國家行動：美國聯邦STEM教育項目研究

摘 要：美國通過聯邦教育部、國家科學基金會、衛生與公眾服務部等聯邦機構對STEM教育項目進行資助，發揮對STEM教育發展的引導作用。文章對180項美國聯邦資助的STEM教育項目的實施部門、投資金額、治理方式等進行研究，發現四方面特征：注重跨學科合作，提升創新型人才素養；著力培養STEM教師，關注代表性不足群體；促進科教融合，加強產學合作；以技術賦能STEM教育，提升師生數字技能。借鑒美國經驗，我國在探索STEM教育創新發展路徑時，可以加強頂層設計，推動跨機構項目合作；構建STEM教育生態系統，提升全民STEM素養；加強培育STEM專職教師，創立科學教育共同體；促進STEM教育與生產實踐相結合，提升STEM職業教育水平。

關鍵詞：STEM教育；戰略計劃；教育創新；美國

中圖分類號：G511 文獻標志碼：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新發展的戰略選擇。1986年，美國國家科學基金會（NSF）發布《科學、數學和工程本科生教育》報告，將STEM教育置于重要位置，該報告被視作美國STEM教育的戰略開端。此后，美國政府陸續制定STEM教育政策與行動規劃。2007年，美國國家科學基金會《國家行動計劃：應對美國STEM教育體系的重大需求》提出，增強國家層面對K-12年級和本科教育階段的STEM教育的主導作用，提高教師水平和增加研究投入。2013年，《聯邦政府STEM教育五年戰略計劃》明確五個重點投資領域，即改進STEM教學、提高青少年和公眾對STEM的參與度、豐富本科生STEM經驗、提高對過去較少參與STEM領域群體的服務、為未來STEM人才設計研究生教育。2016年，美國研究所（American Institutes for Research，AIR）與聯邦教育部聯合發布《STEM2026：STEM教育創新愿景》，進一步明確STEM教育的六個發展方向：STEM實踐共同體、學習活動、教育經驗、學習空間、學習評價、社會文化環境。2018年，美國白宮和STEM教育委員會（The Committee on STEM Education）聯合發布《制定成功路線：美國STEM教育戰略》（又稱“北極星計劃”），明確了美國STEM教育的三個目標，即培養全民STEM素養，提升STEM的多樣性、公平性和包容性，為培養未來的STEM領域從業人員做好準備；并提出STEM教育的四條路徑，即發展和鞏固戰略性STEM伙伴關系，促進學生STEM領域跨學科學習，促進計算機技能成為美國未來勞動力的關鍵技能，建立透明和問責的管理機制。[1]

二、研究對象

美國聯邦政府是推動STEM教育的核心力量，負責制定并優化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教育中長期發展目標和實現路徑，而且有效保障了政府部門資源投入的規模和穩定性。資助是聯邦政府教育治理的最主要方式之一，對聯邦政府資助的STEM教育項目進行研究，能夠了解聯邦政府在STEM人才培養方面的政策傾向。

2021年12月，美國白宮科技政策辦公室發布《聯邦STEM教育戰略計劃實施進展報告》[3]（Progress Report on the Implementation of the Federal STEM Education Strategic Plan，以下簡稱《進展報告》），內容包括聯邦STEM教育活動信息、聯邦STEM教育計劃清單，是了解美國聯邦STEM教育項目的重要信息來源。本文通過《進展報告》中“2021財年對STEM教育進行資助的所有聯邦機構的預算信息”部分，獲取由這些機構資助的STEM教育項目名稱，再根據相關項目名稱，通過網絡調研其相關信息，檢索到180個項目介紹，基于項目文本內容及圖表數據，分析美國聯邦資助的STEM教育項目的內容特征。

三、項目治理

（一）高額經費投入

美國聯邦政府對STEM教育項目給予直接財政支持，白宮科技政策辦公室從2015年起制定STEM教育年度預算，協調聯邦政府相關機構的STEM教育活動和計劃。聯邦政府參與部門包括國家科學基金會、衛生與公眾服務部、教育部、能源部、宇航局、國防部、農業部、交通部等，各部門依據自身職能及使命資助STEM教育項目。

近年來，STEM項目政府投入逐年增加，2020年實際投資35.03億美元，2021年預估投資39.05億美元，2022年總統預算42.28億美元。2022年，美國聯邦對STEM教育投入資金最大的三個部門為國家科學基金會、衛生與公眾服務部、教育部，其預算分別約為14.19億美元、8.61億美元、6.41億美元（見圖1）。

（二）總協調下多元主體參與

在參與主體上，美國STEM教育項目呈現多元主體聯動、專責機構整體協調、政府職能部門參與、多種方式合作的特征。

其一，多元主體聯動。除了國家科學基金會、教育部等聯邦政府部門，各州政府、美國州長協會、美國科學教育協會、美國教師聯盟等非營利性組織組成的聯盟，學校、博物館、社區機構、STEM教育組織、企業組織等組成的聯盟，共同參與STEM教育項目。其中，代表性組織機構及其主要工作如表1所示。

其二，專責機構整體協調。美國成立了由國防部、教育部、國家科學基金會等部門組成的STEM教育委員會，負責管理整個聯邦部門的STEM教育計劃、投資和活動；制定并監督實施五年一次的STEM教育戰略計劃。STEM教育委員會還成立了STEM教育聯邦協調組織，致力于促進聯邦各部門的密切合作。

其三，聯邦政府部門專設職能部門參與。國家科學基金會內設專門部門推進STEM教育工作，2022年國家科學基金會在原有二級機構教育和人力資源局、人力資源開發局基礎上改組成立STEM教育專職部門。[4]能源部、農業部、國防部等設立專門部門或設立專門計劃推動STEM教育項目。

其四，多種方式合作。美國STEM教育項目廣泛利用合作伙伴資源，合作方式包括聯盟、伙伴關系、網絡等。[5]此外，美國STEM教育項目還成立跨部門協調的跨機構工作組，在戰略規劃實施過程中推進工作。

四、項目特征

（一）注重跨學科合作，培養創新型人才

美國STEM教育項目重視跨學科團隊合作與人才培養，注重提升創新型人才STEM素養。美國能源部大學風能競賽邀請跨學科本科生團隊參賽，為復雜風能項目提供獨特的解決方案，應對風能行業的真實問題；效率與可再生能源辦公室的“，跳入STEM”項目（JUMP into STEM）以競賽形式吸引數據科學、數學、物理等專業學生進入建筑科學專業。美國面向國家重大戰略需求，以問題為導向，有意識地設置STEM教育項目，培養綜合性創新人才。

美國STEM教育項目向處于職業生涯早期的研究人員傾斜，以鼓勵更多有潛力的人留在科技領域。衛生與公眾服務部國立衛生研究院的露絲·L.基爾希斯坦（Ruth L. Kirschstein）國家研究服務獎及短期機構研究培訓補助金為攻讀博士學位學生提供研究培訓機會，推動他們從事生物醫學、臨床研究等職業。[6]國家科學基金會教育和人力資源局的研究生研究獎學金計劃、“改善本科生STEM教育”項目等通過教育研究或經費補助等方式培育科學與工程人才。[7]

（二）著力培養STEM教師，關注代表性不足群體

美國STEM教育項目重視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目面向低收入教師群體開展教師貸款減免和公共服務貸款減免。[8]國家科學基金會教育和人力資源局的羅伯特·諾伊斯獎學金項目支持STEM專業本科生擔任K-12 STEM教師，開展針對高需求學區K-12 STEM教師保留率的研究。[9]國家科學基金會教育和人力資源局的“發現研究K-12計劃”旨在通過STEM教育創新，改善K-12階段的STEM教與學。[10]

美國尤其關注少數族裔、婦女、殘障人士等代表性不足群體的STEM教育，180個項目中有43個強調關注特殊群體，占比達23.89%。聯邦教育部高等教育辦公室的少數族裔科學與工程改進計劃、聯邦教育部教育科學研究所的特殊教育研究項目、國家航空和航天局STEM參與辦公室的少數族裔大學研究和教育項目、農業部國家糧食和農業研究所的STEM領域婦女和少數族裔項目、國家科學基金會教育和人力資源局的“全納”項目（INCLUDES）等均關注女性和少數族裔的STEM參與度。[11]

（三）促進科教融合，加強產學合作

聯邦STEM教育項目強調基于工作的學習，利用暑期夏令營、實習計劃、研究培訓計劃等，將學生與用人單位、研究人員聯系起來。國防部海軍研究辦公室的科學與工程學徒計劃將高中生安排在海軍部實驗室參加相關研究。同時，聯邦STEM教育項目重視產學合作。交通部航空管理局“航天運輸卓越中心”是政府、學術界和工業界的合作機構，支持航空技術的研究、教育和培訓。[12]

（四）以技術賦能STEM教育，提升師生數字技能

信息技術的應用豐富了STEM教育的實施方式與途徑。美國重視STEM數據驅動、智能計算、科學預測，針對研究人員及高等教育階段學生開展數據科學、算法、先進網絡設施應用等培訓，也加強培育K-12師生的計算能力。美國國家科學基金會計算機信息科學與工程理事會的網絡培訓計劃鼓勵研究界采用先進的工具、方法和資源，將計算和數據驅動方法等納入本科生和研究生教育課程。國家科學基金會計算機信息科學與工程理事會、教育和人力資源局等合作開展的“駕馭數據革命：組建數據科學團體”項目，旨在實現數據驅動發現的新模式，加速發現與創新，向科學家和學生傳授新技能，提高社區勞動力數據科學技能。[13]國家科學基金會教育和人力資源局的面向所有人的計算機科學項目幫助K-12教師將計算機科學和計算思維融入課堂。

五、啟示

黨的二十大報告將科技、教育、人才統籌部署，科技教育人才一體化建設將成為各界推進的重大課題。STEM教育強調科學教育、批判性思維、創新能力，是從大教育觀角度培育科創人才的方式。研究美國聯邦資助的STEM教育項目，可為我國提供以下啟示。

第一，加強頂層設計，建立跨機構項目合作。國家層面，可加強相關政策制定與頂層規劃，將STEM教育納入國家科技、教育、人才三位一體戰略布局。同時，成立跨機構協調工作組，教育、科技等領域相關機構發揮各自優勢，共同推動科學教育深度融入各級各類教育。建立健全跨機構合作項目工作機制，并加大對跨機構項目的支持力度。

第二，構建STEM教育生態系統，提升全民STEM素養。利用科技館、圖書館等公益性社會教育資源，構建學校、社會、企業、家長互動的STEM教育社會關系網絡，營造社會協同的教育氛圍。鼓勵政府各職能機構及高等院校、研究院所發揮其專業人員聚集優勢、聯動參與STEM實際情境教育，做好學齡前及中小學生的STEM教育啟迪工作。做好支持弱勢群體及退役軍人、農民、婦女等群體的STEM教育工作，實現STEM優質教育資源普惠共享。

第三，加強培育STEM專職教師，創建科學教育共同體。除了營造環境激發教師群體的自發學習動力，還要加大STEM教育師資培訓投入，打破一線教學與教育研究的鴻溝，從學識、思維、視角、技能四方面入手培養更多STEM教師。吸收科學家、領軍人才、工程師、大國工匠、高技能人才等參與STEM教育，創建科學教育共同體。

第四，促進STEM教育與生產實踐相結合，提升STEM職業教育水平。借力產教融合、科教融匯、職普融通相關政策措施，探索STEM領域高校與企業聯合人才培育機制、深入挖掘研究院所及職能機構STEM拔尖人才教育模式，發展STEM職業教育，有效解決工程技術人才、科創人才培養與生產實踐脫節的問題。

參考文獻：

[1]中國教育科學研究院比較教育研究所.STEM教育政策國際比較研究[M].重慶：西南大學出版社，2022：8.

[2]楊體榮，沈敬軒，黃胤.美國STEM教育改革的主要階段、實踐路徑與現實困境[J].比較教育學報，2023（3）：134-148.

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[6]National Institutes of Health. Ruth L. Kirschstein National Research Service Award （NRSA） Short-Term Institutional Research Training Grant（Parent T35）[EB/OL].（2020-04-02）[2022-12-03].https：//grants.nih.gov/grants/guide/pa-files/PA-20-162.html.

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[10]NSF.The discovery research preK-12 program[EB/OL].（2021-03-09）[2022-11-15].https：//www.nsf.gov/pubs/2023/nsf23596/nsf23596.htm.

[11]NSF.Inclusion across the Nation of Communities of Learners of Underrepresented Discoverers in Engineering and Science[EB/OL].（2018-04-04）[2022-12-25].https：//www.nsf.gov/pubs/2018/nsf18529/nsf18529.htm.

[12]FAA. Air Transportation Centers of Excellence[EB/OL].（2022-10-19）[2023-12-10].https：//www.faa.gov/about/office_org/headquarters_offices/ang/grants/coe.

[13]NSF.Harnessing the data revolution： data science corps [EB/OL].（2020-11-20）[2023-12-15].https：//www.nsf.gov/publications/pub_summ.jsp？ods_key=nsf21523.

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