【战略前沿】为下一代地球科学家做准备:评审联邦教育与培养项目(摘要)
来源: http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=18369
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2015-01-05

地球科学(此处定义不包括海洋、大气与空间科学)(以下简称“地学”,译者著)在国家福祉方面扮演了关键角色,而且,在其范畴内的许多问题—包括碳氢化合物、矿物与水资源,环境,地质灾害诸如地震和火山喷发等—都期待增加他们的重要性。要解决这些问题需要一支从全体公民才智中产生的地学领域科研队伍,包括在地学史上未被充分代表的妇女和少数民族。联邦教育计划可以帮助吸引学生或保留他们在地学的途径,但由于预算紧缩,政府部门的当务之急是发展能够失效的项目。在美国地质调查局(USGS)科学质量与诚信办公室的请求下,美国国家研究委员会(NRC)成立了专门委员会,围绕一个研讨会开展一项研究,进行以下任务:

1. 概述授予有地学(不包括海洋、大气与空间科学)实质性项目的联邦机构开展科学、技术、工程和数学(STEM)教育与培训的立法权。

2. 调研这些联邦机构近期的,正式或非正式的,带有研究或培训内容的地学教育项目。

3. 确定地学教育与培训项目成功的评价标准,并使用这些标准结合以前联邦计划的评估结果,确定联邦机构的成功案例。

4. 确定什么因素使这些案例成功(例如:资源、主题、参与活动、伙伴关系等)。

5. 概括近期NRC雇员报告中确定的地学家职业生涯所需的知识和技能。

6. 描述联邦机构利用他们在地学方面的教育与培训力度作为杠杆提升吸引高中和大学不同群体人员的方式。

这些任务信息由联邦机构管理者提供,或从已出版的文章及报告中获得。联邦地学教育项目与利用各种资源的工作力度,在为期2天的研讨会上得到评审。这次研讨会的参加者包括与地学教育及其外联项目相关的政府机构、学术界和专业协会等的管理人员,以及一些教育界、转行到地学事业的和项目评估专家。

联邦地学教育项目

STEM教育的立法权

该评审委员会的首要任务是概述授予有地学实质性项目的联邦机构在开展STEM教育方面的立法权。这些机构包括USGS、美国国家科学基金会(NSF)、美国能源部(DOE)、美国国家航空航天局(NASA)、美国农业部(USDA)、美国环保署(EPA)、美国国家海洋与大气局(NOAA)、美国国家公园管理局以及史密斯索尼亚研究所等。所有这些机构有开展STEM教育的立法权,虽然授权范围的差别很大。举例来说,NASA和NOAA被授权支持开展基于研究的项目以增加STEM培训的学生参与,而NSF则被授权以加强基金覆盖的所有科学领域的教育。少量机构拥有一些为地学教育项目单设的特殊授权。比如,USGS的特殊授权包括支持在地质测绘和现场分析方面的教育项目;对DOE的特殊授权为促进甲烷水合物资源方面的教育与培训;对NASA来说,其特殊授权为资助与地学和其他领域相关的博物馆和天文馆项目。还创建了其他地学教育项目,以完成机构使命,助其建立潜在的可招募“人材库”,或履行其他机构的目标。

含有研究或培训内容的联邦地学教育项目

根据任务2,委员会检验了25个由其主管机构鉴定认为具有研究或培训内容(附录S.1)的联邦地学教育项目。以研究或培训作为标准,多数机构认定的教育项目主要针对高中和大学学生。由于受时间和预算限制,评审委员会既没有考虑符合这些标准的其他教育项目也不剔除机构确定的项目。尽管本报告审议的项目还不全面,但它涵盖了广泛的目标和受众,并引导评审委员会建立了能考虑到所有地学教育计划的概念框架。

地学路径可以被视为集机遇与实践于一体的一个系统,这个系统吸引人们进入这一领域并训练他们这一职业生涯。此概念框架见图S.1。在此框架下,个体从对地学的了解,继而从事学习地球科学与地学的本质,最终通过掌握特种知识、技术与专长,以及探索不同的就业选择,为其职业生涯做好充分准备。在图S.1中,各种教育与培训机会用上指多边形表示。某些程序有多个目标,并跨越该框架一个以上的阶段。该框架被描绘成一个三角形,因为多数个体会通过地学教育培养这方面的兴趣,而不是把地学作为自己的职业,同时多数个体会从事与此领域相关的工作,而不是为地学职业生涯做准备。

经相关机构确定的联邦地学教育项目分布于框架的每一阶段。在认知阶段,通过博物馆、课外活动与俱乐部进行的正规教育和非正规学习,为人们对地学产生注意,并激发起他们的兴趣。这方面的例子包括美国农业部的4-H俱乐部,使年轻人对科学产生了解。国家公园局举办的国家化石日促进公众对化石科学和教育价值的了解。

附录S.1 联邦地学教育与培训

本报告涉及的项目

美国地质调查局

•     全国地质制图合作项目(EdMap)

•     夏季野外训练合作项目(与国家地学教师协会[NAGT])

•     青年实习项目(EdMap)

•     水文技术员实习项目(EdMap)

美国国家科学基金会

•     本科生地学研究经验项目(REU)

•     增加地学多元化研究机会项目(OEDG)

•     地学博士后奖学金

•     地学教育项目(GeoEd)

•     造福环境全球学习与观测项目(与NOAA和NASA)

•     地学教师培训项目

美国能源部

•     科学办公室研究生奖学金项目(SCGF)

•     夏季地球物理体验应用项目(SAGE)

•     理科本科生实验室实习项目(SULI)

•     社区大学生实习项目(CCI)

美国国家航空航天局

•     重力恢复与气候实验项目(GRACE)

美国农业部

•     4-H环境教育/地学项目

•     农业与食品研究倡议(AFRI)项目

•     AFRI国家食品与农业研究所奖学金助学项目

美国环保署

•     增大研究机会本科生奖学金项目(GRO)

•     科学产生成果研究生奖学金项目(STAR)

美国国家海洋与大气局

•     与少数民族服务机构的教育合作伙伴项目(EPP)

美国国家公园管理局

•     地质学家在公园项目(与美国地质学会)

•     地学教师在公园项目(与NAGT)

•     全国化石日

史密斯索尼亚研究所

•     科学教育改革领导力与援助项目(LASER)

 

图S.1 该委员会的概念框架说明,参与者沿着地学认知阶段(三角形的底部)朝向地学事业阶段(三角形的顶点)的一条路径表示其教育机会和体验(逐渐变细多边形)的类型。

多边形不按比例绘制,它们的垂直程度表明,一些教育机会跨越框架的多个阶段,其相对水平位置程度显示在认知阶段比专业准备阶段有更多参与者。

在参与阶段,学生们通过选择地学相关课程、研究、俱乐部或社区服务活动等方式积极学习地学知识。有委托目标的联邦项目包括USGS的青年实习项目,旨在提供通过动手学习地学的项目;以及NSF的OEDG项目,支持那些瞄准扩大地学领域未被充分代表群体兴趣的项目。

参与者从参与阶段向地学专业训练过度的转折发生在参与者的关注点从探索地学转变为对地学专业工作技术、知识与能力的关注时。联邦政府资助的研究经历,有助于学生在专业领域(例如,NSF的REU项目、EPA的GRO项目、DOE的SULI项目)培养技能和专长。实习(例如,USGS的水文技术员实习项目、DOE的CCI项目)和博士后职位为学生及早期职业科学家介绍了工作机会与雇主,同时提供与工作相关的技能。

尽管描绘成线性发展趋势,通过框架的路径可能会充满曲折和弯路,而且参与者可能由于各种原因在不同点进入或离开路径。研究表明,特定事件,通常被称为关键事件,可能会引导个体走上特定的教育或职业道路。举例来说,有些个体在他们上大学之前就发觉他们对地学感兴趣,通常通过活动,比如家庭到地质上有趣的地方旅游。其他个体在大学阶段或之后发现地学是一个有吸引力的领域,通常通过一门优秀的入门课程。了解这些不同的人群和途径可以帮助联邦机构设计认知与参与项目,以便为地学领域吸引并留住广泛的个体群。

学生有责任发现教育机会,使他们沿着一条特定路径成为劳动力。联邦机构可以通过改善程序的可视性以及一对一的连接方式帮助学生找到通往地学职业生涯的道路。对吸引并留住未被充分代表的群体,连接人与项目的网络尤为重要。连接联邦政府、学术机构以及专业学会项目的系统,将增加多种有效的地学教育机会的可视性,也能帮助学生完成从兴趣向从业的转变。

项目评估

确定成功案例

该委员会的第三个任务是确立成功的评价标准,然后用此标准结合以前的项目评估结果来确定联邦地学教育项目的成功案例。由于成功的标准取决于项目目标,其范围从提高认知到职业准备,没有一套单一的标准可用于评价本报告考虑的所有教育项目。相反,证明方案成功需要一种全面评估的方法,这种方法旨在理解计划目标、建立成功标准,并收集数据将计划执行度与成功标准进行比较。这种方法已被用来展示OEDG项目的成功、有效地选择STAR研究员、以及在实现资源增值(EPP)目标的进展。本报告所涉及的其他联邦项目尚未被正式评估,而且大多数没有被设计成便于评价的方式。举例来说,一些项目的目标过于宽泛不易建立评价成功标准,目标和标准并不总是能匹配得上,以及标准和数据采集过程强调的是易于测量,而不同于项目本身是要努力达到目标。尽管这些项目可能会成功,但由于数据样本不多,而且数据质量参差不齐,很难用于评审委员会作独立决策。

由于缺乏合适的数据鉴定项目的成功性,进一步强调了将评价纳入到项目设计中的重要性。逻辑模型为项目管理人员提供了有益的机制,可以界定项目的目标人群、项目要取得那些成果、还需要投入什么资源(投入),以及如何将项目的资源转化为短期产出及长期成果。此框架中,项目在认知阶段、参与阶段、专业培养阶段的投入、产出及成果评价等内容在本报告正文中有所阐述,然而最有效的评价方式取决于每个项目的特定目标。定期评估有助于管理者掌握各项活动正在实现目标的程度与项目的初始目标是否保持一致。列举(统计参与者或其特征)、预先测试及事后测试、参与者或提供方的观测值、工作产品分析、长期计划决策以及满意经历都是有益于评估测定的工具。

一个系统级的评估,涵盖框架范围内或某一阶段范围内的所有活动,有可能用于鉴别努力与差距的失衡,能帮助各机构确定增加哪一部分的未来教育与培训的力度。在此类评估中,来自个别项目评估的信息可被汇集并辅之以有针对性的项目评估,这样做是为了理解如何建立有效的项目。系统中项目的网络分析可揭示哪些参与组织间的联系有益于参与者在系统中向上移动,同时,定性研究有益于显示参与者如何发现教育与培训机会,以及他们通过此机会学到了什么内容。

项目为什么会成功

鉴于可用于识别成功的联邦地学教育项目例子的资料有限,评审委员会只能提供有限的对于为什么项目能成功的洞察(任务4)。联邦项目管理人员提出的最通常的成功因素包括:稳定的资助、成本分担、机构管理者或学术技术带头人的决心,以及合作伙伴关系。机构支持、社区宣传以及项目设计(例如,在参与者和雇主、灵活性、制度化之间的良好匹配)被一些项目视为成功的重要因素。所有这些因素都是合理的,并且与研讨会讨论和文献报道的结果基本一致。

地学职业生涯所需的知识与技能

任务5概括了近期NRC劳动力报告中确定的地学科学家职业生涯中所需的知识与技能。只有两个NRC报告明确地审议了地学领域劳动力,而且只涉及少数几个分支学科所需的知识与技能。在美国能源业与采矿业中,新兴劳动力的发展趋势为:行动呼吁(NRC,2013A)检验了石油、天然气、采矿和地热能源产业。虽然本报告不讨论这些行业所需的具体知识或技能,但强调STEM奠定坚实基础的重要性—包括应用数学、信息读取及信息查找等。另一份报告,未来美国地球空间情报所需的劳动力(NRC,2013B),讨论了在国家情报大背景下的关于大地测量和地球物理领域。大地测量领域所需的重要知识与技能包括数学、地球重力场理论与轨道力学原理、电磁波传播以及观测设施诸如全球导航卫星系统接收器的原理与操作。对于地球物理领域,所需的重要知识与技能包括数学以及物理、大地测量、地震、地球结构与演化、地球磁场理论与测量、空间物理等原理。这两个领域都需要基本的人际交往能力、有效沟通及创新性思维。

扩大未被充分代表群体的参与

该委员会的任务6是描述联邦机构可利用其地学教育与培训力度提升招聘高中和大学两个不同群体人员的途径。相当数量的联邦项目旨在提高地学途径的民族、种族及性别多元化比例。妇女占美国人口的51%,过去几十年间在地学领域获得了实质性进展,目前大约占学士学位的40%。随着对加强引导及无意识偏见的关注,有可能进一步缩小或消除男女之间学位的差距程度。

美国的少数族裔获得地学学位人数的增长一直不大。构成美国人口的30%的未被充分代表的少数族裔(非裔美国人、美洲印第安人、西班牙裔美国人或拉丁美洲任意种族人),只占有7%左右获得地学学士学位。提升对地学的认知度或增加接受教育与培训(如,社会与专业网络、用于学习的经济援助)可能会对联邦机构寻求多元化增长具有显著成效。项目之间及计划与社区间相互连接的重要性,强调了联邦地学教育培训项目考虑为学生创建明确教育路径的机遇系统中的效用。

系统方法也将有助于联邦机构充分调动资源。通过将其多元化的项目映射到一个共同的概念框架上,如图S.1所示,机构可找到潜在的合作伙伴并分享吸引和留住少数族裔学生的有效作法。与专业协会多元化合作(例如,全国黑人地质学家协会)将有益于为少数族裔学生提供接受教育与培训的机会,并为学生提供另一条获得空缺职位信息的大道。从联邦机构、私营公司、大学和专业协会的合作伙伴联盟,将延伸至联邦资金并带来广泛的专业知识,以承担对下一代地球科学家的培养。尽管需要时间来建立信任、建立共同的目标与方法,这种伙伴关系可以既使行业受益,也帮助联邦机构完成使命。

主要结论

本报告所阐述的25项联邦地学教育与培训项目,为学生及公众对地球科学产生兴趣提供了广泛的机遇,吸引学生们研究地球,并为他们从事地学职业做好准备。这项工作也为满足国家目标发展一支生机勃勃的、多元化的地学领域专业队伍作出贡献。拓宽地学领域的途径既需要各种各样的项目,也需要这些项目之间彼此进行联系以帮助学生通过正规与非正规的教育移至这支专业队伍之中。尽管本报告所涉及的一些地学教育项目已经通过严格的评估方法证明成功,其他项目未被设计成方便于评估的方式,并且没有收集到所需数据以确定它们是否成功及其原因。此外,项目之间的连接还缺乏鲁棒性。

图S.1所示的概念框架显示了各种教育机会如何组合在一起,以及在何处必须连接起来以使学生沿着地学之路发展。这种连接对于增加多元化至关重要,而且惠及所有学生以及地学领域的雇主。概念框架的其他益处包括帮助联邦机构确定在各项项目中存在哪些差距、重叠及不平衡部分需要重点关注,何处可找到潜在的其他机构或组织的合作伙伴来分享工作与资源,同时支持项目在框架及机遇系统的各个阶段进行评估。

(黄铭瑞编译,殷永元审核)