国内STEAM教育研究进展的可视化分析

汪子超 陈俊 李娅 张芥 王录通

摘要：随着教育信息化的进一步深入，个性化学习与创新人才的培养成为教育热点问题。STEAM教育在STEM教育中加入了Art（艺术）要素，旨在培养适应当代社会发展的优质综合}生人才，是积极适应新时代中国教育发展的教育模式。研究运用可视化分析软件Citespace，采用定量、定性相结合的研究方法，对文献时间分布、高影响力机构及作者分布、研究热点分布、突变词分布进行了分析。研究揭示，当前关于STEAM的研究涉及整个教育过程与各个学科层次，但在教育模式、教学评价和师资培养方面的研究仍不够充分。研究结论认为STEAM教育发展的未来方向之一是融合更多学科以及融入正统学校。

关键词：STEAM～育;知识图谱;人工智能;多元智能;创客教育

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020110-0141-04

1概述

STEAM教育源于STEM教育，旨在培养符合当代发展的优质综合性人才，引导学习者在综合应用各种知识的基础上探索出自己的创新之路。我国许多一线城市的学校和企业特别是教育培训机构都在积极开展STEAM教育，部分中小学更是将STEAM课程列入课表，作为一门必修课进行教学。国家教育发展纲要《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》《全民科学素质行动计划纲要》都强调了培养多种多样人才的重要性;教育部发布的《“十三五”期间全面深人推进教育信息化工作的指导意见》更是明确指出：我国具备条件的部分地区要积极地探索并实践现代化的信息教育技术在“众创空间”、跨学科的学习（STEAM教育）以及在机器人相关课程的教育教学等在新兴教育模式中的重点的广泛实践应用。综上，STEAM教育已受到各个领域的共同关注。

研究利用可视化软件对近十年国内STEAM教育相关文献进行分析，对这一教育理念近几年的发展做了系统梳理，并深入探讨了STEAM教育今后的发展方向。

2研究设计

2.1样本来源与数据选择

本文以中国知网为主要的数据来源，选择“发表时间=2009-01-01——2019-01-01，主题=STEAM教育并含“educai-ton”为检索表达式，共得到377篇文章，剔除会议报纸广告等无效文献，得到有效文献364篇。

3国内STEAM教育研究现状及热点分析

3.1文献时间分布可视化分析

领域内学术论文的数量与质量反映了该领域的发展状况，特定时间段内数量的变化趋势以及质量的高低，是评定及衡量该研究的重要指标之一。研究绘制了如图1所示的2009年至2019年国内STEAM教育研究的论文数量折线图。

图1显示，我国STEAM教育的发展起步较晚，2016年以前的发文量一直在50以下，发文数量较低。2016年后呈明显上升趋势，增势较快，2017年已达100余篇。数据说明2016年是STEAM教育发展的关键年份，国内教育界普遍对STEAM这一教育理念有了认可，公开发表的文章迅速增多。2015年9月，在我国国家教育部发布的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中，拟订了我国未来5年对教育信息化的计划，其中明确提出了学校要着力探究STEAM教育理念、机器人教育实践等。这一政策的出台，导致了2016年后相关文献的激增。当前中小学课程的日益丰富，从一定程度上体现了STEAM教育在基础阶段的广泛应用。相关政策的出台，表明STEAM教育进入快速发展的阶段，受到社会各界的推崇。根据目前我国STEAM教育的发展状况以及被重视的程度，并结合其所处阶段，加上近3年来STEAM教育相关数据，可预测2019年年末我国STEAM教育研究的论文数量将有望突破300篇。

3.2高影响力机构及作者可视化分析

（1）高影响力机构研究分析

通过运行Citespace，选取时间切片为一年，选取节点类型“Institution”，得到如图2所示国内2009年至2019年STEAM教育研究的机构共现知识图谱。

图谱显示的机构大多属于高等学校智库或研究单位，其中词频较高的是“陕西师范大学教育学院”“清华大学航天航空学院”“河南省水利水电学校”和“中国人民大学附属中学”以及“中国教育学会”，充分表明高校对这一教育理念的重视。

在词频较高的机构里，不仅有大学还有中学，也有职业学校和学会，说明STEAM教育已被各教育阶段与体系广泛接受。在基础教育阶段，STEAM教育的应用主要体现在青少年机器人培训方面;在高等教育阶段，STEAM教育已经渗透到某些热门专业的培养中;在国家层面，STEAM教育大力提倡新型教育理念，各发文机构的研究呈现百家争鸣的局面，为后续研究提供了更加广阔的视野。

总体而言，高频研究机构中高校居多，其他学段机构占比较小。这一数据现象充分说明高校对教育模式的发展趋势更为敏感，而教育模式从理论到应用有一定时间的延迟。

（2）高影响力作者研究分析

通过运行Citespace，选取时间切片为一年，选取节点类型为“Author”，得到如图3所示国内2009年至2019年STEAM教育研究的作者共现知识图谱。

通过图示可以看出，高产作者数量不多，且较为分散，这一现象可能与STEAM教育兴起时间不长和相关学术研究相对滞后有关。总体而言，当前我国STEAM教育研究尚处于起步阶段，多产机构和多产作者稀少，尚未形成一个系统化、高影响力的核心研究节点。通过对研究作者发表论文进行统计分析，制作统计发文前十的第一作者及机构见下表。

从发文机构与发文作者的关系来看，两者呈现总体上的一致性，影响力较大的机构与影响力较大的作者分布基本一致，这说明在STEAM教育这一研究领域中，学术机构与學者之间存在互相促进的关系。例如清华大学的高云峰，东北师范大学的袁磊以及陕西师范大学的夏小刚等。

3.3研究热点分布可视化分析

通过运行Citespaee，选择时间切片为一年，选择节点类型为“Keyword”，设定Pathfinder算法，得到如图4所示国内2009年至2019年STEAM教育研究的关键词共现知识图谱。并绘制表格，展示出排名前十的关键词及词频（表2）。

关键词用于表达文献主题内容，是科学研究中创造性思维的载体，其首要任务在于传递科研信息。国内研究文献中出现频次较高的关键词有“STEAM教育”“创客教育”、“创新能力”、“核心素养”、“课程设计”等。從图4可看出，整个网络结构以STEAM、STEAM教育为中心向外发散，形成了创客教育、美国、科学教育、跨学科、中小学等相对明显的次级节点中心。这一图谱说明了我国STEAM教育的相关研究已初具规模，但研究的广度和深度还不够，需要进一步深化。除STEAM教育本身外，核心素养、跨学科等词与周围产生的联系也较为丰富，说明此领域正是我国STEAM教育研究的重点;信息技术对应下的教学模式周围的联系相对较少，处于共现网络的边缘部分，表明这些领域在我国STEAM教育研究中相对欠缺。图4中还可见，教育创新、课程整合等节点的周围网络既不是太过紧密，也没有过于稀疏，说明这些研究领域已有一部分研究文献，尚有欠缺。总之，我国关于STEAM教育的研究正不断完善，但仍与发达国家存在一定差距。

3.4突变词可视化分析

突变词为在某时出现频次显著变化的关键词，根据突变词的变化解析可直接判断研究趋势。国内近十年的突变词分布如下：

由图可以看出中小学（2013-2015），steam（2013-2015）以及创客教育（2015-2016）三个突变词的出现年份相互重叠，此起彼伏，形成steam教育的研究生长线。随着社会对全人的需求度逐年升高，中小学对STEAM和创客教育的重视度也迅速上升。

4STEAM教育研究的趋势分析

4.1研究生态分析

4.1.1教育层次

近年来STEAM已经发展到各个阶段，无论是高等教育、职业教育还是基础教育，都有STEAM教育理念的植入。特别是中小学，作为人生塑形最重要的阶段，是实施STEAM教育的关键时期。大多数STEAM教育的研究都涉及中小学，提倡学生在做中学，通过项目将需要获得的知识外显为作品，在作品中展现独立思考的能力和解决问题的能力。

4.1.2教育学科

研究大多涉及物理、化学和通用技术，其他学科研究不多。基于学科本身的特点，有些学科适应STEAM教育的模式，但有些学科并不适合。另外，STEAM课程基本以机器人、3D打印等动手行为要求高的项目为主，与创客教育融合较多。

4.1.3教育元素

STEAM教育包括课程设计、STEAM的资源开发与利用、STEAM课程评价以及STEAM的模式构建与应用。这几年的研究基本囊括了教育的各个部分，从课前到课中到课后，从备课到上课到反思总结，都有一定的探讨。

4.1.4理论支撑

STEAM教育汲取了建构主义理论，情景学习理论，多元智能理论和创客教学等方面的精华，并为己所用。

4.2研究视角分析

定义研究方面，STEAM是在STEM中加入了Art，关于A的含义不同学者有不同的见解，有设计能力、审美能力、人文视角等。而以后的发展趋势是越来越多的融合，包括融人社会理论、创新教育等。

4.2.1模式研究

STEAM教育模式的发展需要进一步研究，要构建出适合当前人工智能教育背景的教育模式。STEAM教育的评价体系需要进一步完善，要出台相关标准做到科学全面。评价主体应该多元化，通过过程性评价与总结性评价、学生自评与同伴互评等评价方式的结合，更好的推进STEAM教育。

4.2.2师资研究

STEAM师资的培养也需要大力加强。学校应提供专业培训，从培训力度和培训方面等进行教授，更好地促进STEAM教师的专业能力发展。同时也可以采取高校和社会团体共同合作的模式，打造成功案例和专门的培训实验室。