科技创造力的源泉——美国数理科技高中的课程和教学

美国为世界瞩目的一大亮点是其强大的科技创新能力，如层出不穷的高科技产品，年年榜上有名的科学诺贝尔奖得主。但是很多人不知道，美国基础教育中有.支有生力量，对美国科技创新能力的形成有着不可小视的贡献，这就是美国的数理科技高中或者被直译为STEM高中（STEM high school）。[STEM四个字母，分别代表科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）——编者]

我们仅以纽约市的“三驾马车”——史岱文森、布朗克斯、布鲁克林技术三所选拔性高中为例，从20世纪40年代起总共为世界提供了14位诺贝尔科学奖得主。仅1938年成立的布朗克斯高中一家，就有7位校友先后获得诺贝尔物理学奖，1位获得诺贝尔化学奖。除此之外，这所高中的校友还有29位任国家科学院院士，22位任国家工程院院士。布朗克斯高中不仅在科学和数学教育方面卓有成效，其人文教育也久负盛名，先后贡献了7位普利策奖（颁发给新闻写作、文学写作、音乐创作）获得者，其校友中不乏作家、律师、内科医生、教育家、艺术家、演员以及经济和政府领导者。而史岱文森科学高中的校友中，有4位获得了生理学和医学、经济学、化学等3个项目的诺贝尔奖，许多还成为美国科学、数学、政府、法律、艺术和音乐等领域的精英。布鲁克林科技高中的校友除了有两位斩获诺贝尔科学奖外，还取得了很多辉煌的成就，例如发明了数码照相机，研发了GPS系统，驾驶了挑战者号航天飞机，发现了宇宙大爆炸理论的新证据，发明了汽车的新能源，研发了青霉素的批量生产等等。

自上世纪80年代，新的一批数理、科技高中涌现出来，尤其是以立法形式诞生的众多“州长学校”，催生了众多我们今天所熟知的数理科技高中。目前，美国这类学校已超过100所，它们有自己的联盟组织————National Consortiumof Secondary STEM Schools，用以共享和协调联盟内的资源、信息和技术，这类学校已经成为高中阶段培养科技人才的中坚力量。

美国数理科技高中的教育理念和课程设置

美国的精英教育思想，大致可以描述为从注重经典和文理兼得的“自由（博雅）教育”到开拓未来的“探究应用教育”的变革。即使在今天美国的顶级大学中，也留存了这样的不同侧重，耶鲁大学、普林斯顿大学、哥伦比亚大学等侧重于前者，哈佛大学、麻省理工学院、宾夕法尼亚大学、康乃尔大学等侧重于后者。STEM高中，总体上走的是后者的道路。其中，也有偏“理”的数理高中和偏“工”的科技高中之分虽然STEM高中突出了专业化人才培养，但是，在当今大量数理科技高中的课程中，也渗透了打通文理的思想。STEM教育本身就暗含了贯通学科的理念，强调数学、科学、工程、技术的融合，而不是简单‘叠加，在STEM中加入“A”（Art，艺术）成为STEAM，体现了艺术在科技创新思维中的作用。因此人才的专业性只是一个侧面，高中课程的设置充分地尊重人才的个性化和多学科知识结构的融会贯通，则体现在必修和选修课按照个人特长和兴趣的合理搭配上。尤其要强调的是，人文社会学科更注重把握事物的整体和事物之间的关联，从而弥补了单纯的科学体系和技术分析带来的局限，这对于想象创造力的拓展有直接的意义。在课程设置上，数理科技高中大致有如下特点：

1.丰富的课程设置

数理科技高中课程丰富，体现在学科门类的多样齐全，如布朗克斯高中的课程，单单生物课就有八个方向可供选择：医学、药学、环境研究、有机体水平生物学、分子与细胞水平的生物学、刑侦科学、生活与健康和心理学。布鲁克林技术高中为11、12年级学生提供丰富的专业选项，如航天工程、建筑学、生物医学工程、医学预科、生物科学、化学、土木工程、计算机科学、机电工程、环境科学、工业设计、律师、数学、传媒与艺术以及社会科学。

此外，这些学校还鼓励学生根据各自需求、兴趣、志向，利用各种课内和课外的机会学习。课外活动成为延伸学生探究兴趣和促进学生个人发展的重要因素。各类“兴趣俱乐部”成为特殊才能发展的重要平台。在这些选拔性高中，上百个兴趣小组中，不乏高端的数理和科技小组。学校的试验设施和设备，为这些活动提供了科研的保障。

2.严格的专业要求

首先，这些高中的专业要求和一般高中以单科成績作为主要学业标准形成鲜明对照，这些高中是从更高端的专业技能发展来设置课程的。比如，在布鲁克林技术高中，所有新生都要学电脑制图，因为这是当今工程技术人员的基本功。9，10年级期间，所有的学生都要学习核心课程，并巨通过在设备齐全的实验室、计算机中心、工作坊和理论班进行实践操作来进一步加强基本技能。专业训练的特点是知识技能的系统性和与之相关的循序渐进的课程体系。比如，在刚刚介绍的布朗克斯科学高中的生物课程中，分子生物学方向，高中4年是一个由微观生物学、有机化学、APt物学、“后AP遗传学”、生物研究项目5门课构成的一个系列；在心理学方向，学生可以选择APjb理学、后APJL童心理学/变态心理学、动物行为、生物学或社会科学研究项目5门课的套餐。

再次，数理科技高中的专业性还在于依托大学的支持，直接让学生在大学修课，从事研究，受大学的学术氛围的浸润和熏陶。比如纽约市的数理科技高中、伊利诺州的数理学院（IMSA）、北卡罗来纳州的数理高中等，都得益于本地区丰富的高校资源和科技创新孵化园的支持。

3.自主的学业选择

所有选拔性数理科技高中都把追求卓越作为重要的要求。但是，这些学校比一般高中更重视个性化，也就是说，个人按照自己的方式找到卓越之路，而不是要求所有学生走一条路。对于学校来说，在哪门课用多少力，是否要门门第一，这都是学生自己的事情。学校不会去“微观管理”学生。学校要管的是帮助学生确定自己的方向，实现符合学生智力特长、个性特点的“最大化”发展。实现这一点的基本前提是这些学校在规定课程外，给学生留出较大的空间，让他们按照自己的情况、兴趣、愿望去设计、营建自己的知识结构。所以，才会出现本来以科技为主要特色的学校却出现了以写作或音乐见长的毕业生，而在社会人文为主的特色学校里，也不乏理工人才。

美国数理科技高中的教学模式和评价体系

是注重知识点的传授（注重的是事实、概念、理论的掌握），还是思维方式和技能的培养，决定了教学的着眼点。一般而言，中国的教育传统重视知识点的传授，而美国的教育传统则更侧重思维方式和技能的培养。对美国人来说，如何思考（how to think）是比“知識点”（what to know）更重要的。同时，美国的教学方法始终强调“个人体验”在学习和知识建构中的重要性。相比之下，中国教育观念中的知识是“客观”的，知识是凌驾于个人的主观体验和诠释之上的权威体系。这种差异在美国数理科技高中的教学方法中也充分体现出来。总结起来，数理科技高中的教学方法是与培养探究精神和探究能力、批判性思维和创意思维的目标密切相关的。归纳起来，其教学策略有如下3个特点：

1.直接切入学科和行业领域的本质和内涵

教学从直接经验开始，是杜威很早提出的理念。所以，许多高中的第一年不是学习知识，而是掌握探究实践的基本功，笔者访问这类学校的一个突出感受是，这些学校的教学摆脱了围绕教科书的教学模式，增强了参与式学习方式，要求学生主动去感受、揣摩如何界定问题，如何做实地观察或做试验设计，如何收集数据，如何论证，如何评断知识、论断的效度和真伪，等等。在社会学科领域，体现为如何获得和解读第一手资料；在科学领域，如何掌握基本的研究方法和数据分析方法；在工程技术领域，是学会电脑制图、掌握电脑设计的基本要领；在文学方面，是原著的阅读，从对原著的零距离“亲密接触”开始。美国高校研发的高中工程课程“项目引领学习”（Project Lead the Way，PLTW）的基本教学模式就是“基于项目的学习”（project-based learning），直接切入现实问题的解决。

2.以研究项目培养学生的探究能力和价值认同

从问题开始，直接参与探究活动和实践，是这类学校的共同特征。这点体现在两个方面。首先，许多课程都包含探究项目，从工程课程基于项目的学习，到人文学科对历史和文化的探讨，都是从真实的问题开始，没有既定的答案，只有在探究过程中获得对问题不断深入的理解，比较不同解决方案的优劣。其次，到了11、12年级，数理科技高中学校会要求学生直接从事独立研究。在美国，一般要到研究生阶段才会直接参与研究课题的确定、研究设计、研究执行、研究评价的过程，但在数理科技高中，9、10年级就开始了基本研究技能的准备和课堂学习的研讨，到了11、12年级，就真枪实弹地从事研究了。大部分高中的毕业研究要求是，所有学生都需要完成一个科学或工程研究项目；项目可以从提供的科技研究实验室中挑选一个完成，或者通过学校提供的‘导师计划”（mentorship program）在企业的、政府的或大学的实验室或技术设施里完成。科研的成果会在学校展示，在社区展示或在年度研讨会上交流，优秀的论文则会参与全国竞赛（如“英特尔科学人才搜索”）。

3.以讨论、独立研究和写作增强对知识本质的反思和对问题的批判性思维

中国有些教育工作者觉得课堂讨论浪费了教学时间，表面上看，课堂讨论确实缺乏效率，有时甚至漫无边际。但是，课堂讨论的真髓是科学和民主：科学精神体现为，对“如何认识现实世界”，“如何确定具体的观点是否有效”这样的认识论问题有一种真实的意趣，乃至责任，意味着大家对讨论的现象、命题、见解是需要“较真”的，不可敷衍的。民主精神则是说，讨论是一种民主自由的生活方式，没有人能垄断知识和话语权。讨论这种教学方式的背后是理性精神，理越辩越明。在讨论中建立的是真正的学生思想的独立性和主体性。美国数理科技高中的探究式教学除了讨论、辩论，还强调论文写作。能够有效地提出自己的见解，组织自己的观点，是衡量一个人思维能力、思维水平的重要依据。从这个意义上说，精英教育的基础是独立思维和批判性思维。

功夫在诗外——刻意经营创造力“训练”未必有效

在讨论了数理科技高中的课程和教学后，必须指出，美国教育对科技创造力并没有刻意强调，这一点涉及对创造力培养的基本认识：“功夫在诗外”。创造力的发展是一个潜移默化过程，刻意经营的创造力“训练”未必有效。我对西方的创造力培养总结了三种理论取向[1]。而仔细分析，就能在数理科技高中的课程和教学中看到其作用。

第一种理论取向是把人的某种思维格局和人格取向（mindset）看作创造力的基础。以讨论、探究、实践为基调的教育，培养了学习者的一种批判和进取的态度，对真相的刨根问底，对未来多种可能性的不懈探索。第二种理论取向是把创造力的发展看作个人对世界个性化的独特知识建构，强调创造力和认知多样性的关系：一个人的知识结构、思维取向足够独特，就可能产生不同于主流的创意。数理科技高中的教育，一方面赋予学生丰富的课程体验，另一方面给学生足够的选择空间。第三种理论取向是把创造力视为社会实践活动的产物，强调创造的生成性、情境性、社会性。这一理论认为，创造力是在研究实践和创新实践中磨砺形成的。数理科技高中超越了教科书为中心的课堂教育，而与现实中的科学研究和科技创新直接对接。因此，伊利诺州数理学院不认为，自己的学生仅仅是“学生”，他们与一线的科技人员一样，是探究者和未来的创造者。美国数理科技高中的课程和教学，涵盖了这三种理论取向。

注释：

[1]戴耘.《创造力，教育，社会发展译丛》总序载于R.A.Beghetto和J.C.Kaufman（主编），培养学生的创造力（pp.1-20）.上海：华东师范大学出版社.