本文節選改編自《中國科學院院刊》2021年第7期專欄“學部咨詢：科學教育的發展與創新”

鄭永和1 王晶瑩1* 李西營2 楊宣洋1 謝湧1

1 北京師範大學 科學教育研究院

2 陝西師範大學 現代教育技術教育部重點實驗室

大力培養科技創新後備人才，是我國在未來國際競争中博得先機的重要保障。

近半個世紀以來，西方發達國家競相通過制定長期戰略、科學教育标準和立法等形式，自上而下積極幹預科學教育、服務國家人才戰略。例如：英國通過《教育改革法》明确将科學、數學、語言并列為三大“核心學科”；美國制定《聯邦政府關于科學、技術、工程和數學（STEM）教育戰略規劃（2013—2018 年）》以推動科學教育的全面實施等。

當前，我國進入全面建設社會主義現代化國家的新發展階段，公民科學素養提升和創新能力培養成為關鍵環節。然而，時至今日，我國在一些科技領域仍面臨創新人才匮乏的窘境，大力培養科技創新後備人才是我國在未來國際競争中博得先機的重要保障。明天的強盛來自于今天的後備人才儲備，中小學是培養科技創新人才的關鍵期；為長遠解決我國創新人才培養短闆、從根本上改變高層次創新人才匮乏的窘境，需要夯實科技強國人才根基重大目标，前瞻部署中小學科學教育，重塑新時代基礎科學教育體系。

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我國科技創新人才早期培養的現狀

國際新格局推動我國科技創新人才早期培養

當代國際競争新格局轉向聚集創新型人才。從2020 年全球創新指數可知，表現最好的經濟體仍然幾乎全部來自高收入組别，如瑞士、瑞典、美國、英國、荷蘭等；而唯一的例外是中國——中國連續 2 年排名第 14 位，是全球創新指數前 30 位中唯一的中等收入經濟體。

但是，我們要清醒地看到，我國在人力資本方面還有待進一步提升：中學的生師比在 130 個經濟體中位于 62 位；研發人員以全職研究人員/百萬人口計算，我國為 1 307.1 人/百萬人口，位居全球第 48 位。生師比是指折合在校學生數與學校專任教師數的比例，是教學評估中用來衡量學校辦學水平的重要指标；研發人員的比例也一定程度上說明創新人才的儲備狀況。由此可見，我國在創新指數的人力資本維度尚不占有明顯優勢。

近年來，國際上特别重視對具有科技素養及發展潛力青少年的專業化教育，大力推行人才培養的相關政策與實踐。區别于全體學生的科學與技術素養教育，多個國家提倡并踐行科技創新人才的個性化培養方式和專業化成才路徑。

為提升科技實力，美國、加拿大、英國、德國、日本、韓國、新加坡、以色列等創新型國家非常重視科技創新人才的早期培養——不僅重視高等教育階段的管道輸出，更為關注中小學的 STEM 教育及其科學素養提升。國家的綜合實力與核心競争力取決于内在科技創新能力水平，根本上依賴于創新人才，而中小學時期則是人才培養的黃金階段與關鍵節點。因此，我國急需将科技創新人才的早期培養作為科技創新工作的重中之重。

我國現有政策對中小學科學教育支持不足

自黨的十八大以來，我國進入了全面推進創新人才培養的新階段，科技創新人才培養計劃不斷被提出。

2012 年教育部印發《國家教育事業發展第十二個五年規劃》，圍繞“加強創新人才培養”作了專項論述；

2013 年教育部與中國科學技術協會啟動了“中學生科技創新後備人才培養計劃”（簡稱“英才計劃”）；

2015 年國務院印發《統籌推進世界一流大學和一流學科建設總體方案》，其中在建設任務中強調要培養拔尖創新人才；

2018 年教育部等六部門繼續推行“基礎學科拔尖學生培養計劃 2.0”，提出實施基礎學科拔尖學生培養指導方案；

2020 年教育部印發《教育部關于在部分高校開展基礎學科招生改革試點工作的意見》，決定自 2020 年起，在部分高校開展基礎學科招生改革試點（也稱“強基計劃”）。

但從總體上看，作為源頭階段和基石任務，我國中小學科技創新人才培養的精準政策較少、系統性工作還未引起足夠重視。

我國中小學生科學職業期望和動手實踐能力不容樂觀

根據經濟合作與發展組織（OECD）發布的 2015國際學生評估項目（PISA）調查報告可知，我國北京-上海-江蘇-廣東 15 歲學生的科學成績在全球占有優勢，但是這些學生的科學職業期望在 72 個參與國和地區中僅排在 68 位。

《中國教育統計年鑒 2018》表明，小學科學教師的數量僅為小學數學教師的 12%；并且，小學科學教師的學曆質量在基礎教育的所有學科中最弱——專科學曆占比 47%，本科學曆占比45%。

《2018 年國家義務教育質量監測》表明，中小學生的科學理解能力相對較強，但科學探究能力和科學思維能力有待提高。與科學理解能力相比，學生科學探究能力和科學思維能力達到中等及以上水平的比例較低。監測還發現，學生參與科學課的動手實驗和實踐調查的機會較少：4 年級學生在本學期科學課上經常做動手實驗的比例為 46.8%，從不或幾乎不做的比例為 19.0%；8 年級學生生物課上做過 3 次及以上動手實驗的比例為 19.3%，從來沒做過的比例為 47.1%。

以上問題明顯阻礙了我國科技人才湧現的源頭，難以适應建設世界科技強國的人才儲備需求。

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科技創新人才早期培養的批判認識與關鍵問題

科技創新人才早期培養的批判性認識

社會文化對特定環境中天賦的隐含概念産生影響，文化價值觀也會影響特定領域人才發展的支持水平。從傳統研究看，天才兒童的構成要素包括一般認知因素和非認知因素；從創新後備人才的培養路徑來看，教育者關注外部環境帶來的影響，通過機會均衡、融合加速模式和脫離正常學校學習模式等方式盡可能避免這些學生受到外在因素幹擾而發展受阻。但這些方式的實際效用如何，個體發展需求是否得到體現，不同學生的個性發展過程是否引起關注，各種策略的實施力度如何，以及評價結果是否滞後或者對實施過程産生幹擾等，都會引發對傳統模式的反思。

美國通過 STEM 教育大力推進科技創新後備人才的發展。早期的管道理論試圖回答 STEM 人才的流失現象，認為從中小學到最終從事 STEM 專業過程中，中學階段是人才流失最為嚴重的時期，這表明基礎教育階段創新人才培養工作的重要意義。但管道理論将學習與職業發展軌道假設成是線性的、不可逆轉的，無法解釋中間參與到 STEM 專業的部分人。STEM 從業人員的桑基圖（Sankey diagram）則呈現了學生從學習到進入 STEM 職業的軌迹不是線性的、唯一的，而是各種可能途徑的交叉組合。

我國青少年科技創新人才培養的關鍵問題

新時代我國科技創新人才的培養不僅需要重視中小學階段的早期培養，還需要進一步思考其本質内涵及其演變發展。科技創新人才的識别和選拔标準已從天賦智商發展到成功智能，其培養模式也從天才兒童範式向天資發展範式和區分教學範式轉型，校内外課程重心從側重同質性移到側重異質性，培養理念從外在設定目标向内外目标協同發展，并且更多地涉及人才培養的價值取向問題。科技創新後備人才的評價體系也從一元智能到多元智能，從領域專屬逐漸走向領域通用與領域專屬并重。

基于此，學界對中小學科技創新人才培養的關鍵問題達成 5 點共識：

1. 科技創新人才的形成是在一定智商和創造力的基礎上，與外部環境因素相互影響的結果；科技創新後備人才雖然存在智商阈值，但是環境因素對個體産生重要作用。

2.  科技創新人才選拔和培養應當兼顧實踐能力和綜合素質的協同發展。

3. 需要為科技創新後備人才提供異質化課程，建立動态的個性化發展路徑。

4. 在科技創新後備人才的教育過程中，需要促進外部社會價值導向與内在個體發展訴求的整合。

5. 急需構建從中小學到本科、研究生階段全方位的培養體系，提供長周期的研究資助。

綜上，科技創新人才是人和外部環境互動過程中，内部結構和功能所産生的變化，以及這種内部發展所呈現的外部個體差異，即在特定科技領域中表現卓越。教育在其培養過程中發揮重要作用，對人才的測評涉及認知、社會情感技能、信念、人格等多方面。

科技創新後備人才的發展經曆 3 個階段，不同階段發展任務不同，需要采用的培養模式與教育目标也存在差異：

1. 激發興趣和扶植階段（學前—3年級），更多關注“微 C”的萌發和保持，激發兒童的科學學習興趣并維持相對積極的學習習慣與正向的學習情感；

2. 自我探索和定向階段（4—9年級），關注學生“小 C”的發展，保持學生的科學興趣并養成積極的科學認識論，使得學生能夠更寬泛和深入地自我探索，并能夠對科學學習和領域探索形成較為穩定的初步定向，培育高階思維能力，夯實科學領域的堅實根基；

3. 專業分化和才華展現階段（10 年級—大學），側重“專 C”的培養，鼓勵和支持學生在科學某一領域或多個領域開展較為深入的探究，養成創新意識、科研精神與創造性問題解決能力等。

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我國科技創新後備人才培養的建議

多年來，教育部、中國科學技術協會等部門主辦的“拔尖計劃”“英才計劃”“全國青少年科技創新大賽”“中國青少年機器人競賽”“明天小小科學家”等科技創新後備人才培養工作取得突出成效，積累了特色經驗。然而，與建設科技強國的要求相比，當前我國科技創新後備人才培養規模急需擴大、質量亟待提升、機制亟待創新。為實現 2050 年建成世界科技創新強國的目标，必須充分發揮科技界、教育界及社會等多方面力量，夯實科學教育根基，紮紮實實“從娃娃抓起”，前瞻部署國家基礎教育階段科學教育新體系。

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高度重視培養中小學生的科學學習興趣

落實科學課程的課時要求，優先發展小學科學教育。建議将科學與數學、語文作為小升初、中考、高考等同對待的考察科目。重視教學内容結構調整，加強小學、中學和大學的銜接，強調跨學科知識、實踐探究及問題解決能力培養，并在測試中加強非認知因素考察。

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以科教融合方式創新科學教育教師的培養

由教育及科技相關部門統籌組織中小學科學教師、校外科技輔導員、高校和科研院所專家，完善科學教育師資的生态網絡和專業隊伍建設。加緊師範院校科學教育專業師範生培養，鼓勵綜合性大學建立科學教育專業。鼓勵當下的科學家參與未來科學家的培養，設立“科技專家 學校科學教師”雙師制，創新青少年人才培養有效途徑。

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為基礎教育階段有特殊潛質的青少年提供特殊培養的綠色通道

公平教育是人盡其才的教育，是使有科學家潛質的青少年獲得拔尖人才培養機會的教育。建議遴選有科技特長的中小學生，設立科技特色天才班、科技特色學校。鼓勵院士和高水平科學家領銜設立校外科技特長生小組。改革高校人才選拔機制，設立綠色通道，對具有科學家潛質的考生予以破格錄取，作為高考的重要補充。

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加強多主體協同賦能科學教育創新發展

加強各類場館、科研機構、高校與中小學的聯系，豐富科學教育資源，創新校内外結合的科學教育模式，形成有機協同的整體合力。為退休科研人員和科學教育教師參與科學教育提供通道。研究推進國家科技計劃、科學基金項目成果與科學教育的對接機制，選擇适當項目實現科學教育轉化，推動前沿科技成果向科學教育轉化。

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構建科學教育研究與實踐相結合的新生态

設立科學教育研究重大項目，搭建全面、系統、長期跟蹤的科學教育研究體系，刻畫我國學生科學學習的認知和思維特征，研究我國青少年人才成長規律。加強科學教育研究體系、實踐體系相結合的生态建設，加強 STEM 教育及跨學科教育研究。适應大數據時代的學習方式變革，探索技術融合的學習環境構建，廣泛探索跨學科學習、深度學習、網絡學習等學習方式，強化科學教育技術支撐。

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加強科技創新後備人才培養的縱向研究

6. 學界現有研究雖提出人才成長的重要階段和關鍵因素，但實證研究匮乏；研究對象多為成年後群體，由果溯因展開研究，多進行橫斷面研究和回溯研究。但是，科技創新人才成長具有很大的複雜性，縱向研究極為重要，并且需要長周期教育幹預的課程體系設計、形成性的跟蹤與評測。因此，設立人才成長規律研究重大項目，綜合評估科技創新拔尖人才培養計劃實施效果尤為重要。因此，需布局科學教育數據平台、有效獲取多部門在不同時段人才成長表現的數據資源，協同開展成長跟蹤研究。進一步通過建立循證決策機制和創新人才培養模式改進的動态監測系統，不斷優化科技創新後備人才的培養體系和科學教育資源配置，高效儲備我國科技創新後備人才，夯實科技強國建設的人才培養源頭與根基。

背景

科技創新後備人才培養理論和實踐經驗

創造力培養實踐：從要素解構到貫通湧現

國内關于創造力的早期經典研究是林崇德的創造性心理結構，即創造性人才=創造性思維 創造性人格。之後，由認知和心理測量思維轉向能力和過程的系統性關注，強調創新素質系統。例如，張春莉等提出創新素質系統是知識、思維、監控、協作、踐行、動機和人格等 7 個要素交互作用的結果。此後，綜合提出 21 世紀核心素養“5C”模型，張亞坤等認為創新素養包括創新人格、創新思維和創新實踐 3 個要素，創新人格和創新思維是創新實踐的基礎，創新實踐是創新人格和創新思維在特定任務情境下的綜合表達。

綜合來說，對創造力的動态認識基于認知基礎關注非認知因素及其環境系統構建。創造力水平按照由低到高的層次建構了“4C”（4 creativity）模型，即“微C”（mini-c）、“小 C”（little-c）、“專 C”（professional-c）和“大 C”（big-c）。每個人都有“微C”潛質，即個體會對學習經曆和活動等進行有意義、與衆不同或個性化解釋；“小 C”是在日常生活中表現的解決問題能力及創造力；“專 C”是指具有某種專業或職業素養的人所展現出的創造力；而“大C”則是指卓越的創造力，如愛因斯坦等科學家等展現出的創造力。每個人都有可能經曆這 4 個階段，但發展模式不同。應當保護學生的“微 C”表現，以跨學科、通識性、多樣性的科學教育方式促進科學文化的生成，為人才湧現提供廣闊基礎；同時，在教育過程中注意引導“小 C”，以貫通式、體驗性的學習方式為科技特長學生提供加速發展渠道，使其逐步發展科技領域的創造性思維和能力；發現“專 C”是高中階段和大學階段的預期教育目标；而對于“大 C”則隻有少數傑出科學家才能實現。

創新後備人才培養理念：從單維發展到多元交互

通用領域的創新後備人才已有豐富的培養模式。以慕尼黑模型的發展來看，培養模式逐漸轉向貫通和連續、注重個體學習-社會文化-家庭環境的交互影響等。動态的天才兒童發展模型關注人的内部表現傾向、良好的個性和環境因素的共同作用，最終随着時間流逝中的主動學習過程取得非凡成就（圖 1）。

圖 1 動态的天才兒童發展模型

Heller 等基于慕尼黑天才模型的研究側重在非認知因素和環境因素的調節作用，天賦因素的預測價值，以及應用領域的适宜标準。非認知因素側重于解壓能力、成就動機、學習和工作策略、測試焦慮和控制期望；環境因素涉及學習環境、家庭環境、教學質量、教室環境、批判性生活事件；天賦因素則包括智力、創造力、社交能力、實踐智力、藝術感、樂感、心智技能；而應用領域表現為數學、自然科學、技術、計算機技術、棋類、藝術（音樂、繪畫等）、語言學、體育學和社會關系（圖 2）。

圖 2 慕尼黑天才模型示意圖

總體來說，通用領域的創新人才培養存在 3 類傾向：

1. 智力傾向型培養模式，如智力模型結構、無限才能模式、多元智力模式等；

2. 綜合型人才培養模式，包括人才搜尋模式、全校充實模式等；

3. 活動傾向型培養模式，如自主學習模式、創造性問題解決模式、普渡三階段充實模式、卡普蘭框架模式、梅克矩陣模式等。

但是，目前國際學界多聚焦于一般領域的創新人才研究，并沒有凸顯科技特色，未來發展仍需基于成長規律研究，同時關注不同國家或地區自身文化影響的創新價值取向。

鄭永和 北京師範大學科學教育研究院院長、教授。主要研究方向為科技與教育戰略、科學教育、教育信息科學與技術等。第八屆中國青少年科技輔導員協會副理事長，教育部第一屆基礎教育教學指導委員會委員，教育部第七屆科技委信息學部委員，教育部義務教育課程修訂綜合組、科學課标修訂組、信息科技課标組專家，高校計算機專業優秀教師獎勵計劃理事會秘書長，科學學與科研管理學會科技管理與科技評價專委會副主任委員。國家自然科學基金委員會政策局原局長。

王晶瑩 北京師範大學科學教育研究院教授。主要研究方向為科學教育。2015 年至今以第一作者或通訊作者發表社科核心期刊論文 40 餘篇，其中 SSCI 論文 20 餘篇；著有《STEM 學習環境論》《科學探究論》《創新人才培養理念探索與思維突破》等。2011 年獲得全國百篇優秀博士學位論文提名獎，2016 年專著獲得第五屆全國教育科學研究優秀成果獎二等獎。主持有國家自然科學基金、教育部人文社會科學規劃等 10 餘項教育類研究課題。

文章源自：鄭永和,王晶瑩,李西營,楊宣洋,謝湧. 我國科技創新後備人才培養的理性審視. 中國科學院院刊, 2021, 36(7): 757-764.

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