原文刊载于《中国考试》2024年第1期第45—52页。
作 者：杜玲玲，北京教育科学研究院副研究员。
摘 要：我国的中学学科竞赛活动，是引导和培养具备科学家潜质的青少年群体的重要途径。40年来，中学物理竞赛促进了一大批学生科学素养的提升，促进了中学物理师资队伍建设和教育教学改进，也取得了优异的国际奥赛成绩，有利于拔尖创新人才选拔和培养。但在实践中也存在功利性强、竞赛教练资源缺乏、竞赛发展水平区域差异巨大、奥赛成绩辉煌但拔尖创新人才仍显不足等问题。为提升我国拔尖创新人才自主培养能力，促进高质量教育体系建设，应将物理竞赛对拔尖创新人才的选拔与激发学生学习兴趣相结合，保持选拔工具的科学性和有效性，重视拔尖创新人才的非认知能力培养，发挥竞赛对常规教学的促进作用，完善竞赛的体制机制建设。
关键词：拔尖创新人才；选拔机制；物理竞赛；教育评价改革
党的二十大报告提出加快建设高质量教育体系。全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，成为新时期教育改革与发展的重点[1]。2009年国家首次推出“基础学科拔尖学生培养计划”，2018年教育部等6部门进一步实施基础学科拔尖学生培养计划2.0[2]，其中数学、物理等基础学科受到广泛关注。拔尖创新人才通常是指具有创新意识、创新精神、创新思维和创新能力，并能在研究工作中取得创新成果的人才，本文中特指具有扎实理论基础和知识储备、强烈的社会责任感、创新精神和创新能力并存、具备科研潜质的中学生。
研究发现，科学、技术、工程、数学领域的竞赛在影响学生日后的职业选择方面效果尤为显著，竞赛的成功参与者比同龄人更有可能从事相关学科的研究，并取得高于平均水平的成就，学科竞赛被视为学校教育之外，培养学生创新动机和提高创新技能的一种有力措施[3]。参加竞赛的高中生科学素养水平较未参加的学生提升更高[4]。学科竞赛对推进教学内容及课程体系改革、改善办学水平、培养学生创新能力和综合素质也有重要的促进作用[5]。
在我国，基础教育阶段开展的学科竞赛活动历经多年发展，被视为引导和培养具备科学家潜质的青少年群体的重要途径之一。本文以参赛学生规模较大、发展较为充分的全国中学生物理学科竞赛为例，结合文献研究和重点调研、访谈，研究竞赛模式对于拔尖创新人才的选拔和培养作用、成效与问题并提出政策建议，探索加快建立健全拔尖创新人才培养体系的中国经验和模式。
一、我国中学生物理竞赛的学生选拔及培养现状
（一）中学生物理竞赛选拔机制
全国中学生物理竞赛（中国物理奥林匹克，CPhO）自1984年首次举办至今，已有40年历史，和数学竞赛一起成为国内最受中学生欢迎、规模最大的学科类竞赛赛事[6]。以2021年为例，有来自5000多所中学的近90万名学生参加全国中学生物理竞赛。经过预赛、复赛，每年参加决赛的学生人数从1984年首届的76人增加到2021年的480人。决赛中的前50名选手入选国家集训队，集训队再选拔5名学生，于次年7月代表中国参加国际物理奥林匹克竞赛（International Physics Olympiad，缩写为IPhO），另外选出8名学生参加亚洲物理奥林匹克竞赛。其中，IPhO是最负盛名的国际中学生物理竞赛，主要目的是测试最高水平的知识、批判性思维、问题解决能力、演示和分析实践以及理论和实验物理等实际操作技能[7]。竞赛集训队成员，特别是获奖选手，成为各高水平大学争相录取的对象[6]。
（二）物理竞赛的试题特点
中学物理竞赛对学生的学科核心素养提出了更高要求，但没有脱离基础教育培养目标，仍然注重考查学生的基础知识、基本技能，激发高中学生热爱物理、钻研物理，持续提升分析问题和解决问题的能力，并帮助他们改进学习方法，学会学习、学会思考。通过综合梳理对竞赛试题的研究发现，我国物理竞赛试题特点包括以下7个方面。
一是理论试题信息含量丰富[8]。近年来物理竞赛关注科技前沿成果，注重调动学生用物理知识解决实际问题，试题情境包含大量信息，要求学生不仅具备良好的阅读能力，也要具备良好的信息提取能力，从实际问题情境中看到事物的本质，提取关键且必要的信息，并建立恰当的模型，进行分析。
二是力学和电磁学成为竞赛内容的重点和难点。力学和电磁学是高中阶段物理学习的主要内容，因此CPhO近5年预赛卷中高考考点比例平均为71%，2020年甚至达到87.5%，其中力学和电磁学模块占比超过总分的2/3，光学、热学、近代物理部分一共占1/3[9-10]。复赛、决赛的知识深度和广度都高于高考，对知识点之间的相互联系和结构的考查也比较综合。复赛中综合性试题平均占比在30%左右，几乎都是与力学知识点的结合[11]。决赛中综合性试题平均占比在60%左右，对参赛学生提出了更高要求[12]。
三是注重考查学生的科学素养。物理核心素养包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任4个方面。对CPhO预赛2014—2018年试题的研究发现，物理观念考查占预赛试题的14.5%，对科学态度与责任的考查占比在25%以下。科学思维则分为模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新，其中预赛对科学推理的考查占65.5%，对模型建构的考查占27.4%，对科学论证的考查仅占7.1%，但几乎没有对学生质疑和创新能力的考查[10]。
四是考查学生的高阶思维能力。CPhO预赛对能力的考查以运用为主，分析能力次之，评价、创新能力未直接体现，该结构体现了预赛的基础选拔作用和普适性特点[8]。有研究者运用SOLO分类理论，对CPhO复试2008—2018年试题进行分析，发现拓展抽象结构水平问题占比最高，学生须学会从抽象的物理情境中挖掘新的信息，将抽象问题具体化。关联结构类问题占比次之，单点和多点结构类问题考查较少。电磁学部分对思维能力的考查最为明显，其次为力学、热学、近代物理、光学[13]。
五是对数学素养要求较高。物理竞赛需要用到大量数学知识和数学方法解题，对CPhO预赛2014—2018年的试题研究发现，抽象思维占23.7%，逻辑推理占3.1%，数学建模占1%，直观想象占13.4%，数学运算占58.8%。复赛、决赛中微积分内容的考查大幅增加了计算量，而且决赛中涉及的数学知识更复杂，思维难度要求也更高[12]。可见，物理竞赛对学生的数学素养提出了较高要求，需要具备从物理现象中抽象出数学关系的能力和数形结合能力。
六是试题情境设置侧重生活实践和科学前沿。竞赛试题重视科学技术在社会生产、生活及发展中的应用，可分为联系生活实际、科学前沿成果、物理学经典理论3种类型。联系生活实际的试题是学生在日常生活中遇到的具体问题，需要举一反三，广泛联系所学知识。科学前沿试题以最新的科研成果为背景，将其研究过程予以模型简化引导，必要时给出一些已知条件，使学生体验科研工作，关注前沿物理学热点问题。物理学经典理论给出科学家当时研究问题的背景，再现研究思路、发现过程。
七是复赛和决赛体现出对人才的较强选拔性和甄别性特征。有研究者对湖南省参加全国36~37届竞赛学生的成绩分析发现，复赛低分段所占比例达80%，决赛中间段占70%，这表明经过复赛选拔的学生具有扎实基础和优异思维能力，这也体现出物理竞赛的强选拔性和甄别性，决赛成绩未呈现两极分化，分布较为均匀[14]。
（三）物理竞赛学生的培养情况
根据竞赛流程，可以将学生培养分为两个阶段，一是决赛前学校教育中的常规培养，二是获得全国竞赛一等奖的前50名学生的集中培养。
在第一阶段，并不是所有普通高中都能开设竞赛类培养课程。开展培养的学校，通行模式是在高一学年面向有兴趣和学科特长的学生开设物理竞赛选修课程，通过课程难度和学生接受程度自然淘汰，于高一学年末确定参加竞赛的学生。学校还会定期邀请高校专家对学生进行辅导，一些省份的高校物理学院会对进入省队参加全国决赛的学生进行集中培训，也有些学生会在校外机构学习竞赛内容，但仍以学校教学为主。课程的内容和教材，由每所学校的学科竞赛教练根据竞赛大纲自行决定或编写。通常而言，高一主要是学习课程知识，教师教授和学生自主学习相结合，高二以习题和实验为主，主要采用学生探讨的形式，培养思维能力和解决问题能力。一些物理竞赛的学生同时还参加数学竞赛。
在第二阶段，获得全国竞赛一等奖的前50名学生组成集训队，通过短期集中培训，从中选拔能够适应国际竞赛和亚洲竞赛的选手，组成国家队参赛。中国自1986年组织参与国际物理奥林匹克竞赛以来，一直由北京大学、中国科技大学、复旦大学、南京大学、南开大学和清华大学轮流承担国家队集训选拔和国际比赛的任务。当年承担任务的高校组建奥林匹克物理竞赛工作小组，成员由若干教学、科研工作经验丰富的教师组成。一般在集训前会制定明确的集训、选拔方案，并收集有关物理竞赛的资料。通过和学生交流、制定详细教学计划，会在教学中有针对性地突出重点，通过科学、规范、严格的培训帮助学生用已有或给定的知识对所提出的问题进行分析、建立模型和解答。
二、我国中学物理竞赛的成效及问题
（一）竞赛取得的成效
首先，促进了学生科学素养的发展。学科竞赛为学生提供了锻炼思维的机会，促进了他们获得新知、对问题进行深入探讨、增强学习兴趣，提高了解决问题的技巧性和创造性。对问题的科学探索和研究具有过程性，锲而不舍的钻研精神和科学态度，也有利于学生学习品质和学习能力的提升，促进了他们科学素养的早期培养。我国物理竞赛目前已形成较为良好的生态，每年参与初赛的学生人数已接近90万，为国家储备了大批对科学感兴趣，并且有一定科学素养的后备人才。
其次，有利于拔尖创新人才的选拔和培养。学科竞赛能更好地关注学生的个体差异和发现学生的独特才智，是对我国人才评价方式的完善，符合以素养为核心的现代教育要求，有利于及早发现和培养青少年创新人才。竞赛的准备阶段主要靠选修课和集训完成，时间相对紧张，需要学生进行大量的课外自学和思考；竞赛中的探究性问题往往需要从多个角度思考和进行探索。竞赛还会改变学生原有的学习轨迹，要求他们不仅要制定科学的学习计划，还要有稳定、坚强的意志，有信心和勇气面对各种挫折挑战。因此，自学能力、高阶思维和问题解决能力、抗压抗挫能力是竞赛选拔出的资优学生最为重要的特征。
再次，促进了学科教师队伍的建设。参加竞赛的学生大多智力超常，指导教师需要对竞赛的研究性、前沿性进行自觉学习、深入研究，一定程度上促进了中学教师拓宽视野。竞赛同时促进了中学物理教师教学水平的提高，涌现出一批业务成绩卓著的中青年教师，且多人获评特级教师，有利于教师整体队伍的建设[6]。
又次，促进了物理学科常规教育教学的改进。竞赛题兼具综合性、创新性、思维延伸性特点，内容灵活多样、新奇有趣。这不仅为高中课堂教学注入了新的活力，也为中学教材和课程改革提供了参考，提高了学生的自学能力和逻辑思维能力，有利于高中课堂教学质量的提升。竞赛提高了物理实验教学水平，实验任务不仅促进了中学物理实验室的建设，也使那些对物理学习兴趣浓厚的学生显著提高了实验水平[6]。一些竞赛试题来源于相关学科的研究成果，具有新颖性、启示性和方向性，往往对中学物理教学起到导向作用。通过学科竞赛的教学试验，可以掌握现阶段学生学习知识的能力和全国学生能力的综合指数，通过对学生学习能力的相关数据及未来人才发展情况的分析，可以更好地制定高中物理课程新课改内容。
最后，取得了优异的国际物理奥林匹克竞赛成绩。截至2022年，我国一共参加了36届国际物理奥林匹克竞赛，共选派出178位选手参赛，获得146枚金牌、21枚银牌、9枚铜牌，以及2个表扬奖[15]。近10年，我国每年参加国际奥赛的选手都获得金牌。中国队从2000年亚洲物理奥林匹克竞赛首次举办即开始参赛，截至2021年，共参加18届赛事，选派出153位选手，获得144枚金牌、7枚银牌、1枚铜牌，1个表扬奖，为国家赢得荣誉。
（二）竞赛中存在的问题
首先，功利性升学偏离了学科竞赛初衷。竞赛最显著的功能是发现、选拔、培养特殊人才，但目前这一功能已受到质疑，原因主要体现在：1）功利化倾向。学校、家长和学生参与奥林匹克竞赛更注重能否通过获奖取得顶尖大学的保送或入选“强基计划”等资格，逐渐违背了竞赛初衷，演变为学生之间激烈的升学竞争，带来巨大的学业压力。2）培训急于求成。很多学校采取集中强化培训的方式，让学生在很短时间内大量学习高深知识，课程进度过快而无法做到循序渐进，这种急功近利的短期培训方式很容易消磨学生的信心和兴趣，还会对其他学科的学习产生负面影响。3）过于强调应试技巧。目前的一些竞赛题往往设置诸多障碍，学生需要在审题和对应试技巧的摸索中花费大量时间，影响了对核心知识和必要能力的掌握，竞赛培训体系也有待改进完善[16]。
其次，优质教练资源十分稀缺。关于竞赛课程的开设和竞赛学生的培养，最突出的问题是师资力量。承担竞赛课程的教师需要引导拔尖人才坚定探索物理学前沿问题的信念，但当前中学阶段的竞赛教练，无论从数量还是综合素质上都不能满足相应要求。高中物理竞赛教师队伍存在结构不合理、数量严重短缺、学科知识不足、稳定性不高、压力过大等问题[17]。
再次，竞赛发展水平存在较大的地域差异。我国物理学科竞赛发展水平的区域间不平衡问题表现显著。2013—2021年入选国际物理奥林匹克竞赛国家集训队的学生，主要集中在湖南、浙江、湖北、北京、河北、上海等6省市，广西、新疆、内蒙古、甘肃、云南、贵州等10余个省（区、市）没有学生入选。此外，各省每年获得全国中学生物理竞赛一、二、三等奖的人数也存在省域差异、校际差异，前述竞赛成绩最好的6个省市，入选国家集训队的学生基本集中在省市内最好的几所高中[18]。
又次，我国奥赛成绩辉煌却仍缺乏拔尖创新人才。竞赛从本质上来说是一种基于学科核心素养创造性设计的、需要短时间内完成的竞技性活动，对考试范围、性质都有明确规定；而从事科研创新则是以探索未知为主题、充满创造性的活动。历来对于中国奥赛成绩辉煌却仍缺乏拔尖创新人才的诟病不绝于耳，实际上这是有一定相关性、但本质不同的两个问题。首先，拔尖创新人才并不全靠奥赛培养，也不能把尖端人才的缺失归咎为奥赛制度本身。人才培养是一个长期过程，不能一蹴而就，中学只是成长的一个阶段。其次，常见的批判认为师生、家长过于看重名次，学生参赛只为获得名次而非出于兴趣爱好，加上竞赛模式过于看重应试技巧而不注重科研能力、综合素质，从而导致参赛学生未能成长为拔尖创新人才。实际上，有过奥赛经历的科学家普遍认可竞赛在识才、选才方面不可替代的价值，但也表示竞赛能够培养的，仅仅是从事科学研究需要具备的能力中的一小部分，过度训练反而事倍功半，在认知和心理上都阻碍了学生其他能力的发展。他们主张尊重教育规律和拔尖创新人才成长周期，强调平衡的教育，将竞赛视为整个科学甚至文化教育的一部分，跳脱其功利性的不良影响[19]。
最后，学科竞赛活动对拔尖创新人才培养和选拔效果的研究不足。国外针对学科竞赛活动开展过不同角度的研究，主要包括追踪获奖选手的后续发展情况以考察竞赛选拔实际效果；调查竞赛对选手继续学习科学和从事科学事业的动机影响、为选手带来的成就感与归属感，以及分析竞赛活动为科学课堂教学带来的积极效果等。
针对中学生5大学科竞赛，有研究发现，学科竞赛在提升学生的科学兴趣和价值观认同方面效果较为明显，对学生有良好的职业导向。具体表现包括：参赛选手深化学科兴趣并在后来的学术与职业生涯中取得杰出成就；学科竞赛活动能强化学生的自我效能，竞赛奖项为学生带来学术生涯中最具成就感的时刻，也为后续专业学习带来短期的相对优势，但这两项效果在我国竞赛活动中仅达到中等水平，有待加强[20]。总体而言，国内文献较多关注各学科奥赛试题介绍分析和备赛经验，对拔尖创新人才培养和选拔效果的研究较少。
三、促进拔尖创新人才选拔培养的政策建议
通过学科竞赛模式，可以较早发现拔尖创新人才，但我国各个学段的学科竞赛培训尚未形成贯通培养机制，多年积累的培训策略未能广泛转化和促进常规教学。竞赛发展不均衡、选拔人才总量有限、创新素养和创新能力培养尚未成为教育常态等，都大大制约了拔尖创新人才自主培养的质量和数量。基于上述研究，本文提出借鉴竞赛选才机制和培养策略的5条政策建议，以期加快建立健全拔尖创新人才选拔培养的中国模式。
（一）坚持拔尖创新人才选拔与学生科学兴趣激发结合
我国中学生物理竞赛分为5个阶段，不同阶段的选拔目标和侧重点各有差异，应坚持将识别拔尖学生和激发更多学生学习兴趣相结合。初赛和复赛阶段，应以鼓励更广泛的教师和学生参与为主，设置与IPhO相关、不容易找到解决方案的独特任务，以促进学生通过研究性学习加深对物理学科的了解。决赛和集训队阶段，一方面要强调学生的选择性和培训训练；另一方面也要保护其科学学习兴趣，保证能够参与并取得优异成绩的学生确实具备学科天赋、学习能力和心理素质。
因此，可以开展丰富的竞赛学生与研究人员、同龄人之间的交流对话、短途旅行等活动，鼓励参加过比赛的学生参与评卷和交流互动。通过配合高中课程改革、高校招生制度改革和正向引导社会舆论，扭转学校、教练、学生和家长的功利性备考，让参与竞赛的学生回归到对科学本身的兴趣和对科学问题的积极探索中。
就科学素养普及功能而言，竞赛试题完全可以面向全体中学生，但从发现和选拔人才的角度而言，竞赛的确只适合有浓厚兴趣和较强数理能力的少数学生。如果强制多数学生投入高强度的竞赛训练，则违背了教育规律。如何让超常学生在发展物理学科能力的同时感受灵活、理性的思维方式，始终保持对物理的学习兴趣，是开展竞赛活动首要考虑的因素。认知目标和情感目标间的相互作用是大多数选择参加竞赛学生的最初动机，保持对学科的兴趣比竞赛得奖更为重要。
（二）提高竞赛选拔工具的科学性和有效性
竞赛作为拔尖创新人才选拔的一种模式，选拔手段的质量会直接影响选拔效果。全国物理竞赛将试题+实验设计+操作作为选拔手段，不仅要选拔出物理学科的拔尖人才，作为指挥棒，也担负着引导物理竞赛教育方向的责任。
目前对物理竞赛试题的研究主要集中在试题内容、解题方法、能力要求等方面，今后需要加强对选拔工具科学性和有效性的研究，一方面分析试题的难度、区分度和信效度，另一方面要保持试题质量的稳定性。从引导竞赛教育方向的角度，要明确试题的测评框架，既保证知识内容合理，又以素养为导向，同时能够贴近实际情境和物理学科的前沿动态，引导竞赛以培养学生的核心素养为目标。
（三）重视拔尖创新人才的非认知能力培养
能在竞赛中取得优异成绩的学生，具备成为拔尖创新人才的智力基础，教师在培养过程中还需要重视他们非认知能力的发展。在人格和个性方面，培养学生的独立性和批判性思维、强烈的好奇心、求知欲与浓厚的兴趣、高度的社会责任感和事业心、执着的追求和坚忍不拔的毅力；在创新素养方面，培养学生的创新思维、创新精神、创新意识和创新能力；在情绪管理方面，帮助学生学会识别、监控、管理自己和他人的情绪，并利用这些情绪信息指导自己的思想和行为；在领导和管理素养方面，帮助学生在学校一些特定的情境中充当领导和管理者角色，吸引和影响他人共同实现目标，包括战略思考和规划能力、应变协调能力和团队协作力等[21]。
（四）发挥竞赛对日常教学的促进作用
首先，培养学生对物理学习的兴趣。竞赛中有相当多的题目与当前物理研究热点有关，这在日常教学中同样重要。可以通过多种方式提高学生以物理学眼光探索世界的求知欲，培养学生的科研兴趣。其次，创设源于现实的物理情境，培养学生抽象建模能力。常规教学可以借鉴竞赛决赛试题，尤其是在进行抽象模型教学时，多设置一些源于真实世界的物理情境问题，有助于培养学生的抽象建模能力。最后，培养学生的推理、论证和问题解决能力。物理竞赛需要学生通过推理和论证，解决复杂的、陌生情境中的新问题，推理与论证的过程涉及大量公式推导、物理量关系运算、数学模型建构等，加强数学素养的培养，也是培养学生推理、论证能力的有效手段。
此外，还应发挥竞赛对实验教学的促进作用。实验探究不仅是竞赛中的重要考试模块，也是高中物理课程的重要内容。物理实验在提出问题、猜想和假设、制订方案、实施过程和得出结论中渗透了较多的质疑和创新因素，可以考查学生的基本物理实验技能和创造性解决实际问题的能力。教师可以结合课程标准中“学生必做实验”“活动建议”和教材中的“课题研究”模块，把它们分成“实验室操作类”“实践活动类”内容，通过物理实验搭建适应创新素养培养的教学实施路径，为创新人才培养奠定基础。
（五）完善竞赛体制机制建设
首先，教育部门应加大对基层物理竞赛资源支持力度。大部分学校一方面缺乏了解、熟悉竞赛的优质师资，另一方面缺乏相应的实验设备，课程教学也处于摸索阶段。国家层面虽然大力倡导、鼓励学校开展面向创新人才选拔的竞赛教育，但缺乏相应的资源支持体系。国家层面除了在获奖名额上对薄弱地区倾斜外，更应该加大对师资培训和课程资源的支持。省级教育主管部门也应建立相应的保障体系，加大对县域中学开展竞赛教育的支持。
其次，适当增加竞赛的集训名额。在大学进行集中培训，有利于学生更全面地认识和思考物理问题，在高中阶段就能从学科本质出发理解物理。目前的集训队只有50个名额，可以进一步将名额扩展到获得决赛一等奖的所有学生。考虑到高校所能承担的学生培训容纳量，可以让一等奖的学生分散在不同大学的物理学院进行培训，再选拔进入国家队。由此扩大资优学生的人才池，培养和引导他们成长为拔尖创新人才的几率也会大幅增加。
最后，在教育条件较好的地区，可试点建设一批科技高中，探索中学和大学的人才贯通培养渠道，识别、筛选和培养一批天才少年，做好制度设计、创新课程设置和培养方案，超常规配置教学、科研资源和师资力量，培养拔尖创新人才。
总之，基于中学物理学科竞赛在拔尖创新人才选拔和培养中的经验，应针对性解决其中存在的突出问题，探索面向更多学生的普惠培养方案，激发学生学习兴趣，大比例提升拔尖人才选拔和培养的基数，畅通具有天赋和潜力学生的选拔和培养通道，进一步优化相关体制机制建设，进而提升我国拔尖创新人才自主培养能力，促进高质量教育体系建设，为国家培养更多未来领军人才和国际一流科学家。
参考文献
