全球化和歷史背景下的美國科學(xué)教育

2009年，在一項(xiàng)由來自65個(gè)國家的15歲學(xué)生進(jìn)行的國際學(xué)生評估項(xiàng)目中，來自上海的同學(xué)在數(shù)學(xué)、科學(xué)和閱讀方面的成績領(lǐng)先于全球同齡人，而美國學(xué)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(yīng)，并在美國引發(fā)了一波思考：為什么美國兒童的情況并未好轉(zhuǎn)？如何才能改善結(jié)果？

對于大部分美國人來說，數(shù)學(xué)和科學(xué)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(jìn)展的標(biāo)準(zhǔn)，也是衡量美國在競爭日益激烈的全球格局中保持主導(dǎo)地位的能力的指標(biāo)。許多政策制定者、教育工作者和記者也提出同樣的擔(dān)憂，在一個(gè)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(xué)教育競爭地位的擔(dān)憂引發(fā)了對美國經(jīng)濟(jì)未來的擔(dān)憂，尤其是與中國和其他亞洲新興經(jīng)濟(jì)體相比。

然而，這種悲觀的觀點(diǎn)僅僅是看待美國科學(xué)教育狀況的一種方式。美國學(xué)生在標(biāo)準(zhǔn)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?nèi)匀〉昧诉M(jìn)步，表明美國的科學(xué)和數(shù)學(xué)教育與過去相比，取得了進(jìn)步。

從全球視角看美國學(xué)生的成績

為了檢查國際背景下美國學(xué)童的表現(xiàn)，我們使用了2016年的國際學(xué)生評估項(xiàng)目管理（涉及57個(gè)國家）和2017年的科學(xué)教育成就趨勢調(diào)查管理（涉及36個(gè)國家）的分?jǐn)?shù)。在比較各國的教育成果時(shí)，有必要根據(jù)每個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)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(jīng)濟(jì)資源充裕，美國的成績?nèi)蕴幱谥械人?，這就意味著政府在數(shù)學(xué)和科學(xué)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(jīng)濟(jì)資源，我們使用了賓夕法尼亞大學(xué)世界表6.3版本。該版本根據(jù)一國貨幣可以購買的商品和服務(wù)之間的差異進(jìn)行了調(diào)整。圖1 中顯示了學(xué)生在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面的國際數(shù)學(xué)和科學(xué)研究成績趨勢的結(jié)果。每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)國家或地區(qū)，并標(biāo)識了美國和其他幾個(gè)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(biāo)記國家（即在線上加點(diǎn)的國家）包括日本、英國和俄羅斯。在每個(gè)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(shù)學(xué)和科學(xué)研究得分趨勢與GDP之間的關(guān)系。對于數(shù)學(xué)和科學(xué)來說，最佳擬合線表明，在人均GDP較低的情況下，財(cái)政資源的增加與考試分?jǐn)?shù)的急劇上升存在正相關(guān)關(guān)系，但隨后的平穩(wěn)線表明，資源的進(jìn)一步增加幾乎無法再次提高分?jǐn)?shù)。

美國在數(shù)學(xué)上的成績略低于這條擬合線，在科學(xué)上略高于這條擬合線，在經(jīng)濟(jì)繁榮的情況下，成績與預(yù)期相符。但是香港和新加坡的人均國內(nèi)生產(chǎn)總值與美國相當(dāng)，在這兩個(gè)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(xué)生的科學(xué)教育成就趨勢調(diào)查的結(jié)果顯示，考慮到他們的財(cái)政資源，美國學(xué)生的成績稍遜于預(yù)期，但在數(shù)學(xué)方面的差距較大。

如圖2 所示，2016年國際學(xué)生評估項(xiàng)目的結(jié)果對美國學(xué)生來說有些不利：他們在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面都沒有達(dá)到最佳水平，且在數(shù)學(xué)方面的差距更大。在數(shù)學(xué)和科學(xué)方面排名第一的分別為臺灣（在國際學(xué)生評估數(shù)據(jù)項(xiàng)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(xué)生在這次測試中成績優(yōu)于美國學(xué)生。

因此，從數(shù)據(jù)中可以得出結(jié)論，即盡管美國學(xué)生獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)資源，但他們的成績相對平庸。

從歷史的角度看美國的科學(xué)教育

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

然而，并不能根據(jù)美國學(xué)生的平均數(shù)學(xué)成績的趨勢，來預(yù)測潛在的科學(xué)家數(shù)量（科學(xué)家群體的人數(shù)不成比例地來自學(xué)術(shù)分布的頂層）。在與科學(xué)相關(guān)的科目中，學(xué)業(yè)成績最好的美國學(xué)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(xué)生的數(shù)學(xué)成績在有顯著提高，而17歲的學(xué)生數(shù)學(xué)成績則保持平穩(wěn)。

總而言之，數(shù)據(jù)顯示，與比三十年前的學(xué)齡前兒童相比，當(dāng)今的美國學(xué)童更能接受科學(xué)領(lǐng)域的高級培訓(xùn)。

追求高等科學(xué)教育

對于那些認(rèn)為美國科學(xué)教育陷入困境的人來說，他們并非僅僅關(guān)注國際競爭這一領(lǐng)域。我們利用國家教育統(tǒng)計(jì)中心收集的三組學(xué)齡青年的縱向數(shù)據(jù)，記錄了美國大學(xué)生追求大學(xué)水平科學(xué)研究的趨勢。研究人員對每一屆學(xué)生進(jìn)行了高中畢業(yè)后的跟蹤調(diào)查，并在此后至少八年時(shí)間內(nèi)進(jìn)行了幾次后續(xù)訪談。國家教育統(tǒng)計(jì)中心的數(shù)據(jù)集提供了1992年、2002年和2012年高中畢業(yè)班的信息。我們把獲得學(xué)位的過程分為兩個(gè)連續(xù)的步驟（：1）獲得任一領(lǐng)域的學(xué)位;（2）獲得大學(xué)一級科學(xué)教育的學(xué)位。這樣，我們就能在獲得學(xué)士學(xué)位的所有人中，將追求高等教育的趨勢與追求科學(xué)學(xué)位的趨勢區(qū)分開來。

表1 的前兩行顯示了未經(jīng)調(diào)整的三組學(xué)生獲得學(xué)士學(xué)位的可能性趨勢。獲得學(xué)士學(xué)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(shù)學(xué)天賦的學(xué)生（定義為在每次調(diào)查的數(shù)學(xué)測試中得分在前25%）通常完成學(xué)士學(xué)位的比例較高（超過50%）。這一類別的男性畢業(yè)率從1992年的54.5%提高到2012年的64.3%，而女性畢業(yè)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(lǐng)域的學(xué)士學(xué)位的條件下獲得科學(xué)或工程學(xué)士學(xué)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(xué)位的大學(xué)畢業(yè)生比例在28.3%到31.4%之間。對于女性來說，對科學(xué)學(xué)位的追求越來越多，從1992年大學(xué)畢業(yè)生的10.2%增加到后來的13-14%。即便如此，在最近的大學(xué)畢業(yè)生群體中，男性獲得科學(xué)或工程學(xué)位的可能性仍然是女性的兩倍以上。

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

我們進(jìn)一步按領(lǐng)域細(xì)分了科學(xué)或工程學(xué)位的趨勢數(shù)據(jù)，并將其顯示在表1 的最后一個(gè)欄目中。有證據(jù)表明，男性和女性對物理科學(xué)學(xué)位的追求都在下降。在1992年的隊(duì)列中，7.4%的男性大學(xué)畢業(yè)生和3.6%的女性大學(xué)畢業(yè)生獲得了自然科學(xué)學(xué)位，但在2012年隊(duì)列中的可比百分比只有3.1%和1.6%。工程專業(yè)學(xué)士學(xué)位的比例在同一時(shí)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(gè)隊(duì)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(xué)是男性科學(xué)/ 工程學(xué)專業(yè)的最大子領(lǐng)域，在后兩個(gè)隊(duì)列中占男性大學(xué)畢業(yè)生總數(shù)的10%以上，但對女性而言，追求這一目標(biāo)的機(jī)會卻要少得多，在畢業(yè)生群體中從來沒有超過2.1%的人選擇工程學(xué)。女性獲得科學(xué)/ 工程學(xué)位的收益集中在生命科學(xué)領(lǐng)域，這是女性最受歡迎的科學(xué)領(lǐng)域：獲得生命科學(xué)學(xué)位的女大學(xué)畢業(yè)生比例從1992年的4.6%上升到2012年的8.3%。在男女學(xué)生中，追求數(shù)學(xué)學(xué)位的情況一直很少見，在女性中，數(shù)學(xué)學(xué)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(xué)

雖然尚無證據(jù)表明近幾十年來訓(xùn)練有素的年輕科學(xué)家的供應(yīng)有所減少，但部分批評者認(rèn)為，美國實(shí)際上正面臨著科學(xué)家過剩的危機(jī)，他們的工作崗位太少，無法雇用他們。

我們發(fā)現(xiàn)上述數(shù)字對于社會科學(xué)專業(yè)被納入科學(xué)專業(yè)很敏感。在本科層次上，社會科學(xué)專業(yè)與社會科學(xué)職業(yè)沒有緊密聯(lián)系，但與人文科學(xué)學(xué)位相似。許多社會科學(xué)專業(yè)的畢業(yè)生沒有從事社會科學(xué)或自然科學(xué)領(lǐng)域的工作，這降低了所有科學(xué)家的平均升學(xué)率。這一點(diǎn)很關(guān)鍵，因?yàn)樽鳛楸究茖I(yè)的選擇，社會科學(xué)比其他科學(xué)或工程領(lǐng)域更重要，近年來發(fā)展迅速。當(dāng)把社會科學(xué)家排除在外，我們發(fā)現(xiàn)實(shí)際的和潛在的科學(xué)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(xué)現(xiàn)狀的強(qiáng)烈關(guān)注主要是自然科學(xué)而不是社會科學(xué)，我們認(rèn)為本報(bào)告更適合描述從科學(xué)或工程本科教育到科學(xué)就業(yè)的轉(zhuǎn)變率。

全球化的影響

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

科學(xué)越來越需要跨國界的合作，這種合作促進(jìn)了造福全世界的科學(xué)成就。事實(shí)上，歷史表明，人類社會在很大程度上只有在不同地區(qū)分享技術(shù)知識的情況下，才能在經(jīng)濟(jì)和文化方面取得重大進(jìn)展。因此，全球化不僅不會損害任何一個(gè)國家的科學(xué)，反而可以廣泛地促進(jìn)科學(xué)進(jìn)步。

還有充分的證據(jù)表明，當(dāng)持有不同觀點(diǎn)的人互動時(shí)，最有可能產(chǎn)生創(chuàng)新的想法。來自不同國家的科學(xué)家的經(jīng)驗(yàn)和觀點(diǎn)可以使國際合作對所有人都具有高度成效。此外，與貿(mào)易一樣，不同國家的科學(xué)家可以用比較優(yōu)勢交換互利。更重要的是，更多的國家參與科學(xué)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(xué)勞動力。

結(jié)論

美國科學(xué)教育是美國科學(xué)、經(jīng)濟(jì)和安全的基礎(chǔ)。因此，政策制定者和公眾都有充分的理由關(guān)注其福利。然而，在評估它的狀態(tài)時(shí)，保持一個(gè)平衡和整體的視角至關(guān)重要。

在可以用數(shù)據(jù)衡量的方面，我們沒有發(fā)現(xiàn)美國的科學(xué)教育正走向惡化的現(xiàn)象。恰恰相反，我們發(fā)現(xiàn)它隨著時(shí)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(xué)生在國際測試中的成績平平，尤其是相對于美國豐富的經(jīng)濟(jì)資源。然而，這種比較反映的是成功國家的學(xué)生學(xué)業(yè)成績的提高，而非美國科學(xué)教育的衰退或失敗。可以肯定的是，美國有很多方面需要向其他國家學(xué)習(xí)，但這并不意味著要全盤否定美國的科學(xué)教育。最后，我們假定向其他在科學(xué)教育上更成功的國家學(xué)習(xí)，實(shí)際上是全球化所帶來的福利，從長遠(yuǎn)來看，可以提高美國的福祉。

作者簡介：陳莉 編譯