在商業圓桌會議和非營利組織“改變方程式”最近贊助的一項研究中，97% 的美國大型公司執行長認為，國家勞動力中缺乏科學、技術、工程和數學 (STEM) 技能是他們企業面臨的一個問題。未來五年，這些公司將需要僱用大約一百萬名具有這些技能的新員工，以及超過 60 萬名具有應用科學背景的員工。美國以前也曾面臨過這種情況。1944 年，富蘭克林·德拉諾·羅斯福總統委託戰時美國科學研究與發展辦公室主任範內瓦爾·布什制定一項計劃，以維持二戰期間發生的科學成就勢頭，部分原因是為了應對迫在眉睫的技能短缺——這是大量潛在學生被徵召入伍造成的。
布什報告的最大影響之一是建立了基礎研究和應用研究的分離，這種模式在今天聯邦資助的科學領域中佔據主導地位。雖然這種分離在許多領域非常有效，但在教育和社會科學領域，基礎研究有時無法成功轉化為應用環境。當我們研究應對這場新危機的方法時，我們應該考慮另一種研究方法——國防高階研究計劃局自 1958 年以來一直在展示的方法。
DARPA 的流程讓人想起二戰期間雷達和原子彈的開發週期：由最聰明的人才組成的多元化團隊不斷迭代基礎研究挑戰，旨在解決極其複雜的問題。與傳統的基礎研究或應用研究不同，DARPA 方法屬於已故科學政策研究員唐納德·E·斯托克斯在他 1997 年出版的著作《巴斯德象限》中介紹的一個類別。在斯托克斯的分類中，基礎研究位於玻爾象限：它是對基礎知識的追求，而不考慮這些知識的最終用途。應用研究位於愛迪生象限，其中生產特定產品是首要任務。在以路易斯·巴斯德命名的巴斯德象限中，基礎研究被應用於解決特定和緊迫的問題。
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作為一個機構，DARPA 位於巴斯德象限。每個專案都是登月計劃。最終目標是明確的，但實現目標的過程仍然是靈活的。在美國教育部 STEM 辦公室，我們一直在提議使用巴斯德象限作為建立所謂的教育登月計劃的手段，尤其是在科學和技術的交叉領域。研究的可能性是豐富的。是否可以建立定製的數字導師，使其在學生從學前班到大學的整個教育過程中適應學生？是否可以開發這些相同的教育技術，以鼓勵和加強終身學習？我們能否找到新的評估方法，以便即時衡量掌握程度，而不是在課程結束時衡量？如果這些解決方案是可能的，那麼只有透過彙集最具創新精神的研究人員、專業開發人員和教育工作者團隊來作為一個整體解決問題才能實現。這就是為什麼巴拉克·奧巴馬總統 2016 年的預算提議為高階研究計劃局 - 教育 (ARPA-ED) 撥款高達 5000 萬美元，以允許教育部支援旨在為 21 世紀勞動力培養學生的快速週期、高影響力技術開發。
為了確定應該在何處進行投資，我和我的同事目前正在召集創新者和教育工作者團體，以發展 2025 年 STEM 教育的願景。一旦願景清晰，我們將對其進行解構並概述實現該願景的計劃。這個願景會是正確的嗎？這很難說，但是這個最初的願景不必是絕對正確的。只要提高教育成果的基本目標仍然明確，目標和願景就可以在我們朝著目標努力的過程中進行調整。正如 DARPA 研究人員在 1968 年奠定網際網路基礎時無法預測網際網路會變成什麼樣一樣，今天的創新者在捲起袖子去做之前，也不會知道技術如何改變教育。