基于STEM和創客教育的師范生培養現狀可視化分析

葉昌寶 陳丹婷 張鵬 馮健文

摘要：基礎教育STEM教育和創客教育教師的緊缺使得信息技術學科師范生培養改革問題受到重視。本文對中國知網從2010～2019年關于STEM教育的文獻數據進行分析，發現文獻數量逐年遞增，高中相關的文獻增速較大，通過VOSViewer的文獻共詞分析得到五個聚類，發現STEM教育在中學開展較多、創新能力培養、STEM教學模式、項目式學習和跨學科受到關注、核心素養與STEM教育密切相關，提出加強師范生創造力培養、跨學科知識融合、項目式學習培養核心素養和模擬教學場景訓練的建議，為改革高校相關師范專業課程體系提供借鑒。

關鍵詞：STEM教育;創客教育;中小學教育;信息技術;師范生培養;VOSViewer

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）16-0151-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Visual Analysis of Normal Students' Training Status based on STEM and Maker Education

YE Chang-bao1， CHEN Dan-ting1， ZHANG Peng1， FENG Jian-wen2

（1.School of Computer and Information Engineering， Hanshan Normal University， Chaozhou 521041，China; 2. Dean's Office， Hanshan Normal University， Chaozhou 521041， China）

Abstract： Due to the shortage of stem education and maker education teachers in basic education， the training reform of normal students in information technology discipline has been paid attention to. This paper analyzes the literature data of stem education from 2010 to 2019 in CNKI. It is found that the number of literature is increasing year by year， and the literature related to senior high school is growing rapidly. Through the co word analysis of VOSviewer， five clusters are obtained. It is found that stem education is carried out more in middle school， innovation ability training， stem teaching mode， project-based learning and interdisciplinary attention， core literacy and stem Education is closely related to each other. Suggestions are put forward to strengthen the cultivation of normal students' creativity， interdisciplinary knowledge integration， project-based learning training of core literacy and simulated teaching scene training， so as to provide reference for the reform of relevant normal professional curriculum system in Colleges and universities.

Key words： STEM education; maker education; Primary and Secondary education; Information technology; Training of normal university students; VOSViewer

1 引言

在創新型人才培養的背景下，STEM教育和創客教育已被世界各國作為國家教育戰略提出。作為一種新型教育模式，STEM教育和創客教育通過“項目驅動性”“學習共同體”“跨學科知識整合”“實踐應用”等特點，可以有效增強中小學生的創新意識和實踐合作能力。但這也要求開展STEM教育和創客教育的教師必須具備綜合的學科知識、較強的實踐動手能力和創新意識，并且熱愛分享和創造。因此對中小學信息技術學科教師提出了新的要求，也迫使高校轉變對計算機科學與技術、教育技術等師范專業學生的培養模式[1]。

目前的研究多針對中小學領域，只有少量討論高師院校信息技術學科師范生的培養問題。根據《教育部關于實施卓越教師培養計劃的意見》要求，高校培養師范生主要目的是培養未來教育人才，為中小學輸送高素質專業化的教師。信息技術學科師范生（簡稱“師范生”）則是基礎教育STEM教育和創客教育教師的主要職前教師來源。因此信息技術學科師范生培養改革問題應當受到重視，在實施改革前有必要進行在STEM教育和創客教育需求下師范生培養的現狀分析，為改革相關專業人才培養模式提供借鑒。

2 STEM教育和創客教育

STEM是指包括科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）四類學科知識，實際上，STEM是一種重實踐的超學科教育概念，鼓勵學生們學習科學、技術、工程、數學等多類學科知識，通過融合學科知識，不斷培養學生的綜合素質，從中得到發展和提高，適應全球化所帶來的競爭。STEM教育在過去幾十年中得到了蓬勃發展[2]。

創客教育是創客文化與教育的結合，基于杜威的進步主義和西蒙·帕珀特的構造主義而提出的一種教育方式?；趯W生興趣，以項目學習的方式，使用數字化工具，倡導造物，鼓勵分享，培養跨學科解決問題能力、團隊協作能力和創新能力的一種素質教育。創客教育的核心思想是鼓勵學生們在創客空間中利用已有的高科技技術，通過已有的知識在腦海里不斷涌現創新的想法，并通過連續的手動操作實現成一個成品展示。在我國，創客教育興起比較晚，但發展比較迅速【3】。近十年間，我國各類級學校漸漸開始探索在校實施創客教育的可能性，甚至已有學校開展了創客教育培訓班。

創客教育倡導分享，注重于創新思維，作品呈現。STEM教育更傾向于融于情境中的實踐動手操作。創客教育需要跨學科知識作鋪墊，STEM教育注重跨學科知識的融合。兩者是相輔相成的關系。一方面，創客教育倡導分享造物，可以給予STEM教育強大的創新思維去豐富情景教學的內容和實踐操作的理解性。另一方面，STEM教育強大的跨學科知識能力可以迅速幫助學生將已有的創新思維通過理論知識構建模型并通過STEM所鍛煉的實踐動手能力將模型框架轉化為現實成品。由于STEM的創客教育需求迫使高校們不得不轉變傳統教育模式，從而融合世界教育改革的發展趨勢。尤其對于計算機師范生來說，在已有學習中所掌握的計算機知識，結合STEM的創客教育是滿足培養中小學開展STEM的創客型教育主力軍，以此達到更有利于推廣STEM教育和創客教育的目的。

3 師范生培養現狀可視化分析

3.1? 年度分布

文獻來源為CNKI中國知網，文獻類型不限，時間為2010-2019年，以“STEM”作為關鍵詞搜索主題，共檢索到61萬多篇國內外文獻。進一步縮小檢索范圍，以“STEM教育”作為關鍵詞搜索主題，共有4939篇文獻。近十年（2010-2019年）間，關于“STEM教育”的文獻發表態勢如圖1所示。

由圖1可以發現，2010-2019年期間包含“STEM教育”的文章呈逐年遞增趨勢，可知國內外越來越多學者重視研究STEM教育領域。

3.2? 研究對象分布

對近十年已檢索到的有關“STEM教育”文獻，再次按研究對象分類，類別為“大學”、“高中”、“初中小學”，如圖2所示。

統計發現，近十年中，包含“大學”的文獻共有398篇，“高中”的文獻有294篇，“初中小學”的文獻有276篇。2013年開始，研究者逐步關注基礎教育領域，其中“高中”文獻增長態勢從近兩年開始超過“初中小學”。而“大學”相關文獻一直保持穩定增長趨勢。

3.3? 共詞分析

在包含學校層次的近900篇文獻中，通過VOSViewer的文獻共詞分析，篩選出出現頻率3次以上的共42個關鍵詞，如圖3所示：

對相近或相同含義關鍵詞進行合并處理，如STEM和STEAM合并為STEM。由統計數據發現，關鍵詞分析共有5個聚類，聚類一（位于左下角）的關鍵詞有：STEM、高中信息技術、初中信息技術、教學實踐、課堂教學、教學策略、課程設計等;聚類二（位于右下角）的關鍵詞有：創客教育、互聯網+、創新能力;聚類三（位于中間）的關鍵詞有：信息技術、STEM、核心素養、校本課程、小學信息技術、教育理念、機器人;聚類四（位于中下方）的關鍵詞有：STEM、教學模式、中小學;聚類五（位于右上方）的關鍵詞有：創客課程、項目式學習、信息技術、跨學科。

聚類一表明STEM教育在中學開展較多，這正與本文倡導重視師范生即職前教師STEM培養的理念一致;聚類二反映創新能力培養受到關注;聚類三說明核心素養與STEM教育密切相關;聚類四表明STEM教學模式的研究是當前熱點;聚類五反映項目式學習和跨學科也得到研究者的關注。

4 師范生培養模式改革建議

4.1? 加強師范生創造力培養

傳統的信息技術師范生（以韓山師范學院為例）課程以”基礎辦公軟件”“Java軟件開發”“Andriod軟件開發”等常規課程為主，缺乏中小學需要的數字媒體技術和Scratch圖形編程化技術，缺少中小學實踐鍛煉機會。因此，要從教育課程內容上，改變內容相對滯后的情況，通過STEM教育，增加中小學課標和科學課程需要的技術，以加強創造思維訓練【5】。

另外，由于融合STEM創客教育的課時有限，僅憑有限的課堂時間是無法最大程度化去培養學生的創造力。學校應該成立創客空間，給學生提供一個創新思維交流平臺。

創客空間是一個開放的實驗交流室。在這里，學生們可以進行科研研究，開設拓展類課程、活動類課程實現鍛煉學生的研究能力、創造能力，激發學生的學習興趣、培養學生的核心素養。學生們可以在這里共享資源和知識，分享創新思維、交流項目經驗，展開項目合作，將自己的想法變成現實，達到鍛煉創造思維的目的。

4.2? 加強跨學科知識融合

傳統中小學的教育方式基本都是單學科、重書本的教育，學生們缺乏融合多學科解決基于生活中的實際問題的能力。但未來社會需要綜合素質人才，STEM教育能向學生提供真實生活情境的實例，以工程設計為主導，鼓勵學生提出自己的解決思路去實踐。因此，信息技術師范生具備STEM素養的跨學科知識融合的能力才能引導中小學的教育進行改革【4】。

對于信息技術師范生的培養來說，教師不僅要在課堂上要給予學生拓展延伸其他學科的內容，而且還要布置跨學科知識內容的作業給予學生去思考。例如：將數學定理與代碼編程相結合。以“楊輝三角”為例，教師在告訴學生使用循環嵌套寫出“楊輝三角”同時，也能告訴學生“楊輝三角”的“每個數等于它上方兩數之和”、“每行數字左右對稱由1開始逐漸變大”等原理，從而達到既能激發學生的學習興趣與思考能力，讓學生了解跨學科知識融合的意義，發散學生解決問題的思維，為信息技術師范生具備STEM教育的思想打下根基。

4.3 加強項目式學習培養核心素養

項目式學習是以學生為主體，在一段時間內團隊共同合作得到解決一個相對復雜的問題的學習方式。教師們在撰寫教學方案時，應該多給信息技術師范生們設置具有綜合性和復雜性的問題，讓學生們在團隊中獲得知識技能、學會創新、懂得跨領域溝通、團隊協作能力，使得信息技術師范生獲取實踐鍛煉經驗，在走向崗位任職時可以融合其他教師進行教學探究，并將項目式學習經驗傳授給中小學學生，改革中小學教育模式，引導教育中小學學生鍛煉創造力，團隊合作和領導力，動手能力，計劃以及執行項目的能力【6】。

4.4? 加強模擬教學場景訓練

基于STEM創客教育的師范生培養最終目的是培養一批優秀的中小學老師去教育的年輕一代，這個過程最終也是為了幫助更多優秀的師范生登上講臺去講更新穎的教育模式帶給中小學學生。模擬教師教學場景能迅速幫助信息技術師范生們獲取教學經驗的方式，也是對信息技術師范生教學能力的實踐與檢驗，在此過程中，可以發現教學能力的不足，有助于學生們進行改進。信息技術師范生在教學中，需要將基于STEM創客教育寫入教學方案，并學習指導老師分享的教學經驗和聽取指導老師的建議。另外，師范生們也需要設計相應的創客活動，并在教學展示中進行實踐，檢驗所設計的活動是否可以達到提升中小學學生的實踐操作能力和激發他們的學習興趣、創造能力。大學要增大建設微格教室、智慧教室等模擬教學場景訓練場地。

5 結語

當前越來越多國家開始重視基于STEM教育在國家競爭力所產生的優勢，越來越多學者開始著力研究STEM教育融入于課程的教育模式中。然而，教師師資力量的匱乏，成為阻礙STEM創客教育發展的最大難題。

本文通過VOSViewer的文獻分析，發現師范生STEM教育應側重創造能力、跨學科融合能力、項目式學習能力、核心素養和模擬教學場景訓練。后續將借鑒研究結果對大學相關師范專業課程體系和實踐環節，結合STEM教育理念進行改革，幫助師范生可以更好地從學生過渡到教師崗位。

參考文獻：

[1] 趙建川，王橋.基于STEM的創客型信息技術師范生培養模式研究[J].貴州師范學院學報，2018，34（3）：68-71.

[2] 薛靜.運用STEM教育方法提升中學信息技術教學質量[J].教育信息化論壇，2019，3（7）：199.

[3] 王曉慶.面向STEM教育的創客教育模式研究[J].中小學電教（教學），2020（9）：5-6.

[4] 龐貞艾.STEM教育在我國中小學開展的必要性及路徑分析[J].齊齊哈爾師范高等?？茖W校學報，2020（2）：4-5.

[5] 胡星宇.基于中小學信息技術教師發展方向的師范類高校計算機科學與技術（師范）專業本科生技能培養探析[J].造紙裝備及材料，2020，49（1）：190.

[6] 謝澤琛.信息時代師范生信息技術與課程整合能力的培養[J].科教文匯（中旬刊），2011（5）：35+41.

【通聯編輯：王力】