั่งยืน
- เน้นการเรียนรู้โดยใช้ปัญหาเป็นหลัก (problem based learning) เพื่อเสริมสร้างทักษะในการปฏิบัติจริง
- สามารถบูรณาการความรู้ เพื่อประยุกต์ใช้ในการสร้างสรรค์ นวัตกรรมและเทคโนโลยี ที่ใช้ประโยชน์ได้จริง ผ่านโครงงานวิทยาศาสตร์
- เน้นความรู้ ความสามารถด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่เป็นสากล
- พัฒนาผู้สอนในโรงเรียนให้มีศักยภาพด้านวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และนวัตกรรมที่สูงขึ้น
