如何在高中阶段培养拔尖创新科技人才？

摘   要：文章通过对美国、德国、英国、澳大利亚、日本、芬兰、韩国等主要发达国家开展高中STEM教育的经验进行考察，从政府、学校和社会三个层面出发，总结出各国培养科技人才的若干特点，如提供系统性政策支持，采取更为全面的培养举措，提供系统性校外支持等。在此基础上，提出了对我国高中科技人才培养的启示，包括加强顶层设计，提供政策与经济支持，优化办学理念，创新人才培养举措，强化组织协作，动员社会力量参与等。

关键词：主要发达国家；STEM教育；高中；科技人才

中图分类号：G642.3         文献标志码：A         DOI：10.3969/j.issn.1672-3937.2025.03.05

一、问题的提出

党的二十大报告指出：“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”，要“全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才”。[1]科技创新是发展的第一动力，随着社会对创新型人才需求的日益增加，高中阶段的拔尖创新人才将成为国家未来科技力量的重要源泉。本文旨在通过分析世界主要发达国家开展高中科学、技术、工程和数学（Science，Technology，Engineering，Mathematics，STEM）教育的经验，归纳其培养科技人才的特点，以期为我国提供参考。

二、主要发达国家

开展高中STEM教育的特点

（一）政府层面：提供系统性政策支撑

1.建立专门的STEM高中

美国在21世纪初期开始建立专门的STEM高中。2007年，美国国家科学委员会（National Science Board）在《国家行动计划：应对美国科学、技术、工程和数学教育系统的紧急需要》（National Action Plan for Addressing the Critical Needs of the U.S. Science， Technology， Engineering， and Mathematics Education System）中提出要构建一个从小学到中学、再到高等教育的稳固的纵向发展体系，并强调STEM教育在高中和高等教育之间的衔接。[2]2010年，总统科学技术顾问委员会建议在未来十年创建1000所以STEM教育为重点的学校，其中包括至少200所以STEM教育为重点的高中。[3]自此，美国STEM高中进入高速发展阶段。[4]2018年12月，美国白宫发布《绘制成功之路：美国的STEM教育战略》（Charting a Course for Success： America’s Strategy for STEM Education，又名“北极星计划”），进一步强调STEM高中和高中STEM教育。[5]当前，美国新闻与世界报道（U.S. News & World Report）每年都对美国公立STEM高中进行排名，并发布“最佳STEM高中”排名，帮助公众更好地了解STEM高中。

日本政府在21世纪初期开始建设专门的科学高中。2002年，日本文部科学省启动超级科学高中（Super Science High School）项目，重点研究和发展科学与数学教育，旨在培养面向未来的科技人才。据统计，截至2023年，超级科学高中已达218所。[6]

2011年，韩国颁布《第二次科学技术人才培养基本计划》，重点在中小学推进科学技术教育，以培育优秀的STEAM人才。[7]为发掘和培养各领域的优秀科技人才，韩国建立了多所专门的科学高中，如仁川科学高中、首尔科学高中和韩国科学技术高中等。其中，仁川科学高中是韩国最顶尖的科学中学，以STEM教育为主，重视数学与科学，被誉为韩国培养融合型科学人才的摇篮。[8]首尔科学高中在来自全国各地的顶尖中学毕业生申请者中寻找最有天赋的学生，并为其提供专门课程，该校凭借出色的办学成效在韩国的科学教育领域发挥领导作用。此外，韩国还与美国合作建立了韩国第一所STEM学校——美国STEM预备学校（America STEM Prep），通过开设工程学、机器人、计算机科学、电路学、3D打印等课程培养科技人才。

2.促进高中STEM教育的开展

英国政府于2004年颁布《2004—2014年科学创新投资框架》，在政府文件中第一次引入STEM概念。文件指出，从2005年开始，通过“为未来建设学校”方案，对英国所有中学进行改革，包括提供科学课程、提供资金改善学校实验室、为中学提供教学设计示范标准等。[9]为了更好地在中小学实施STEM教育，英国皇家学会于2014年发布《科学与数学教育愿景》（Vision for Science and Mathematics Education），提出开发高中STEM课程、建立资源充足的实验室、提供训练有素的教师等。[10]

芬兰自20世纪90年代以来一直非常重视LUMA（芬兰语中自然科学与数学的缩写）教育。[11]2023年3月15日，芬兰教育和文化部在《LUMA（TE） 战略和行动计划》中提出为所有高中生提供更丰富的数学和科学高级课程。[12]

（二）学校层面：采取更为全面的培养举措

1.制定有针对性的STEM人才培养目标

各国高中STEM教育的目标主要是培养学生的科技能力，为未来顶尖STEM人才发展打好基础。美国布鲁克林技术高中的培养目标为“为潜在的优秀人才提供优质的教育机会，最大程度地激发他们的科学才能，并使其在未来服务社会”。[13]美国布朗克斯科技高中的教育目标是“培养国家所需的科学等领域英才，为在科学领域具有潜在天赋和才华的学生提供教育机会，并使其在未来服务社会”。[14]日本超级科学高中旨在通过前沿科技和理科教育提升学生的科学思维、判断力和表现力，培养未来能够活跃在国际舞台的科技领军人才。[15]韩国世宗科学高中以培养引领未来工业界发展的科学人才为办学宗旨，突出培养学生的科学探究能力与创造力。[16]澳大利亚科学和数学学校通过提供卓越的学习机会，充分激发学生对科学和数学的激情和信心。[17]

没有建立专门STEM高中的国家也提出了学校的STEM目标，以指引STEM人才的培养方向。例如，芬兰要求将STEM教育理念融入现有的学校课程，培养学生将理论与实践相结合、在真实情境中解决问题的能力。[18]

2.开设多样化、特色化的STEM课程

作为STEM教育发源地，美国STEM高中的课程结构渐趋完备，必修课、选修课、大学先修课程（AP课程）和科研实习课程保障了STEM人才的培养。近年来，美国的STEM高中更加关注科技前沿，开设相应的研究性课程，这类课程被称为特色课程。例如，惠勒高中的特色课程涵盖化学工程、航空航天工程、机器人等领域的STEM课程，托马斯·杰弗逊科技高中开设了生物技术、地球系统等领域的STEM课程。

在英国，STEM教育主要通过卓越课程开展。[19]一些学校将STEM作为独立课程，安排固定的时间段为学生授课，也有一些学校将STEM嵌入其他课程之中，如在体育课中教授学生计算心率、在社会科学课程中教授学生绘制调查报告的图表等。

澳大利亚科学和数学学校为十二年级学生提供特色化STEM选修课程，如工业设计等。达尔文中学选拔在STEM方面表现出色的九年级学生加入“卓越中心”项目，为学生提供特色化STEM课程、赴大学和企业学习、参加全国性科学和数学竞赛的机会。[20]

新加坡在高中实施STEM应用学习项目课程。[21]美雅中学的STEM 应用学习项目课程有效融合了数学、技术、科学、工程等学科，通过引入真实世界的复杂问题，让学生在学习过程中体验工程师解决实际问题的思维与方法。

3.打造高水平STEM师资队伍

美国非常注重STEM教师教育。例如，科罗拉多博尔德大学的工程学院和教育学院联合推出了“工程+”项目，旨在提升在职中小学教师开展STEM教育的专业能力。该项目按照“诊断主体需求—匹配专业导师—设计提升方案—开展嵌入式指导”的路径提升中小学教师STEM教育能力。[22]

美国德克萨斯大学的UTeach项目旨在解决中学STEM教师数量不足的问题。该项目通过整合自然科学学院和教育学院的资源，实施跨学院联合培养，为学生提供同时获得STEM学士学位和中学STEM教师资格证书的机会。UTeach提供的课程包括STEM教育体验类课程、教育类课程、学科类课程、见习类课程等。此外，UTeach为毕业生提供为期3年的跟踪指导，以帮助毕业生更好地适应STEM教育教学工作，引领其专业成长，降低STEM教师队伍流失率。

芬兰的STEM教师教育主要由8所大学负责。除了单一STEM学科的教师教育项目，芬兰高校也提供跨学科的STEM教师教育项目。例如，数学、物理和化学教育硕士项目，旨在帮助师范生成为具备两门学科（在数学、物理、化学中选择两科）教学能力的教师。该项目要求职前教师掌握所选学科领域的理论知识和以学生为中心的学科教学方法，学会在教学中使用信息技术，开展探究性教学等。

新加坡的STEM教师主要由国家教育研究院负责培养，由国家STEM教育研究所提供专业的STEM教育资格认证，并帮助STEM教师掌握重要的教学技能。[23]

英国的“教学优先”项目是一个旨在培养STEM教师的创新项目。该项目的STEM教师培训流程主要包括资格审核、STEM实习、参加暑期学院和正式培训。在培训期间，每位师范生都会获得个性化指导，并配备3名指导教师，通常包括一位专家、一位所在学校指导教师和一位大学指导教师，以确保他们得到充分的支持、培训和评估。

澳大利亚悉尼大学通过专门的STEM教师进修学院提升教师的STEM教育教学技能。教师通过深入探讨STEM领域的内容和教学方法，加深对STEM学科的理解，提高教学技能，并将这些知识和技能应用到实际教学中。[24]

4.实施培养学生综合思维的教学方法

美国STEM高中对项目式学习给予高度重视。例如，北卡罗来纳州科学和数学学校通过为期3周的“迷你学期”（Mini-Term），帮助学生在导师的指导下开展独立的研究项目，以深入探索自己感兴趣的领域。学生选择的项目主题需与STEM相关，如计算机、人工智能等。在斯科茨代尔基础中学的高级文凭项目中，学生需要在高中第三年选择一个STEM相关的项目主题进行自主研究。[25]

在芬兰，STEM教学的方式主要包括三种：主题教学、现象教学和综合科学教育。主题教学是一种以主题为核心，整合多个学科知识进行教学的方式。在这种教学方式下，教师会引导学生围绕某一主题进行分组学习和交流讨论，运用多学科知识分析和解决讨论中出现的问题。现象教学是一种在保留学科分科的基础上，事先确定某一个实际领域或客观现象，随后在课堂上围绕该领域或现象学习与之相关的各种知识的教学方式。[26]例如，在以欧盟为主题的课堂上，学生学习与欧盟有关的经济、地理、历史等多学科知识。[27]综合科学教育是一种跨学科的教学方式，旨在培养学生的跨学科思考能力。例如，在教学中，尝试将各种与STEM相关的学科融合，组建跨学科的综合小组，鼓励学生从多角度思考问题，培养其创新思维和解决问题的能力。[28]

新加坡在高中采取跨学科项目工作的方式实施STEM教育。该教学方式强调在真实情境中以实践为导向开展教学，通过模拟真实世界中的问题和挑战，帮助学生将所学的STEM知识应用于实践中。这种教学方法能够激发学生的学习兴趣，提高学习动力，培养在现实生活中解决问题的能力。[29]

（三）社会层面：提供综合性校外支持

1.开发STEM教育网络平台，促进高中STEM教育数字化发展

美国斯坦福大学数字媒体学院一直在为中小学学生提供世界一流的STEM教育。该学院于2020年开发了网络学习平台“STEM学习实验室”，为学生提供线上学习机会。[30]德国在2023年11月上线STEM教育中央学习平台“数学、计算机科学、自然科学和技术（MINT）校园”，该学习平台的推出是德国政府促进MINT教育的一个重要里程碑。[31]英国通过建立国家STEM学习中心和网络，致力于为青少年提供世界领先的STEM教育。[32]2018年以来，日本经济产业省大力推进“未来教室”项目，该项目与中小学合作开展了多个示范项目，内容涵盖STEAM领域的诸多内容，极大地促进了日本中小学生对STEM的兴趣。[33]与“未来教室”项目相配套的STEAM图书馆，也在线上提供了大量的STEM课程与资源。