國家行動(dòng)：美國聯(lián)邦STEM教育項(xiàng)目研究

摘 要：美國通過聯(lián)邦教育部、國家科學(xué)基金會、衛(wèi)生與公眾服務(wù)部等聯(lián)邦機(jī)構(gòu)對STEM教育項(xiàng)目進(jìn)行資助，發(fā)揮對STEM教育發(fā)展的引導(dǎo)作用。文章對180項(xiàng)美國聯(lián)邦資助的STEM教育項(xiàng)目的實(shí)施部門、投資金額、治理方式等進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)四方面特征：注重跨學(xué)科合作，提升創(chuàng)新型人才素養(yǎng)；著力培養(yǎng)STEM教師，關(guān)注代表性不足群體；促進(jìn)科教融合，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)合作；以技術(shù)賦能STEM教育，提升師生數(shù)字技能。借鑒美國經(jīng)驗(yàn)，我國在探索STEM教育創(chuàng)新發(fā)展路徑時(shí)，可以加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，推動(dòng)跨機(jī)構(gòu)項(xiàng)目合作；構(gòu)建STEM教育生態(tài)系統(tǒng)，提升全民STEM素養(yǎng)；加強(qiáng)培育STEM專職教師，創(chuàng)立科學(xué)教育共同體；促進(jìn)STEM教育與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，提升STEM職業(yè)教育水平。

關(guān)鍵詞：STEM教育；戰(zhàn)略計(jì)劃；教育創(chuàng)新；美國

中圖分類號：G511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3937.2024.06.05

一、研究背景

美國政府將STEM教育視為國家科技創(chuàng)新發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。1986年，美國國家科學(xué)基金會（NSF）發(fā)布《科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程本科生教育》報(bào)告，將STEM教育置于重要位置，該報(bào)告被視作美國STEM教育的戰(zhàn)略開端。此后，美國政府陸續(xù)制定STEM教育政策與行動(dòng)規(guī)劃。2007年，美國國家科學(xué)基金會《國家行動(dòng)計(jì)劃：應(yīng)對美國STEM教育體系的重大需求》提出，增強(qiáng)國家層面對K-12年級和本科教育階段的STEM教育的主導(dǎo)作用，提高教師水平和增加研究投入。2013年，《聯(lián)邦政府STEM教育五年戰(zhàn)略計(jì)劃》明確五個(gè)重點(diǎn)投資領(lǐng)域，即改進(jìn)STEM教學(xué)、提高青少年和公眾對STEM的參與度、豐富本科生STEM經(jīng)驗(yàn)、提高對過去較少參與STEM領(lǐng)域群體的服務(wù)、為未來STEM人才設(shè)計(jì)研究生教育。2016年，美國研究所（American Institutes for Research，AIR）與聯(lián)邦教育部聯(lián)合發(fā)布《STEM2026：STEM教育創(chuàng)新愿景》，進(jìn)一步明確STEM教育的六個(gè)發(fā)展方向：STEM實(shí)踐共同體、學(xué)習(xí)活動(dòng)、教育經(jīng)驗(yàn)、學(xué)習(xí)空間、學(xué)習(xí)評價(jià)、社會文化環(huán)境。2018年，美國白宮和STEM教育委員會（The Committee on STEM Education）聯(lián)合發(fā)布《制定成功路線：美國STEM教育戰(zhàn)略》（又稱“北極星計(jì)劃”），明確了美國STEM教育的三個(gè)目標(biāo)，即培養(yǎng)全民STEM素養(yǎng)，提升STEM的多樣性、公平性和包容性，為培養(yǎng)未來的STEM領(lǐng)域從業(yè)人員做好準(zhǔn)備；并提出STEM教育的四條路徑，即發(fā)展和鞏固戰(zhàn)略性STEM伙伴關(guān)系，促進(jìn)學(xué)生STEM領(lǐng)域跨學(xué)科學(xué)習(xí)，促進(jìn)計(jì)算機(jī)技能成為美國未來勞動(dòng)力的關(guān)鍵技能，建立透明和問責(zé)的管理機(jī)制。[1]

二、研究對象

美國聯(lián)邦政府是推動(dòng)STEM教育的核心力量，負(fù)責(zé)制定并優(yōu)化STEM教育國家政策框架。[2]不斷更新的政策框架，不但為美國STEM教育注入了新思想和新理念，明確了STEM教育中長期發(fā)展目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)路徑，而且有效保障了政府部門資源投入的規(guī)模和穩(wěn)定性。資助是聯(lián)邦政府教育治理的最主要方式之一，對聯(lián)邦政府資助的STEM教育項(xiàng)目進(jìn)行研究，能夠了解聯(lián)邦政府在STEM人才培養(yǎng)方面的政策傾向。

2021年12月，美國白宮科技政策辦公室發(fā)布《聯(lián)邦STEM教育戰(zhàn)略計(jì)劃實(shí)施進(jìn)展報(bào)告》[3]（Progress Report on the Implementation of the Federal STEM Education Strategic Plan，以下簡稱《進(jìn)展報(bào)告》），內(nèi)容包括聯(lián)邦STEM教育活動(dòng)信息、聯(lián)邦STEM教育計(jì)劃清單，是了解美國聯(lián)邦STEM教育項(xiàng)目的重要信息來源。本文通過《進(jìn)展報(bào)告》中“2021財(cái)年對STEM教育進(jìn)行資助的所有聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的預(yù)算信息”部分，獲取由這些機(jī)構(gòu)資助的STEM教育項(xiàng)目名稱，再根據(jù)相關(guān)項(xiàng)目名稱，通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)研其相關(guān)信息，檢索到180個(gè)項(xiàng)目介紹，基于項(xiàng)目文本內(nèi)容及圖表數(shù)據(jù)，分析美國聯(lián)邦資助的STEM教育項(xiàng)目的內(nèi)容特征。

三、項(xiàng)目治理

（一）高額經(jīng)費(fèi)投入

美國聯(lián)邦政府對STEM教育項(xiàng)目給予直接財(cái)政支持，白宮科技政策辦公室從2015年起制定STEM教育年度預(yù)算，協(xié)調(diào)聯(lián)邦政府相關(guān)機(jī)構(gòu)的STEM教育活動(dòng)和計(jì)劃。聯(lián)邦政府參與部門包括國家科學(xué)基金會、衛(wèi)生與公眾服務(wù)部、教育部、能源部、宇航局、國防部、農(nóng)業(yè)部、交通部等，各部門依據(jù)自身職能及使命資助STEM教育項(xiàng)目。

近年來，STEM項(xiàng)目政府投入逐年增加，2020年實(shí)際投資35.03億美元，2021年預(yù)估投資39.05億美元，2022年總統(tǒng)預(yù)算42.28億美元。2022年，美國聯(lián)邦對STEM教育投入資金最大的三個(gè)部門為國家科學(xué)基金會、衛(wèi)生與公眾服務(wù)部、教育部，其預(yù)算分別約為14.19億美元、8.61億美元、6.41億美元（見圖1）。

（二）總協(xié)調(diào)下多元主體參與

在參與主體上，美國STEM教育項(xiàng)目呈現(xiàn)多元主體聯(lián)動(dòng)、專責(zé)機(jī)構(gòu)整體協(xié)調(diào)、政府職能部門參與、多種方式合作的特征。

其一，多元主體聯(lián)動(dòng)。除了國家科學(xué)基金會、教育部等聯(lián)邦政府部門，各州政府、美國州長協(xié)會、美國科學(xué)教育協(xié)會、美國教師聯(lián)盟等非營利性組織組成的聯(lián)盟，學(xué)校、博物館、社區(qū)機(jī)構(gòu)、STEM教育組織、企業(yè)組織等組成的聯(lián)盟，共同參與STEM教育項(xiàng)目。其中，代表性組織機(jī)構(gòu)及其主要工作如表1所示。

其二，專責(zé)機(jī)構(gòu)整體協(xié)調(diào)。美國成立了由國防部、教育部、國家科學(xué)基金會等部門組成的STEM教育委員會，負(fù)責(zé)管理整個(gè)聯(lián)邦部門的STEM教育計(jì)劃、投資和活動(dòng)；制定并監(jiān)督實(shí)施五年一次的STEM教育戰(zhàn)略計(jì)劃。STEM教育委員會還成立了STEM教育聯(lián)邦協(xié)調(diào)組織，致力于促進(jìn)聯(lián)邦各部門的密切合作。

其三，聯(lián)邦政府部門專設(shè)職能部門參與。國家科學(xué)基金會內(nèi)設(shè)專門部門推進(jìn)STEM教育工作，2022年國家科學(xué)基金會在原有二級機(jī)構(gòu)教育和人力資源局、人力資源開發(fā)局基礎(chǔ)上改組成立STEM教育專職部門。[4]能源部、農(nóng)業(yè)部、國防部等設(shè)立專門部門或設(shè)立專門計(jì)劃推動(dòng)STEM教育項(xiàng)目。

其四，多種方式合作。美國STEM教育項(xiàng)目廣泛利用合作伙伴資源，合作方式包括聯(lián)盟、伙伴關(guān)系、網(wǎng)絡(luò)等。[5]此外，美國STEM教育項(xiàng)目還成立跨部門協(xié)調(diào)的跨機(jī)構(gòu)工作組，在戰(zhàn)略規(guī)劃實(shí)施過程中推進(jìn)工作。

四、項(xiàng)目特征

（一）注重跨學(xué)科合作，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才

美國STEM教育項(xiàng)目重視跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)合作與人才培養(yǎng)，注重提升創(chuàng)新型人才STEM素養(yǎng)。美國能源部大學(xué)風(fēng)能競賽邀請跨學(xué)科本科生團(tuán)隊(duì)參賽，為復(fù)雜風(fēng)能項(xiàng)目提供獨(dú)特的解決方案，應(yīng)對風(fēng)能行業(yè)的真實(shí)問題；效率與可再生能源辦公室的“，跳入STEM”項(xiàng)目（JUMP into STEM）以競賽形式吸引數(shù)據(jù)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理等專業(yè)學(xué)生進(jìn)入建筑科學(xué)專業(yè)。美國面向國家重大戰(zhàn)略需求，以問題為導(dǎo)向，有意識地設(shè)置STEM教育項(xiàng)目，培養(yǎng)綜合性創(chuàng)新人才。

美國STEM教育項(xiàng)目向處于職業(yè)生涯早期的研究人員傾斜，以鼓勵(lì)更多有潛力的人留在科技領(lǐng)域。衛(wèi)生與公眾服務(wù)部國立衛(wèi)生研究院的露絲·L.基爾希斯坦（Ruth L. Kirschstein）國家研究服務(wù)獎(jiǎng)及短期機(jī)構(gòu)研究培訓(xùn)補(bǔ)助金為攻讀博士學(xué)位學(xué)生提供研究培訓(xùn)機(jī)會，推動(dòng)他們從事生物醫(yī)學(xué)、臨床研究等職業(yè)。[6]國家科學(xué)基金會教育和人力資源局的研究生研究獎(jiǎng)學(xué)金計(jì)劃、“改善本科生STEM教育”項(xiàng)目等通過教育研究或經(jīng)費(fèi)補(bǔ)助等方式培育科學(xué)與工程人才。[7]

（二）著力培養(yǎng)STEM教師，關(guān)注代表性不足群體

美國STEM教育項(xiàng)目重視STEM師資力量培育。教育部高等教育辦公室的教師貸款減免項(xiàng)目面向低收入教師群體開展教師貸款減免和公共服務(wù)貸款減免。[8]國家科學(xué)基金會教育和人力資源局的羅伯特·諾伊斯獎(jiǎng)學(xué)金項(xiàng)目支持STEM專業(yè)本科生擔(dān)任K-12 STEM教師，開展針對高需求學(xué)區(qū)K-12 STEM教師保留率的研究。[9]國家科學(xué)基金會教育和人力資源局的“發(fā)現(xiàn)研究K-12計(jì)劃”旨在通過STEM教育創(chuàng)新，改善K-12階段的STEM教與學(xué)。[10]

美國尤其關(guān)注少數(shù)族裔、婦女、殘障人士等代表性不足群體的STEM教育，180個(gè)項(xiàng)目中有43個(gè)強(qiáng)調(diào)關(guān)注特殊群體，占比達(dá)23.89%。聯(lián)邦教育部高等教育辦公室的少數(shù)族裔科學(xué)與工程改進(jìn)計(jì)劃、聯(lián)邦教育部教育科學(xué)研究所的特殊教育研究項(xiàng)目、國家航空和航天局STEM參與辦公室的少數(shù)族裔大學(xué)研究和教育項(xiàng)目、農(nóng)業(yè)部國家糧食和農(nóng)業(yè)研究所的STEM領(lǐng)域婦女和少數(shù)族裔項(xiàng)目、國家科學(xué)基金會教育和人力資源局的“全納”項(xiàng)目（INCLUDES）等均關(guān)注女性和少數(shù)族裔的STEM參與度。[11]

（三）促進(jìn)科教融合，加強(qiáng)產(chǎn)學(xué)合作

聯(lián)邦STEM教育項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)基于工作的學(xué)習(xí)，利用暑期夏令營、實(shí)習(xí)計(jì)劃、研究培訓(xùn)計(jì)劃等，將學(xué)生與用人單位、研究人員聯(lián)系起來。國防部海軍研究辦公室的科學(xué)與工程學(xué)徒計(jì)劃將高中生安排在海軍部實(shí)驗(yàn)室參加相關(guān)研究。同時(shí)，聯(lián)邦STEM教育項(xiàng)目重視產(chǎn)學(xué)合作。交通部航空管理局“航天運(yùn)輸卓越中心”是政府、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的合作機(jī)構(gòu)，支持航空技術(shù)的研究、教育和培訓(xùn)。[12]

（四）以技術(shù)賦能STEM教育，提升師生數(shù)字技能

信息技術(shù)的應(yīng)用豐富了STEM教育的實(shí)施方式與途徑。美國重視STEM數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、智能計(jì)算、科學(xué)預(yù)測，針對研究人員及高等教育階段學(xué)生開展數(shù)據(jù)科學(xué)、算法、先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施應(yīng)用等培訓(xùn)，也加強(qiáng)培育K-12師生的計(jì)算能力。美國國家科學(xué)基金會計(jì)算機(jī)信息科學(xué)與工程理事會的網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)計(jì)劃鼓勵(lì)研究界采用先進(jìn)的工具、方法和資源，將計(jì)算和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法等納入本科生和研究生教育課程。國家科學(xué)基金會計(jì)算機(jī)信息科學(xué)與工程理事會、教育和人力資源局等合作開展的“駕馭數(shù)據(jù)革命：組建數(shù)據(jù)科學(xué)團(tuán)體”項(xiàng)目，旨在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)發(fā)現(xiàn)的新模式，加速發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新，向科學(xué)家和學(xué)生傳授新技能，提高社區(qū)勞動(dòng)力數(shù)據(jù)科學(xué)技能。[13]國家科學(xué)基金會教育和人力資源局的面向所有人的計(jì)算機(jī)科學(xué)項(xiàng)目幫助K-12教師將計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)算思維融入課堂。

五、啟示

黨的二十大報(bào)告將科技、教育、人才統(tǒng)籌部署，科技教育人才一體化建設(shè)將成為各界推進(jìn)的重大課題。STEM教育強(qiáng)調(diào)科學(xué)教育、批判性思維、創(chuàng)新能力，是從大教育觀角度培育科創(chuàng)人才的方式。研究美國聯(lián)邦資助的STEM教育項(xiàng)目，可為我國提供以下啟示。

第一，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，建立跨機(jī)構(gòu)項(xiàng)目合作。國家層面，可加強(qiáng)相關(guān)政策制定與頂層規(guī)劃，將STEM教育納入國家科技、教育、人才三位一體戰(zhàn)略布局。同時(shí)，成立跨機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作組，教育、科技等領(lǐng)域相關(guān)機(jī)構(gòu)發(fā)揮各自優(yōu)勢，共同推動(dòng)科學(xué)教育深度融入各級各類教育。建立健全跨機(jī)構(gòu)合作項(xiàng)目工作機(jī)制，并加大對跨機(jī)構(gòu)項(xiàng)目的支持力度。

第二，構(gòu)建STEM教育生態(tài)系統(tǒng)，提升全民STEM素養(yǎng)。利用科技館、圖書館等公益性社會教育資源，構(gòu)建學(xué)校、社會、企業(yè)、家長互動(dòng)的STEM教育社會關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，營造社會協(xié)同的教育氛圍。鼓勵(lì)政府各職能機(jī)構(gòu)及高等院校、研究院所發(fā)揮其專業(yè)人員聚集優(yōu)勢、聯(lián)動(dòng)參與STEM實(shí)際情境教育，做好學(xué)齡前及中小學(xué)生的STEM教育啟迪工作。做好支持弱勢群體及退役軍人、農(nóng)民、婦女等群體的STEM教育工作，實(shí)現(xiàn)STEM優(yōu)質(zhì)教育資源普惠共享。

第三，加強(qiáng)培育STEM專職教師，創(chuàng)建科學(xué)教育共同體。除了營造環(huán)境激發(fā)教師群體的自發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)力，還要加大STEM教育師資培訓(xùn)投入，打破一線教學(xué)與教育研究的鴻溝，從學(xué)識、思維、視角、技能四方面入手培養(yǎng)更多STEM教師。吸收科學(xué)家、領(lǐng)軍人才、工程師、大國工匠、高技能人才等參與STEM教育，創(chuàng)建科學(xué)教育共同體。

第四，促進(jìn)STEM教育與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，提升STEM職業(yè)教育水平。借力產(chǎn)教融合、科教融匯、職普融通相關(guān)政策措施，探索STEM領(lǐng)域高校與企業(yè)聯(lián)合人才培育機(jī)制、深入挖掘研究院所及職能機(jī)構(gòu)STEM拔尖人才教育模式，發(fā)展STEM職業(yè)教育，有效解決工程技術(shù)人才、科創(chuàng)人才培養(yǎng)與生產(chǎn)實(shí)踐脫節(jié)的問題。

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National Action： Research on Federal STEM Education Projects in the United States

LI Lingli1 YANG Hua2 MO Xiaoxia3

（1.Hangzhou Public Library， Hangzhou 310016， China;

2. Northwestern Polytechnical University Library， Xi’an 710072， China;

3. Library of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100190， China）

Abstract： The United States provides funding for STEM education projects through various federal agencies such as the Federal Department of Education， the National Science Foundation， and the Department of Health and Human Services to play a guiding role in the development of STEM education. The article studies the implementation departments， investment amounts， governance methods， etc. of 180 STEM education projects funded by the federal government， and finds four characteristics of STEM education projects： emphasize interdisciplinary cooperation and improve the literacy of innovative talents; focus on cultivating STEM teachers and pay attention to underrepresented groups; promote the integration of science and education， and strengthen industry-academy cooperation; empower STEM education with technology to enhance digital skills of teachers and students. Drawing on the experience of the United States， when exploring innovative development paths for STEM education， China can strengthen top-level design and promote cross-agency project cooperation， build a STEM education ecosystem to improve the STEM literacy of the whole people， strengthen the cultivation of STEM teachers and establish a science education community， promote the integration of STEM education and production practice， and enhance the level of STEM vocational education.

Keywords： STEM education; Strategic plan; Educational innovation; The United States

編輯 朱婷婷 校對 呂伊雯