陈 庆 杨 颉
(上海交通大学 教育学院,上海 200240)
党的二十大报告提出,教育、科技、人才是国家建设的基础性、战略性支撑。推动中国的现代化建设,需要优先发展教育,以人才引领驱动,将创新置于核心地位,集聚力量开展原创性、引领性科技攻关工作。
当前,美国的科研实力依然处于世界领先地位,而长期以来,美国正是通过培养具有较高科学与工程素养的STEM人才推动创新的发展与重大科技关口的突破。(1)陈翠荣,鲁智丹.美国联邦政府对科学与工程领域研究生资助的现状及特点分析[J].学位与研究生教育,2017,(12):71-77.美国强大的科研实力在很大程度上得益于国家在STEM人才培养方面所做出的努力,其中,作为对基础研究和教育进行全面资助的唯一的全国性机构,美国国家科学基金会(NSF)的作用尤为突出。虽然,NSF并不是STEM人才培养的直接实践者,但是它通过制定一种覆盖学生完整成长历程的人才培养体系,为美国科研事业发展提供了稳定的STEM科研人才供给。(2)孙海华,张礼超.美国国家科学基金会的重要资助举措及启示[J].中国科学基金,2021,(4):663-671.
本文对NSF近十年来制定的两份战略规划:2018年制定的《构建未来——投资发现和创新》(Building the Future: Investing in Discovery and Innovation)与2022年制定的《在发现与创新、STEM人才开发与研究收益交付方面领先世界》(Leading the World in Discovery and Innovation, STEM Talent Development and the Delivery of Benefits from Research)进行剖析,概括NSF在最近十个财年中培养STEM人才的战略路径,为我国科研人才培养与科研事业发展提供经验借鉴。
创新是国家生产力提升的源泉,适应和引领国家经济发展的关键在于将科技创新转换为发展动力。更进一步说来,创新驱动的本质是人才驱动,人才是国家发展的核心竞争力。为了确保规划中人才培养相关内容的科学性,NSF及时修正对外部行动环境的认知,在准确把握国内、国际现实情况的同时敏锐捕捉发展机遇,从而保障国家战略的落实以及科技规划的实施。
为了在全球竞争中拔得头筹,美国积极探索如何对STEM人才开展持续性教育与培训。2022年制定的新战略中延续了此前加大对基础研究的投入以提升其质量的思路。综观多年来的国际合作可以发现,发展契机与竞争挑战并存,美国为了保持长久的科技战略优势,需要培养高水平STEM人才,加强全体国民终身学习的能力,并主动融入全球合作。全球化的另一个向度也表明,开放合作水平与竞争力强弱呈显著正相关:一方面,合作的意愿可以反映出一个国家科研的活跃程度;另一方面,在合作中的地位彰显国家科研实力的强弱,当越来越多的全球人才被美国所吸引而积极寻求合作时,更加能够体现出美国科技的全球影响力和领导力。基于新战略中新增的关于全球合作的表述可以发现,NSF已经意识到国际化人才以及国际合作是保持美国未来科技优势的重要基础,STEM人才培养必须从全球合作中找到更多契机。
尽管如此,NSF的人才培养战略必然与美国整体的战略倾向对应,因此,这样的一种合作是有藩篱的、有选择的合作。2023年3月28日,美国传统基金会(The Heritage Foundation)发布报告《赢得新冷战:应战中国计划》,公然宣称中美冷战已然拉开序幕。报告认为,美国许多研究型大学以捐赠、联合培养等形式与中国高校发生联系,这有可能对美国高等教育的教学与科研产生负面影响。因此美国当局与学术界应该立即采取行动,对中国留学生进行严格审查,对于那些涉及高科技项目以及被视为会对美国产生威胁的留学申请人拒发签证。(3)The Heritage Foundation,“Winning the New Cold War: A Plan for Countering China,”https://www.heritage.org/sites/default/files/2023-03/SR270_0.pdf.综合看来,NSF所提出的合作性博弈带有强烈的战略意图,会和当前美国整体的发展方针相呼应,其合作范围也是选择性的,而非开放性的。未来中美人才在高科技领域之间的交流与合作将会受到显著影响。
以人工智能、虚拟现实和量子信息技术为主要突破口的第四次工业革命让人类与世界的交互逐渐向数字领域转移。空前丰富的数据不断涌现,高性能算力、智能算法等技术飞速发展,两者共同催生出数据密集型科学,并使之成为STEM领域发展的核心力量。在NSF的两份战略规划中,数据密集型科学的重要性被多次提及,其巨大的价值及潜能横跨STEM领域,因而也成为美国在近十年大力投入的新兴方向。以人工智能领域为例,在2021财年,非国防性的美国政府机构共拨出15.3亿美元用于人工智能研发支出,大约是2018财年的2.7倍。预计2022财年这一数字将上升8.8%,总额为16.7亿美元。(4)Stanford University,“Measuring Trends in Artificial Intelligence,”https://aiindex.stanford.edu/wp-content/uploads/2022/06/2022-AI-Index-Report_Chinese-Edition.pdf.非国防部门用于人工智能研发的金额不断增加,表明美国政府对公共部门资助人工智能研究和开发的兴趣持续浓厚。
事实证明,美国长期在人工智能方面的投入已经取得了初步成效,2022年,ChatGPT作为生成式人工智能的代表横空出世,被广泛应用于教育、金融、医疗、传媒与电子商务等各领域,对人类的生产、消费方式乃至科研事业都产生了巨大影响。高速发展的人工智能科技得益于现有人才的潜心探索,也显露出对未来高水平科研人员的巨大需求,可以预见,未来五年美国对数据密集型科学相关人才培养的投入力度将会进一步加大,为生产力发展注入新的活力。
在2022年制定的战略规划中,NSF在关注科研发展的同时,也将目光转向了日新月异的新型产业。材料科学、数据科学、人工智能、机械自动化、生物技术和量子力学等方面的突破直接影响了传统产业的类型与工作性质,催生出一大批崭新的知识密集型产业。从产业发展的规律来看,新的产业结构的出现必然需要人才结构做出相应调整,这些通过发展基础研究而得以出现的新兴产业不仅仅是知识密集型产业,更是人才密集型、技术密集型产业,对于这一类产业而言,人才供给是长期性的难题。
NSF在制定人才培养规划时考虑到的另一个产业性背景因素就是产业回流。从奥巴马政府出台“重振美国制造业框架”至今,美国的产业回流已经初显成效。科尔尼的年度报告《美国制造业回流指数》显示,美国从中国进口的制成品份额已经从2018年的66%降低至2021年的55%。制造业回流与自动化技术的发展打开了美国对高技能人才的缺口,预计在未来几年中,美国STEM领域的工作岗位数量将比非STEM领域的美国劳动力增长快40%左右,为了尽可能地满足生产力需求,NSF必须做好长期的人才培养规划,弥合教育与生产实践之间的差距。
无论是数据密集型科学的飞速发展还是产业回流的大势所趋,美国未来发展所需要的人才必定是多功能的,他们不仅仅需要有开展科研创新工作的能力,更要能够将科研成果与产业发展相结合,让科研成果真正走出实验室。就这一点而言,NSF在近十年中主要通过加强NSF科研领导力、激发正式教育与非正式教育的育人作用以及多维度投资以保障STEM领域的人才培养质量。
为了培养出多功能型的科研人才,NSF将大力提升自身的科研领导力以构建出一个完整的科研生态系统,通过维持这一系统的运作源源不断地孕育出多功能型STEM人才。高质量的领导力意味着对资源的有效整合与利用,是对诸多管理要素的科学配置。(5)眭依凡等.高校内部治理体系创新的理论与实践研究[M].上海:上海交通大学出版社,2022.91-92.据此,科研领导力提升的关键在于NSF综合利用科研资源提升人才科研能力的同时,也要培养其将创新成果产品化与商业化的能力。
1.从项目支持到行政支撑
在2018年的战略规划中,NSF特别提出“创新群体计划”(Innovation Corps),这是一个集企业家与各类STEM人才于一体的培训计划。在该计划中,所有参与NSF资助的基础研究项目的STEM人才(包括科学家与工程师)将接受企业家的培训,通过有针对性的课程让科研人才具备识别科研成果商业潜力的能力,让科研成果从实验室走向市场,真正实现创新驱动社会经济发展的目的。仅在2018年,数千余名科研人员就已经参与了该项计划,最终启动了44家初创公司,累计筹集了2.5亿美元的种子资金。
创新群体计划是NSF启动的诸多人才培养计划之一,为了加强对这些人才培养计划的统筹与管理,NSF在2022年专门成立了技术创新合作司(TIP),进一步强化有组织的科研。五年前NSF以人才培养项目为主要途径将创业培训与科学研究结合,通过邀请企业家授课以培养具有综合实力的科研人才。五年后,随着科研与企业之间的联系日益密切,NSF开始进一步发挥政府机构统筹与规范管理的作用,以TIP为中介紧密联结科研机构与商业组织,目的就是对资源进行规范管理与高效利用,从而培养出同时具有科研创新与科研转化能力的人才。
2.创新生态系统的构建
以创新群体为代表的各类人才培养计划的实行以及TIP的组建都显示出NSF所尝试构建的一种全国创新生态系统已经初具雏形。在这样的一种创新系统中,创新成果不再是科研工作的终点,它的生命力被延伸至实验室外,在与产业相融合之后更加茁壮地成长。创新生态系统中的三股力量协同互助,以TIP为代表的政府力量搭建行动平台,为科研创新与商业发展的合作创造崭新的机遇,更是通过维持这一系统的运转培养STEM人才将科研成果转化为商业产品的能力,为科研与人才培养开辟新的可能性。随着预算和职责的增长,TIP将持续调整并优化组织结构和办事流程,进一步拉近学术界、工业界、政府、慈善事业、投资者和民间社会之间的战略伙伴关系,在推动科创成果落地、推动社会经济发展的同时培养更多多功能性科研人才,从而真正实现在STEM领域科研创新领先世界的愿景。
在2018年的战略规划中,STEM人才培养并不是NSF战略规划文本中的重点内容。随着疫情的到来,美国STEM人才紧缺的问题逐渐显现,根据美国国际教育协会近三年的报告可以发现,在美国大学学习的国际留学生的数量整体呈现下降趋势。以中国大陆的留学生为例,留学生数量从疫情暴发以来(2019-2020学年),连续两年逐年下跌,其中2020-2021学年减少了14.8%,2021-2022学年减少了8.6%。整体留学学生数量的下降使得STEM人才的国际来源萎缩。据此,NSF在2022年的战略规划中认为,截止到2030年美国仍需要约350万STEM人才,其中女性180万人,西班牙裔或拉丁裔110万人,黑人或非裔美国人60万人。(6)U.S.National Science Foundation,“Leading the World in Discovery and Innovation, STEM Talent Development and the Delivery of Benefits from Research,”https://www.nsf.gov/about/performance/strategic_plan.jsp.为了尽快解决STEM人才缺失的问题,NSF在2022年规划中制定的一个关键战略目标就是全面提高STEM人才在科学工程领域的参与程度,而这一战略目标的实现离不开两个具体的战术目标,一个是挖掘并利用好现有STEM人才,另一个则是继续投入STEM教育,提前布局以填补未来人才缺口。
1.进一步完善种族的多样性
目前美国科学工程领域依然缺少数以百万计的劳动力,并且已有的劳动力种族结构远远没有体现出多样性的特征。为此,NSF将继续坚持“女性科学工程学术提升计划”和“多元人才计划”,促进院校人才培养制度变革,削弱种族差异对学生接受STEM教育带来的障碍。除了对院校采取措施外,NSF开展了多种直接针对来自不同种族STEM学生的研究培训活动,其目的就是推动种族平等,并且让种族多样性成为美国STEM人才的“名片”之一。
2.发挥高校培养多元STEM领域人才的作用
为了更好地发挥高校人才培养的功能,NSF以国家需求为指导,以高校为主阵地,以科研项目为媒介,有针对性地培养STEM人才。未来五年,NSF将再度扩大资助院校的范围,根据不同院校的实际情况与特色量身定制专项科研项目,尤其重视网络安全、量子信息科学和人工智能等新兴领域的人才培养。
大学承担着培养具有扎实理论基础、合理的知识结构以及全面实践能力的创新型人才的重任(7)张蓓,林家宝.大学教学满意度影响因素实证分析——基于学生期望与学生感知质量的视角[J].复旦教育论坛,2014,(4):59-65.,达成人才培养目标的重要因素之一就是选择合适的课堂教学模式。NSF在2015年就对STEM人才应该具备的能力进行了总结,包括:科学与工程领域扎实的学科知识、开展技术设计和编程的技术能力以及演绎、归纳等逻辑推理能力等。(8)刘宝存,庄腾腾.美国高等STEM教育教学模式与方法改革:动因·策略·启示[J].清华大学教育研究,2021,(5):30-39.传统的班级授课制对这些能力的培养不够充分,因此NSF充分重视STEM教育教学模式创新,大力支持STEM教育相关研究,鼓励研究人员改进当前STEM教育教学方法,优化高等教育全阶段STEM人才培养路径,尤其要以本科阶段教育为着力点,创新教学方式。在大量项目与资金的支持下,许多高校已经开设了STEM教学创新试点,将教学研究的最新成果应用于实践。
3.挖掘非正式STEM教育的辅助作用
良好的STEM教育要能够引起学生的学习兴趣,培养其学习动机,就这一点而言,非正式教育能够发挥较大的作用。因此,NSF大力投资非常规形式教育,支持在非学校环境中设计、调整、实施和研究新的终身学习模式,其具体的表现形式包括开放更多的科学博物馆,制作更多的与STEM教育有关的影视剧等。从每个财年的预算占比来看,NSF在非正式STEM教育方面的投入呈现出逐年递增的趋势,从2020年的0.36亿美元已经提升至2023年的0.86亿美元。(9)U.S.National Science Foundation,“FY 2024 Budget Request to Congress,”https://new.nsf.gov/about/budget/fy2024#education.
1.加大对基础研究的支持力度
科技强国无一例外是基础研究强国,没有强大的基础研究支撑,科技强国的目标难以实现。(10)陶诚等.关于我国建设基础科学研究强国的若干思考[J].世界科技研究与发展,2019,(1):1-15.③National Center for Science and Engineering Statistics,“Survey of Federal Funds for Research and Development,”https://ncses.nsf.gov/surveys/federal-funds-research-development/2021.④Ibid.加大对基础研究的投资力度,最终的目的还是在于为STEM人才创造更多的发展机遇。拓展知识前沿,创造新的原理与新的概念并非一日之功,只有投入足够的资源保障,打造体系化、高层次的基础研究人才培养平台,才能真正实现关键突破。正是在这一理念的引领下,NSF不断加大对基础研究的投资力度。图1是NSF从2018财年至2021财年对基础研究投入的情况,可以发现,整体的投入力度不断加强,在4年的资金投入中,计算机科学与数学的资金占比不断提升,而环境科学资金占比则呈现出缓慢的下降趋势。
值得注意的是,NSF对基础研究的投资可以被视为美国联邦政府对基础研究投资的剪影。图2统计了从2018到2021年联邦政府整体对基础研究投入的情况,可以发现,计算机科学与数学获得的投入的确呈现出缓慢上涨的趋势,但是就资助额度而言,生命科学显然超过了其他基础研究领域。
2.推进参与式研究与跨国协作
NSF意识到,多学科交互是解决科学领域复杂问题的有效路径,(11)Mihail C.Roco,“Principles of Convergence in Nature and Society and Their Application: From Nanoscale, Digits, and Logic Steps to Global Progress,”Journal of Nanoparticle Research 22, no.11(2020):321.一方面,在全球化的浪潮中,跨学科学术合作能够产生巨大的协作效应,多学科的融合性研究、开放的数据共享可以带来原创性的科技突破;另一方面,跨界合作是加速科技创新成果落地、解决社会现实问题的重要渠道,同时,跨界研究团队的组建也极有可能孕育出全新的学科。因此,NSF积极创造条件推进参与式研究以提升STEM人才的科研能力。
所谓参与式研究,强调的是来自不同研究领域的科研人才利用多样化的研究方法,在研究的各个阶段与其他利益相关者进行深度合作与互动,尤其是在取得一定的研究成果之后,所有研究的参与者还会在各自的圈层中传播新的发现以提升研究的社会影响力。NSF认为这种参与式研究对应用型研究尤其适用,而为了让参与式研究成为主流的研究形式,NSF就必须发挥桥梁作用,连接多方利益相关者,集结力量扩大科研边界以真正促进科研的发展。
支持参与式研究发展的另一个原因在于其引发的溢出效应。开放性与多元化是参与式研究的特质,NSF不仅倡导美国学者开展参与式研究,更是致力于建立与维护多样化机制支持小型研究团队乃至学术科研组织开展国际跨学科协同研究,从而让美国的参与式研究惠及全球。这样既可以通过国际合作解决世界难题,也能够进一步强化美国在全球STEM领域执牛耳的地位,从而吸引更多的国际人才。在NSF中专门负责STEM人才国际交流事宜的是国际科学与办公室(OISE),根据OISE的表述,NSF为STEM人才的国际交流提供了全过程支持,从本科到博士后的海外申请都有对应的项目。NSF主要的全球性科研项目与研究网络数量众多,其中包括了“国际生物计划”与“热带海洋-全球大气计划”。同时,NSF国际科学与办公室在STEM人才海外交流方面的预算也逐年上升,从2020年的0.51亿美元到2023年预计投入0.69亿美元。(12)Office of International Science and Engineering,“NSF Budget Request to Congress for OISE,”https://www.nsf.gov/od/oise/budget.jsp.
自第四次工业革命以来,科技发展的速度不断飙升。科技强盛是国家富强和民族振兴的根本,而科技人才则是科研实力提升的关键。当今世界围绕科技制高点的人才竞争不断加剧,在人才竞争中占据优势是赢得未来发展主动权的必要条件。长期以来,美国高度重视STEM人才培养,除了深入探索培养模式之外,也注重吸引全球优秀人才。当前,我国面临着来自美国等发达国家在科技和人才方面的遏制与打压。他山之石,可以攻玉。NSF在STEM人才培养方面多年的经验积累能够为我国理工科人才培养提供一定的经验借鉴。
大学是人才培养的主阵地,但是随着科技与生产实践的发展,以高校为单一主体的人才培养模式已然行不通。一般而言,理工科专业的课程体系在确定之后并不会灵活转变,与学科有关的现代产业前沿无法及时进入教学内容,(13)吴爱华,刘晓宇.深入推进理工科人才培养机制创新[J].高等工程教育研究,2014,(2):1-6.同时,现代理工科人才应当具备的非线性思维也没有在当前的大学教学中得到充分体现。(14)刘叶,邹晓东.我国理工科人才培养模式改革的现代转向与重构——非线性思维培养模式初探[J].高等工程教育研究,2015,(6):132-137.
为了培养出兼具科创能力以及把握产业风向、发掘创新成果商业潜力的功能型STEM人才,NSF在近十年间一直发挥着“舞台搭建者”的作用,统筹并构建一种新型的科研生态系统,让企业家与STEM人才在该系统中协同互助,各取所长。也正是在这个系统中,STEM人才得以与现代产业充分接触,实现科研创新与现代产业的结合。已有研究表明企业与大学及科研院所之间的深度合作与协同发展是提高中国自主创新能力的重要路径,(15)何郁冰.产学研协同创新的理论模式[J].科学学研究,2012,(2):165-174.这种对创新能力的提升的一个重要维度就是能够培养新型理工科人才。据此,我国在开展学科专业优化工作、大力发展新工科的同时也应该激励并引入企业投入,发挥政府机构的统筹规范功能,构建“官-产-学-研”一体化的理工科人才培养体系,让企业作为高校理工科人才培养的另一主力。为了让企业和高校之间的关系更加密切,政府需要在科技创新系统领域相应实施更多的制度建设,发挥平台搭建作用,为企业和高校之间协同人才培养合作畅通渠道。让高校的理工科人才深入企业,通过产出科研创新成果引导企业开拓新型产业方向的新型技术和工艺,提高企业生产效益与产品质量,从而使不同的企业成为多样性的、活跃的市场主体。(16)饶燕婷.“产学研”协同创新的内涵、要求与政策构想[J].高教探索,2012,(4):29-32.企业获得了收益后也会更加愿意加大对高校科研的投入,彼此之间的联系也就更加紧密。
NSF近年来对STEM非正式教育投入幅度的提升提醒我们,理工科人才的培养路径应该是双重的,除了固定时间与固定空间的正式教育外,非正式教育在理工科人才培养中也发挥着至关重要的作用。非正式教育是一种在具有教育意义的场所(包括博物馆与教育基地等)进行实地体验的教育活动,发挥着“补充教育”的功能。(17)Haim Eshach,“Bridging In-school and Out-of-school Learning: Formal, Non-formal, and Informal Education,”Journal of Science Education and Technology 16, no.2(2007):173.通过潜移默化的影响,非正式教育可以超越固定的时空将学生的个体发展与社会文化、国家命运相融合,对于养成学生的学术志趣有着重要作用。(18)唐彬君.以色列“补充教育”的实质、途径与特色[J].比较教育研究,2021,(8):79-86.高质量的理工科人才不仅仅需要拥有过硬的学术基本功,更要有攀登学术高峰的坚定志趣。对个人发展而言,坚定的学术志趣是其在科研领域深耕细作的重要保障,对国家科技发展而言,具有坚定学术志趣的人才更有可能取得重大原创性成果突破,为社会发展注入不竭动力。(19)刘璐璐,史静寰.博士生学术志趣的内涵与形成[J].清华大学教育研究,2023,(1):131-140.结合NSF在推动STEM非正式教育发展的举措可以发现,理工科人才的学术志趣养成应当尽早开展。当前,我国的正式教育与非正式教育之间还存在着一定矛盾,因此需要通过构建灵活的协商与对话机制、统一人才培养价值准则等方式协调正式教育与非正式教育,构建“正式教育+非正式教育”的双重人才培养路径。
自2020年以来,习近平总书记反复强调要推动形成以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局,(20)周跃辉.习近平关于“双循环”新发展格局重要论述研究[J].中共党史研究,2021,(2):14-22.近年来以美国为代表的发达国家对我国采取了一系列的干预和打压措施,这也证明建立双循环发展的必要性与紧迫性。保障循环畅通的关键是科技创新,而理工科人才的培养则是科技创新的根本,根据当前国际发展形势与我国高等教育发展的现实情况可以判断,对各类人才的需求和供给都必须通过国内循环实现。(21)李海龙.“双循环”格局挑战与高等教育的应对[J].高校教育管理,2021,(3):1-11.就这一点而言,我国可以借鉴NSF在构建科研创新生态系统方面所做出的努力,完善“官-产-学-研”一体化人才培养系统以提升理工科人才培养质量。
重视国内理工科人才培养的布局并不意味着我们应该摒弃外循环。从OISE近年来不断加大对国际交流与合作的投入可以发现,保持开放态度,继续加强科技人才交流与合作是不断提升自身科技实力以及吸引国际科技人才、创造合作机遇的重要条件。因此,我国在理工科人才培养过程中应当做到高质量的“引进来”与“走出去”,坚持“一带一路”倡议,不断提高中国理工科人才的国际影响力,让科研创新成果惠及全球。
在两份战略规划中可以清晰看到,美国在近十年持续不断地关注数据密集型科学的发展,不断加大投资力度,培养了大量数据密集型科学人才。进入数字时代后,海量的数据喷涌而出,数据密集型科学正是将已有数据作为原材料,通过计算得出此前未有的结论。一方面我们需要思考ChatGPT为何没有出现在中国,另一方面我们也应该意识到中国目前已经培养了一批优质的数据密集型科学人才,并且在人工智能领域已经取得了一定的成就,比如在2021年,中国在人工智能期刊、会议和文献库这三种类型的出版物的数量上继续领先,比美国所有三种类型出版物的总和高出63.2%。(22)Stanford University,“Measuring Trends in Artificial Intelligence,”https://aiindex.stanford.edu/wp-content/uploads/2022/06/2022-AI-Index-Report_Chinese-Edition.pdf.当前最重要的是要正视人工智能蕴含的潜能,坚定原创思维而不仅仅是对标思维,在已有成就的基础上进一步深入探索,在计算机子视觉任务、复杂语言任务以及更广泛的强化学习等方面持续发力培养更多高素质人才,激发人工智能的智能数字内容孪生能力、编辑能力以及创作能力,从而为把握下一个技术风口做好充分准备。