美国为何全方位促进STEM教育

    【世界教育之窗】

    引言

    特朗普政府时期，美国一些人不断叫嚣对STEM（指科学、技术、工程和数学领域）专业中国留学群体采取限制措施。去年5月，美国白宫曾以“国家安全”为借口，宣布要限制这些领域的研究生等中国公民入境。以缩短签证期限和限制STEM专业的留学签证等对中美正常的人文交流设置障碍，这种违背两国民意，并与国际人才交流的时代潮流背道而驰的做法，在受到国际社会谴责的同时，也让人们对引发“美国国际教育焦虑”的STEM专业高度关注。

    近年来，各国纷纷将加强STEM教育作为人才战略的必选，如美国、加拿大、澳大利亚等国相继出台STEM教育战略，与之类似的，德国为促进数学、信息、自然科学和技术（简称MINT）领域人才培养，推出了MINT项目，芬兰则实施了LUMA（芬兰语自然学科和数学的缩写）项目等。

    当前，正在发生的第四次工业革命进一步颠覆了人类的生产生活，并在世界范围内引发了新一轮国际人才竞争。如何通过教育来保持国家的竞争力则成为各国的重要课题。在这样的大背景下，加强信息技术、人工智能、生物工程、新材料、新能源等领域创新型人才培养进一步成为各国抓住机遇、迎接挑战的迫切需求，而这正是STEM教育大热的原因。

1.STEM与国家竞争力

    STEM教育最早源于美国。美苏冷战期间，STEM领域的教育得以迅速发展。进入21世纪以来，经由数次智库建议，若干政策实施，最终明确了STEM教育的概念。相应地，美国的STEM教育战略也较为完善。进入新世纪后，尤其是自奥巴马政府以来，美国历届联邦政府均高度重视STEM教育，将其视为培养创新型人才、确保在国际竞争中获胜的基本教育国策。通过梳理当前美国STEM教育最新战略及实施，有助于了解西方世界STEM教育最新动态，并为开展科技创新教育和国际教育交流提供相关借鉴。

    当前，美国STEM教育最为瞩目的变化是2018年底颁布实施的《为成功规划路线：美国STEM教育行动方略》，该方略提出了未来五年战略目标：即“美国要在STEM领域的国民素养、发明创造和劳动力就业方面成为全球领导者”。呼吁全美学校、家庭、社区、公司和行业协会尽快联合起来，共同将美国打造成全球STEM领域的“北极星”，因此又称“北极星计划”。

    为实现上述愿景，“北极星计划”确立了四条行动路径：（1）鼓励政府、学校和社会各界发展和巩固战略性STEM教育伙伴关系；（2）鼓励学生积极开展STEM领域的跨学科学习；（3）推动计算思维成为美国未来劳动力的关键技能；（4）实施问责制，确保透明度。

    该计划首次将“数字素养”和培养学生的“计算思维”作为STEM素养的核心内容，一方面号召政府、学校和社会各界积极行动起来，创设STEM教育生态；另一方面，强调企业部门加强与学校之间的联系，探索有效途径，开展“基于工作的学习”。

    为配合“北极星计划”，美国联邦各机构纷纷出台了促进STEM教育的任务或行动路线。美国国防部的STEM教育战略任务包括三点：一是促进“基于工作的学习”，二是支持STEM教育并拓展效益，三是利用AI技术创新生态系统，鼓励跨学科学习。美国教育部则旨在确保向所有学生提供高质量STEM教育，让学生尽早接受STEM教育，其战略任务包括：一是大力促进“计算思维”的教育培训，二是拓展职业技术教育，推广STEM项目学徒制，三是推广优秀的STEM教育案例。美国国家航空航天局的战略任务是：增加多元、包容与均等的STEM教育机会，将STEM教育纳入管理机构。美国国家科学基金会作为STEM教育这一概念的发祥地，定位STEM教育的战略任务为：在全国范围内促进STEM教育的多元、包容和公平，投资未来的STEM劳动力以及促进数字素养教育。

2.增加拨款以示重视

    近年来，美联邦政府专项拨款不断增加，为STEM教育提供有力保障。根据美国财务预算官网数据显示，联邦政府各机构如教育部、卫生部、能源部、国防部、宇航局、国家科学基金会等，设置了门类繁多的STEM教育项目与拨款，涵盖STEM教育领域的研究、师资培训、课程设置、奖学金、少数族裔和贫困子弟教育优惠、社会实习等诸多方面。

    2020年，联邦政府机构共设立STEM教育项目174个，预算共计36.8亿美元（2019年，这两个指标分别为125和32.03）。其中，卫生与公共服务部设有43个项目，预算7.86亿美元；国家自然科学基金会设有25个项目，预算13.39亿美元；然后是联邦教育部，设有项目10个，预算4.28亿美元。

    就联邦教育部拨款而言，近年加大了中小学STEM师资培训、弱势群体STEM教育优惠以及STEM领域技术培训等方面拨款力度。例如，联邦教育部设有“STEM教育创新和研究”专项，目前该计划的资助额为6500万美元，但参议院提出要在2021年度上升为7500万美元，众议院则提出要上升至8500万美元。对此，众议院指出：这项资金须要向少数族裔、女生和贫困家庭学生等弱势群体提供额外的“除高等教育外所有教育阶段的STEM教育资助”，特别是要加强计算机教育，以缩小成就差距；此外还要加强教师培训，尤其是教师计算机课程方面的培训。再比如在鼓励职业与技术教育方面，自2018年特朗普政府签署《加强21世纪职业与技术教育法》以后，联邦教育部每年都向参、众两院提出动议，加强职业技术教育方面培训支持力度，提出对“职业与技术国家教育项目”的拨款从700万美元上升至2000万美元，且主要用于STEM领域的技术培训。虽然尚未获得通过，但至少确保每年不低于700万美元拨款。

    在美国，教育是属于各州的权力，美国教育经费的结构中，联邦政府拨款所占份额尚不足10%，其余为地方政府和州政府拨款。但联邦政府对于STEM教育拨款的逐年攀升足以说明，STEM教育在全美获得了前所未有的重视。

3.动态跟踪相关项目进展

    自“北极星计划”实施以来，白宫科技政策办公室每年都发布《联邦STEM教育战略实施进展报告》。该报告对“北极星计划”实施以来美国STEM教育进展做总结，并进一步明确实施路径：在白宫科技政策办公室STEM委员会下设协调机构“联邦STEM教育协调会”（FC-STEM），并主张通过跨部门合作团队（IWG）工作，促进STEM战略目标的实现。针对“北极星计划”提出的愿景和目标，该报告确定了学科融合、计算素养、透明度与问责制等方向，并列出了一系列的细化方案，以促进联邦各机构STEM教育项目的执行。

    与此同时，联邦教育部官方网站专设STEM教育专题，汇总联邦各机构和社会各界的教育资源和项目，发布STEM教育最新情报。近年来，该专题网站信息不断丰富，渐成体系，成为了解美国STEM教育动态的重要窗口。配合“北极星计划”，自2019年7月以来，围绕热点专题，联邦教育部汇聚全美STEM教育领域的大学教授、中小学一线教师、政府官员以及企业代表等，定期开展研讨。疫情期间，研讨由线下搬到线上，一系列与STEM教育相关的远程教育、工程教育、发明创造教育、教学方法、STEM教师培训、课后STEM教育等议题被深入讨论，官网发布了研讨成果和突出案例，力图反映STEM教育领域的最新理念和经验，向政府、学校和社会提供有价值的咨询。

4.STEM与人工智能教育的未来 

    除加大或确保STEM教育的项目和投资外，联邦各机构还积极推出本领域的STEM教育行动计划。以美国国防部为例，于近期出台了《国防部人工智能教育战略》（DoD AI Education Strategy）（简称“AI教育战略”）。该项战略计划通过领导人工智能、驱动人工智能发展、开发人工智能工具、促进人工智能应用、厚植人工智能和提升雇员人工智能素养等“六项基本原型”，长远促进人工智能的开发与应用，从而培养出军事领域中世界级的人工智能实践者，并达到三项核心目标：保障国家安全，促进经济繁荣以及确保美国人工智能技术在国际上的领先地位。

    该战略对国防领域的人工智能能力内容做了如下界定：深度理解基础人工智能概念，熟练应用人工智能工具，数据管理与可视化，负责任的人工智能应用，内部结构、编程与软件开发，数学、统计与数据科学，人工智能综合能力等七项。并针对各项能力做了课程规划，确定了基本的教育教学手段，包括在线异步教学、混合教学、同步教学以及项目式教育教学等。

    如果说STEM教育是各国促进本国竞争力的重要依托，那么人工智能教育无疑是STEM教育领域中最为突出的部分。美国国防部出台人工智能教育战略表明，作为STEM领域的重要内容，人工智能教育正在引领STEM教育向纵深发展。

    随着“北极星计划”的实施，美国STEM教育开始进入全方位深入发展的阶段，在疫情的冲击和教育信息技术的加持下，美国STEM教育也在升级换代，在此过程中，美国社会各界之于STEM教育的认知也在不断拓展和加深。放眼当下及未来，美国STEM教育也早已不再单单是教育系统内部的事情，而是与科技创新、经济繁荣、劳动力培训等广泛联系起来，成为美国加强国家竞争力的重点领域。

    （作者：赵章靖，系中国教育科学研究院副研究员）