Sam Howell｜美国学者

【资料图】

慧诺(编译)| 文化纵横新媒体

迦然(审校)| 文化纵横新媒体

【导读】2023年8月27日，《关于进一步加强青年科技人才培养和使用的若干措施》正式出台，强调支持青年科技人才在国家重大科技任务中“挑大梁”、“当主角”，其中一系列关键政策被媒体评价为“前所未有”。事实上，随着全球科技竞争愈演愈烈，如今世界各国都极为重视科技人才的培养和延揽。本文基于美国立场，以“技术竞争：一场人才争夺战”为题，追问美国的人才政策：作为头号科技强国，美国在新兴技术竞争中，是否真正拥有足够规模的科学、技术、工程和数学（STEM）人才？其人才政策效果如何？

本报告系统评估美国的STEM教育的现状，以及该国在量子、半导体、和关键矿物三个关键技术领域的STEM人才储备。作者认为，美国STEM人才体系的领先地位已出现拐点：虽然美国仍把持技术创新的制高点，但其整个STEM教育体系存在缺陷。如果不加以政策干预，美国的后备科技人才将严重不足，需求量大、专业性强的中低端技术岗位的缺口还会更大。另一方面，作者认为美国现有移民制度弊端日益突出，而即便是加拿大、澳大利亚等美国盟友，都在针对性地与美国争夺国际技术人才。

不过，作者也认为，美国当前STEM人才危机仍有转机，他建议美国优化移民政策，加强开发此前相对不受重视的人力资源，如少数族裔、无大学学位群体，以及非大都市地区的居民；另一方面，通过“校企合作培养”的职业教育方式，扩大教育机会普及化，推动劳动力技能多样化，并且减少STEM相关岗位的准入障碍。

本文为文化纵横新媒体原创编译“美国之变的想象与真实”系列之十，编译自美国学者Sam Howell的研究报告（2023年7月24日），原题为《技术竞争：一场人才争夺战》（Technology Competition: A Battle for Brains）。篇幅有限，文章有删减。本文是美国智库基于美国立场的分析，代表作者本人观点，供读者参考辨析。

文化纵横新媒体·国际观察

2023年第29期总第134期

技术竞争：一场人才争夺战

▍STEM人才的重要性

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。从未获学位的技术人员和机械师，到博士级科学家和工程师，STEM人才覆盖很广，他们是发明、开发和推广新技术并推动技术安全应用的必要主体。目前，各科技大国的政策制定者都已认识到，人才在推动创新和整体技术优势方面起到关键作用。

2019年，美国国家人工智能安全委员会（NSCAI）向国会提交一份临时报告，指出STEM人才是技术创新各方面的“最重要驱动力”。美国政府近期几乎所有与技术相关的官方文件、都把发展劳动力作为重要内容，尤其强调STEM人才的重要作用。此外，美国国家安全顾问杰克·沙利文（Jake Sullivan）和商务部长吉娜·雷蒙多（Gina Raimondo）等美国高级官员在公开讲话中，也经常强调STEM人才是美国成功技术战略的必要组成部分。

中国也同样重视培养一支强大的STEM人才队伍，其对科技教育的资助，在 2012年至2021年间翻了一番。中国推出多项国家资助计划，为吸引人才回流做出巨大努力。在基础教育阶段，中国多省已在中小学阶段引入人工智能相关内容。中国的众多人才举措已经取得明显成效。例如，自2000年代中期以来，中国培养的STEM博士人数已超过美国；中国培养出的顶级人工智能工程师也比其他任何国家都多。

（近期出台的《关于进一步加强青年科技人才培养和使用的若干措施》）

各国用实际行动表明，技术竞争的核心是人才争夺战。如果没有具备执行能力的人才，旨在加强国家技术优势的产业政策就毫无意义。美国商务部长雷蒙多在谈到计划投入520亿美元的“芯片法案”时指出，“如果我们不投资于美国的制造业劳动力，那么我们花多少钱都没有用”。因此，虽然发展劳动力曾是公共政策（如教育政策）的专属领域，但现在已上升到国家安全的高度，成为世界各国的当务之急。

▍美国STEM教育体系现状

本报告评估美国在培养和保持STEM人才方面的准备情况——尽管标准化考试成绩和学位完成率是衡量学生绩效和STEM能力的不完美指标，但它们展现了美国在K-12和高等教育阶段都存在令人担忧的STEM知识差距。

经济合作与发展组织（OECD）每三年进行一次国际学生评估计划（PISA），以衡量15岁学生的数学和科学素养。在最新公开结果的2018年PISA测试中，美国在77个调查国家中的科学素养排名第18，数学素养排名第37。相比2015年的测试结果，美国学生并没有明显改善，这佐证了美国国家科学委员会（NSTC）的结论，即美国学生在科学和数学标准化测试上的表现在过去十多年里没有改善，并在全球竞争对手中排名中游。

美国年轻学生在“国际数学与科学教育成就趋势研究”（TIMSS）中的表现也不佳。2019年，美国四年级和八年级学生的排名低于中国学生，相比2015年的TIMSS测试，也没有改善。此外，美国在这两个科目和年级中，优秀学生和较差学生之间的分数差异“相对较大”，并且分化相比前几年又有所增加。

NSTC发现，在美国的小学和中学生中，STEM表现的差距，与社会经济地位和种族有关。2021年，美国低社会经济地位的学生在国家STEM评估中的得分明显更低。黑人、西班牙裔、美国印第安原住民、阿拉斯加土著以及夏威夷和太平洋岛屿的原住民学生的得分，显著低于白人和亚洲学生。

K-12学生在STEM表现方面的差异部分原因，可能是他们在接受STEM教育资源上，是不平等的。2021年，NSTC的一项全国性研究显示，在社会经济地位较低和少数族裔学生比例较高的学校中，拥有所教科目的学位并且至少有三年教学经验的“高素质教师”非常稀缺。2017年的另一项全国性研究同样表明，就读于最贫困学校（至少75%的学生享受免费或减价午餐）的美国学生，在他们K-12教育的每个阶段都只有较少机会获得STEM资源、经验和课程；在较小规模、农村地区或边缘社区的高中，STEM课程明显更少或者干脆不开设。

这种不平等的STEM教育机会，导致美国学生糟糕的STEM素养，也导致相关职业中存在的种族、社会经济和性别不平等得以延续。

而进入高等教育阶段后，美国的STEM人才培养趋势也令人担忧——最终能够完成STEM学位的学生不到40%。NSTC预计，只有每年获得STEM本科学位的学生数量增加约34%，美国才能保持在科技领域的历史优势。

当前，在美国获得STEM大学学位的总人数中，许多群体的人数远远不足。美国国家科学基金会2022年的调查数据显示，黑人学位获得者在所有学位级别（副学士、学士、硕士和博士）中的比例都偏低，西班牙裔、美国印第安人和阿拉斯加原住民学位获得者在除副学士以外的所有学位级别中的比例都偏低。此外，尽管女性在本科和高级学位总数中所占的比例高于男性，但她们在STEM领域所获学位的比例却低于男性。

▍美国战略产业的STEM人才现状

在学校教育体系外，一个更令人担忧的事实是，量子信息、半导体和关键矿产等战略科技行业的STEM人才短缺现象更加明显。

（一）量子信息科学与技术

量子信息科学与技术（QIST）的人才已经供不应求，需求还在迅速增加。QIST的发展需要一个拥有多学科和技能的人才队伍：需要“深厚的量子专业知识”来“推进基础科学”，拥有“广泛的量子工程技能”来“构建基础和支持技术”，以及在各个终端用户中培养“对量子的基础认识”，以“定义和执行潜在的应用”。

截至2021年12月，美国量子计算专家的活跃职位发布数量，已经超过毕业生数量的三倍，超过一半的美国量子计算公司正在积极招聘。在短期内填补QIST职位的空缺将会很困难。大多数现有的与量子相关的毕业生和人才位于美国以外，而QIST专业人才的培养是缓慢的，需要长达10年的高等教育和岗位培训。此外，量子计算公司还必须争夺一些低技能水平的工人，这些工人拥有广泛适用的技能，可以在多个有吸引力的行业工作。根据麦肯锡预测，如果不采取重大措施，到2025年，美国只有不足50%的量子计算岗位能招到人。

（二）半导体

与QIST的人才问题类似，美国半导体行业在多种职位和技能层次上存在短缺。半导体行业在工厂的人才缺口尤其突出，包括生产工程、物流和支持以及生产运营等。截至2022年底，半导体行业有2万个职位空缺。预计到2030年，美国将面临30万名工程师和近9万名熟练技术人员的短缺，而“芯片法案”带来的人才需求增加可能会加剧这一趋势。

根据“芯片法案”，美国到2025年将需要7万到9万名新员工，以满足与制造业扩张有关的最紧迫的人才需求。为了完全摆脱对外国芯片的依赖，可能需要额外的30万名工人。如今，英特尔公司在美国本土已经难以找到足够的操作员和技术人员来保持晶圆厂的运转。此外，专业人才对芯片制造行业的兴趣正在减少。例如，自从上世纪80年代中期以来，罗切斯特理工学院的半导体设计和制造本科专业的学生人数已从50人减少到10人。

（三）关键矿产

关键矿物为许多现代技术提供基础，对国家安全和经济繁荣至关重要。它们支撑着从消费电子到先进武器系统的各种应用，并且是电动汽车和风力涡轮等清洁能源技术的关键组成部分。

2022年，美国对12种关键矿物完全依赖进口，对31种关键矿物的依赖程度超过50%。当前美国几乎没有国内矿物开采、精炼和加工能力。面对美国电动汽车产业的当前需求，其国内只能生产4%的锂，13%的钴，以及零星的石墨。预计到2050年，美国对关键矿物的需求将增加400%到600%。对此，白宫热衷于多元化供应链，增强美国的采矿和制造能力，但却缺乏实施这一目标所需的STEM人才基础。

2022年一项对美国矿业企业的调查中，86%的高管表示存在招聘和人才留任方面的挑战，71%表示人才短缺正阻碍他们实现生产目标和战略目标。此外，到2029年，约22.1万名矿业工人（占美国国内矿业劳动力的一半以上）将退休，但能替代他们的人才储备很少。自2016年以来，美国的矿业毕业生减少39%，在2020年甚至只颁发了327个矿业和矿产工程学位。截至2023年，美国只有15所采矿学校和大学。美国必须招聘、培训和留住更多的人才，从设备操作员和电工到地下矿工和岩土工程师，以满足其关键矿产供应链和清洁能源目标。

▍美国STEM人才政策的“危”与“机”

上述对美国STEM教育和人才供应情况的分析表明，美国的科技领先地位已呈现出战略上的脆弱性，恐怕难以持续。美国缺乏STEM教育体系来培养熟练且多样化的STEM人才储备，以及一个在关键技术领域随时可用的STEM人才队伍。

（一）庞大的人口规模

不过，美国似乎具有几项优势，可以克服STEM劳动力挑战。首先，美国的人口规模庞大且不断增长。美国国会预算办公室预计，到2053年，美国人口将增加近3700万人。尽管65岁及以上人口的比例增长速度超过适龄劳动人口，但仍有强大的适龄劳动人口群体可以从事STEM职业。

STEM产业具备充分的条件，来最大程度发挥庞大且不断增长的美国人口的潜力。美国的STEM就业机会遍布多个地理位置，涵盖多种职业，为不同年龄群体、不同背景和教育水平的个人提供机会。

与非STEM工作者相比，STEM工作者通常拥有更好的劳动力市场表现，失业率较低，薪资水平也较高。在美国的STEM工作者中，有超过一半没有获得学士学位，但他们的中位数收入较高，并且拥有比非STEM领域同行更多的职业发展机会。STEM职业的多样性和灵活性，为少数族裔社区、没有大学学位的美国工人以及生活在非都市地区的个体提供重要机会，该群体在美国人口中占据相当大的比例。

（二）吸引国际STEM人才

除了庞大的国内人才储备外，美国还能受益于丰富的国际人才资源。移民对美国的创新和技术竞争力具有重大影响，是美国另一个重要的人力资本优势。2022年12月，美国国家经济研究局（NBER）发现，尽管移民在美国发明家中仅占16%，但在过去30年中，移民为美国36%的创新做出贡献。独特的美国研究文化，以高度自由和合作为特点，使美国成为国际人才的吸引力目的地。

然而，复杂的美国移民法律，越来越阻挠顶尖个人和组织为美国的STEM生态系统做出贡献。如果缺乏移民改革，美国的法律体系可能很快成为人力资本的制约因素。

目前，美国还有留住国际人才的能力。从2000年到2015年，在美国大学获得STEM博士学位的国际毕业生中，约77%在截至2017年2月时仍居住在美国，高留存率可能会持续存在。在美国国家科学基金会对博士学位获得者的调查中，大多数国际STEM博士研究生表示，他们有意在毕业后留在美国。在所有STEM领域中，留在美国的意愿达到70%或更高。

尽管表现国际学生留下的总体趋势依旧，但美国的比较优势，还是有走弱的风险。自2016年以来，赴美国留学的国际学生人数持续下降，给美国经济造成约118亿美元的损失，超过65000个工作岗位。未来，国际学生可能会面临与移民相关的一系列挑战，这些问题，将是影响他们选择不在美国学习的关键因素。在获得人工智能博士学位的国际学生中，有60%在毕业后离开美国，签证问题和相关障碍严重影响他们的决定。限制性的美国移民政策，带来意想不到的后果，使其他国家在吸引最优秀的STEM人才方面超越美国。

（三）来自盟友的“挖墙脚”

即使是美国的“友好国家”，也在修改长期以来的移民政策，以利用美国的移民漏洞，并扩大顶尖人才的获得途径。自2010年以来，22个OECD成员国推出了针对企业家型STEM人才的有针对性的签证计划。

2023年6月，澳大利亚公布计划，通过支付外国工人更高的薪水、简化签证申请流程，并引入“积分测试”来筛选能够“为未来国家利益做出贡献”的永久居留申请人的技能，以确保在“全球下一代技术的竞争中保持竞争力”。这些计划预定于2023年7月生效，标志着澳大利亚首次在十年内修改其移民政策。

类似地，加拿大在2023年也宣布其首个“科技人才战略”，旨在提供未来的就业机会，确保能够获得“能推动创新和推动新兴技术发展的顶尖人才”。该战略包括设立一个“为美国H-1B特殊职业签证持有人申请加拿大工作许可证的开放式工作许可流”，“14天完成工作许可证服务”，“将加拿大打造成数字游民的目的地”，以及其他积极的吸引措施。该战略基于加拿大在2015年推出的Express Entry系统，为高技能的外国人提供了一条快速获得永久居留权的途径。在2016年至2019年期间，赴加拿大留学的印度STEM硕士研究生数量增加了182%，而赴美国留学同一领域的印度学生数量减少了38%。如今，美国在争夺STEM人才方面还必须应对盟友的竞争，

移民限制还导致美国科技企业将业务迁移到人才所在地，而不是在国内运营。在2019年的一项调查中，近一半的美国科技公司表示，获得更多人才是推动其进入国际市场扩张的主要因素，而只有20%的受访者表示美国是寻找所需专业知识的目的地。正如NSCAI在其最终报告中指出的那样，美国的移民改革不是选择，而是“国家安全的必要举措”。

▍改进美国STEM教育体系的现行模式

要维持STEM人才体系，“修炼内功”是当务之急。美国的教育界和私营部门已经启动了多项努力，以改善STEM教育体系。

（一）推动从K-12到大学阶段的“校企合作”

一个典型案例是普渡大学的半导体学位和证书项目，将学校课堂与企业实践机会相结合。该项目于2022年5月推出，为本科和研究生学生提供多种途径，包括硕士学位、本科辅修、副学士学位和可叠加证书，以获得半导体行业所需的核心技能。除了集成电路和芯片设计，该项目还教授其他关键的芯片制造步骤，如化学、材料、工具、制造、封装和供应链管理。

在制定课程大纲方面，由私营企业高管组成的半导体学位领导委员会发挥着关键作用——这些大纲将基于行业的现实需求。一些行业合作伙伴，如半导体制造商SkyWater Technology（译者注：美国唯一全资半导体代工厂），甚至主持了该项目的入门研讨会。行业合作伙伴还同意为普渡大学的学生提供合作和实习机会，使他们能够在完成学位的同时获得宝贵的实际经验。凭借超过11,000名本科生和4,000名研究生，普渡大学的项目有助于保持全球竞争力人才的储备。

类似地，俄亥俄州立大学于2022年9月推出“先进半导体制造研究和教育中心”。该中心横跨该州内的10所大学和学院，旨在通过提供适合传统半导体相关学科（如电气工程和计算机工程）之外学生的课程，来吸引新的多样化人才加入半导体行业。与普渡大学的项目类似，私营企业在培养中心的成功方面发挥着关键作用，包括制定课程大纲、培训和聘请教员，以及购买必要的设备。例如，英特尔公司于2022年向该中心承诺了300万美元，并同意为学生提供实习、指导和研究机会。根据俄亥俄州立大学工程学院院长阿亚娜·霍华德（Ayanna Howard）的说法，该中心已经帮助建立了一个“全面、包容性的半导体教育生态系统，欢迎来自各个背景的学生”。

灵活的“学徒计划”为学生提供了另一种途径，在完成学位课程的同时获得有价值的在职培训和经验。例如，在美国的三星公司通过“半导体学徒计划”为学生提供报酬，让他们每周在三星工作两天，同时完成副学士学位。在完成学位课程后，学生可以申请成为三星技术员的全职职位。该计划帮助三星填补了关键的管道安装、暖通空调和焊接职位，并为约200名成年人和潜在“失足青年”提供了获得认可学位的机会。

美国的企业和社会组织也在积极改善K-12阶段的STEM教育。美光（Micro）的“芯片营地”使中学和高中学生可以参与与半导体制造和工程相关的活动，了解内存芯片的制造过程，并从美光团队成员和当地大学的工程学生获得指导。美光还针对性丰富少数族裔的STEM人才来源，通过与相关社会组织合作，以零成本提供该计划，例如在历史悠久的黑人大学举办营地。自2002年创立以来，该计划已经为3,000多名学生提供了约14,000小时的STEM教育。

芝加哥大学每年一次的免费科学节同样提供游戏、专题讨论和技术演示，让孩子们有机会与从事不同STEM领域职业的专业人士互动。这些以学生为导向的倡议有助于改善美国的STEM教育质量，确保教育机会均匀分布在各个社会经济群体中，并提升年轻人对STEM职业的兴趣。

（二）加强学校教育外的职业培训

然而，在校学生只是美国庞大多样人力资源库中的一部分。少数族裔、无大学学位群体，以及农村和偏远地区的居民代表了更为可观的未开发人才库。通过专门的STEM职业培训，可以将职业发展机会延伸到这些群体。“再培训”（reskilling）涉及员工学习新技能，以转向新的工作领域；“技能提升”（upskilling）涉及员工在其目前的专业领域获得额外的技能。

再培训和技能提升有助于高员工绩效和保留率，以营造学习和成长的企业文化，促进多样性和包容性，并使领导层能够将人力资本与组织优先事项相一致。一些STEM相关的企业和社会组织已经在系统性地推广相关职业培训事宜，以提升此前被较少关注群体的人力资本。

例如，美光与纽约州克莱、锡拉丘兹和奥农达加等地的当地市政官员合作，举办了一系列的市政厅会议，让居民了解其在克莱建立先进存储芯片制造设施的计划。这些市政厅会议重点吸纳农村和郊区成员，鼓励他们就该项目及其潜在利益提出问题，了解相关工作机会，并获得申请市政府实施的学徒计划所需的材料。

在线技术也打破了传统职业技能培训的地理限制。在2021年，加州理工学院继续教育部与Upskill California和加州就业培训委员会两个州级项目合作，基于亚马逊的网络服务，为加州各地的个人提供云计算和网络安全的在线技能培训。这项倡议有助于将实践性技术培训的好处扩展到农村和边缘社区。

各项组织也更进一步为职业培训推出了“在线认证”体系，例如编码训练营和加速学习项目。编码训练营Course Report就是一个例子，其83%的毕业生能在技术领域应用学到的技能，并且毕业后的中位数薪资增长了51%。AT&T退出了花费10亿美元的“未来就绪倡议”提供个性化的在线课程，计划为10万名员工提供重返新工作的培训机会。截至2018年，AT&T已向大约57,000名员工授予了虚拟“徽章”，标志着他们完成了需求量大的技能领域的在线课程，如数据科学和云计算。

不过，纯粹的职业技术培训也存在局限性。以量子计算行业为例，该行业需要在软件开发和量子工程方面都具备双重专业知识的复合型人才。此外，当量子技术需要的应用落地时，又必须有相关行业（如金融）的知识和经验。正如量子软件公司Classiq的首席营销官Yuval Boger所指出的，具备推动该领域所需技能组合的复合型人才就像尚不存在的“独角兽”。

在半导体行业面临的挑战有所不同：通过密集的职业培训可以培养出设计和软件工程师，并且拥有高薪和灵活的远程工作选择，但这样的岗位需求量最小且最受欢迎。相反，严重短缺的制造技术人员和工艺工程师需要长时间的专业岗位磨练，并且薪水较低且工作弹性较小。简而言之，在高度专业化的领域中，职业培训的机会可能相对有限，仅靠再培训和技能提升，无法弥补人才缺口。

▍结论

在这个受新兴技术塑造的世界中，高科技人才体系对于维持全球领导地位至关重要。如今，美国正处于关键的转折点——尽管其长期拥有人口多样性、研究开放性和移民/国际学生吸引力等比较优势，但失去人力资本竞争优势的风险已非常明显。

在国内，美国的STEM教育质量和普及水平呈现令人担忧的趋势，在量子信息、半导体和关键矿产等战略产业正面临“无人可用”的困境。在国外，全球对STEM人才的需求正在迅速增长，即便美国的盟友也在利用其“移民制度”以争夺可用的人才资源，以期在特定领域超越美国。

为此，美国应该重点补齐其STEM教育体系，扩大教育机会的获取途径、推动劳动力技能多样化、减少与STEM职业相关的准入障碍，进而能够将少数族裔、无大学学位群体，以及生活在农村和边缘地区的居民等真正纳入美国的STEM人力资源库，进而推进其国家和经济安全。