全球化和歷史背景下的美國科學教育

2009年，在一項由來自65個國家的15歲學生進行的國際學生評估項目中，來自上海的同學在數學、科學和閱讀方面的成績領先于全球同齡人，而美國學生則排在中間位置。這一成績的公布（以及其他國際比較）引起了許多國家的焦慮，刺激了各國的快速政策反應，并在美國引發了一波思考：為什么美國兒童的情況并未好轉？如何才能改善結果？

對于大部分美國人來說，數學和科學的成績尤為重要，它既是衡量相對于早期美國人的成績所取得的進展的標準，也是衡量美國在競爭日益激烈的全球格局中保持主導地位的能力的指標。許多政策制定者、教育工作者和記者也提出同樣的擔憂，在一個日益全球化的世界里，美國的提升速度可能跟不上。因此，對美國科學教育競爭地位的擔憂引發了對美國經濟未來的擔憂，尤其是與中國和其他亞洲新興經濟體相比。

然而，這種悲觀的觀點僅僅是看待美國科學教育狀況的一種方式。美國學生在標準化評估中成績平平是正常的，但是與早期的美國人相比，這一成績仍取得了進步，表明美國的科學和數學教育與過去相比，取得了進步。

從全球視角看美國學生的成績

為了檢查國際背景下美國學童的表現，我們使用了2016年的國際學生評估項目管理（涉及57個國家）和2017年的科學教育成就趨勢調查管理（涉及36個國家）的分數。在比較各國的教育成果時，有必要根據每個國家的經濟發展水平（例如，基于同年的人均GDP）來考慮考試成績。如果盡管經濟資源充裕，美國的成績仍處于中等水平，這就意味著政府在數學和科學教育方面的投入比其他國家政府少（至少通過這些測試衡量），或者其資源利用效率較低。

為了以可比的方式衡量各國之間的經濟資源，我們使用了賓夕法尼亞大學世界表6.3版本。該版本根據一國貨幣可以購買的商品和服務之間的差異進行了調整。圖1 中顯示了學生在數學和科學方面的國際數學和科學研究成績趨勢的結果。每個點代表一個國家或地區，并標識了美國和其他幾個著名的國家。除了香港和新加坡外，其他得分高于美國的未標記國家（即在線上加點的國家）包括日本、英國和俄羅斯。在每個圖中，我們得出了一條靈活但平滑的回歸線，最能描述國際數學和科學研究得分趨勢與GDP之間的關系。對于數學和科學來說，最佳擬合線表明，在人均GDP較低的情況下，財政資源的增加與考試分數的急劇上升存在正相關關系，但隨后的平穩線表明，資源的進一步增加幾乎無法再次提高分數。

美國在數學上的成績略低于這條擬合線，在科學上略高于這條擬合線，在經濟繁榮的情況下，成績與預期相符。但是香港和新加坡的人均國內生產總值與美國相當，在這兩個科目上的成績都高于美國，超過了美國青年的成績。八年級學生的科學教育成就趨勢調查的結果顯示，考慮到他們的財政資源，美國學生的成績稍遜于預期，但在數學方面的差距較大。

如圖2 所示，2016年國際學生評估項目的結果對美國學生來說有些不利：他們在數學和科學方面都沒有達到最佳水平，且在數學方面的差距更大。在數學和科學方面排名第一的分別為臺灣（在國際學生評估數據項目中被指定為中國臺北）和芬蘭。日本、澳大利亞和匈牙利的學生在這次測試中成績優于美國學生。

因此，從數據中可以得出結論，即盡管美國學生獲得了可觀的經濟資源，但他們的成績相對平庸。

從歷史的角度看美國的科學教育

對美國學生在數學和科學方面不如其他選定國家的青年人的成績的擔憂，必須與對美國年輕人可能成績不如過去的擔憂區分開來。在這一部分，我們將當代美國學生的對照組，改為以前的美國學生組。目前，尚無證據表明當前的數學和科學教育比過去幾十年更糟糕。而且，有證據表明，成績有所好轉，尤其在數學方面。

然而，并不能根據美國學生的平均數學成績的趨勢，來預測潛在的科學家數量（科學家群體的人數不成比例地來自學術分布的頂層）。在與科學相關的科目中，學業成績最好的美國學生的成績是否有所下降？在1988年至2018年間，90%以上的9 至13歲學生的數學成績在有顯著提高，而17歲的學生數學成績則保持平穩。

總而言之，數據顯示，與比三十年前的學齡前兒童相比，當今的美國學童更能接受科學領域的高級培訓。

追求高等科學教育

對于那些認為美國科學教育陷入困境的人來說，他們并非僅僅關注國際競爭這一領域。我們利用國家教育統計中心收集的三組學齡青年的縱向數據，記錄了美國大學生追求大學水平科學研究的趨勢。研究人員對每一屆學生進行了高中畢業后的跟蹤調查，并在此后至少八年時間內進行了幾次后續訪談。國家教育統計中心的數據集提供了1992年、2002年和2012年高中畢業班的信息。我們把獲得學位的過程分為兩個連續的步驟（：1）獲得任一領域的學位;（2）獲得大學一級科學教育的學位。這樣，我們就能在獲得學士學位的所有人中，將追求高等教育的趨勢與追求科學學位的趨勢區分開來。

表1 的前兩行顯示了未經調整的三組學生獲得學士學位的可能性趨勢。獲得學士學位的男性比例適度上升，從1992年的27.8%上升到2012年的30.5%。對于女性來說，上升幅度更大，從23.9%上升到36.9%。具有高度數學天賦的學生（定義為在每次調查的數學測試中得分在前25%）通常完成學士學位的比例較高（超過50%）。這一類別的男性畢業率從1992年的54.5%提高到2012年的64.3%，而女性畢業率的提高幅度更大，從1992年的53.5%提高到2012年的75.9%。

接下來的兩行顯示了在獲得某一領域的學士學位的條件下獲得科學或工程學士學位的可能性的趨勢。對于男性而言，沒有明顯的趨勢：獲得理工科學位的大學畢業生比例在28.3%到31.4%之間。對于女性來說，對科學學位的追求越來越多，從1992年大學畢業生的10.2%增加到后來的13-14%。即便如此，在最近的大學畢業生群體中，男性獲得科學或工程學位的可能性仍然是女性的兩倍以上。

青年男女在科學研究方面的模式在數學天賦高的學生中也同樣適用。成績好的男性獲得科學或工程學位的可能性在1992年隊列為36.9%，在 2012年隊列為38.8%;對于成績好的女性，這一可能性從1992年隊列的15.7%上升到2012年隊列的19.3%。

我們進一步按領域細分了科學或工程學位的趨勢數據，并將其顯示在表1 的最后一個欄目中。有證據表明，男性和女性對物理科學學位的追求都在下降。在1992年的隊列中，7.4%的男性大學畢業生和3.6%的女性大學畢業生獲得了自然科學學位，但在2012年隊列中的可比百分比只有3.1%和1.6%。工程專業學士學位的比例在同一時期有所上升，抵消了這一下降：在男性中，這一比例從1992年的9.4%上升到后兩個隊列的15.6%和 12.4%，而女性的類似比例分別為0.3%、2.1%和1.7%。盡管工程學是男性科學/ 工程學專業的最大子領域，在后兩個隊列中占男性大學畢業生總數的10%以上，但對女性而言，追求這一目標的機會卻要少得多，在畢業生群體中從來沒有超過2.1%的人選擇工程學。女性獲得科學/ 工程學位的收益集中在生命科學領域，這是女性最受歡迎的科學領域：獲得生命科學學位的女大學畢業生比例從1992年的4.6%上升到2012年的8.3%。在男女學生中，追求數學學位的情況一直很少見，在女性中，數學學位的比例下降了，而男性卻沒有明顯的趨勢。

超越高中和大學

雖然尚無證據表明近幾十年來訓練有素的年輕科學家的供應有所減少，但部分批評者認為，美國實際上正面臨著科學家過剩的危機，他們的工作崗位太少，無法雇用他們。

我們發現上述數字對于社會科學專業被納入科學專業很敏感。在本科層次上，社會科學專業與社會科學職業沒有緊密聯系，但與人文科學學位相似。許多社會科學專業的畢業生沒有從事社會科學或自然科學領域的工作，這降低了所有科學家的平均升學率。這一點很關鍵，因為作為本科專業的選擇，社會科學比其他科學或工程領域更重要，近年來發展迅速。當把社會科學家排除在外，我們發現實際的和潛在的科學家的比例，在 45%到60%之間，超過了1：3的比例。鑒于人們對美國科學現狀的強烈關注主要是自然科學而不是社會科學，我們認為本報告更適合描述從科學或工程本科教育到科學就業的轉變率。

全球化的影響

如果目前的全球趨勢繼續下去，美國很可能會失去其在世界科學界的長期統治地位。然而，全球化并不一定以犧牲美國人的福祉為代價。

科學越來越需要跨國界的合作，這種合作促進了造福全世界的科學成就。事實上，歷史表明，人類社會在很大程度上只有在不同地區分享技術知識的情況下，才能在經濟和文化方面取得重大進展。因此，全球化不僅不會損害任何一個國家的科學，反而可以廣泛地促進科學進步。

還有充分的證據表明，當持有不同觀點的人互動時，最有可能產生創新的想法。來自不同國家的科學家的經驗和觀點可以使國際合作對所有人都具有高度成效。此外，與貿易一樣，不同國家的科學家可以用比較優勢交換互利。更重要的是，更多的國家參與科學意味著更多的政府投資于總體研究，以及更多的世界范圍的科學勞動力。

結論

美國科學教育是美國科學、經濟和安全的基礎。因此，政策制定者和公眾都有充分的理由關注其福利。然而，在評估它的狀態時，保持一個平衡和整體的視角至關重要。

在可以用數據衡量的方面，我們沒有發現美國的科學教育正走向惡化的現象。恰恰相反，我們發現它隨著時間的推移有所改善。然而，與其他國家（尤其是與一些亞洲國家相比），美國學生在國際測試中的成績平平，尤其是相對于美國豐富的經濟資源。然而，這種比較反映的是成功國家的學生學業成績的提高，而非美國科學教育的衰退或失敗?？梢钥隙ǖ氖?，美國有很多方面需要向其他國家學習，但這并不意味著要全盤否定美國的科學教育。最后，我們假定向其他在科學教育上更成功的國家學習，實際上是全球化所帶來的福利，從長遠來看，可以提高美國的福祉。

作者簡介：陳莉 編譯