NSF报告:全面领先已不可能,美国科研去往何处?

近日,美国国家科学基金会(NSF)的决策机构美国国家科学委员会(NSB)发布了《2022科学与工程指标》。报告称,“美国在科学与工程(S&E)领域的全面领导已不再可能,美国应当寻求新的发展目标”。

从1993年起,NSF每两年发布一次《科学与工程指标》报告,向总统和国会汇报美国的科学、技术和工程发展水平与情况,并与其他国家、地区和经济体进行对比。2022年的报告指出了如下几个要点:
01

全球研发绩效的转移

从2000年到2019年,全球研发支出翻了三倍,从2000年的7260亿美元涨到了2019年的2.4万亿美元。这些研发绩效由少数国家主要完成,其中美国表现最为突出(支出6560 亿美元,占全球研发的27%),其次是中国(支出5260 亿美元,占22%)。其他国家则稍逊一筹,如日本(支出第三名,占7%)、德国(占6%)和韩国(占4%),法国、印度和英国的比例则分别占全球总数的 2% 到 3%。

尽管2019年美国的研究支出位居第一,但包括中国在内的多个中等收入国家的研发增长幅度已赶超美国,所以美国在全球研发中的占比正在下降。过去十年中,东亚、东南亚与南亚地区的研发增长尤其显著。从2000年到2019年的数据看,美国为全球研发绩效的增长贡献了23%的力量,而东亚、东南亚和南亚地区的国家(包括中国、日本、马来西亚、新加坡、韩国和印度)则为全球研发绩效的增长贡献了46%的力量。

NSF报告:全面领先已不可能,美国科研去往何处?

过去 20 年,美国在对全球研究支出增长的贡献不及中国。

资料来源:(GRAPHIC) K. FRANKLIN/SCIENCE; (DATA) THE STATE OF U.S. SCIENCE AND ENGINEERING 2022/NATIONAL SCIENCE FOUNDATION

其中,中国贡献了最高也是最主要的研发增幅。2010年到2019年,中国研发投入年均增长10.6%,远超过美国的5.4%。美国在全球研发绩效的占比从2010年的29%下降到2019年的27%,而中国的份额从15%上升到了22%。

足见,全球研发绩效的集中度在持续从美国、欧洲向东亚、东南亚、南亚的国家转移。许多中等收入国家正在增加科学和工程刊物的出版、专利活动以及知识和技术密集型产出,向全球输出科研和技术。

02

美国科研投入的结构与变化

自2010年以来,美国科研投入中政府资助的占比全方位下降。从2010年至2019年的十年间,美国所有的研发项目中由美国政府资助的研发项目所占的比例下降了大约10% (2010年美国政府资助项目占比31%,而2019年仅为21%)。与此同时,企业研发投入所占的比例不断上升,重要性越来越明显。这反应了美国科研资金结构的调整趋势。

总的来说,美国的研发绩效更多体现在实验开发(占比65%)和应用研究领域(占比19%)和应用研究(19%),而企业在这两个领域均占据主导地位。而在基础研究中,高等教育机构进行的研究项目最多(占比达46%),而企业进行的基础研究数目也有所上升(从2012年的18%上升到了2019年的30%)。至于基础研究领域的资金来源,美国政府负担最多,达到该领域总投入的41%,此外企业负担了31%,非政府的公益性组织负担了16%,高校负担了13%。

03

劳动力与高等教育的变化趋势

报告指出,美国STEM(科学、技术、工程和数学)劳动力占美国总劳动力的23%。这些劳动力严重依赖于外裔群体,他们约占美国STEM劳动力的五分之一。那些在科学、工程领域获得最高学位并且出生于外国的人群中,有一半是来自于亚洲,其中来自印度的人群占比22%,来自中国的人群占比11%。

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大多数在美国工作的计算机科学家和工程师都出生在海外。

资料来源:(GRAPHIC) K. FRANKLIN/SCIENCE; (DATA) THE STATE OF U.S. SCIENCE AND ENGINEERING 2022/NATIONAL SCIENCE FOUNDATION

美国的自然科学与工程技术(S&E)高等教育中,本科与研究生阶段的学位授予数量从2000年的56.1万人增加到了2019年的108.7万人。尽管这一数字几乎翻了一倍,但仍然难望中国项背。在由于人口基数问题,印度与中国所培养的S&E专业本科生数量一直领先世界,美国仅为第三,其次是巴西、墨西哥、英国、日本、土耳其、德国、韩国和法国。

在S&E博士学位的授予数量上,美国在数十年来一直保持世界领先地位,其2018年授予的博士学位数量达到了4.1万。但中国培养的S&E博士正在逐步赶上美国。2018年,中国在S&E领域授予了近3.8万个博士学位,而美国仅颁发了3.1万份。在美国所授予的博士学位中,有相当一部分学位被授予给了国际学生,例如在经济学、计算机科学、工程、数学和统计等领域,超过一半的博士是国际学生。

在多数大量培养S&E博士的国家,物理、生物科学、数学与统计学博士学位的授予数量占比最高,而在中国、韩国与日本等国家,工程技术类的S&E博士占比最大。

NSB 委员会主席、应用物理学家Julia Phillips在接受杂志 ScienceInsider的采访时表达了自己对报告所产生的想法。她表示,“认为(美国)会在所有事情上都处于领先地位,这是狂妄自大。所以我认为,美国要决定的是在哪些方面不能落后于人。” 她强调,当务之急是保证美国政府对基础科学研究的财政投入。如果在基础研究领域领先,那么整体局面就会依旧有利。

她问道:“美国愿意在(基础研究)上花多少钱?现在这些投入只占GDP的一小部分。我很欣赏国会在这点上比总统更加慷慨。但人们似乎并没有兴趣大幅提高这一项投入,这是令人遗憾的。”

此外,Phillips指出,学术领袖和美国当局之间互不信任的现状,正在令留美的外国学生和科学家感受威胁,也令美国高校的学习与研究面临紧张局势。美国政府指责中国在诱使美国科学家分享他们的成果。有些联邦安全机构的人员更是认为美国高校方对披露研究人员外国资金的规定执行不力,并呼吁进一步加强监督力度。而高校们对当局的政策态度冷淡,他们回击称执法人员经常隐瞒有关校园的潜在威胁的信息,并且政府实施的“中国行动计划”对华人研究人员有不公平的种族定性。Phillips认为解决高校和当局的信任问题,是改变这一局面的关键。

Phillips提及的另一个问题是,中小学教育中存在的严重且持续的不平等现象。例如在标准化考试中,有色人种的贫困学生得分显著低于白人和亚洲学生,并且他们更有可能遇到缺乏经验的科学、数学教师。Phillips称这些差异提醒NSF要继续支持改善科学教育。不过她承认联邦政府对大学之前的教育阶段能力有限,表示“决策的权力主要在地方和州一级”。

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白人和亚裔学生的数学成绩远超过黑人和拉丁裔学生,贫困扩大了差距。

资料来源:(GRAPHIC) K. FRANKLIN/SCIENCE; (DATA) THE STATE OF U.S. SCIENCE AND ENGINEERING 2022/NATIONAL SCIENCE FOUNDATION

最后Phillips强调了NSF赞助资金的流向问题,她指出大部分资金都流向了美国东西海岸的少数机构。Phillips说,NSF一方面致力于帮助更多的研究人员,一方面也在衡量这些投入的有效性。她指出,今年NSF 已要求国会为依据地理分布的创新中心网络提供资金,令贫困州的科学家同样可以有基础设施开展研究,而参议院已批准一项法案,将 NSF 总研究预算的 20%用于那些州。

 

 

 

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