把中小學教育，特別是理科教育，看作“國家競爭力”的根本所在，可說是美國二戰後的傳統了。1957年蘇聯第一顆人造衛星伴侶號（Sputnik）發射成功，在美國引起舉國震動，以及對科學和教育政策的全面反省。從那以後，聯邦政府在科學教育上的支出翻了幾倍，科學也在公眾眼中從“實驗室怪人”變成了財富和國家安全的源泉。十多年後，美國終於率先登月，贏得了“空間競賽”。到了八十年代初，面對美國七十年代的經濟困難和日本和德國的強力競爭，國家教育促進委員會（NCEE）發表了報告“危機中的國家”（A Nation at Risk），認為中小學教育的缺失威脅到了美國的領先地位，必須立即改革。這個報告的很多建議，特別是重視標準考試的做法，被採納進了1994年通過的“2000年目標”（Goal 2000）法案和2001年通過的 “不讓一個孩子掉隊”（No Child Left Behind）法案中。2005年，面臨全球化帶來的新挑戰，美國國會要求美國科學院研究美國科技的現狀和對策。2007年，科學院發表了報告“未雨綢繆”（Rising Above the Gathering Storm）,把中小學理科教育列為重大“整改”對象之一。報告的作者大多數是高科技公司的現任或前任高級主管，也有一些學校研究科技政策的教授。同年八月，國會通過了“美國競爭力法”（America Competes Act），採納了報告中的一些建議，包括在7年內讓國家自然基金，國家標準技術實驗室和能源部科研辦公室的經費加倍，以及一些增進中小學理科師資的措施。這個法案在2010年得到了5年的延長。與此同時，國家科學院，國家工程學院和醫學學院提交了“未雨綢繆”更新版，闡述這五年來的情況變化和更新後的建議。報告認為過去五年中國家的競爭力情況更加惡化，面臨的風暴已達到“最高級”。正好這時新的PISA成績公布，奧巴馬總統聲稱美國又面臨“衛星時刻”（Sputnik Moment），誓言致力加大科學和教育的投資。每當談到全球化挑戰，“加強教育和訓練”總是政治家們提出的對策之一。然而五十多年來，似乎教育落後於國家需要的情況從未改善過。

中小學理科教育是否拖了國家競爭力的後腿？我們是否應該加大中小學和大學理科教育的投入？這是本文要討論的題目。

關於美國理科教育面臨的問題，除了上一篇文章中討論過的國際測驗成績問題外，“未雨綢繆”更新版【注1】還列舉了一些其他問題。其中包括：
◇大約30%的美國年輕人不能按時高中畢業。美國的高中畢業率是工業國家中名列20位。
◇美國中小學生在國際測驗中落後，在國內測驗中，40年中沒有多少進步。然而扣除物價因素後，美國2007年每個學生的花費是1973年的兩倍多。
◇美國選修教育專業的學生在國內國際都是中等偏下。46%的教師在頭五年間離開這個職業。
◇中國的清華和北大是美國博士學生的最大來源。2001年，51%的美國專利由非美國公司取得。
◇大約三分之一在美國的製造業表示他們面臨技術人才短缺。

大約在同時（2010年9月），白宮科學技術顧問發表了“訓練與激勵：事關美國前途的中小學理科教育”（Prepare and Inspire: K-12 Education in Science, Technology, Engineering and Math (STEM) for America’s Future）【注2】，這是給美國總統作為決策依據的報告。報告中提到了更多的問題：
◇在美國，大約三分之一的學士學位是理科的。而在中國和日本，這個比例分別是53%和63%。
◇美國一半以上的理科研究生來自國外。
◇許多優秀的理科學生被吸引到其他領域。
◇美國目前注重幫助學習困難的學生。但是我們需要對優秀學生給予更多的注意和資源。
◇即使最好的中小學也缺少能夠激勵學生的理科老師。太多美國學生認為理科科目太沉悶和太困難。

以上這兩篇報告大致反映了“主流意見”：美國的理科教育問題多多，而解決的辦法是加大投資力度，培養更多的教師和吸引更多的學生。這裡有些問題我將在其他文章中討論。在本文中，我將主要討論以下問題：美國理科學生的數量與質量是否影響了國家的競爭力？

根據以上兩篇報告，對這個問題的回答應該是肯定的。主要論據是：美國理科學生的數量和質量在國際上都有差距；有很多美國公司面臨人才短缺；美國技術人才依賴外國的情況嚴重。

但是，另一方面的聲音也很強烈【注3，注4】。他們認為，美國的理科人才是供過於求。過去幾十年來，每年各種學位的理科畢業生（美國公民和永久居民）都穩定在理科職位增長數的三倍左右。從1977年到2002年，美國學士，碩士和博士學位中理科的比例分別穩定在20%，30%和60%左右，而絕對人數有所增加【注5】。而且美國學生的質量也不差。美國中學科學課程的數目和修課人數的比例在過去幾十年來都有增加。2006年，大學新生的SAT數學成績是歷史上最高的，比1996年高了近15分，比1986年高了20分。關於國際上的對比，上篇文章已經分析過。美國處於中游，但表現歷年來沒有下降【注5】。對工程和技術公司主管的調查表明，他們不認為申請的人不夠多，或者申請人的數學和科學技能不足。問題是，他們找不到所需的特定技術和經驗的人才【注6】。

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【1】 Rising above the gathering storms revisited，2007，www.aps.org/policy/reports/upload/rags-revisited.PDF
【2】 http://www.whitehouse.gov/sites/default/files/microsites/ostp/pcast-stemed-report.pdf
【3】 H. Salzman and L. Lowell, “Making the Grade”, Nature vol. 453 (2008), 28-30, doi:10.1038/453028a, http://www.nature.com/nature/journal/v453/n7191/full/453028a.html
【4】 B. L. Benderly, “Does the U.S. Produce Too Many Scientists?” Scientific American (2010), http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=does-the-us-produce-too-m
【5】 Lowell, B. L. & Salzman, H. Into the Eye of the Storm: Assessing the Evidence on Science and Engineering Education, Quality, and Workforce Demand (Urban Inst., Washington DC, 2007). http://www.urban.org/UploadedPDF/411562_Salzman_Science.pdf
【6】 Lynn, Leonard, and Hal Salzman. 2002. “What Makes a Good Engineer? U.S., German, and Japanese Perspectives.” Presented at Proceedings. The European Applied Business Research Conference, in Rothenburg, Germany, June.