日本高中科技人才培養的實踐研究及啟示

文∣焦煒 楊濟萌

一、日本高中科技創新人才培養推進動因

(一)科技強國發展戰略的支撐

1980年的《科學技術白皮書》確立了日本將科學技術立國作為基本國策這一事實，科學技術創新政策成為日本持續發展的中心一環。隨著全球化發展，各個國家爭先推出政策培養科技人才，日本危機意識不斷加強。為此，日本對于新一代的科技人才提出新標準，要求學生不僅要掌握完備的知識、技能，還要有思考力、判斷力、表現力。除了明確人才培養要求，日本政府還積極推出一系列措施，為科技創新人才保駕護航。

(二)研究隊伍急需擴充

日本文部科學省在新一代人才培養檢討工作會議中提出日本科技人才的培養正處于困境之中。學生對科學技術的學習興趣不斷降低。隨著年級升高，喜歡理科的學生比例持續減少。在初三還未決定以后學習方向的學生大部分都會在高三選擇學習文科專業，導致日本在科技創新人才的培養上苦無后備軍。[1]基于此，日本近幾年大力支持科技人才培養，從中等教育階段入手，特別是在高中教學中，一方面激起學生對科學技術的興趣，重點激發學生學習理科的欲望；另一方面，挖掘在科學技術領域有天分的學生，為他們提供優良的發展環境，培養他們的創造力和挑戰精神。日本從上述的兩個改革方向出發，培養高中生在接受高等教育學習之前擁有良好的知識儲備，增強其在科技領域的學習信心和探索精神，借此，不斷壯大科學技術人才隊伍，為日本的科技研發事業添磚加瓦。

二、日本高中科技人才培養的實踐路徑

(一)擇優培養，以賽促學

日本政府為滿足社會發展對于科技創新人才的需要，近幾年在高中階段的教育計劃中大力培養科技創新人才，重點培養科技素養高、對科學技術感興趣的學生，同時通過以賽促學的方式激勵學生。

從擇優培養的層面來說，“全球科學校園計劃”(GSC)和“青少年科學家育成私塾”是極具代表性的計劃。全球科學校園計劃由大學牽頭，以培養未來能在國際舞臺上嶄露頭角的科技人才為目的，在大學所在地區的高中里選拔在科技領域成績優異并對科學技術學習有興趣的學生，大學為這些學生提供數理方面的教育支持。每所大學都可以根據自己的特色和學科優勢為高中生提供課程或培養計劃。以東京農工大學在全球科學校園計劃中制定的“保護美麗地球——全球創新型科技者養成項目”為例，項目在高中選拔對科技有興趣的優秀高中生，旨在培養他們在農學領域中發現課題的能力，并通過實際操作培養其課題解決能力。東京農工大學的全球教育院的教員承擔高中生科學素養的培養任務，幫助高中生掌握科學研究必備的研究手段，帶領他們接觸業界專家以及最先進的研究環境。全球科學校園計劃體現了日本對高中科技人才的重視，大學作為知識庫和人才培育的高級場所，有針對性地在高中選拔有潛力的學生進行培養，在有限的資源范圍內謀求育人成果的最優化。

“青少年科學家育成私塾”計劃本著培養新一代科技創新人才為主要目的，為優秀高中生提供各種課程、實驗機會。參加計劃的學生在經過不同專業的課程學習后，可自主選擇感興趣的領域，在相應領域教員的幫助下得到研究及論文寫作上的指導，并有機會發表自己的研究成果，從而培養創造能力、課題研究能力和相關的專業能力。

在以賽促學方面，日本政府鼓勵學生積極參與國內國外兩種賽事。日本每年舉辦的“科學甲子園”是專為高中生設置的有關數學、信息等領域的競技。由各地方先在本地召開比賽，選拔出參賽隊伍參加全國大賽，大賽分為筆試和實際操作兩部分，筆試主要是有關理科知識的活用，實際操作關注學生是否能綜合運用已學的知識及相關技術，考查學生的動手能力和溝通能力。[2]日本還積極鼓勵高中生參加培訓，通過層層選拔參加國際科學奧林匹克大賽。參與比賽有助于學生科學技術知識的活用及操作能力的養成。一方面，大賽的準備活動促使學生將所學的知識活用到實際的操作中去，實現理論與實踐相結合，同時為了得出問題的最優解，學生往往會進行頭腦風暴，想出新的思路、新的想法，提升學生的創造性。另一方面，學生在參賽過程將學會團隊協作、溝通交流，實現競爭精神與合作精神并存。綜上所述，以賽促學的培養形式推動學生全面發展，提升學生的科技素養。

(二)高中與大學協同育人

在科技創新人才的培養方面，中學難免在開設課程、教師專業程度上有不完善的地方，大學可利用資源優勢幫助高中學校培養科技創新人才。此外，為了吸收高質量的科學技術人才，大學在入學考試的改革上也愈加靈活化。

大學一般組織博士生或博士后研究員來擔任授課任務，為高中生提供與科學技術相關的課程或研究機會，以便學生在高中階段對基本的科學知識有了解，在進入大學后可以與大學的專業學習無縫銜接。由于自然科學領域的課程專業度高，因此大學針對高中生提供的課程一般都呈現出引導性、趣味性強的特點，激發高中生對科技知識的學習欲望。如京都大學理學研究科在高中開設的一門課程叫作“從對貓的研究出發探討人與動物的區別”，以“家貓和野貓的樣子有什么不同”這種與學生日常生活息息相關的簡單問題為出發點，向學生教授生物學和生態學方面的知識。利用學生在日常生活中經常接觸到的對象引起學生的興趣，由簡入難，循序漸進地引導他們去思考、探索相應的科學知識。該課程形式以學生的成長為中心，取得了良好的效果。

除此之外，一些大學的研究所會在附近的高中招募學生作為研究助手，吸引高中生報名。大學的研究所一般是國家某些研究領域最頂尖的研究部門，高中生在此可接受前沿的科學教育。與此同時，高中還可以與大學或研究機構共享實驗機器或設備。

日本高校的科技人才選拔考試的改革方向向綜合性、創新性靠攏。除了通用的高考測試外，日本在入學考試中還加入了小論文、面試、技能操作等項目。同時，不少大學還引入國際科學奧林匹克競賽的成績作為對學生數理能力的考查標準，判斷學生在掌握基本知識技能的基礎上能否學以致用。日本大學入學考核標準的改革體現出理論與實踐并重、注重創新的特點，激勵學生在科學知識的學習過程中要鍛煉自己的動手操作能力，要有從理論出發又突破理論的創新意識。

(三)優化學習內容、培養計劃、學習環境

當下，日本在高中階段科技人才的培養上面臨教材、學習資源與人才培養戰略不配套等問題。為此，日本近些年不斷為高中科學技術教育事業的發展提供支持。

在高中階段，為了更好地培養科技人才，日本在學習內容上推進改革，具體包括以下兩大方面：一是突出科目的融合性。打破學科壁壘，推進學科融合，特別是將數學融入其他理科學科的學習中去，學生要學會運用數學方法，分析通過實驗、觀察得出的數據。二是注重教科書內容與時俱進。信息、商業、工業等領域的技術革新快，日本注重教科書中相關內容的及時更新，并提出與時俱進的教學輔助資料。

日本高中科技人才培養計劃的改革也獨具一格。全球科學高中計劃(SSH)在日本選擇數理學科成績優異的高中生作為科技人才培養的對象。該計劃注重合理安排高中生的三年時間，每一個階段對學生均作相應能力的要求，階段性地推進科技人才的培養。表1為北海道札幌啟成高中科技人才培養計劃。

表1 日本北海道札幌啟成高中科技人才培養計劃

日本高中階段的科技人才培養計劃呈現出階段性、目標性強的特點，同時，其階段性的培養目標注重提升學生的綜合能力和知識運用能力。

此外，日本著力為學生提供與科技發展相適應的學習環境。2005年，日本為所有高中的教室配備電腦、大型顯示器、MIDI系統。2019年開始，日本大力推進信息技術進校園，為每一個在校學生提供一臺電腦終端并配備高速大容量通信網絡系統。這為學生的學習生活帶來了改變，一是突出學生在學習中的主體性地位，幫助學生進行課題的設定、信息的收集和整理分析以及論文的寫作指導。二是在具體的科目學習上，提升學習內容的可接受性，如將數學的函數和圖形的變化可視化。三是教師在教學中可以掌握每個學生的學習情況，學生也可以根據自己的需要設定自己的學習計劃。

三、對我國高中科技人才培養的啟示

科技人才是社會發展的動力。當下，我們需要認清科技人才培養的階段定位問題，重視高中階段對于科技人才塑造的重要性。因此，通過對日本高中階段科技人才培養事業發展路徑的梳理，我們得到以下幾方面的啟示。

(一)加強頂層設計，提供政策經費支持

我國首先應將高中階段的教育也納入科技人才的培養體系中，構建高中與大學銜接的一體化培養體系，為國內科技人才隊伍的建設儲備力量。其次，應統籌規劃高中階段科技教育的發展方向。在遵循教育基本原則的前提下，高中的科技人才培養目標要配合國家發展戰略、盡可能滿足社會發展對科技人才的需求，促進育人目標的一致性。最后，制定高中科技人才培養的支持計劃。日本高中科技人才培養事業之所以發展良好，最重要的原因就是日本在確定人才培養的方向性后提供了相應的政策支持。制訂實施性、引導性強的指導方針政策是推動高中科技人才培養的當務之急，具體可表現為推動科研平臺建設、促進高校等組織與高中交流合作，為學生提供國際交流機會等措施，同時投入穩定的經費為學生配備實驗儀器、提供信息化的學習環境等。

(二)推動學科融合，增加實驗機會

當前，國內高中的教學仍以單科教學為主，一方面，單科教學確實有助于學生系統地學習，但另一方面，單科教學不利于學生的發散性思維和多學科視角的培養。因此在高中階段打破學科界限，從核心課程或廣域課程的編制原則出發，促進理科各學科的融合交叉是很有必要的。新時代的科技人才不僅要有扎實的理論基礎，還要有將理論運用于實踐的能力。然而當下我國高中的理科課堂理論課與實驗課的時間配比不協調，實驗課仍是教師實驗示范為主，學生缺少實驗的機會，這在一定程度上阻礙了學生能動性的發揮和操作能力的培養。因此，我們應當為學生提供更多的理科實驗機會，提升學生動手操作能力，讓學生有更多的機會接觸到實驗設備，此外，還應將實驗成績納入學期成績的評定標準中，綜合考量學生的科技能力，鼓勵學生在實驗中驗證理論，創新理論。

(三)以生為本，營造創新發展空間

填鴨式和灌堂式的教學模式不利于激發學生學習科技的積極性。首先，我們應以學生為本，以課程內容和教學模式的改革作為落腳點，將科技知識與學生的日常生活聯系起來，保證課程內容的趣味性、科學性以及循序漸進性，幫助學生發揮自身的能力性。其次，我們要為學生提供創新發展的空間，如提供課題研究和科技夏令營等項目。學生可以選擇自己感興趣的問題，通過資料查找、課題設計、課題論文撰寫等培養問題意識、學習科學研究方法，形成嚴謹的思維邏輯。同時，還應鼓勵學生參與科技比賽或科技夏令營等項目并展示自己的研究成果。

(四)建構高中與大學合作教學的機制

建構高中與大學的合作機制，應注重以下三點：第一，探索多元化的高考選拔模式。不論是教育方式還是教育結果，無不受制于大學招生這根指揮棒。大學可考慮根據自身需要制訂多元化的招生標準，比如將高水平的科技競賽獎項或發明專利作為加分項，或是增加小論文等考核方式，考查學生的思考能力、判斷能力和問題解決能力。第二，大學為高中科技人才的培養提供師資支持。一方面，可以由大學派遣理科教師定期授課或開展科技講座；另一方面，大學為中學教師做系統培訓，傳授最前沿的科技知識、科學的研究方法等。第三，大學應為高中學生提供基礎儀器設備等資源的使用權，從而培養一部分高中生成為我國科技事業發展的后備軍。