在商业圆桌会议和非营利组织“改变方程式”最近赞助的一项研究中，97% 的美国大型公司首席执行官认为，国家劳动力中缺乏科学、技术、工程和数学 (STEM) 技能是他们企业面临的一个问题。未来五年，这些公司将需要雇用大约一百万名具有这些技能的新员工，以及超过 60 万名具有应用科学背景的员工。美国以前也曾面临过这种情况。1944 年，富兰克林·德拉诺·罗斯福总统委托战时美国科学研究与发展办公室主任范内瓦尔·布什制定一项计划，以维持二战期间发生的科学成就势头，部分原因是为了应对迫在眉睫的技能短缺——这是大量潜在学生被征召入伍造成的。
布什报告的最大影响之一是创建了基础研究和应用研究的分离，这种模式在今天联邦资助的科学领域中占据主导地位。虽然这种分离在许多领域非常有效，但在教育和社会科学领域，基础研究有时无法成功转化为应用环境。当我们研究应对这场新危机的方法时，我们应该考虑另一种研究方法——国防高级研究计划局自 1958 年以来一直在展示的方法。
DARPA 的流程让人想起二战期间雷达和原子弹的开发周期：由最聪明的人才组成的多元化团队不断迭代基础研究挑战，旨在解决极其复杂的问题。与传统的基础研究或应用研究不同，DARPA 方法属于已故科学政策研究员唐纳德·E·斯托克斯在他 1997 年出版的著作《巴斯德象限》中介绍的一个类别。在斯托克斯的分类中，基础研究位于玻尔象限：它是对基础知识的追求，而不考虑这些知识的最终用途。应用研究位于爱迪生象限，其中生产特定产品是首要任务。在以路易斯·巴斯德命名的巴斯德象限中，基础研究被应用于解决特定和紧迫的问题。
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作为一个机构，DARPA 位于巴斯德象限。每个项目都是登月计划。最终目标是明确的，但实现目标的过程仍然是灵活的。在美国教育部 STEM 办公室，我们一直在提议使用巴斯德象限作为创建所谓的教育登月计划的手段，尤其是在科学和技术的交叉领域。研究的可能性是丰富的。是否可以创建定制的数字导师，使其在学生从学前班到大学的整个教育过程中适应学生？是否可以开发这些相同的教育技术，以鼓励和加强终身学习？我们能否找到新的评估方法，以便实时衡量掌握程度，而不是在课程结束时衡量？如果这些解决方案是可能的，那么只有通过汇集最具创新精神的研究人员、专业开发人员和教育工作者团队来作为一个整体解决问题才能实现。这就是为什么巴拉克·奥巴马总统 2016 年的预算提议为高级研究计划局 - 教育 (ARPA-ED) 拨款高达 5000 万美元，以允许教育部支持旨在为 21 世纪劳动力培养学生的快速周期、高影响力技术开发。
为了确定应该在何处进行投资，我和我的同事目前正在召集创新者和教育工作者团体，以发展 2025 年 STEM 教育的愿景。一旦愿景清晰，我们将对其进行解构并概述实现该愿景的计划。这个愿景会是正确的吗？这很难说，但是这个最初的愿景不必是绝对正确的。只要提高教育成果的基本目标仍然明确，目标和愿景就可以在我们朝着目标努力的过程中进行调整。正如 DARPA 研究人员在 1968 年奠定互联网基础时无法预测互联网会变成什么样一样，今天的创新者在卷起袖子去做之前，也不会知道技术如何改变教育。