美国是如何推进前沿基础研究与人才培养一体化发展的?
作者: 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,布什呼吁联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)、美国全球变化科研项目(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]