科技創(chuàng)造力的源泉——美國數(shù)理科技高中的課程和教學

美國為世界矚目的一大亮點是其強大的科技創(chuàng)新能力，如層出不窮的高科技產(chǎn)品，年年榜上有名的科學諾貝爾獎得主。但是很多人不知道，美國基礎(chǔ)教育中有.支有生力量，對美國科技創(chuàng)新能力的形成有著不可小視的貢獻，這就是美國的數(shù)理科技高中或者被直譯為STEM高中（STEM high school）。[STEM四個字母，分別代表科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）——編者]

我們僅以紐約市的“三駕馬車”——史岱文森、布朗克斯、布魯克林技術(shù)三所選拔性高中為例，從20世紀40年代起總共為世界提供了14位諾貝爾科學獎得主。僅1938年成立的布朗克斯高中一家，就有7位校友先后獲得諾貝爾物理學獎，1位獲得諾貝爾化學獎。除此之外，這所高中的校友還有29位任國家科學院院士，22位任國家工程院院士。布朗克斯高中不僅在科學和數(shù)學教育方面卓有成效，其人文教育也久負盛名，先后貢獻了7位普利策獎（頒發(fā)給新聞寫作、文學寫作、音樂創(chuàng)作）獲得者，其校友中不乏作家、律師、內(nèi)科醫(yī)生、教育家、藝術(shù)家、演員以及經(jīng)濟和政府領(lǐng)導者。而史岱文森科學高中的校友中，有4位獲得了生理學和醫(yī)學、經(jīng)濟學、化學等3個項目的諾貝爾獎，許多還成為美國科學、數(shù)學、政府、法律、藝術(shù)和音樂等領(lǐng)域的精英。布魯克林科技高中的校友除了有兩位斬獲諾貝爾科學獎外，還取得了很多輝煌的成就，例如發(fā)明了數(shù)碼照相機，研發(fā)了GPS系統(tǒng)，駕駛了挑戰(zhàn)者號航天飛機，發(fā)現(xiàn)了宇宙大爆炸理論的新證據(jù)，發(fā)明了汽車的新能源，研發(fā)了青霉素的批量生產(chǎn)等等。

自上世紀80年代，新的一批數(shù)理、科技高中涌現(xiàn)出來，尤其是以立法形式誕生的眾多“州長學?！?，催生了眾多我們今天所熟知的數(shù)理科技高中。目前，美國這類學校已超過100所，它們有自己的聯(lián)盟組織————National Consortiumof Secondary STEM Schools，用以共享和協(xié)調(diào)聯(lián)盟內(nèi)的資源、信息和技術(shù)，這類學校已經(jīng)成為高中階段培養(yǎng)科技人才的中堅力量。

美國數(shù)理科技高中的教育理念和課程設置

美國的精英教育思想，大致可以描述為從注重經(jīng)典和文理兼得的“自由（博雅）教育”到開拓未來的“探究應用教育”的變革。即使在今天美國的頂級大學中，也留存了這樣的不同側(cè)重，耶魯大學、普林斯頓大學、哥倫比亞大學等側(cè)重于前者，哈佛大學、麻省理工學院、賓夕法尼亞大學、康乃爾大學等側(cè)重于后者。STEM高中，總體上走的是后者的道路。其中，也有偏“理”的數(shù)理高中和偏“工”的科技高中之分雖然STEM高中突出了專業(yè)化人才培養(yǎng)，但是，在當今大量數(shù)理科技高中的課程中，也滲透了打通文理的思想。STEM教育本身就暗含了貫通學科的理念，強調(diào)數(shù)學、科學、工程、技術(shù)的融合，而不是簡單‘疊加，在STEM中加入“A”（Art，藝術(shù)）成為STEAM，體現(xiàn)了藝術(shù)在科技創(chuàng)新思維中的作用。因此人才的專業(yè)性只是一個側(cè)面，高中課程的設置充分地尊重人才的個性化和多學科知識結(jié)構(gòu)的融會貫通，則體現(xiàn)在必修和選修課按照個人特長和興趣的合理搭配上。尤其要強調(diào)的是，人文社會學科更注重把握事物的整體和事物之間的關(guān)聯(lián)，從而彌補了單純的科學體系和技術(shù)分析帶來的局限，這對于想象創(chuàng)造力的拓展有直接的意義。在課程設置上，數(shù)理科技高中大致有如下特點：

1.豐富的課程設置

數(shù)理科技高中課程豐富，體現(xiàn)在學科門類的多樣齊全，如布朗克斯高中的課程，單單生物課就有八個方向可供選擇：醫(yī)學、藥學、環(huán)境研究、有機體水平生物學、分子與細胞水平的生物學、刑偵科學、生活與健康和心理學。布魯克林技術(shù)高中為11、12年級學生提供豐富的專業(yè)選項，如航天工程、建筑學、生物醫(yī)學工程、醫(yī)學預科、生物科學、化學、土木工程、計算機科學、機電工程、環(huán)境科學、工業(yè)設計、律師、數(shù)學、傳媒與藝術(shù)以及社會科學。

此外，這些學校還鼓勵學生根據(jù)各自需求、興趣、志向，利用各種課內(nèi)和課外的機會學習。課外活動成為延伸學生探究興趣和促進學生個人發(fā)展的重要因素。各類“興趣俱樂部”成為特殊才能發(fā)展的重要平臺。在這些選拔性高中，上百個興趣小組中，不乏高端的數(shù)理和科技小組。學校的試驗設施和設備，為這些活動提供了科研的保障。

2.嚴格的專業(yè)要求

首先，這些高中的專業(yè)要求和一般高中以單科成績作為主要學業(yè)標準形成鮮明對照，這些高中是從更高端的專業(yè)技能發(fā)展來設置課程的。比如，在布魯克林技術(shù)高中，所有新生都要學電腦制圖，因為這是當今工程技術(shù)人員的基本功。9，10年級期間，所有的學生都要學習核心課程，并巨通過在設備齊全的實驗室、計算機中心、工作坊和理論班進行實踐操作來進一步加強基本技能。專業(yè)訓練的特點是知識技能的系統(tǒng)性和與之相關(guān)的循序漸進的課程體系。比如，在剛剛介紹的布朗克斯科學高中的生物課程中，分子生物學方向，高中4年是一個由微觀生物學、有機化學、APt物學、“后AP遺傳學”、生物研究項目5門課構(gòu)成的一個系列；在心理學方向，學生可以選擇APjb理學、后APJL童心理學/變態(tài)心理學、動物行為、生物學或社會科學研究項目5門課的套餐。

再次，數(shù)理科技高中的專業(yè)性還在于依托大學的支持，直接讓學生在大學修課，從事研究，受大學的學術(shù)氛圍的浸潤和熏陶。比如紐約市的數(shù)理科技高中、伊利諾州的數(shù)理學院（IMSA）、北卡羅來納州的數(shù)理高中等，都得益于本地區(qū)豐富的高校資源和科技創(chuàng)新孵化園的支持。

3.自主的學業(yè)選擇

所有選拔性數(shù)理科技高中都把追求卓越作為重要的要求。但是，這些學校比一般高中更重視個性化，也就是說，個人按照自己的方式找到卓越之路，而不是要求所有學生走一條路。對于學校來說，在哪門課用多少力，是否要門門第一，這都是學生自己的事情。學校不會去“微觀管理”學生。學校要管的是幫助學生確定自己的方向，實現(xiàn)符合學生智力特長、個性特點的“最大化”發(fā)展。實現(xiàn)這一點的基本前提是這些學校在規(guī)定課程外，給學生留出較大的空間，讓他們按照自己的情況、興趣、愿望去設計、營建自己的知識結(jié)構(gòu)。所以，才會出現(xiàn)本來以科技為主要特色的學校卻出現(xiàn)了以寫作或音樂見長的畢業(yè)生，而在社會人文為主的特色學校里，也不乏理工人才。

美國數(shù)理科技高中的教學模式和評價體系

是注重知識點的傳授（注重的是事實、概念、理論的掌握），還是思維方式和技能的培養(yǎng)，決定了教學的著眼點。一般而言，中國的教育傳統(tǒng)重視知識點的傳授，而美國的教育傳統(tǒng)則更側(cè)重思維方式和技能的培養(yǎng)。對美國人來說，如何思考（how to think）是比“知識點”（what to know）更重要的。同時，美國的教學方法始終強調(diào)“個人體驗”在學習和知識建構(gòu)中的重要性。相比之下，中國教育觀念中的知識是“客觀”的，知識是凌駕于個人的主觀體驗和詮釋之上的權(quán)威體系。這種差異在美國數(shù)理科技高中的教學方法中也充分體現(xiàn)出來。總結(jié)起來，數(shù)理科技高中的教學方法是與培養(yǎng)探究精神和探究能力、批判性思維和創(chuàng)意思維的目標密切相關(guān)的。歸納起來，其教學策略有如下3個特點：

1.直接切入學科和行業(yè)領(lǐng)域的本質(zhì)和內(nèi)涵

教學從直接經(jīng)驗開始，是杜威很早提出的理念。所以，許多高中的第一年不是學習知識，而是掌握探究實踐的基本功，筆者訪問這類學校的一個突出感受是，這些學校的教學擺脫了圍繞教科書的教學模式，增強了參與式學習方式，要求學生主動去感受、揣摩如何界定問題，如何做實地觀察或做試驗設計，如何收集數(shù)據(jù)，如何論證，如何評斷知識、論斷的效度和真?zhèn)?，等等。在社會學科領(lǐng)域，體現(xiàn)為如何獲得和解讀第一手資料；在科學領(lǐng)域，如何掌握基本的研究方法和數(shù)據(jù)分析方法；在工程技術(shù)領(lǐng)域，是學會電腦制圖、掌握電腦設計的基本要領(lǐng)；在文學方面，是原著的閱讀，從對原著的零距離“親密接觸”開始。美國高校研發(fā)的高中工程課程“項目引領(lǐng)學習”（Project Lead the Way，PLTW）的基本教學模式就是“基于項目的學習”（project-based learning），直接切入現(xiàn)實問題的解決。

2.以研究項目培養(yǎng)學生的探究能力和價值認同

從問題開始，直接參與探究活動和實踐，是這類學校的共同特征。這點體現(xiàn)在兩個方面。首先，許多課程都包含探究項目，從工程課程基于項目的學習，到人文學科對歷史和文化的探討，都是從真實的問題開始，沒有既定的答案，只有在探究過程中獲得對問題不斷深入的理解，比較不同解決方案的優(yōu)劣。其次，到了11、12年級，數(shù)理科技高中學校會要求學生直接從事獨立研究。在美國，一般要到研究生階段才會直接參與研究課題的確定、研究設計、研究執(zhí)行、研究評價的過程，但在數(shù)理科技高中，9、10年級就開始了基本研究技能的準備和課堂學習的研討，到了11、12年級，就真槍實彈地從事研究了。大部分高中的畢業(yè)研究要求是，所有學生都需要完成一個科學或工程研究項目；項目可以從提供的科技研究實驗室中挑選一個完成，或者通過學校提供的‘導師計劃”（mentorship program）在企業(yè)的、政府的或大學的實驗室或技術(shù)設施里完成?？蒲械某晒麜趯W校展示，在社區(qū)展示或在年度研討會上交流，優(yōu)秀的論文則會參與全國競賽（如“英特爾科學人才搜索”）。

3.以討論、獨立研究和寫作增強對知識本質(zhì)的反思和對問題的批判性思維

中國有些教育工作者覺得課堂討論浪費了教學時間，表面上看，課堂討論確實缺乏效率，有時甚至漫無邊際。但是，課堂討論的真髓是科學和民主：科學精神體現(xiàn)為，對“如何認識現(xiàn)實世界”，“如何確定具體的觀點是否有效”這樣的認識論問題有一種真實的意趣，乃至責任，意味著大家對討論的現(xiàn)象、命題、見解是需要“較真”的，不可敷衍的。民主精神則是說，討論是一種民主自由的生活方式，沒有人能壟斷知識和話語權(quán)。討論這種教學方式的背后是理性精神，理越辯越明。在討論中建立的是真正的學生思想的獨立性和主體性。美國數(shù)理科技高中的探究式教學除了討論、辯論，還強調(diào)論文寫作。能夠有效地提出自己的見解，組織自己的觀點，是衡量一個人思維能力、思維水平的重要依據(jù)。從這個意義上說，精英教育的基礎(chǔ)是獨立思維和批判性思維。

功夫在詩外——刻意經(jīng)營創(chuàng)造力“訓練”未必有效

在討論了數(shù)理科技高中的課程和教學后，必須指出，美國教育對科技創(chuàng)造力并沒有刻意強調(diào)，這一點涉及對創(chuàng)造力培養(yǎng)的基本認識：“功夫在詩外”。創(chuàng)造力的發(fā)展是一個潛移默化過程，刻意經(jīng)營的創(chuàng)造力“訓練”未必有效。我對西方的創(chuàng)造力培養(yǎng)總結(jié)了三種理論取向[1]。而仔細分析，就能在數(shù)理科技高中的課程和教學中看到其作用。

第一種理論取向是把人的某種思維格局和人格取向（mindset）看作創(chuàng)造力的基礎(chǔ)。以討論、探究、實踐為基調(diào)的教育，培養(yǎng)了學習者的一種批判和進取的態(tài)度，對真相的刨根問底，對未來多種可能性的不懈探索。第二種理論取向是把創(chuàng)造力的發(fā)展看作個人對世界個性化的獨特知識建構(gòu)，強調(diào)創(chuàng)造力和認知多樣性的關(guān)系：一個人的知識結(jié)構(gòu)、思維取向足夠獨特，就可能產(chǎn)生不同于主流的創(chuàng)意。數(shù)理科技高中的教育，一方面賦予學生豐富的課程體驗，另一方面給學生足夠的選擇空間。第三種理論取向是把創(chuàng)造力視為社會實踐活動的產(chǎn)物，強調(diào)創(chuàng)造的生成性、情境性、社會性。這一理論認為，創(chuàng)造力是在研究實踐和創(chuàng)新實踐中磨礪形成的。數(shù)理科技高中超越了教科書為中心的課堂教育，而與現(xiàn)實中的科學研究和科技創(chuàng)新直接對接。因此，伊利諾州數(shù)理學院不認為，自己的學生僅僅是“學生”，他們與一線的科技人員一樣，是探究者和未來的創(chuàng)造者。美國數(shù)理科技高中的課程和教學，涵蓋了這三種理論取向。

注釋：

[1]戴耘.《創(chuàng)造力，教育，社會發(fā)展譯叢》總序載于R.A.Beghetto和J.C.Kaufman（主編），培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力（pp.1-20）.上海：華東師范大學出版社.