美国科学与工程本科教育概况

贺飞 北京大学

本博主在上一篇博文中给大家介绍了美国高校本科生和研究生的财政支持模式和债务状况(参见：http://blog.sciencenet.cn/blog-1015-927720.html),从今天开始，分别介绍一下美国科学与工程领域本科教育和研究生教育概况。今天先介绍一下本科生相关情况。美国科学与工程本科教育培养主修科学与工程专业的劳动力，以及能对科学和数学概念有着基本理解的非本专业知识公民。内容包括不同类型机构、学科领域和人口特征的在校人数等相关指标，专业选择意向以及获得科学与工程学位数量的最新趋势等。

1 基于学科的教育研究

提高学生在STEM领域保有率的一个重要策略，就是改进科学与工程本科生教育质量，提高学生的学习成绩。所谓基于学科的教育研究(简称DBER),其目的是为了提高科学与工程的教学质量，整合教育科学和特定科学与工程学科的知识的共同发现和观点。DBER寻旨在了解人们是如何学习概念、实践以及如何在科学与工程领域的思考。它关注一组相关研究领域(物理、化学、工程、生物和地球科学以及天文学)。2012年，根据美国科学基金会（NSF）要求，美国国家研究理事会(NRC)研究了DBER在本科教育中的现状、贡献以及未来发展方向。研究发现，在不同学科，学生存在着对基本概念的错误理解，尤其是那些涉及非常大或非常小时空尺度的概念。NRC还得出结论：学生探索领域内看上去简单的重要内容，或明显对专家有挑战以及提出未来学习障碍等挑战。DBER积极介入本科学习过程，较传统听课更能提高理解能力，通过有效战略举措促进观念转变。这些战略举措包括：让讲课更加互动，学习小组学习，以及在教学中真正的合作和自由讨论问题(例如实验室学习或外场学习等)。学生能学会更像专家那样的解决问题的技巧，通过步骤和提示，引导他们在教学实践中提高概念理解力，并采用多种方式，讲解概念，帮助他们建立自己的思考体系。

2 总体本科生在校人数

过去15年来，美国所有层次高等教育机构中的在校人数，从1996年秋的1450万人增长到2011年秋的2130万人，其中有两个主要的高速增长期：2000到2002以及2007到2010，均为最近的两个经济衰退期。其中本科生在校人数通常约占所有层次在校生人数的86%。

2011年，美国本科生在校人数自1996年首次略有下降。之前些年，在本科生层次在校最大数量学生的机构类型依次是：副学士型学院(820万，占45%的所有在校生), 硕士型学院/大学(380万, 21%), 以及科研非常密集的博士授予大学(200万, 11%)。1996到2011年间，博士/研究型大学的本科生在校接近翻番，副学士型学院增长了56%, 硕士学院增长了47%，学士型学院增长了39%。(关于学术机构类型的定义参见本博主之前博文：http://blog.sciencenet.cn/blog-1015-927235.html)

根据美国人口调查局基于2010人口普查的最新预测，美国大学适龄人数(年龄20–24)预计从2015年的2260万下降到2025年的2160万，但从长期来看将会增长(到2060年达到2530万)。这一短期下降主要是因为非西葡裔白人数量的下降，预计到2060年会持续下降，以及2015到2035年间非西葡裔黑人数量下降。2015到2060年，20–24岁西葡裔以及非西葡裔的亚裔人口数量预计会持续增长。这一年龄组的西葡裔的比例预计将从2015年的22%增长到2060年的36%，并且这一年龄组的亚裔的比例预计将从2015年的5%增长到2060年的7%。高等教育在校人数增长预计主要来自少数族裔，特别是西葡裔。

3 科学与工程本科生在校人数

3.1 新生选择科学与工程专业的意愿

1971年来，UCLA高等教育研究所负责的全美新生调查，调查了大量高校的新生关于其专业意愿，这些数据在多年后已被实际验证能正确描绘学位领域的趋势。数据显示，到2007年，大约三分之一的新生计划学习科学与工程领域，这一比例到2012年逐渐上升到39%。新生计划选择生物和农学专业的比例的增长占了以上这一增长的绝大部分。2012年，大约13%的新生有意将生物和农学作为其专业，以及大约各有10%的学生愿意选择社会和行为科学以及工程。大约各有3%愿意选择物质科学、数学、统计学、计算机科学为专业。

2012年，超过一半的亚裔美国人或亚裔新生计划选择科学与工程专业；西葡裔或拉丁美洲裔的比例较低(42%)，白人仍更低 (37%), 黑人为(36%), 美国印第安人或阿拉斯加原住民比例为(33%)。男生计划选择科学与工程专业的比例在每一族裔中均高于女生。对于大多数族裔，大约10%计划选择社会和行为科学为专业；大约8%–10%计划选工程；大约12%计划选生物和农学；3%为数学、统计学或计算机科学；以及2%为物质科学。亚裔美国人或亚裔新生计划选工程、生物和农学以及数学、统计学或计算机科学的比例高于其他族裔。黑人、西葡裔或拉丁裔计划选社会和行为科学为专业的比例较高。所有新生中，愿意选择数学、统计学或计算机科学为专业的百分比，自1990年代后期开始下降，而愿意选择生物和农学、工程以及社会和行为科学为专业的百分比则有所上升。

一般来说，在特定科学与工程领域获得学士学位的学生的百分比类似于计划选择这些领域为专业的学生的百分比，但工程和社会和行为科学例外。对于所有性别和所有族裔，在工程领域获得学士学位的学生的百分比，均小于计划选择其为专业的百分比。2011年在社会和行为科学领域获得学士学位的百分比(16%)，要高于6年前新生计划选择这一领域为专业的百分比(10%)。对于女生、黑人和西葡裔（区别于男生、白人、和亚裔），在自然科学领域获得学士学位的比例要小于其初上大学时计划选择这些领域为专业的比例。

2012 《关于科学、技术、工程和数学(STEM)教育的报告》提出，为保持美国在科学与工程的历史地位，美国需要提高学生获得STEM(或自然科学和工程)领域本科学位的比例，并且要大大超过当前比例才行。大要实现这一目标存在巨大挑战：新生愿意选择不同科学与工程领域专业的比例在大多数领域变化不大，除了生物和农学，甚至在数学、统计学和计算机科学减少；自然科学和工程合计获得学士学位的比例保持在15%–17%；净本科生转入科学与工程专业和减少的模式保持稳定。

学生计划选择科学与工程为专业的人口统计学轮廓随时间变得更加多样。白人学生的比例从1998年约75%下降到2012年约三分之二。而同期，亚裔美国人或亚裔学生的比例却翻倍到2012年的16%，而西葡裔比例几乎是原来的三倍也达到2012年的16%。美国印第安人或阿拉斯加原住民以及黑人学生分别大约占1998年和2012年新生愿意选择科学与工程为专业的2%和11%。

3.2 外国本科生在校人数

最近几年中，外国本科生在校人数不断增长。在2011–12学年，美国高校外国学生在校本科生学生人数较前一年增长了11%，达到大约24.5万人。这是自911后下降的连续第5年持续增长。2011-12年，外国本科生在校人数超过2001-02高峰年的18%。2011-12年新入学的外国本科生较前一年增长了8%。2011-12年在美高校外国本科生人数最多的国家是来自中国 (75,000), 韩国(38,000), 沙特阿拉伯(14,000), 印度(13,000), 加拿大(13,000)和越南(11,000)。来自中国和沙特阿拉伯的本科生数量均较前一年增长了31%。韩国本科生数量增长了1%, 而印度本科生数量则减少了7%。2011–12年，在所有外国学生中(本科生和研究生)，学习数学和计算机科学的数量较前一年增长了11%，而学习工程、物质和生命科学以及社会科学的数量也增长了，增幅均为4%。

来自美国国土安全部的最新数据显示，2011年11月到2012年1月间在美外国本科生在校大幅增长(表1)。大多数外国在校学生增长在非科学与工程领域，但在科学与工程中最大的增长为工程和社会科学。2012年秋,前10位外国本科生的国家与前一年类似。三分之一的美高校外国本科生在科学与工程领域；2012年，科学与工程领域的本科生比例达到50%或更高的是来自马来西亚、科威特、印度河尼日利亚。2008到2011年间，科学与工程领域的外国本科生每年增长约为6%–10%，2012年的增长率几乎超过1倍(21%)。在本科生层次，2008-2011年间非科学与工程领域的增长每年在1%和3%之间，但在2012年爬升到16% (表1)。在科学与工程和非科学与工程领域，最近一年大约50%的外国本科生在校的增长是来自中国学生数量的增长。

表1 美国高等教育机构外国学生在校人数，按领域和层次:2008-12

注：本科生在校包括副学士学位和学士学位。研究生层次包括硕士和博士学位。数据按照10取整。

数据来源：Science and Engineering Indicators 2014

3.3 工程领域在校生人数

对绝大部分而言，学生一般在其2年级结束前不声明专业。由于这一点，不存在美国本科生按专业的在校生数据统计。但是工程领域是例外。工程计划通常要求学生在大学第一年就声明专业或专业意愿，因此工程在校数据可以作为未来本科工程学位和学生工程领域职业兴趣的一个早期指标。美国工程劳动力委员会每年秋季跟踪调查本科生和研究生在校工程计划的数据。

本科生工程在校人数在1990年代保持不变，从2000到2003年增长，到2006年缓慢下降，自那以后又平稳增长，到2011年达到高峰511,000人。本科工程学生的数量2006到2011年增长了26%。全日制新生在校人数也遵循类似模式，2011年达到122,000 人，是1982年以来最高。这一趋势与1990年代大学适龄人口下降一致，特别是占工程学生绝大多数的白人20-24岁适龄人口的下降。

3.4 残疾人在校人数

根据最近的估计，2008年11% 的本科生报告有残疾。其中将近一半就读在2年制学院，41%在4年制机构，3%在少于2年机构，以及8%就读超过一个机构。大约20%的残疾本科生就读科学与工程领域。

4 本科生学位授予

美国高校本科生学位授予数量，过去20年在科学与工程和非科学与工程领域均在持续上升，并且这一趋势有望继续持续到2021年。

4.1 科学与工程副学士学位

社区学院常常是学生进入高等教育的一个重要的且相对便宜的途径。2年制社区学院大量授予的副学士学位是一些人的最终学位，但另一些人在4年制学院或大学继续学习，并且随后获得更高的学位。许多人在转入学士型机构就读前没有获得副学士学位。2011年，科学与工程领域以及工程技术的副学士学位合计约占所有副学士学位的12%。

来自所有类型高校的科学与工程副学士学位，在2003-2007年年间急剧下降后，自2007年持续增长。总体趋势也体现在计算机科学领域，其同样是在2003年达到峰值，然后直到2007年下降，又增长到2011年。工程技术获得的副学士学位，从2000年的约40,000下降到2006年的约30,000，但是自那以来上升，到2011年约为38,000。

2011年，女性获得62%的副学士学位，2000年为60%，以及43%的科学与工程副学士学位, 而2000年则为48%。下降主要是因为，女性在计算机科学学位的占比下降，从2000年的42%下降到2011年的23%。少数族裔的学生(黑人、西葡裔、美国印第安人和阿拉斯加原住民)较学士或更高学位而言，获得更高比例的副学士学位, 不论是在科学与工程还是在所有领域。2011年，少数族裔获得27%的科学与工程副学士学位，其中超过三分之一副学士学位是在社会和行为科学以及超过25%副学士学位在生物学、物质科学和数学领域。2000年以来，这些学生获得科学与工程副学士学位的数量增长快于美国整体的增长。

4.2 科学与工程学士学位

学士是最为普遍的科学与工程学位，占接近70%的所有科学与工程授予学位。至少在过去10年来，科学与工程学士学位一直约占三分之一的所有学士学位。科学与工程学士学位授予数量，则由2000年的约40万人平稳上升到2011年的超过55万人。过去10年中，学士学位授予在所有科学与工程领域的数量一直上升，尽管范围不同。唯一例外是计算机科学，其数量在2000-2004年急剧上升，但又急剧下降到2009年，但2010年和2011年又再次上升。

4.3 按性别统计的科学与工程学士学位

1982年来，女性在本科教育中的数量多于男性。多年来，她们在所有学士学位和科学与工程学士学位获得相对不变比例。1990年代后期以来，女性获得约57%的学士学位，约一半的科学与工程学士学位。在美国公民和永久居民中，女性同样获得约一半的科学与工程学士学位。

在科学与工程领域，男性和女性倾向学习不同的领域。这种倾向同样存在于硕士和博士层次。2011年，男性获得工程、计算机科学和物理领域的绝大多数本科学位。女性在心理、生物、农学以及除了经济学外的诸多社会科学领域，获得一半或更多学士学位。2000年来这一模式被打破。授予给女性学士学位比例下降的有：计算机科学 (10%), 数学(5%), 物理( 2%), 以及工程 (2%)。这一期间授予女性学士学位比例上升的领域有：大气科学(9%), 农学(6%), 天文学(3%), 化学(2%), 人类学(3%),以及政治学和公共管理(1%)。2000到2011年，在科学与工程领域和所有领域授予给男性和女性的学士学位数量增长了相同的比例。

4.4 按族裔科学与工程学士学位

科学与工程学士学位得主的族裔构成随时间变化，既反映了人口的变化，也反映了少数族裔的入学人数的上升。2000到2011年间，科学与工程学位授予给美国公民和永久居民中白人学生的比例从71%下降到63%，尽管同期白人学生获得科学与工程学士学位的总数上升。西葡裔学生的比例从7%增长到10%，亚裔和太平洋岛民从9%增长到10%。黑人和美国印第安人或阿拉斯加原住民学生的比例,则自2000年保持不变，分别为9%和1%。未知族裔学生获得科学与工程学士学位的数量在此期间几乎增长到3倍，达到约42,000人。

过去20年，尽管非代表少数族裔在任何领域获得学士学位取得了长足的进展，少数族裔和白人之间的教育鸿沟仍很大。2011年，25-29岁人口中，拥有本科或更高学位的比例：20%为黑人，13%为西葡裔，39%为白人。这3个数据在1980年分别为12%, 8%, 和25%。在科学与工程完成学士学位的族裔差别，反映了高中毕业率、大学入学率以及大学保有率的差别。通常，黑人、西葡裔以及美国印第安人和阿拉斯加原住民较白人、亚裔或太平洋岛民有更低的高中毕业率、大学入学率和大学毕业率。在那些就读或大学毕业人群中，黑人、西葡裔和美国印第安人和阿拉斯加原住民选择科学与工程的约与白人一样；亚裔和太平洋岛民较其他族裔更愿意选择这些领域。对亚裔和太平洋岛民而言，几乎一半的学士学位为科学与工程领域，其他族裔得到接近三分之一。而亚裔和太平洋岛民获得社会科学学位的比例与其他族裔类似。白人、黑人、西葡裔以及美国印第安人和阿拉斯加原住民同亚裔和太平洋岛民在科学与工程领域的领域分布差别明显，但在许多科学与工程领域中学士学位得主比例分布类似。2011年，每一族裔的9%到11%的所有学士学位得主在自然科学获得其学位，2%–4%在工程,以及15%–18%在社会和行为科学。亚裔和太平洋岛民学士学位得主获得其21%的学位在自然科学，8%在工程。2000年以来，所有族裔获得学士学位总数和科学与工程学士学位总数均增长。除了计算机科学外，大多数族裔在所有科学与工程领域获得学士学位的数量也增长。在所有族裔中，计算机科学学位的数量遵循通常人口模式：到2003-2004年之前增长相当大，然后急剧下降到2008-09年。在最近的2或3年内，数量开始增长，对于西葡裔而言，2011年获得计算机科学学士学位的数量接近达到2004年的峰值。

4.5 按国籍学士学位

美国持临时签证的学生一贯获得小份额 (3%–4%)的本科层次的科学与工程学位。2011年，这些学生获得学士学位比例较高的领域为经济学和化工、电子和产业工程(约10%)。临时签证学生获得科学与工程学士学位数量从2000年的约15,000增长到2004年的约19,000，然后下降到2008年的17,000，但又开始增长到2011年，达到峰值接近21,000。

参考文献：

National Science Board(NSB). 2014. Science and Engineering Indicators 2014. Arlington VA: National Science Foundation (NSB 14-01).

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