国家行动：美国联邦STEM教育项目研究

摘 要：美国通过联邦教育部、国家科学基金会、卫生与公众服务部等联邦机构对STEM教育项目进行资助，发挥对STEM教育发展的引导作用。文章对180项美国联邦资助的STEM教育项目的实施部门、投资金额、治理方式等进行研究，发现四方面特征：注重跨学科合作，提升创新型人才素养；着力培养STEM教师，关注代表性不足群体；促进科教融合，加强产学合作；以技术赋能STEM教育，提升师生数字技能。借鉴美国经验，我国在探索STEM教育创新发展路径时，可以加强顶层设计，推动跨机构项目合作；构建STEM教育生态系统，提升全民STEM素养；加强培育STEM专职教师，创立科学教育共同体；促进STEM教育与生产实践相结合，提升STEM职业教育水平。

关键词：STEM教育；战略计划；教育创新；美国

中图分类号：G511 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-3937.2024.06.05

一、研究背景

美国政府将STEM教育视为国家科技创新发展的战略选择。1986年，美国国家科学基金会（NSF）发布《科学、数学和工程本科生教育》报告，将STEM教育置于重要位置，该报告被视作美国STEM教育的战略开端。此后，美国政府陆续制定STEM教育政策与行动规划。2007年，美国国家科学基金会《国家行动计划：应对美国STEM教育体系的重大需求》提出，增强国家层面对K-12年级和本科教育阶段的STEM教育的主导作用，提高教师水平和增加研究投入。2013年，《联邦政府STEM教育五年战略计划》明确五个重点投资领域，即改进STEM教学、提高青少年和公众对STEM的参与度、丰富本科生STEM经验、提高对过去较少参与STEM领域群体的服务、为未来STEM人才设计研究生教育。2016年，美国研究所（American Institutes for Research，AIR）与联邦教育部联合发布《STEM2026：STEM教育创新愿景》，进一步明确STEM教育的六个发展方向：STEM实践共同体、学习活动、教育经验、学习空间、学习评价、社会文化环境。2018年，美国白宫和STEM教育委员会（The Committee on STEM Education）联合发布《制定成功路线：美国STEM教育战略》（又称“北极星计划”），明确了美国STEM教育的三个目标，即培养全民STEM素养，提升STEM的多样性、公平性和包容性，为培养未来的STEM领域从业人员做好准备；并提出STEM教育的四条路径，即发展和巩固战略性STEM伙伴关系，促进学生STEM领域跨学科学习，促进计算机技能成为美国未来劳动力的关键技能，建立透明和问责的管理机制。[1]

二、研究对象

美国联邦政府是推动STEM教育的核心力量，负责制定并优化STEM教育国家政策框架。[2]不断更新的政策框架，不但为美国STEM教育注入了新思想和新理念，明确了STEM教育中长期发展目标和实现路径，而且有效保障了政府部门资源投入的规模和稳定性。资助是联邦政府教育治理的最主要方式之一，对联邦政府资助的STEM教育项目进行研究，能够了解联邦政府在STEM人才培养方面的政策倾向。

2021年12月，美国白宫科技政策办公室发布《联邦STEM教育战略计划实施进展报告》[3]（Progress Report on the Implementation of the Federal STEM Education Strategic Plan，以下简称《进展报告》），内容包括联邦STEM教育活动信息、联邦STEM教育计划清单，是了解美国联邦STEM教育项目的重要信息来源。本文通过《进展报告》中“2021财年对STEM教育进行资助的所有联邦机构的预算信息”部分，获取由这些机构资助的STEM教育项目名称，再根据相关项目名称，通过网络调研其相关信息，检索到180个项目介绍，基于项目文本内容及图表数据，分析美国联邦资助的STEM教育项目的内容特征。

三、项目治理

（一）高额经费投入

美国联邦政府对STEM教育项目给予直接财政支持，白宫科技政策办公室从2015年起制定STEM教育年度预算，协调联邦政府相关机构的STEM教育活动和计划。联邦政府参与部门包括国家科学基金会、卫生与公众服务部、教育部、能源部、宇航局、国防部、农业部、交通部等，各部门依据自身职能及使命资助STEM教育项目。

近年来，STEM项目政府投入逐年增加，2020年实际投资35.03亿美元，2021年预估投资39.05亿美元，2022年总统预算42.28亿美元。2022年，美国联邦对STEM教育投入资金最大的三个部门为国家科学基金会、卫生与公众服务部、教育部，其预算分别约为14.19亿美元、8.61亿美元、6.41亿美元（见图1）。

（二）总协调下多元主体参与

在参与主体上，美国STEM教育项目呈现多元主体联动、专责机构整体协调、政府职能部门参与、多种方式合作的特征。

其一，多元主体联动。除了国家科学基金会、教育部等联邦政府部门，各州政府、美国州长协会、美国科学教育协会、美国教师联盟等非营利性组织组成的联盟，学校、博物馆、社区机构、STEM教育组织、企业组织等组成的联盟，共同参与STEM教育项目。其中，代表性组织机构及其主要工作如表1所示。

其二，专责机构整体协调。美国成立了由国防部、教育部、国家科学基金会等部门组成的STEM教育委员会，负责管理整个联邦部门的STEM教育计划、投资和活动；制定并监督实施五年一次的STEM教育战略计划。STEM教育委员会还成立了STEM教育联邦协调组织，致力于促进联邦各部门的密切合作。

其三，联邦政府部门专设职能部门参与。国家科学基金会内设专门部门推进STEM教育工作，2022年国家科学基金会在原有二级机构教育和人力资源局、人力资源开发局基础上改组成立STEM教育专职部门。[4]能源部、农业部、国防部等设立专门部门或设立专门计划推动STEM教育项目。

其四，多种方式合作。美国STEM教育项目广泛利用合作伙伴资源，合作方式包括联盟、伙伴关系、网络等。[5]此外，美国STEM教育项目还成立跨部门协调的跨机构工作组，在战略规划实施过程中推进工作。

四、项目特征

（一）注重跨学科合作，培养创新型人才

美国STEM教育项目重视跨学科团队合作与人才培养，注重提升创新型人才STEM素养。美国能源部大学风能竞赛邀请跨学科本科生团队参赛，为复杂风能项目提供独特的解决方案，应对风能行业的真实问题；效率与可再生能源办公室的“，跳入STEM”项目（JUMP into STEM）以竞赛形式吸引数据科学、数学、物理等专业学生进入建筑科学专业。美国面向国家重大战略需求，以问题为导向，有意识地设置STEM教育项目，培养综合性创新人才。

美国STEM教育项目向处于职业生涯早期的研究人员倾斜，以鼓励更多有潜力的人留在科技领域。卫生与公众服务部国立卫生研究院的露丝·L.基尔希斯坦（Ruth L. Kirschstein）国家研究服务奖及短期机构研究培训补助金为攻读博士学位学生提供研究培训机会，推动他们从事生物医学、临床研究等职业。[6]国家科学基金会教育和人力资源局的研究生研究奖学金计划、“改善本科生STEM教育”项目等通过教育研究或经费补助等方式培育科学与工程人才。[7]

（二）着力培养STEM教师，关注代表性不足群体

美国STEM教育项目重视STEM师资力量培育。教育部高等教育办公室的教师贷款减免项目面向低收入教师群体开展教师贷款减免和公共服务贷款减免。[8]国家科学基金会教育和人力资源局的罗伯特·诺伊斯奖学金项目支持STEM专业本科生担任K-12 STEM教师，开展针对高需求学区K-12 STEM教师保留率的研究。[9]国家科学基金会教育和人力资源局的“发现研究K-12计划”旨在通过STEM教育创新，改善K-12阶段的STEM教与学。[10]

美国尤其关注少数族裔、妇女、残障人士等代表性不足群体的STEM教育，180个项目中有43个强调关注特殊群体，占比达23.89%。联邦教育部高等教育办公室的少数族裔科学与工程改进计划、联邦教育部教育科学研究所的特殊教育研究项目、国家航空和航天局STEM参与办公室的少数族裔大学研究和教育项目、农业部国家粮食和农业研究所的STEM领域妇女和少数族裔项目、国家科学基金会教育和人力资源局的“全纳”项目（INCLUDES）等均关注女性和少数族裔的STEM参与度。[11]

（三）促进科教融合，加强产学合作

联邦STEM教育项目强调基于工作的学习，利用暑期夏令营、实习计划、研究培训计划等，将学生与用人单位、研究人员联系起来。国防部海军研究办公室的科学与工程学徒计划将高中生安排在海军部实验室参加相关研究。同时，联邦STEM教育项目重视产学合作。交通部航空管理局“航天运输卓越中心”是政府、学术界和工业界的合作机构，支持航空技术的研究、教育和培训。[12]

（四）以技术赋能STEM教育，提升师生数字技能

信息技术的应用丰富了STEM教育的实施方式与途径。美国重视STEM数据驱动、智能计算、科学预测，针对研究人员及高等教育阶段学生开展数据科学、算法、先进网络设施应用等培训，也加强培育K-12师生的计算能力。美国国家科学基金会计算机信息科学与工程理事会的网络培训计划鼓励研究界采用先进的工具、方法和资源，将计算和数据驱动方法等纳入本科生和研究生教育课程。国家科学基金会计算机信息科学与工程理事会、教育和人力资源局等合作开展的“驾驭数据革命：组建数据科学团体”项目，旨在实现数据驱动发现的新模式，加速发现与创新，向科学家和学生传授新技能，提高社区劳动力数据科学技能。[13]国家科学基金会教育和人力资源局的面向所有人的计算机科学项目帮助K-12教师将计算机科学和计算思维融入课堂。

五、启示

党的二十大报告将科技、教育、人才统筹部署，科技教育人才一体化建设将成为各界推进的重大课题。STEM教育强调科学教育、批判性思维、创新能力，是从大教育观角度培育科创人才的方式。研究美国联邦资助的STEM教育项目，可为我国提供以下启示。

第一，加强顶层设计，建立跨机构项目合作。国家层面，可加强相关政策制定与顶层规划，将STEM教育纳入国家科技、教育、人才三位一体战略布局。同时，成立跨机构协调工作组，教育、科技等领域相关机构发挥各自优势，共同推动科学教育深度融入各级各类教育。建立健全跨机构合作项目工作机制，并加大对跨机构项目的支持力度。

第二，构建STEM教育生态系统，提升全民STEM素养。利用科技馆、图书馆等公益性社会教育资源，构建学校、社会、企业、家长互动的STEM教育社会关系网络，营造社会协同的教育氛围。鼓励政府各职能机构及高等院校、研究院所发挥其专业人员聚集优势、联动参与STEM实际情境教育，做好学龄前及中小学生的STEM教育启迪工作。做好支持弱势群体及退役军人、农民、妇女等群体的STEM教育工作，实现STEM优质教育资源普惠共享。

第三，加强培育STEM专职教师，创建科学教育共同体。除了营造环境激发教师群体的自发学习动力，还要加大STEM教育师资培训投入，打破一线教学与教育研究的鸿沟，从学识、思维、视角、技能四方面入手培养更多STEM教师。吸收科学家、领军人才、工程师、大国工匠、高技能人才等参与STEM教育，创建科学教育共同体。

第四，促进STEM教育与生产实践相结合，提升STEM职业教育水平。借力产教融合、科教融汇、职普融通相关政策措施，探索STEM领域高校与企业联合人才培育机制、深入挖掘研究院所及职能机构STEM拔尖人才教育模式，发展STEM职业教育，有效解决工程技术人才、科创人才培养与生产实践脱节的问题。

参考文献：

[1]中国教育科学研究院比较教育研究所.STEM教育政策国际比较研究[M].重庆：西南大学出版社，2022：8.

[2]杨体荣，沈敬轩，黄胤.美国STEM教育改革的主要阶段、实践路径与现实困境[J].比较教育学报，2023（3）：134-148.

[3]OSTP.Progress report on the implementation of the federal STEM education strategic plan[EB/OL].（2021-12-31）[2022-05-10].https：//www.whitehouse.gov/wp-content/uploads/2022/01/2021-CoSTEM-Progress-Report-OSTP.pdf.

[4]NSF.Directorate for STEM education[EB/OL].（2022-10-25）[2022-12-25].https：//new.nsf.gov/edu.

[5]NSF.Advancing informal STEM learning[EB/OL].（2015-11-04）[2022-12-03].https：//www.nsf.gov/pubs/2017/nsf17573/nsf17573.htm.

[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.

[7]NSF. Graduate research fellowship program[EB/OL].（1951-07-31）[2022-11-15].https：//www.nsfgrfp.org/contact/about-grfp/.

[8]BALUCH A. What to know about the teacher loan forgiveness program[EB/OL]. （2022-03-17）[2023-12-14].https：//www.foxbusiness.com/personal-finance/teacher-loan-forgiveness.

[9]NSF.Robert Noyce teacher scholarship program[EB/OL].（2023-05-08）[2023-12-21].https：//new.nsf.gov/funding/opportunities/robert-noyce-teacher-scholarship-program.

[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

编辑 朱婷婷 校对 吕伊雯