科技高中建设的国际经验及启示——基于CNKI数据库的研究评述*

郑永和 余舒雯 杨宣洋 王晶莹

北京师范大学科学教育研究院

0 引言

国家的综合实力与核心竞争力归根结底依赖于创新人才。义务教育阶段是培养人才的重要时期与关键节点，面向30年后成为世界科技强国的宏伟目标，科技创新人才的早期培养必须成为科技创新工作的重中之重[1]，以及创新青少年拔尖人才的培养路径[2]。不少发达国家和地区以建设科技高中探索科技创新后备人才培养的突破路径。2019年国务院办公厅《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》指出，“到2022年，德智体美劳全面培养体系进一步完善……适应学生全面而有个性发展的教育教学改革深入推进……师资和办学条件得到有效保障，普通高中多样化有特色发展的格局基本形成。”2022年教育部“关于印发《普通高中学校办学质量评价指南》的通知”也提出，“促进普通高中多样化有特色发展；强化学校内部管理，优化教学资源配置，充分激发办学活力，落实招生办学规范要求，加强校风教风学风建设，努力形成办学特色。”自此，国内关于高中特色化办学的研究和思考不断丰富，也形成了一些科技特色化办学的实践经验总结。本研究基于对国内外科技高中研究的回顾与分析，重点探索以下问题：科技高中的研究现状如何？国外科技高中对我国科技高中发展有何经验指导作用？

1 研究方法和过程

1.1 检索策略与文献筛选

本研究在中国学术期刊网络出版总库（CNKI）中进行文献检索。检索字段选择“篇关摘”，检索词为“科学高中”“科技高中”或“STEM高中”；检索结果限定为期刊文献，包括学术期刊和特色期刊，未限制发表时间范围，检索日期为2022年6月18日，最初共检索到765篇学术期刊。本研究审阅标题、摘要和关键词，按照以下标准进行筛选：①研究主体内容为科技高中；②介绍具体一所或者多所科技高中的做法；③侧重研究科技创新人才培养的学校举措。与此同时，本研究将出现以下情况的文章予以排除：①聚焦于高中物理、化学等单一课程的设计与实施；②分析高考理科试题；③分析高中理科教材。基于此，本研究共获得49篇文献进行内容分析。

1.2 文献编码

研究主要采用内容分析法，内容分析法是从定性的问题假设出发，采用定量的统计分析方法和工具对研究对象进行分析，并得出定性的结论[3]。本研究对所筛选出的49篇文章进行比较、分析，梳理出科技高中的研究现状。内容编码包括两部分：论文基本信息，涉及论文的发表时间、刊载期刊及收录的数据库、作者及其研究机构、研究类型和研究对象；论文内容分析，包括科技高中的模式、科技高中的特点、科技高中的做法。

2 基本信息情况

2.1 论文出版时间和期刊

从文章的发表年份来看，从1991年开始有科技高中的研究，到2010年科技高中方面的文章数量增加，科技高中的研究趋热，整体呈现波动上升的势态（图1）。论文发表期刊及数量统计显示，共有37种期刊发表了49篇论文，《人民教育》和《基础教育》期刊关注比较多。另外有24篇论文发表在核心索引期刊，25篇论文发表在非核心索引期刊，上述数据表明科技高中的相关研究较少但是比较受重视。

图1 我国“科技高中”研究文献数量总体情况

2.2 作者及研究机构

发文作者共涉及45位，董泽华和金京泽学者贡献了两篇，其余学者各贡献了一篇。从作者所属机构来看，科技高中的研究机构分为普通高中（包括上海市曹杨二中、广东实验中学、成都市新津县华润高级中学、复旦大学附属中学、福建省厦门市科技中学等）、国内高校、国外学校，还有来自科技情报所和教研室，国内高校中华东师范大学的学者对科技高中的研究较多。由此可见，科技高中研究开始受到高校学者和一线学校的重视，但是长期关注并持续做专题研究的学者较少，并且国内的案例研究主要是高中一线教师在做，高校学者更多研究国外案例，这说明亟待广大专家学者对我国科技高中建设进行宽领域、多视角的持续探索。

2.3 研究类型和对象

对文献内容进行分析，发现文献研究主要以经验介绍为主，实证研究类较少，其中经验介绍包括各国科技高中的整体做法介绍和各国科技高中的学校个案研究，另外还有科技高中的政策类研究。49篇文献大多数以国外科技高中为研究对象，其中研究美国（21篇）科技高中的数量最多，研究韩国（7篇）和中国内地（7篇）科技高中的数量第二，研究日本（6篇）科技高中的也较多，另外对新西兰、中国香港和新加坡的科技高中也有一些研究，研究对象所在国家分布见图2。从图3中可以发现，国外科技高中的研究趋热，并且研究对象从韩国早期转向美国和日本。有关科技高中的研究文献最早出现于20世纪末，主要关注韩国早期的科技高中建设，在2000年—2009年的十年间，有关科技高中的研究较少，到了最近十年科技高中的研究又逐渐趋热，并且有关美国和日本的科技高中建设呈上升趋势，近十年的27篇相关文献中，有20篇文献研究美国。而在美国的相关研究中，对“托马斯·杰弗逊科技高中”“布朗克斯科学高中”和“史岱文森高中”三所学校的研究比较多，另外有文章还对美国数学与科学技术高中、一贯制技术高中、特殊高中和全纳学校的科技创新人才培养有所研究。

图2 “科技高中”文献研究对象情况

图3 “科技高中”文献国外研究对象发展趋势情况

3 内容分析结果

3.1 模式：三种主流的科技高中

3.1.1 以培养科技人才为导向的选拔型科技高中

以美国和韩国为代表的国家，其科技高中往往以培养科学技术类人才为目标。采取严格的选拔机制，学生入学门槛高，只有出类拔萃的学生才能进入科技高中。如美国史岱文森高中的学生在纽约市选拔性考试中成绩排名最高，并且学生具有旺盛的求知欲和好胜心[4]。美国布朗克斯科技高中的目标导向是培养国家所需的科学等领域英才，为有独特天赋和才华的学生提供教育机会，使其成为对科学和社会有用之才[5，6]。韩国科技高中也同样采取严格的选拔机制。韩国首尔科技高中招收的学生都是韩国中学毕业生中的前0.01%，韩国京畿科学高等学校学生的入学成绩都在前5%[7]，其一般的办学目标是发掘出在数学和科学方面有突出表现的学生，给这些学生提供适宜的学习资源，从而最大程度地开发他们的智力和才能，实现培养他们成为优秀科技人才的目标[8，9]，并且韩国科技高中会致力于“科学和数学”学科，“科技”表现在培养学生的科学和数学才能[10]。

3.1.2 以撬动国家教育改革为目标的普适型科技高中

以日本为代表的国家，不断增加科技高中的数量以撬动国家教育的改革。日本于2002年启动SSH项目（Super Science High School），借助先进的科学技术和理科数学教育，培养学生的创新能力、表达交流能力，从而培育出一批能在国际上活跃的科技人才[11]。在政策支持上，日本科学技术振兴机构会向指定学校提供研究和发展所需的适当费用和其他资助，2021年度文部科学省提供了约1.18亿人民币用于科技高中建设，据统计2021年日本SSH学校达到218所，并且这些学校分布在全国47个都道府县（相当于中国的省和直辖市），涉及到的学生数量2021年度达到了14万余人①JST.指定校一覧｜スーパーサイエンスハイスクール(SSH)(jst.go.jp)[EB/OL].[2022-08-10].https://www.jst.go.jp/cpse/ssh/school/list.html.。日本科技高中由学校自主申请，学校成为SSH指定校后就要按照原定计划实施，还要撰写实施情况报告，这些学校的所有学生都会接受科学、数学类课程培养。另一方面，日本科学技术振兴机构会对这一项目进行跟踪调研，收集很多过程性材料且进行分析研究，发现问题并改进。此外，SSH指定学校也会向当地推广各自成功的经验和优秀的做法，也就是说SSH项目的目的不仅是提升学生科学素养，更是在推广科技高中的做法和独特的育人模式。

3.1.3 以打造学校特色为出发点的主题式科技高中

以中国科技高中为代表的一类学校，通常以主题的方式呈现科技特色。例如钱学森学校以“中国航天”为抓手，借助中国航天的科技力量，全方位推进学校科技特色高中品牌的打造，开设的特色科技创新课程包括航天概论、钱学森传、小卫星研制、太空模拟训练等[12]。北京市八一学校利用中国航天科技集团的丰富资源，依托中国航天的科技力量，从航天科技教育切入，以点带面推动学校科技特色高中的建设[13]。华东理工大学附属闵行科技高级中学将科技活动与真实的项目相融合。比如依托学校科技特色，华东理工大学附属闵行科技高级中学将垃圾分类融入科技活动中，开展主题垃圾分类项目活动[14]。成都市新津县华润高级中学在开展科技创新教育活动时，立足于学校科技创新特色的校园文化引领，将国家必修课程、校本选修课程以及社会实践活动融入科技创新教育[15]。南京师范大学附属中学秦淮科技高中依托学校的科创中心，设计了多样化的科技课程，这些活动主要是以校本选修课程和学生社团的形式实施。上海曹杨二中联合高校一起开发课程，比如与同济大学联合开发了拓展课程、研究课程、实践课程等[16]。复旦附中利用校内外资源，构建了地区、大学、中学联动的创新模式[17]。通过以上案例可以看出，中国科技高中更加突出主题式办学，打造学校特色。

3.2 特点：以课程、教学与学生科研为突破点

3.2.1 课程内容：宽、广、纵、深

从研究中可以发现，国外科技高中课程设置丰富，学科门类多样齐全。课程“宽”，指学科群丰富，领域宽泛。以美国为例，其科技高中课程兼具广度和深度，学科门类包括科学、数学以及优秀的人文学科[18，19]，史岱文森高中的课程以理科见长，同时注重人文社会课程和科技课程之间的平衡发展，布朗克斯科技高中则以自然科学类课程为特色[20]。课程“广”体现在统一领域下的内容广泛，以布朗克斯高中的课程为例，其生物课包含了医学、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等八个方向。学校还对课程进行分层，在保障学生基础知识学习的同时，还能适应不同水平学生的需求[21]，此外，学校特别注意文理科结合，促进学生全面发展[22]。课程“纵”，体现在中学课程和大学课程相衔接，比如日本科技高中的课程不仅丰富多彩，涵盖了生物、环境、纳米技术、信息和通信等尖端科技课程，并且在课程设计中导入了“高大”（高中和大学）衔接；课程“深”，体现在课程难度大，内容精深。研究最早关注的韩国科技高中，其课程设置了个人研究和相当于大学水平的深度课程，且数学和科学的学分远高于普通高中。内容上偏重于自然科学，这些课程的学习时间、内容和深度都比普通高中深得多。

3.2.2 教学方式：以学习者为主，多采用项目式和探究式教学

国内外科技高中案例在教学方式上大多以项目式教学和探究式学习为主。美国科技特色高中采用基于项目的学习方法，践行以学习者为中心的学习模式，研究、探究、研讨、协作式的问题解决和项目式学习是最主要的学习方式[23-25]。日本立川市立川高中设立了“创新理数科班”，教学方式也采用探究式教学[26]。韩国科技高中鼓励探究式学习和小组合作并且注重实验研究，增加科学实验课所占的比例。北京市八一学校在建设科技高中过程中突出STEM特色，重视科技学科建设和基于“PBL（项目式学习）”的学习方式[27]。土耳其强调学生的实践性课程并且以项目式的学习方式鼓励学生开展专业化的实践活动[28]。

3.2.3 学生科研：注重研究能力、创新意识和表达交流技能的养成

从文献研究结果来看，国外学校较为重视学生科研能力，尤其注重实验操作能力、动手实践能力、交流表达能力、合作创新能力等；注重综合能力的考察以及课外活动和服务精神的考察[29]。美国托马斯·杰佛逊科技高中从9年级开始就开展为期一年的科研项目，在此期间学生会学习基本的科学知识、统计学方法以及一些技术能力等，在学年末的学生大会上，学生会展示各自的研究成果[30]，学生研究项目都是真实的、立足于解决现实问题的研究。日本SSH学校同样重视学生的科研能力培养，学校在开发课程时，会与大学和研究机构合作并进行广泛的课题研究等。以日本茨城县立水户第二高中为例，该校高二高三的学生会分成几个课题组进行研究，学校的科学类社团在大学研究室或研究机构的指导下也会进行更加专业和深入的研究，此外学生还会参加各种学会、研究会并在会议上发表研究成果[31]，在汇报的过程中学生也能锻炼自己的逻辑思维和表达交流能力。

3.3 做法：以优质资源和社会协同为保障

3.3.1 一流的师资和实验室设备

优秀的科学高中除了拥有一流的学生外，还具备一流的师资与科研基础设施。比如韩国京畿科学高等学校的教师都是硕士及以上学历，学校还定期对教师进行专职培训、提供进修机会，另外学校还建立了先进的物理、化学、生物、地理等实验室，提供多样的学习资源[32]。美国托马斯·杰佛逊科技高中的科学老师绝大多数都具有博士学位，可以指导学生开展科学研究，学校还有13个高端实验室，例如天文学和天体物理学实验室、自动化与机器人实验室等[33]。得益于土耳其政府和大学对STEM专业教师培训的重视，土耳其STEM教师具有很强的专业性[34]。

3.3.2 协同社会资源，促进产学研结合

从研究内容分析结果来看，美国日本等国家的科技高中往往会依托于当地的特色资源，如科技企业、高校、研究院等开展教学活动。美国史岱文森高中利用靠近华尔街的优势，立足于自身数学特色，开设了全新的金融数学课，学生还有机会亲身到金融机构参与体验，另外学生申请之后还可以在纽约大学、亨特学院和纽约城市大学选课和开展研究项目[35]。日本SSH学校会与研究机构、大学、社区与企业等组织进行交流合作，例如日本立命馆超级科学班的学生，可以听立命馆大学教授主讲的“最前沿科学研究入门”“物理学讲义”。对于部分特别优秀的学生还可以到同步加速器中心学习，提前接触超大规模集成电路（VLSI）设计等[36]。日本国分高中引导学生积极探索，促进产学研结合和公民参与②鹿児島県立国分高等学校.国分高校スーパーサイエンスハイスクール（SSH）事業について|鹿児島県立(pref.kagoshima.jp)[EB/OL].[2022-08-10].http://www.edu.pref.kagoshima.jp/sh/kokubu/docs/2018052900030/.。土耳其则是采用政府与大学共建STEM教育中心的方式，来促进STEM教育发展。

4 讨论与启示

4.1 以科技特色化办学为契机实现育人模式变革

近十年来的文献集中关注美国和日本的科技高中，并且呈现上升势头，究其原因，美国科技高中以其卓越的成果享誉世界。比如1938年成立的布朗克斯科技高中，仅诺贝尔物理学奖的校友就有7位，诺贝尔化学奖有1位。史岱文森科学高中的校友中也有获得生理学和医学、经济学、化学等3个项目的诺贝尔奖者[37]。日本是我国最重要的邻国之一，尤其重视教育发展，从获诺贝尔奖的数量来看，日本已成为除欧美诸国之外获奖人数最多的国家[38]，美日等国的实践经验说明科技高中是有效的人才培养路径。我国科技高中目前还处于试点阶段，学校分布呈散点状，科技特色学校数量少、学生覆盖率低。导致这一现象的原因很多，其中之一是公众对科技高中的内涵认识存在误区。首先，我们应该认识到科技高中不等于精英教育；其次，科技高中不等于文理分科，其本质内涵是尊重学生特长和兴趣的个性化教育。美国布朗克斯科技高中校友除了获得诺贝尔物理学奖和化学奖之外，另外还先后贡献了7位普利策奖获得者，其校友涵盖作家、律师、内科医生、教育家、艺术家、演员以及政府官员。科技特色高中不只是培养科技人才，在兼顾公平性的原则之上，更突出科技人才的培养。基于以上国际经验和我国科技高中办学现状，顺应国家倡导高中特色化办学的趋势，应鼓励高中以科技特色化办学为契机实现育人模式变革。

4.2 以丰富课程活动和创新教学形式为着力点

课程多样化有助于发展学生各方面的潜力，不同难度的课程能适应不同水平学生的学习需求，比如美国课程突出“共同基础的低平”和“选择领域的精深”相结合，学科群丰富，学生可选择的课程广泛，课程兼具广度和深度。因此，我国科技高中在课程设计上，同样可以开设“宽广纵深”的课程内容，尽量满足不同水平学生的学习需求。学校还应该给学生提供充足的学习资源，包括但不限于实验室、研究成果发表平台等。在教学方式上，可以采用项目式教学和探究式学习，引导学生进行跨学科学习并逐渐培养学生的科研能力。

4.3 以体制机制建设打造社会协同的科技高中

优质的师资队伍是落实课程教学和活动开展的关键所在。综述发现美国、日本、韩国早期的科技高中教师一般具备高学历，拥有较为丰富的科研经历，相对而言国内师资力量较薄弱。我国大部分中学教师缺少科研经历和研究素养，而科技特色学校的建设离不开灵魂式的教师带领，现阶段可以采用科教融合方式来创新教师的来源。例如联合中小学教师、校外科技辅导员、高校和科研院所专家，共同构成科学教育师资的生态网络和专业队伍，也可以采用“科技专家+学校科学教师”双师制的模式，甚至是科学家群体也进入学校讲课。因此，可以在科学家群体、科研院所、大学三者之间建立联动的体制机制，发动各方资源，如人力资源、实验设备资源、社会资源等，最终在多主体协同赋能的机制下设计适合学生的科技项目与课程，让中学教育阶段的学生尽早接触科研。

5 结语

为实现我国科技自立自强，亟需培养高度创新力的青年科技人才。科技高中丰富的课程内容、创新的教学模式、一流的师资队伍是加强科技创新人才培养的有力抓手。目前有关科技高中的研究主要集中在国内学校的创新案例介绍以及国外学校典型做法的分析，对比国内外的科技高中建设，可以发现我国科技高中建设尚处于起步阶段，在实践层面还不够深入，需要经历一个长期的探索过程。因此，加大科技高中的研究应该结合新时代国家发展需要，同现行高中的体制机制相结合，在实践中探索特色化科技高中的建设路径。