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我们需要充分肯定高等理科教育已经取得的成绩，同时清醒地认识挑战的严峻性。在深化人才培养原则的基础上，我们要广泛深入探讨高等理科教育人才培养目标，明晰理科本科生人才培养目标的具体内容。
在“兰州会议”之后二十余年的发展过程中，我国高等理科经历了“波澜壮阔”的改革，取得了历史性的发展成就。
但是，我们也应当充分地认识到：人才培养质量的提升、培养创新人才是当前要应对的重要挑战。一方面，绝大多数专家认同高等理科教育在过去几十年中为社会发展起到了重要作用；另一方面，又只有47%的专家认同“高等理科人才培养质量在不断提升”。一位从事理科基础教学几十年的一线教师发出“我们在制作真的假文凭”的感叹，这在一定程度上具有代表性地揭示了这一挑战的严峻性。
要应对人才培养质量上的严峻挑战，必须首先明确高等理科教育的培养目标。如果缺乏对目标的足够认识，大学教育质量在实践中就缺少明确的方向指引，在迈向提升质量的征途中大学会集体性迷路。“兰州会议”提出了人才培养的基本原则，然而，高等理科本科教育人才培养的目标在一定程度上仍然是含混的，存在争议的。在本次调研中，数据显示：专家们对高等理科教育的人才培养目标——文理通才、理科通才、专业人才等——存在诸多争议，甚至是本质性的争议。当然，不可能所有的学校都能就高等理科本科教育目标完全达成一致，不同的历史传统、学生群体、教育资源都会导致各大学的高等理科教育目标有所侧重。基于大规模讨论基础之上，能够被广泛接受并且经过谨慎界定的高等理科本科教育培养目标，对提升理科人才培养质量是非常需要的。
需要在此核心目标之下，结合学生发展和学习科学领域的研究发现，建构整体性的学习支持体系，为高校广泛开展探究性学习、理解性学习奠定基础；建设有利于学生自我探索、自主发展的环境，为学生整体发展提供条件。
我国高等理科本科教育质量目前较为突出的问题之一是大学学习准备不足，包括学习兴趣和学习动力缺失、思维模式固化、自主性学习能力不足等问题。青少年在基础教育阶段缺乏充足自主思考和选择的机会，因此进入大学这一相对自由的环境，无法很快适应大学学习和发展。一方面，大学应该与基础教育积极合作，逐步减弱应试教育带来的不良影响；另一方面，大学也要承担更多的“救火”责任，认同并支持学生现有的发展阶段。在大学这个“撑托环境”（holding environment）里
，教给他们选择的方法，提供锻炼选择能力的机会，减少他们走入社会之后选择失误的人生成本，是大学要承担的教育责任。美国国家研究理事会在美国理科教育面临的困境中，也呼吁理科教授们更多地采用能鼓励学生主动学习的教学方法。
因此，高等理科人才培养的关注焦点要以“激发学习兴趣，培养终身自主学习能力”为核心目标。
我国高等理科本科教育在实施各类以理解性学习、探究性教学为基础的教学改革时，必须考虑新生学习能力的缺陷——学习兴趣的消磨、自我探索经验的缺失以及自主管理能力不足等问题。研究性教学的必要条件是对专业问题的好奇和兴趣，同时需要学生具备基本的自我管理能力，愿意主动投入大量的精力和脑力。对多数学生而言，这是对学习能力和心力的巨大挑战。在学生成长的过程中，学校环境的挑战性和支持性是需要同时具备的。如果学校教育仅仅具备挑战性方面的因素，缺乏支持性因素会导致学生发展的退化。学习支持是学生应对大学学习挑战，发展专业兴趣、专业素养和能力至关重要的保证。国际经验也表明：本科生教育改革是一项综合性改革，绝不仅仅局限于课程、教学方法、参与科研等方面的改革上，对学生的学业支持、学业辅导是非常重要的配套措施。2010年度北京大学本科生调查数据显示：参加过学习方法课程与优秀的学业成绩和创新能力之间有很强的相关性。参加过学习方法课的学生，平均绩点和创新能力综合得分要高于没有参加过这类课程的学生。
因此，教育实践中的“支持性”程度是理科教育研究中需要关注的重点之一。大学在开展创新性教学方式、课程改革的同时，需要建构学校的学习支持体系，对学生提供形式和内容都适宜的“学习支持”，让学生在面临具体学习问题时，能够得到及时的、适宜的、不同层次的学习支持。信息技术的发展为建构随时随地的学习支持提供了技术上的可能性。
在本科教学国家级项目的带领下，学校、教师大量开展有关本科生教学的校本研究，提升了广大普通教师的教学研究动力和教学能力。
人才培养模式的改革，要关注培养过程的不同实践环节，如招生选拔、专业选择、课程设置、教学行为、实践教学、科研训练和实习等。更重要的是，要注重在这些实践环节中，总结提炼有效教育的“普遍性的关键特征”，比如，规则性、趣味性、自主性、挑战性、支持型和实践性等，深入探讨这些不同特性如何影响学习的参与和效果。
在教学模式上，我国高等理科教育还没有脱离灌输讲授的基本模式。灌输讲授性学习和理解性学习对提高学生的学业发展具有不同的作用，对处于不同发展阶段的学生而言其适用性也不同。但是，学习科学在过去近三十年的研究中发现：理解性学习的重要性日益凸显，尤其是在探究未知领域，解决松散型、模糊型的现实问题，面对不确定性日益增强的全球化时代时更为重要；用人单位也越来越强调知识迁移能力的重要性。
目前，在一线教育实践中，已经出现了很多人才培养模式的改革，需要提倡大学教师积极参与本科生教育的校本研究，科学分析一线改革实践的成效。本科教学改革的国家级项目在推进教学改革、加强教学建设、提高教学质量上的引领、示范、辐射作用，是非常需要的。但是，单纯依靠国家级项目的引领、示范、辐射作用，对提升广大普通教师的自主动力还远远不够。
广泛的校本研究被证明有助于教师了解什么样的教学方式是恰当的、有效的；还有可能触发教学方式的大改革，促进教师根据学生的学习风格、知识基础、认知发展水平因材施教。
在科学技术快速发展、新的学科知识不断产出、信息极度丰富的知识海洋中，如何让学生迅速地“看到森林全貌”，学会整体性地学习、系统性地思考，不至于在知识的森林中迷路？同时在把握全貌的基础上，如何培养学生深入探究“树木”的能力和素质？在以充满不确定性、海量碎片化信息和学科分裂加深为特征的现代知识体系中，大学需要为学生提供革新性的学习理念和学习工具。
目前，美国本科教育课程改革的共识是让本科生很好地学习和理解“有限的”基本概念和专业知识，以适应未来职业和学习的需要，这比掌握一堆事实更有助于培养未来的专家。例如，“更少才是更多”（Less is More）的理念一直指导着MIT本科生课程的设置，给予学生基础知识以帮助他们进行终身的自我教育。尽管内、外部的压力要求MIT拓宽课程，但MIT仍强调基本原理，不增加课程量。与此同时，MIT对整体课程也不断地进行评定和修改，而不是仅仅增加需要的零散饭。
国外已有科学研究的学者探讨用图表形式作为科学教育的有效学习工具，思维导图等思维和学习工具在教育实践中已经在逐步应用。在理科教育中，这些学习工具的推广、效果和影响机制需要进一步进行深入分析。
虽然国家对理科教育总体的投入不断增长，但是调查显示：教学环节、实验教学的资源投入增长比较缓慢，甚至有些学校的实习经费十几年没有增长，难以保障学生的实践学习需求。实验设备缺乏折旧制度，难以保障实验设备的维修和更新。因此，在进一步加强理科教育投入经费的制度保障下，尤其需要加大教学环节的经费投入，并借鉴企业管理的相关制度，从长期运转的角度，提高理科实验设备的使用和管理效率。
提升信仰教育的有效性，帮助学生思考人生意义的大问题，是高等理科本科教育非常迫切的问题。
高校可以设计不同层次的专业实践课程，加强专业实践情境下的道德教育，在实践中加强对学生道德情感、道德意志和道德行动力的培养。部分案例院系在大学新生时期给学生开设初级的“社会性体验式专业实践课程”，让学生在专业情境下走出课堂、走出学校，接触社会、了解社会，教学实践证明了它可以有效地提升学生的专业认同和热情，并有利于学生在实践中孕育出对人民、对社会、对国家和对党的朴素家国情感。这种朴素的家国情感是一种较少功利性的道德情感，而道德情感是道德行为的强大原动力，它会赋予生命积极发展所必须具备的社会责任感。
中国政府和高校迫切需要建构精神发展所必需的开放性和多元化的高校环境，同时萃取传统文化精华，使其在现代语境下激活，并结合西方大学道德信仰教育的有效形式，创新性地提升学生的道德信仰发展。
政府、社会和学校要充分认识到高等理科本科教育绝不仅仅是高等理科本科教育的事情，不能割裂式地进行教育改革，补救性改革和贯通式改革要同时进行。贯通式改革——基础教育和高等教育之间的衔接更为重要。如何打通政府部门之间的条块分割，消除“孤岛效应”，通力合作进行系统性的理科教育改革，不让教育变成磨灭好奇心的过程，是理科教育改革乃至整个中国教育改革最为关键的问题。学生的科学兴趣如何从幼儿时期开始萌芽，如何在中小学阶段保持、变化、发展，如何在大学阶段转变、内化，如何与职业兴趣一体化发展，是理科教育未来需要持续深入探讨的问题。尽管现有的研究已经证明了学生早期对于相关职业所产生的兴趣对他们在STEM领域的发展有重要影响，但是这一兴趣是否会在今后——特别是一些关键时期（比如，在选择大学专业时）——发生改变和发生怎样的改变仍然是现有的研究尚未解答的问题。
为了探究理工科教育发达国家在STEM各学科教育中是如何促进参与度和提高教育成果的，2012年，澳大利亚学术理事会（The Australian Council of Learned Academies）对美国、加拿大、日本、以色列、韩国、新加坡、中国、葡萄牙、新西兰、俄罗斯、芬兰、法国、英国、德国、巴西等国家的理工科教育和发展情况展开调研，并完成了23份研究报告，试图从中得出对澳大利亚制定理工科教育政策以及发展策略可借鉴的经验。大多数国家都非常关注推进国内理工科教育的发展，有一些国家已经制定了创新、有效、可信服的发展策略。本章以这23份研究报告为依据，总结了这些理工科教育发达国家在促进理工科发展方面的经验。
目前，在理工科教育发达的国家中，高等教育人数规模在逐年增加，但就高等理科教育在校生规模在整个高等教育在校生规模中所占的比例来看，各国的发展态势各有不同。澳大利亚学术理事会发布的《STEM教育比较报告》指出，并没有国家出现理工科人才普遍短缺的情况，只是在某些领域出现了偶发的人才短缺的现象。
英国高等理科教育出现了物理、化学、数学等传统学科的在校学生数持续减少的趋势，以致许多大学的化学系、物理系和数学系被迫合并或关闭；其中，甚至不乏很高知名度和办学历史的院系，如伦敦国王学院化学系、纽卡斯大学物理系、赫尔大学数学系等。为了加快理工科人才的培养，提高就业率，英国政府发布了《构筑成功：罗伯特评论报告》《2004—2014科学和创新投资框架》《创新经济与未来就业》《创新教育议程：英国下一届政府怎样支持且为何要支持英国的文化和创新学习》，并倡导将艺术类课程加入STEM教育，通过这一系列的政策积极发展高等理科教育，产生了一些显著的效果。2011年，英国高等理科教育在校生规模所占比重从2002年的10.26%上升到了13.51%。相比于2001年，2011年英国高等理科教育在校生人数增长了154195人，增长率达84.17%，远远超出了高等教育总规模的增长率（19.68%）；与此同时，高等理科教育在整个高等教育规模中的比重也从8.78%上升到了13.51%。
美国2011年《人力资源报告》指出：超过一半的美国雇主发现自己很难找到具备高等数学、高等物理、高等化学知识的员工，而这些知识却是工作中必须掌握的。美国STEM领域的学位授予量仅占到所有学位的17%，而国际平均水平是26%。
为此，美国政府增加了对STEM教育的投入，并在全国发起了“教育促创新”行动计划。具体措施包括：在白宫科技政策办公室增设科学、技术、工程和数学教育委员会；设立“争优基金”，鼓励STEM专业人员参与学校教育，提升学生的科学和数学成绩；设立教育服务奖学金，鼓励STEM领域的毕业生到中小学从事教育工作；增加STEM研究生和本科生数量，提高奖学金数额；促进企业、基金会、非营利组织等合作起来，利用公私伙伴关系开展“连接百万颗心灵计划”“赢得未来计划”“国家实验室日”等，为青少年提供钻研科学、技术工程和数学知识的机会，激发他们学习科学知识的热情。
2016年，美国又发布了《STEM2026》，对STEM教育在未来十年的发展提出了新的愿景。
德国历来以其完善的职业教育体系著称，而增加STEM劳动力是STEM教育的核心目标之一。为了保障STEM教育的顺利开展，德国政府出台了《德累斯顿决议》，将 MINT （Mathematik,Informatik,Naturwissenschaft and Technik，即数学、信息学、自然科学和技术）教育列为教育发展的重要目标。据统计，2012年，德国仅工程师的缺口就高达10万人。
因此，德国开展的MINT教育与职业教育紧密挂钩，主要目标是吸引优秀的学生在数学、信息、自然科学和技术类等相关专业深造，进而在相关岗位就业。
芬兰是一个创新性很强的国家，他们历来非常重视基础教育，在PISA2000、PISA2003、PISA2006中，芬兰学生的表现均是世界第一。但2006年之后，PISA结果显示，芬兰学生的数学和科学学习兴趣相对较低。由此，芬兰于2017年开始启动LUMA国家发展计划。LUMA （Luonnontieteet Mathematics）是指自然科学和数学，是芬兰语的STEM。这项计划的目标是加强STEM教育实践和加强学生对这些学科的学习兴趣。
日本在STEM领域专业人才缺口并不十分严重，其加强STEM教育的目的在于提高学生的学业成绩。1998年，日本针对中小学推行了“宽裕教育”政策，大幅缩减课时数、精简教学内容，力图营造宽松的学习环境，培养学生的“生存能力”。然而，这一政策导致日本中小学生的学业成绩不断下降。在PISA测试中，2000年，日本学生在数学和科学中的排名分别为第1名和第2名，到2012年退步到第7名和第4名。
PISA成绩大幅下滑在日本国内引起轩然大波，进而引发“PISA危机”（PISA Shock）的批评浪潮。日本将其在PISA上的急退表现归结为基础教育的薄弱，并开始关注美国的STEM教育，以寻求解决途径。
韩国学生优异的数学和科学成绩已为全球瞩目。自2002年参加PISA项目以来，韩国的数学和科学成绩一直名列前茅。然而，2007年的TIMSS（国际数学与科学趋势研究）调研结果显示：韩国学生在科学和数学科目上的自信心水平，在50个受试国家中分别排到第27名和第43名；对于数学和科学科目的喜爱程度，分别排名第29名和第43名。
虽然韩国学生学业表现优异，但他们对数学和科学既不感兴趣，也缺乏自信。其中一个重要原因是传授式教学、死记硬背式的课堂虽然可以提高学业成绩，但无法培养学习科学知识的动机和兴趣。因此，韩国教育科学技术部2010年发布了STEAM教育政策，
将艺术（Arts）作为重要组成部分加入STEM教育项目，提出STEAM教育，旨在培养不仅具有科学、技术、工学、数学知识，而且还具有艺术感性的融合型人才，通过学科间知识的融合激发学生的学习兴趣、提高学生自主学习的能力。
澳大利亚高等教育阶段自然科学与物理科学的学生比例在2002年至2008年之间几乎没有变化，但是在2008年至2010年之间，比例上升了29%。在2002年至2010年，被授予工程类学位的学生比例上升了21%。在2010年，接受高等教育的学生中有32.7%的学生属于理工科专业。
澳大利亚政府出台的《激发创意：21世纪的创新议程》《构建澳大利亚的研究力量》《科学、技术、工程和数学学校教育国家战略2016—2026》等文件，充分反映了澳大利亚政府对STEM研究力量的培养。澳大利亚通过提高学校教学质量、增强大学和企业研究能力、强化学生资助、完善研究人员的职业发展路径等举措来培养人才、吸引人才，加强STEM研究队伍建设。
从这些理工科教育发达国家的实践情况来看，各国都开始越来越重视STEM教育，将加强STEM教育作为人才战略的重要实施途径。尽管各国推进STEM教育的原因各异，着力点不同，但都希望通过加强STEM教育培养符合时代要求的复合型人才，以提升国际竞争力。