美國理科高中簡述

李娜

[摘 要]科技創新人才是增強一國國際競爭力的核心力量。美國理科高中是美國在高中階段培養科技創新人才后備力量的重要途徑。本文概述了美國理科高中的發展歷史，從課程、師資、學習氛圍以及學校的影響力等方面總結了理科高中的辦學特色，最后闡述了美國理科高中蓬勃發展的背后所面臨的困境。

[關鍵詞]理科高中；歷史；特點；困境

理科高中（Science， Technology， Engineering，and Mathematics High School，簡稱STEM High School），是美國特別強調科學、技術、工程以及數學學科領域教育的一類特色學校，以高中理科資優生，即對數學、物理、化學、生物以及計算機學科領域的學習具有濃厚的興趣，且在這些領域資賦優異的高中學段的學生，為培養對象。進入21世紀以來，美國各界再次強調，培養本土的科技創新人才后備力量對于未來國家發展具有重要意義。在此背景之下，作為培養理科資優生最為全面和系統的途徑，理科高中日漸受到關注。

一、美國理科高中的發展歷史

美國理科高中的起源可以追溯到1904年紐約史蒂森文特高中（Stuyvesant High School）的建立。整個20世紀見證了美國理科高中的發展歷程。

20世紀初期建立的理科高中并非以增強學生能力或者為理科資優生提供適合的教育為目標，而是為了培養具有專業技能的勞動力。[1]1957年，蘇聯發射了Sputnik衛星，這引發了20世紀后半葉以來美國教育界對科學教育的持續關注。美國政府和民眾為促進科學教育的發展提供了重要的支持。至20世紀80年代，美國的許多州相繼建立了州立理科高中。

最初，美國多個州的立法當局及教育機構積極建立理科特色高中主要是出于對未來美國本土科技人才資源短缺的憂慮，希望借此增強美國的經濟競爭力。1980年，美國北卡羅來納州建立了美國第一所州立寄宿制理科高中——北卡羅來納州理科學校（The North Carolina School of Science and Mathematics）。當時，北卡羅來納州州政府興建理科高中主要是基于以下三個考慮。一是一個州的經濟繁榮越來越有賴于技術產品和服務產業的發展。為了使北卡羅來納州保持競爭優勢，州政府建議加強高中階段的理科教育。二是提升理科資優生的教育。無論理科資優生當前所接受的教育能否為他們提供較為適合的教育機會，州立寄宿制理科高中一定能夠為他們提供更好的教育。三是希望通過理科高中的教育經驗，進一步開發新的教材、教學方法和教師培訓項目，進而惠及北卡羅來納州所有的學校。[2]隨后，鑒于普通學校，尤其是農村地區以及教育體制不完善地區的學校，無法有效地為理科資優生提供滿足其STEM（Science， Technology， Engineering， and Mathematics）教育需求的現實，美國的資優教育研究人員以及科學家大力呼吁各州建立理科高中。

1988年，美國的理科高中已經發展到一定的規模，一些學校開始走向聯盟，以期互相交流，討論共同關注的問題。為此，它們成立了全國非盈利性組織——美國理科特色中學協會（The National Consortium for Specialized Secondary Schools of Mathematics， Science， and Technology）。該協會現有機構成員和附屬成員各100多個。機構成員包含各理科中學，附屬成員以大專院校，基金會和公司企業為代表，他們致力于改革數學和科技教育，以推動國家出臺相關政策，促進彼此合作以及推廣優秀的教育實踐為使命。根據該協會2004年的報告，其成員高中校中，75%是全日制學校，25%是半日制項目學校，80%為非寄宿制學校，18%實施寄宿制，另有2%兩者兼有。其中，69%的學校招收9-12年級的學生，4%招收10-12年級的學生，22%招收11-12年級的學生，還有5%的學校同時也招收小學以及初中學生。[3]

理科高中的辦學機制各異，既有公立學校也有私立學校。在所有的理科高中之中，有17所為州立寄宿制高中，它們是州政府為了保持或者是擴大本州在科技方面的競爭優勢而建立的。這些高中具有雙重使命：一方面為理科資優生提供滿足其需求的教育服務，確保科技創新人才后備力量的形成；另一方面促進整個州的公立教育的發展，尤其是數學和科技教育的發展。

就辦學模式而言，理科高中可以分為兩類：一是提前進入大學學習的高中，二是獨立高中。學校的性質根據授權建立該校的法律而定。提前進入大學學習的高中坐落于大學之中，采用“校中校”的形式，隸屬于所在大學。其中，一些高中的學生事實上已注冊進入大學。獨立高中或坐落于大學，或有獨立校園。這類高中擁有自治管理的權利，學校的課程開發以及教職工的聘用不必受大學的監督。

理科高中的建立集中地反映了美國政治、經濟以及教育發展的需要。無論學校的辦學機制與模式有何差異，理科高中創建了強調理科教育的學習環境，為學生提供了更高層次的培養。

二、美國理科高中的特點

第一，正如其名，美國的理科高中更加關注理科教育。除了各州高中畢業要求中所規定的三年實驗科學以及三年數學課程的學習之外，這些學校為學生提供了修習更多的數學和科學課程的機會，而且很多學校的畢業要求中明確規定了學生必須修習的理科課程的數量。根據美國學者對美國州立寄宿制理科高中調查的結果（Steven I. Pfeiffer， J. Marguerite Overstreet， and Andrew Park，2010），16所理科高中所開設的自然科學學科的課程平均為34門（各個學校19～60門不等），數學學科的課程平均為21.11門（各個學校10～50門不等）。如此之多的理科課程遠遠超過了傳統高中所開設的相應學科的課程數量。此外，這16所理科高中之中，有13所學校（占81.25%）規定了數學學科必修課程的數量。這13所學校的畢業要求中規定的數學學科的必修課程數量平均為3.12門（各個學校要求學習1-6門不等）。7所學校（占43.75%）規定了自然科學學科必修課程的數量。這7所學校的畢業要求中規定的自然科學學科的必修課程數量平均為5.36門（各個學校要求學習3-10門不等）。[4]

第二，理科高中的學生所學習的數學和科學課程不僅范圍廣，而且內容難度大，要求高。許多課程已經達到了大學相應學科的課程標準。一些坐落于大學的理科高中的學生有時則直接與大學的學生一同上課，使用相同的教學內容。

此外，鑒于AP（Advanced Placement）課程的教學具有一定的應對AP測試的傾向，理科高中只選取了其中一部分作為課程。而理科高中自行開發、設置的課程超越了AP課程的課業要求，更多地強調培養學生的實驗與研究能力。因此，科學研究也成為理科高中課程中最具特色的一部分。據統計，各所理科高中為學生提供了不同層次的科研機會。Steven I. Pfeiffer 等人（2010）的研究還顯示，在所調查的16所州立寄宿制理科高中之中，有13所學校（占81.25%）為學生提供初級或者是中級的科研機會，11所學校（占68.75%）提供高級的科研機會；14所學校（占87.5%）為學生參與的科研項目提供了外部實驗設備和資源。每周，學生在實驗室進行實踐研究的平均時間為6.19個小時（各個學校2～8小時不等），而美國普通的公立學校并不會為學生提供這種研究機會。[5]

理科高中課程的深度還體現在其整合性方面。各學校依據培養目標開發了整合型課程，以期培養學生在科學研究中借助數學工具，并綜合運用理科知識，解決實際問題的能力。例如，美國弗吉尼亞州的托馬斯·杰斐遜克理科高中（Thomas Jefferson High School for Science and Technology）中開設的《地理系統》（Geosystems）課程就很好地體現了各學科內容的整合。[6]該課程將生物，化學，物理以及數學學科的內容進行綜合，要求學生在掌握一定的生物、化學和物理知識的基礎之上，運用數學技能解決課程中討論的溫室效應、臭氧減少和生物多樣性銳減等現實問題。

第三，美國理科高中的教師隊伍的專業素養過硬且經驗豐富。理科高中的教師由全職教師和兼職教師兩部分組成。兼職教師主要包含學生的導師、訪問學者以及其他非全職的教師等。

理科高中教師的平均學歷水平高于普通高中的教師。他們幾乎都具有碩士學歷，或者是專業領域的同等學歷。一些學校也有一半左右的教師擁有博士學歷，或者是某一專業領域的最高學歷。這體現了研究型教師的標準，也為教師開展深度教學奠定了基礎。美國理科高中一些教師的專業水平已達到相應專業的大學教師的標準，但是理科高中更具有挑戰性的工作環境吸引著他們。此外，理科高中各個部門的工作人員也都是具有相關背景的專業人員，以期為學生提供最為專業和及時的服務。美國各行各業的成功人士如科學家、著名作家等也積極參與到理科高中的創建與培養中，并作為訪問學者、導師等為培養理科資優生提供了豐富的教育資源。他們之中不乏國家科學領域一些重要獎項的獲得者，例如伊利諾伊州理科高中（Illinois Mathematics and Science Academy）的創建人之一Leon Lederman教授就是1988年諾貝爾物理學獎的獲得者。[7]

經驗豐富是美國理科高中教師的另一個特點。在理科高中工作的教師大都具有一定年限的工作經歷，一些教師已是各個專業領域的優秀教師。每所理科高中的教師隊伍中都有國家級或地區級學科專業組織機構的成員，如某學科領域大學委員會專家成員等。

第四，美國理科高中與校外的組織建立了密切的合作伙伴關系。大學、公司企業以及校友會等組織都參與到理科高中的項目活動之中。其中，一些合作機構為學校的某一項活動提供支持，如為學校舉辦各種競賽提供贊助和獎勵，也有一些機構長期為學校師生的教學和科研活動提供幫助。在這一方面，大學的作用最為突出。坐落于各大學校園的理科高中能夠利用大學的教師資源和教學設施，這減輕了理科高中雇傭與管理學校教職員工或者是配備大量實驗室的需求。南卡羅來納州理科學校（The South Carolina Governor's School for Science and Mathematics）每年暑假為即將升入高三年級的學生提供為期6周的校外學習項目，許多學生能夠在此期間參與南卡羅來納州各所大學中教授的實驗研究項目。[8]不僅如此，大學也為理科高中的學生提供了感受大學文化氛圍的機會。目前，已經有14所州立寄宿制理科高中與所在地區科研院所、國家級實驗室等建立了合作關系。

此外，校友主要通過贊助教育項目，設立獎學金以及親身參與教育活動，為學生提供廣泛的信息資源以及職業發展咨詢服務等。

第五，美國理科高中的學習氛圍與眾不同。在這些學校中，師生積極參與教育的各個環節，他們之間的交流更為頻繁與深入。在此過程中，理科高中的學生深受其教師的影響，對于理科學習的興趣更加濃厚。學生樂于花大量的時間與精力與那些知識淵博并關注他們興趣發展的教師溝通，課后學生纏住教師追根問底的情形也十分常見。當學生在教師指導下成功完成科研項目時，雙方共同的幸福感驟然上升，這也得以解釋為什么即便是暑假，許多學生仍癡迷于科研而不愿離開校園，即便是在快餐店也專注于自己的研究。[9]此外，理科高中為熱愛理科學習的學生提供了相互交流，共同探索，分享學習快樂的廣闊空間。在一種十分平等和自由的學習環境中，教師的教學不再以講授傳統的知識和維護自身權威為特點，轉而更加關注學生的學習過程，及其解決問題的責任意識和能力，更著力于培養學生的批判性思維與學習技能。

第六， 美國理科高中對整個地區理科教育的發展發揮著積極的輻射作用。各州對理科高中的發展投入重金，這些學校也通過開展一系列的拓展性和充實性活動來推動本州理科教育的整體改革與發展。通過舉辦各類活動，這些學校將自身在理科教育中總結的經驗進一步推廣。例如，伊利諾伊州理科高中（Illinois Mathematics and Science Academy）開展的拓展性項目遍及整個伊利諾伊州，且實施在線學習，這些項目激發了該地區中小學學生對理科學習的興趣，提高了他們的學習成就；[10]北卡羅來納州理科高中（The North Carolina School for Science and Mathematics）開展了豐富的校外項目，它們成為提高K-12年級教育質量的合作性力量，尤其是提高了農村和偏遠地區的教育質量；[11] 緬因州理科高中（The Maine School of Science and Mathematics）則針對5～9年級中對理科學習感興趣的學生開設了暑期培養項目[12]，等等。

理科高中的高質量培養不僅增強了學生的理科學習興趣，使其科研能力以及創造性解決問題的能力格外突出，更使他們能夠充滿自信地去面對更有挑戰的大學學習與科學研究事業。據統計，99%的理科高中畢業生進入大學，其中學習數學、科學、工程和技術專業的比率也高于普通高中。此外，80%的學生表示將繼續攻讀碩士或者是博士學位。[13]

三、美國理科高中的發展所面臨的困境

盡管美國理科高中的成果不凡，但是由于辦學機制的差異，他們不同程度地面臨著公眾支持度不足，教育資源及辦學資金缺少等問題。

美國理科高中的興建與發展所面臨的最大的挑戰可能就在于整個國家對于卓越（excellence）之概念的模糊理解。[14]一方面，美國民眾認識到通過確保最優秀的學生進入理科高中，為他們提供高水平的教育是滿足全球化時代美國科技發展需求的重要途徑。然而，與此同時，人們又對此持有懷疑的態度，認為幫助少部分資優學生實現卓越發展，這一定程度上帶有精英主義與不公平的色彩。因此，地方當局和公眾有時候阻撓對理科高中的支持。因為在他們眼中，這些“精英學校”掠奪了提供給一般學生的教育資源。此外，理科高中無法使用有效的鑒別方法對理科資優生進行選拔，無法為在校學生提供充分的支持也是公眾對理科高中的發展持觀望態度的原因。

除上述因素之外，理科高中的發展還受制于教育硬件與軟件資源以及辦學資金的不足。由于科研的需要，理科高中通常要求具備高質量的實驗室。理想的實驗室要能夠承擔多種實驗項目、創新性研究學習、小組合作研究以及在線交流等學習任務，而且設備齊全。按照上述標準，為普通的學校配備綜合性實驗室的花費就十分高昂，而理科高中實驗室建設的費用將更高。因此，理科高中所在學區常常不愿意將大量的資金投入到理科高中的建設以及后續發展之中。不僅如此，理科高中的有效教學極大地依賴于高質量的課程。為此，學校需要投入大量的人力和財力積極開發具有創新性和挑戰性的課程。作為地區理科教育的領導力量，理科高中還承擔著整個地區理科教育的改革、推廣活動以及對理科教師專業發展的培訓任務，這無疑又增加了理科高中的經費開支。

參考文獻

[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.

（責任編輯 甘 璐）