2014 年9 月，国务院发布《关于深化考试招生制度改革的实施意见》，将“形成分类考试、综合评价、多元录取的考试招生模式”作为新一轮高考改革的主要目标。新一轮高考改革的核心是增加选择性，其表现方式之一是取消文理分科，由“3+文综/理综”改为“3+3”模式：语文、数学、外语3科必考科目（不区分文科卷和理科卷）外加“6选3”[1]选考科目。在选考制度设计中，学生被赋予了充分的自由选择权可以自主决定科目组合。与学生自主选科相对应，试点地区的高中开始全面推进“走班制”教学和特色化办学^[1]，省级教育考试院采用了“等级赋分”制来实现不同选考科目的等值并设计了新的投档方式，众多大学提出了选考要求并开始推进大类招生和大类培养^[2]。这些措施为学生自主选科做好了保障和配套。

在第四次工业革命的背景下，面对激烈的国际竞争，各大国均对STEM教育（科学、技术、工程和数学）以及学生的STEM素养加大了重视。虽然我国高考改革方案中的学生选择权受到了充分强调，但自主选科全面取代文理分科将对未来高中学生的STEM素养带来怎样的影响，这一问题尚未有清晰答案，值得认真讨论。取消文理分科后，数学考试不再区分文理科试卷，高考数学无法体现出文理科的差异，客观上带来中学数学教学的弱化从而可能导致学生STEM素养的下滑。而自主确定选考科目是会对学生STEM素养此起到矫正作用还是进一步加剧理工科的弱化，则有待深入观察和搜集证据。

自主选科的内在假定是：学生依据自身兴趣特长以及学科的内在价值自主选择适合自己的学科，但事实上，这一自主选择过程受到一定约束从而可能存在长远价值上的非理性。比如：过于畏惧理科科目的学习难度而带来的选考避难就易；等级赋分制下在选考决策上的“田忌赛马”策略，选择竞争对手较弱的部分文科学科等等。那么，高中选考理科科目模式究竟存在什么样的特点？这些特点是否符合个体的长远利益与国家长远利益，应当如何解释和应对?这些讨论对我国基础教育学科科目的组织，以及高等教育系统应对生源结构变化、重构人才培养体系具有重要意义。

一、理科素养对国家和个体的经济影响

（一）STEM专业对国家经济发展与创新能力意义重大

近年来，STEM（Science, Technology, Engineering, and Mathematics，即科学、技术、工程和数学）教育及专业建设成为全球学者关心的热点议题。来自西方发达国家的研究表明：STEM教育是社会创新与经济增长的重要因素。STEM专业相比其他专业，在人力资本积累上具有更高的正外部性^[4]，对于促进国家或地区的经济发展具有比其他专业毕业生更为显著的作用。对美国劳动力市场的研究表明，STEM专业的工作者通过提升技术水平提高了生产率，从而促进了整个社会的经济增长。

美国等西方国家近些年正在经历STEM困境，其主要表现为STEM人才的短缺，这种人才短缺严重制约着其未来的经济社会发展。Business Roundtable主席John Engler和Raytheon公司的总裁William Swanson都曾提到，美国的失业率虽然已经达到了历史新高，但是仍旧有很多岗位是空缺的，而这些岗位都有一个共同点，那就是需要STEM专业的教育背景[2]，目前，美国科学与工程领域学生和从业人才的减少使美国的全球霸主地位受到威胁。有观点认为：中国近年来在高科技方面可以与美国分庭抗礼也是因为STEM专业领域人才比例相比美国更高，STEM教育基础扎实^[3]。

（二）STEM学习能够显著提升个体教育收益

对学生个体而言，高中阶段接受更多、更高难度的STEM课程对个体的未来教育收益提升巨大。它能够有效提升学生进入优秀大学的概率^[5]，拓展未来大学专业选择范围^[6]、提升大学中的学业成绩以及未来获取更高的就业收入^[7]。中学阶段的高强度理科学习，成为架起了学生进入优秀大学与优秀专业、甚至未来优质工作的桥梁。研究发现，中学理科学生在大学学习文科也能有更高的成绩^[8]；STEM专业的毕业生，在不从事本职工作时也比非STEM毕业生获取更高的工资^[9]。

学生在STEM专业上的参与度成为评判一个国家STEM能力的标准之一。纵然STEM教育具有提升个体教育收益的重大作用，但来自美国的证据表明：由于STEM学科的难度大、要求高，美国中学生的STEM能力和参与度近年来都在下降。Lyle利用美国国家教育进展评估（NAEP）发布的数据指出：美国中小学生的数学及科学能力呈现下降的趋势，中学阶段科学学科的低参与率已经成为了一个全球关注的问题，尤其是物理学科^[10]。

鉴于STEM教育对于国家和个人都具有重要作用，在新一轮高考改革以自主选考取代文理分科的大背景下，中学生在理科科目方面的特点有将影响到学生的STEM参与率、STEM素养进而影响到整个国家的未来发展。

二、高中学生选考科目的“理科萎缩”现象

新高考改革下，学生自主选科产生的重要现象是“理科萎缩”。理科萎缩的重要标志是理科选考科目的学生比例相比文理分科时代有明显下滑。据统计，浙江在文理分科时代，选择理科的学生占比约为65%[3]。而在浙江2017届高考考生中，选择任意一个理科选考科目的学生比例都比以往文理分科时有明显下降，其中选择人数最多的化学学科，选择比例仅有50%。理科科目遭遇萎缩成为不争的事实^[11]。上海情况与之类似。作为理科选考科目中最具代表性科目的物理学科，其选考比例远低于改革方案出台时的各方预期，成为“理科萎缩”中最为突出也最受关注的特征事实。

（一）选考物理的理论价值与现实窘境

在所有选考科目中，物理学科被认为最能有效传递关于学生认知能力的信号，因而备受高校青睐。根据各高校在浙江的选考要求统计，选考物理的学生可以报考多达91%的高校专业[4]，而上海高校针对上海学生的专业选考要求中，选考物理的学生可以报考多达98%的专业[5]，高于位列第二的化学学科10个百分点以上，遥遥领先于历史、政治等文科选考科目。甚至众多名校的大学文科类专业（如中国人民大学、复旦大学等学校的部分文科类专业）也纷纷提出了选考物理的要求。基于选考物理的考生拥有更广的专业选择面，政策设计者、高校、中学纷纷得出预测认为——考生对物理科目的需求远超对化学、生物等其他学科的需求，物理科目教师可能供不应求。

然而，现实中选考物理人数明显不及预期。浙江的选考数据显示，2017届高中生选考物理的学生比例仅占41%，低于化学10个百分点以上，且低于地理学科，仅位居第三位；女生选择物理的人数仅占26%，仅高于技术学科，位居7门学科中的倒数第二位^[12]。中国人民大学在最近一项针对上海和浙江不同层次的6所中学学生的问卷调查结果也显示：选考物理的人数和传统理科生的比例均有较大下降，而2015级学生选择物理的比例较2014级又有明显下降。物理选考人数的偏低带来了大量物理教师的闲置，在我们对浙江的调研中，发现每所调研学校都存在着物理老师“转岗”为“通用技术”科目的教师的现象。

（二）“理科萎缩”的前车之鉴与组群特征

学生自主选科所带来的“理科萎缩”并非此次高考改革所独有，在2008年江苏高考改革中已经出现并带来了很大影响。江苏省2008年推出了“分数+等级”的高考改革方案，该方案规定考生先从“历史、物理”中2选1，再在“政治、地理、化学、生物和技术”中5选4，即在7门科目中选择5门作为必考科目参加考试按排名取得等级分，之后参加语文、数学和英语的统一高考取得总分。该高考方案的“等级赋分制”客观上带来了物理、化学等理科学科的区分度弱化，而“分组选择制”又加剧了学生放弃理科学科的趋势。调查显示：在当年考试中，因难度问题放弃物理选择历史，放弃化学而选择地理或生物的考试策略非常流行。这一选择策略直接导致江苏整体文理比例失调文科学生大幅增多，理科生源素质下降明显。^【13】

“理科萎缩”现象在不同生源群体中有所差别，最为明显的是城乡差别。浙江的考生调查显示：除了中低成绩段、女生选择物理的概率更低之外，农村学生选择物理的比例明显低于城市学生^[14]。由于家庭背景、信息获取能力等因素的差别，城市学生比农村学生更加明确自己要选考的科目，敢于承担风险选择较难且收益率较大的理科学科。中国人民大学调查组2017年在云南大理州和怒江州的对学生文理分科的调查显示：贫困县高中的理科学生比例明显低于非贫困县，普通中学理科学生比例低于重点中学，农村学生理科生比例低于城镇生源。而农村学生退出教育收益率较高的理科科目的竞技，很可能会加大未来城乡学生的收入差距，加剧马太效应。

“理科萎缩”还可能通过向上传导而带来逆向选择，从而获得传递与进一步蔓延。从理论上推演，由于选考科目中物理学科的难度最大区分度最高，当能力最下等的学生由于畏难情绪退出物理学科的选择之后，在其之上的次下等学生便成为了物理选考中的末尾学生，只能拿到最低的等级分。这些学生存在着退出物理学科而与最下等学生选考同一科目获得更高的等级分的激励。这一过程持续传导，最终会对高能力考生也形成退出物理学科的激励。这一典型的“逆向选择”过程，将通过传递效应，带来整体高中学生的物理素养缺失。

（三）“理科萎缩”对高校人才培养的直接影响

基于以上江苏改革的历史，城乡考生选考情形差异以及逆向选择问题的分析，我们不难对高考改革方案在中西部省份全面铺开后的场景做出如下理论推演：选择物理和传统理科组合的学生比例将会降低；农村学生、贫困学生选考理科特别是物理的热情明显下降；高分考生选考物理学科的热情逐步降低；“理科萎缩”现象必将在全国范围内蔓延。

“理科萎缩”直接对高校人才培养产生负面影响。目前已有部分知名高校表示出对于“理科萎缩”现象特别是物理学科选择偏少的强烈担忧^[15]。新的高考方案中，学生符合一门选考科目即可报考相应专业，高校各专业实际上无法对学生的中学学习科目做出限制。但是，高校对于招收学生的知识结构事实上存在着明确要求，在“理科萎缩”的条件下，学生的理科综合素养会带来高校人才培养的难题（比如高校不少学科同时需要学生具备物理和化学的优秀素质，但是却面临着学生选考科目并非这两科的窘境）。中国人民大学课题组对2016年对江浙沪若干重点高校的调研中，不少理工类高校或学科甚至表示：需要对大一学生进行系统性的补课，才能让学生满足培养要求。

三、中学生选考决策的非理性根源探寻

新高考改革下的“理科萎缩”问题突出，中学生的理科素养存在全面降低的风险，并带来拉大城乡学生学习差距、加大中学大学衔接难度等直观影响。从长远来看，中学阶段的“理科萎缩”会导致理科人才流失和科技水平下降，减少个体的就业竞争力，同时对创新型国家建设和经济发展产生消极影响，这在欧美等西方国家中已经得到了印证。那么，对于选考理科这一对于国家和个体都有利的选择，为什么学生却不愿意做出相应的决策？中学做出选考决策的过程和机制应当如何从理论上加以解释？

（一）脑科学视角下传统人力资本理论的局限

教育经济学中传统人力资本理论将人接受教育视为主动进行人力资本积累的过程，人会理性地比较成本与收益，选择能够最大化其终生教育受益的教育选项。显然，物理学科能够获得更宽的专业选择面和更多的教育收益，理应成为中学生的热门选择，然而这与上海、浙江的实际选考情况不符，说明人力资本理论的逻辑无法很好地解释这一现象。问题的根源在于该理论的理性假设出了问题。

现今脑科学的研究清晰地表明：人并非是完全理性的。人脑中的某些特定结构以及不同的发育状况会导致人的非理性偏好。基于大脑功能分区和发育过程的研究表明：大脑中的“前额叶皮层”负责计划、自控等高级认知功能，相比大脑的其他部分，这部分需要更长的时间才能发育成熟；大脑发育的过程是围绕着神经联结的建立与“修剪”展开的，随着经验和时间的积累，神经联结会不断增加，同时也会“修剪”使用频率低的联结，最终形成每个人都独一无二的脑回路。历时性的神经成像研究表明，大脑发育成熟的过程需要在人20多岁时才能完成^[16]。青少年没有成人目光长远，这与大脑中limbic部分（边缘系统）有关，这部分产生即时回报的愉悦感，而未成年人更容易受这部分脑结构的影响，因而缺乏长远眼光^[17]。随着大脑中负责长远规划的部分逐渐成熟，“边缘系统”部分的影响会受到抑制，但不会消失，这也就是为什么成人比青少年有远见，但依然会做一些很短视的决定的原因。

（二）“双系统”理论作为学生选科的内在机制

基于脑科学的研究成果，行为经济学家在个体行为决策方面提出了“系统1”和“系统2”（System1 and System2）的“双系统”理论，用于解释人的行为机制。该理论认为，人的大脑中有两个部分，即“系统1”和“系统2”，二者分别负责感知当前和未来的付出与回报。在决策时，两个系统通过运转，分别报告对于该决策的当前和未来收益的思考结果，并由大脑中负责决策的部分进行比较取最优解。因为当前的情况清晰易测，而未来的情况是模糊且有风险的，因此，大脑会对“系统2”汇报的收益进行“贴现”，导致人们更容易受到系统1的影响，在做出选择时更看中眼下的收益，而较少考虑该决定对未来利益的影响。青少年因为大脑尚不成熟，因而更容易受到“系统1”的影响^[18]。

行为经济学进行了许多实地实验以验证“双系统”理论。Bettinger和Slonim在5-16岁的孩子中开展一项实验，让他们在立即领取10美元和2个月后领取25美元中进行选择，43%的学生选择前者，而让他们在2个月后领取10美元和4个月后领取25美元选择时，绝大部分学生选择后者，这说明学生过于重视当前收益，对未来的更大利益视而不见，而当前的收益消失时，学生的选择才会相对理性一些^[19]。Harackiewicz的实验表明，尽管学科学和数学类专业可以在毕业后获得更高的收入，但是美国学生因为课程难度等原因，还是不愿意选择这两个专业^[20]。这些实验均说明，在考虑未来教育收益与当下利益时，双系统理论可以解释青少年的教育选择。

（三）“双系统”视角下的学生选考决策过程

“双系统”理论对分析目前的新高考“理科萎缩”特别是物理选考人数偏少的现象具有较强的解释力。在上海和浙江的高一学生选择3个选考科目时，考生大脑中的“系统1”会按照现有的学科成绩、兴趣和信心进行选择，并将预测的收益向决策中枢进行汇报：比如更高的分数、相对轻松的学习过程、较小的压力；而系统2则按照不同科目的专业选择面和未来的教育回报向决策中枢汇报。但由于现有的学科成绩、兴趣与信心对大脑而言清晰可感，而专业选择是三年后报考志愿面临的问题，未来的教育回报在时间上更加久远而难以测量，加之高中学生的大脑发育并不成熟，因此大脑为“系统2”所汇报的收益进行了很高的“贴现”，最终，“系统1”影响了决策，学生做出了不选物理的非最优选择。

在行为经济学的视角下，默认学生能以一生总福利最大化的长远眼光来做决定是不现实的，受制于大脑中的边缘系统不成熟的发育状况，高中生往往是不理性的，是目光短浅而忽略长远利益的。基于此，教育研究者和政策制定者不应放任学生自由选科，而应该进行相对温和的指导和干预，确保学生的选择符合个体利益和国家利益。

四、进行理科选考有效干预的可能途径

对学生选考理科给予主动干预而促进学生STEM的提升，符合个体与国家利益。但是，究竟采用何种干预措施才能更加有效不能仅限于经验判断，而应当基于严谨的实验研究才能最为准确地做出因果推断。“随机对照实验”（ Randomized Controlled Trials）被称作因果推断的“黄金法则”。当前社会科学中迅速兴起的“随机实地实验”（randomized field experiment）是通过在真实环境中进行随机对照实验，以准确判断何种政策干预有效并将这种干预的效果和机制呈现出来，为政策制定者提供依据最终形成合理引导的政策。那么，对于理科选考科目干预的研究重要性和紧迫性愈发凸显，这类研究有赖于一线的中学教育实践者、教育研究者献身其中，讨论每种干预措施与提升理科科目选考概率的因果关系。本节提出中学可以主导的若干干预路径，以待实地实验进行验证。

（一）对学生的价值观念进行干预

对学生价值观念进行干预在理论上被认为是对学生行为干预中作用最为明显的方案。西方的“期望价值理论”为这种干预提供了理论指导，该理论认为，个体完成各种任务的动机是由其对这一任务成功可能性的期待以及对这一任务所赋予的价值决定的。个体自认为达到目标的可能性越大，从这一目标中获取的激励值就越大，完成这一任务的动机也就越强。来自西方的证据表明，期望和价值的确是影响学生教育选择的最重要因素^[21]。

在具体的验证实验设计时，我们以物理学科为例，提出若干种可尝试对实验组进行的干预。一是中学以宣传手册的形式印发STEM相关学科和专业的简介，说明STEM专业的前景和相关职业的薪酬，并强调物理学科在STEM专业中的重要性。二是由教师说明物理学科的学习难度曲线，帮助学生认识到，在度过了初始的学习难关后，理工科的学习难度曲线会逐步平缓。三是借助知名高校的招生政策，进行反复宣传。目前，北大、复旦、中科大等知名高校明确表示将把物理作为浙江“三位一体”招生的重点考察科目[6]；中科大的“三位一体”招生则只考察学生的物理和数学成绩。通过这些干预，找到最合适的价值干预路径。

（二）对学生的信息获取进行干预

来自研究的证据指出，关于高等教育的教育收益，中学生获得的信息是不充分的。他们有时不能衡量出学科的未来收益，对自己的能力也不能做出准确判断^[22]。在这种情况下，学生很可能会做出与自身的能力和愿望不匹配的专业选择。高中可以帮助学生了解自己的能力和志向，并给予其适当的建议和指导，可以采取的干预方式是开展职业能力倾向测试。来自韩国的调查数据表明，参与过职业测试和培训的高中生在学术上的表现更为出色^[23]。

以物理学科为例，中学可对高一最初选科时未选定物理的学生进行详细的职业能力倾向测试，对其中适合于物理相关职业的学生进行详细的说明，向其展现未来的职业图景，并明确指导他们选择物理学科。

（三）对学生“同伴效应”进行干预

有学者指出，学生在选择专业时，选择不仅取决于学生本身，还与家长及周围的同伴有着密切的关系^[24]，其中学生间的“同伴效应”则是学校可以进行干预的重要抓手。以物理学科为例，可以尝试在行政班中，将物理成绩好与物理成绩差学生进行座位配对；根据物理成绩进行分组形成“学习小组”合作学习。通过这些手段来探讨同伴中的示范效应是否会有助于提升学生选考物理的积极性。

2017年，新高考改革下的第一届学生已经参加高考，未来几年，高考改革方案将在全国范围内陆续，政策将进入平稳期。可以预见，未来几年内再进行诸如取消文理分科这样的结构性高考变革的政策窗口已经关闭。在政策实施过程中，各种新现象与新问题要求研究者和教育实践者必须保持足够的敏锐度与洞察力。在扩大学生选择自主权的同时，“理科萎缩”特别是物理选考比例下滑所可能带来的危害需要被尤其重视。对于一线工作者和研究者而言，要格外注重通过严谨的研究来评估探索提升理科科目选考率的有效方法，不断迭代形成经验，以帮助学生能克服自身的非理性因素，为自身发展与国家民族的未来做出最优的选择。

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