חמד"ע (קיצור של "חינוך מדעי") פועלת כמרכז לחינוך מדעי של תל אביב-יפו מאז 1989. המודל הייחודי של חמד"ע, מאפשר לבתי הספר התיכוניים בעיר לשלוח את התלמידות והתלמידים מכיתות ט' עד י"ב לחמד"ע, כדי לקבל השכלה מדעית. השכלה זו כוללת הכנה לבחינות הבגרות (5 יחידות לימוד) וגם העשרה רבה מעבר לתכנית הלימודים של משרד החינוך בתחומי הפיזיקה, הכימיה, המדע החישובי והפיזיקה המחקרית.
את הרעיונות פורצי הדרך שעל פיהם פועלת חמד"ע הגה פרופסור חיים הררי, שכיהן כנשיא מכון ויצמן למדע, והקמתה התאפשרה בתמיכת קרן יד הנדיב (קרן רוטשילד) ועיריית תל אביב-יפו. עקרונות חמד"ע הותוו על ידי ועדה בין-לאומית של מדענים ואנשי חינוך מישראל ומחו"ל, בראשותו של פרופסור הררי, שהיה היו"ר הראשון של עמותת חמד"ע. בהקמת חמד"ע השתתפה ד"ר חנה ארזי, שכיהנה כמנהלת חמד"ע עד 2001, אותה החליפה ד"ר תהלה בן גיא עד 2020. מנהלת את חמד"ע היום ד"ר אלה ליבשיץ.
הרעיון של פרופסור הררי היה ליצור דגם חדש, הלוקח את האחריות לחינוך המדעי בחטיבות העליונות בתל אביב-יפו, כולל הכנה מלאה למבחני הבגרות בפיזיקה ובכימיה. וכפועל יוצא, לחמד"ע מגיעים תלמידים מן המניין בבתי הספר התיכוניים של העיר, כדי ללמוד את המגמות המדעיות שבחרו בהם. הלימודים מתקיימים במסגרת מערכת השעות הקבועה, המהווה חלק בלתי נפרד ממערכת השעות של בית הספר.
לימוד מעשי תוך כדי התנסות אישית במעבדה הוא לב ההוראה בחמד"ע. המבנה הפיזי של בניין חמד"ע מבטל את ההפרדה המלאכותית בין תיאוריה למעבדה: כל כיתת-מדע היא חלל רב-תכליתי המאפשר שילוב של עבודת מעבדה ומחשבים עם פעולות הוראה ולמידה מכל סוג. צוות חמד"ע מקיים שיעורי השלמה פרטניים ללא תשלום וכן קשר מקוון עם התלמידים.
בחמד"ע שמנו לנו למטרה ללמד את תכנית הלימודים בדרכים מיוחדות, מקוריות וחדשניות. אנו מציעים סדנאות, קורסי הרחבה, מעבדת מייקר'ס, סיורים מדעיים, השתתפות בתחרויות וביצוע פרויקטים ותוכניות ייחודיות. לרשות הכל עומדת ספרייה מדעית ממוחשבת שבה ספרים, כתבי עת, סרטים, תוכנות ומחשבים לשימוש חופשי.
מירכוז החינוך המדעי בחמד"ע הניב לאורך השנים תוכניות ייחודיות - לימודי ח"ץ (חמד"עים צעירים), לימודי מ"ח (מדע חישובי), פיזיקה מחקרית ולימודי כימיה ניסויית מתקדמת, וכן תוצרים תומכים ומעשירים שלא היו יכולים להתקיים בבית ספר בודד או באקדמיה. התוצאה היא שחמד"ע הציבה את תל אביב-יפו כמובילה בתחום החינוך המדעי בישראל.
בנוסף להישגים הלימודיים, חמד"ע מהווה כלי ראשון במעלה לסגירת פערים חברתיים, שאינו קיים ברשויות אחרות: בחמד"ע לומדים מצפון העיר ומדרומה, יהודים, מוסלמים ונוצרים, בעלי רקע סוציואקונומי גבוה וגם נמוך. מודל ההפעלה של חמד"ע מאפשר פתיחת מגמות לימודי פיזיקה וכימיה גם בבתי ספר שבהם מספר התלמידים אינו מאפשר זאת באמצעות קיום צירופים מכמה בתי ספר ויצירת כיתות אינטגרטיביות.
אנו מאמינים כי הישגים לימודיים במקצועות המדעיים צריכים ויכולים להיות נגישים לכלל התלמידות והתלמידים וזאת בכדי להקטין את הפערים הלימודיים והחברתיים. לאור זאת, צוות המורות והמורים בחמד"ע מחוייב לקדם, לטפח ולהעניק לכל תלמיד באשר הוא הזדמנות לממש את הפוטנציאל הגלום בו. התלמידים בחמד"ע עוברים חוויית למידה ותהליכי למידה מעמיקים ומשמעותיים, המקנים כלים מעולים להצלחה גם בהמשך: בצבא, באקדמיה ובקריירה.