2024年科学与工程状况分析报告（英）

2024年科学与工程指标：美国的状况科学与工程 科学与工程指标2024 国家科学委员会 丹尼尔·里德，国家科学委员会主席计算科学和 计算机科学与电气与计算机工程教授 犹他大学 VictorR.McCrary，国家科学委员会副主席，研究和研究生项目副总裁，化学教授 哥伦比亚特区大学 SudarsanamSureshBabu州长先进制造主席和教授机械工程与材料科学 橡树岭国家实验室和田纳西大学诺克斯维尔 DeborahLoewenberg球WilliamH.Payne教育学院教授密歇根大学 罗杰·N·比奇 生物学荣誉教授 华盛顿大学圣路易斯分校 VickiChandler 教务长 密涅瓦大学 MaureenL.Condc 神经生物学和解剖学副教授 犹他大学医学院 AaronDominguez 教务长 美国天主教大学 SureshV.Garimella 总裁 佛蒙特大学 DarioGil 高级副总裁兼研究总监 IBM DorotaGrejner-Brzezinska 杰出的大学教授和LowberB.奇怪的捐赠椅子 俄亥俄州立大学 梅尔文·赫夫 讲师 马萨诸塞州达特茅斯大学 史蒂文·利思 总裁（退休） 爱荷华州立大学和奥本大学 马修·马尔坎 杰出的物理学和天文学教授 加州大学洛杉矶分校 朱莉娅·M·菲利普斯 ExecutiveEmeritus 桑迪亚国家实验室 MarviMatosRodriguez P-8飞行器综合产品小组机动和监视工程主任 波音公司 斯科特·斯坦利 技术副总裁 技术星球 KeivanStassun 史蒂文森物理和天文学教授 范德比尔特大学 艾伦·斯特恩 副总统兼总统特别助理 西南研究院 梅林西奥多 制造科学部先进纤维制造小组组长 橡树岭国家实验室 WandaE.Ward 公共参与执行副总理 伊利诺伊大学香槟分校 BevleeWatford 工程教育教授，公平与参与副院长 弗吉尼亚理工学院和州立大学 斯蒂芬·H·威拉德 生物技术执行官和律师 希瑟·威尔逊 总裁 德克萨斯大学埃尔帕索分校 SethuramanPanchanathan,会员当然董事国家科学基金会 JohnJ.Veysey，执行干事董事会办公室主任国家科学委员会 国家科学委员会科学与工程指标 2024 美国科学与工程状况2024 2024年3月|NSB-2024-3 前言 根据美国国家科学基金会（NSF）法案，42U.S.C.§1863 （j）（1）为每偶数年编写两年一次的科学与工程指标（指标）报告，并将其发送给总统和国会。该报告由NSF内部的国家科学与工程统计中心（NCSES）在董事会的指导下编写。 指标提供有关美国科学与工程（S＆E）企业在全球范围内的状况的信息。该报告是与政策相关，政策中立的高质量美国和国际数据来源。报告中提出的指标是与S＆E企业的范围，质量和活力相关的定量表示 。 这份总结报告，美国的状况S.科学与工程，详细介绍了构成指标的九个专题报告的主要发现，提供了有关各级科学，技术，工程和数学（STEM）教育的深入数据和信息；STEM劳动力；公众对科学和技术的看法和认识；美国S.和国际研发绩效；发明、知识转移和创新；以及U。S.高技术产业的竞争力。指标还包括一个交互式在线工具，可以对各种S＆E指标进行状态比较。这份总结报告，九份专题报告和在线状态指标数据工具共同构成了完整的指标产品套件。 目录 钥匙外卖2 Introduction3 人才：美国和全球STEM教育和劳工Force4 中小学数学和科学|美国的S＆E高等教育|国际S＆E高等教育和学生流动|STEM劳动力市场和经济|STEM劳动力的人口构成| 美国人对科学家的看法 发现：美国和全球R&D15 全球研发|美国研发绩效和资助趋势|联邦机构资助研发和S&E研究生 翻译：美国与全球科学、技术与创新能力22 研究出版物|发明与创新|知识和技术密集型产业产出 Conclusion35 词汇表36 定义|首字母缩略词和缩写的关键 参考文献40 Notes43 Acknowledgmentsand引文45 致谢|封面图片信用|推荐引文 联系人我们46 报告作者|NCSES 关键收益 ●国家评估显示，自COVID-19大流行以来，中小学生数学成绩急剧下降。从2019年到2022年，四年级和八年级学生的平均数学成绩下降到大约20年前的水平。 ●美国机构的国际科学与工程（S＆E）研究生的入学人数从2020年的约20万迅速增加到2022年的近31万，这是大流行时代的低点。2021年，持有临时签证的国际学生约占美国机构S＆E硕士和博士学位获得者的三分之一。 ●TheU.S.2021年，科学、技术、工程和数学(STEM)劳动力包括3680万人，从事需要STEM知识和专业知识的不同职业，占美国总劳动力的24%。S.劳动力。超过一半的STEM工人没有学士学位或更高学位 。外国出生的人占所有STEM工人的19％，占博士学位的科学家和工程师的43％。 ●在工程、计算机和信息科学领域，女性在学位获得者中所占比例低于男性。女性在STEM劳动力中的代表性不足，到2021年，她们占所有STEM工人的35%。西班牙裔或拉丁裔，黑人或非裔美国人以及美洲印第安人或阿拉斯加原住民在学士学位及以上的S＆E学位获得者中的代表性不足，在至少具有学士学位的STEM工人中也是如此。 ●美国是研发(R&D)表现最大的国家，2021年国内研发总支出为 8060亿美元。其他研发表现最好的国家包括中国（6680亿美元 ），日本（1770亿美元），德国（1540亿美元）和韩国（1200亿美元）。美国也是世界上研发最密集的经济体之一，2021年研发支出相当于其国内生产总值的3.5%。 ●从2011年到2021年，联邦政府资助的研发绝对金额增加；然而，由于企业资助的研发显著增长，联邦政府资助的研发占美国研发总额的份额从2011年的30%下降到2021年的19%。现在 ，商业部门资助了36%的基础研究，接近联邦政府资助的40% 的基础研究份额。 ●联邦政府是学术研发的最大支持者，资助高等教育机构进行的所有研发的52％，并在2021年支持15％的全日制S＆E研究生 。 ●在过去的二十年中，开放获取期刊上发表的S＆E文章增加了50倍，从2003年的19,000篇文章增加到2022年的992,000篇文章。 ●全球科学，技术和创新（STI）能力的指标，例如S＆E研究出版物，专利以及知识和技术密集型（KTI）行业产出，集中在美国，东亚和东南亚以及欧洲。在过去的十年中，中国在全球STI能力中的份额显着增加。 ●中国是S＆E出版物和国际专利的最大整体生产国，并且拥有最大的KTI制造业产出。在引用最多的S＆E研究中，美国的出版物份额更大，是KTI服务的全球领导者。这两个国家是全球人工智能（AI）研究出版网络的最大贡献者。 ●与K-12教育成果一样，整个美国的创新能力和STEM劳动力也不统一。美国的专利活动集中在沿海地区以及大湖区，德克萨斯州和落基山脉的部分地区，分布类似于STEM就业和KTI工业生产。 Introduction TheStateofUS.科学与工程总结了评估美国科学与工程(S&E)企业状况的关键指标，并说明了美国S.S&E企业在多个方面的全球地位。本报告提供了构成2024年科学与工程指标的九份专题报告的高级别发现。从九份专题报告中选择的数据在这里分为与S&E企业相关的三个主要部分：人才、发现和翻译。这三个组件共同支持U。S.科学，技术和创新（STI ）的全球竞争力，因为科学，技术，工程和数学（STEM）人才有助于科学发现，而科学发现又通过创新转化为社会和经济。 报告的第一部分介绍了 U.S.STEM教育系统从小学到博士水平和STEM劳动力，包括国际学生和工人的贡献。它还详细介绍了美国公众对科学家的看法。第二部分 ，研究与开发（R＆D），讨论了美国在R＆D表现最好的国家中的地位，并分析了美国的模式S.经济部门和R&D类型之间的R&D资金和绩效第三部分也是最后一部分重点介绍S＆E企业的产出，以深入了解美国和其他主要国家和地区如何为全球知识和创新做出贡献 。最后，该报告包含一个侧栏，其中包含关键和新兴技术的国家投资和能力的选定指标（请参阅侧栏关键和新兴技术）。 人才：美国和全球STEM教育和劳动力 具有全球竞争力的STEM教育系统为美国人提供了参与STEM劳动力所需的技能和知识。具有广泛教育资格的STEM工人维持了美国的研究企业，并推动了关键和新兴技术的创新，从而支持了美国在全球经济中的竞争力。 小学和中学的数学和科学 数学和科学的初等和中等教育是进入中学后STEM专业和STEM相关职业的基础。1在COVID-19大流行之前，根据对学生的国际数学和科学评估 ，美国在发达经济体中排名接近中间（图1）。2019年，美国国际数学和科学研究（TIMSS）评估分数的平均趋势S.八年级学生的数学(515)和科学(522)与发达经济体的平均水平(数学532和科学527)相似。来自东亚和东南亚发达经济体——新加坡、台湾、韩国、日本——的学生的平均分数是最高的，并且显著高于美国的平均分数S.学生在数学和科学。2 图1.参与的发达经济体中8年级学生的平均TIMSS数学和科学成绩：2019年 Mathematics 主题 Science 0100200300400500600700 平均得分 得分最低的经济体平均TIMSS平均值 美国 得分最高的经济平均值 Note(S):TIMSS是国际数学和科学研究的趋势。TIMSS分数的量表是0-1,000。 来源：国际教育成就评估协会，TIMSS，2019年。指标2024:K-12教育 COVID-19大流行导致美国中小学生学习严重中断，始于2020年3月许多学生突然转向远程教学。与2019年大流行前的表现相比，2022年学生的数学表现急剧下降。从2019年到2022年，所有学生的主要国家教育进步评估（NAEP）数学评估的八年级学生的总体平均分数都下降了 ，尽管所有种族和族裔群体的下降并不具有统计学意义（图2）。32022年所有学生的数学平均分数低于2005年以来四年级学生和2003年以来八年级学生的所有以前的评估。 图2.按种族或种族划分的主要NAEP数学评估的8年级美国学生的平均分数：2000-22 320 310 300290 平均得分 280 270 260250 240 20002003200520072009201120132015201720192022 Year 所有亚洲学生 白色不止一场比赛 夏威夷原住民或其他太平洋岛民西班牙裔或拉丁美洲裔印第安人或阿拉斯加Native黑人或非裔美国人 Note(S):NAEP是国家教育进步评估。数据并非所有年份都可用。NAEP数学评估分数的等级为0-500 8.西班牙裔或拉丁裔可以是任何种族；种族类别不包括西班牙裔。从2019年到2022年，除美洲印第安人或阿拉斯加原住民和夏威夷原住民或其他太平洋岛民外，所有种族和族裔的平均得分均下降了统计学上的显着数量。 来源：NCSES，NAEP2000-22主要数学评估的特殊表格（2022），NCES。指标2024：K-12教育 NAEP长期趋势数学评估，另一项全国性的数学评估，也显示了大流行后学生分数的显着下降（图3）。从2020年到2023年，所有13岁学生 的平均分数下降了9分。在学生种族和族裔群体中，得分下降包括美洲印第安人或阿拉斯加土著学生的得分下降20分，白人学生的得分下降6 分。分数为第10百分位数的学生。 -那些得分接近所有评估者低端的人-下降了14分，而第90百分位数的学生的分数下降了6分。结果，第10百分位数（213）和第90百分位 数（322）的学生之间的差距扩大到109分，这是自1978年评估开始以来的最大差距。关于学生的社会经济地位，有资格获得免费或减价午餐的学生-家庭贫困的常用指标-在2023年（253）的得分