美國研究生STEM教育改革：現實需求、核心內容與基本特征
——基于對美國《21世紀研究生STEM教育》報告的分析

武加霞，薛 棟

（天津職業技術師范大學 職業教育學院，天津300222）

研究生教育是滿足新時期經濟社會發展對高層次人才需求的重要途徑，是國家人才競爭和科技競爭的重要支柱，是實施創新驅動發展戰略和建設創新型國家的核心要素，是科技第一生產力、人才第一資源、創新第一動力的重要結合。［1］通過對中美STEM（Science，Technology，Engineering，Mathematics）教育研究文獻的計量學分析，美國STEM教育研究涉及所有學段教育，而我國STEM教育研究主要集中在基礎學段。［2］因此，本文通過分析《21世紀美國研究生STEM教育》報告，了解美國研究生STEM教育的發展背景，分析美國研究生STEM教育改革的核心內容，對我國研究生教育，尤其是新工科背景下研究生人才培養具有一定的借鑒意義。

一、美國研究生STEM教育改革的現實需求

美國研究生STEM教育體系隨著企業研究的出現而出現，一直為美國企業提供人才支撐，其教育標準被稱為世界上研究生STEM教育的“黃金標準”。然而，研究方法和技術的不斷創新、工作性質的變化、人口結構的變遷以及需要STEM專業技能的職業范圍的擴大，都對美國當前研究生STEM教育體系能否滿足21世紀的全部需求提出了質疑。對雇主的調查也顯示研究生STEM教育項目并沒有使研究生產生將知識轉化為適應多種職業的能力，這些都影響了美國研究生STEM教育的質量。為了應對這些問題，在2018年美國發布《推動研究生STEM教育大變革》的文件之后，美國國家科學院、工程院和醫學院（the National Academies of Sciences，Engineering，and Medicine）任命了振興21世紀研究生STEM教育委員會（the Committee on Revitalizing Graduate STEM Education for the 21st Century）來負責審查美國研究生STEM教育的現狀，研究該教育系統如何最好地服務廣大學生和滿足更廣泛的社會需求，2018年9月21日，正式發布了《21世紀研究生STEM教育》報告。

二、美國研究生STEM教育改革的核心內容

（一）核心能力重新界定與在線課程廣泛應用：碩士STEM教育改革的核心內容

在美國，STEM教育的碩士學位由核心能力定義。美國《21世紀研究生STEM教育》將碩士研究生的核心能力重新界定為：學科能力，指特定于某學科或多學科的能力，它們可用于定義學科的參數；專業能力，指專業實踐所需的知識、技能、能力和性格，包括通過許可證書考試或獲得其他實踐證書所需的能力；可轉移能力，指超越任何特定學科但對于獲得成功至關重要的技能，例如溝通能力、領導能力、時間管理能力等；研究能力，指運用科學方法，進行統計分析，以系統方式進行實地調查的能力，以及能夠理解研究責任和誠信重要性的能力。［3］此次改革中，學科能力的變化主要是從強調STEM碩士研究生的單學科能力、多學科能力轉向跨學科能力；專業能力則是圍繞STEM碩士研究生以就業為目的的發展方向，要求碩士研究生獲得更多的獲取行業證書的能力；可轉移能力的改革同樣圍繞著STEM碩士研究生就業的目的，增加了實際工作中需要的時間管理等能力；研究能力的改革則是側重于STEM碩士研究生研究誠信的發展。

美國碩士STEM教育的時間比博士短，且美國STEM碩士研究生中部分來自于正在工作的人員，經常出現因與現有工作職責沖突造成學生無法完成碩士學位課程的情況。因此，在此次改革中提出碩士STEM教育的進行可以通過完全在線課程或包括面對面和在線課程在內的混合式學習實現。在線課程主要通過在線證書課程的申請，在在線學習網站中進行。比如，哈佛大學和麻省理工學院創立的edX，在14個院校啟動了“微碩士課程”計劃，這個計劃可以讓學生在日常工作之余網上學習，并且學習內容可以轉換為學分，實行學分制，并且學分可以在學生的其他學習階段使用，［4］完成學習后，學校會給學生頒發證書，這是雇主識別碩士研究生的重要標準。

（二）核心能力界定與課程類型擴充：博士STEM教育改革的核心內容

美國STEM博士研究生畢業后進入多種職業，包括學術職業和非學術職業，博士研究生提出了對學術能力和非學術能力的雙重需求。因此，未來STEM教育中博士研究生應該掌握的核心能力主要為：學術能力和非學術能力。學術能力包括學科能力、專業能力和研究能力；非學術能力包括可轉移能力。學術能力中的學科能力要求STEM博士研究生至少學習一個STEM學科的深厚專業知識，同時還要掌握足夠的跨學科知識；專業能力要求博士研究生具備實施研究項目和進行教學所需的能力，例如預算編制、項目管理或教學能力；研究能力要求博士研究生能夠發現研究問題，就研究問題設計研究策略，包括相關的定量、分析或理論方法，探索問題的組成并解決問題，評估每個實驗或研究的結果，掌握嚴格的調查標準和進行成功研究所需的定量、分析、技術和工藝技能，學習該行業內科學家和工程師的道德責任、道德標準。非學術能力中的可轉移能力指不受學科和工作限制，可在多個學科和多項工作之間轉移的能力，主要包括領導力、溝通能力、團隊合作能力、滿足客戶需求的能力等。［5］在這次改革中，學術能力主要強調STEM博士研究生的跨學科能力、項目管理能力、教學能力和掌握多種研究工具的能力的培養，非學術能力則更多強調博士研究生與人交流和團隊合作能力的培養。

傳統的博士STEM教育課程只注重對學生學科能力的培養，忽視學生可轉移能力的發展。并且，隨著博士研究生越來越多地成為本科STEM教育的師資儲備力量，博士期間的課程日漸不能滿足學生教學能力的發展需求。因此，此次改革指出增加有關可轉移能力的課程，比如，在化學教育中，美國博士研究生課程已經將有關領導能力和管理能力的課程加入到了核心課程中，［6］讓學生根據自身意愿選擇自己感興趣或需要的課程；增加有關教學知識和教學訓練的課程，博士研究生可以在學習該項課程中將教學知識和STEM專業知識結合，以發展在該項專業中的教學能力，為后續的教學工作做準備。

三、美國研究生STEM教育改革的基本特征

（一）學生和行業的發展需求呼吁多元主體提供STEM研究生培養全過程數據

美國科學領導者、專業組織和資助者都支持下一代STEM人才的培養，但是他們發現在人才培養過程中出現了一個重要問題，即關于教育和培訓成果的公開可用信息比較缺乏。一方面，由于缺乏此類信息，學生在入學前無法清晰了解該專業是否符合自己的興趣，在學習中無法對其研究生教育中的活動做出明智的選擇，畢業后也無法了解職業中的信息以做出正確的職業選擇。另一方面，美國移民研究中心的一份報告指出美國當前STEM畢業生仍有大部分正在尋找工作，這與之前傳播的“STEM人才短缺”相悖。［7］隨著研究生數量的增長，美國官員未對勞動力人數問題明確其觀點，使得學生根據傳聞信息選擇職業，這就造成了將要選擇這條路或者對這條路感興趣的學生對他們以后將要從事相關工作的可靠性產生懷疑，造成行業對人才的需求與學生實際選擇出現偏差，出現信息不匹配的情況。因此，給出研究生教育的透明數據已經迫在眉睫。

美國研究生STEM教育中多元主體參與了STEM研究生從“學習前”到“學習中”再到“學習后”的數據收集。首先，在STEM研究生入學前，聯邦政府機構可對有意向進入研究生學習的人口數據進行收集，比如，美國國家科學基金會的國家科學與工程統計中心就特別關注了學士學位后的人口數據，調查了有意向進入碩士階段學習的人口數據；學校可收集學生潛在特征的數據、GRE成績數據，以及根據其他入學前評測指標測量出來的數據。其次，STEM研究生入學后，學校需提供研究生課程設計的相關數據，主要有碩士和博士學位的教育成果，包括論文、研究成果、碩士和博士學位的完成率，修讀學位的時間等；專業協會，比如美國研究生院理事會與研究生成績考試理事會，可收集有關研究生招生和學位的數據；［8］美國國家教育統計中心可進行各種評估，獲取各學科關于研究生水平的數據；聯邦或州政府、私人基金會、學校等可收集包括研究生的經濟資助數據、國家工資數據和其畢業經歷中所需的費用數據等在內的信息。［9］最后，STEM研究生畢業時，聯邦政府機構先提供有關職業選擇的數據，比如，美國勞工統計局提供按教育程度劃分的職業結果數據；美國聯邦或州政府、私人基金會、專業協會、企業、學校等雇主需要提供有關研究生畢業生的人口統計數據，以及研究生的職業成果信息，比如，密歇根大學的創新與科學研究所以及明尼蘇達大學都提供了數據平臺，可以跟蹤博士在不同職業的軌跡，包括學術界、政府和行業中的工作。［10］

（二）人才多樣性的缺失推動多途徑建設公平、包容的學習環境

美國國立衛生研究院院長弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins）和副院長勞倫斯·塔巴克（Lawrence Tabak）指出現在STEM學生群體和勞動力缺乏多樣性。人才多樣性的缺失導致了思想多樣性的缺失，而美國科學界的巨大成功源自科學人才的多樣性。許多學者認為當一群聰明的人致力于解決難題時，問題解決者的多樣性比他們個人的能力更重要，來自不同背景的人往往傾向于以不同的方式對待工作和解決問題，這些差異可以帶來促進創新所需的新觀點，［11］小組成員的不同生活經歷形成的各種觀點有益于科學創造力的發展。［12］因此，為了確保所有學生都能夠進入STEM教育中學習，保證美國STEM人才的多樣性，美國需要創設一個公平和包容的學習環境。

為了創設公平與包容的學習環境，首先，要提高研究生課程設計、課程內容的公平性與包容性。課程設計要考慮不同學生的背景，考慮學生的文化差異性和社會差異性，考慮學生在學習中的需求和價值觀；［13］課程設計要將職業培訓納入其中，結合職業多樣性以及參考行業專家的意見推進；課程設計要具有靈活性，為每個學生的學習和職業準備量身定制；課程內容要融入公平、包容的文化，融入職業活動的內容或案例，以及融入推動學生未來多方向就業的理念。其次，提高師資力量的匹配性。為了適應學生多樣性的特征，教師需要具備為不同學生提供指導的能力；教師應發揮在環境創設中社會認同作用，［14］使學生產生社會認同感，進而提高學生的入學率和畢業率；同時，學校在招聘時應注重從代表性不足的群體中選擇教師。再次，招生政策的再審視。學校在招生過程中重新審視招生政策，擴大對學生優勢的識別，比如識別包括毅力和韌性在內的潛在特征；同時，聯邦政府提出完善對學生的考核標準，不再單純以GRE分數和標準化考試作為學生入學唯一的測量方法，［15］可使用有關完成率和其他指標來衡量學生。最后，提高激勵機制的多樣性、公平性和包容性。聯邦和州政府、私人資助者、專業協會、企業等研究生補助獎學金的提供機構可以在其資助標準和獎勵政策中納入多樣性、公平性和包容性指標，調整其贈款獎勵政策和籌資標準，采取綜合策略評估學生學習研究結果；同時，研究生STEM教育相關的企業可以為種族背景不同、生活階段不同、社會經濟地位不同、性別不同和其他特征不同的學生創造公平、包容的制度環境。

（三）研究生學習體驗的提升呼吁技術素養、專業知識、道德與職業倫理和決策意識的培養

美國研究生STEM教育中研究生學習體驗是增強學生對專業、職業認知的重要組成部分，提升研究生學習體驗主要從技術素養、專業知識、道德與職業倫理、決策意識四方面展開。STEM教育因為其學科的特殊性，研究生多數通過實驗項目學習，所以對研究生技術素養要求較高，技術素養是提升研究生學習體驗的基礎條件；專業知識學習是研究生學習體驗的主體部分，通過專業知識學習學生不僅能夠掌握學科和跨學科的理論知識，還可提高專業技能；學生通過道德與職業倫理的發展能夠了解行業誠信與道德標準，一方面提高學生的職業歸屬感，另一方面提高學生的職業素養，利于提升學生相關專業的學習體驗；讓學生參與決策可增加學生對學校研究生教育決策的認同感，從而增加學生對所選專業和未來職業的信心，同時還可以為學生參加學術之外的活動提供機會，提高學校環境的包容感，拉近學生與院校之間的關系，這些可豐富學生的學習體驗。

21世紀的美國研究生STEM教育應使學生可以獲得廣泛的技術素養，并擁有其感興趣領域的專業知識，在學習知識后學生可以有機會更好地了解與工作相關的道德與職業倫理問題。研究生STEM教育中鼓勵學生在接受教育和職業培訓的過程中了解、發展STEM教育以及相關職業中使用、管理、評價技術的能力；鼓勵學生掌握、實踐某一核心學科的深厚知識和多學科的專業知識；學生可積極探索各種職業，通過課程學習、研討會、實習或者其他的現實生活經歷等，在“邊做邊學”中了解行業誠信、道德倫理；學生還可積極參與研究生教育的決策，通過參與決策研究生和院系之間建立更有效的溝通渠道，讓學生與行政部門和教職員工就影響研究生教育的決定進行交流。這些渠道將促進雙向溝通，為學生提供反饋機制，讓管理人員和教師更好地了解學生對重要問題的看法。

四、啟示與借鑒

（一）多個利益主體共同參與研究生的培養

美國研究生STEM教育體系中，參與者包括聯邦和州政府、私人基金會和其他非政府組織、高等教育院校、研究生院、教師、專業協會、行業、政府和其他組織、研究生等。這些利益主體在研究生STEM教育中的數據收集、獎助學金資助、課程設計等多方面都發揮著重要作用。在我國，目前研究生就業去向多樣化，很多研究生不只進入高校或科研單位進行學術工作，還有很多開始進入企業或其他單位工作，而目前研究生的培養依然是學校和政府占據主導地位，其他相關利益主體較少參與，導致了部分研究生培養與市場需求脫節。因此，我國研究生培養中應改變政府和高校主導的現狀，將行業、企業、社會組織等納入進去，具體體現為改變以往政府辦學、學校自主設定學生培養方案的做法，轉向打造多元主體參與學校專業建設、專業布局、人才培養方案制定、學校實踐活動組織、課程開發、課程設計、內容實施、師資力量培養與培訓，以及為學校提助教學配套設備、資源、設施的局面。

（二）基于頂層設計與能力類型搭建研究生核心能力框架

美國研究生STEM教育經過國家層面的調研，由美國國家科學院、工程院和醫學院等國家機構牽頭，組織研究生教育委員會進行實施，倡導各方力量參與，目前已形成了較成熟的碩士研究生與博士研究生核心能力框架體系，為研究生培養提供理論依據。目前我國研究生教育還未提出明確的核心能力框架，造成研究生能力與社會需求有一定差距。為改善這種局面，首先，需將研究生能力培養提升到國家層面，從國家創新人才培養高度出發，立足當前產業發展、人才需求、人才培養，統籌規劃研究生培養，由國家部門牽頭，聯合學校和行業企業合作調研，打破各自為政的狀態，調查研究生就業現狀，重新核定學生就業能力要求標準，打造合理、適時的研究生能力體系。其次，根據不同需求定位不同類型的研究生能力，既明確科研工作中需要的學術能力的重要性，又要明晰企業工作中注重的團隊合作能力、溝通能力等可轉移能力的不可或缺性，要意識到學術能力與非學術能力已經處于同等重要的地位，研究生能力培養需要打組合拳。

（三）基于研究生能力目標和人才培養類型構建課程體系

美國研究生STEM教育中主要基于博士研究生的能力目標和碩士研究生的類型特殊性設置課程。我國研究生課程體系的建立同樣要考慮所培養研究生的實際能力需求和人才培養類型特點。首先，研究生分為專業學位研究生和學術學位研究生，兩種研究生具有不同的核心能力，專業學位研究生注重應用能力發展，學術學位研究生注重學術研究能力發展，因此，在課程設置時，要結合不同學位研究生的能力要求具體設置。其次，目前我國研究生按照學習形式分為全日制研究生和非全日制研究生，兩類研究生在學習時間等方面各有不同，在課程上應各成一套體系。第一，非全日制研究生的課程內容應靈活多樣，可根據學生已有工作經驗的特點設置實踐考察活動作為課程內容；第二，與美國STEM碩士研究生一樣，針對非全日制研究生會出現工作時間與學習時間沖突的情況，可使用線上課程或者線上課程與線下課程結合的形式。最后，我國雙一流建設、新工科建設、人工智能建設明確提出要求學校培養復合式、創新型的高層次人才，因此，跨學科課程的構建必要且亟需。跨學科課程體系的構建是指圍繞復雜問題的解決，將不同學科課程整合，從而產生解決問題的新知識。