日本如何进行科技创新人才早期培养-基于超级科学高中计划的实践考察

/日本如何进行科技创新人才早期培养——基于超级科学高中计划的实践考察【摘要】伴随科技创新人才培养重心前置，高中阶段在科技人才早期培养方面的作用愈发重要。在“科技立国”成为基本国策的背景下，日本政府为改善“理数教育”整体质量、满足科技人才早期培养需求，实施了超级科学高中计划。该计划制定滚动式申报评审规则，明确公平优先、凸显卓越的人才选拔方式，打造了富有前沿性和探究性的个性化课程体系，构建了贯穿全程的科技人才早期培养生态。在取得成效的同时，超级科学高中计划在教育公平和考核指标等方面亦面临舆论压力。考察日本超级科学高中的创新人才早期培养，可为我国提供镜鉴。【关键词】日本；科技创新人才；早期培养；超级科学高中 数智时代，全球竞争的核心本质上是人才的竞争，尤其是科技创新人才的竞争。党的二十大报告将教育、科技与人才放在了基础性、战略性支撑地位，明确提出要着力造就拔尖创新人才，聚天下英才而用之。[1]从人才培养阶段看，“高中阶段教育是国民教育体系的重要组成部分，是衔接义务教育和高等教育的重要环节，具有承上启下的关键作用”[2]。就科技人才早期培养而言，高中阶段的关键作用亦不言而喻，正所谓“谁赢得高中，谁就赢得人才”[3]。基于此，世界各国纷纷创设科技高中，致力于科技人才早期培养。日本政府于2002年出台“超级科学高中计划”(简称“SSH计划”)，将其作为推动高中阶段创新人才早期培养的主要举措。该计划历经20余年持续建设，取得了较为丰硕的成果。近年来，我国将创设科技高中提上日程。2023年5月，教育部等十八部门联合印发《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》，指出要“试点建设科技高中，加强大学与高中教育在人才培养方面的衔接”[4]。同为东亚近邻，日本科技高中建设起步早，在科技创新人才早期培养方面积累了一些经验。考察日本超级科学高中建设，可为我国提供镜鉴。 一、超级科学高中计划的实施动因 (一)战略动因：因应“科技立国”基本国策 二战后，日本通过“理工扩大”政策培养了大量工程技术人员，助力其制造业强势崛起，并跃升成为世界经济大国。20世纪80年代，日本正式进入“科技立国”时代。1980年1月，日本政府发布《科学技术白皮书》，将“科技立国”确立为基本国策。[5]1995年11月，《科学技术基本法》实施，日本以法律条文形式将“科技立国”提升为国家战略。[6]《科学技术基本法》要求因应时代发展出台《科学技术基本计划》，并以5年为一个周期进行更新。基于此，日本政府从1996年至2016年，相继出台5期《科学技术基本计划》。《科学技术基本计划》的理念从最初注重高校培养，向早期培养和贯通培养转变。日本政府从2021年3月开始，将第6期《科学技术基本计划》更名为《科学技术·创新基本计划》(以下简称“《计划》”)。该《计划》重申了要在小学和初中阶段着力激发学生对“理数”①的学习兴趣，高中阶段从解决“地方实际问题”和“全球性问题”的视角，通过推动高中与大学、产业界的协作，提高学生的科学探究能力，进而培养科技创新人才。[7]显然，为夯实高中阶段理数教育、实现创新人才早期培养而实施的“超级科学高中计划”就是上述科技立国相关政策的产物。 (二)社会动因：满足创新人才培养需求 在科技立国成为基本国策的背景下，日本社会由“工业制造”向“科技创新”转型，其人才培养重点亦从“产业技术人才”向“科技创新人才”转变。然而，20世纪80年代末至90年代初，伴随日本经济泡沫愈发膨胀，“冷板凳”式的基础科学研究在喧嚣的时代面前尽显沉默，取而代之的是证券、金融等热门行业备受追捧，日本出现了“逃离理工”的社会现象。[8]彼时，科技创新人才培养质量无法获得足够的社会认可。据经济团体联合会调查结果显示，日本高校理科毕业生普遍存在基础不牢、解决实际问题能力偏弱等问题。[9]究其原因，很大程度在于高中阶段理数等科目教学力度不够，致使学生相关知识技能储备不足，影响了日后发展。伴随日本社会进入“创新驱动型社会”，提高学生的科学素养和创新能力势在必行。在这一语境下，高中阶段就被前置为科技创新人才早期培养的关键阶段，在高中阶段夯实学生的理数基础，提升其科学素养成为时代的抉择。 (三)教育动因：改善“理数教育”整体质量 “超级科学高中计划”的出台与日本一度衰微的理数教育历史亦密不可分。众所周知，日本政府20世纪末实行的“宽松教育”政策导致学生“避重就轻”，不愿意挑战相对艰深的理科学习，造成理数能力下滑严重。加之，当时日本社会普遍流行“理数知识应用性低”“与未来职业相关度差”等观念，加剧了“理数衰微”的教育现象。[10]据国际数学与科学趋势研究项目(TIMSS)调查显示，日本中学生对数学学科感兴趣的比例仅有48％，远远落后于72％的国际平均水平。[11]在大学专业选择上，文科专业日益升温，学生的理科专业学习意愿明显下降。鉴于此，通过创设超级科学高中，大力改善高中阶段“理数教育”整体质量成为广泛的社会共识。在上述动因之下，“超级科学高中计划”得以实施并延续至今。 二、超级科学高中计划的政策设计 所谓“超级科学高中”是指由日本文部科学省(以下简称“文科省”)指定的、重点实施理数教育的高中。[12]超级科学高中结合地区特点和自身定位，凝练本校科技人才早期培养的研究主题，围绕各自主题，通过与高校、相关企业的通力协作，让学生在高中阶段就能感受高层次前沿科学的魅力，夯实科学素养，进而培养能够活跃在世界舞台的科技创新人才。超级科学高中数量不断增加，类型亦不断丰富。超级科学高中的类型主要分为基础类高中(绝大多数普通高中)和特殊类高中(侧重于某个具体细分领域，如“地域合作类”高中，其数量较少)。基础类高中又分为4种：一是开发型高中，通常处于第1个指定期，在指定期内提出新的研究假设，研发创新性教育课程；二是实践型高中，至少完成1个指定期，不提出新的研究假设，只是持续推进此前研发的课程；三是认证型高中，至少完成3个指定期，对研究和开发成果进行推介，提供科技人才培养的典型模式；四是先导改革型高中，至少完成4个指定期，在“认证型高中”的基础上继续深入推进研发，基于更为宏大的科技人才培养目标制定研发主题。上述类型的每个指定期均为5年。 在诸多类型中，先导改革型高中共计12所，分别为立命馆高中、爱媛县立松山南高中、长野县屋代高中、石川县七尾高中、山梨县立甲府南高中、京都府立洛北高中、大阪府立天王寺高中、熊本县立第二高中、福井县立高志高中、爱知县立一宫高中、兵库县立神户高中和广岛大学附属高中。其建设周期更长，人才培养成效显著，社会认可度高[13]，具有广泛的代表性。因此，本文选取先导改革型高中作为研究对象展开论述。 (一)构建制度规则，促成内部优化和外部竞争双向驱动 文科省通过制定滚动式申报评审规则，为超级科学高中建设提供动力支撑。在申报环节，文科省面向全日本高中发布申报通知，意向学校自拟选题、自主申报。为确保公平公正，评审环节由外部专家组成的评审机构“规划与评估理事会”负责，理事会以考察、访谈、书类审核等多种形式实施评审。评审通过的学校获得“指定校”资格，进入常规指定期。常规指定期最初为3年，随后为夯实实践效果，自2004年度延长到5年。指定期内，超级科学高中享有政策支持，作为“研究开发学校”和“机构改革特区”拥有很大的自主空间，推动其教学改革走深走实。需要注意的是，常规指定期结束后，学校即失去“指定校”资格，能否再次获得指定资格取决于本轮建设质量，以及下一轮申报情况。下一轮申报时，学校需经历严格的内部优化提升与激烈的外部竞争，通过层层评审后方可再度获得“指定资格”。这种滚动式申报评审规则建构了“自主申报—专家评审—过程评估—成果产出”的生态闭环，打破了以往“严进宽出”的范式规制，促使指定校无法一劳永逸，保障了“超级科学高中计划”从指定校遴选、办学实践到成果产出的全过程生态。此外，这种全国遴选方式调动了地方学校结合当地实际凝练选题的积极性，避免了指定校资源过度集中于少数头部名校。 (二)明确保障机制，推进政、产、研、学各方通力协作 超级科学高中计划是一项系统性工程，需要协同多方力量，凝聚发展合力。在政府层面，日本政府为超级科学高中提供全方位支持。政策方面，文科省将超级科学高中定位成“研究开发学校”和“机构改革特区”，赋予其极大的自主空间进行教学改革和课程研发，明确其不受日本教育课程标准《学习指导纲要》的限制，可谓力度空前。财政方面，日本政府将超级科学高中计划所需经费纳入政府年度预算，为其提供强有力的财政支撑。近年来，相关预算金额呈逐年上升态势，年均拨款金额超过22亿日元。[14]制度方面，文科省专门成立“科学技术振兴机构”，在负责日常管理的同时，统筹协调各方资源，助力超级科学高中发展。 在产、研、学层面，高校为超级科学高中提供强有力的智力支持。对口高校不仅宏观参与超级科学高中的生源选拔、科学研究和教学管理，传递育人理念，还微观指导其教学实践，助力“高大衔接”走向深入。例如：爱媛大学指导爱媛县立松山南高中开设“语言世界”等外语类专题讲座，让学生在提高外语能力的同时，培养其从“外语原文视角”关注科学领域前沿动态的科学意识，并训练其用外语进行科研汇报和科研论文撰写。双方还商定，松山南高中学生可作为非学位学生选修爱媛大学相关课程，课程学分在该生考取爱媛大学后可作为已修学分[15]。上述举措激发了松山南高中学生的学习热情，也为爱媛大学输送了大量优质生源。在对口高校之外，相关企业为超级科学高中提供了宝贵的科学实践机会。以长野县屋代高中为例，其与美成水泥株式会社联合开展“学术科学”实践教学，在美成实验室专业人员的指导下，学生亲自动手完成相关实验，切身感受水泥生产中的吸附、扩散等无机化学反应的原理，实践学习成效显著。此外，超级科学高中内部设有“运营指导委员会”，委员会成员包括当地对口高校专家、文化场馆负责人、企业负责人、教育行政部门负责人等，便于从多元视角为超级科学高中发展建言献策，让“请进来、走出去”成为现实。 三、超级科学高中计划的科技创新人才早期培养 (一)推动教育衔接，全过程实现科技创新人才早期培养 1.初高衔接：确定公平优先、凸显卓越的入学和分班方式 超级科学高中以公平优先、凸显卓越为原则，推动“初高衔接”。超级科学高中的入学方式主要分为“一般入学”与“推荐入学”。一般入学指通过统一考试或部分指定校自命题考试入学的方式，这种入学方式选拔的生源占超级科学高中的绝大多数，体现了公平公正。推荐入学通常指学生凭借某方面偏才或特长获得免笔试的推荐资格，被推荐学生参加学校组织的面试，通过后即可入学。以广岛大学附属高中为例，该校在2024学年拟招生200人，其中一般入学名额占80％(160人)，推荐入学名额占20％(40人)，具体考查项目及分数占比如表1所示。[16]这种以一般入学为主、推荐入学为辅的选拔方式在保障生源可靠性和稳定性的基础上，适当加入了多样性元素，为超级科学高中注入了活力。 学生进入超级科学高中后，就要面临分班，分班方式大致有两种。第一种方式是将“普通班”整合为“理数班”。仍以广岛大学附属高中为例，学生入学后，全部进入普通班学习。普通班第1学年实施统一授课，让学生综合学习国语、社会、数学、理科、英语等基础科目，夯实基础学习能力。第2学年开始，普通班进行再编整合，即按照学生的学习成绩、兴趣潜力、职业规划等综合评价分成“普通科学班”和“先进科学班”。前者在夯实学生综合能力的基础上，培养其建立科学思维，激发理数学习热情。后者则更看重科学素养和科研潜质，其目标就是培养高精尖科技创新人才，为其从事科学研究工作打下坚实基础。因此“先进科学班”对学生的理数成绩要求更高。第二种方式是在招生时学生自主进行志愿填报，并按照学习成绩、兴趣潜力、职业规划等综合评价直接分入“普通班”和“理数班”。以爱媛县立松山南高中为例，该校2023学年共招生360人，其中普通班320人，理数班40人。[17] 2.高大衔接：拓展成绩与能力相结合的升学路径 将超级科学高中学生输送至高校接受更高层次的科学训练，顺利实现高中与大学的教育衔接是超级科学高中计划的重要任务。超级科学高中毕业生通过一般入试、推荐入试和AO(AdmissionsOffice)入试升入高校。其中，推荐入试和AO入试是主要升学路径，这两种入学方式均突破了传统的应试范畴，即并非以分数成绩来选拔学生，而是以教育衔接为目的贯通高中和大学教育，以此为学生提供平稳接续的学习环境。推荐入试是指由超级科学高中校长向高校推荐学生的直通方式，该方式名额相对较少，然而近年来随着日本科技人才贯通培养探索的深入，文科省允许高校向超级科学高中提供更多推荐入学名额，增加了其直通人数。例如：立命馆高中每年都推荐优秀毕业生进入立命馆大学学习。该校为此专门开设专题讲座，为获取推荐资格的学生提供“高大衔接”相关指导，助其适应高校的学习生活。AO入试也称综合性选拔，倡导从学习韧性、适应能力、专注度、价值观等潜力维度对学生进行综合评价。与普通高中相比，超级科学高中学生凭借坚实的科学素养，在综合评价方面优势明显，成为日本一流高校理工专业的重要生源。 (二)构建富有前沿性和探究性的个性化课程体系，满足人才培养需要 1.研发个性化校本课程，升华研究主题 超级科学高中结合地区特点和自身定位，研发个性化校本课程，助力实现研究主题。例如：立命馆高中借助其国际化办学程度高的优势，确立了“培养全球化科技人才”的研究主题。为此，该校专门设立国际共同课题研究中心，从前沿科学的视角进行课程研发，打造了知名课程“国际科学教育”。[18]该课程在2023学年邀请了22所日本高中和19所海外高中共同参与，让学生在感受前沿科学魅力、掌握科学知识和技能的同时，在跨文化交流中增强团队意识，提高全球胜任力。再如，京都府立洛北高中作为京都首个拥有附属初中的老牌高中，确定了培养“一贯制科技人才”的研究主题，打造了“洛北StepUpMatrix”系列课程。[19]该课程通过共享“科技人才培养画像”，并辅以“科学挑战”等课外拓展活动，实现了同一学科在初中、高中、大学的知识体系衔接。上述超级科学高中以校本课程为基础开发了大量原创性教材，如《数据科学》《科学哲学》等，将重点难点、步骤方法、示例练习等进行了系统阐释，广受师生好评。 2.开设阶梯式课程，平衡普遍性与差异化需求 超级科学高中通过开设阶梯式课程，有效平衡了学生的普遍性与差异化需求。以兵库县立神户高中为例，该校第1学年面向全体学生开设“物理基础”“数学”等基础类课程[20]，着重激发学生的理数学习热情，培养其基础科学能力。第2学年面向“先进科学班”和“普通科学班”部分感兴趣的学生，开设“数学B”“化学(2)”等专业类课程，夯实学生专业的理数知识和科学技能。第3学年主要面向“先进科学班”学生开设“理数探究”“理数特论”等拔高类课程，力图挖掘学生科学潜力，提升学生科学素养。 3.聚焦科学探究，打造研究性课程模式 该研究性课程模式名为“课题研究”，从解决实际问题出发，引导学生运用跨学科知识学以致用。例如：山梨县立甲府南高中在山梨大学支持下打造了“课题研究”，即“前沿探究”。[21]“前沿探究”鼓励学生从解决地方实际问题的视角自主选题，并按照“课题设定→假设假说→先行调查→实验观察→考察验证→成果发表”的科学流程开展科研活动。以“前沿探究”中“地域防灾”专题为例，“地域防灾”假设山梨地区发生地震，让学生提出对策方案。学生运用历史、地理、信息等跨学科知识，结合当地地形和气候特征，围绕百年来山梨地区地震的数量、规模、死伤情况等进行文献调查，形成基础数据库。与此同时，对东京大地震、阪神大地震、“3·11”东日本大地震的应对举措进行考察，梳理防灾技能、志愿者活动等因素在地震救援中的实际效果。在此基础上，学生利用日本都道府县基础数据系统(SSDSE)，将山梨地区避难场馆和人口分布情况进行数字化标记处理，构建山梨地震预测模型。随后，在山梨大学工学部教授的专业指导下，学生将地震强度设定为若干等级，并分别将地震发生时间、震源距离、不同人群响应速度、次生灾害频次等不同变量要素纳入模型，通过沙盘推演进行动态考察。最后，学生通过模拟影像等可视化呈现，发表“地域防灾”专题成果。 (三)结合年度自评与中期考核，测评创新人才早期培养成效 文科省要求每个超级科学高中均要以创新人才早期培养为目标，按年度对本校超级科学高中计划的建设情况展开自评。自评内容包括主题规划、特色亮点、达成度报告、实施效果和评价、校内SSH组织推进体制、成果推广成效、现存问题与发展对策等。[22]以年度为单位，超级科学高中不断完善自评框架，细化自评内容，提出改进方案，保证了发展的内生动力。 在年度自评之外，文科省还组织专家定期开展中期考核，以此作为超级科学高中创新人才早期培养的官方评价。中期考核极为严格，围绕主题研发、教学成果、领导体制、内外合作、成果普及、组织管理等六个方面的几十项指标逐一对标对表，一针见血地指出存在问题。以2023年度超级科学高中考核结果为例，只有8％的指定校得到“达成目标”的评价，40％的指定校得到“接续努力后有望达成目标”的评价，剩余52％的指定校则均须对照评估意见进行逐条改进。[23]中期考核保障了超级科学高中的运行生态。但需指出，由于“一流高校升学率”等显性指标比重偏大，也使超级科学高中的创新人才培养存在一定程度的功利化之嫌。 四、超级科学高中计划科技创新人才早期培养的成效和问题 经过20余年发展，日本超级科学高中数量从2002年度的26所增加至2023年度的250所，约占全日本高中的5％，实现了在日本47个都、道、府、县的全覆盖。 (一)建设成效 1.改写“理数衰微”历史，重振理数教育 超级科学高中的一大社会贡献在于让一代代高中生形成了基本的科学思维，在潜移默化中激发其理数学习热情。这在一定程度上成为理数教育的一种“思想启蒙”，“理数衰微”的历史逐渐成为过去。据TIMSS的调查显示，日本学生的数学学习兴趣从2003年的39％增长到2019年56％。[24]另据日本科学技术振兴机构的调查显示，81％的超级科学高中学生表示超级科学高中学习经历提高了他们对科学和未知事物的兴趣。[25]2015年6月，文科省印发《关于国立大学法人等组织及业务整体调整的通知》，要求日本国立大学缩小人文社会科学专业的招生规模，通过裁撤部分文科专业，向理科等“社会需要的更高领域转换”[26]。以此为标志，可以说日本正式走出“理数衰微”的历史，并在一定程度上进入“重理轻文”的时代。 2.夯实理数能力和科学素养，确保创新人才培养质量 超级科学高中培养的学生具有扎实的理数能力和科学素养，受到日本社会的普遍好评。在国际各类科学竞赛中，超级科学高中学生成为日本国家队不可或缺的重要组成。2019年“国际科学奥林匹克竞赛”的日本赛区有20000名参赛选手，其中约有7000名是超级科学高中在校生。不仅如此，历年参加“国际科学与工程大奖赛”(ISEF)的日本选手中，约有半数来自超级科学高中。[27]相比于普通高中，超级科学高中的高考升学率一直名列前茅。据日本国家科学技术政策研究所的报告显示，按性别测算超级科学高中毕业生的平均升学率，男生大约是日本全国平均水平的2倍，女生大约是3倍。[28]这些学生凭借其在科学、数学、工程等领域的巨大优势，步入社会之后，成为日本科技创新人才的代表性群体，在高校、科研院所、企业研发团队中发挥了重要作用。可以说，在校生和毕业生的双重活跃，充分体现了超级科学高中在科技创新人才早期培养方面的成效。 3.打造示范性课程和教材，助力教学方式变革 超级科学高中构建了富有前沿性和探究性的个性化课程体系。其中，注重探究性的研究性课程模式“课题研究”被文科省推广至全日本。日本现行版《高中学习指导纲要》就以“课题研究”为样板，新增了“理数探究基础”和“理数探究”两门课程[29]，大力推行“课题研究”模式。《高中学习指导纲要》还鼓励普通高中根据学校自身定位与人才培养需求，推动这两门课程的个性化教学。在课程之外，超级科学高中还研发了一批特色教材。据文科省统计，相关教材被日本普通高中广泛采用，成为普通高中的示范性教材，深受好评。[30] (二)面临问题 1.舆论指向：教育的公平性和普惠性备受压力 超级科学高中计划在取得显著成效的同时，也招致了教育的公平性和普惠性遭受破坏的舆论压力。有学者犀利地指出，这种以理数区分精英与非精英的人才培养方式对教育而言后患无穷。[31]为弥合舆论分歧，近年来文科省大力增加超级科学高中数量，均衡其分布范围，力图彰显公平普惠。此外，文科省在2024年度《超级科学高中计划指定校募集要领》中首次提出在原有类型基础上增设“文理融合型高中”，将科学素养与人文素养有机结合，培养综合性人才。[32]可以说，这在一定程度上反映了日本政府对于“重理轻文”相关政策的某种纠偏，体现了日本政府做出让步的姿态。但需注意，日本政府通过超级科学高中计划储备科技人才的初衷立场没有发生根本性改变。 2.育人评价：考核指标体系亟待完善 当前，日本的“高大衔接”已完成由注重成绩的“选拔衔接”向注重能力和适配度的“教育衔接”转变。然而，超级科学高中办学过程中仍存在一定程度的重成绩、轻能力的流弊，这有违夯实学生科学素养、提高科学探究能力的创设初衷。究其原因在于文科省对超级科学高中的考核重视显性指标，特别是一流高校录取率，造成了超级科学高中过度对标一流高校招生规模大的专业，实施针对性教学。显然，这一功利性做法忽略了从长远视角培养学生的科学潜力。例如：2022年度超级科学高中计划中期考核的6个方面51个指标中，仅有3个指标关涉学生发展潜力[33]，这是远远不够的。为此，文科省要求今后各超级科学高中将学生的科学资质与发展潜力作为人才培养的重要任务，强调通过人工智能、大数据等数字信息技术，测量并跟踪“同一学生长期学习过程的演进及其学习深化情况”，以此作为超级科学高中育人成效的重要评价。[34]此外，文科省还组织召开“关于超级科学高中支援事业发展方向有识者专家会议”，提出细分指标，建立激发学生科学潜力的动态评价体系，并将其作为超级科学高中计划考核的重要依据。[35]可以预见，该评价体系的确立将影响超级科学高中人才培养的未来走向。 五、超级科学高中科技创新人才早期培养的镜鉴与启示 (一)在统筹支持性政策方面，兼顾战略规划与精准施策 日本超级科学高中的建设经验和面临的问题可为我国提供镜鉴。从战略层面看，应从国家战略高度对高中阶段的科学教育进行统筹规划，明确科技高中人才培养目标，并使其与我国发展战略相匹配，以满足社会发展对科技创新人才的迫切需求。从政策层面看，应制定出台保障科技高中软硬件运行生态的规划，赋予其适切的自主空间进行创新探索，