摘 要：本文汲取国内外STEM学科相关教育研究与实践经验，从教与学的视角，探讨我国拔尖创新人才培养的目标及举措。具体包括两个实践方向：一是教师可通过开发课程与学习资源以及采用项目式、探究互动式等教学方式来帮助学生建构完整知识结构体系，促进深度学习；二是教师可通过开发探究式实验课程，开展学科竞赛、探究实验教学及科学研究实践活动来促进学生科学思维的发展。实现培养拔尖创新人才的教育目标需要具有学科专业背景的教师深入开展教学研究，同时以研究的心态去做教学，做到科教融通。本文的研究结果对拔尖创新人才的具体培养举措与未来教育管理思路具有启示作用。

关键词：教育研究；拔尖创新人才；深度学习；科学思维

科技创新是提高我国社会生产力和综合国力的重要战略支撑，培养拔尖创新人才已成为教育肩负的重要时代使命。人才培养具有基础性、系统性和长期性的特点，因此需要构建基础教育与高等教育纵向衔接的拔尖创新人才培养体系。基础教育阶段强调思维训练、创新能力、实践能力及其他综合素质的培养；高等教育作为基础教育的出口，则在此基础上提出了更高的要求。从高等教育拔尖创新人才培养目标切入，明确拔尖创新人才应具备的综合素质与专业素养，反向设计基础教育阶段的课程与教学策略，实现教育全阶段的有效衔接，能更有效地帮助我们看到培养任务的重点与方向。

教育部等六部门在《关于实施基础学科拔尖学生培养计划2.0的意见》中明确将“强化使命驱动”作为拔尖人才培养的改革任务与重点举措，要求引导学生服务国家重大需求，应对人类未来重大挑战，破解人类发展难题，探索重大科学问题等。其中尤其强调学生能够自主深度学习、建构知识体系、形成多维能力，并具有科学道德、批判精神、创新精神和有效沟通等综合素养。STEM学科作为科技创新的重要载体，其拔尖创新人才的培养对我国具有重要战略意义。以物理学科为例，在《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》中，一般物理类人才的培养目标主要包括掌握基本理论知识与基本技能，具有科学思维方法、创新意识与一定的创造思维能力等。相较之下，物理拔尖创新人才的培养目标则增加了对深度学习的要求，同时也对科学思维与创新能力等高阶能力的培养提出了更高的要求。

那么如何促进学生深度学习，并培养科学思维和创新能力等素养？具体采用哪些促教促学的措施才能达成拔尖创新人才培养的目标？我国尚且处于探索过程中，而国际上已有的相关教育研究与实践，将为我们提供很好的借鉴。因此，本文意图汲取国际经验，从教与学的视角，探讨STEM学科拔尖创新人才培养的目标与举措。

一、国际教育目标对我国拔尖创新人才培养目标的启示

美国为应对21世纪世界形势的快速发展，提出了新时代教育改革目标，强调提高学生的认知能力、合作交流能力以及内在素质。认知能力包括深度学习能力、批判性思维、系统思维、论证能力与创新能力等。合作交流能力是指与他人交往所必需的技能，包括创造性工作、与团队成员协作以及清晰的沟通能力。内在素质强调学生个体价值观、道德素养、心理素质、适应能力和自我管理能力。其中认知能力部分刚好与我国拔尖创新人才培养目标中对于深度学习及创新能力的要求相吻合，而合作交流能力及内在素质部分则与我国对于综合素养的要求一致。可以看出，为顺应新时代变化，中美两国对拔尖创新人才的培养目标高度一致，均从掌握知识转变成培养学生的高阶能力及综合素质，聚焦认知能力、合作交流能力及内在素质三方面。

考虑到认知能力在学科知识的掌握与应用方面起到更为重要的作用，也是拔尖创新人才最突出的特征，本文主要聚焦于认知能力方面的讨论。无论是美国新时代教育改革目标，还是我国拔尖创新人才培养目标，在认知能力方面均不约而同地以深度学习能力和批判性思维能力为重点。

深度学习关注概念内涵，注重学科知识的新旧结合和多学科融合，以及在实际情境中解决问题。深度学习能力需要学生对学科知识进行整合与建构以达到深入理解，是后续获得科学思维、动手能力和创新能力等拔尖创新人才所需高阶能力及素养的基础，同时也是解决学科交叉问题时知识得以高效迁移的保证。深度学习会调动高阶思维，深度学习能力越好的学生，其批判性思维和创新能力通常也发展得较好，而科学教育里最核心的问题恰恰是学生缺乏对学科知识的深入理解即深度学习能力。

批判性思维是认知方面公认最重要的素养之一，自20世纪80年代以来一直都被列为重要的教育目标，布鲁纳（J.Bruner）倡导的“新整合理论”便特别强调对“批判性思维能力”的培养。大量研究显示，批判性思维与问题解决能力、创新能力等其他认知技能高度相关。批判性思维的目的是基于证据进行决策，其过程主要包括问题分析、假设推理、评估证据及做出决策。而科学思维则可以看作批判性思维在STEM学科中的具体表达，它不仅支撑学生掌握基础科学知识，还促进学生发展高阶能力。因此，可以通过对学生科学思维能力的培养去促进学生创新能力的形成。科学思维能力主要指在科学研究过程中所进行的探究、实验、证据评估和推理论证等环节所涉及的思维能力，具体包括系统地探索并发现问题、提出假设、收集相关数据、控制和分离变量、对假设进行有逻辑性的检验和评估，并得出可靠的结论等。

因此，我们可以将我国拔尖创新人才培养的重点目标细化为深度学习能力和科学思维能力，二者相互促进、相互发展。本文重点从这两方面出发，将国内外STEM学科教育研究相关经验与新时代必备能力相结合，对已有研究成果进行探讨，希望能从教与学的视角为我国拔尖创新人才的具体培养举措提供参考，包括如何培养以学科为基础的深度学习能力及科学思维能力。

二、推动以学科为基础的深度学习

深度学习是获得高阶能力的基础，也是拔尖创新人才的必备能力。虽然国内外研究对深度学习内涵的界定存在争议，但总体而言深度学习被公认是有意义的、整体性和创造性的学习，它注重批判与反思，强调信息整合与知识的迁移运用，最终指向问题解决。

（一）深度学习的内涵

建构主义理论认为，深度学习是新旧经验间双向反复作用的过程，一方面对新信息的意义进行建构，同时对原有经验进行改造和重组。深度学习所获得的知识结构是围绕关键核心概念而建构起来的网络结构，学习者通过深度学习形成结构化和非结构化的认知结构体系，并能灵活应用到真实、复杂的情境中解决实际问题。这种建构以信息整合为基础，包括学习过程与学习者所处情境的整合、学习者当前与过去知识及经验的整合、一门学科多种视角的整合，甚至多学科信息的整合等。STEM学科注重学生对科学概念与技术知识的深度理解，并能将其迁移应用到不同情境。利用这种信息整合与知识建构，最终解决复杂情境问题的能力正是STEM学科拔尖创新人才培养的核心目标。

布卢姆（B.Bloom）提出的教育目标分类和比格斯（J.B.Biggs）提出的学习结果SOLO分类理论更清晰地反映出深度学习的内涵及特征。

布卢姆的教育目标分类法将认知能力分为六个层次，即识记、理解、应用、分析、评价和创造，体现了学习者的认知水平从局部碎片和情境依赖的知识结构（低水平认知能力）转变为具有良好整合性且情境依赖度低的专家型知识结构（高级认知能力）。在知识间建立联系并将知识迁移应用到其他情境的能力构成了深入理解概念的基础，并且有助于学生形成一个更加完整的认知结构。当学生能够将一个概念迁移应用到不同情境，即达到了布卢姆教育目标分类中高层次的认知能力，亦即深度学习的实现。

比格斯提出的SOLO分类评价框架（Structure of the Observed Learning Outcome），以是否具有整合知识的能力作为深度学习的评价标准，将学生的学习成果（面对具体问题）分成5个层次，包括前结构、单一结构、多元结构、关联结构和扩展抽象结构，较低层次的结构是下一个较高层次结构的基础。前结构层次指学生对某一问题没有任何理解；单一结构层次指学生能孤立地理解概念、解决问题；多元结构层次的学生已经能够找到较多的与问题具有相关特征的知识，但还缺少将它们有机整合的能力；关联结构层次的学生具有整合内容的能力，能建构较为完整的知识网络、解决较为复杂的问题。而扩展抽象结构则代表学生具有更高层次的学习能力，能够利用新知识进行推断、演绎和归纳，将新旧知识体系融合在一起，形成有机连贯的整体。这一层次的学生表现出更强的探究和创新意识，这也正是拔尖创新人才需要的能力。

考虑到深度学习的上述特征，有针对性的教学策略（包括课堂建构、教学设计、学习资源开发等）将对深度学习的实现大有裨益。

（二）促进以学科为基础的深度学习的教学策略

结合上文介绍的深度学习内涵，以下将从两个方面提出促进深度学习的教学策略，包括课程设计与开发以及教学方式设计。

1.课程设计与开发

研究者们提出了多种模型来描述学生学习概念和应用概念的情况。例如，刚开始学习物理的学生通常以自己的知识经验为基础，对物理概念有自己特定的理解，而这种根深蒂固的理解通常与专家的观点有很大区别。学生的这些理解通常被称为“迷思概念”（Misconceptions），它们具有很强的情境依赖性，知识结构呈碎片化，是学生自身知识背景的体现。概念理解能力差的学生通常只能在局部范围把各种知识联系起来，其知识结构是孤立存在的，无法在不同的情境下进行类比应用。此外，大量研究证明了学生通常都是用这种碎片化的知识结构来解决STEM学科的问题，而知识结构是区分专家与新手的关键。专家的知识结构是围绕学科的核心知识建立的，可以有效解决各种问题，并且容易在不同学科领域建立起联系，解决不熟悉领域的新问题；而缺乏良好知识结构的新手通常只能依靠死记硬背来解决一些简单问题，这意味着他们无法达到深度学习的效果。可以说“迷思概念”和“知识结构碎片化”导致学生很难实现对科学知识的深度理解以及迁移应用。习得的知识更多是记忆性的公式和模糊的概念标签，学生通常只记住特定情境下如何解决特定的问题。为了使得学生能够像专家一样深入地理解STEM学科概念并解决复杂问题，最终成为拔尖创新人才，教育工作者需要帮助学生围绕学科的核心原则整合分散的知识，形成系统概念框架，最终实现深度学习。

研究表明，以灌输知识点为主的传统课程很难帮助学生深入理解概念，在课程讲授完成后学生对所学概念依然存在许多误解，表明学生知识结构的整合较弱。许多传统的教育体系一味强调解题能力，期望重复性的解题实践能帮助学生深刻理解学科知识，但这已被大量研究证明具有局限性。在解题方面进行重复训练只能促进学生记住特定情境的特定解决方案，并不具有泛化性，学生不能通过这样的方式成长为某一方面的专家。

因此，在针对STEM学科拔尖创新人才进行课程设计时，我们应梳理学科核心知识，建立一个连贯互通的概念框架，并通过评估准确判断出学生的前概念即原有经验（如迷思概念等），激活学生的先期知识以便更有效地同新知识联结。通过这种课程设计，帮助学生深度理解概念、运用概念、链接学科内以及跨学科相关概念。戴瑞等人在对高中光学知识的课程内容设计上就采用了这种方式。他们建构了凸显核心概念的“光的干涉”概念框架，并基于此框架设计了评估试题，测评学生学习“光的干涉”的迷思概念。随后让学生基于概念框架尝试分析改变基本情境要素时“双缝干涉”图样的变化，加强学生对“光的干涉”核心概念以及本质的深度理解，提高学生联结情境要素和核心概念的能力，培养学生解决复杂情境问题的能力。类似的还有基于力学、机械波振动、牛顿第三定律等核心概念框架的建构而开展的课堂教学，旨在培养学生形成“专家型”分析与解决问题的思路。罗柳娟在课程设计中围绕初中生物学核心知识，与化学和数学学科的知识进行整合，并将其迁移到实际生活中，帮助学生深度理解生物学科知识，并促成与数学和化学学科相关知识的贯通，促进学生创新能力的发展。这样的课程设计与开发过程中，需要明确核心概念、搭建概念框架，精确找到学生的知识漏洞，强化基本情境要素、过程要素与核心概念的联结能力，鼓励学生进行探索和讨论，最终帮助学生建构起围绕核心概念的完整知识结构体系，并能在不同情境下迁移知识，实现深度学习。此外，最近利用人工智能技术建设学科或课程知识图谱或许也能够进一步推进STEM学科网络结构化知识体系的完备。

2.教学方式设计

近年来随着现代脑科学的蓬勃发展，“神经新生”的科学发现有效支撑了自主学习的教育理念。具有可塑性的神经突触受到环境优化的刺激（如学习）可以生长，并将神经元联结到一起形成新的、有效的神经网络，而这个过程只能依赖学习者的大脑完成。因此，知识的构建取决于学生本人，教师则应由知识传授者转变为学习引导者，帮助学生由被动获取知识转变为主动学习。

认知领域相关的策略包括抛锚式教学、基于问题和项目的探究学习等。索耶（Sawyer）倡导“有指导的即兴创作”的教学，以“即兴”与“框架”（结构、计划）实现“深度学习”的教学范式，即教师赋予学生探讨课题及产生各自理解的自由。基于项目和问题的学习便是有效的例子，学生在相关的案例教学中都能习得创造性知识，实现深度学习。使用这类教学方式时，教师将知识与真实世界进行关联并将其整合到教学中，通过专题研究或者课外作业进行个性化教学。例如，麦克德莫特（Mc Dermott）等人针对物理课程教学提出的项目探究式学习法受到广泛的认可；罗耶斯（Loyens）等人对1000名学生的实证研究证实，问题驱动式教学模式能够促进学生的深度学习。华南理工大学生物学院在拔尖创新人才培养实践中通过开设研究性课程、开展跨学科项目式学习，引导学生深度理解知识、形成多学科、多领域的知识体系并能够将其运用到复杂领域问题的解决中。此类教学方式的关键在于要设计出具有整合作用的、能够激活学生深层学习动机的实际问题，引导学生在真实情境中主动体验科学知识的发现过程，进而根据自己的理解归纳总结相应的科学知识。

人际领域相关的策略则包括组建合作研究小组、开展互动式探究等教学模式。这类教学策略强调学习实践共同体的营造，学生在表达思考的过程中同他者对话，并与他者形成协作关系。这种协作可以养成学生自觉的学习态度，使学生在人际互动中提升判断和分析能力，同时通过帮助学生与实践共同体其他成员（同伴、老师）的协商、会话、反思等促进其知识的主动建构，以提升其深度学习能力。有实证研究证明，生师互动水平高的学生更倾向于进行深度学习，且教师在促进生师互动中起主导作用。海克（Hake）在物理教学中针对6000名学生展开的著名实证研究也证明了探究式和互动式教学比传统的授课方式更加有效。同伴教学法也是有效的教学策略，它强调在概念测试题引导下进行生生与生师互动，学生参与教学过程，以检验学习者及其同伴对于学习内容的掌握与分析。此外，随着数字化教育技术的发展，线上线下混合式教学模式也大幅增加了生生互动、生师互动，有效促进深度学习。郝会颖等人在物理拔尖创新人才培养的探索中，将同伴教学法与数字化技术结合，激发了学生的探究兴趣，帮助学生深度理解学科概念。但与问题式和项目式教学类似，生生互动、生师互动的重点也在于教师事先设计有效的问题，从而开展有意义的讨论，而非漫无目的地进行。

总之，深度学习对拔尖创新人才的培养至关重要，目前对深度学习能力培养的教学策略研究仍应着重放在课程设计与开发和教学方式设计方面。教师通过梳理学科核心知识、建构概念框架、采用诊断性测试的方法评估学生的知识经验，帮助学生整合知识碎片，将新知识纳入现有的知识结构中，最终形成一个具有较高整合度与连贯性的知识体系。在此基础上，教师利用问题式、项目式、探究互动式等教学方式，将更加有效地推动学生深度学习能力的培养。而要实现这些教学策略，则需要具有学科专业背景的团队开展教育研究，从而帮助学生在内容上达到深度理解的层次。未来，应对教师展开学科专业与教育领域的交叉培训，以帮助教师对不同学科、不同学习阶段学生应达到的知识结构状态给出明确定义，灵活运用不同学科相关知识的联系，设计出针对不同学科的具体教学方法，创建引导学生深度学习的问题式与项目式教学案例，以帮助学生有效整合所学知识，实现深度学习。

三、提高科学思维能力的探索

如前文所述，科学思维与深度学习均是拔尖创新人才必备的能力，科学思维的形成建立在对学科知识深度理解的基础上，同时科学思维的发展也会促进深度学习的实现，二者相互促进、相互发展。通过对科学思维的培养，学生的创新能力、开放性问题的解决能力以及决策能力均能得到相应的提升。可以说，科学思维是拔尖创新人才的高阶培养目标，是进行科学研究的重要能力。学生的科学思维有益于提高学生的课业成绩，增强解决更高层次问题的能力以及知识迁移能力。然而，大部分学生普遍缺乏科学思维能力，尤其是在STEM学科中。罗森（Lawson）发现，在生物学导论课程学习中，约50%的学生不能正确运用科学思维能力，包括提出假设、控制变量及设计实验等，而这些都是进行有意义的科学探究所必需的能力。因此，这部分我们将以一些代表性的研究实践为参考，重点探讨科学思维培养的具体策略。

（一）开发探究式实验课程

已有研究证明，传统课程不能显著提高科学思维能力（仅能提高1%—2%），而突出互动和小组探究的科学思维课程使学生的科学思维能力提高了约7%。实验课程在STEM学科学习中一直扮演着重要的角色，并且更适合学生们开展互动和小组探究。因此，开发探究式实验课程成为教育研究者关注的重点。然而，时至今日依然有很多实验室主要被用来验证教师在理论课中讲解的概念、原理，而高阶能力的培养往往被忽视。鉴于这种现状，我们亟须将验证性实验课程转变为探究式实验课程，设计与真实情境相关联的问题，以建构知识体系为中心，同时加入科学思维的具体训练内容，例如提出假设、控制变量、开展简单的多变量分析等。同时，考虑到对拔尖创新人才的要求包括服务国家重大需求，探索重大科学问题等内容，探究式实验课程的设计也应与科学前沿研究关联。教师融合科学研究的方式来教学，以帮助学生运用科学探究方法挖掘现象、提出主张、解决问题，培养学生建模、实验设计与实施、数据分析与解释、结论得出与评估、有效沟通等能力。

以探究为学习模式的实验课程有深厚历史基础和良好的环境条件。早期极具影响力的工作包括20世纪90年代由麦克德莫特研发的物理探究课程（Physics by Inquiry），该课程的核心模式是通过引导学生参与讨论及探究活动以触发认知冲突，进而消除学科知识理解中的迷思概念，同时所有模块经过精心设计以发展学生的科学思维能力，并提供与真实世界相关的模型训练。近年来，肯尼格（Koenig）等人开发了一门物理实验课程，强调对学生科学思维、合作交流能力与内在素质的培养。科学思维能力被分解成一系列子能力，包括控制变量、分析数据和因果关系推理的能力，教育者针对这些目标子能力设计相应的课程培养体系。每套课程均设计了一系列实验前（假设的）和实验中（真实的）活动，让学生在创建的科学问题场景中反复练习，然后再进入真实探究式实验室开展实践。奥弗斯坦（Hofstein）等人在研究中设计了100个高中化学探究实验主题课程，结果表明该课程让学生的科学思维得以发展，并将其变成个人的习惯思维，在遇到其他问题情境时，学生更易调用科学思维去分析问题、解决问题。同时，该研究也表明探究式实验课程能促进学生形成学习的内在动机。国内高校也致力于将实验课程从验证型实验逐步转为综合型和研究型实验课程，虽缺少对科学思维能力的定量评估，但从学生的反馈看，这的确在培养学生的探究能力、创新能力以及综合素质方面取得了较好的效果。比如，将优势学科的部分科研成果转化为实验教学，开设不同层次的实验内容供学生选择，教师要求学生完成类似科研任务的各环节：开展调研、确定研究目标、设计实验方案、进行实验、分析数据、总结实验成果及答辩报告。这类实验课程能调动起学生学习的主动性，帮助学生感受科学研究的全过程，使其综合实验能力和创新能力均得到充分的锻炼。中南大学在面向拔尖人才培养的物理实验课程教学改革中，开发设计了若干科研前沿实验项目纳入实验课程中，这种科学探究式实验课程激发了学生的探索欲望与学习主动性，部分本科生提前参与科研工作，发表了高质量的学术论文，并在相关学科竞赛中取得佳绩。

因此，为了培养拔尖创新人才所必需的科学思维，开发探究式实验课程是十分可行的教学策略。这类探究式实验课程应该在性质上从验证转为探究；在内容上基于真实情境和贴近科学前沿的研究主题设计出包含科学思维培养模块的实验活动。

（二）融合学科竞赛与探究实验教学

很多学校将课外实践如学科竞赛也纳入培养学生科学思维能力的重要环节。学科竞赛从本质上符合成果导向教育（Outcomes-based Education）理念，竞赛赛题对于学生的学习产出给出了具体的预期，从而倒推出学生在学习过程中应当掌握的知识与能力。

例如，物理学术竞赛作为物理学科理论与实验教学的创新形式，近年来已在大、中学校广泛开展。其赛题为贴近生活的开放物理问题并涉及诸多STEM学科，没有固定答案，注重探究性，要求学生利用物理知识构建理论模型，并通过实验验证假设，再以理论知识解释实验现象，最后各竞赛团队进行辩论性交流。整个过程能对物理学科知识的深度学习、科学思维、团队协作及有效沟通能力的养成起极大的促进作用。已有研究证明，面对面直接问答的方式可以促使学生尽力阐明自己做出决策、提出主张背后的推理过程，提高了学生的科学思维能力和概念理解能力。并且其成果导向的教育理念，促使学校与教师逐步发展起物理学术竞赛与探究实验教学相融合的培养方案。这种学科竞赛有助于实现以赛促学、以赛促教。如2013年发起的面向中学生的中国高中生物理创新竞赛（China Young Physicists’ Tournament，简称CYPT），现已有江苏、山东、上海等省市的多所知名高中参与，包括人大附中、南京外国语学校、北师大实验中学等，是被普遍认可的科学思维课外培养活动。相关研究介绍了北京师范大学开展物理学术竞赛（包括CYPT）的经验及其对拔尖创新人才培养的作用。该校通过开设研究型专题式物理实验课程、核心专业课的配套研讨课，与物理学术竞赛一起构建科研训练的新平台，为提高学生团队合作、书面学术表达能力和自主探究实际物理问题的能力等起到重要作用，同时也搭建起中学至大学阶段拔尖创新人才培养的桥梁，形成协同培养模式。

（三）开展科学研究实践活动

拔尖创新人才要凭借深度学习能力、科学思维等高阶能力破解人类发展难题，探索重大科学问题，最终服务国家重大需求。因此，提前让学生接触真实的科学研究项目、参与科技社团活动、学术研讨等，将有助于激发学生的科学研究兴趣，培养学生的科学思维，提高其创新能力。考虑到大学生有较充足的科学研究资源，这部分将重点讨论如何针对中小学生开展科学研究实践活动。

教育部和中国科学技术协会开展的中学生科技创新后备人才培养计划（简称“英才计划”）旨在发现与培养早期拔尖创新人才的探索和实践。该计划已被广泛证明是培养中学生科学思维、创新能力等高阶能力的有效途径，能为高校拔尖计划输送人才。吉林大学的“英才计划”分别在物理、化学、生物、数学和计算机五个专业方向组建了13个教学团队，采取多样化策略引导优秀高中学生参与学术科研工作，包括完全开放课题组科研资源，让学生亲身参与世界科学研究前沿的科研实践；为学生量身设计科研课题，并安排学生在实验室全程参与项目研究；安排中学生加入竞赛研究团队从事科研实习；依托现有科研项目，开设开放性创新实验项目供学生完成。这些措施旨在激发高中生对科学的兴趣，帮助他们树立科学思想、发展科学思维、掌握科学探究的方法，提高他们最终解决实际问题的能力。

北京地区在面向基础教育学段开展拔尖创新人才培养的探索中，将重点放在有效整合各类科技资源上。面向普通高中生实施的“翱翔计划”，在北京大学、清华大学等多所高校建立实践基地，开放数学与信息科学、物理与地球科学、化学与生命科学等领域的实验室为学生提供科研实践机会。面向义务教育阶段学生实施的“雏鹰计划”，则将科技成果转化成创新教育课程，同时充分利用科技馆、博物馆、国家重点实验室等资源，让中小学生尽早接触科学研究相关的学习内容，培养他们的科学思维和创新意识。

这类科学研究实践活动不仅让中小学生直接接触科学研究工作，同时也搭建起中小学教师与大学教师、科研工作者之间互动研讨的平台，提高中小学教师的科研素养以及设计科学探究课程的能力。总之，科学研究实践活动是培养学生科学思维的有效策略，而其有效开展则依赖于系统的人才培养观念。开发并开放大学与科研院所的科技教育资源，促进中学与大学培养环节的有效衔接、学校与社会的系统协作将是实现此培养目标的有效策略。

综上，根据已有的研究实践，开发探究式实验课程、将学科竞赛与探究实验教学相融合、有效整合资源开展科学研究实践活动是培养拔尖创新学生科学思维的有效策略。有效实施这些教学策略则依赖于具有科学研究背景的教育团队。科学探究是科学研究的基本模式，而科学思维能力需要从科学探究中培养，因此教师和课程开发者应该首先具备科学研究经验以及相应的素养。此外，对科学思维进行评估，以验证探究式实验课程等策略对高阶能力培养的有效性也是重要环节。评估科学思维能力的常用方法是罗森开发的传统课堂测试。在此基础上，包雷等人开发了科学思维评估工具（Inquiry in Scientific Thinking，Analytics，and Reasoning，简称iSTAR），这是一种创新的评估手段且易大规模应用，包括发现问题、提出和检验假设、控制和分离变量以及总结和评估结果的能力等模块。因此，未来研究的重点应该放在如何提高教师科学研究素养，以及如何对科学思维等学习成果进行评估上。

四、总结与展望

STEM学科是科技创新的重要载体，其领域内拔尖创新人才的培养，对我国实施科教兴国、人才强国及创新驱动发展战略至关重要。深度学习能力和科学思维是此类人才不可或缺的核心素养。本文汲取国际上已有的相关教育研究与实践经验，从教与学视角，探讨培养深度学习能力与科学思维的具体举措。教师可通过开发针对性的课程及学习资源帮助学生建构起围绕核心概念的完整知识结构体系，同时采用项目式、探究互动式等教学方式帮助学生主动建构知识意义，促进深度学习能力的获得。另外，教师可通过开发探究式实验课程、融合学科竞赛与探究实验教学、开展科学研究活动促进学生科学思维发展。

学生深度学习能力及科学思维能力的培养对教师提出了挑战。教师需要深入理解学科知识、梳理知识体系，引入近现代知识和多学科交叉融合知识，并且能够开展大量实证研究探索影响课程设计和教学方法改进的关键因素，如探讨对概念的深度学习是如何促进高阶能力的养成、哪些知识可促进跨学科能力的养成等。教育管理者也面临着挑战。在政策方面需要基于系统观，有效整合多方资源，全面支撑拔尖创新人才的培养；同时应增加教育硬件资源的投入，如智慧教室的建设与使用、设备的购置与维护。此外，亦应注重人才软资源的建设，在资金和政策层面帮助教师开展教育研究，如将学科教学研究纳入学科科研评价范畴、引进新的教育方法和人才、开展有效的教师教学能力培训等，从而激发教师开展教学研究的热情，将科研优势转化为教学优势。

总之，为了推进新时代STEM学科拔尖创新人才的培养，我们应充分借鉴国际教育先进经验，为教师构建潜心育人的生态环境与氛围，鼓励专业学科教师从事教学研究，以研究的心态去做教学，追求教学方法的迭代与优化；同时开展有效评估的相关研究，以学生学习效果的数据为证据，最终形成教—学—研闭环的改革发展通道。

（本文参考文献略）

The Goals and Measures of Cultivating Top-notch Innovative Talents in STEM Disciplines from the Perspective of Teaching and Learning

CheXiaoqi BaoLei FengJiahui

Abstract: This paper draws on domestic and international research and practical experience in STEM education to explore the goals and strategies for cultivating top-notch innovative talents in China from the perspectives of teaching and learning. Educators are encouraged to facilitate students to develop integrated knowledge structures in order to acquire deep conceptual understanding by designing curriculum and learning materials, along with employing project and inquiry-based teaching strategies. Teachers are also encouraged to help develop students’ scientific reasoning through the development of inquiry-based experimental courses and the organization of academic contests and scientific research programme. In order to achieve these education goals, teachers should perform discipline-based education research similar to academic research so as to implement their findings to their instruction. The findings of this study provide valuable insights into specific strategies for cultivating top-notch innovative talents and inform future educational management practices.

Key words: education research; top-notch innovative talents; deep learning; scientific reasoning

初审：曹洪家

复审：孙振东

终审：蒋立松