通过 STEM 教育修炼营养营养: 汇邦机构和利益相关者指南 （ 汉 ）

通过STEM教育建立计算文学：联邦机构和利益相关者指南 AReportbythe 计算文学互动工作组 STEM教育分委员会的联邦协调 STEM教育委员会 的 国家科学技术理事会 2023年11月 关于科技政策办公室 科学和技术政策办公室（OSTP）是根据1976年的《国家科学和技术政策，组织和优先事项法》设立的，旨在 向总统和总统执行办公室内的其他人提供有关科学，经济，国家安全，卫生，对外关系和环境等主题的工程和技术方面。OSTP领导机构间科学技术政策协调工作，协助管理和预算办公室对预算中的联邦研发（R＆D）进行年度审查和分析，并作为科学技术分析和判断的来源总统关于联邦政府的主要政策，计划和计划。更多信息可在https://www。Whitehose.gov/ostp. 关于国家科学技术委员会 国家科学技术委员会（NSTC）是行政部门协调组成联邦研发企业的各种实体的科学技术政策的主要手段。NSTC 的主要目标是确保科学技术政策决定和计划与总统的既定目标保持一致。NSTC准备在联邦机构之间协调的研发战略，旨在实现多个国家目标。NSTC的工作由监督小组委员会和工作组的委员会组织，这些小组委员会和工作组专注于科学和技术的不同方面。更多信息可在https://www。Whitehose.gov/ostp/stc. 关于STEM教育委员会 STEM教育委员会(CoSTEM)是根据2010年美国竞争再授权法案第101条的要求成立的(42U.S.C.§6621)。根据该 法案，委员会审查科学，技术，工程和数学（STEM）教育计划，投资和活动，以及每个评估，在联邦机构，以确保它们是有效的；与管理和预算办公室协调整个联邦机构的STEM教育计划，投资和活动；并通过参与机构制定和实施STEM教育战略计划，每五年更新一次。 关于STEM教育小组委员会的联邦协调 STEM教育联邦协调委员会（FC-STEM）是NSTCSTEM教育委员会（CoSTEM）的一个小组委员会。FC- STEM为CoSTEM提供建议和协助，并作为促进战略计划制定和实施的论坛。六个机构间工作组（IWG）支持FC-STEM实施战略计划，并汇集了代表联邦政府最重要的STEM教育专家的成员。 关于计算扫盲机构间工作组计算素养已被确定为实现2018年联邦STEM教育战略计划的愿景和目标的四个途径之一。该途径承认数字设备和互联网如何彻底改变了社会，并寻求采取使学习者能够最大限度地利 用这一变化的策略。它认识到数字素养使人们能够找到信息，回答问题和分享想法，并且他们需要了解如何负责任地安全地使用这些工具。成立了计算素养机构间工作组（IWGCL），目的是通过大量充满计算技能并通过数字手段访问的STEM教育来促进建立计算素养。 关于本文档 联邦STEM教育战略计划认识到今天建立计算素养的重要性。本文档与IWGCL的目标一致：（1）制定通 用的操作定义；（2）确定现有的计算素养研究；（3）确定现有的基于研究的模型程序，内容和课程 ，最佳实践和其他可衡量的数量，为联邦和非联邦赞助的研究和计划在STEM教育中建立计算素养的成功例子提供了信息。本报告的目标受众是联邦机构和其他STEM教育利益相关者，以支持STEM教育中计算素养的理解和实施。 免责声明 本报告中提及任何产品、服务、企业或个人，包括任何书面作品(i.Procedres.、书籍、文章、论文)，不是认 可，也不意味着政府对这些实体或其观点的官方制裁或认可。非U.的链接S.政府网站不构成或暗示官方美国S.政府或OSTP认可或负责在这些地点提供的意见、想法、数据或产品，或保证所提供信息的有效性。版权信息 这份文件是美国的工作S.政府，属于公共领域(见17U.S.C.§105).在符合以下规定的情况下，可以在向OSTP确认 的情况下进行分发和复制。本文档中包含的图形版权由原始版权所有者或其受让人保留，并根据政府许可和许可在此处使用。必须向映像信用中标识的提供商提出使用任何映像的请求，如果没有标识提供商，则向OSTP提出使用任何映像的请求。发表于美国，2023年。 NATIONALSCIENCEANDTECHNOLOGYCOUNCIL 椅子 AratiPrabhakar, 科技总裁助理 科学和技术政策办公室主任(OSTP) 执行主任(代理) 小泉敬，首席副主任 政策,OSTP COMMITTEEONSTEMEDUCATION* 共同主席 DanielLGoroff,科学与社会副主任，OSTP SethuramanPanchanathan，导演，NSF 联络 NafeesaOwens,OSTP SUBCOMMITTEEONFEDERALCOordinationinSTEMEDUCATION* 共同主席 NafeesaOwens,STEM教育和劳动力助理主任， OSTP 迈克·金凯，NASASTEM参与副管理员 詹姆斯·L·摩尔三世，NSF教育和人力资源助理主任 执行秘书苏珊·波兰，NASAMichaelM.Rook，NSF 成员 MelissaAnley-Mills,EPACharmainBogue, VAJulieCarruthers,DOE凯瑟琳·德贝斯,OMB罗伯特·汉普郡,DOT KourtneyHollingsworth，USDA DianeM.Janosek，NSA路易莎·科赫，DOC/ NOAAErickaBoone，HHS/NIH 谢丽尔·马丁,DOL卡罗尔· 奥唐奈,SI华金·塔马约,ED JagadeeshPamulapati,DoDJeanitaPritchett、DOC/ NIST克雷格·罗宾逊,DOI/USGS格雷戈里·西蒙斯,DHS豪尔赫·巴尔德斯，DOC/ USPTOLeslieWheelock，HHS/FDA *约会，2023年夏季 计算文学互动工作组 共同主席 昆西·布朗,OSTP(10/2021JagadeeshPamulapati,DoD纳菲萨·欧文斯,OSTPDavinaPruitt- Mentle,NISTKamieRoberts,NITRD 执行秘书 JacquelineAltamirano,NITRD CindyAchat-Mendes,DoDArlenedeStrulle，NSFSarahBrasiel,ED ZarekDrozda,ED塞缪尔研究员,State迈克尔·福特，NSFAllysonKennedy,NSF劳拉·拉金,DoD 成员 DiannMcCants,DoDLeilahLyons，NSF豪尔赫·瓦尔迪兹,USPTOZacharyValdez, NIST胡安·瓦伦丁,USPTO CindyHasselbring，NASA DaneSamilo,DoD 目录 执行摘要1 Introduction2 制定定义的过程2 定义计算素养5 计算识字的现状5 建立计算素养的障碍7 计算素养研究和最佳实践8 在线学习的计算素养8 多样性、公平性、包容性、可达性和计算素养10 计算素养在STEM教育中的整合12 当前和新兴技术：计算素养组件的融合15 人工智能中的计算素养16 计算机科学教育中的计算素养17 网络安全中的计算素养18 数据科学中的计算素养19 数字素养中的计算素养21 科学与工程中的计算素养22 先进制造业中的计算素养25 量子信息科学中的计算素养25 计算素养定义示例26 联邦赠款征集和选择标准26 机构项目开发和规划27 STEM参与和培训27 解决计算素养的障碍28 Recommendations29 Conclusion29 附录1FC-STEM信息请求(RFI)摘要分析：计算素养分析31 附录2联邦网络安全教育和劳动力发展计划36 附录3：数据科学教育学习框架与实践38 附录4：联邦制造业教育和劳动力发展计划42 附录5：九项关键量子信息科学概念44 附录6：建立计算素养的文献综述45 图像列表 图片1：RFI关于整合计算素养的挑战的主要主题摘要 在STEM课程中。8 图2：从RFI受访者汇编的STEM教育中整合计算素养的四个概念28 AI 人工智能 NIH 美国国立卫生研究院 CoSTEM STEM教育委员会 NIST 国家标准与技术研究所 DEIA 多样性、公平性、包容性和可达性 NITRD 网络和信息技术研发计划 DHS 国土安全部 NOAA 国家海洋和大气管理局 DOC 商务部国防部国防部 NSF 国家科学基金会 DOE 能源部DOI内政部DOL NSTC 国家科学技术委员会 劳工部 OMB 管理和预算办公室 DOT 交通运输部 OSTP 科学和技术政策办公室 ED 教育部 SI 史密森学会 缩写和首字母缩写 FC-STEMSTEM教育小组委员会的联邦协调FDA食品和药物管理局 HHS健康与人类服务 IT信息技术 IoT物联网 IWG机构间工作组 IWGC机构间趋同问题工作组 NASA国家航空航天局 NICE国家网络安全教育倡议 STEM科学、技术、工程和数学 USDA美国农业部 USGS美国地质调查局 USPTO美国专利和商标局 VA退伍军人事务部 执行摘要 拜登总统已经明确表示：美国的科学、技术和创新——以及推动它的人民——是实现我们国家伟大愿望的关键：确保每个人都有强大的健康和充足的经济机会；应对气候危机，向清洁能源过渡；投资创造未来产业；促进全球安全与稳定。数字设备和互联网已经改变了我们参与社会、工作和日常活动的方式，每个人都必须具备基本的数字知识和技能，才能充分、安全、安全地受益于技术。 最近的一项研究报告称，美国各行各业90%以上的工作至少需要一些数字技能。2需要计算素养组件来提供良好的工作和稳定的职业发展。计算素养还可以促进数字弹性，并使人们准备适应不断变化的技能需求。3今天的学生是明天的软件和应用程序开发人员;数据和业务分析师;人工智能，机器学习和网络安全专家;数字内容开发人员;环境和可再生能源工程师;自动化技术人员;质量控制检查员;和量子信息科学家。他们也是明天的老师，护士，企业家，客户服务代表，物理治疗师等等。计算素养的好处可以帮助所有年龄段的人，包括那些在科学，技术，工程和数学（STEM）以外的领域从事职业的人。 一个有计算能力的国家是必要的，以促进创新和竞争力，并建立一个劳动力，可以增强国家安全，促进经济繁荣，并提高我们的生活质量。计算和通信技术正在迅速发展，并对传统的教学方法提出了挑战。教育技术可以改善学习。所有美国人都需要公平地获得教育技术，包括足够的高速互联网接入。 本指南确定并促进在STEM教育中建立计算素养的最佳实践。它包括有关在线学习，多样性，公平性，包容性和可访问性的实践示例，将计算素养成功整合到STEM教育中的示例以及通过新兴技术的镜头进行计算素养的示例 。本报告还包括联邦机构和教育利益相关者的资源，以将计算素养的组成部分纳入各级STEM教育。随着STEM服务学科的扩展，当今及以后的劳动力对计算识字教学的需求也随之增加。此外，解决访问问题对于提高全国的计算素养至关重要。缩小数字鸿沟是使所有学习者能够充分参与数字经济的重要一步。本指南包括解决障碍和改善四个领域的访问的建议：（1）基本数字技能，（2）教师专业发展，（3）道德和（4）社区外展。配备了计算识字工具，美国的劳动力将有教育，培训和证书，以追求高需求的工作，并为所有人的经济繁荣而努力 。 1拜登总统的2024年预算投资于美国的科学，技术和创新，以实现我们国家最伟大的愿望|OSTP|白宫 2国家技能联盟，https://nationalskillskillscalition.org/wp-content/uploads/2023/02/NSC-DigitalDivide_report_Feb2030.pdf 3数字美国联盟。（2020）。建立数字弹性劳动力：创建通往机会的坡道，https://digitalus.org/wp-content/uploads/2020/06/DigitalUS-Report-pages-202