日本超級理科高中課題研究課程開發(fā)的特色分析

王世娟 邱陽紅

超級理科高中（SuperScienceHighSchool，簡稱SSH）是日本文部科學省認定的，需要開展專門的科學教育和數學教育培養(yǎng)學生科學探究能力、“科學的夢想”“享受科學的心”、培育能引領未來社會的科學技術人才的一類高中。SSH體系構建是日本政府2002年為解決當時學生在國際調查中出現的科學和數學成績優(yōu)異卻極度不喜歡科學和數學的矛盾狀況而制定實施的。被認定為SSH的高中學校可以從文部科學省所轄的科學技術振興機構（JST）獲得如教學物品采購、教師培訓費用贊助，以及學術交流會的企劃運營等資助與支持，確保學校各項事宜的順利開展。獲得支持的SSH學校則需要專注達成包括：（可以脫離課程教學大綱）開發(fā)和實施以科學技術、科學和數學為重點的課題研究和探究式學習課程;用英語進行教學，培養(yǎng)學生的國際化素養(yǎng);與大學、企業(yè)及研究機構等合作;向外尋求廣域合作和海外合作等8項職責[1]。在這些任務目標的引領下，各學校會利用自己學校的優(yōu)勢資源，結合地方特色，形成自己獨特的課程體系。本文將以2021年3月1日日本文部科學省修正發(fā)布的《超級理科高中實踐事例集》為主要參考資料，抓取多所SSH學校開發(fā)的意在培養(yǎng)學生科學探究能力的“課題研究”這一科目的特性進行介紹，以期為科技教師建設、改進自己的課程與教學提供一些參考思路[2]。

跨年級、跨學段合作

探究能力是一項由提出問題、作出假設、制訂計劃、搜集證據、處理信息、得出結論、表達交流和反思評價等不同要素組成的高階能力。各要素本身亦是需要不斷練習與持續(xù)指導才能獲得。因此，其培養(yǎng)絕非一朝一夕的事情。日本SSH學校的通常做法是多方合作，即課程超越年級、學段和學校的限制，從高中第1年，甚至從初中甚至小學開始著手培養(yǎng)探究能力的基礎素養(yǎng)。愛知縣立刈谷高中自設科目“課題研究”就是采用了這種思路。學生在第1學年“探究基礎”課程上學習科研所必需的基礎技能，如短文寫作能力、數據可視化能力、統(tǒng)計能力、如何確定研究主題等。第2學年的“課題研究I”主要是指導學生確定研究主題并進行研究，而第3學年的“課題研究II”則聚焦于研究成果的精進和發(fā)表。茗溪學園初高中則是借助其初高中一貫校的獨特優(yōu)勢，在課程開發(fā)時，將科研能力的基礎技能精準分散在初中時期進行重點培養(yǎng)（表1）。

探究課題的地域特色、跨學科特色及可持續(xù)發(fā)展目標特色

探究式學習是一種通過疑問和探索建立學生與現實世界聯系的學習方式。它鼓勵并引導學生體驗、參與問題解決。這意味著好的研究課題應該既能方便設置問題引導學生自主思考，又能有助于建立學生與現實世界的聯系以激發(fā)并保持其探究興趣。在實踐教學中，合適的探究課題的選擇對科學教師是一個較大的挑戰(zhàn)。日本的SSH學校也一直在探索有效的探究課題方向?？偨Y當前SSH學校探究課題的方向，發(fā)現其呈現地域性、跨學科整合性及可持續(xù)發(fā)展目標導向性的特點。

貼近學生的生活實際一直是探究式學習所推崇的主題選取依據與原則[3]。其原理涉及建構主義的情境學習，以及跨學科統(tǒng)整理論的“經驗統(tǒng)整”與“社會統(tǒng)整”[4]。結合當地地方資源特色創(chuàng)建探究課題一直是SSH學校的首選。比如，福井縣立若狹高中利用當地里海湖和里山豐富的自然環(huán)境和能源研究設施引導學生發(fā)現設定研究課題。熊本縣立第二高中則是結合2016年熊本地震的發(fā)生、學校內受損建筑的修復工程、學校新管理大樓的設計，以及熊本的創(chuàng)新重建等實際狀況為不同學科設計探究主題引導學生進行自主研究。如物理班的“材料的隔音效果”，以及信息班的“基于3D建模的學校導覽手冊設計與開發(fā)”等。

跨學科整合是為了彌補單學科知識不利于社會真實問題解決的界限，幫助人們深化和拓展對自身和周圍世界的理解的一種方式，是當前探究課程開發(fā)的一個熱門趨勢。北海道札幌啟成高中第3期SSH教育目標就是通過KSI（KEISEIScienceInitiative）課程的設計進一步深化整合多學科知識，強化學生的批判性思維等能力。KSI課程由KSII、KSIII和KSIIII組成，代替了原來的綜合探究時間課、信息科學課、家庭基礎課和健康課等課程時間在學校的理數科開展，通過科學交流、科學文獻閱讀、研學旅行、科學設計、學生發(fā)表會、課題研究、英文摘要與論文撰寫與投稿等多種形式將原來課程的內容整合在一起，分步培養(yǎng)學生的解決社會問題的基礎能力和思維、科學探究能力，以及對研究結構的深切認知。為了實現在全校全學科實現科學探究能力培養(yǎng)的目標，熊本縣立第二高中在美術科作了創(chuàng)新性的整合探索，整合美術與科學、社會、信息等課程，為美術科的學生開發(fā)了藝術科學、美術探究等課程。學校發(fā)現設計思維和科學探究的培養(yǎng)是相互對應與關聯的，基于此，學校從學生的實際生活經驗出發(fā)為美術科學生設定了多樣的整合性探究課題。如“孩子們喜歡的動物園設計”（設計與市場的整合）、“丙烯顏料的開發(fā)”（繪畫與化學的整合）、“幫助孩子們享受動植物園的APP是什么樣子的”（設計與信息技術的整合）等。

SSH學校設定探究課題的另一個重要特色是基于可持續(xù)發(fā)展目標（SDGs），引導學生關注世界的可持續(xù)發(fā)展。如福島縣立福島高中的“基礎探究”課程研究課題就是將學生的興趣課題基于可持續(xù)發(fā)展目標進行分類與整理而成。具體包括貧困、健康、教育、性別、能源、經濟成長與雇用、基礎設施、產業(yè)化與創(chuàng)新、不平等、可持續(xù)化的都市等17個類別，而心理健康、人際關系與感知等可持續(xù)發(fā)展目標無法涵蓋的重要問題被歸類為第18個分類“思想與文化”。

探究學習形式的多樣化

除了正式的課堂學習與研究，多樣化的研究實踐形式是SSH學校的另一個特點。

講座 邀請科學與數學領域的知名學者在某一學期多次進行基礎講座。通過講座既可以讓學生了解發(fā)現問題、解決問題，以及獲得創(chuàng)造性思維能力的重要性，也可以通過讓學生不斷地接觸多領域的課題研究思考未來的職業(yè)發(fā)展方向。

實地考察 與當地大學、企業(yè)、研究機構等合作，發(fā)揮各自的優(yōu)勢對學生進行聯合培養(yǎng)是SSH學校的一項重要工作。因此，很多SSH學校會組織學生對當地大學、企業(yè)、研究機構進行實地考察，讓學生深切認識探究活動與社會的關聯。值得注意的是，實地考察的定位并不僅僅是對訪問地的簡單參觀，而通常是探究學習的啟蒙或延伸，希望在培養(yǎng)專業(yè)技能的同時，讓學生對探究式學習的過程有清晰的認知。如福島縣立福島高中就將實地考察設計為一個包含前期調查、實地考察、后期學習及海報展示的系統(tǒng)過程，在培養(yǎng)學生發(fā)現問題、解決問題能力的同時，培養(yǎng)學生的表達能力。

教師實驗室 邀請大學、研究機構等不同領域的知名學者就他們的研究活動從研究假設的設定、解決方案的提出，到結果的呈現方法等進行全過程展示。這一活動旨在培養(yǎng)學生發(fā)現問題、解決問題的能力，同時也希望學生可以借機積極思考自己的研究課題。名城大學附屬高中與名城大學獲得諾貝爾獎的教授實驗室合作開展的“諾貝爾獎實驗室”就是教師實驗室的一種。

海外研修與國際交流 SSH學校希望通過海外考察、學術交流開拓本土學生的視野，提升其國際素養(yǎng)，培育能活躍于世界舞臺的高精尖科學技術人才及研究者。近幾年，新冠疫情阻礙了線下交流，但也促使各學校積極探索運用遠程教育系統(tǒng)等現代信息通訊技術推動國際合作探究與交流的有效途徑。

此外，諸如名城大學附屬高中的“學術沙龍”，福島高中的“相近研究課題辯論活動”，東京工業(yè)大學附屬科學技術高中的“研究生教學助理”等，都是各SSH學校結合自身優(yōu)勢資源設計的獨特的探究學習開展方式。

校外合作

SSH學校與大學、企業(yè)，以及研究機構等的合作是多方位的，除了邀請講座、教學、實地考察之外，他們也會合作開發(fā)研究項目與探究課程。例如，兵庫縣立豐岡高中與日本航空公司（JAL）和ZMP機器人公司合作開發(fā)了探究課程。合作企業(yè)方會派遣專家通過線下和線上課堂的方式指導學生圍繞飛機工業(yè)及RoboCar系列車的自動駕駛研究領域，從物理、化學和心理等多個領域開展課題研究。另外，東京工業(yè)大學附屬科學技術高中依托東京工業(yè)大學優(yōu)秀的教師與教學資源開設了高中大學銜接科目“先端科學技術入門”，由高中教師與大學教師共同授課，以教授們自己的研究實例向學生展示高中科學和數學課程中的內容如何應用于現代先進科學技術。

日本超級理科高中是日本政府發(fā)起的一項連接高中與大學等高等教育研究機構，通過共同研究、創(chuàng)造教育方法，開發(fā)教材等措施，積極推進高中高水平的科學和數學教育，培育能活躍于國際舞臺的高科技人才的理想事業(yè)。其不斷的實踐與改進累積了很多寶貴的經驗。相信這些寶貴的實踐經驗會為我們科技教師的教學改革與課程開發(fā)提供一定的參考。