人类第一个人造卫星 Sputnik

    亚瑟·赫尔曼（Arthur L. Herman）是美国著名的历史学家，前段时间，他忧心忡忡地写了一篇长文，发表在American Affairs杂志上。
    文章的题目是：America’s STEM Crisis Threatens Our National Security
    美国的STEM危机正威胁着美国的安全
    原文网址：americanaffairsjournal.org
    所谓STEM ，是科学Science，技术Technology，工程Engineering，数学Mathematics四门学科英文首字母的缩写。用中国的说法就是“理工科”。
    先划重点
    首先，21世纪，国家之间的竞争就是科技水平的竞争，科技水平取决于理工科人才，而理工科人才来自教育体系。所以，归根到底，国家间的竞争是理工科教育体系的竞争。
    其次，2016年中国有470万应届理工科毕业生，而美国只有56.8万，仅占中国的11%，更令美国忧心的是，即便在这区区56.8万毕业生中，还有一半是外国人，其中很大一部分是中国人。美国一方面想限制中国留学生的人数，又发现如果少了中国留学生，美国的科技公司有可能招不到人，原因很简单，学理工科的美国人太少！
    再次，当年和苏联冷战的时候，美国齐心协力，及时有效地拿出对策，加强理工科人才培养，效果很明显，最后科技方面超越苏联，并取得了冷战的胜利。而现如今，国内却陷入恶斗，政客只关心四年一次的选举，没有长远计划，比危机更为可怕的是，找不到解决危机的决心和手段。
    最后，在文章结尾，我会说两个作者有意无意间忽略的问题。从冷冰冰的数字来推测，中美两国在理工科教育方面，竞争的趋势和未来的结果。
     好，废话不多说，先让我们看作者的原文翻译。
    美国的STEM危机威胁着我们美国的安全
    Arthur L. Herman
    1957年10月4日，一个排球大小的钢球在8分钟内绕地球一圈，它被苏联称为 "卫星-1 "或 "PS-1"（Prosteyshiy Sputnik-1），它是第一颗人造地球卫星。苏联人把它发射到一个椭圆的低地球轨道上，在那里停留了三个星期，然后电池耗尽。接着，它又在轨道上持续了两个月，最后在大气层中烧毁。
    于是，世界有了一个新词-- Sputnik ，美国也有了新的使命：缩小与苏联在太空竞赛中的差距。这种紧迫的使命感引发了美国教育的变革。这场变革不仅为了赢得太空竞赛，也是为了让一代美国年轻人对“科学、技术、工程和数学”产生兴趣并接受教育。
     从那时起，STEM就成为美国教育专家常年关注的问题。从20世纪80年代开始，人们对美国的STEM能力正在下降，以及随之而来的美国经济和科学领导力的未来感到担忧。多份报告都指出了这个问题。
    然而，这种常年的手忙脚乱，以及国家科学基金所有拨款，似乎都没有什么效果。这种失败不仅体现在考试成绩不断下降，还体现在愿意投身于STEM学科的美国学生不断减少。自1985年以来，大学的学生总数增长了50%以上。但在数学和统计学方面，2009年只有15496名毕业生，和1985年的15009名几乎一样。学习视觉和表演艺术的学生，比学习“计算机科学、数学和化学工程”的学生加起来还要多。
    与此同时，一个争夺STEM领导力的新竞争者正在逼近，就像苏联在20世纪50年代所做的那样——他就是中国。STEM领导力对我们的安全仍然同样重要——现在比Sputnik号发射时更加重要。
    今天的顶尖专家都认为，美国未来的安全将依赖于人工智能、网络、量子、机器人、定向能源和高超音速武器，甚至是3D打印等先进技术。奥巴马在2014年开始指出这一现实，在一系列演讲中公布了它所称的 "第三次抵消战略 "，如果美国要保持对包括中国在内的竞争对手的优势，上述所有技术都将至关重要。
    量子计算技术尤其如此，甚至是最紧迫的。两者都建立在与经典计算完全不同的基础上，即量子物理学而非数学。正如我在早先的一篇《美国事务》文章中所写到的，量子的颠覆性，可能远超过二战以来的任何技术。如果没有一支训练有素的量子劳动力队伍，如果没有一支强大的研究人员队伍，我们将在这一关键技术上面临人才短缺，而种短缺将影响我们在未来几十年内打赢战争的能力。
    在其他领域也是如此。这些训练有素的人才将从哪里来？如果目前的趋势继续下去，他们将越来越多地来自国外。
    此外，在美国大学许多STEM领域的研究生中，外国学生占了大多数--包括来自我们主要的竞争对手--中国大陆的学生。总的来说，数据显示，自2008年以来，美国科学和工程大学的国际学生入学率一直在稳步上升，而美国公民和永久居民在这些课程中的人数却在逐步下降。
    美国STEM教育的现状
    美国的STEM教育现状如何？衡量美国和全世界STEM能力的最重要基准之一是国际学生评估（PISA）。它每三年对众多国家的15岁青少年的阅读能力、数学和科学素养以及其他关键技能进行测量。
    最新的PISA结果显示，美国的数学成绩在71个国家中排名第38，科学成绩排名第24。在经济合作与发展组织的35个成员中，美国的数学排第31，科学排名第19。
     在2000年代初，面对这样的糟糕，忧心忡忡的美国国家科学院出了一份报告 ，该报告认为，如果美国要在21世纪保持繁荣，加强科学和数学教育是必不可少的。这样糟糕的表现也迫使国会通过《美国竞争法》，授权为各种新项目提供资金，以改善科学和数学教育。
    然而，尽管有了资金和全国性的呼吁，却很难找到改善的迹象。
    衡量美国STEM状况的另一个标准是国家教育进步评估（NAEP）。2015年，在《美国竞争法》实施8年后，八年级学生的平均数学成绩自1990年以来首次下降。在0到500分的范围内，四年级的NAEP数学平均分是240分--与2009年的水平相同。2015年八年级的平均分是282分，是2007年以来的最低分。那一年，NAEP显示，只有38%的四年级学生、34%的八年级学生，和22%的十二年级学生可以被认为是擅长科学。同时，24%的四年级学生、32%的八年级学生和40%的十二年级学生被评为 "低于基本水平"。
    这些平庸的结果不会让大多数美国人感到惊讶。皮尤研究中心2015年的一份报告发现，只有29%的美国人将我们的STEM教育评价为高于平均水平。科学家们则更为挑剔。美国科学促进会成员的配套调查发现，只有16%的人称美国STEM教育是高于平均水平；相反，46%的人认为美国STEM教育低于平均水平。
    在总结美国STEM现状时，特朗普的 "成功路线 "报告声称，"美国人的基本STEM技能在过去20年里有了适度的提高"，但也承认我们 "继续落后于许多其他国家"，而且 "最近一项测试数据发现，只有20%的学生为STEM专业通常所需的课程做好了准备。"  
    另一方面，报告说，"在过去15年里，印度和中国在授予科学和工程（S&E）学士学位的数量上已经超过了美国"。事实上，"这两个国家产生的学位数量几乎占到了总学位数量的一半。
    这就给我们带来了一个双重悖论。虽然美国人在STEM学科上的表现远低于平均水平，但他们的学院和大学却继续拥有一些世界上最好的STEM课程。当美国人倾向于远离我们高校中的STEM专业时，外国学生却没有。
    外国学生与美国STEM的未来
    如今，美国仍然是最多国际学生的首选国家，在2017年全球460万注册留学生中，美国接纳了约110万名学生。截至2018年3月，大约有120万留学生在美国各地登记。
    在2016-17学年，中国是国际学生的第一大来源国（35.1万），占总数的33%，其次是印度（17%）；韩国和沙特阿拉伯（各占5%）和加拿大（3%）排在前五位。2016-17年，工程、商业管理、数学和计算机科学是国际学生的前三大学习领域，占美国高等教育机构国际招生总数的一半以上。
    总的来说，数据显示，自2008年以来，美国科学与工程学院的国际学生注册人数一直在稳步上升，而美国公民和永久居民的注册人数，却在逐步下降。
    国际研究生的比例甚至比本科生还要高。(2017年秋季，在美国的国际研究生中，超过60%的学生就读于这些领域，而国际本科生中约有40%的学生就读于这些领域)。2017年，美国院校研究生项目中62%的国际学生就读于S&E领域--其中69%来自中国和印度。
    事实上，根据美国国家政策基金会的数据，如果没有国际学生，许多美国大学的本科专业和研究生项目都无法维持。在电气工程专业的全日制研究生中，外国学生占81%，计算机科学占79%，工业工程占75%，统计学占69%，机械工程占63%，土木工程占59%，化学工程占57%。如果没有国际学生，在计算机科学、电子工程和其他领域攻读研究生学位的 全日制学生的数量对于美国这样一个庞大的经济体来说将少得令人震惊。
    此外，2015年，国际学生在工程、经济、计算机科学、数学和统计学领域获得了一半以上的博士学位；他们在S&E学位中的总体比例为34%。再次，中国学生占了很大的份额。1995年至2015年期间，持临时签证的国际学生获得的理工科博士学位中，28.8%颁给了中国公民。
    当我们审视个别高校，尤其是那些在科学和工程领域排名靠前的高校时，这些数字看起来更加惊人。例如，在哈佛大学的计算机科学系，超过一半（53%）的学生是外国学生。在麻省理工学院，计算机科学系的学生略少（43%），但电子工程系的学生占55%。
    在普林斯顿和耶鲁，美国STEM的情况显得更加惨淡。在普林斯顿的计算机科学系，60%的学生是国际学生；在电子工程系，这个数字是70%。耶鲁大学的美国人参与计算机科学的比例不超过19%，电子工程的比例为12%。在马里兰大学，计算机科学系学生81%是外国籍；弗吉尼亚理工大学招收77%，普渡大学计算机科学系76%。如下图所示：

美国各大顶级大学中国际STEM学生的比例

    总的来说，持临时签证在美国学习STEM学科的国际博士级学生的比例在过去三十年里翻了一番。考夫曼基金会（Kauffman Foundation）2016年7月的一份报告认为，如果目前的趋势继续下去，到2020年，国际学生将占到美国STEM博士毕业生的一半。
    这种趋势对美国的威胁有多严重？
    一方面，大量外国学生在美国学习，甚至是中国学生的存在，本身不应该引起人们的警惕--没有任何理由采取排外的态度。同时，硅谷的许多公司会认为，如果没有外国公民，他们就无法填补队伍中的空缺。显然，全国各大高校的类似项目也无法维持。
    另一方面，当五角大楼开始审查STEM毕业生时，他们会发现能够通过审查的美国国民严重短缺。
    总之，一个令人震惊的趋势正在发展。美国维持关键技术研究的能力看起来很脆弱，而这些能力对我们的美国的安全至关重要。
    因为在这个领域工作的美国公民的人才库正在缩小。而当美国在STEM领域的领导地位逐渐消失时，中国却在突飞猛进。
    中国，内外交加的威胁
    2017年6月19日，NextWeb刊登了一篇题为 "当美国STEM教育市场下滑时，中国却大举投资 "的文章。Rick Ye的文章要点是，虽然美国是世界上最大的STEM教育的提供国，但 "全世界都在质疑美国学校系统中STEM教育的命运"。
    美国STEM教育及其配套产业的缺口越来越大，导致微软等美国大公司在其他国家寻找人才，因为美国无法满足他们的需求。
    另一方面，文章指出，中国家庭的人均教育支出在过去10年中增加了三倍，从2000年的670元上升到2015年的2381元。中国显然将科技教育投资视为其未来成为超级大国的优先事项，在政府没有进行投资的地方，中国普通家庭进行了投资。
    如今，中国在STEM毕业生数量上居世界首位。世界经济论坛报告称，2016年中国有470万应届STEM毕业生，而美国只有56.8万。
    考虑到中国的人口，中国的教育系统是世界上最大的教育系统，这并不奇怪。中国的《义务教育法》规定了九年义务教育，其中包括六年的小学和三年的初中。对于那些有幸通过高考的学生来说，近来可供选择的大学急剧增加。从2005年到2015年，中国的大学数量增加了768所。在2017年亚洲排名前20的大学中，有10所来自大中华地区，那里的重点不仅是高等教育的数量，还有质量。成立于1998年的 "985工程 "是中国为提高优秀大学的研究水平而制定的计划。位于金字塔顶端的是所谓的C9联盟，即全国最顶尖的九所大学，它们保证获得中国整个国家研究预算的10%。
    其中之一是清华大学，它被许多人称为中国的麻省理工学院，它的科学教师中有两位诺贝尔奖得主。另一所是北京大学，它与西方大学有广泛的学生交流项目。还有位于合肥的中国科学技术大学（USTC），毗邻正在建设的价值110亿美元的新量子研究中心，以确保中国的 "量子至上"。
    这些顶尖学校的工作人员并不限于中国学者。中国也在外国学者中招募关键STEM领域的最优秀的人。在工资和研究支持方面，钱不是问题。这是一个强大的教育资源体系。
    当然，中国高等STEM依然面临一些不足，中国解决这些不足的一个办法是，派遣学生去国外。美国大学的STEM学位在中国科学界有着特别的地位。因此，数十万中国STEM学生被美国顶尖大学录取，并在他们所选择的领域获得一流的教育。同时，这些大学也喜欢中国学生，因为他们毫无怨言地支付了高昂的学费。
    这个数字有多大？每隔一年，移民局都会发布一份关于在美国的外国学生入学情况的报告。根据其最新报告《Sevis by the Numbers: 国际学生趋势半年报告》，在2018年4月发布的报告中，中国留学生（377,070人）的人数远远超过了他们最接近的竞争对手印度（211,700人）。虽然报告没有披露有多少中国学生就读STEM课程，但在过去的几年里，超过一半的中国学生就读STEM课程。
    但要看到真正的问题，需要一个更大的视角，这个问题不是大量的外国学生在美国大学学习STEM，而是越来越少的美国学生在做同样的事情。这将需要一个更大更全面的改革方法，而不仅仅是对F-1或M-1签证进行限制。它需要一种更类似于60多年前Sputnik引发的方法，全面改变美国的教育体系。
    Sputnik及其影响
    1957年10月4日，Sputnik号发射。12月30日，美国科学促进会（AAAS）发表决议，要求对科学教师进行专门培训。1958年1月28日，艾森豪威尔总统就针对STEM教育问题，向国会发表讲话。不到一年后，国会批准了《教育法》（1958年）的10亿美元资金申请，这涉及到美国教育系统从学校到大学的第一次联邦层面的全面改革。
    在很短的时间内，艾森豪威尔总统设立了总统科学顾问的职位，参众两院重组了他们的委员会结构，把重点放在科学政策上。国会还成立了国家航空和航天局（NASA），以创建一个民用空间计划，并将国家科学基金会的资金增加了三倍，以改善科学教育。
    是什么让联邦如此努力？实际上是一种“全民动员”的方法来提高美国作为科学领导者的地位。
    首先，当然是担心Sputnik号标志着美国在太空竞赛中输给了苏联，甚至担心苏联会利用像Sputnik号这样的卫星来监视美国。其次，人们感到尴尬的是，美国领导世界获得二战胜利，其工业实力在历史上是无可比拟的，但在下一次重要的战略未来竞赛中却以某种方式落后了。
    最重要的是，Sputnik事件引发了一种担忧，即美国的问题来自于教育体系，而这种教育体系却不幸地与时代脱节。用历史学家保罗-迪克森的话说，"在公众眼中，科学教育成为赢得与苏联的科技竞赛的重要筹码。"
    这些忧虑和对解决方案的探索，最终导致了1958年《教育法》(NDEA)的通过。它的目标是 "改进教育计划，以满足国家的关键需求"。该法案在4年内为8个项目名称拨出了10多亿美元。
    Sputnik之后，美国教育发生了巨大的变化。1940年，大约有50万年轻人，勉强占到美国适龄青年的15%，在上大学。到了1960年，这个数字猛增到360万；到了1970年，这个数字又翻了一倍多，有750万美国人，也就是40%的大学适龄青年在上大学。
    很多人认为，如果没有Sputnik改革，就没有70年代的计算机创新，以及20世纪90年代的网络创新。美国在未来几十年的IT领导地位，很大程度上要归功于美国年轻人觉得科学技术很酷、很刺激，并投身到科学领域。
    另一方面，当时没有大量在美国学习STEM科目的苏联学生，同样，美国大学也没有急切欢迎苏联学生进入他们的物理实验室。然而，这正是我们今天在与中国的STEM竞争中所面临的情况。在这方面，我们面临的危机要比六十年前复杂得多。例如，中国的量子计算机可以穿透我们最脆弱的公共加密系统，几乎可以肯定的是，已经为时已晚，无法采取任何行动。
    荐言
    2018年9月10日，在 "9-11 "事件17周年前夕，我写了一篇题为 "美国的高科技STEM危机 "的福布斯专栏。在那篇专栏中，我写到美国的STEM领导力正在下降。
    我们正在快速接近另一个Sputnik时刻，我们不能忽视。我们的未来，都有赖于解决这个问题。我们需要高科技公司、大学、白宫、教育体系，共同打造一个能够引领我们走向未来的高科技STEM教育战略。遗憾的是，我们依然缺少专门解决美国STEM危机的计划，尤其是与计算机工程和网络安全、人工智能、量子和机器人等主题有关的问题。
    此外，还必须认识到，这场危机不是要等市场来解决的。在危机中，市场是出了名的不善于配置资源，但尤其是教育资源，因为涉及到时间差和其他因素。比如，在2014年石油市场崩盘的时候，恰恰是石油工程专业让人趋之若鹜。
    此外，有些人认为，目前对外国学生依赖在很大程度上是设计好的机制，通过这种机制，美国公司就可以获得廉价的科技人才。迄今为止，引起最多关注的是中国公民，包括博士后和教授，在美国学习和工作，情况十分复杂。
    2018年6月，特朗普宣布限制中国研究生在某些科技领域的学习的时间，包括机器人、航空和高科技制造，从5年减少到1年。2018年12月2日，媒体报道。"美国考虑对中国学生进行新的限制。"
    除了新的签证限制外，官员们还在考虑是否对在美国学校就读的中国学生进行额外的调查。路透社报道说，官员们希望检查学生的电话。他们还在考虑查看学生的社交媒体个人账户。
    同样，中国学生的问题需要从更大的角度来看待。更大的关注点应该是我们如何让更多的美国人，尤其是美国年轻人，学习并对STEM学科产生兴趣，尤其是对国家安全有重要影响的高科技STEM学科。
    一种方法是，将某些STEM学科，如人工智能，定义为“关键领域”，并提供奖学金和资金，鼓励更多的美国年轻人参与。
    另一种方法是，直接与高科技企业协调，既要改善美国的教育和职业机会，又要推进关键的研究。美国企业实验室所做的工作是六十年前应对 "人造卫星 "的一个重要部分。今天，许多这样的实验室已经不复存在，但要应对当前的科学、技术、工程和数学危机，就必须调动全社会的资源。不能继续局限于几个机构。
    STEM教育太重要了，不能再由教育专家来决定。现在是白宫和五角大楼出面扭转局势的时刻。就像他们在Sputnik之后所做的那样，只有这样，美国的未来才不会悄无声息地落到外国人手中。
    六十年前，美国为夺取全球STEM领导权所做的努力，将宇航员送上了月球。今天，谁能说夺回STEM领导权对我们不重要？谁又能说得清如果我们失败了会付出什么代价？
    全文完。

    最后我说两点作者有意无意没提的重要问题。
    首先，智商问题。
    如果用关键词 Race + IQ（种族+智商）搜索图片，得到的结果惊人得一致。在智商方面，东亚三国（中日韩）的平均智商超过105，对其他国家具备碾压性优势。而美国只有95。比非洲、中东、南美略胜一筹，但不如一些欧洲国家，更不要说和东亚国家比了。学理工科拼的就是智商，没有智商你怎么玩？以前中国落后，是因为自我封闭，如今民智已开，而且中国人的勤奋程度又遥遥领先，你美国以后怎么追？

    其次，人口问题。
    当年美苏冷战，美国的人口和苏联几乎一样，差不多2亿左右，可以说在人口上，美苏是一个平等的竞争。无论教育体系如何完善，人口都是一个捅不破的天花板。而目前，中国人口14亿，美国3.3亿，中国是美国的4.3倍。2016年中国有470万应届理工科毕业生，而美国只有56.8万，仅占中国的11%。十倍的差距，你怎么追？
    总结，智商和人口基数都不如中国，美国要在理工科教育追上中国，我看，只能期待懂王力挽狂澜，发挥神力了！