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美國理科教育(2)教育與國力(上) 2011-01-17 16:36:00
把中小學教育,特別是理科教育,看作“國家競爭力”的根本所在,可說是美國二戰後的傳統了。1957年蘇聯第一顆人造衛星伴侶號(Sputnik)發射成功,在美國引起舉國震動,以及對科學和教育政策的全面反省。從那以後,聯邦政府在科學教育上的支出翻了幾倍,科學也在公眾眼中從“實驗室怪人”變成了財富和國家安全的源泉。十多年後,美國終於率先登月,贏得了“空間競賽”。到了八十年代初,面對美國七十年代的經濟困難和日本和德國的強力競爭,國家教育促進委員會(NCEE)發表了報告“危機中的國家”(A Nation at Risk),認為中小學教育的缺失威脅到了美國的領先地位,必須立即改革。這個報告的很多建議,特別是重視標準考試的做法,被採納進了1994年通過的“2000年目標”(Goal 2000)法案和2001年通過的 “不讓一個孩子掉隊”(No Child Left Behind)法案中。2005年,面臨全球化帶來的新挑戰,美國國會要求美國科學院研究美國科技的現狀和對策。2007年,科學院發表了報告“未雨綢繆”(Rising Above the Gathering Storm),把中小學理科教育列為重大“整改”對象之一。報告的作者大多數是高科技公司的現任或前任高級主管,也有一些學校研究科技政策的教授。同年八月,國會通過了“美國競爭力法”(America Competes Act),採納了報告中的一些建議,包括在7年內讓國家自然基金,國家標準技術實驗室和能源部科研辦公室的經費加倍,以及一些增進中小學理科師資的措施。這個法案在2010年得到了5年的延長。與此同時,國家科學院,國家工程學院和醫學學院提交了“未雨綢繆”更新版,闡述這五年來的情況變化和更新後的建議。報告認為過去五年中國家的競爭力情況更加惡化,面臨的風暴已達到“最高級”。正好這時新的PISA成績公布,奧巴馬總統聲稱美國又面臨“衛星時刻”(Sputnik Moment),誓言致力加大科學和教育的投資。每當談到全球化挑戰,“加強教育和訓練”總是政治家們提出的對策之一。然而五十多年來,似乎教育落後於國家需要的情況從未改善過。

中小學理科教育是否拖了國家競爭力的後腿?我們是否應該加大中小學和大學理科教育的投入?這是本文要討論的題目。

關於美國理科教育面臨的問題,除了上一篇文章中討論過的國際測驗成績問題外,“未雨綢繆”更新版【注1】還列舉了一些其他問題。其中包括:
◇大約30%的美國年輕人不能按時高中畢業。美國的高中畢業率是工業國家中名列20位。
◇美國中小學生在國際測驗中落後,在國內測驗中,40年中沒有多少進步。然而扣除物價因素後,美國2007年每個學生的花費是1973年的兩倍多。
◇美國選修教育專業的學生在國內國際都是中等偏下。46%的教師在頭五年間離開這個職業。
◇中國的清華和北大是美國博士學生的最大來源。2001年,51%的美國專利由非美國公司取得。
◇大約三分之一在美國的製造業表示他們面臨技術人才短缺。

大約在同時(2010年9月),白宮科學技術顧問發表了“訓練與激勵:事關美國前途的中小學理科教育”(Prepare and Inspire: K-12 Education in Science, Technology, Engineering and Math (STEM) for America’s Future)【注2】,這是給美國總統作為決策依據的報告。報告中提到了更多的問題:
◇在美國,大約三分之一的學士學位是理科的。而在中國和日本,這個比例分別是53%和63%。
◇美國一半以上的理科研究生來自國外。
◇許多優秀的理科學生被吸引到其他領域。
◇美國目前注重幫助學習困難的學生。但是我們需要對優秀學生給予更多的注意和資源。
◇即使最好的中小學也缺少能夠激勵學生的理科老師。太多美國學生認為理科科目太沉悶和太困難。

以上這兩篇報告大致反映了“主流意見”:美國的理科教育問題多多,而解決的辦法是加大投資力度,培養更多的教師和吸引更多的學生。這裡有些問題我將在其他文章中討論。在本文中,我將主要討論以下問題:美國理科學生的數量與質量是否影響了國家的競爭力?

根據以上兩篇報告,對這個問題的回答應該是肯定的。主要論據是:美國理科學生的數量和質量在國際上都有差距;有很多美國公司面臨人才短缺;美國技術人才依賴外國的情況嚴重。

但是,另一方面的聲音也很強烈【注3,注4】。他們認為,美國的理科人才是供過於求。過去幾十年來,每年各種學位的理科畢業生(美國公民和永久居民)都穩定在理科職位增長數的三倍左右。從1977年到2002年,美國學士,碩士和博士學位中理科的比例分別穩定在20%,30%和60%左右,而絕對人數有所增加【注5】。而且美國學生的質量也不差。美國中學科學課程的數目和修課人數的比例在過去幾十年來都有增加。2006年,大學新生的SAT數學成績是歷史上最高的,比1996年高了近15分,比1986年高了20分。關於國際上的對比,上篇文章已經分析過。美國處於中游,但表現歷年來沒有下降【注5】。對工程和技術公司主管的調查表明,他們不認為申請的人不夠多,或者申請人的數學和科學技能不足。問題是,他們找不到所需的特定技術和經驗的人才【注6】。

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【1】 Rising above the gathering storms revisited,2007,www.aps.org/policy/reports/upload/rags-revisited.PDF
【2】 http://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/pcast-stemed-report.pdf
【3】 H. Salzman and L. Lowell, “Making the Grade”, Nature vol. 453 (2008), 28-30, doi:10.1038/453028a, http://www.nature.com/nature/journal/v453/n7191/full/453028a.html
【4】 B. L. Benderly, “Does the U.S. Produce Too Many Scientists?” Scientific American (2010), http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=does-the-us-produce-too-m
【5】 Lowell, B. L. & Salzman, H. Into the Eye of the Storm: Assessing the Evidence on Science and Engineering Education, Quality, and Workforce Demand (Urban Inst., Washington DC, 2007). http://www.urban.org/UploadedPDF/411562_Salzman_Science.pdf
【6】 Lynn, Leonard, and Hal Salzman. 2002. “What Makes a Good Engineer? U.S., German, and Japanese Perspectives.” Presented at Proceedings. The European Applied Business Research Conference, in Rothenburg, Germany, June.
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文章評論
作者:歐陽峰 留言時間:2011-01-19 18:32:08
鶯歌燕語,昭君,皇兄:

的確,專業人員去當老師是個好主意。20年以前有個紀錄片 Stand and Deliver 就是講一個程序員辭職去教高中數學,幫助一群連乘法都做不來的拉丁裔學生通過微積分AP考試。其中很多情節很感人。

我現在也在中文學校教初中和高中數學,(不過是課外輔導,準備競賽的)。一年多來的體會,一個是學校教的基礎真差(即使是最好學區裡的尖子學生),一個是教孩子不光是知識問題,如何啟發孩子的興趣和動力真是門大學問。所以我對老師的尊敬又增加了不少。
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作者:皇城根兒 留言時間:2011-01-19 09:05:41
鶯歌燕語的思路的確很有創造性。 如昭君所說,是雙贏。但也有不好的一面,就是工作市場的減小。
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作者:昭君 留言時間:2011-01-18 19:52:43
鶯歌燕語說得不錯,這種 “alternate certificate”項目,對其他教育背景和工作經驗的成年學生進行短期培訓(一般要求至少在所學領域有五年以上工作經歷,還有其他條件),然後就可以獲得教師資格上崗就業(有的會在合同中要求你去特定的學校,尤其是師資欠缺的inner city學校)。這的確是一個 win-win solution 。
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作者:鶯歌燕語 留言時間:2011-01-18 18:41:58
“其實在目前的經濟情況下,把中小學(特別是高中)教師作為工程技術人員退休前的“過渡工作”,既提供一個相對輕鬆又能發揮餘熱的崗位,又讓學生接觸到在“現實世界”里打拼過的人,還可以作為橋梁給學生提供去其他單位實習的機會,豈不是一舉幾得?”

其實,前幾年我住的郡是這樣做的,而且,哪些人可以經過短期訓練就上課堂,然後給他們一段時間完成資格認證。我小女兒有過一個老師就是從金融界來的。認識一個老中從IT下來到中學教物理了。

美國學生難弄,可能也是一個原因。我去學校幫忙,還沒半小時,頭就痛了。
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作者:歐陽峰 留言時間:2011-01-18 16:46:48
怡然:謝謝你的支持和欣賞。的確,美國對於教育有很深的危機感,也應該如此。但是對於如何改進,卻眾說紛紜,而且即使形成共識,也由於政治和其他原因不能實施。所以歸根結底,指望學校是不行的。我們華人家長,還需自求多福呢。
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作者:歐陽峰 留言時間:2011-01-18 16:30:39
昭君:

對蔡愛米的文章我不想評論,因為正如你說,那主要是賣書的炒作,也許不代表她真實的想法。鶯歌燕語已經指出了她書中內容與文章並不一致。

關於教師質量,的確是個問題。其實教師待遇如何,也是見仁見智的。他們的平均工資比同等學歷的其它工作(如工程師)要低,但他們只要工作九個月。如果願意的話,夏天能做很賺錢的家教等工作。而且教師工作是鐵飯碗,醫保,退休福利等都比工程師工作好很多。所以我覺得待遇並不是主要原因。而教師工會維護的只看年資,不看業績的晉升和報酬系統,是不是使得有上進心的青年人避開這個行業呢?這只是我的猜想。其實在目前的經濟情況下,把中小學(特別是高中)教師作為工程技術人員退休前的“過渡工作”,既提供一個相對輕鬆又能發揮餘熱的崗位,又讓學生接觸到在“現實世界”里打拼過的人,還可以作為橋梁給學生提供去其他單位實習的機會,豈不是一舉幾得?但是由於教師要求特別的資格認證,這個想法也很難實現。

其實我覺得“選擇職業的時候受到市場價值影響的“功利”心態”並不是壞事啊。市場價值反映了市場需求,應該作為擇業的指南嘛。當然有些行業的薪酬(如金融業)在我看來是扭曲了,並不反映他們創造的社會價值。但那是另一個問題了。在美國,科學家絕對是辛苦又不賺錢的行當。所以只有真正熱愛科學的人才會選擇搞科學。這其實是個很好的選擇機制。但是近幾十年來,許多外國學生(可能也包括我自己吧,呵呵)把來美國搞科學作為移民的跳板。這也造成了這個市場的混亂。這個問題,在我的下一篇中還要說到。
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作者:歐陽峰 留言時間:2011-01-18 16:16:25
皇兄:你說“特別是在理工方面,不是缺少合格的科學家,而是缺少合格的普通工程師。”我在下篇中還要講到這個問題,但結論可能你會不同意。關於美國高科技工業的現狀,我在《世界是平的》書評中(下一篇會給出鏈接)更詳細地談到。歡迎你的關注和反駁。
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作者:怡然 留言時間:2011-01-18 06:23:58
謝謝歐陽這麼旁徵博引有理有據的好文章,包括前面兩篇。看來美國從上到下對於其教育現狀的危機感並非空中來風,你文中例舉出的一系列數據尤其能說明問題,正是事實勝於雄辯。
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作者:皇城根兒 留言時間:2011-01-17 21:38:34
是的,美國中小學教育體制上的問題的確很嚴重。但不影響真正天才的產生。是金子在哪兒都發光,家庭的經濟條件的因素不應很大。美國學生的問題是兩極分化。好的很好,爛的很爛。特別是在理工方面,不是缺少合格的科學家,而是缺少合格的普通工程師。這是很危險的。美國現在就處在這樣一個危機中。可以有好的創新和發明。但卻無法將其有效應用。很多產品的設計和製造在市場上缺少競爭力。這不是簡單的勞工成本問題。
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作者:歐陽峰 留言時間:2011-01-17 18:40:01
皇兄:很同意你的說法。就像中國的農民,工人都比美國多,這不是問題;但為什麼博士,大學生比美國多就成了問題呢?

是的,美國尖子不容易被埋沒。美國在國際學術奧林匹克上的表現都不錯(當然很多選手是新移民的孩子),而且大多數選手都沒有經過從小的特別訓練,只有學校的教育和最後半年左右的訓練。但是另一方面,美國教育制度也有不少問題,使得窮人和少數民族不能受到很好教育。他們之中恐怕也有被埋沒的天才呢。這個問題我以後還會談到。
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作者:昭君 留言時間:2011-01-17 18:38:49
歐陽:
你這篇宏觀分析教育與國家競爭力的文章,可能正好為眼下“如火如荼”的關於“中國式教育”的辯論提供了一個很好的背景。從你文中提供的這些信息可以看出,美國公眾和政府對自己國家的教育體系存在的問題產生了“憂患意識”由來已久, 而在全球化的競爭中, 面對來自其他國家(尤其是發展中的大國比如中國和印度)的人才的競爭,這種憂患意識在現在達到了頂峰。所以,在這個框架中來看愛米蔡的文章(她的targeted audience是美國人), 就不難理解這個“天時地利”的現象了(當然她的這篇文章更大程度上來說是一個marketing tool, 看看她的書短短一個禮拜之間就已經爬到了Amazon.com自傳類書籍的銷量首位, "overall" 銷量第六就可以看到這個策略的成功)。只是有意思的是,當美國人在反思自己的教育理念和教育體系的不足的時候,我們這些對兩種體制都有親身體會的中國父母,倒對蔡的“extreme”的教育方法幾乎是一邊倒地否定,不能不說是“物極必反”的絕好例子,呵呵。Hopefully there will be a convergence of the extremes in the future:).

具體說到文中提到的一些因素,我覺得很重要的一點是“美國選修教育專業的學生在國內國際都是中等偏下。46%的教師在頭五年間離開這個職業。” 我所在的大學,教育學院的學生的入學要求就比其他專業的要低不少,而且畢業的要求似乎也不高,所以其他專業的教授們常常拿這個來開玩笑,說當老師的水平都只能這樣, 怎麼要求我們的學生能很出色呢。這個現象的成因,我並不太清楚,但想來不外乎是因為教師這個職業在傳統上是“不吃香”的行業,因為收入不高, 所以這又是“市場規律”在起作用了。但最近幾年因為教師短缺,不少學區(尤其是富有的學區)紛紛提高教師待遇, 尤其如果有教師工會的話,中小學教師的收入水平已經提高了不少, 所以這個問題也許可以得到緩解.

至於美國學生較少選擇理科,和“許多優秀的理科學生被吸引到其他領域”,可能也是由市場機制決定的。所以,從教育這個層面來講,似乎完全依靠市場需求來調節並非最佳的對策。當然,這種在選擇職業的時候受到市場價值影響的“功利”心態,也不是只有美國才有。據說現在中國的中學生們心目中的最理想的職業早就不再是我們讀書那會兒的“科學家”“發明家”了,而是“企業家”,“金融專家”,呵呵。

Just my two cents:).
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作者:皇城根兒 留言時間:2011-01-17 18:31:54
美國的科技創新基本上靠第一代或第二代移民。二代以後的基本上都是混混兒。所以只要美國的移民政策不變,數理化的問題不足為慮。另外,美國教育體系裡的各類“小灶”名目繁多,所以真有天份的也埋沒不住。
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