李春玲 肖远军 ∣ 推进美国STEM教育改革的政府行动：缘由、目标与措施
摘 要
最近20多年美国政府主导了一场自上而下的STEM教育改革，这既是知识经济时代全球竞争的需要，也是对美国学校STEM教育质量不高的回应。美国STEM教育改革既有长期的战略目标，明确的中期目标，更有年度任务的分解。综合性的协调机构、明确的经费保障和多方面力量的聚合，是美国政府推进STEM教育改革的有力措施。
关键词
STEM教育；政府行动；缘由；目标；措施
作者简介
李春玲/浙江外国语学院教育学院教授（杭州310012）
肖远军/浙江外国语学院教育学院教授（杭州310012）
STEM代表科学（Science）、技术(Technology)、工程（Engineering）和数学(Mathematics)，STEM教育指的是科学、技术、工程、数学方面的教育，以及融合四门学科的知识，引导学生提出和解决现实问题，提升学生科技素养和能力的教育。最近二十多年，STEM被看做美国保持全球竞争和培养有责任心、有用的世界公民的方式［1］，于是，STEM教育成为美国政府关注的重点，STEM一词频繁出现在美国国会和联邦政府的各项法案和教育改革政策中，开展了一场政府主导的自上而下的教育改革。随着美国STEM教育的轰轰烈烈推进，包括中国在内的许多国家也日益关注和重视STEM教育。我国STEM教育改革在社会和学校层面逐渐推进和发展，政府层面应该有什么样的作为？了解美国STEM教育中政府行动的缘由、目标和措施，对我国政府推进STEM教育可以起到辨析和借鉴的作用。
作为世界头号大国和强国，美国的政治经济文化发展深受科学技术的庇护。一旦美国政府和人民意识到自己的科技水平和科技人才有降低或减少的状况时，首先想到的就是出台法案，改革科学教育，培养更多高科技人才。比如1957年因为苏联第一颗人造卫星上天后，引发美国人对科学技术落后对其国防安全的威胁，而出台了改革科学教育的《国防教育法》（National Defense Education Act）；20世纪80年代，面对日本、德国等二战后重新崛起的经济大国的挑战，而出台报告《国家处于危机之中： 教育改革势在必行》（A Nation at Risk — the Imperative of Educational Reform ）。从20世纪90年代开始，美国政府对STEM教育的改革也是如此，主要基于以下三方面的缘由：
（一） 知识经济时代对STEM人才的高需求
随着知识密集型经济（knowledge-intensive economies）时代的到来，我们生活中的每一件事都受到技术发展和创新的影响，包括国家安全、通讯交流、自动化操作、工程、医疗保健和许多其他领域。紧密结合新知识和技术进步的工业占全球经济产量的29%［2］，它们横跨制造业（如飞机和宇宙飞船、计算机设备、通讯和半导体，药物，科学装备）和服务业（如教育、健康、商业、金融和信息服务）。这样的经济依赖于有技术的劳动力，科学家、工程师和技术人员将是处于社会主导地位的人力资源。“我们的世界处于日益增加的复杂和快速进化中，正是STEM工人做出了技术突破，驱动我们的国家朝向产生新观念、新公司和新工业”。［3］美国劳工统计局（Bureau of Labor Statistics，简称BLS）的统计数据断言，“有关STEM的就业——科学、技术、工程和数学岗位将从2012年的100万增长到2022年的900万”［4］。此外，快速变化的技术影响到对非传统STEM工业的工人的期待，诸如建筑、零售、运输和医疗，在这些领域STEM技能将有助于成功。
（二） 美国STEM人才的危机
为了全球竞争，美国必须保持创新和技术悟性，必须保证科技创新发明的增长和精通STEM的劳动力的数量和质量。但是，随着国家之间政治和经济的竞争，在STEM方面一直保持强势的美国不断产生危机感。表现在： 一方面是美国STEM研发人数增长缓慢。世界经合组织对杰出（salient）的知识工人——科研人员进行了研究，所谓“科研人员”的界定是： 专门从事设计或创造新知识、新产品、新流程、新方法和新系统、也包括项目集中管理的人［5］。从全球看，整体从事研究的人数在快速增长，增长最强健的是亚洲。最快速扩张的是韩国，从2000到2006年增长翻倍。欧盟增长55%，美国的研发人数则是稳定增长，2000年到2012年仅仅增长29%。［6］另一方面是美国本土STEM学位毕业生增长缓慢。世界经合组织统计了全球2012年科学和工程学位（S&E）毕业人数是640万，中国和印度各占23%，欧盟占21%，美国仅仅只占9%，在获得自然科学或工程学位的学生比例中，美国排在所有国家的第20位。从对这些毕业生的追踪中，美国仅仅只有三分之一S&E毕业生从事相关职业。［7］此外，随着美国对留学生的吸引力下降（在美国际留学生比例从2000年的25%减少到2013年19%［8］），以及大量集中在工程和计算专业博士毕业的外国留学生（2013年美国博士学位37%授予了持有临时签证的外国学生［9］），可能因为日益严格的移民政策而无法留在美国工作，使得过去大量依赖外国STEM劳动力的状况难以继续。
（三） 美国STEM教育质量不理想
衡量一个国家STEM教育的质量和水平，常常通过学生质量的测量指标来比较，从多项国内外指标的比较，美国STEM教育质量平平（“middle of the pack”）。从国际学生质量测评来看，美国学生成绩在下降。世界经济与合作组织（the Organization for Economic Cooperation and Development，简称OECD）每隔三年对全世界15岁学生的数学、科学和阅读三方面的知识和技能进行测试。2015年国际学生评价项目（Program for Iternational Student Assessment，简称PISA）测试结果中，美国学生数学成绩470分，在72个参与测试的国家中排名第40位；科学成绩496分，排名第25位；比2012年和2009年均有下降。［10］从美国国内学生测试评估情况看，数学和科学处于“熟练”（proficient）水平的美国学生数量不足50%。美国国家教育进步评估组织（The National Assessment of Educational Progress，简称NAEP)定期对美国12年级学生的艺术、公民、经济、地理、数学、阅读、技术与工程能力、美国历史、写作等能力水平进行持续测量。2015年，13200位12年级学生参与了NAEP的数学测试，学生平均成绩152分，低于2013年的平均153分，与2005年没有明显不同。只有40%的4年级学生和33%的8年级学生数学处于“熟练”（proficient）水平。［11］2015年和2009年相比，科学成绩有所提高，但12年级没有变化。［12］2014年，第一次开展的技术和工程能力（Technology and Engineering Literacy，简称TEL）测试，测试内容包括三方面（技术和社会、设计和系统、信息和通信技术），8年级学生达到“熟练”（proficient）水平占43%，低于基准水平的学生占17%。［13］美国学生的数学和科学成绩与美国作为世界领导者地位是不匹配的。曾任美国教育部长的邓肯对此的回应是，“对于美国学生成绩，我们可以吹毛求疵（quibble），我们也可以面对残酷真相，认识到我们的教育落后了”［14］。
自从1986年美国国家科学委员会发表《本科的科学、数学和工程教育》报告，标志着美国高等教育领域的STEM教育改革拉开序幕。2007年美国参众两院通过了《美国创造机会以有意义地促进技术、教育和科学之卓越法》（the America Creating Opportunities to Meaningfully Promote Excellence in Technology, Education and Science Act），缩写为America COMPETES Act，直接称作《美国竞争法》，第六部分关于“教育”的条款涉及教师教育、STEM教育、外语教育和本科生研究生奖学金等4个方面，反映了全社会对STEM教育的关注和重视。同年10月，美国国家科学委员会（NSB）再次发布《国家行动计划： 应对美国科学、技术、工程和数学教育系统的紧急需要》，标志着STEM从关注高等教育阶段开始向基础教育阶段延伸，美国STEM教育开始向全学段开展。随后的一系列政策和报告，逐步深化STEM教育在培养目标、受教对象、师资培养、课程核心标准、教学改革、经费投入等方面。直至2013年5月，新组建的STEM教育委员会发布的《联邦科学、技术、工程和数学教育五年战略计划》（Federal STEM Education 5-Year Strategic Plan），为STEM教育领域整体的未来发展指明了方向。2015年10月，经国会第114次大会通过，经美国总统奥巴马签署，美国《STEM教育法》（STEM Education Act of 2015）正式生效，标志着美国STEM教育改革政策走向法制化。
美国政府对STEM教育改革的目标和任务可以归纳为三个层面： 三大战略目标，五项中期目标，若干项年度任务。
（一） 三大战略目标
一是未来美国能拥有更多高素质的和多样化的STEM人才，增强美国在STEM领域的实力，以保持其全球领导地位。二是让美国学生不论是在大学、中小学，还是非正式教育阶段都能获得良好的STEM专业学习机会。将STEM变成全国每一个学生教育经历的基本组成部分，培养所有学生的STEM素养（STEM Literacy），最终导向一个更大范围的接受STEM教育的人口和更强健的STEM劳动力，推动社会的发展。三是提高少数族裔、妇女等群体在STEM领域的参与度，促进社会公正公平。
（二） 五项中期目标
为了将STEM教育战略计划落到实处，可以操作和衡量，提出了10年内的五项中期目标： 1. 提升STEM教育： 到2020年时新培养10万名优秀中小学STEM教师，以及支持现有的STEM师资力量；2. 鼓励青年人和公众参与STEM项目： 使高中生毕业前每年都有机会进行真实的STEM体验，参加体验的学生人数增加50%；3. 提高本科生学习STEM专业的比例： 未来10年额外增加100万STEM专业的本科毕业生；4. 为STEM领域历来被忽视的群体提供更好的服务： 在接下来的10年，增加少数族裔中STEM本科毕业和硕士毕业生的数量，提高一直被忽视的妇女在STEM领域的参与度；5. 为明天的STEM劳动力设计研究生教育课程： 为STEM专业研究生提供基础和应用研究所需的硕士生训练知识，有机会获得重要的、关键的CoSTEM机构所需要的专业技能，以及更广泛的职业取得成功所需要的辅助技能。［15］
（三） 若干项年度任务
按照联邦STEM教育法和STEM教育五年战略计划，联邦政府每年制作专门的的STEM教育财政预算，围绕五个关键领域确定和指导年度工作目标。我们以美国政府2016财年预算对STEM教育的投入项目情况为例，来了解美国STEM教育改革的年度任务。［16］1. K-12领域的改革目标包括创建“新一代高中”（reating Next-Generation High Schools）让更多人接触了解STEM课程，尤其是计算机课程方面；230多家机构成立了名为“十年十万”的教师培养联盟，250多项计划来增加STEM专业教师的数量，还设立诺斯（Robert Noyce）奖学金计划支持培养STEM专业新教师。强调学区、企业、高校、校外社会机构的战略合作，加强STEM教与学；寻找有效的STEM教育并推广，使STEM领域更具包容性。2. 本科阶段STEM教育的改革目标包括： 使用国家科学基金会（NSF）资助改变本科教学，推动高等教育的绩效和创新，使更多人能够接受高等教育。3. 研究生阶段STEM教育改革目标包括： 国家科学基金会（NSF）努力加强培养未来劳动者，培养更多高优先级的STEM领域研究生，尤其是高级计算人才。4. 非正式STEM教育领域要求寻找年轻人参与到STEM领域的最好办法，拓展非正式STEM教育的范围，支持社区基础上的STEM活动，支持美国国家航空航天局的高质量STEM教育项目。5. 支持创新和下一代学习技术的目标是增加对教育部高级研究计划局（Advanced Research Projects Agency-Education，简称ARPAED）的投资，资助教师应对数据时代以及资助各领域的新方法和新见解。
（一） 多机构的统筹协调
为了协调STEM教育项目和活动，2011年，美国科学和技术政策办公室根据《美国竞争法》，在国家科学与技术委员会下建立了STEM教育委员会（The National Science and Technology Council's Committee on STEM Education，简称CoSTEM）。美国STEM教育委员会的成员单位包括了农业部、商务部、国防部、教育部、能源部、健康与人类服务部、内政部、运输部、环境保护署、国家航空航天局和国家科学基金会等11个部门，隶属总统执行办公室下面的国内政策委员会、国家经济委员会、管理和预算办公室、科学技术办公室等也参与其中，可见CoSTEM规格非常高。［17］STEM教育委员会主要负责协调各种STEM教育的项目和活动，并进行评估确保其有效性，落实和修正STEM教育五年战略计划。
CoSTEM下设STEM教育联邦协调专门小组（Federal Coordination in STEM Education(Task Force)，简称FCSTEM)。由来自农业部、商务部、国防部、教育部、能源部、健康与人类服务部、内政部、运输部、环境保护署、国家航空航天局（联合主席）、国家科学基金会（联合主席）和史密斯学会等12个成员单位的代表组成。［18］这些机构各自拥有不同的资源，有的拥有图书资料、科研仪器和设备、场地设施，有的拥有科研人员、工程师和志愿者，是推进美国STEM教育改革强有力的组织机构，可以有效促进美国STEM教育的开展。CoSTEM的主要职责是： 确定和协调优先项目；发展和优化机构能力获得STEM投资的最大影响；建立基于证据的方法来引领STEM教育研究和评价。
（二） 多部门的经费保障
美国STEM教育的经费常常通过相关法律来保障。2007年的《美国竞争法》第七部分和2010年《美国竞争再授权法》第五部分都对STEM教育经费的来源和用途做了具体规定，这不仅有助于保障STEM教育的资金，也保障了STEM教育改革的有效性。
美国联邦政府对STEM教育的投入主要来自两个方面；一是联邦教育部年度预算中用于STEM教育的经费，二是除联邦教育部之外的各部门对STEM教育的拨款。在每年的三月，隶属总统执行办公室的科学与技术政策办公室都会发布未来财年的预算。从2013年开始，联邦政府每年用于STEM教育的开支和预算大约是28—30亿美元，来自14个部门的拨款（见表1）其中，国家科学基金会所占比例最大，它对STEM教育的投入一般占当年度STEM年度总额的40%左右，教育部、健康和人类服务部分别占18%左右和21%左右。
表1来自各个机构的联邦STEM教育资金（单位： 百万美元）
STEM教育资金主要用于STEM教师队伍培养、STEM教与学以及与对少数族裔的STEM学习资助等方面。图1显示了2015财年STEM资金在P12和中学后教育阶段的分配情况。从图1可以看出，2015财年60%左右的STEM教育预算集中在改进P12阶段的STEM教学和学习、STEM创新网络和STEM教师培养等方面。
图1 2015年STEM财年预算在P12和中学后教育阶段的分配
（三） 多方面的力量聚合
美国STEM教育改革是一项系统工程，仅靠政府的力量是无法完成的。因此，联邦政府非常强调集聚多方力量（all-hands-on-deck），充分发挥教师、家长、企业、非营利机构和更广泛的社区等的作用，相互协作、共同促进STEM发展。目前美国STEM教育已形成了由政府、国会、社会团体、公众共同参与和共同努力的高效的跨部门合作的模式。
这些组织和机构主要有七种类型： 第一类是政府机构，诸如国家科学基金会（NSF）、国家航空航天局（NASA）等；第二类是专业协会，比如工程教育协会（ASEE）、美国建筑协会（AIA）等；第三类是非赢利组织，如史密斯学会（SI）、美国科学促进会（AAAS）；第四类是教育协会，比如大学和大学主导的相关协会；第五类是公司，主要是一些高技术和教育公司，第六类是专门成立的STEM组织，如美国STEM教育联盟（STEM Education Coalition）、项目引路（Project Lead The Way）、变革方程（Change in Equation）；第七类是专门的STEM资源和支持平台，如美国STEM连接平台（STEM Connector）。美国社会推动STEM教育的组织和机构不仅类型多样，而且数量不断增长。根据STEM连接平台的统计，美国涉及STEM教育的各类机构和组织是1713家。［19］
这些组织和机构主要的功能是： 一是为美国国会和政府提供STEM决策的政策建议。如美国著名的STEM教育联盟，其主要的职责就是提升国会、政府和其他组织对STEM重要性的意识。2014的年度工作报告显示，改组织为40个成员和600家组织提供政策咨询，还倡导和支持了教育部的“数学和科学伙伴关系”，使得2015年的预算经费从500万美元增长到1.55亿美元。还帮助国会重组了13个机构构成的联邦STEM教育项目，导致了2016年行政预算的改变等等。［20］
第二种作用是提供经费支持。这种机构一般是政府部门的附属机构和基金会，如美国国家科学基金会（NSF），其提供的STEM教育经费要占了全美STEM教育预算的40%。
第三种作用是为学校提供STEM专业知识和人才。如美国科学促进会，作为全球最大的非赢利国际科技组织，成立于1848年，下设21个专业分会，涉及的学科包括数学、物理、化学、天文、地理、生物等自然科学和社会科学，现有265个分支机构和1000万成员。科促会的宗旨就是是“促进科学，服务社会”（advance science and serve society），希望在全球范围内促进科学和创新的发展以造福人类。2004年，设立STEM志愿者项目，吸引优秀的数学家和工程师成为志愿者，支持K-12 STEM教育。2014—2015学年，有150位志愿者参与了该项目。［21］
第四种作用是提供STEM教育场所和设施设备。STEM教育强调学生的动手实践和操作，需要相应的场地和设施。这方面，拥有19座世界知名博物馆、美术馆和14个教育研究中心和国家动物园的史密斯学会，以“知识的增长和扩展”［22］为己任，建立学习和数据中心、科学教育中心、游览服务机构等，为来参观的中小学生编写解说和教材，免费提供讲解服务等。［23］
综上所述，美国政府在推进STEM教育改革的过程中，呈现了三个特点： 第一，美国政府更多是基于国际竞争的视野来看待STEM教育改革，认为美国STEM人才和STEM教育质量落后于其他国家尤其是亚洲国家而必须改革。第二，美国政府对STEM教育改革时做好了充分的顶层设计，从不断完善相关法规到成立专门的组织机构，从STEM五年改革规划到年度STEM预算报告，层层递进，清晰具体，逐步落实。第三，美国政府充分组织和发挥了各方力量来推进STEM教育改革，包括政府各部门、社会机构和企事业组织等等，让STEM教育改革成为政府和民众的共识和一致行动。这些特点对我国政府推进STEM教育改革具有借鉴和参考作用。
参考文献
《全球教育展望》投稿网址
http://www.kcs.ecnu.edu.cn/globaledu
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