我國STEM教育的研究現(xiàn)狀與趨勢

毛新玉 吳霓

摘要：本研究采用文獻(xiàn)計量法與可視化分析法，從研究數(shù)量、研究主體與研究內(nèi)容三方面對2010至2019年我國STEM教育研究的熱點(diǎn)與趨勢進(jìn)行系統(tǒng)分析。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)國內(nèi)STEM教育研究整體發(fā)展呈上升趨勢，研究內(nèi)容包括stem教育理論與實踐兩部分，最后提出未來STEM教育研究需要完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建立，政策支持與教育實踐相輔相成;加強(qiáng)校企合作，實現(xiàn)STEM教育發(fā)展生態(tài)一體化等建議。

關(guān)鍵詞：STEM?STEM教育?Cite Space?可視化分析

一、研究背景

STEM 是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）英文首字母的縮略語，最早由美國國家科學(xué)基金會提出。STEM因其跨學(xué)科特色和綜合能力培養(yǎng)導(dǎo)向而備受各國關(guān)注。美國商務(wù)部報告（2010）指出：社會對STEM人才的需求越來越大，STEM人才對國家競爭力、經(jīng)濟(jì)增長和總體生活水平有特別大的影響，STEM工作是適應(yīng)未來的，對國家的技術(shù)創(chuàng)新和全球競爭至關(guān)重要。在當(dāng)下突飛猛進(jìn)的創(chuàng)新浪潮中，中國亟需大量具備探究能力和批判性思維的綜合型創(chuàng)新人才。

我國STEM教育已經(jīng)進(jìn)入國策視野。2015年教育部發(fā)布的《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見 （征求意見稿）》中明確提出：要“探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式”。2016年教育部在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中提出“有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在‘眾創(chuàng)空間、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習(xí)習(xí)慣，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，發(fā)揮信息化面向未來培養(yǎng)高素質(zhì)人才的支撐引領(lǐng)作用”。2018年4月，中國教育科學(xué)研究院正式發(fā)布《中國STEM教育白皮書》，其中提出：STEM 教育在我國整個教育體系中的戰(zhàn)略地位需要被重新定位;STEM教育是面向所有學(xué)生培養(yǎng)綜合素質(zhì)的載體。此外，該機(jī)構(gòu)于2018年11月正式推出《中國STEM 教育 2029 創(chuàng)新行動計劃》提出在2049年新中國成立一百年時建成世界創(chuàng)新型國家。STEM教育已成為我國教育創(chuàng)新的一個重要抓手。目前我國STEM教育研究出現(xiàn)了哪些核心議題？本文通過對2010年至2019年STEM教育研究文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析，剖析了STEM教育研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)主題與前沿問題，并提出STEM教育未來發(fā)展的建議，以期為我國STEM教育研究提供參考。

二、研究設(shè)計

（一）研究方法與工具

本研究主要采用文獻(xiàn)計量法與可視化分析法。研究選取Cite Space作為分析軟件。該軟件是由美國德雷賽爾大學(xué)陳超美教授基于Java編程語言環(huán)境下研發(fā)的一款可視化軟件，主要用于科學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)計量和分析、識別和顯示科學(xué)發(fā)展的新趨勢，且在分析和可視化分析方面具有準(zhǔn)確高效的特點(diǎn)。本文將從年度發(fā)文量、主要研究機(jī)構(gòu)、研究內(nèi)容三個維度對我國STEM教育研究的現(xiàn)狀、熱點(diǎn)和趨勢進(jìn)行分析。

（二）數(shù)據(jù)來源

本研究以北京郵電大學(xué)圖書館數(shù)據(jù)庫為入口， 在中國知網(wǎng)中以 “STEM教育”or“STEM &教學(xué)”or “STEM &教師”or“STEM &課程”作為主題進(jìn)行檢索，時間跨度為2010年至2019年，檢索日期為2020年6月1日，共檢索到STEM教育相關(guān)文獻(xiàn)1720篇。由圖書情報學(xué)中的Bradford定律可知，某一專業(yè)領(lǐng)域的核心論文集中發(fā)表在少數(shù)頂尖期刊上，這些論文基本涵蓋了該領(lǐng)域的總體狀況。基于此，選擇“核心期刊”文獻(xiàn)與“CSSCI”文獻(xiàn)，共得到424篇。繼續(xù)人工剔除新聞報道、叢書、課程、會議資訊等非學(xué)術(shù)性文獻(xiàn)及與主題不符的文獻(xiàn)105篇，最終確定319篇有效文獻(xiàn)作為研究樣本。

三、STEM教育研究的時空分布

（一）年度發(fā)文量呈逐年上升趨勢，且近三年激增明顯

基于CNKI數(shù)據(jù)庫的核心期刊和CSSCI論文凝結(jié)了該領(lǐng)域的重要成果，具有很強(qiáng)的代表性和權(quán)威性，對STEM教育的論文數(shù)量及變化趨勢的研究可以較為直觀地反映出該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀。筆者按年份統(tǒng)計了近十年來該領(lǐng)域每年的論文發(fā)表數(shù)量（如圖3-1所示）。

整體來看，我國STEM教育研究相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)量呈逐年上升趨勢。（1）起步階段，小步快跑。2010年至2016年STEM教育研究處于起步階段，每年核心期刊與CSSCI的發(fā)文量總和小于30篇。2010年11月， 第一屆STEM教育應(yīng)用國際會議于澳大利亞昆士蘭科技大學(xué)順利召開，第二屆于2012年11月24日至27日在北京召開，由昆士蘭科技大學(xué)和北京師范大學(xué)聯(lián)合舉辦。兩屆STEM教育應(yīng)用國際會議的召開引起教育工作者的關(guān)注，核心期刊與CSSCI的高產(chǎn)作者開始關(guān)注到這一領(lǐng)域。2013年論文數(shù)量相較于2012年出現(xiàn)了較大增長，之后保持緩慢增長趨勢，直到2016年論文數(shù)量出現(xiàn)新的增長點(diǎn)。（2）政策引領(lǐng)，快速增長。2016年6月教育部在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確提出“要在有條件的地區(qū)探索信息技術(shù)在STEAM教育中的創(chuàng)新應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。”該文件的發(fā)布極大地推動了STEM教育的快速發(fā)展。接著2016年10月14日第二屆中美STEM+創(chuàng)新教育論壇在北京教育學(xué)院舉行。2017年6月20日至21日，由中國教育科學(xué)研究院和成都電子科技大學(xué)聯(lián)合主辦的第一屆“中國STEM教育發(fā)展大會”在成都電子科技大學(xué)召開，大會發(fā)布了《2017年中國STEM教育白皮書》，啟動了“中國STEM教育2029創(chuàng)新行動計劃”。此次大會正式拉開了我國STEM教育發(fā)展的序幕，使更多學(xué)者對STEM教育有了深入認(rèn)識。一系列重大事件直接觸發(fā)2017年的發(fā)文量出現(xiàn)了爆炸式增長，2016年到2017年發(fā)文量的增長率達(dá)178%。此后研究熱度持續(xù)不減，由此可見，頂層設(shè)計對我國STEM教育的研究與實踐起到了關(guān)鍵推動作用。

（二）研究團(tuán)隊之間科研合作程度不高

在Cite Space中，將研究機(jī)構(gòu)設(shè)為分析對象，時間切片設(shè)為1，可以得到我國STEM教育的研究機(jī)構(gòu)分布情況（如圖3-2所示）。筆者將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到表格，統(tǒng)計了發(fā)文數(shù)量排名前8的發(fā)文機(jī)構(gòu)（見表3-1）。從研究機(jī)構(gòu)分布圖中可以看出我國STEM教育研究團(tuán)隊主要集中在高校，且以師范類院校為主，說明師范類院校是STEM教育研究和推進(jìn)的中堅力量。

從地域分布來看，華東、華中、華北地區(qū)研究較為豐富，西北和華南地區(qū)相對較少，區(qū)域研究數(shù)量與本區(qū)師范大學(xué)數(shù)量之間基本呈現(xiàn)正相關(guān)。通過分布圖中節(jié)點(diǎn)間連線稀疏可以分析出各高校研究機(jī)構(gòu)多為基于本校開展的自主研究，僅部分研究機(jī)構(gòu)之間存在合作關(guān)系，而合作團(tuán)體多以本校合作為主，合作關(guān)系呈現(xiàn)出較強(qiáng)的地域特征，總體尚未形成緊密的跨校科研合作網(wǎng)絡(luò)。

四、STEM教育研究的內(nèi)容分析

關(guān)鍵詞（keyword）是學(xué)術(shù)論文中揭示研究主題、反映主題信息特性的詞匯或短語，是文章的核心與精髓。表4-1呈現(xiàn)的是頻次大于等于5的關(guān)鍵詞。中心度反映了一個關(guān)鍵詞在整個網(wǎng)絡(luò)中作為“媒介”的能力， 也就是占據(jù)其他兩個節(jié)點(diǎn)之間最短路徑的能力。經(jīng)過該節(jié)點(diǎn)的連線越多，代表此節(jié)點(diǎn)擁有越高的中介性，進(jìn)而體現(xiàn)出對整個網(wǎng)絡(luò)資源的控制程度。因此，一個關(guān)鍵詞的中介中心度越強(qiáng)，意味著它控制的關(guān)鍵詞之間的信息流越多。

通過關(guān)鍵詞的頻次及中心度可以看出，我國STEM教育在2010年至2019年這十年的研究熱點(diǎn)主要集中在“美國STEM教育”“創(chuàng)客教育”“科學(xué)教育”“STEAM教育”“教學(xué)模式”“教學(xué)設(shè)計”幾個方面。為全面把握我國STEM教育研究現(xiàn)狀，借助關(guān)鍵詞聚類并結(jié)合文獻(xiàn)閱讀對研究內(nèi)容進(jìn)一步分析，挖掘出當(dāng)前STEM教育發(fā)展的核心內(nèi)容和難點(diǎn)問題。筆者進(jìn)一步閱讀文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)STEM教育研究重點(diǎn)集中在人才培養(yǎng)、課程設(shè)計、教學(xué)模式及政策背景等方面，接下來從理論與實踐角度詳細(xì)闡述STEM教育的發(fā)展情況及過程中遇到的難點(diǎn)問題，挖掘出STEM教育的發(fā)展趨勢，旨在為STEM教育未來的發(fā)展提供參考性建議。

（一）STEM教育理論研究

1.政策背景研究

STEM教育起源于美國，國際上對STEM教育廣泛關(guān)注且有了一些較成熟的理論與實踐，值得我們借鑒。有關(guān)政策背景研究中主要是對國外STEM教育政策進(jìn)行深入分析從而提出我國STEM教育政策的建議。周榕等借助于支持聯(lián)盟框架， 對美國STEM教育的體制內(nèi)聯(lián)盟、體制外聯(lián)盟和受眾體聯(lián)盟及其信仰系統(tǒng)進(jìn)行解析，進(jìn)而解讀了美國STEM教育政策的歷史演進(jìn)過程，并闡釋了STEM教育政策的變遷邏輯，最后提出我國應(yīng)立足于政策導(dǎo)向與政策執(zhí)行兩個層面，從全學(xué)段貫通、STEM全納教育、社會師資力量整合、教育經(jīng)費(fèi)保障、社會輿論引導(dǎo)以及支持聯(lián)盟權(quán)力共同體這六個方面構(gòu)建STEM教育的政策體系。李剛等通過對《制定成功路線：美國的STEM教育戰(zhàn)略》進(jìn)行內(nèi)容分析，結(jié)合我國目前STEM教育現(xiàn)狀提出三點(diǎn)啟示：一是要構(gòu)建公平而有質(zhì)量的STEM教育生態(tài)，實現(xiàn)STEM教育合理布局;二是制定與完善STEM教育行業(yè)各類標(biāo)準(zhǔn)，保障STEM教育科學(xué)發(fā)展;三是圍繞大概念進(jìn)行STEM教育課程設(shè)計，落實STEM教育核心理念。

2.STEM教育交叉領(lǐng)域研究

創(chuàng)客教育因其關(guān)注學(xué)生解決實際問題能力的培養(yǎng)理念、強(qiáng)調(diào)真實情境的場景與STEM教育的理念、策略不謀而合，但側(cè)重點(diǎn)的不同經(jīng)常引發(fā)研究者習(xí)慣將兩者放在一起進(jìn)行比較。如滕嬌嬌等從背景起源、理論基礎(chǔ)、活動類型、學(xué)科內(nèi)容與課程載體五個方面對兩者進(jìn)行了辨析，使讀者深入認(rèn)識兩者的本質(zhì)與特征。事實上，中小學(xué)的STEM教育與創(chuàng)客教育實踐之間常常是“你中有我，我中有你”的狀態(tài)，因此，一線教師不必過于關(guān)注兩者的區(qū)別，而應(yīng)更多地從學(xué)生發(fā)展的角度去考慮如何設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)活動。

我國科學(xué)教育一直以來受傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，仍以教師傳授制為主要形式。而STEM課程注重對科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新，充分體現(xiàn)出對創(chuàng)新能力與解決實際問題能力的培養(yǎng)，教師更側(cè)重對學(xué)生動手能力及主動參與實踐的引導(dǎo)。因此，STEM教育已經(jīng)成為科學(xué)教育的發(fā)展趨勢。有學(xué)者對美國的STEM教育和科學(xué)教育改革進(jìn)行研究，何善亮深入研究美國《Science Fusion》教材的編制特色，對加強(qiáng)我國中小學(xué)科學(xué)教材建設(shè)，特別是對在科學(xué)教育中如何開展STEM教育提出了思考：要樹立大科學(xué)教育觀，堅持科學(xué)教材整體設(shè)計，實現(xiàn)STEM教育的學(xué)科融合，直面現(xiàn)實世界真實問題。

（二）STEM教育實踐研究

1.STEM課程設(shè)計與實踐

當(dāng)前，學(xué)術(shù)界對STEM整合課程的不同理解產(chǎn)生了不同定義，雖表述不同，但均建立在“基于真實情境，打破STEM四門學(xué)科的界限，將各個學(xué)科建立知識聯(lián)系，以達(dá)成跨學(xué)科整合的效果”的共識上。我國關(guān)于STEM課程的研究主要涉及美國課程開發(fā)的案例分析、中小學(xué)STEM課程設(shè)計與實踐、STEM跨學(xué)科課程整合的內(nèi)涵、模式構(gòu)建、實施路徑等理論研究，包括國內(nèi)實踐研究與國際案例分析。

國內(nèi)一線教師對STEM課程整合實踐進(jìn)行了初步探索，耿紅采用“半開放式”教學(xué)模式在七年級物理課程中開展了“探究一款能點(diǎn)亮彩燈的面團(tuán)”的實踐探究，將物理、化學(xué)、美術(shù)、音樂等藝術(shù)學(xué)科融合在一起，激發(fā)了學(xué)生的探究樂趣，實現(xiàn)了STEM教育的理念與物理教學(xué)零距離對接。陳希等人采用6E設(shè)計型學(xué)習(xí)模式進(jìn)行了基于工程設(shè)計的STEM課程設(shè)計。國際案例分析多是引入美國某節(jié)課的課堂實踐，對課程開展具體流程進(jìn)行詳細(xì)介紹，張靜等人以美國高中一堂圍繞“防撞墊”制作的STEM課程為例，詳細(xì)展示了美國STEM教育模式的一般過程，從而為我國STEM課程的設(shè)計與開發(fā)提供借鑒。

2.STEM教學(xué)模式探索

檢索發(fā)現(xiàn)研究者對STEM教學(xué)模式的關(guān)注從2017年開始，核心期刊與CSSCI中有關(guān)STEM教育模式的研究有10篇，研究視角多元化。2018年3月，趙呈領(lǐng)等以“5E教學(xué)流程（參與-Engage、探究-Explore、解釋-Explain、精致-Elaborate和評價-Evaluate五個環(huán)節(jié)）”為基本架構(gòu)， 以“探究”為核心點(diǎn)，將發(fā)現(xiàn)式、推理式、實驗式探究策略加入該流程，設(shè)計了面向STEM教育的5E探究式教學(xué)模式并結(jié)合案例進(jìn)行了分析。同年8月，趙呈領(lǐng)等依據(jù)跨學(xué)科整合取向的STEM教育課程設(shè)計觀， 在建構(gòu)主義與創(chuàng)新理論指導(dǎo)下， 以“做中學(xué)”為建構(gòu)途徑，構(gòu)建了創(chuàng)客-STEM教學(xué)模型，將STEM教育跨學(xué)科的過程理念與創(chuàng)客教育創(chuàng)新的結(jié)果理念有機(jī)融合來促進(jìn)過程學(xué)習(xí)與成品制作協(xié)調(diào)發(fā)展。何麗丹等通過整合STEM教學(xué)模式構(gòu)成要素和創(chuàng)造過程階段說，借鑒克羅多納（Kolodner， 2003）基于設(shè)計的科學(xué)探究學(xué)習(xí)循環(huán)模型和美國國家工程院使用的工程設(shè)計流程，構(gòu)建了面向創(chuàng)造力培養(yǎng)的STEM教學(xué)模式，包括教學(xué)目標(biāo)、學(xué)習(xí)活動、教學(xué)環(huán)境和教學(xué)評價四個方面。黃雪嬌等基于知識建構(gòu)理念構(gòu)建了包括“知識共享協(xié)商、知識建構(gòu)、知識集成”三個層面的STEM教學(xué)模式，在教學(xué)目標(biāo)上有別于項目式STEM教學(xué)，更加注重深層次知識建構(gòu)。余勝泉等構(gòu)建了證據(jù)導(dǎo)向的STEM教學(xué)模式，強(qiáng)調(diào)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，在設(shè)計問題或項目時注重知識的內(nèi)在邏輯以及跨學(xué)科整合性。研究者站在不同的研究視角各自對STEM教學(xué)模式進(jìn)行了探索，且應(yīng)用到實踐中檢驗?zāi)Ｊ降暮侠硇裕瑸榻虒W(xué)模式的研究提供了可操作性的成果與思路。

五、展望

通過對近10年STEM教育研究文獻(xiàn)的發(fā)表數(shù)量、主要研究機(jī)構(gòu)分布、研究內(nèi)容等進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)我國STEM教育研究正處于百花齊放的快速發(fā)展期，研究成果大幅增長，研究機(jī)構(gòu)逐漸增多，研究內(nèi)容越來越豐富。但也發(fā)現(xiàn)目前的研究還存在一些不足，如實證研究弱化、研究內(nèi)容發(fā)散、跨地域研究團(tuán)體尚未形成、研究生態(tài)不夠健全等問題。基于以上分析與思考，筆者對今后我國今后STEM教育研究提出以下建議：

（一）政策支持與教育實踐相輔相成

一門學(xué)科的發(fā)展離不開學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)設(shè)備、師資、課程資源的確定與完善，而當(dāng)前我國STEM教育缺乏統(tǒng)一的學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)。首先，對于教師資質(zhì)認(rèn)證沒有明確規(guī)定，導(dǎo)致教師培養(yǎng)缺少參照。其次，課程標(biāo)準(zhǔn)和評價指標(biāo)的缺乏使得課程開發(fā)與設(shè)計存在導(dǎo)向迷失問題。當(dāng)前學(xué)校和機(jī)構(gòu)均處于摸著石頭過河的自我探索階段。因此，未來STEM教育向前發(fā)展需要國家在教學(xué)資源、標(biāo)準(zhǔn)建立及教育決策等方面提供政策支持，著手解決STEM優(yōu)秀教師緊缺及其后續(xù)的專業(yè)發(fā)展問題，提升STEM教師基于設(shè)計的行動力。同時，研究者也應(yīng)嘗試積極解決STEM教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式、課程建設(shè)、教學(xué)評價等現(xiàn)實問題，為頂層決策提供參考方案。

（二）STEM教育生態(tài)發(fā)展一體化

當(dāng)前研究者的研究團(tuán)隊主要集中在本校，很少與其他高校或研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行合作，表現(xiàn)出明顯的地域特色。高校之間的差異性恰恰應(yīng)該成為合作起點(diǎn)，做到優(yōu)勢互補(bǔ)。STEM教育研究的未來形態(tài)將是高校STEM教育研究與校外機(jī)構(gòu)的STEM教育實踐并行發(fā)展。首先，政府層面的頂層設(shè)計與規(guī)劃，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定是推動實踐探索的有效指引。其次，高校、中小學(xué)、科研院所、社會教育機(jī)構(gòu)及事業(yè)型公共場館（如科學(xué)中心、博物館和天文館等）之間應(yīng)加強(qiáng)合作，一方面可以彌補(bǔ)高校研究樣本獲取難題，另一方面對中小學(xué)和企業(yè)的教學(xué)實踐可以提供科學(xué)有效的指導(dǎo)。最終形成校企協(xié)同、政企聯(lián)合、校內(nèi)外互通、資源共享的STEM教育發(fā)展生態(tài)。未來政府、中小學(xué)、高校、場館、教育機(jī)構(gòu)將共同發(fā)力，為STEM教育研究和實踐發(fā)展注入新的能量，為我國培養(yǎng)出更多適應(yīng)未來社會的創(chuàng)新型人才而持續(xù)努力。

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