摘 要
新高考改革后，理科科目特別是物理學科的選考人數相比以往大幅下滑，產生了“理科萎縮”現象。文章討論了STEM學科對學生個體和國家的重要作用，分析了STEM學科的重要性與學生避免選擇STEM學科之間存在的矛盾。從行為經濟學的“雙系統”理論出發，揭示了中學生學科選擇行為背后的決策過程，認為中學生尚不成熟的大腦決策系統容易受“系統1”的影響，從而過分考慮當前理科科目的學習難度而忽略其長遠價值。文章隨后從價值觀念、信息獲取、同伴效應三個角度提出了理科選考有效干預的可能途徑。這對理解中學生選科決策機制，完善選科支持體系有借鑒參考價值。
2014年9月發布的《國務院關于深化考試招生制度改革的實施意見》，將“形成分類考試、綜合評價、多元錄取的考試招生模式”作為新一輪高考改革的主要目標。新一輪高考改革的核心是增加選擇性，其表現方式之一是取消文理分科，由“3+文綜/理綜”改為“3+3”模式：語文、數學、外語3科必考科目（不區分文科卷和理科卷）外加“6選3”選考科目（浙江方案是“7選3”，除物理、化學、生物、政治、地理、歷史外，增加了通用技術科目）。
在選考制度設計中，學生被賦予了充分的自由選擇權，可以自主決定科目組合。與學生自主選科相對應，試點地區的高中開始全面推進“走班制”教學和特色化辦學，省級教育考試院采用了“等級賦分”制來實現不同選考科目的等值并設計了新的投檔方式，眾多大學提出了選考要求并開始推進大類招生和大類培養。這些措施為學生自主選科作好了保障和配套服務。
在第四次工業革命的背景下，面對激烈的國際競爭，各大國均加大對STEM（Science, Technology, Engineering andMathematics，STEM）教育以及學生STEM素養的重視。雖然我國高考改革方案中的學生選擇權受到了充分強調，但自主選科全面取代文理分科將對未來高中學生的STEM素養帶來怎樣的影響，這一問題尚未有清晰的答案，值得認真討論。
取消文理分科后，數學考試不再區分文理科試卷，高考數學無法體現出文理科的差異，客觀上帶來中學數學教學的弱化從而可能導致學生STEM素養的下滑。自主確定選考科目是會對學生STEM素養起到矯正作用還是進一步加劇理工科的弱化，則有待深入觀察和證據搜集。
自主選科的內在假定是：學生依據自身興趣特長以及學科的內在價值自主選擇適合自己的學科。但事實上，這一自主選擇過程受到一定約束從而可能存在長遠價值上的非理性。例如，過于畏懼理科科目的學習難度而帶來的選考避難就易；等級賦分制下在選考決策上的“田忌賽馬”策略，選擇競爭對手較弱的部分文科學科等。那么，高中選考理科科目模式究竟存在什么樣的特點？這些特點是否符合國家與個體的長遠利益，應當如何解釋和應對？這些討論對我國基礎教育學科科目的組織，以及高等教育系統應對生源結構變化、重構人才培養體系具有重要意義。
一、理科素養對國家和個體的經濟影響
STEM專業對國家經濟發展與創新能力意義重大
SEE MORE →
近年來，STEM教育及專業建設成為全球學者關心的熱點議題。來自西方發達國家的研究表明： STEM教育是社會創新與經濟增長的重要因素。STEM專業相比其他專業，在人力資本積累上具有更高的正外部性，對于促進國家或地區的經濟發展具有比其他專業畢業生更為顯著的作用。對美國勞動力市場的研究表明，STEM專業的工作者通過提升技術水平提高了生產率，從而促進了整個社會的經濟增長。
美國等西方國家近些年正在經歷STEM困境，其主要表現為STEM人才的短缺，這種人才短缺嚴重制約著其未來的經濟社會發展。美國公司首席執行官組織“商業圓桌會議”(Business Roundtable)主席約翰·恩格勒（John Engler）和美國知名國防器材制造商“雷神公司”（Raytheon company）的首席執行官威廉·斯旺森(William Swanson)都曾提到，美國的失業率雖然已經達到了歷史新高，但是仍舊有很多崗位是空缺的，而這些崗位都有一個共同點，那就是需要STEM專業的教育背景。
目前，美國科學與工程領域學生和從業人才的減少使美國的全球霸主地位受到威脅。有觀點認為：中國近年來在高科技方面可以與美國分庭抗禮也是因為STEM專業領域人才比例相比美國更高，STEM教育基礎扎實。
STEM學習能夠顯著提升個體教育收益
SEE MORE →
對學生個體而言，高中階段接受更多、更高難度的STEM課程對個體的未來教育收益提升影響巨大。它能夠有效提升學生進入優秀大學的概率，拓展未來大學專業選擇范圍、提升大學中的學業成績以及未來獲取更高的就業收入。中學階段的高強度理科學習，成為架起學生進入優秀大學與優秀專業、甚至未來優質工作的橋梁。研究發現，中學理科學生在大學學習文科也能有更高的成績。STEM專業的畢業生，在不從事本職工作時也比非STEM畢業生獲取更高的工資。
學生在STEM專業上的參與度成為評判一個國家STEM能力的標準之一。縱然STEM教育具有提升個體教育收益的重大作用，但來自美國的證據表明：由于STEM學科的難度大、要求高，美國中學生的STEM能力和參與度近年來都在下降。美國國家教育進展評估（NAEP）發布的數據顯示：美國中小學生的數學及科學能力呈現下降的趨勢，中學階段科學學科的低參與率已經成了一個全球關注的問題，尤其是物理學科。
鑒于STEM教育對于國家和個人都具有重要作用，在新一輪高考改革以自主選考取代文理分科的大背景下，中學生在理科科目方面的選考特點將影響學生的STEM參與率、STEM素養，進而影響整個國家的未來發展。
二、高中學生選考科目的“理科萎縮”現象
新高考改革下，學生自主選科產生的重要現象是“理科萎縮”。理科萎縮的重要標志是理科選考科目的學生比例相比文理分科時代有明顯下滑。據統計，浙江在文理分科時代，選擇理科的學生占比約為65%。而在浙江2017屆高考考生中，選擇任意一個理科選考科目的學生比例都比以往文理分科時有明顯下降，其中選擇人數最多的化學學科，選擇比例僅有50%。理科科目遭遇萎縮成為不爭的事實。上海情況與之類似。作為理科選考科目中最具代表性的物理學科，其選考比例遠低于改革方案出臺時的各方預期，成為“理科萎縮”中最為突出也最受關注的事實特征。
（一）選考物理的理論價值與現實窘境
在所有選考科目中，物理學科被認為最能有效傳遞關于學生認知能力的信號，因而備受高校青睞。根據各高校在浙江的選考要求統計，選考物理的學生可以報考多達91%的高校專業，而上海高校針對上海學生的專業選考要求中，選考物理的學生可以報考多達98%的專業，高于位列第二的化學學科10個百分點以上，遙遙領先于歷史、政治等文科選考科目。甚至眾多名校的大學文科類專業（如中國人民大學、復旦大學等學校的部分文科類專業）也紛紛提出了選考物理的要求。基于選考物理的考生擁有更廣的專業選擇面，政策設計者、高校、中學紛紛得出預測認為——考生對物理科目的需求遠超對化學、生物等其他學科的需求，物理科目教師可能供不應求。
然而，現實中選考物理人數明顯不及預期。浙江的選考數據顯示，2017屆高中生選考物理的比例僅占41%，低于化學10個百分點以上，且低于地理學科，僅位居第三位；女生選擇物理的人數僅占26%，僅高于技術學科，位居7門學科中的倒數第二位。中國人民大學最近一項針對上海和浙江不同層次的6所中學學生的問卷調查結果也顯示：選考物理的人數和傳統理科生的比例均有較大下降，而2015級學生選擇物理的比例較2014級又有明顯下降。物理選考人數的偏低帶來了大量物理教師的閑置，在我們對浙江的調研中，發現每所調研學校都存在著物理教師“轉崗”為“通用技術”教師的現象。
（二）“理科萎縮”的前車之鑒與組群特征
學生自主選科所帶來的“理科萎縮”并非此次高考改革所獨有，在2008年江蘇高考改革中已經出現并帶來了很大影響。江蘇省2008年推出了“分數+等級”的高考改革方案，該方案規定考生先從“歷史、物理”中2選1，再在“政治、地理、化學、生物和技術”中5選4，即在7門科目中選擇5門作為必考科目參加考試，按排名取得等級分，之后參加語文、數學和英語的統一高考取得總分。
該高考方案的“等級賦分制”客觀上帶來了物理、化學等理科學科的區分度弱化，而“分組選擇制”又加劇了學生放棄理科學科的趨勢。調查顯示：在當年考試中，因難度問題放棄物理選擇歷史，放棄化學而選擇地理或生物的考試策略非常流行。這一選擇策略直接導致江蘇整體文理比例失調，文科學生大幅增多，理科生源素質下降明顯。
“理科萎縮”現象在不同生源群體中有所差別，最為明顯的是城鄉差別。浙江的考生調查顯示：除了中低成績段、女生選擇物理的概率更低之外，農村學生選擇物理的比例明顯低于城市學生。由于家庭背景、信息獲取能力等因素的差別，城市學生比農村學生更加明確自己要選考的科目，敢于承擔風險選擇較難且收益率較大的理科學科。
中國人民大學調查組2017年在云南大理白族自治州和怒江傈僳族自治州對學生文理分科的調查顯示：貧困縣高中的理科學生比例明顯低于非貧困縣，普通中學理科學生比例低于重點中學，農村學生理科生比例低于城鎮生源。而農村學生退出教育收益率較高的理科科目的競技，很可能會加大未來城鄉學生的收入差距，加劇馬太效應。
“理科萎縮”還可能通過向上傳導而帶來逆向選擇，從而獲得傳遞與進一步蔓延。從理論上推演，由于選考科目中物理學科的難度最大、區分度最高，當成績最下等的學生由于畏難情緒退出物理學科的選擇之后，在其之上的次下等成績的學生便成了物理選考中的末尾學生，只能拿到最低的等級分。這些學生存在著退出物理學科而與成績最下等學生選考同一科目獲得更高的等級分的激勵。這一過程持續傳導，最終也會對成績較高的考生形成退出物理學科的激勵。這一典型的“逆向選擇”過程，將通過傳遞效應，導致高中學生物理素養的整體缺失。
（三）“理科萎縮”對高校人才培養的直接影響
基于以上江蘇改革的歷史，城鄉考生選考情形差異以及逆向選擇問題的分析，我們不難對高考改革方案在中西部省份全面鋪開后的場景作出如下理論推演：選擇物理和傳統理科組合的學生比例將會降低；農村學生、貧困學生選考理科，特別是物理的熱情明顯下降；高分考生選考物理學科的熱情逐步降低；“理科萎縮”現象可能會在全國范圍內蔓延。
“理科萎縮”直接對高校人才培養產生負面影響。目前已有部分知名高校表示出對于“理科萎縮”現象，特別是物理學科選擇偏少的強烈擔憂。新的高考方案中，學生符合一門選考科目即可報考相應專業，高校各專業實際上無法對學生的中學學習科目作出限制。但是，高校對于招收學生的知識結構事實上存在著明確要求，在“理科萎縮”的條件下，學生的理科綜合素養會帶來高校人才培養的難題（如高校不少學科同時需要學生具備物理和化學的優秀素質，但是卻面臨著學生選考科目并非這兩科的窘境）。在中國人民大學課題組2016年對江浙滬若干重點高校的調研中，不少理工類高校或學科甚至表示：需要對大一學生進行系統的補課，才能讓學生滿足培養要求。
三、中學生選考決策的非理性根源探尋
新高考改革下的“理科萎縮”問題突出，中學生的理科素養存在全面降低的風險，并帶來拉大城鄉學生學習差距、加大中學與大學銜接難度等直觀影響。從長遠來看，中學階段的“理科萎縮”將會導致理科人才流失和科技水平下降，減少個體的就業競爭力，同時對創新型國家建設和經濟發展產生消極影響，這在歐美等西方國家中已經得到了印證。那么，對于選考理科這一對國家和個體都有利的選擇，為什么學生卻不愿意作出相應的決策？中學生作出選考決策的過程和機制應當如何從理論上加以解釋？
教育經濟學中傳統人力資本理論將人接受教育視為主動進行人力資本積累的過程，人會理性地比較成本與收益，選擇能夠最大化其終身教育收益的教育選項。顯然，物理學科能夠獲得更寬的專業選擇面和更多的教育收益，理應成為中學生的熱門選擇，然而這與上海、浙江的實際選考情況不符，說明人力資本理論的邏輯無法很好地解釋這一現象。問題的根源在于該理論的理性假設出了問題。
現今腦科學的研究清晰地表明：
人并不是完全理性的。人腦中的某些特定結構以及不同的發育狀況會導致人的非理性偏好。基于大腦功能分區和發育過程的研究表明：大腦中的“前額葉皮層”負責計劃、自控等高級認知功能，相比大腦的其他部分，這部分需要更長的時間才能發育成熟；大腦發育的過程是圍繞著神經聯結的建立與“修剪”展開的，隨著經驗和時間的積累，神經聯結會不斷增加，同時也會“修剪”使用頻率低的聯結，最終形成每個人都獨一無二的腦回路。
歷時性的神經成像研究表明，大腦發育成熟的過程需要人在20多歲時才能完成。青少年沒有成人目光長遠，這與大腦中邊緣系統部分有關，這部分產生即時回報的愉悅感，而未成年人更容易受這部分腦結構的影響，因而缺乏長遠眼光。隨著大腦中負責長遠規劃的部分逐漸成熟，“邊緣系統”部分的影響會受到抑制，但不會消失，這也就是為什么成人比青少年有遠見，但依然會作一些很短視的決定的原因。
基于腦科學的研究成果，行為經濟學家在個體行為決策方面提出了“系統1”和“系統2”（System1 and System2）的“雙系統”理論，用于解釋人的行為機制。該理論認為，人的大腦中有兩個部分，即“系統1”和“系統2”，二者分別負責感知當前和未來的付出與回報。
在決策時，兩個系統通過運轉，分別報告對于該決策的當前和未來收益的思考結果，并由大腦中負責決策的部分進行比較取最優解。因為當前的情況清晰易測，而未來的情況是模糊且有風險的，因此，大腦會對“系統2”匯報的收益進行“貼現”，降低未來收益的價值。這導致人們更容易受系統1的影響，在作出選擇時更看中眼下的收益，而較少考慮該決定對未來利益的影響。青少年因為大腦尚不成熟，因而更容易受“系統1”的影響。
行為經濟學進行了許多實地實驗以驗證“雙系統”理論。埃里克·貝廷格（Eric Bettinger）和羅伯特·斯洛寧（Robert Slonim）在5～16歲的孩子中開展一項實驗，讓他們在立即領取10美元和2個月后領取25美元中進行選擇，43%的學生選擇前者，而讓他們在2個月后領取10美元和4個月后領取25美元選擇時，絕大部分學生選擇后者，這說明學生過于重視當前收益，對未來的更大利益視而不見，而當前的收益消失時，學生的選擇才會相對理性一些。
朱迪絲·哈拉齊維茨（Judith Harackiewicz）的實驗表明，盡管學科學和數學類專業可以在畢業后獲得更高的收入，但是美國學生因為課程難度等原因，還是不愿意選擇這兩個專業。這些實驗均說明，在考慮未來教育收益與當下利益時，雙系統理論可以解釋青少年的教育選擇。
“雙系統”理論對分析目前的新高考“理科萎縮”，特別是物理選考人數偏少的現象具有較強的解釋力。在上海和浙江的高一學生選擇3個選考科目時，考生大腦中的“系統1”會按照現有的學科成績、興趣和信心進行選擇，并將預測的收益向決策中樞進行匯報：如更高的分數、相對輕松的學習過程、較小的壓力；系統2則按照不同科目的專業選擇面和未來的教育回報向決策中樞匯報。
但由于現有的學科成績、興趣與信心對大腦而言清晰可感，而專業選擇是三年后報考志愿面臨的問題，未來的教育回報在時間上更加久遠而難以測量，加之高中學生的大腦發育并不成熟，因此大腦為“系統2”所匯報的收益進行了很高的“貼現”，最終，“系統1”影響了決策，學生作出了不選物理的非最優選擇。
在行為經濟學的視角下，默認學生能以一生總福利最大化的長遠眼光來作決定是不現實的，受制于大腦中的邊緣系統不成熟的發育狀況，高中生往往是不理性的，是目光短淺而忽略長遠利益的。基于此，教育研究者和政策制訂者不應放任學生自由選科，而應該進行相對溫和的指導和干預，確保學生的選擇符合國家利益和個體利益。
四、進行理科選考有效干預的可能途徑
對學生選考理科給予主動干預而促進學生STEM的提升，符合國家與個體利益。但是，究竟采用何種干預措施才能更加有效，我們不能僅限于經驗判斷，而應當基于嚴謹的實驗研究才能最為準確地作出因果推斷。“隨機對照實驗”（Randomized Controlled Trials）被稱作因果推斷的“黃金法則”。
當前社會科學中迅速興起的“隨機實地實驗”（Randomized Field Experiment）是通過在真實環境中進行隨機對照實驗，以準確判斷何種政策干預有效并將這種干預的效果和機制呈現出來，為政策制訂者提供依據最終形成合理引導的政策。那么，對于理科選考科目干預的研究重要性和緊迫性愈發凸顯，這類研究有賴于一線的中學教育實踐者、教育研究者獻身其中，討論每種干預措施與提升理科科目選考概率的因果關系。本節提出中學可以主導的若干干預路徑，以待實地實驗進行驗證。
對學生價值觀念進行干預在理論上被認為是對學生行為干預中作用最為明顯的方案。西方的“期望價值理論”為這種干預提供了理論指導，該理論認為，個體完成各種任務的動機是由其對這一任務成功可能性的期待以及對這一任務所賦予的價值決定的。個體自認為達到目標的可能性越大，從這一目標中獲取的激勵值就越大，完成這一任務的動機也就越強。來自西方的證據表明，期望和價值的確是影響學生教育選擇的最重要因素。
在具體的驗證實驗設計時，我們以物理學科為例，提出若干種可嘗試對實驗組進行的干預。
一是中學以宣傳手冊的形式印發STEM相關學科和專業的簡介，說明STEM專業的前景和相關職業的薪酬，并強調物理學科在STEM專業中的重要性。
二是由教師說明物理學科的學習難度曲線，幫助學生認識到，在度過了初始的學習難關后，理工科的學習難度曲線會逐步平緩。
三是借助知名高校的招生政策，進行反復宣傳。目前，北京大學、復旦大學、中國科技大學等知名高校明確表示將把物理作為浙江“三位一體”招生的重點考察科目；中國科技大學的“三位一體”招生則只考察學生的物理和數學成績。通過這些干預，找到最合適的價值干預路徑。
來自研究的證據指出，關于高等教育的教育收益，中學生獲得的信息是不充分的。他們有時不能衡量出學科的未來收益，對自己的能力也不能作出準確判斷。在這種情況下，學生很可能會作出與自身能力和愿望不匹配的專業選擇。高中可以幫助學生了解自己的能力和志向，并給予其適當的建議和指導，可以采取的干預方式是開展職業能力傾向測試。來自韓國的調查數據表明，參與過職業測試和培訓的高中生在學術上的表現更為出色。
以物理學科為例，中學可對高一最初選科時未選定物理的學生進行詳細的職業能力傾向測試，對其中適合于物理相關職業的學生進行詳細的說明，向其展現未來的職業圖景，并明確指導他們選擇物理學科。
有學者指出，學生在選擇專業時，選擇不僅取決于學生本身，還與家長及周圍的同伴有著密切的關系，其中學生間的“同伴效應”是學校可以進行干預的重要抓手。以物理學科為例，可以嘗試在行政班中，將物理成績好與物理成績差的學生進行座位配對；根據物理成績進行分組形成“學習小組”合作學習。通過這些手段來探討同伴中的示范效應是否會有助于提升學生選考物理的積極性。
2017年，新高考改革下的第一屆學生已經參加高考，未來幾年，高考改革方案將在全國范圍內陸續展開，政策將進入平穩期。可以預見，未來幾年內再進行諸如取消文理分科這樣的結構性高考變革的政策窗口已經關閉。在政策實施過程中，各種新現象與新問題要求研究者和教育實踐者必須保持足夠的敏銳度與洞察力。
在擴大學生選擇自主權的同時，“理科萎縮”特別是物理選考比例下滑所可能帶來的危害尤其需要被重視。對于一線工作者和研究者而言，要格外注重通過嚴謹的研究來評估與探索提升理科科目選考率的有效方法，不斷迭代形成經驗，以幫助學生克服自身的非理性因素，為自身發展與國家民族的未來作出最優的選擇。