美国理科高中简述

李娜

[摘 要]科技创新人才是增强一国国际竞争力的核心力量。美国理科高中是美国在高中阶段培养科技创新人才后备力量的重要途径。本文概述了美国理科高中的发展历史，从课程、师资、学习氛围以及学校的影响力等方面总结了理科高中的办学特色，最后阐述了美国理科高中蓬勃发展的背后所面临的困境。

[关键词]理科高中；历史；特点；困境

理科高中（Science， Technology， Engineering，and Mathematics High School，简称STEM High School），是美国特别强调科学、技术、工程以及数学学科领域教育的一类特色学校，以高中理科资优生，即对数学、物理、化学、生物以及计算机学科领域的学习具有浓厚的兴趣，且在这些领域资赋优异的高中学段的学生，为培养对象。进入21世纪以来，美国各界再次强调，培养本土的科技创新人才后备力量对于未来国家发展具有重要意义。在此背景之下，作为培养理科资优生最为全面和系统的途径，理科高中日渐受到关注。

一、美国理科高中的发展历史

美国理科高中的起源可以追溯到1904年纽约史蒂森文特高中（Stuyvesant High School）的建立。整个20世纪见证了美国理科高中的发展历程。

20世纪初期建立的理科高中并非以增强学生能力或者为理科资优生提供适合的教育为目标，而是为了培养具有专业技能的劳动力。[1]1957年，苏联发射了Sputnik卫星，这引发了20世纪后半叶以来美国教育界对科学教育的持续关注。美国政府和民众为促进科学教育的发展提供了重要的支持。至20世纪80年代，美国的许多州相继建立了州立理科高中。

最初，美国多个州的立法当局及教育机构积极建立理科特色高中主要是出于对未来美国本土科技人才资源短缺的忧虑，希望借此增强美国的经济竞争力。1980年，美国北卡罗来纳州建立了美国第一所州立寄宿制理科高中——北卡罗来纳州理科学校（The North Carolina School of Science and Mathematics）。当时，北卡罗来纳州州政府兴建理科高中主要是基于以下三个考虑。一是一个州的经济繁荣越来越有赖于技术产品和服务产业的发展。为了使北卡罗来纳州保持竞争优势，州政府建议加强高中阶段的理科教育。二是提升理科资优生的教育。无论理科资优生当前所接受的教育能否为他们提供较为适合的教育机会，州立寄宿制理科高中一定能够为他们提供更好的教育。三是希望通过理科高中的教育经验，进一步开发新的教材、教学方法和教师培训项目，进而惠及北卡罗来纳州所有的学校。[2]随后，鉴于普通学校，尤其是农村地区以及教育体制不完善地区的学校，无法有效地为理科资优生提供满足其STEM（Science， Technology， Engineering， and Mathematics）教育需求的现实，美国的资优教育研究人员以及科学家大力呼吁各州建立理科高中。

1988年，美国的理科高中已经发展到一定的规模，一些学校开始走向联盟，以期互相交流，讨论共同关注的问题。为此，它们成立了全国非盈利性组织——美国理科特色中学协会（The National Consortium for Specialized Secondary Schools of Mathematics， Science， and Technology）。该协会现有机构成员和附属成员各100多个。机构成员包含各理科中学，附属成员以大专院校，基金会和公司企业为代表，他们致力于改革数学和科技教育，以推动国家出台相关政策，促进彼此合作以及推广优秀的教育实践为使命。根据该协会2004年的报告，其成员高中校中，75%是全日制学校，25%是半日制项目学校，80%为非寄宿制学校，18%实施寄宿制，另有2%两者兼有。其中，69%的学校招收9-12年级的学生，4%招收10-12年级的学生，22%招收11-12年级的学生，还有5%的学校同时也招收小学以及初中学生。[3]

理科高中的办学机制各异，既有公立学校也有私立学校。在所有的理科高中之中，有17所为州立寄宿制高中，它们是州政府为了保持或者是扩大本州在科技方面的竞争优势而建立的。这些高中具有双重使命：一方面为理科资优生提供满足其需求的教育服务，确保科技创新人才后备力量的形成；另一方面促进整个州的公立教育的发展，尤其是数学和科技教育的发展。

就办学模式而言，理科高中可以分为两类：一是提前进入大学学习的高中，二是独立高中。学校的性质根据授权建立该校的法律而定。提前进入大学学习的高中坐落于大学之中，采用“校中校”的形式，隶属于所在大学。其中，一些高中的学生事实上已注册进入大学。独立高中或坐落于大学，或有独立校园。这类高中拥有自治管理的权利，学校的课程开发以及教职工的聘用不必受大学的监督。

理科高中的建立集中地反映了美国政治、经济以及教育发展的需要。无论学校的办学机制与模式有何差异，理科高中创建了强调理科教育的学习环境，为学生提供了更高层次的培养。

二、美国理科高中的特点

第一，正如其名，美国的理科高中更加关注理科教育。除了各州高中毕业要求中所规定的三年实验科学以及三年数学课程的学习之外，这些学校为学生提供了修习更多的数学和科学课程的机会，而且很多学校的毕业要求中明确规定了学生必须修习的理科课程的数量。根据美国学者对美国州立寄宿制理科高中调查的结果（Steven I. Pfeiffer， J. Marguerite Overstreet， and Andrew Park，2010），16所理科高中所开设的自然科学学科的课程平均为34门（各个学校19～60门不等），数学学科的课程平均为21.11门（各个学校10～50门不等）。如此之多的理科课程远远超过了传统高中所开设的相应学科的课程数量。此外，这16所理科高中之中，有13所学校（占81.25%）规定了数学学科必修课程的数量。这13所学校的毕业要求中规定的数学学科的必修课程数量平均为3.12门（各个学校要求学习1-6门不等）。7所学校（占43.75%）规定了自然科学学科必修课程的数量。这7所学校的毕业要求中规定的自然科学学科的必修课程数量平均为5.36门（各个学校要求学习3-10门不等）。[4]

第二，理科高中的学生所学习的数学和科学课程不仅范围广，而且内容难度大，要求高。许多课程已经达到了大学相应学科的课程标准。一些坐落于大学的理科高中的学生有时则直接与大学的学生一同上课，使用相同的教学内容。

此外，鉴于AP（Advanced Placement）课程的教学具有一定的应对AP测试的倾向，理科高中只选取了其中一部分作为课程。而理科高中自行开发、设置的课程超越了AP课程的课业要求，更多地强调培养学生的实验与研究能力。因此，科学研究也成为理科高中课程中最具特色的一部分。据统计，各所理科高中为学生提供了不同层次的科研机会。Steven I. Pfeiffer 等人（2010）的研究还显示，在所调查的16所州立寄宿制理科高中之中，有13所学校（占81.25%）为学生提供初级或者是中级的科研机会，11所学校（占68.75%）提供高级的科研机会；14所学校（占87.5%）为学生参与的科研项目提供了外部实验设备和资源。每周，学生在实验室进行实践研究的平均时间为6.19个小时（各个学校2～8小时不等），而美国普通的公立学校并不会为学生提供这种研究机会。[5]

理科高中课程的深度还体现在其整合性方面。各学校依据培养目标开发了整合型课程，以期培养学生在科学研究中借助数学工具，并综合运用理科知识，解决实际问题的能力。例如，美国弗吉尼亚州的托马斯·杰斐逊克理科高中（Thomas Jefferson High School for Science and Technology）中开设的《地理系统》（Geosystems）课程就很好地体现了各学科内容的整合。[6]该课程将生物，化学，物理以及数学学科的内容进行综合，要求学生在掌握一定的生物、化学和物理知识的基础之上，运用数学技能解决课程中讨论的温室效应、臭氧减少和生物多样性锐减等现实问题。

第三，美国理科高中的教师队伍的专业素养过硬且经验丰富。理科高中的教师由全职教师和兼职教师两部分组成。兼职教师主要包含学生的导师、访问学者以及其他非全职的教师等。

理科高中教师的平均学历水平高于普通高中的教师。他们几乎都具有硕士学历，或者是专业领域的同等学历。一些学校也有一半左右的教师拥有博士学历，或者是某一专业领域的最高学历。这体现了研究型教师的标准，也为教师开展深度教学奠定了基础。美国理科高中一些教师的专业水平已达到相应专业的大学教师的标准，但是理科高中更具有挑战性的工作环境吸引着他们。此外，理科高中各个部门的工作人员也都是具有相关背景的专业人员，以期为学生提供最为专业和及时的服务。美国各行各业的成功人士如科学家、著名作家等也积极参与到理科高中的创建与培养中，并作为访问学者、导师等为培养理科资优生提供了丰富的教育资源。他们之中不乏国家科学领域一些重要奖项的获得者，例如伊利诺伊州理科高中（Illinois Mathematics and Science Academy）的创建人之一Leon Lederman教授就是1988年诺贝尔物理学奖的获得者。[7]

经验丰富是美国理科高中教师的另一个特点。在理科高中工作的教师大都具有一定年限的工作经历，一些教师已是各个专业领域的优秀教师。每所理科高中的教师队伍中都有国家级或地区级学科专业组织机构的成员，如某学科领域大学委员会专家成员等。

第四，美国理科高中与校外的组织建立了密切的合作伙伴关系。大学、公司企业以及校友会等组织都参与到理科高中的项目活动之中。其中，一些合作机构为学校的某一项活动提供支持，如为学校举办各种竞赛提供赞助和奖励，也有一些机构长期为学校师生的教学和科研活动提供帮助。在这一方面，大学的作用最为突出。坐落于各大学校园的理科高中能够利用大学的教师资源和教学设施，这减轻了理科高中雇佣与管理学校教职员工或者是配备大量实验室的需求。南卡罗来纳州理科学校（The South Carolina Governor's School for Science and Mathematics）每年暑假为即将升入高三年级的学生提供为期6周的校外学习项目，许多学生能够在此期间参与南卡罗来纳州各所大学中教授的实验研究项目。[8]不仅如此，大学也为理科高中的学生提供了感受大学文化氛围的机会。目前，已经有14所州立寄宿制理科高中与所在地区科研院所、国家级实验室等建立了合作关系。

此外，校友主要通过赞助教育项目，设立奖学金以及亲身参与教育活动，为学生提供广泛的信息资源以及职业发展咨询服务等。

第五，美国理科高中的学习氛围与众不同。在这些学校中，师生积极参与教育的各个环节，他们之间的交流更为频繁与深入。在此过程中，理科高中的学生深受其教师的影响，对于理科学习的兴趣更加浓厚。学生乐于花大量的时间与精力与那些知识渊博并关注他们兴趣发展的教师沟通，课后学生缠住教师追根问底的情形也十分常见。当学生在教师指导下成功完成科研项目时，双方共同的幸福感骤然上升，这也得以解释为什么即便是暑假，许多学生仍痴迷于科研而不愿离开校园，即便是在快餐店也专注于自己的研究。[9]此外，理科高中为热爱理科学习的学生提供了相互交流，共同探索，分享学习快乐的广阔空间。在一种十分平等和自由的学习环境中，教师的教学不再以讲授传统的知识和维护自身权威为特点，转而更加关注学生的学习过程，及其解决问题的责任意识和能力，更着力于培养学生的批判性思维与学习技能。

第六， 美国理科高中对整个地区理科教育的发展发挥着积极的辐射作用。各州对理科高中的发展投入重金，这些学校也通过开展一系列的拓展性和充实性活动来推动本州理科教育的整体改革与发展。通过举办各类活动，这些学校将自身在理科教育中总结的经验进一步推广。例如，伊利诺伊州理科高中（Illinois Mathematics and Science Academy）开展的拓展性项目遍及整个伊利诺伊州，且实施在线学习，这些项目激发了该地区中小学学生对理科学习的兴趣，提高了他们的学习成就；[10]北卡罗来纳州理科高中（The North Carolina School for Science and Mathematics）开展了丰富的校外项目，它们成为提高K-12年级教育质量的合作性力量，尤其是提高了农村和偏远地区的教育质量；[11] 缅因州理科高中（The Maine School of Science and Mathematics）则针对5～9年级中对理科学习感兴趣的学生开设了暑期培养项目[12]，等等。

理科高中的高质量培养不仅增强了学生的理科学习兴趣，使其科研能力以及创造性解决问题的能力格外突出，更使他们能够充满自信地去面对更有挑战的大学学习与科学研究事业。据统计，99%的理科高中毕业生进入大学，其中学习数学、科学、工程和技术专业的比率也高于普通高中。此外，80%的学生表示将继续攻读硕士或者是博士学位。[13]

三、美国理科高中的发展所面临的困境

尽管美国理科高中的成果不凡，但是由于办学机制的差异，他们不同程度地面临着公众支持度不足，教育资源及办学资金缺少等问题。

美国理科高中的兴建与发展所面临的最大的挑战可能就在于整个国家对于卓越（excellence）之概念的模糊理解。[14]一方面，美国民众认识到通过确保最优秀的学生进入理科高中，为他们提供高水平的教育是满足全球化时代美国科技发展需求的重要途径。然而，与此同时，人们又对此持有怀疑的态度，认为帮助少部分资优学生实现卓越发展，这一定程度上带有精英主义与不公平的色彩。因此，地方当局和公众有时候阻挠对理科高中的支持。因为在他们眼中，这些“精英学校”掠夺了提供给一般学生的教育资源。此外，理科高中无法使用有效的鉴别方法对理科资优生进行选拔，无法为在校学生提供充分的支持也是公众对理科高中的发展持观望态度的原因。

除上述因素之外，理科高中的发展还受制于教育硬件与软件资源以及办学资金的不足。由于科研的需要，理科高中通常要求具备高质量的实验室。理想的实验室要能够承担多种实验项目、创新性研究学习、小组合作研究以及在线交流等学习任务，而且设备齐全。按照上述标准，为普通的学校配备综合性实验室的花费就十分高昂，而理科高中实验室建设的费用将更高。因此，理科高中所在学区常常不愿意将大量的资金投入到理科高中的建设以及后续发展之中。不仅如此，理科高中的有效教学极大地依赖于高质量的课程。为此，学校需要投入大量的人力和财力积极开发具有创新性和挑战性的课程。作为地区理科教育的领导力量，理科高中还承担着整个地区理科教育的改革、推广活动以及对理科教师专业发展的培训任务，这无疑又增加了理科高中的经费开支。

参考文献

[1][3][9][13][14]Robert D. Atkinson et al. Addressing the STEM Challenge by Expanding Specialty Math and Science High？Schools [J]. NCSSSMST Journal， Spring 2007，12 （2）：14-23.

[2]Charles R. Eilber The North Carolina School of Science and Mathematics[J]. The Phi Delta Kappan ， 1987， 86（10）： 773.

[4][5]Steven I. Pfeiffer， J. Marguerite Overstreet， and Andrew Park. The State of Science and Mathematics Education in State-Supported Residential Academies： A Nationwide Survey[J]. Roeper Review， 2010，32： 25–31.

[6]Thomas Jefferson High School for Science and Technology. Geosystems[EB/OL]. http：//www.tjhsst.edu/curriculum/scitech/geo/geo.php， 2010-8.

[7]Illinois Mathematics and Science Academy. Dr Leon Lederman[EB/OL]. http：//www.imsa.edu/about/greatminds/Dr_Lederman，2010-8.

[8]The South Carolina Governor's School for Science and Mathematics. Summer Program for Research Interns（SPRI）[EB/OL].http：//www.scgssm.org/current_students/outreach_programs/spri/，2010-8.

[10]Illinois Mathematics and Science Academy. About IMSA[EB/OL].https：//www3.imsa.edu/about，2010-8.

[11]The North Carolina School for Science and Mathematics. Distance Education and Extended Programs （DEEP） [EB/OL].http：//www.ncssm.edu/drupal/？q=distance-education/what-deep， 2010-8.

[12]The Maine School of Science and Mathematics. Outreach Introduction[EB/OL].http：//www.mssm.org/outreach/， 2010-8.

（责任编辑 甘 璐）