从STEM到STEM+A：教育未来的转变价值

“STEM”是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四个单词的缩写，也可视为四门学科的统称。这个术语的产生以及由不同学科间的整合引发的必要性，来自于20世纪80年代美国国家科学基金会（National Science Foundation，United State，简称NSF）的一项研究。1986年，NSF颁布了一份名为《科学、数学和工程本科生教育》（Undergraduate Science，Mathematics and Engineering Education）的报告，这份报告是由国家科学委员会本科科学与工程教育任务委员会（National Science Board Task Committee on Undergraduate Science and Engineering Education）进行的为期一年的研究成果。成立这个任务委员会的原因在于当时有很多迹象表明，美国的本科教育出现了严重问题，报告中指出：20世纪80年代最显著和不可逆转的变化是向全球经济的转变。倘若能够继续领先于其他国家的唯一方法是通过研究让新的想法不断涌现，并且拥有任何国家中技术训练最好、最具创造力和适应力的从业人员，与此同时使本国公民能够对基于技术的问题做出明智的判断。因此，高等学校的科学、数学和工程学科的发展十分重要，并且必须通过采取行动来避免国家未来科学家和工程师教育质量不断下降的后果。

这份报告通常被视为对“STEM”教育提出倡议的最早文献，但其实关于“STEM”问题的关注，美国早在1802年西点军校（West Point-United States Military Academy）成立时就参与了相关工作，“西点军校的毕业生设计了许多铁路、桥梁和道路，对这个国家的早期扩张至关重要。1862年的《土地拨赠法案》（Morrill Land-Grant Colleges Act）最初旨在建立学院和大学来研究农业和机械艺术，也支持科学和工程项目。这间接导致了大学研究系统的建立。”^[1]可见，“STEM”问题的出现并不是简单孤立的，而是美国历史上一系列具有时间连续性而又彼此关联的事件组成的结果。

1957年10月4日，苏联研制的第一颗人造卫星发射成功，这是一颗重184磅（83kg），宽23英寸（58cm）的铝球体，绕地球转了约98分钟（见图1.1.1）。尽管与今天的宇宙飞船相比，这颗卫星非常小，但是在1957年，作为一项科技成就，这颗卫星已然成为人类壮举，不仅引起了世界范围的关注，也令美国公众猝不及防。美国航天局的历史学家在2007年一篇纪念人造卫星升空50周年的文章中写道，“它的尺寸比先锋计划^[2]的3.5磅的有效载荷更令人印象深刻。此外，公众担心苏联发射卫星的能力可以转化为发射弹道导弹的能力，这种导弹可以把核武器从欧洲带到美国。”^[3]而在美国于1958年1月31日发射了第一颗成功的卫星“探索者1号”之后，这种担忧并没有消失。以至于联邦政府在很多方面迅速采取了措施以提高国家的技术能力。这些措施包括在1958年2月成立高级研究项目局（后来更名为国防高级研究项目局，或DARPA)，并在同年10月成立美国航天局（National Aeronautics and Space Administration，简称NASA，在1915年组建的国家航空咨询委员会基础上成立。)（见图1.1.2）

图1.1.1Sputnik 1大小和沙滩球差不多

图1.1.2人造卫星1号促使了美国航天局和DARPA的成立

这些行动和危机感背后的原因主要来自于，第二次世界大战结束后，美苏形成了对峙局面，而为了保证国家科学与技术领域的领先地位以及国家利益安全，美国国防部一直致力于从事火箭技术和高层大气科学研究。与此同时，美国在学校教育方面旨在推行一种“生活适应运动”的课程，即教授学生生活技能，这种课程对于那些不想在高中毕业后继续读大学或接受其他专业深造的学生来说是有一定价值的，但在另一方面却制约了美国在数学、科学和现代外语等方面的高质量教育发展，进而导致了美国学生的“低成就”。也就是在这种情况下，苏联早于美国实现了发射人造地球卫星Sputnik-1——这一具有历史意义的成就，这不仅开启了人类太空时代和冷战时期的太空竞赛，也使美国政府受到了来自国内各方的压力和指责，其中最令诟病的就是当时的学校教育，特别是对公立学校的批评大大增加，美国民众普遍认为在这场科技领域的较量中，教育成为导致问题产生的主要原因。因此必须尽快改革教育，培养足够数量的科技英才，以满足国家安全的基本需要。正是在这种背景下，时任美国总统的艾森豪威尔（Dwight David Eisenhower）在1958年1月27日致国会的信中，呼吁将教育计划与国防需求相匹配，并建议联邦政府在这项活动中发挥重要作用。由此，《国防教育法》（The National Defense Education Act，简称NDEA）成为联邦政府在教育领域扩大作用的结果并最终被国会通过，于1958年9月由艾森豪威尔签署成为法律。

诚然，《国防教育法》并不是专门加强国防教育的法律，而是致力于提高美国教育质量的一系列改进措施和拨款方案，其目的在于改善和加强美国学校系统的各个层次，鼓励学生在高中毕业后继续深造，“以对抗似乎优越的苏联学校系统（该系统专注于培训年轻科学家），并培养美国的‘STEM精英一代’”（Jennifer L.Jolly,Ph.D.2009）。该法案共有10章，主要内容包括：向高等教育阶段学习的学生提供奖学金和贷款；向准备成为教师的学生以及在数学、科学、工程和现代外语课程领域表现突出的学生（天才教育Gifted Education）提供贷款；明确规定天才教育的国策，提供政府专款，发展天才教育事业（美国联邦立法规定：天才儿童有权利得到适合自己的教育服务）；资助各州公立学校的数学、科学和现代外语等项目；加强实验室建设，促进教学手段的现代化并改进语言教学；帮助研究生，包括为博士生提供奖学金，以促使他们成为高等院校师资的储备人才；积极发展职业教育并培养优秀的中层技术人员；将电视、广播、电影和相关媒体用于教育目的的研究和实验规定等（The National Defense Education Act，1958）。

可见，《国防教育法》反映了当时美国社会对学术课程改革的关注和争取公众支持的努力，它将教育置于支持和协助国家政策的角色，“国防教育法案的通过击垮了美国教育100年来联邦政府无所作为的大坝；该法案的通过是20世纪60年代里程碑式立法的重要先驱，打破了反对联邦对中小学教育援助的僵局，改变了联邦在美国教育中的角色。”^[4]

而《国防教育法》的价值也在于为20世纪60年代早期的天才学生（尤其是在数学、科学和相关学科的发展）制定了一系列项目，并由此拉开了美国日后不断在该领域进行研究和发展的序幕，而关于教育改革的话题也随之更加突出。

进入20世纪80年代后，美国针对近20年教育质量滑坡的现象，时任总统里根（Ronald Wilson Reagan）责令美国教育部部长贝尔（T.H.Bell）任命了一个由18位委员组成的美国卓越教育委员会（The National Commission on Excellence in Education），在经过对全美教育进行系统调查后，由美国加州大学校长戈登纳（David P.Gardner）担任主席的委员会于1983年4月26日提交了一份《一个处于危险中的国家：教育改革的必要性》（A Nation at Risk：The Imperative for Educational Reform）的调查报告。

这既是一份调研报告，也是一封致美国人民的公开信。《报告》通过：评估公立和私立学校、学院和大学的教学质量；将美国的学校和学院与其他先进国家的学校和学院进行比较；研究大学入学要求和高中学生成绩之间的关系；确定导致学生在大学取得显著成功的教育项目；评估过去四分之一的世纪中重大社会和教育变革对学生成绩的影响程度；确定追求卓越教育将必须面对和克服的问题等内容，经过采取调研、论文、听证会和研讨会等方式的调查，委员会得出了一系列分析结果，并列出了美国教育所面临的12项危机信号——诸如大约13%的17岁儿童可以被认为是功能性文盲；少数民族青年的功能性文盲可能高达40%；高中生在大多数标准化测试中的平均成绩现在低于26年前发射人造卫星时的水平；超过一半的天才学生的测试能力与在校成绩不匹配；1963年到1980年间学生的成绩持续下降，其中语文成绩下降50分，数学成绩下降近40分；学生在英文及物理科目的学习热情日渐低落；教学杂乱无章和缺乏计划性；师资缺乏，优秀学生的主动性难以被调动等各类问题。

针对《报告》中所反馈的教育危机，委员会提出了“卓越教育”（Excellence in Education）的改革计划。在这里，“卓越”包括几个不同层面。第一，在个人学习层面，它意味着在学校和工作场所最大限度地发挥个人能力，提供机会给所有人，发挥所有人的才干，达到每个人能力的极限。第二，就学校（学院）教育层面，“卓越”意味着为所有学习者设定一个高期望、高标准和高目标，然后尽其所能的帮助学生实现这些目标，使他们通过教育和技能来应对快速变化的世界的挑战。第三，就社会教育层面，“卓越”意味着包括履行一个对终身学习的承诺，学习不局限在大中小学，而是延伸到任何人工作和生活的任何场所，如工作场所，家庭，图书馆，博物馆，科学馆等，“卓越教育”的目标是必须充分开发所有人的才能，而整个民族和各级学校必须全力实现上述意义上的卓越。

同时，为了完成这项“卓越教育”的目标，委员会提出了相关建议，包括：第一，强化高中毕业条件，所有毕业生必须4年内在“5项新基础”课程方面打下坚实基础，即4年英语，3年数学，3年科学，3年社会研究，半年计算机科学。报考大学者在5项新基础之外，还应学习2年外语。第二，大中小学制定和采纳更为严格可行的学业和操行标准及目标，4年制大学提高入学条件，以帮助学生更好地迎接新的挑战。第三，让学生花更多时间学习“新基础”，更有效地利用现行的学习时间，延长学时或学年。第四，提高教师队伍水平并改善教师待遇，使教学成为一种更有价值和更受尊重的职业。第五，由公民信赖的教育工作者和相关官员负责领导这些改革，并提供所需财政支持。

1989年9月，第41任美国总统乔治·布什（George Herbert Walker Bush）首次提出了美国学校应建立国家标准和国家目标的设想，并于1991年4月18日签发了由时任教育部长亚历山大（Alexander L.）起草的纲领性教育文件《美国2000年：教育战略》（America 2000:An Education Strategy）。《美国2000》被看作是一项长期的国家战略，旨在九年内（1991—2000年）实现布什在1989年弗吉尼亚州“夏洛茨维尔教育峰会”上阐述的六项国家教育目标，即到2000年：①美国所有适龄儿童入学时都已做好准备；②中学毕业率达到90%以上；③美国学生在4、8和12年级毕业时具备在英语、数学、自然科学、历史、地理等相关学科方面的能力；④美国学生在自然科学、数学方面的成绩应居于世界领先地位；⑤每一个美国成年人都要脱盲并掌握在现代经济竞争中所必需的相关技能，同时履行公民的权利和职责；⑥美国每所学校都要实现无毒品、无暴力，并提供有利于学生学习的优质教育环境。^[5]

与里根时期的《一个处于危险中的国家：教育改革的必要性》报告相比，《美国2000年：教育战略》被看作是一份承上启下的前瞻性教育文件，因为它“不仅指导美国教育界，以及支持教育的各界，如何在世纪转折时期有效地促进美国的教育，通过涉及教育实践的各个方面对美国近几年教育状况进行总结和分析，而且还展望了21世纪美国教育的发展，特别是90年代美国教育的发展”。^[6]而在此之后，继任的克林顿（William Jefferson Clinton）政府在1993年4月推出了《美国2000年教育目标法》（Goals 2000：Educate America Act）。在这项法案中，将六项国家教育目标扩展为八项，即：到公元2000年，所有教师都必须接受师范教育并参与发展专业的继续教育活动，都有机会获得为教好并培养下个世纪的美国学生所需要的知识与技能，所有教师都要使用新教学法、新评估法和新技术，以便教授具有挑战性的学科；到公元2000年，所有学校都要促进他们与家长的伙伴关系，使家长更积极地参与促使儿童增长社会知识、文化知识和培养情感的活动。国务卿理查德·莱利（Richard Riley）在2000年目标启动会议上指出：“我们花了10年时间，达到了能够支持我们通过2000年目标的地步。十年前，一个国家处于危险之中。我们可能还会花十年时间让它为我们所有的孩子服务。两党对《2000年目标》的大力支持表明，我们准备从一个危险的国家走向一个正在前进的国家。”可见，这项法案的颁布是美国学校和教育改革新时代的开始，这是一项革命性的、包罗万象的计划，它旨在改变教育系统的各个方面，同时使其各个部分相互协调。也由此实现了美国教育目标的法制化。

1996年，美国国家科学基金会（National Science Foundation，United State，简称NSF）发布了《塑造未来：透视科学、数学、工程和技术的本科教育》（Shaping the Future：New Expectations for Undergraduate Education in Science,Mathematics,Engineering，and Technology）研究报告，强调快速实现振兴本科教育的目标，并制定可实施的战略以改善科学、数学、工程和技术的本科教育，同时将重点关注K-12^[7]阶段STEM教师的培养。

进入21世纪，美国国家科学院国家研究委员会（United States National Research Council，简称NRC）于2003年发布了《评价和提高科学、技术、工程和数学的本科生教学》研究报告（Evaluating and Improving Undergraduate Teaching in Science，Mathematics,Engineering，and Technology），其中一个重要主题是帮助大学教师提高学生的学习水平，同时侧重于帮助教师如何评估所做事情的有效性，以及如何改进这种做法。

长期以来，美国的科学、技术、工程和数学高等教育文化在很大程度上是由研究和学术文化推动的，其科学技术的优势之一就在于其评估研究质量的有效机制，而这份报告也通过对已有的理论、研究发现和实施方案，与评估教学的效果策略两部分，描述了如何更好地评估STEM领域本科教学的有效性，以及使高等教育中的研究和教学文化更加紧密地结合在一起，从而把学生的责任从课堂上的被动笔记转移到更积极地参与学习中，以使教学从信息传输模式转移到学习促进模式。

2005年10月20日，由美国国家科学院（National Academy of Science，简称NAS）、国家工程院（National Academy of Engineering，简称NAE）、医学科学院（Institute of Medicine，简称IOM）、美国国家科学院国家研究委员会（United States National Research Council，简称NRC）四部门组成的“21世纪全球经济繁荣委员会”（National Academies’ Committee on Prospering in the Global Economy of the 21st Century）向美国国会递交了名为《迎击风暴：为了更辉煌的经济未来而激活并调动美国》的报告（Rising Above the Gathering Storm:Energizing and Employing America for a Brighter Economic Future)。该报告集中了包括大学校长、首席执行官、诺贝尔奖得主和前总统提名人等20名具有不同背景的人，针对美国21世纪科学教育发展等相关问题提出了若干建设性解决办法。

其中，针对STEM和美国K-12教育体系，委员会提出了“一万名教师，一千万名头脑”（Ten Thousand Teachers，Ten Million Minds）的建议，即通过颁发数学、科学和工程领域的竞争性奖学金，每年招聘1万名新的科学和数学教师，获得学士学位和教学证书，并承诺在公立学校任教5年；加强25万在职教师的技能，通过资助在职硕士、暑期学院和高级就业培训项目的培训和教育；增加选修高等科学与数学课程的学生人数等，具体步骤和措施大幅改善K-12教育，以用来增加美国在STEM教育方面的人才库。而针对基础研究和教育方面提出了“播下种子”（Sowing the Seeds）措施，针对高等教育建设提出“最好和最聪明的”（Best and Brightest）建议，其中通过建立2.5万个关于STEM的本科奖学金和5000个研究生奖学金，用于满足美国公民在美国大学学习的国家需要；通过为在美国获得理工科博士学位的国际学生提供为期一年的自动签证延期，和就业后提供自动工作许可和加速居留身份等方式吸引STEM人才。

由报告内容可见，美国在分析历史和现状中的种种问题，尤其是“9·11”带来的“既真实又严峻”的处境后，认识到“科技领先的地位和高水平的生活状态并非是与生俱来的好运，倘若希望后代能保持并享受所期望的美好生活，答案只有一个：走出去并参与竞争。”^[8]而21世纪全球间的竞争主要来自于人才培养的竞争，换句话说，美国在经历的经验教训和科学研究基础上，已逐步认识到加强学生在解决问题、有效沟通、自我管理和系统思维等方面的培养尤为重要，而这些技能的发挥与联系，在STEM学科中有着十分显著的体现。

2007年是美国针对STEM教育问题提出各类政策和实施方案的重要一年，在这一年中先后出台了包括《创新美国：拟定STEM教育议程》《学术竞争力委员会报告》《培养STEM教师：全球竞争力的关键》《美国竞争法》以及《国家行动计划》等若干报告和法案，而这些行动的背景一方面来自于历史原因，即1957年苏联发射第一颗人造卫星50周年纪念；另一方面由于从2006年便初见端倪的“次级抵押贷款危机”^[9]（Subprime lending crisis，也被称为次贷危机或金融危机）给美国及全球金融市场带来的巨大冲击，而由此导致的经济衰退、失业率激增、美元贬值等问题，使美国政府强烈意识到50年前的挑战与此时全球化带来的潜在经济威胁是同样需要面临的风险，所以必须时刻保持清醒和具有“居安思危”的意识，因此在关于STEM教育体系的相关问题上，所有利益相关者应当采取优先行动并通力合作，以维持美国在未来科学技术领域的卓越地位。(www.chuimin.cn)

2007年2月的全国州长协会（National Governors Association）上，提出了《创新美国：拟定STEM教育议程》（Innovation America：Building a Science，Technology，Engineering and Math Education Agenda）其中指出：就技能和技术而言，全球经济已将世界“夷为平地”。一个由解决问题的人、创新者和发明家组成的、能够独立思考并具有逻辑思维的新劳动力，是推动一个国家创新能力的关键基础之一。为此美国的K-12教育体系在高等教育、商业部门、基金会和政府的支持下，必须确保：第一，所有学生从高中毕业时需具备科学、技术、工程和数学（STEM）能力；第二，应该有越来越多的学生从高中毕业之时，成为STEM领域的潜在专业人员。而为了实现这些目标，建议州长们在3个领域中监管并构建并一个全面的STEM政策议程，即①将严格和相关的K-12体系中STEM教育要求与高等教育和工作场所的期望（投入）结合起来；②发展全州范围内改进K-12教育体系中STEM教学和学习的能力，以实施与STEM教育和工作系统相一致的能力；③支持以严谨和相关性为重点的新模式，以确保每个学生在高中毕业时都能掌握STEM知识，并有更多的学生进入STEM学科的高等教育和培训。^[10]

5月，在美国教育部（U.S.Department of Education）提交的《学术竞争力委员会报告》（Report of the Academic Competitiveness Council）中，针对115个STEM项目提交的项目评估里有效实践活动的普遍不足现象，提出了关于学术竞争力委员会的法定权限、有计划做出联邦STEM教育项目经费和预算等，促进项目之间沟通与协调的六项建议。

紧接着，在同年6月，美国教师教育学院协会（American Association of Colleges for Teacher Education，简称AACTE）递交了《培养STEM教师：全球竞争力的关键》（Preparing STEM Teacher：The Key to Global Competitiveness）报告。其中强调美国各地的教师培训机构正在努力为应对国家在全球竞争力方面的挑战而做准备，但大多数州和地区仍然缺乏合格的数学和科学教师，此外，16%的数学和科学教师的年流动率是所有领域中最高的，为此学校和教育部都应该意识到这些问题，并制定计划以实现在STEM领域培养更多更好的教师。

8月2日，美国国会众议院通过了《为有意义地促进技术、教育与科学之卓越而创造机会》法案，由于法案名称的缩写恰好为英语Compete“竞争”一词，故该法也被称为《美国竞争法》（America Creating Opportunities to Meaningfully Promote Excellence in Technology，Education，and Science Act，America COMPETES Act）。法案内容长达407页，涉及美国联邦政府的6个机构，并通过15个部分对美国国家科学基金会（NSF）提出了具体的规定或要求。由此，它一方面被看作是对2005年《迎击风暴:为了更辉煌的经济未来而激活并调动美国》报告所做出的回应，另一方面也被认为是美国未来几年教育事业的路线图，并由此启动了美国确保人才培养和促进国家创新与竞争力的立法程序。

其中关于STEM教育方面的内容，《美国竞争法》中提出对美国国家科学基金会（NSF）的授权拨款到2011财年实现翻番，达到102.34亿美元，以适应国家科学发展的关键需求，资助在STEM方面的研究及相关活动，用来增进国家的创新与竞争能力。同时，该法案还要求把美国国家科学基金增加到220亿美元，除自然科学和工程的研究资金外，重点用于奖学金、K-12阶段的STEM师资培训和大学阶段STEM研究计划，同时要求NSF确保专家持续参与改进小学、中学及高中以后阶段的STEM教育。此外，法案还致力于鼓励女性参与“导师计划”和“辅助学习计划”，为女性配备在工业界工作的导师，以帮助她们进入与STEM相关的高薪岗位。

《美国竞争法》于2010年被修订为《美国竞争再授权法》（America COMPETES Reauthorization Act of 2010）。2011年，在此基础上进一步设立了国家科学技术委员会（National Science and Technology Council，简称NSTC）和负责协调联邦支持STEM教育计划与活动的“科学、技术、工程和数学教育委员会”（Committee on Science，Technology，Engineering，and Math Education，简称CoSTEM）。^[11]该委员会根据《美国竞争再授权法》（美国法典第42编第6621条）建立，为日后审查、评估STEM教育活动及项目，制定STEM教育战略计划（每5年更新一次）等工作起到了重要作用。

2007年10月30日，美国国家科学委员会（National Science Board）针对本国内部未能满足美国学生STEM教育需求等问题再次发布了《国家行动计划：应对美国STEM教育体系的重大需求》报告（National action Plan for Addressing the Critical Needs of the U.S.Sciences，Technology，Engineering，and Mathematics Education System）。该报告中指出美国面临的两项主要挑战：一是需要确保STEM学习的连贯性；二是确保有足够数量受过良好培训且高效的STEM教师。同时希望通过“横向”与“纵向”两条线索对STEM教育体系的建设进行监管和完善，所谓“横向”即建议国会授权建立一个独立的STEM教育全国委员会（National Council for STEM Education）以负责（横向）协调各州的STEM教育。“纵向”内容即建议国家科学基金会（NSF）牵头创建一份国家路线图，用以保证STEM教育的连贯性，并将教育计划延伸到幼儿园教育之前和大学教育之后。

综上，正由于2007年这段时期里相继出台的各类政策、法案和研究报告，使美国在STEM教育体系的建设和转型上日益成熟，并在此后的几年中得以稳步发展。

2008年11月，奥巴马（Barack Hussein Obama）当选第44任美国总统，为了恢复“次贷危机”给美国经济带来的严重影响，从其竞选到就任过程中推出的一系列主张，便可看出奥巴马政府试图通过基础教育改革、增加教育投入和强调创新、卓越教育等政策实现恢复美国国力的信念和决心。

在其入住白宫后不久即2009年2月，便签署了《美国复苏与再投资法》简称《复苏法案》（American Recovery and Reinvestment Act of 2009）。该法就教育领域的投入总数超过1000亿美元，与此同时奥巴马政府又先后通过一系列政策用于缩小本国在STEM领域技术现状与发展机遇之间的差距。如2010年9月16日，推出了一项由一百多家企业CEO领导倡议，旨在培养广泛的科学、技术、工程与数学知识（STEM）的“变革方程教育计划”（Change the Equation,CTEq），该计划不仅提高了私人和慈善机构对STEM教育的参与程度，还为满足美国劳动力和培养精通科学、数学的公民提供相关帮助。在该计划中，奥巴马任命了包括莎莉·莱德（Sally Ride）【12】、克雷格·巴雷特（Craig Barrett）^[13]、乌苏拉·伯恩斯（Ursula Burns）^[14]、格伦·布里特（Glenn Britt）^[15]和安东尼奥·佩雷斯（Antonio Perez）^[16]等在内的商业和思想领袖，用来帮助提高并扶持美国学生在STEM领域的参与度及表现。

2013年4月，由美国国家研究委员会（NRC）、国家科学教师协会（NST）、美国科学促进会（American Association for the Advancement of Science，简称AAAS）在“K-12科学教育框架”基础上制定了《下一代科学标准》（Next Generation Science Standards，简称NGSS）。开发NGSS的目标旨在创建一套基于研究的最新K-12科学标准，这些标准可以使当地教育工作者能够灵活地设计课堂学习体验，激发学生对科学的兴趣，并为他们就读大学、寻求就业和成为合格公民做好准备。

在NRC、NST和AAAS制定这个标准过程中，他们经历了两个步骤，第一步：正确对待科学。由国家科学院的工作人员组织开发K-12科学教育框架。而该框架是关键的第一步，因为它是基于科学和科学学习的最新研究，并确定所有K-12学生高中毕业后应该知道的科学内容。第二步：各州牵头制定K-12科学标准，在这些标准中包含了丰富的内容和实践，并以连贯的方式跨学科和年级排列，为所有学生提供科学教育的国际标准。同时由国家认可的科学教育以及商业和工业领袖组成的咨询委员会提供相关审查和指导。^[17]

《下一代科学标准》的制定力图从客观严谨的角度重新定义科学的概念和看待科学的角度，它强调学习科学有三个不同但又同等重要的维度，即Practices（实践）、Core ideas（核心思想）和Crosscutting（交叉概念），这三个维度结合起来形成每一个标准，但是每一个维度同另外两个维度之间又产生新的关联，进而帮助学生在深入理解核心科学概念的基础上，通过实践和测试参与科学过程，从中探索包括物理科学、生命科学、地球和空间科学以及工程设计等相关领域间的联系，同时获得最大可能的评估科学的证据。以此促使STEM课程采用案例研究的方法，取代传统的孤立的生物学和化学课程，强调批判性思维和调查过程，通过内容和实践的整合，帮助学生对周围世界形成连贯而科学的看法。

2013年5月，STEM教育委员会（CoSTEM，2011年组建）公布了《联邦STEM教育五年战略计划》（Federal Science,Technology,Engineering,and Mathematics（STEM）Education 5-Year Strategic Plan)。该战略计划确定了目标、优先事项以及协作和项目改进的新框架和机制。这一战略计划为STEM教育的持续改进规划了一条道路，以帮助联邦政府通过对该项目的投资和改善，使更多学生、教育工作者和公众受益。在《战略计划》第一部分“行动纲要”（Executive Summary）中，奥巴马提到：作为总统，我一直关注的事情之一是我们如何创造一种科学、技术、工程和数学的全方位方法。我们需要将此作为优先事项，在这些学科领域培训一支新教师队伍，并确保我们作为一个国家正在提升这些学科，以获得应有的尊重。^[18]而根据总统科技顾问委员会（PCAST）的建议，奥巴马在2011年的国情咨文中就曾谈到：“除了父母之外，对一个孩子成功的最大影响来自于教师。在韩国，教师被称作‘国家建造者’。在美国，现在是该以同样程度的尊重对待教师的时候了。我们应当奖励好教师，停止为糟糕的教师找借口。要在未来的10年中努力培养10万名具备较强教学能力和卓越学科知识的优秀STEM教师。”^[19]可见，在对优秀教育人才的培养、选择、供给和保留方面，是美国在教育政策上一贯的重要内容，而事实上，拥有一批经验丰富并具备良好素养的科学家、工程师和教师，对正式或非正式教育无疑能够发挥关键性作用。

进而在这份《联邦STEM教育五年战略计划》中，提到了五个STEM教育重点投资领域和两个STEM教育协调目标。重点投资领域包括：①改进STEM的教学，到2020年，培养100，000名优秀的新K-12阶段STEM教师，并支持现有的STEM教师队伍。②增加并维持青年和公众对STEM的参与程度，将高中毕业前拥有真正STEM教育体验的美国青年数量提高50%。③提高本科生在STEM教育领域的体验，在其后10年里，鼓励100万名学生获得STEM领域的学位。④增加对较少参与STEM领域群体的关注和服务，增加未来10年中，获得STEM学位的少数族裔毕业生人数，并提高妇女在STEM领域的参与度。⑤为未来的STEM员工设计研究生教育方式，为已毕业的STEM专业人员提供基础和应用研究专业知识，为在国家重要领域和任务机构需求方面提供就职机会，以及在广泛职业领域取得成功所需的辅助技能。

2013年10月7日，美国国会参众两院通过了《2015年STEM教育法》（STEM Education Act of 2015），这是一部关于界定STEM教育以将计算机科学包括在内并支持国家科学基金会（NSF）现有各项STEM教育计划的法律。其中，明确了术语“STEM”教育是指科学、技术、工程、数学等学科的教育，其中还包括计算机科学的教育。^[20]此外，法案中还涉及STEM教育的定义，非正规STEM教育，诺伊斯奖学金计划修正案等内容。

2013年12月10日，奥巴马签署了《每个学生成功法案》（Every Students Succeeds Act，简称ESSA），该法取代了前总统小布什于2002年签署的《不让一个孩子掉队法》（No Child Left Behind Act，简称NCLB）并于2016年1月6日在全美范围内实施。法案中强调鼓励地方投资和创新要促进STEM的教育和学习，以确保学生和学校取得成功，同时确立了联邦政府在公共教育中扩大的作用。

2016年1月30日，奥巴马在星期六例行讲话中，谈到了给全美各地所有学生在校学习电脑科学的机会问题。他说：“美国的经济正在迅速转型，教育工作者和企业领导人日渐认识到，在新经济环境下，计算机科学不再是一项可选技能，而是与‘3R’（阅读、写作、算术）一样成为一项基本技能。因此要给美国的每个孩子，从一开始就学到他们所需要的技能，为在新经济环境下取得成功做好准备。”这就是被称为“全民创新计算机”的行动计划，该计划在预算中为各州提供40亿美元资金支持，为各地区提供1亿美元的直接投资；并通过国家科学基金会和国家与社区服务合作中心共同投资1.35亿美元，用于计算机科学专业老师的培训和补贴。同时，奥巴马号召包括州长、市长、教育领袖、CEO、慈善家、创新媒体、技术专家以及其他人一起参与进来，共同贡献自己的一份力量，保证美国的年轻人能够在未来的高科技、全球化经济竞争中取胜。

“全民创新计算机计划”不仅为《2015年STEM教育法》中计算机科学教育提供了政策支持和资金保障，更从基础教育和全民普及入手，为STEM教育的深入发展做出了有效促进。

诚然，奥巴马政府不断地通过相关激励行动做出努力，但由于存在于种族、社会经济、性别和地理界线上的STEM科目以及残疾学生中的获取、参与和成功方面的持续不平等，依旧造成了STEM教育间的差距。为此，从2015年开始，美国教育部（U.S.Department of Education）与美国研究所合作（American Institutes for Research，简称AIR）联合召集了一系列为期1.5天的研讨会，邀请各类专家和思考科学、技术、工程和数学（STEM）教学领域的领导者来分享他们对STEM教育创新未来的想法和建议。这些人基于他们在学习科学研究领域的工作，相关公平与获取，评估与测量，学前教育、高等教育、教育技术、课后和非正式教育等方面的STEM教学经验，于2016年9月14日发布了名为《STEM 2026：STEM教育中的创新愿景》（STEM 2026：A Vision for Innovation in STEM Education）报告。这份报告综合了研讨会和与会者对STEM教育的理想愿景与观察结果，从实践社区，学习环境，教育经验（包括解决“重大挑战”的跨学科方法），灵活而包容的学习空间，创新和容易获得的学习方法，促进STEM多样性和机会的文化形象与环境等几方面提出了最新研究和思考，并指出STEM教育未来十年的发展方向以及存在的八大挑战，即：①促进公平获得STEM教学经验和资源；②宣传参与性高和网络化的实践社区；③重新设计课程活动，以促进有意识的游戏和风险；④开展早期的STEM教育；⑤打破STEM学科间以及与其他非STEM学科间的分界；⑥重新设想学习空间；⑦制定创新与可操作的教学评价方式；⑧重新描绘STEM的“面貌”，以促进多样性和多机遇的社会环境。

这份报告被视为是一份补充性的努力，而它的目的即强调在STEM中创造平等的机会，以促进全体青年的终身学习，为STEM教育建立一个更加强大和包容的未来。正如该报告的主要作者考特尼·塔南鲍姆（Courtney Tanenbaum，AIR首席研究员，STEM实践领域的主管）所说，“有效的STEM教育越来越重要，学生都应该参与其中，在当今世界，所有的年轻人都需要教与学的经验，以让他们相信可以通过STEM理解和塑造世界。”^[21]

2018年12月，由国家科学技术委员会（National Science and Technology Council，简称NSTC）下设的科学、技术和工程教育委员会（Committee on Science,Technology,Engineering,and Math Education，简称CoSTEM）提交了继2013年之后的第二个五年计划——《规划成功的道路：美国的STEM教育战略》（Charting A Course for Success：America‘s Strategy for STEM Education）。该规划在行动纲要中指出：科学、技术、工程和数学（STEM）一直以来被视作技术进步的源泉，它有助于团结各国发展世界上最具竞争力的经济，并通过实力维护和平。而该规划也将从三个目标入手，实现未来美国在STEM教育中的愿景，即：①为STEM扫盲打下坚实的基础；②增加STEM中的多样性、公平性和包容性；③为未来做好STEM人才的储备。同时，通过“发展和丰富战略伙伴关系”“让学生参与到学科融合的地方”“培养计算能力和通过透明与问责的方式运作”这四条路径作为实现目标的手段。^[22]

综上对STEM发展过程的梳理，可见这项教育方式已经日渐成为在美国甚至全球创造所需从业者的必要条件，而事实证明，在当下世界范围内，国家、国民、经济、文化的发展、教育水平的提升，在很大程度上依赖于科学技术的创新增速，而通过近30年的教育实践表明，STEM教育在培养科学探究能力、批判性思维、信息技术创新、合作协调能力等社会技能与核心素养方面，的确产生了深远影响并将持续发挥作用。