美国是如何推进前沿基础研究与人才培养一体化发展的？

徐艳茹 赵瑞雪 刘继安

摘   要：文章基于对美国国家科学基金会的发展历程及其近二十年来科教资助项目和财报的分析，描绘其推进前沿基础研究与人才培养一体化发展的资助特征，提炼美国国家科学基金会资助体系培育美国全球科技创新领先优势的三大制度经验：目标导向、面向未来、科教融合，启示我国推进教育、科技、人才一体化发展时坚持目标导向和自由探索“两条腿走路”，统筹制定基础科学研究阶段性资助计划，建设覆盖基础教育、高等教育以及职业生涯全生命周期的科技人才资助体系。

关键词：美国国家科学基金会；科研资助；基础研究；科技人才；科教融合

中图分类号：G510        文献标志码：A         DOI：10.3969/j.issn.1672-3937.2024.02.03

作者简介：徐艳茹，中国科学院大学公共政策与管理学院助理教授（北京 100190）；赵瑞雪，中国科学院大学公共政策与管理学院博士研究生（北京 100190）；刘继安（通讯作者），中国科学院大学发展与规划办公室主任（北京 101408）、公共政策与管理学院教授（北京 100190）

基金项目：教育部教育管理信息中心国外教育研究专项2023年度委托课题“有组织科研模式国际比较研究及其数据库建设”（编号：EMIC-YJC-20230003）

当今世界正经历百年未有之大变局，大国科技竞争日趋激烈，且向基础研究前移。习近平总书记强调，“加强基础研究，是实现高水平科技自立自强的迫切要求，是建设世界科技强国的必由之路”。[1]加强基础研究、实现高水平科技自立自强，归根结底要靠高水平科技人才，而人才是通过教育培养的，教育强国是实现高水平科技自立自强和高水平科技人才培养的重要支撑。历史经验表明，世界科学中心也是世界高等教育中心和人才涌现集聚的世界人才中心。[2]

美国是当前世界科学体系中的领跑者。[3]成立于1950年的美国国家科学基金会（National Science Foundation， NSF），作为支持除医学外的所有基础科学和工程的唯一联邦机构，以促进基础科学前沿知识进步和培养世界一流的科学与工程人才为重要战略目标，通过为研究者个人、团队、研究中心和高校基础科学前沿项目提供资助，建立了涵盖基础教育阶段、高等教育阶段以及各职业生涯阶段科技人才的全生命周期资助体系。70多年来，NSF推动了许多变革性的科学发现和技术创新，资助的研究者中共诞生了236位诺贝尔奖获得者，成为美国基础科学领域的“发现之源”[4]，有效促进了美国科技创新与人才培养的一体化发展。

本文通过分析NSF发展历程及其科教项目资助信息，描绘NSF推进前沿基础研究与人才培养一体化发展的资助体系特征，提炼其培育美国全球科技创新优势的三大制度经验：目标导向、面向未来、科教融合，以期对我国推进教育、科技、人才一体化发展提供借鉴启示。

一、 NSF推进前沿基础研究与人才培养一体化发展的资助体系特征

（一）重视基础研究源头作用

一直以来，美国联邦政府将其在科学与技术领域的全球领跑地位视为其维护国家利益的关键。[5]由于基础研究是科技创新的源头，NSF自成立以来便通过资助国家优先领域的基础科学研究项目，确保美国始终处于全球科技创新前沿，最终实现维护国家利益的战略目标。

二战前，美国联邦政府对民用和军事领域的基础研究投入较少，绝大多数的科学研究由慈善基金会或私人企业资助。二战期间，联邦政府向全国顶尖大学和科技精英提供科研资助，在大学内建立国家实验室，研制原子弹、雷达、青霉素等，不仅取得丰硕的科研成果，而且很大程度上助力美国赢得了战争的胜利。而这些科技成果在民用领域的广泛应用与推广，极大地促进了美国的产业变革和经济增长，显示出科学研究在推动技术、经济和社会变革中的巨大力量。由此，美国联邦政府意识到，通过资助科学研究，政府不仅可以实现其军事目的，而且可以推动经济和社会的整体发展。[6]

1944年11月，美国时任总统罗斯福给时任科学与研究发展局局长、物理学家万尼瓦尔·布什写信，要求其就如何将科学研究组织与管理的经验用于即将到来的和平时期提出建议。1945年7月，布什把研究报告《科学：无尽的前沿》呈交给时任总统杜鲁门。布什在该报告中指出，新的科学知识对于满足国家目标是必不可少的，而基础研究是一切知识的源泉，基础研究的发展必然为社会带来广泛的利益。因此，布什强调，为了国家利益，二战后联邦政府应承担起两项新责任：促进新的科学知识的产生和培育青年科学家。联邦政府资助科学研究和教育是实现其新责任的途径，布什呼吁聯邦政府成立一个资助基础科学研究的机构——国家研究基金会，其经费来自于政府拨款。[7]

经过五年争论，NSF于1950年成立。根据《1950年国家科学基金会法》，NSF的法定使命是“促进科学进步，提升国民健康、繁荣和福祉，保障国防安全”[8]。为此，该法要求设立美国国家科学理事会（National Science Board， NSB）作为NSF的管理机构，通过国家目标导向的高层次战略管理，践行NSF的使命，确保NSF资助的科研与教育项目为维护美国在科学技术主要前沿领域的领先地位作出贡献。[9]为适应科学与工程发展需要以及服务国家需求，NSF一方面动态调整其资助的基础科学研究项目，另一方面持续资助国家优先发展领域的科研项目。

NSF动态调整其资助的基础科学研究项目。20 世纪60年代，为应对与苏联的太空竞赛，空间研究成为资助重点；70年代，受世界能源危机影响，能源研究成为优先研究领域；80年代，随着美国人口老龄化和生命科学的崛起，健康研究成为资助重点；90年代以后，美苏冷战结束，大幅增强经济竞争力的信息技术、纳米技术、生物技术等被列为重点资助领域；2001年“9·11”事件以后，反恐相关技术成为资助重点。[10]近年来，在美国国家发展战略基础上，NSF提出“融合研究”的新理念[11]，并加大对大中小型科研设施和前沿技术的投资力度。[12]为应对当前和未来量子计算带来的机遇和挑战，建立量子技术人才队伍，2020年起，NSF启动量子信息科学资助项目。

NSF持续资助国家优先发展领域的科研项目。2002年起，NSF每年资助全机构科研项目，其典型代表是NSF对美国国家科学技术委员会（NSTC）发起的跨联邦机构（NSTC CROSS-CUTS）研发项目。NSTC成立于1993年，是一个内阁级的总统科学技术顾问委员会，其工作宗旨是：协调联邦政府部门间科技政策的制定，确保各联邦部门科技政策的决策与总统政策的优先事项保持一致，使总统的科技政策规划融合进联邦政府各部门工作等。[13]NSF对NSTC CROSS-CUTS研发项目的资助体现了NSF对美国国家科技发展优先利益的考量。2002年至今，NSF持续资助的NSTC CROSS-CUTS研发项目有三个：国家纳米技术行动（NNI）、网络与信息技术发展与研究（NITRD）、美國全球变化科研项目（USGCRP）。根据NSF年度财报，2002年起，NSF对这三大项目的资助支出呈上升趋势，目前约占NSF资助的科研与教育项目总支出的30%（见图1）。

（二）支持前沿探索研究

布什在《科学：无尽的前沿》中指出，“新产品和新工艺并不是生来就有的，它们建立在基础科学研究产生的新原则和新概念之上”。[14]成立至今，NSF大力支持科学家和团队探索基础科学前沿：发现物质基本粒子，分析宇宙最早纪元留下的宇宙微波，发展古代文物碳-14测年法，解码病毒遗传学，并创造诸如玻色-爱因斯坦凝聚全新物质状态。[15]

2016年，NSF发布了一项旨在推进美国基础科学前沿领域研究的投资计划[16]，该计划旨在确定一套全新的前沿研究议程和程序，突出NSF在催生探索未知兴趣、前瞻与愿景中的作用，而这正是发现、发明和创造的基础。NSF期望通过该投资计划来推动美国的基础前沿研究，并提供创新方法来解决世界面临的最紧迫的问题。

该投资计划指出了NSF重点投资的十大领域——六大基础科学前沿领域（research big ideas）和四大赋能机制（enabling big ideas）。六大基础科学前沿领域为：理解生命规律，未来工作中人机交互的技术前沿，宇宙的窗口：多信使天体物理学，探索新北极圈，驾驭面向21世纪科学和工程的大数据，引领下一代量子革命。四大赋能机制为：科技与工程多元人才计划、NSF2026计划、中型科研基础设施、推进融合研究。NSF用于该投资计划的财政支出见表1，其中2018—2021年为实际支出，2022—2023年为需求支出。

融合研究是促进科学技术取得突破性进展，解决21世纪人类面临的一系列挑战的一种新科研范式。[17]推进融合研究是NSF重点投资的四大赋能机制之一，2019年，NSF启动“融合加速器”资助计划（见表2）。该计划分别于2019年、2020年、2021年、2022年连续启动四批资助行动，每一批次分两个阶段，重点关注不同的科研领域。目前，2019年、2020年和2021年启动的项目批次进行到第二阶段，2022年启动的项目批次处于第一阶段，2023年提出三个新的研究方向。[18]

2019年启动的第一批次资助中，第一阶段43个团队共获得3900万美元的资助，科研项目围绕两个科研主题展开：人工智能和未来的工作、开放的知识网络，第二阶段9个团队共获得2800万美元的资助，他们基于阶段一的成果，致力于解决国家范围内的社会挑战，以及产生能够将科研想法转化为实践的知识。

2020年启动的第二批次资助中，第一阶段29个团队共获得2700万美元的资助，科研项目围绕两个对国家具有重要意义的变革性研究领域展开：通过数据和模型共享实现由人工智能驱动的创新、量子技术，第二阶段10个团队共获得5000万美元的资助，他们将继续应用项目的基本原理来开发解决方案的原型，并建立一个可持续发展的模式，以确保取得更大的社会影响。

2021年启动的第三批次资助中，第一阶段28个团队共获得2100万美元的资助，他们推进两个关键领域的解决方案：通信系统中的信任和真实性、网络化蓝色经济，第二阶段12个团队共获得6000万美元的资助。

2022年8月启动的第四批次资助中，第一阶段16个团队共获得1200万美元的资助，他们将通过与美国国防部研究与工程办公厅的合作，聚焦5G基础设施的安全运行这一研究领域。12月，NSF又启动了另外三个融合研究领域：增加残障人士的机会、应对全球挑战的可持续材料、食品与营养安全。这三个领域的研究项目共获得3400万美元的资助，每个领域资助16个团队。

2023年5月NSF为启动第五批次资助提出了三个新研究方向：公平用水解决方案、现实世界中的化学传感应用、生物灵感设计创新，鼓励学术界、工业界、政府、非营利组织和其他机构的研究人员提交意向书和完整提案。[19]

（三）推动科教融合育人

自成立以来，NSF就致力于推动科学研究和科学、技术、工程和数学（STEM）教育的融合[20]，以储备未来科技人才。分析NSF财报数据发现，其对科学研究及相关活动和教育与人力资源两项活动的经费支出超过年度财政支出的92%。这是因为NSF始终将基础科学研究和STEM领域人才培养作为其发展的战略重心。美国国会认为，NSF在推动科教融合中发挥着不可替代的作用，包括：NSF的活动直接涉及科学与工程领域毕业生的持续供给；相较于其他联邦政府机构，NSF更好地将科技领域的研究者与教育者联系起来；相较于分散的州政府力量以及地方学校，NSF在教育研究、课程发展、教师培训等方面起到领导作用。[21]

NSF对科教融合的推动主要通过其下属的STEM教育理事会（Directorate for STEM Education， EDU）所设立的面向各类科技人才的资助计划来实现。EDU的主要使命是保证美国的STEM教育在各学段，以及正式和非正式的情境下实现卓越，以培养一支包括科学家、技术人员、工程师、数学家和教育工作者在内的多样化、准备充分的劳动力队伍，保证掌握科学和工程技术以及拥有多样化思想的公民群体的发展。EDU的发展目标是：培养下一代STEM专业人员，吸引和留住更多的美国人从事STEM职业；科教融合，以发展一个强大的能够进行严谨研究和评估的科研团体，支持卓越的STEM教育；提高所有美国人的技术、科学和计算素养，使他们能够在一个日益技术化的社会中负责任地行使公民权利并过有价值的生活；扩大包括个体、地理区域、机构类型、STEM 学科等层面的参与性，缩小STEM领域个体成就差距。[22]EDU的前身是教育和人力资源理事会（Directorate for Education and Human Resources， EHR），在提交给国会的2023年财政预算中，NSF申请将EHR更名为STEM教育理事会，这充分说明NSF对 STEM科技人才培养的重视。[23]

分析发现，EDU通过与NSF下设的其他理事会合作，建立了涵盖基础教育阶段、高等教育阶段以及各职业生涯阶段的全生命周期科技人才资助体系。通过重点资助大学及学术机构中处于不同学业与职业生涯阶段的教研人员、研究生、本科生、K-12教师以及教育从业者，NSF为确保美国在全球科技创新中的领先地位，培养和储备了大批科技创新人才。

1. 面向大学与学术机构的资助

对大学及学术机构科研人员的资助是NSF资助模式最显著的特点之一。按照机构类型划分，NSF对科研和教育项目资助的对象可以分为：大学与学术联盟、私有企业、联邦政府资助的研发中心及其他（包括联邦、州和地方政府、国际组织）。NSF財报数据显示，近20年NSF对大学及学术联盟的资助力度最大，且呈上升趋势。2022年NSF对科研和教育项目的资助约占资助总支出的79%。[24]分析发现，NSF面向大学及学术机构的资助计划分别体现了其对未来科技人才的培育，以及对处于不同职业生涯阶段的科技人才发展的支持。

其一，NSF重视面向本科生和研究生设立资助项目。以2021—2022年为例，不论是资助项目数量还是资助支出，NSF面向本科和研究生阶段的STEM项目资助都约占其STEM教育总资助的80%。[25][26]当前，本科生教育分部与NSF下属的各学科分部一起资助的计划共49个，研究生教育分部与NSF下属的各学科分部一起资助的计划共36个。近20年来，NSF对研究生的资助力度逐年加大，2021年约占NSF科研与人力资源活动的38%。[27][28]

对于研究生和本科生的资助，有两个具有代表性的项目。一是1952年启动的研究生科研资助项目（Graduate Research Fellowship Program， GRFP）。该项目也是NSF历史上的第一个资助项目，通过竞争性科研资助，遴选STEM领域具有科研潜力的研究生，以培养未来科技领军人才。受资助的研究生三年内每年可获得3.7万美元的生活津贴，其所在教育机构每年可获得1.2万美元的津贴，用于支付受资助人学习期间的学费及其他费用。[29]至今，该项目累计资助人数超过6.4万人，其中42位获得了诺贝尔奖，450位成为美国国家科学院院士，涌现出诸多领域的领军人物，如美国能源部长、谷歌公司创始人等。[30]2023年该项目约资助2750人。[31]二是1987年启动的本科生科研经历（Research Experiences for Undergraduates， REU）项目，在全美各高校设立针对不同学科的本科生科研基地，资助本科生参与真实的科研项目实践。当前，NSF支持的本科生科研基地共有736个，涉及自然科学和社会科学中的19个学科。2023年，NSF以8500万美元的预算资助1750～1850名本科生科研实践项目，其中每一个项目约有10名本科生参与，这意味着有约2万名美国本土本科生受益。[32]

其二，NSF支持处于不同职业生涯阶段的科技人才的发展。根据NSF财报数据，直接接受NSF科研资助的科技人才主要为科学家和博士后。近二十年，NSF对科学家的资助支出占比约为其科研与人力资源活动经费的40%。其中，值得关注的是对处于职业生涯中期科技人才发展的支持。当前，NSF设有专门针对处于职业生涯中期的科学家和工程师的进阶（Mid-Career Advancement， MCA）资助计划，申请MCA资助计划的项目主持人仅限于拥有三年以上副教授或同等职称的科研人员。NSF认为，职业生涯中期对于科研人员是一个关键的过渡阶段，此时的科研人员面临推进科研项目以及保持长期生产力和创造力的压力，但社会服务、教学或其他责任往往制约其投入科研的时间。MCA资助计划为申请人的科研项目提供为期三年的资助，包括最多6.5个月的工资（加上福利）以及最多10万美元用于支持科研进展和培训计划的其他直接费用。2019年至今，MCA资助计划向77位科学家提供了约2900万美元的资助。[33]2023年，MAC资助计划支持35～45位科学家的科研项目，预算约为1400～1800美元。[34]NSF当前共有11个面向博士后的科研资助项目，涉及科研领域包括生物科学、天文学和天体物理学、数学、跨学科极地研究、地球科学、海洋科学、大气和地球空间科学以及社会、行为和经济科学。[35]2000—2019年，NSF面向博士后研究员的科研资助项目约占其科研与人力活动总支出的13%～16%。

2. 面向基础教育阶段的资助

NSF对STEM教育项目的资助中，面向基础教育阶段的资助包括对K-12教育项目（校内）的资助和对STEM扩展教育项目（校外）的资助。当前，NSF面向基础教育阶段的资助总额约占其资助STEM教育项目总额的21%。其中，对 STEM拓展教育项目的资助比率由2012年的5%上升至2022年的11%。

按照项目参与人员的类型划分，NSF资助的STEM教育项目参与人员包括：高级研究人员、其他专业人员、博士后、研究生、本科生、K-12学生、K-12教师。NSF财报数据显示，2000—2021年，NSF资助项目的参与人员中基础教育阶段教师和学生占比（44%～60%）最大，且K-12学生的占比呈上升趋势，2021年约为35%，2022年约为41%。[36]

按照项目内容划分，NSF重视支持基础教育阶段STEM教师发展和课程建设。例如，成立后不久至20世纪70年代，NSF启动“科学教师进修项目”和“课程内容改进项目”。NSF通过对这两个项目的资助，推动了二战后美国中小学科学教师队伍的建设，促进了美国科学课程改革，在二战后美国STEM教育发展、科学技术革新的过程中发挥了重要作用。[37]

当前，NSF设有罗伯特—诺伊斯教师资助计划（Robert Noyce Teacher Scholarship Program），旨在解决薄弱学区招聘、培训和保留优秀STEM教师和领导人的问题。该计划面向本科生、职前和在职教师，旨在支持优秀的STEM本科生和专业人员成为K-12 STEM教师；提高经验丰富的、优秀K-12 STEM教师的领导力；支持关于K-12 STEM教师效能和留任问题的研究。[38]2013年至今，该计划共资助473个项目，总资助额约为4.3亿美元；2023年，支持60～77个项目，经费预算6800万美元。[39]

二、 NSF资助科教项目的制度经验

（一）目标导向，发挥基础科学研究的牵引带动作用

基础科学研究范式已经从由科学家自由探索的“小科学”时代发展到了需要依靠国家力量主导的“大科学”时代。应对全球性挑战和满足国家重大需求对原始创新的需求更加迫切，而一个国家基础科学研究的深度和广度，决定着这个国家原始创新的动力和活力。在此背景下，世界各国政府通过一系列改革措施，集中优势资源推动目标导向的基础研究，以牵引带动科技创新，满足国家重大战略需求。[40][41]由上述分析可知，NSF持续资助全机构范围的战略性优先科研领域，且根据美国国家发展战略，在其阶段性发展规划中不断调整重点资助领域，在其2022—2026年战略规划中，NSF重申其战略规划目标与国家优先领域的一致性，包括应对大规模流行病、经济复苏、种族平等、气候变化等。[42]

（二）面向未来，大力资助前沿科学探索研究项目

当今世界正在进入全面创新时代，全球新一轮科技革命浪潮汹涌而至，大数据、人工智能、基因技术等新领域新业态持续浮现，世界的复杂性和不确定性越来越凸显。面对未来世界的不确定性和不可预知性，必须探索瞄准未来前沿性、革命性、颠覆性的科技创新。前沿探索科研项目往往具有高风险的特点，项目成果的不确定性高，因此需要长期稳定的资金支持。NSF一直坚持面向未来，通过专门的财政预算，对基础科学前沿探索项目给予强有力的资助，当下正在实施的十大领域投资计划以及“融合加速器”资助计划就是其典型代表。

（三）科教融合，建设全生命周期科技人才资助体系

科教融合育人的本质是通过科教耦合实现科技创新与人才培养的双重效应。[43]长期以来，NSF对美国大学，尤其对研究型大学的基础研究和本科以及研究生阶段科技人才培养给予了重点资助，成为联结联邦政府与大学科研与人才培养之间关系的重要桥梁。[44]此外，NSF将资助项目下沉到基础教育阶段，助力基础教育STEM师资与课程建设，“从娃娃抓起”提高STEM科技人才的培养质量。此外，NSF的资助政策向处于职业生涯早期和中期的科技人才倾斜，由此鼓励和支持更多有潜力的人才留在科研领域，丰富了本土科技人才的多样性。

三、对我国推进教育、科技、

人才一体化发展的启示

当前，新的历史发展阶段，我国对基础研究高度重视，并再次明确了对基础研究的要求。党的二十大报告把教育、科技、人才进行“三位一体”统筹安排、一体部署，为我国“坚持走基础研究人才自主培养之路”“源源不断地造就规模宏大的基础研究后备力量”[45]指明了方向。本文有关美国前沿基础研究与人才培养资助体系的研究对我国推动教育、科技、人才一体化发展的启示如下。

（一）坚持目标导向和自由探索“两条腿走路”，統筹制定基础科学研究阶段性资助计划

NSF设立的全机构中长期重点资助计划，体现了美国重视机制统筹，集中优势力量，以强化基础科学研究资助面向国家战略的目标导向。NSF自2002年起持续资助三个NSTC CROSS-CUTS研发项目，自2019年起持续资助关注不同研究领域的融合研究，体现了美国面向未来前沿科学领域，重视对前沿科学探索研究资助的前瞻布局。我国可坚持目标导向和自由探索“两条腿走路”，统筹制定基础科学研究阶段性资助计划，保持战略定力，强化对前沿科学项目的持续稳定性资助。

（二）建设覆盖基础教育、高等教育和职业生涯全生命周期的科技人才资助体系

与NSF建立的全生命周期科技人才资助体系相比，我国国家自然科学基金委员会长期以来对项目申请人的资格具有“底线”规定，几乎所有项目都是面向在职科研人员（包括博士后），且具有很强的优中选优的竞争性，不利于拔尖创新人才的早识别、早发现与早培养，也不利于高校及科研院所在读学生发挥科研生力军的潜力。不久前，国家自然科学基金委员会宣布，将前移资助关口，进一步加大对优秀博士生的支持力度，试点优秀本科生资助[46]，在向对科技人才成长全生命周期资助上前进了一大步。

除了对高等教育阶段科技后备人才的资助项目，NSF还有面向基础教育阶段科学教育的资助计划，大力支持以提高基础教育阶段科学教育师资力量和提升学生学习质量为重点的研究项目，鼓励基础教育阶段学生和教师的参与。另外，基于职业发展阶段而非年龄，分类设立科技人才资助计划，及时有力地支持与保障处于职业生涯早期和中期的科技人才的可持续发展，也是可参考的做法。

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How Does the United States Promote the Integrated Developments

of the Frontier Fundamental Research and Talents Cultivation

—An Analysis of NSFs Funding for Science and Education Programms

XU Yanru1   ZHAO Ruixue1   LIU Jian1，2

（1.School of Public Policy and Management， University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100190， China;

2.Office of Development and Planning， University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 101408， China）

Abstract： Based on the analysis of the development history， science and education funding programs and financial reports of the National Science Foundation （NSF） in the United States over the last two decades， the article depicts the NSFs funding system that promotes the integration of frontier fundamental research and talents cultivation， and summarizes three major institutional features of the system that ensure the global leadership of the United States in scientific and technological innovation： goal-orientation， future focus， and the integration of science and education. These experiences offer insights for China in promoting the integrated development of education， science and technology， and talent， emphasizing the dual approach of goal orientation and free exploration. The article suggests the comprehensive formulation of phased funding plans for fundamental scientific research and the establishment of a funding system for scientific and technological talents that spans basic education， higher education， and the entire professional life cycle.

Keywords： National Science Foundation of United States; Research funding; Fundamental research; Scientific talents; Integration of science and education

編辑 朱婷婷   校对 吕伊雯