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2009年，在一项由来自65个国家的15岁学生进行的国际学生评估项目中，来自上海的同学在数学、科学和阅读方面的成绩领先于全球同龄人，而美国学生则排在中间位置。这一成绩的公布（以及其他国际比较）引起了许多国家的焦虑，刺激了各国的快速政策反应，并在美国引发了一波思考：为什么美国儿童的情况并未好转？如何才能改善结果？
对于大部分美国人来说，数学和科学的成绩尤为重要，它既是衡量相对于早期美国人的成绩所取得的进展的标准，也是衡量美国在竞争日益激烈的全球格局中保持主导地位的能力的指标。许多政策制定者、教育工作者和记者也提出同样的担忧，在一个日益全球化的世界里，美国的提升速度可能跟不上。因此，对美国科学教育竞争地位的担忧引发了对美国经济未来的担忧，尤其是与中国和其他亚洲新兴经济体相比。
然而，这种悲观的观点仅仅是看待美国科学教育状况的一种方式。美国学生在标准化评估中成绩平平是正常的，但是与早期的美国人相比，这一成绩仍取得了进步，表明美国的科学和数学教育与过去相比，取得了进步。
从全球视角看美国学生的成绩
为了检查国际背景下美国学童的表现，我们使用了2016年的国际学生评估项目管理（涉及57个国家）和2017年的科学教育成就趋势调查管理（涉及36个国家）的分数。在比较各国的教育成果时，有必要根据每个国家的经济发展水平（例如，基于同年的人均GDP）来考虑考试成绩。如果尽管经济资源充裕，美国的成绩仍处于中等水平，这就意味着政府在数学和科学教育方面的投入比其他国家政府少（至少通过这些测试衡量），或者其资源利用效率较低。
为了以可比的方式衡量各国之间的经济资源，我们使用了宾夕法尼亚大学世界表6.3版本。该版本根據一国货币可以购买的商品和服务之间的差异进行了调整。图1 中显示了学生在数学和科学方面的国际数学和科学研究成绩趋势的结果。每个点代表一个国家或地区，并标识了美国和其他几个著名的国家。除了香港和新加坡外，其他得分高于美国的未标记国家（即在线上加点的国家）包括日本、英国和俄罗斯。在每个图中，我们得出了一条灵活但平滑的回归线，最能描述国际数学和科学研究得分趋势与GDP之间的关系。对于数学和科学来说，最佳拟合线表明，在人均GDP较低的情况下，财政资源的增加与考试分数的急剧上升存在正相关关系，但随后的平稳线表明，资源的进一步增加几乎无法再次提高分数。
美国在数学上的成绩略低于这条拟合线，在科学上略高于这条拟合线，在经济繁荣的情况下，成绩与预期相符。但是香港和新加坡的人均国内生产总值与美国相当，在这两个科目上的成绩都高于美国，超过了美国青年的成绩。八年级学生的科学教育成就趋势调查的结果显示，考虑到他们的财政资源，美国学生的成绩稍逊于预期，但在数学方面的差距较大。
如图2 所示，2016年国际学生评估项目的结果对美国学生来说有些不利：他们在数学和科学方面都没有达到最佳水平，且在数学方面的差距更大。在数学和科学方面排名第一的分别为台湾（在国际学生评估数据项目中被指定为中国台北）和芬兰。日本、澳大利亚和匈牙利的学生在这次测试中成绩优于美国学生。
因此，从数据中可以得出结论，即尽管美国学生获得了可观的经济资源，但他们的成绩相对平庸。
从历史的角度看美国的科学教育
对美国学生在数学和科学方面不如其他选定国家的青年人的成绩的担忧，必须与对美国年轻人可能成绩不如过去的担忧区分开来。在这一部分，我们将当代美国学生的对照组，改为以前的美国学生组。目前，尚无证据表明当前的数学和科学教育比过去几十年更糟糕。而且，有证据表明，成绩有所好转，尤其在数学方面。
然而，并不能根据美国学生的平均数学成绩的趋势，来预测潜在的科学家数量（科学家群体的人数不成比例地来自学术分布的顶层）。在与科学相关的科目中，学业成绩最好的美国学生的成绩是否有所下降？在1988年至2018年间，90%以上的9 至13岁学生的数学成绩在有显著提高，而17岁的学生数学成绩则保持平稳。
总而言之，数据显示，与比三十年前的学龄前儿童相比，当今的美国学童更能接受科学领域的高级培训。
追求高等科学教育
对于那些认为美国科学教育陷入困境的人来说，他们并非仅仅关注国际竞争这一领域。我们利用国家教育统计中心收集的三组学龄青年的纵向数据，记录了美国大学生追求大学水平科学研究的趋势。研究人员对每一届学生进行了高中毕业后的跟踪调查，并在此后至少八年时间内进行了几次后续访谈。国家教育统计中心的数据集提供了1992年、2002年和2012年高中毕业班的信息。我们把获得学位的过程分为两个连续的步骤（：1）获得任一领域的学位;（2）获得大学一级科学教育的学位。这样，我们就能在获得学士学位的所有人中，将追求高等教育的趋势与追求科学学位的趋势区分开来。
表1 的前两行显示了未经调整的三组学生获得学士学位的可能性趋势。获得学士学位的男性比例适度上升，从1992年的27.8%上升到2012年的30.5%。对于女性来说，上升幅度更大，从23.9%上升到36.9%。具有高度数学天赋的学生（定义为在每次调查的数学测试中得分在前25%）通常完成学士学位的比例较高（超过50%）。这一类别的男性毕业率从1992年的54.5%提高到2012年的64.3%，而女性毕业率的提高幅度更大，从1992年的53.5%提高到2012年的75.9%。
接下来的两行显示了在获得某一领域的学士学位的条件下获得科学或工程学士学位的可能性的趋势。对于男性而言，没有明显的趋势：获得理工科学位的大学毕业生比例在28.3%到31.4%之间。对于女性来说，对科学学位的追求越来越多，从1992年大学毕业生的10.2%增加到后来的13-14%。即便如此，在最近的大学毕业生群体中，男性获得科学或工程学位的可能性仍然是女性的两倍以上。 青年男女在科学研究方面的模式在数学天赋高的学生中也同样适用。成绩好的男性获得科学或工程学位的可能性在1992年队列为36.9%，在 2012年队列为38.8%;对于成绩好的女性，这一可能性从1992年队列的15.7%上升到2012年队列的19.3%。
我们进一步按领域细分了科学或工程学位的趋势数据，并将其显示在表1 的最后一个栏目中。有证据表明，男性和女性对物理科学学位的追求都在下降。在1992年的队列中，7.4%的男性大学毕业生和3.6%的女性大學毕业生获得了自然科学学位，但在2012年队列中的可比百分比只有3.1%和1.6%。工程专业学士学位的比例在同一时期有所上升，抵消了这一下降：在男性中，这一比例从1992年的9.4%上升到后两个队列的15.6%和 12.4%，而女性的类似比例分别为0.3%、2.1%和1.7%。尽管工程学是男性科学/ 工程学专业的最大子领域，在后两个队列中占男性大学毕业生总数的10%以上，但对女性而言，追求这一目标的机会却要少得多，在毕业生群体中从来没有超过2.1%的人选择工程学。女性获得科学/ 工程学位的收益集中在生命科学领域，这是女性最受欢迎的科学领域：获得生命科学学位的女大学毕业生比例从1992年的4.6%上升到2012年的8.3%。在男女学生中，追求数学学位的情况一直很少见，在女性中，数学学位的比例下降了，而男性却没有明显的趋势。
超越高中和大学
虽然尚无证据表明近几十年来训练有素的年轻科学家的供应有所减少，但部分批评者认为，美国实际上正面临着科学家过剩的危机，他们的工作岗位太少，无法雇用他们。
我们发现上述数字对于社会科学专业被纳入科学专业很敏感。在本科层次上，社会科学专业与社会科学职业没有紧密联系，但与人文科学学位相似。许多社会科学专业的毕业生没有从事社会科学或自然科学领域的工作，这降低了所有科学家的平均升学率。这一点很关键，因为作为本科专业的选择，社会科学比其他科学或工程领域更重要，近年来发展迅速。当把社会科学家排除在外，我们发现实际的和潜在的科学家的比例，在 45%到60%之间，超过了1：3的比例。鉴于人们对美国科学现状的强烈关注主要是自然科学而不是社会科学，我们认为本报告更适合描述从科学或工程本科教育到科学就业的转变率。
全球化的影响
如果目前的全球趋势继续下去，美国很可能会失去其在世界科学界的长期统治地位。然而，全球化并不一定以牺牲美国人的福祉为代价。
科学越来越需要跨国界的合作，这种合作促进了造福全世界的科学成就。事实上，历史表明，人类社会在很大程度上只有在不同地区分享技术知识的情况下，才能在经济和文化方面取得重大进展。因此，全球化不仅不会损害任何一个国家的科学，反而可以广泛地促进科学进步。
还有充分的证据表明，当持有不同观点的人互动时，最有可能产生创新的想法。来自不同国家的科学家的经验和观点可以使国际合作对所有人都具有高度成效。此外，与贸易一样，不同国家的科学家可以用比较优势交换互利。更重要的是，更多的国家参与科学意味着更多的政府投资于总体研究，以及更多的世界范围的科学劳动力。
结论
美国科学教育是美国科学、经济和安全的基础。因此，政策制定者和公众都有充分的理由关注其福利。然而，在评估它的状态时，保持一个平衡和整体的视角至关重要。
在可以用数据衡量的方面，我们没有发现美国的科学教育正走向恶化的现象。恰恰相反，我们发现它随着时间的推移有所改善。然而，与其他国家（尤其是与一些亚洲国家相比），美国学生在国际测试中的成绩平平，尤其是相对于美国丰富的经济资源。然而，这种比较反映的是成功国家的学生学业成绩的提高，而非美国科学教育的衰退或失败。可以肯定的是，美国有很多方面需要向其他国家学习，但这并不意味着要全盘否定美国的科学教育。最后，我们假定向其他在科学教育上更成功的国家学习，实际上是全球化所带来的福利，从长远来看，可以提高美国的福祉。
作者简介：陈莉 编译
对于大部分美国人来说，数学和科学的成绩尤为重要，它既是衡量相对于早期美国人的成绩所取得的进展的标准，也是衡量美国在竞争日益激烈的全球格局中保持主导地位的能力的指标。许多政策制定者、教育工作者和记者也提出同样的担忧，在一个日益全球化的世界里，美国的提升速度可能跟不上。因此，对美国科学教育竞争地位的担忧引发了对美国经济未来的担忧，尤其是与中国和其他亚洲新兴经济体相比。
然而，这种悲观的观点仅仅是看待美国科学教育状况的一种方式。美国学生在标准化评估中成绩平平是正常的，但是与早期的美国人相比，这一成绩仍取得了进步，表明美国的科学和数学教育与过去相比，取得了进步。
从全球视角看美国学生的成绩
为了检查国际背景下美国学童的表现，我们使用了2016年的国际学生评估项目管理（涉及57个国家）和2017年的科学教育成就趋势调查管理（涉及36个国家）的分数。在比较各国的教育成果时，有必要根据每个国家的经济发展水平（例如，基于同年的人均GDP）来考虑考试成绩。如果尽管经济资源充裕，美国的成绩仍处于中等水平，这就意味着政府在数学和科学教育方面的投入比其他国家政府少（至少通过这些测试衡量），或者其资源利用效率较低。
为了以可比的方式衡量各国之间的经济资源，我们使用了宾夕法尼亚大学世界表6.3版本。该版本根據一国货币可以购买的商品和服务之间的差异进行了调整。图1 中显示了学生在数学和科学方面的国际数学和科学研究成绩趋势的结果。每个点代表一个国家或地区，并标识了美国和其他几个著名的国家。除了香港和新加坡外，其他得分高于美国的未标记国家（即在线上加点的国家）包括日本、英国和俄罗斯。在每个图中，我们得出了一条灵活但平滑的回归线，最能描述国际数学和科学研究得分趋势与GDP之间的关系。对于数学和科学来说，最佳拟合线表明，在人均GDP较低的情况下，财政资源的增加与考试分数的急剧上升存在正相关关系，但随后的平稳线表明，资源的进一步增加几乎无法再次提高分数。
美国在数学上的成绩略低于这条拟合线，在科学上略高于这条拟合线，在经济繁荣的情况下，成绩与预期相符。但是香港和新加坡的人均国内生产总值与美国相当，在这两个科目上的成绩都高于美国，超过了美国青年的成绩。八年级学生的科学教育成就趋势调查的结果显示，考虑到他们的财政资源，美国学生的成绩稍逊于预期，但在数学方面的差距较大。
如图2 所示，2016年国际学生评估项目的结果对美国学生来说有些不利：他们在数学和科学方面都没有达到最佳水平，且在数学方面的差距更大。在数学和科学方面排名第一的分别为台湾（在国际学生评估数据项目中被指定为中国台北）和芬兰。日本、澳大利亚和匈牙利的学生在这次测试中成绩优于美国学生。
因此，从数据中可以得出结论，即尽管美国学生获得了可观的经济资源，但他们的成绩相对平庸。
从历史的角度看美国的科学教育
对美国学生在数学和科学方面不如其他选定国家的青年人的成绩的担忧，必须与对美国年轻人可能成绩不如过去的担忧区分开来。在这一部分，我们将当代美国学生的对照组，改为以前的美国学生组。目前，尚无证据表明当前的数学和科学教育比过去几十年更糟糕。而且，有证据表明，成绩有所好转，尤其在数学方面。
然而，并不能根据美国学生的平均数学成绩的趋势，来预测潜在的科学家数量（科学家群体的人数不成比例地来自学术分布的顶层）。在与科学相关的科目中，学业成绩最好的美国学生的成绩是否有所下降？在1988年至2018年间，90%以上的9 至13岁学生的数学成绩在有显著提高，而17岁的学生数学成绩则保持平稳。
总而言之，数据显示，与比三十年前的学龄前儿童相比，当今的美国学童更能接受科学领域的高级培训。
追求高等科学教育
对于那些认为美国科学教育陷入困境的人来说，他们并非仅仅关注国际竞争这一领域。我们利用国家教育统计中心收集的三组学龄青年的纵向数据，记录了美国大学生追求大学水平科学研究的趋势。研究人员对每一届学生进行了高中毕业后的跟踪调查，并在此后至少八年时间内进行了几次后续访谈。国家教育统计中心的数据集提供了1992年、2002年和2012年高中毕业班的信息。我们把获得学位的过程分为两个连续的步骤（：1）获得任一领域的学位;（2）获得大学一级科学教育的学位。这样，我们就能在获得学士学位的所有人中，将追求高等教育的趋势与追求科学学位的趋势区分开来。
表1 的前两行显示了未经调整的三组学生获得学士学位的可能性趋势。获得学士学位的男性比例适度上升，从1992年的27.8%上升到2012年的30.5%。对于女性来说，上升幅度更大，从23.9%上升到36.9%。具有高度数学天赋的学生（定义为在每次调查的数学测试中得分在前25%）通常完成学士学位的比例较高（超过50%）。这一类别的男性毕业率从1992年的54.5%提高到2012年的64.3%，而女性毕业率的提高幅度更大，从1992年的53.5%提高到2012年的75.9%。
接下来的两行显示了在获得某一领域的学士学位的条件下获得科学或工程学士学位的可能性的趋势。对于男性而言，没有明显的趋势：获得理工科学位的大学毕业生比例在28.3%到31.4%之间。对于女性来说，对科学学位的追求越来越多，从1992年大学毕业生的10.2%增加到后来的13-14%。即便如此，在最近的大学毕业生群体中，男性获得科学或工程学位的可能性仍然是女性的两倍以上。 青年男女在科学研究方面的模式在数学天赋高的学生中也同样适用。成绩好的男性获得科学或工程学位的可能性在1992年队列为36.9%，在 2012年队列为38.8%;对于成绩好的女性，这一可能性从1992年队列的15.7%上升到2012年队列的19.3%。
我们进一步按领域细分了科学或工程学位的趋势数据，并将其显示在表1 的最后一个栏目中。有证据表明，男性和女性对物理科学学位的追求都在下降。在1992年的队列中，7.4%的男性大学毕业生和3.6%的女性大學毕业生获得了自然科学学位，但在2012年队列中的可比百分比只有3.1%和1.6%。工程专业学士学位的比例在同一时期有所上升，抵消了这一下降：在男性中，这一比例从1992年的9.4%上升到后两个队列的15.6%和 12.4%，而女性的类似比例分别为0.3%、2.1%和1.7%。尽管工程学是男性科学/ 工程学专业的最大子领域，在后两个队列中占男性大学毕业生总数的10%以上，但对女性而言，追求这一目标的机会却要少得多，在毕业生群体中从来没有超过2.1%的人选择工程学。女性获得科学/ 工程学位的收益集中在生命科学领域，这是女性最受欢迎的科学领域：获得生命科学学位的女大学毕业生比例从1992年的4.6%上升到2012年的8.3%。在男女学生中，追求数学学位的情况一直很少见，在女性中，数学学位的比例下降了，而男性却没有明显的趋势。
超越高中和大学
虽然尚无证据表明近几十年来训练有素的年轻科学家的供应有所减少，但部分批评者认为，美国实际上正面临着科学家过剩的危机，他们的工作岗位太少，无法雇用他们。
我们发现上述数字对于社会科学专业被纳入科学专业很敏感。在本科层次上，社会科学专业与社会科学职业没有紧密联系，但与人文科学学位相似。许多社会科学专业的毕业生没有从事社会科学或自然科学领域的工作，这降低了所有科学家的平均升学率。这一点很关键，因为作为本科专业的选择，社会科学比其他科学或工程领域更重要，近年来发展迅速。当把社会科学家排除在外，我们发现实际的和潜在的科学家的比例，在 45%到60%之间，超过了1：3的比例。鉴于人们对美国科学现状的强烈关注主要是自然科学而不是社会科学，我们认为本报告更适合描述从科学或工程本科教育到科学就业的转变率。
全球化的影响
如果目前的全球趋势继续下去，美国很可能会失去其在世界科学界的长期统治地位。然而，全球化并不一定以牺牲美国人的福祉为代价。
科学越来越需要跨国界的合作，这种合作促进了造福全世界的科学成就。事实上，历史表明，人类社会在很大程度上只有在不同地区分享技术知识的情况下，才能在经济和文化方面取得重大进展。因此，全球化不仅不会损害任何一个国家的科学，反而可以广泛地促进科学进步。
还有充分的证据表明，当持有不同观点的人互动时，最有可能产生创新的想法。来自不同国家的科学家的经验和观点可以使国际合作对所有人都具有高度成效。此外，与贸易一样，不同国家的科学家可以用比较优势交换互利。更重要的是，更多的国家参与科学意味着更多的政府投资于总体研究，以及更多的世界范围的科学劳动力。
结论
美国科学教育是美国科学、经济和安全的基础。因此，政策制定者和公众都有充分的理由关注其福利。然而，在评估它的状态时，保持一个平衡和整体的视角至关重要。
在可以用数据衡量的方面，我们没有发现美国的科学教育正走向恶化的现象。恰恰相反，我们发现它随着时间的推移有所改善。然而，与其他国家（尤其是与一些亚洲国家相比），美国学生在国际测试中的成绩平平，尤其是相对于美国丰富的经济资源。然而，这种比较反映的是成功国家的学生学业成绩的提高，而非美国科学教育的衰退或失败。可以肯定的是，美国有很多方面需要向其他国家学习，但这并不意味着要全盘否定美国的科学教育。最后，我们假定向其他在科学教育上更成功的国家学习，实际上是全球化所带来的福利，从长远来看，可以提高美国的福祉。
作者简介：陈莉 编译