我國STEM教育研究現狀綜述

孫宗緣 馬秀峰

摘? 要 以CNKI數據庫收錄的STEM教育相關文獻為樣本，通過定性分析與定量分析，結合知識圖譜的方法，從時間線、期刊來源、作者分布、發文機構分布及關鍵詞特征分布五個維度，對STEM教育領域研究現狀進行闡述。

關鍵詞 STEM教育;CiteSpace;可視化圖譜;BICOMB

中圖分類號：G642? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）17-0072-04

1 引言

STEM教育是集科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）四門學科組成的一種跨學科融合的教育方式，旨在填補應試教育的漏洞，從而培育綜合創新型人才。自STEM教育引入我國之后，掀起一股教育研究的潮流。本文對該領域研究現狀進行分析梳理，以期為后續研究提供參考和幫助。

2 研究設計

研究對象? 本文以知網數據庫為數據源，設置檢索條件“SU=STEM教育”，檢索時間框為2010—2019年，通過對文獻樣本進行篩選（剔除無關通知、報告等），最終確定1541篇有效樣本文獻;將其導出為BICOMB 2支持的自定義格式及CiteSpace支持的Refwords格式，以對STEM教育研究現狀進行可視化展現，方便對該領域進行深度解讀。

研究方法? 本文利用定性與定量相結合的可視化圖譜方法對1541篇文獻樣本進行分析。從時間發文線、文獻所屬期刊、文獻作者、文獻發文機構及高頻關鍵詞這五個維度進行詳細探析，并借助科學引文數據可視化分析軟件CiteSpace生成STEM教育領域相關研究的可視化圖譜加以探索[1]。

3 研究現狀分析

文獻時間分布分析? 某領域特定時間點的研究成果數量，能夠反映該領域的時序發展狀態及變化趨勢[2]。本研究將1541篇文獻按照年份統計得到圖1所示文獻年度分布圖。在2010年，STEM教育領域文獻數僅為四篇，是對該領域的初探階段;2010—2016年，文獻數量隨年份緩慢增長，由2010年的四篇增加至2016年的101篇，文獻數量及質量都在提升，可以看出對該領域的重視程度逐年加強，該時期稱為STEM教育研究的初步發展階段;從2017起，發文曲線斜率達到該圖曲線的峰值，文獻數量急劇增加;截至2019年總計為1541篇，大量成果相繼產出，已經進入對STEM教育研究的熱潮階段。

經過函數擬合，得到時序變化趨勢預測指數模型：

該模型擬合程度較好，可以推知未來STEM教育領域文獻成果數量將持續增加，反映出對該領域的研究熱度仍會提高。

文獻來源期刊分析? 借助BICOMB 2軟件提取期刊分布數據，得知1541篇樣本文獻刊載于370種期刊中，其中教育類期刊占比90.41%。這說明該領域的研究受到教育界的廣泛關注，根據普萊斯定律[3]（其中，Nmax是指最高發文數量，Nmin是指最低發文數量）：

確定Nmin的數值為6，統計得出核心發文期刊共計71種（如圖2所示），在370種刊物中占比19.2%。其中刊載量最多的是《中國信息技術教育》，發文50篇;其次是《中小學信息技術教育》，發文47篇。71種核心發文期刊中，雙核心期刊有20種，刊文占總樣本文獻的20.1%，是該領域的重要力量源。通過進一步探究可以看出，相關期刊主要涉及教育領域，驗證了STEM教育在教育領域的重要作用，以及教育界對于STEM教育研究的熱衷程度。

作者分布特征分析? 對相關作者分布進行探究，可以把握該領域的核心作者，反映其對于該領域的影響程度，對本研究具有一定的意義。經統計得出1874位作者發文數據圖，如圖3所示。根據普萊斯定律，確定最低發文量為3的作者為核心作者，核心作者共計96人。其中發文數量在10篇以上的僅有宋怡、吳俊杰、劉黨生、趙慧臣、趙中建等五人，可以將其確定為中堅核心作者;另有1778位作者的發文量不在取值范圍之內。由此得知，在STEM教育領域的研究者較多，但是缺乏影響力較大的核心作者，約95%的研究人員僅為初探作者。

為了進一步探析作者之間的關聯，本文將1541條題錄信息導入CiteSpace軟件，將作者字段以及對應頻次作為分析對象，規定時間區間為2010—2019年，在“Node Types”中選擇“Author”，呈現出作者合著關系網絡圖，如圖4所示。圖中節點大小表示以作者發文數為基點展現出的作者影響力，連線的粗細表示作者之間的聯系強度。通過CiteSpace計算作者合作網絡聚類密度為0.004 4，指數偏小，可見相關作者之間的網絡連通性差。雖然趙中建的個人影響力較大，但是沒有形成相應的科研團體。在作者合著群中，僅有趙慧臣一人有較為穩定的科研網絡。作者群之間形成眾多的“孤島”，沒有形成強度很大的中心作者群，大部分學者是從個人領域或個人視角展開研究。這也說明在STEM教育研究領域的探究中，作者間缺乏一定的交流與合作。

文獻發布機構特征分析? 為對該領域有進一步的了解，本文通過考察不同發文機構成果數以及機構之間的合作關系，解析該領域的空間分布特點[4]。對相關機構名稱做歸類處理：將從屬于一級機構的單位名稱都歸并為一級機構名稱，得到圖5。從圖5看出，文獻研究成果主要產出于高校，少見于科研機構。在發文數量上，華東師范大學以89篇居首位，其后依次是上海師范大學發文47篇、南京師范大學發文45篇。通過進一步分析相關文獻資料，可知華東師范大學相關學者對該領域探索較早，是對該領域重視的體現，相關研究也具備深度與廣度，處于較為領先的地位。同時也從側面說明，對于此領域研究的熱點機構較少，并未出現超級熱點機構。

基于發文機構之間的合作網絡圖譜，可以了解STEM教育研究領域機構間的合作關系以及相應影響力。通過Cite-Space導入機構數據，確定時間區間為2010—2019年，在“Node Types”中選擇“Institution”，生成圖6所示發文機構合作網絡圖譜，節點的大小反映該機構出現的頻次即發文數量，連線的粗細表示機構之間的合作強度。圖中將一、二級機構名稱獨立表示，便于更細致地觀察機構之間的合作關聯程度。

首先，發文機構之間的聚類密度為0.003 4，該指數偏低，從整體上說明各級機構相互合作交流較少;

其次，在一級機構合作網絡中，華東師范大學出現頻次較多，是該領域研究的重要貢獻機構，具有一定的影響力，但沒有形成鮮明的機構合作網;

再次，以華東師范大學的二級機構信息技術學系、課程與教學研究所、教師教育學院和國際與比較教育研究所為例，彼此之間沒有產生合作，該情況在其他一級機構中均有出現，說明從屬單位之間的研究合作并不密切;

最后，存在明顯合著聯系的是以南京師范大學教育科學學院為中心的小合作團，但合作發文數量較少。

總之，在STEM教育領域的探究中，研究力量比較分散，沒有形成一定群體規模的核心科研團隊力量。

關鍵詞特征分析? 關鍵詞是對一篇文獻內容的濃縮概括，通過研究關鍵詞出現的頻率，能夠在一定程度上推知研究者關注的主題，有助于把握該領域的研究熱點[5]。通過BICOMB 2軟件提取關鍵詞數據，得到5769個關鍵詞;對關鍵詞進行清洗，即刪除與本研究無關的關鍵詞，合并意思相同但表達不同的關鍵詞，如將“美國”與“USA”合并為“美國”，將“創新能力”與“創新”合并為“創新能力”等;最終通過反復校對與檢查，選取頻次在18以上的關鍵詞進行分析，確定高頻關鍵詞共計23個。如圖7所示，出現頻次較高的關鍵詞有“STEM教育”“STEM”“創客教育”“STEAM教育”“美國”“教學設計”。

通過相關文獻資料解讀得知：在STEM教育領域，創客教育與STEM教育有著密切的關聯，對完善STEM教育的發展有著重要的輔助意義;亦能看出STEM教育在理論上是可以延伸擴展的多元學科教育模式，在實踐上致力于塑造全面發展的綜合創新型人才;同時要吸取對于該領域探索領先的國家的經驗以及借鑒其相關方法，積極建設適合于我國本土化的教育方式。由此可知，高頻關鍵詞涉及的研究方向可以在一定程度上反映STEM教育研究領域的重點，是學者密切關注的焦點，也是STEM教育領域較為核心的內容。

4 總結

本文基于中國知網數據庫平臺，通過文獻計量的方法，使用科學引文數據可視化分析軟件CiteSpace，生成STEM教育研究相關層次的可視化圖譜，可以有效防止主觀性的偏頗而導致結論不定，在對已有文獻進行深度解析的基礎上，對STEM教育研究現狀作出以下總結。

1）從文獻發表時間分布來看，我國產出STEM教育相關研究的文獻成果數可分為三個階段：起步階段（2011年之前）、初步發展階段（2012—2016年）、熱潮階段（2017年至今）。自2010年開始陸續出現的四篇文獻打開了對于該領域探索的大門，隨后研究的文獻數量呈逐年上升趨勢，并經過時序變化趨勢預測指數模型可知，該領域將繼續受到學者的關注。

2）從文獻發表期刊來看，90.41%的文獻來源于教育類期刊，且核心教育期刊發文數量占總體的12.1%，可以看出教育界對于STEM教育的重視程度，也說明STEM教育對于我國教育進程的開展具有重要意義。

3）從作者及機構分布來看，有關STEM教育研究的核心作者主要來自教育領域，宋怡、吳俊杰、劉黨生、趙慧臣、趙中建對該領域的研究貢獻較大;研究機構中，華東師范大學獨樹一幟，和上海師范大學、南京師范大學并為STEM教育研究的主要基地。但是，不論是作者還是機構，相互之間的合作聯系較少，缺少核心作者團以及中堅機構合作網絡。

4）從關鍵詞特征分布來看，可以看出該領域研究熱點主要關注于創客層面的研究、STEM教育本土化的研究、STEAM教育的研究、學生綜合素養的研究、跨學科層面的研究。整體上來看，針對STEM教育領域探索的主題已經逐步由理論轉向實踐，將已有的經驗、教學模型以及評價體系應用于實踐教學，致力于培養學生綜合素質的發展。

本文雖運用了量化分析法、歸納性的內容分析法及知識圖譜法，對國內STEM教育研究現狀進行較為系統的分析與梳理，但僅以中國知網數據庫為數據源，且由于數據樣本在不斷更新，在一定程度上使得樣本不夠完整。之后的研究工作要對其他數據庫的文獻進行比對分析，以優化研究結果。

本文基于對已有研究的分析和相關經驗的總結，展望該領域研究要注意的幾個方面：研究者和機構間要加強溝通與交流，形成科研核心團隊和科研中堅力量;吸收有益經驗，保持對國際主流與前沿方向的警覺;對于該領域的探索要轉換研究視角，拓寬研究視野;相關研究要結合我國國情，不能盲目跟風、機械照搬;要加強學科之間的整合優化，應用于STEM教育的實踐。期望以此促進STEM教育領域的改革發展與創新，推動STEM教育相關研究理論與實踐的健康發展。■

參考文獻

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[2]趙蓉英，王晴.近20年來國內競爭情報研究的結構特征與熱點透視：基于CNKI的文獻計量及可視化分析[J].情報科學，2016（3）：166-172.

[3]胡利勇.基于普賴斯定律的圖書情報領域高被引論文核心要素測評[J].圖書館研究，2016（4）：113-117.

[4]章小童.國內網絡問答社區研究現狀、熱點及趨勢分析：基于文獻計量與內容歸納分析[J].情報科學，2020（1）：169-176.

[5]周蘭芳.英國教育人類學《民族志與教育》期刊2008-2014年關鍵詞分析[J].黑龍江高教研究，2016（8）：30-32.