美国研究生STEM教育改革：现实需求、核心内容与基本特征——基于对美国《21世纪研究生STEM教育》报告的分析

武加霞，薛 栋

（天津职业技术师范大学 职业教育学院，天津300222）

研究生教育是满足新时期经济社会发展对高层次人才需求的重要途径，是国家人才竞争和科技竞争的重要支柱，是实施创新驱动发展战略和建设创新型国家的核心要素，是科技第一生产力、人才第一资源、创新第一动力的重要结合。［1］通过对中美STEM（Science，Technology，Engineering，Mathematics）教育研究文献的计量学分析，美国STEM教育研究涉及所有学段教育，而我国STEM教育研究主要集中在基础学段。［2］因此，本文通过分析《21世纪美国研究生STEM教育》报告，了解美国研究生STEM教育的发展背景，分析美国研究生STEM教育改革的核心内容，对我国研究生教育，尤其是新工科背景下研究生人才培养具有一定的借鉴意义。

一、美国研究生STEM教育改革的现实需求

美国研究生STEM教育体系随着企业研究的出现而出现，一直为美国企业提供人才支撑，其教育标准被称为世界上研究生STEM教育的“黄金标准”。然而，研究方法和技术的不断创新、工作性质的变化、人口结构的变迁以及需要STEM专业技能的职业范围的扩大，都对美国当前研究生STEM教育体系能否满足21世纪的全部需求提出了质疑。对雇主的调查也显示研究生STEM教育项目并没有使研究生产生将知识转化为适应多种职业的能力，这些都影响了美国研究生STEM教育的质量。为了应对这些问题，在2018年美国发布《推动研究生STEM教育大变革》的文件之后，美国国家科学院、工程院和医学院（the National Academies of Sciences，Engineering，and Medicine）任命了振兴21世纪研究生STEM教育委员会（the Committee on Revitalizing Graduate STEM Education for the 21st Century）来负责审查美国研究生STEM教育的现状，研究该教育系统如何最好地服务广大学生和满足更广泛的社会需求，2018年9月21日，正式发布了《21世纪研究生STEM教育》报告。

二、美国研究生STEM教育改革的核心内容

（一）核心能力重新界定与在线课程广泛应用：硕士STEM教育改革的核心内容

在美国，STEM教育的硕士学位由核心能力定义。美国《21世纪研究生STEM教育》将硕士研究生的核心能力重新界定为：学科能力，指特定于某学科或多学科的能力，它们可用于定义学科的参数；专业能力，指专业实践所需的知识、技能、能力和性格，包括通过许可证书考试或获得其他实践证书所需的能力；可转移能力，指超越任何特定学科但对于获得成功至关重要的技能，例如沟通能力、领导能力、时间管理能力等；研究能力，指运用科学方法，进行统计分析，以系统方式进行实地调查的能力，以及能够理解研究责任和诚信重要性的能力。［3］此次改革中，学科能力的变化主要是从强调STEM硕士研究生的单学科能力、多学科能力转向跨学科能力；专业能力则是围绕STEM硕士研究生以就业为目的的发展方向，要求硕士研究生获得更多的获取行业证书的能力；可转移能力的改革同样围绕着STEM硕士研究生就业的目的，增加了实际工作中需要的时间管理等能力；研究能力的改革则是侧重于STEM硕士研究生研究诚信的发展。

美国硕士STEM教育的时间比博士短，且美国STEM硕士研究生中部分来自于正在工作的人员，经常出现因与现有工作职责冲突造成学生无法完成硕士学位课程的情况。因此，在此次改革中提出硕士STEM教育的进行可以通过完全在线课程或包括面对面和在线课程在内的混合式学习实现。在线课程主要通过在线证书课程的申请，在在线学习网站中进行。比如，哈佛大学和麻省理工学院创立的edX，在14个院校启动了“微硕士课程”计划，这个计划可以让学生在日常工作之余网上学习，并且学习内容可以转换为学分，实行学分制，并且学分可以在学生的其他学习阶段使用，［4］完成学习后，学校会给学生颁发证书，这是雇主识别硕士研究生的重要标准。

（二）核心能力界定与课程类型扩充：博士STEM教育改革的核心内容

美国STEM博士研究生毕业后进入多种职业，包括学术职业和非学术职业，博士研究生提出了对学术能力和非学术能力的双重需求。因此，未来STEM教育中博士研究生应该掌握的核心能力主要为：学术能力和非学术能力。学术能力包括学科能力、专业能力和研究能力；非学术能力包括可转移能力。学术能力中的学科能力要求STEM博士研究生至少学习一个STEM学科的深厚专业知识，同时还要掌握足够的跨学科知识；专业能力要求博士研究生具备实施研究项目和进行教学所需的能力，例如预算编制、项目管理或教学能力；研究能力要求博士研究生能够发现研究问题，就研究问题设计研究策略，包括相关的定量、分析或理论方法，探索问题的组成并解决问题，评估每个实验或研究的结果，掌握严格的调查标准和进行成功研究所需的定量、分析、技术和工艺技能，学习该行业内科学家和工程师的道德责任、道德标准。非学术能力中的可转移能力指不受学科和工作限制，可在多个学科和多项工作之间转移的能力，主要包括领导力、沟通能力、团队合作能力、满足客户需求的能力等。［5］在这次改革中，学术能力主要强调STEM博士研究生的跨学科能力、项目管理能力、教学能力和掌握多种研究工具的能力的培养，非学术能力则更多强调博士研究生与人交流和团队合作能力的培养。

传统的博士STEM教育课程只注重对学生学科能力的培养，忽视学生可转移能力的发展。并且，随着博士研究生越来越多地成为本科STEM教育的师资储备力量，博士期间的课程日渐不能满足学生教学能力的发展需求。因此，此次改革指出增加有关可转移能力的课程，比如，在化学教育中，美国博士研究生课程已经将有关领导能力和管理能力的课程加入到了核心课程中，［6］让学生根据自身意愿选择自己感兴趣或需要的课程；增加有关教学知识和教学训练的课程，博士研究生可以在学习该项课程中将教学知识和STEM专业知识结合，以发展在该项专业中的教学能力，为后续的教学工作做准备。

三、美国研究生STEM教育改革的基本特征

（一）学生和行业的发展需求呼吁多元主体提供STEM研究生培养全过程数据

美国科学领导者、专业组织和资助者都支持下一代STEM人才的培养，但是他们发现在人才培养过程中出现了一个重要问题，即关于教育和培训成果的公开可用信息比较缺乏。一方面，由于缺乏此类信息，学生在入学前无法清晰了解该专业是否符合自己的兴趣，在学习中无法对其研究生教育中的活动做出明智的选择，毕业后也无法了解职业中的信息以做出正确的职业选择。另一方面，美国移民研究中心的一份报告指出美国当前STEM毕业生仍有大部分正在寻找工作，这与之前传播的“STEM人才短缺”相悖。［7］随着研究生数量的增长，美国官员未对劳动力人数问题明确其观点，使得学生根据传闻信息选择职业，这就造成了将要选择这条路或者对这条路感兴趣的学生对他们以后将要从事相关工作的可靠性产生怀疑，造成行业对人才的需求与学生实际选择出现偏差，出现信息不匹配的情况。因此，给出研究生教育的透明数据已经迫在眉睫。

美国研究生STEM教育中多元主体参与了STEM研究生从“学习前”到“学习中”再到“学习后”的数据收集。首先，在STEM研究生入学前，联邦政府机构可对有意向进入研究生学习的人口数据进行收集，比如，美国国家科学基金会的国家科学与工程统计中心就特别关注了学士学位后的人口数据，调查了有意向进入硕士阶段学习的人口数据；学校可收集学生潜在特征的数据、GRE成绩数据，以及根据其他入学前评测指标测量出来的数据。其次，STEM研究生入学后，学校需提供研究生课程设计的相关数据，主要有硕士和博士学位的教育成果，包括论文、研究成果、硕士和博士学位的完成率，修读学位的时间等；专业协会，比如美国研究生院理事会与研究生成绩考试理事会，可收集有关研究生招生和学位的数据；［8］美国国家教育统计中心可进行各种评估，获取各学科关于研究生水平的数据；联邦或州政府、私人基金会、学校等可收集包括研究生的经济资助数据、国家工资数据和其毕业经历中所需的费用数据等在内的信息。［9］最后，STEM研究生毕业时，联邦政府机构先提供有关职业选择的数据，比如，美国劳工统计局提供按教育程度划分的职业结果数据；美国联邦或州政府、私人基金会、专业协会、企业、学校等雇主需要提供有关研究生毕业生的人口统计数据，以及研究生的职业成果信息，比如，密歇根大学的创新与科学研究所以及明尼苏达大学都提供了数据平台，可以跟踪博士在不同职业的轨迹，包括学术界、政府和行业中的工作。［10］

（二）人才多样性的缺失推动多途径建设公平、包容的学习环境

美国国立卫生研究院院长弗朗西斯·柯林斯（Francis Collins）和副院长劳伦斯·塔巴克（Lawrence Tabak）指出现在STEM学生群体和劳动力缺乏多样性。人才多样性的缺失导致了思想多样性的缺失，而美国科学界的巨大成功源自科学人才的多样性。许多学者认为当一群聪明的人致力于解决难题时，问题解决者的多样性比他们个人的能力更重要，来自不同背景的人往往倾向于以不同的方式对待工作和解决问题，这些差异可以带来促进创新所需的新观点，［11］小组成员的不同生活经历形成的各种观点有益于科学创造力的发展。［12］因此，为了确保所有学生都能够进入STEM教育中学习，保证美国STEM人才的多样性，美国需要创设一个公平和包容的学习环境。

为了创设公平与包容的学习环境，首先，要提高研究生课程设计、课程内容的公平性与包容性。课程设计要考虑不同学生的背景，考虑学生的文化差异性和社会差异性，考虑学生在学习中的需求和价值观；［13］课程设计要将职业培训纳入其中，结合职业多样性以及参考行业专家的意见推进；课程设计要具有灵活性，为每个学生的学习和职业准备量身定制；课程内容要融入公平、包容的文化，融入职业活动的内容或案例，以及融入推动学生未来多方向就业的理念。其次，提高师资力量的匹配性。为了适应学生多样性的特征，教师需要具备为不同学生提供指导的能力；教师应发挥在环境创设中社会认同作用，［14］使学生产生社会认同感，进而提高学生的入学率和毕业率；同时，学校在招聘时应注重从代表性不足的群体中选择教师。再次，招生政策的再审视。学校在招生过程中重新审视招生政策，扩大对学生优势的识别，比如识别包括毅力和韧性在内的潜在特征；同时，联邦政府提出完善对学生的考核标准，不再单纯以GRE分数和标准化考试作为学生入学唯一的测量方法，［15］可使用有关完成率和其他指标来衡量学生。最后，提高激励机制的多样性、公平性和包容性。联邦和州政府、私人资助者、专业协会、企业等研究生补助奖学金的提供机构可以在其资助标准和奖励政策中纳入多样性、公平性和包容性指标，调整其赠款奖励政策和筹资标准，采取综合策略评估学生学习研究结果；同时，研究生STEM教育相关的企业可以为种族背景不同、生活阶段不同、社会经济地位不同、性别不同和其他特征不同的学生创造公平、包容的制度环境。

（三）研究生学习体验的提升呼吁技术素养、专业知识、道德与职业伦理和决策意识的培养

美国研究生STEM教育中研究生学习体验是增强学生对专业、职业认知的重要组成部分，提升研究生学习体验主要从技术素养、专业知识、道德与职业伦理、决策意识四方面展开。STEM教育因为其学科的特殊性，研究生多数通过实验项目学习，所以对研究生技术素养要求较高，技术素养是提升研究生学习体验的基础条件；专业知识学习是研究生学习体验的主体部分，通过专业知识学习学生不仅能够掌握学科和跨学科的理论知识，还可提高专业技能；学生通过道德与职业伦理的发展能够了解行业诚信与道德标准，一方面提高学生的职业归属感，另一方面提高学生的职业素养，利于提升学生相关专业的学习体验；让学生参与决策可增加学生对学校研究生教育决策的认同感，从而增加学生对所选专业和未来职业的信心，同时还可以为学生参加学术之外的活动提供机会，提高学校环境的包容感，拉近学生与院校之间的关系，这些可丰富学生的学习体验。

21世纪的美国研究生STEM教育应使学生可以获得广泛的技术素养，并拥有其感兴趣领域的专业知识，在学习知识后学生可以有机会更好地了解与工作相关的道德与职业伦理问题。研究生STEM教育中鼓励学生在接受教育和职业培训的过程中了解、发展STEM教育以及相关职业中使用、管理、评价技术的能力；鼓励学生掌握、实践某一核心学科的深厚知识和多学科的专业知识；学生可积极探索各种职业，通过课程学习、研讨会、实习或者其他的现实生活经历等，在“边做边学”中了解行业诚信、道德伦理；学生还可积极参与研究生教育的决策，通过参与决策研究生和院系之间建立更有效的沟通渠道，让学生与行政部门和教职员工就影响研究生教育的决定进行交流。这些渠道将促进双向沟通，为学生提供反馈机制，让管理人员和教师更好地了解学生对重要问题的看法。

四、启示与借鉴

（一）多个利益主体共同参与研究生的培养

美国研究生STEM教育体系中，参与者包括联邦和州政府、私人基金会和其他非政府组织、高等教育院校、研究生院、教师、专业协会、行业、政府和其他组织、研究生等。这些利益主体在研究生STEM教育中的数据收集、奖助学金资助、课程设计等多方面都发挥着重要作用。在我国，目前研究生就业去向多样化，很多研究生不只进入高校或科研单位进行学术工作，还有很多开始进入企业或其他单位工作，而目前研究生的培养依然是学校和政府占据主导地位，其他相关利益主体较少参与，导致了部分研究生培养与市场需求脱节。因此，我国研究生培养中应改变政府和高校主导的现状，将行业、企业、社会组织等纳入进去，具体体现为改变以往政府办学、学校自主设定学生培养方案的做法，转向打造多元主体参与学校专业建设、专业布局、人才培养方案制定、学校实践活动组织、课程开发、课程设计、内容实施、师资力量培养与培训，以及为学校提助教学配套设备、资源、设施的局面。

（二）基于顶层设计与能力类型搭建研究生核心能力框架

美国研究生STEM教育经过国家层面的调研，由美国国家科学院、工程院和医学院等国家机构牵头，组织研究生教育委员会进行实施，倡导各方力量参与，目前已形成了较成熟的硕士研究生与博士研究生核心能力框架体系，为研究生培养提供理论依据。目前我国研究生教育还未提出明确的核心能力框架，造成研究生能力与社会需求有一定差距。为改善这种局面，首先，需将研究生能力培养提升到国家层面，从国家创新人才培养高度出发，立足当前产业发展、人才需求、人才培养，统筹规划研究生培养，由国家部门牵头，联合学校和行业企业合作调研，打破各自为政的状态，调查研究生就业现状，重新核定学生就业能力要求标准，打造合理、适时的研究生能力体系。其次，根据不同需求定位不同类型的研究生能力，既明确科研工作中需要的学术能力的重要性，又要明晰企业工作中注重的团队合作能力、沟通能力等可转移能力的不可或缺性，要意识到学术能力与非学术能力已经处于同等重要的地位，研究生能力培养需要打组合拳。

（三）基于研究生能力目标和人才培养类型构建课程体系

美国研究生STEM教育中主要基于博士研究生的能力目标和硕士研究生的类型特殊性设置课程。我国研究生课程体系的建立同样要考虑所培养研究生的实际能力需求和人才培养类型特点。首先，研究生分为专业学位研究生和学术学位研究生，两种研究生具有不同的核心能力，专业学位研究生注重应用能力发展，学术学位研究生注重学术研究能力发展，因此，在课程设置时，要结合不同学位研究生的能力要求具体设置。其次，目前我国研究生按照学习形式分为全日制研究生和非全日制研究生，两类研究生在学习时间等方面各有不同，在课程上应各成一套体系。第一，非全日制研究生的课程内容应灵活多样，可根据学生已有工作经验的特点设置实践考察活动作为课程内容；第二，与美国STEM硕士研究生一样，针对非全日制研究生会出现工作时间与学习时间冲突的情况，可使用线上课程或者线上课程与线下课程结合的形式。最后，我国双一流建设、新工科建设、人工智能建设明确提出要求学校培养复合式、创新型的高层次人才，因此，跨学科课程的构建必要且亟需。跨学科课程体系的构建是指围绕复杂问题的解决，将不同学科课程整合，从而产生解决问题的新知识。