基于Citespace的国内STEM教育研究综述

王 璐

(北华大学 教育科学学院，吉林 吉林 132000)

随着我国科技水平日益提高，社会对人才素质的要求也发生改变。计算机、互联网等科技产品已经能够替代人类大部分的信息记忆工作。在这样的社会背景下，教育的重点应该从知识的传授转向问题解决能力和创新创造能力的培养。STEM教育源自美国对科技人才培养模式的反思，主张通过基于项目学习的科学、技术、工程和数学学科有机整合来培养学生的问题解决能力和创造能力。目前，我国教育界对STEM教育逐渐形成了本土化的理解。为准确把握我国STEM教育研究的现状和发展趋势，本研究利用Citespace可视化分析软件，对2009—2020年我国STEM教育的相关文献进行系统的梳理。

1 研究对象

本研究以中国知网为数据检索源，通过对学术期刊进行高级检索，以“STEM教育”为主题，文献来源类别限定为北大核心和CSSCI，发表年限设置为“不限”(检索时间为2020年10月5日)，进行精确检索后共获取372篇文献。为保证研究的精确度，人工剔除会议纪要、新闻报道等非研究类型的文献。

2 研究工具

本研究利用中国知网中的发表年度趋势图和Citespace软件对文献进行可视化分析和文本分析。首先，在中国知网中查看所选文献的发表年度趋势图，对STEM教育领域近十年的文献发表情况加以说明；其次，将研究样本以Refworks格式导出，运用Citespace可视化软件对有关STEM教育的文献进行可视化图谱的绘制与量化分析，得出近十年STEM教育的关键词共现图、时区图及突现图。研究者据此进行文本分析，归纳出我国STEM教育研究领域的研究热点、演进趋势。

3 研究结果与分析

3.1 相关期刊文献的发文数量

通过对STEM教育相关期刊文献进行检索发现，2012年第二届STEM教育应用国际会议在北京召开后，STEM教育正式进入我国教育学者的研究视野，自此有关STEM教育的文献逐年增多。由图1可知，2009—2020年关于STEM教育的研究从未中断，并且总体数量呈上升的趋势。尤其在2014—2017年，伴随着我国“十三五”教育信息化工作的深入推进，相关研究论文的发文量呈大幅上升趋势，2018年发文数量有所下降，2019年发表在北大核心期刊及CSSCI上的STEM教育相关文献已达到113篇。

图1 STEM教育研究的发文趋势

3.2 STEM教育的研究热点

关键词被看成是文献核心内容的总结和凝练，对关键词的词频和中心性进行量化分析能够更加直观地反映出STEM教育领域的研究热点。本研究利用Citespace5.6.R5分析研究样本，梳理出高频次与高中心性的关键词，如表1所示。

通过分析关键词共现图谱，设置最低频次为15，最低中心性为0.20，综合考虑关键词节点的频次与中心性，可以总结出除“STEM教育”和“STEM”本身外，“美国”“创客教育”“科学教育”“中小学”“STEAM教育”是我国STEM教育研究领域的五大热点，可见，目前我国STEM教育的研究热点主要分布在STEM教育的溯源、模式、内容、使用范围和演进五个方面。

3.2.1 美国

“美国”是STEM教育研究领域影响力最强的热点，频次为33次，中心性为0.73。对文献进行文本分析可知，STEM教育最早源于美国，我国早期的STEM教育研究主要是针对美国的实施现状加以述评，可归纳为以下四个方面：一是美国STEM教育的实施背景与政策制定；二是美国对STEM人才素质低下现状的应对措施；三是美国STEM教育研究的内容，具体包括教师的培养策略研究、社会组织的角色研究、监测指标体系研究等；四是美国STEM教育的个案述评。

3.2.2 创客教育

随着我国教育部“十三五”教育信息化工作的不断推进，学生创新创造能力的培养已经成为教育的重点关注对象。因此创客教育、创客空间、3D打印等也成为我国目前教育领域的热点话题，其跨学科特性与STEM教育的本质异曲同工，因此学者纷纷倡导将创客教育作为STEM教育的一种重要方式。[1]我国学者在述评美国创客教育的基础上，进一步探索我国的STEM教育与创客教育深度融合的实施路径。也有学者对此存在争议，认为目前国内的创客教育过分关注技术的炫酷，并没有充分考虑到教育规律和我国实际的教育背景。[2]

3.2.3 科学教育

科学是STEM教育中的学科之一，培养学生的科学素养已成为当前教育的重点任务。2017年，教育部公布的《义务教育小学科学课程标准》中提到：“倡导跨学科学习方式，建议教师可以在教学实践中尝试STEM教育。”科学教育在STEM教育领域的研究主要集中在整合路径研究方面，如STEM与科学教育的关系、科学教育融入STEM教育体系的有效路径、在科学教育中有效开展STEM教育的实施路径[3]、工程设计与科学探究整合的方法等。

3.2.4 中小学

从纵向维度划分，美国STEM教育研究大致可以分为k-12教育和高等教育两个阶段。在我国，基础教育阶段的课程与教学也已经逐渐关注到学生STEM素养的培养。不仅教育研究者致力于探讨基础教育阶段STEM课程与教学的开展策略，不少中小学一线教师也尝试将STEM跨学科整合的理念引入教学活动中，并据此开展行动研究。在“中小学”这一热点关键词下，我国学者主要围绕STEM教育对我国基础教育改革的深刻影响以及中小学STEM教育的具体实施路径展开讨论。

3.2.5 STEAM教育

STEM教育仅作为理工学科的融合，因此专注于STEM教育难免忽视学生人文和艺术素养的培养。据此格雷特·亚克门提出STEAM教育，并指出其理念为“以数学为基础，通过工程和艺术解读科学和技术”。[4]我国STEAM教育的研究主要可以归纳为以下几点：一是STEAM中“the Arts”角色的深度解读；二是人文艺术与理工学科有机融合的意义和策略；三是STEAM课程改革实施路径的探索。

3.3 STEM教育研究的发展阶段

为了直观把握我国STEM教育领域研究的发展阶段，研究通过Citespace软件中的时区图谱(如图2)从时间维度上分析STEM教育领域关键词的发展轨迹。据此，本研究在结合相关文献的文本分析的基础上，将我国STEM教育的研究发展划分为以下三个阶段：

图2 STEM教育研究领域的研究热点演进趋势

3.3.1 2009—2014年：国外理念的解读阶段

STEM一词自2009年被学者姜峰在对《美国竞争法》的述评[5]中提及之后，逐渐进入我国教育研究者的视野。2012年，第二届STEM国际教育大会在北京师范大学成功召开。在此次国际会议中，我国学者与国际上STEM教育领域的研究者进行深度交流，主要涉及STEM的基本内容和理念的确认、跨学科的有机融合路径、学生技术素养的培养、STEM教师的培训等问题。[6]同年，2012国际科学教育研讨会也在南京大学开展，会议中提及“STEM教育主导一些国家的科学教育政策并成为研究热点”。[7]自此STEM教育正式成为我国教育界研究的热点问题。2012年的《美国竞争力与创新力》报告中指出，美国的STEM教育现状存在诸多不足，政府的资金投入和教师的能力被视为重要影响因素。[8]据此，2013年奥巴马政府提出《提升和改变教学专业蓝图》，以期提高STEM教师的质量。[9]2014年开始，我国学者开始对上述美国出台的报告和文件进行评述，并寻找美国应对措施中的可取之处加以概括总结。由图2可知，直至2014年，我国STEM教育领域的研究主要集中在STEM教育的概念理解和对其他国家的参考和借鉴上，但也有不少学者在对国外STEM教育理论和实践的研究基础上，试图提出适合我国教育现状的本土化STEM教育实施意见。

3.3.2 2015—2016年：本土化方法论的研究阶段

2015年，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》中提及“STEAM教育”和“创客教育”，自此“创客教育”一词逐渐成为我国STEM教育研究的热点话题。我国学者大都肯定创客教育的价值，将STEM教育与创客教育视为相互促进、互为支撑的关系，并认为创客教育的兴起为教育改革提供了新的机会。[10]也有学者开始探索STEM教育与创客教育结合的具体路径。[11]2016年，我国教育部出台的《教育信息化“十三五”规划》中明确指出：“要着力提升学生的信息素养、创新意识和创新能力。”可见在这一阶段的研究中，学生创新和创造能力的培养已成为STEM教育研究的重点内容。此外，由于“创客空间”具有开放性的特点，STEM的非正规教育也成为本阶段的研究热点。已有学者对美国提供STEM教育的两大社会组织(项目引路和变革方程)的价值动因、课程样态和行动路径加以分析，以期为我国STEM非正规教育的开展提供参考。[12]可见，研究者们在这一阶段关注社会组织和非正规教育对学生STEM素养的影响，认为贴近生活的社会实践可以创设更加真实的学习情境以及更有效地培养学生在实际生活中解决问题的能力。[13]

在STEM教育的实践方法论研究的基础上,我国学者也尝试进行了本土化的STEM教学实践探索：例如有学者对STEM教育在中学数学课堂上的应用进行了解读，[14]也有研究者尝试基于STEM教育的理念设计了校本课程[15]，等等。2016年我国教育部出台的《教育信息化“十三五”规划》中明确指出要探索STEM教育模式的应用。同年10月，第四届STEM国际教育大会在北京师范大学举行，会议提及国内外创新智慧学习平台的构建情况、STEM教师培训的现状报告、STEM教学的设计与实践以及STEM教育实践的评估等内容。可见，这一阶段STEM教育的研究已将研究重点面向具体的实践问题。如图2所示，“创客教育”“创新”“互联网+”“尊重项目”等词汇逐渐成为该领域的热点，尤其是对学生的真实生活实践和创新创造能力的培养上，很多专家试图在借鉴国外研究的基础上，建构本土化的STEM教育实践模型。

3.3.3 2017—2020年：课程与教学实践的探索阶段

2017年6月，中国教育科学研究院发布了《中国STEM教育白皮书》，明确界定了中国背景下的STEM教育内涵，并提出“中国STEM2029计划”。该计划不仅在国家政策层面上对STEM教育的开展进行顶层设计，还对STEM课程整合的具体实施路径进行明确的规划。据此，2017年开始我国STEM教育的研究重点主要集中于“整合”上。所谓“整合”，主要可以从三方面进行解读：一是学科间的整合。例如有研究者构建了以“情景学习”“工程设计”“科学探究”“数学分析”“科技技术”为核心要素的情境整合模式；[16]还有学者以初中生物学科的学习内容为例，对美国的“6E学习模式”加以分析，以此来促进学科间知识的融合。[17]随着STEM教育研究的开展，研究者注意到STEM教育仅局限于理科的有机整合，缺乏对学生人文素养的重视，因此STEAM教育也受到了广泛的关注。由此可见，所谓跨学科间的整合，不仅仅局限于理工科目中下属学科的整合，还包括科学和人文艺术的整合。二是现代教育技术与STEM课程的整合。信息时代的到来为教育提供了更多的可能性，不论是获取课程资源的渠道，还是真实学习情境的创设，现代信息技术都可以作为一种工具辅助教学的开展。另外还有学者基于知识的不同类型，对STEM教育中需要的技术加以分析。[18]三是校内外教育资源的整合。建立STEM学习生态系统，整合学校资源和校外科技馆等资源，为学生呈现更加真实完整的学习环境。[19]有研究者通过分析美国OECD“催化剂项目”，认为应构建一种旨在培养学生技能的基于项目的跨学科融合的STEM教学模式，并强调学习情境的真实性，合作开发教育资源。[20]如图2所示，“教学设计”“教学模式”“STEM课程”等成为此阶段研究的热点词汇。因此在这一阶段，我国STEM教育领域的研究具有很强的实践性，主要围绕“整合”的观念，在借鉴国外实践的基础上，探究本土化课程与教学的具体实施模式。

4 结语

培养STEM人才已逐渐成为21世纪教育的主流趋势，面对复杂多变的社会环境，学生解决问题能力和创新创造能力的培养显得尤为重要。我国STEM教育领域的研究尽管已经取得本土化的进展，但在实际的STEM教育实践中，仍然存在很多有待解决的问题。

纵观我国十年来的STEM教育研究历程，从研究视角上看，STEM教育研究已逐渐从宏观转向微观；从研究方法上看，STEM教育研究已逐渐从理论思辨和文本分析转向实证研究。我国学者最初对STEM教育的研究主要集中于相关概念的界定和发达国家有关政策的解读。近年来，随着国家政策的引领和学界研究的开展，我国已有部分地区将STEM教育落实到实际的教育教学环境之中，还有许多一线教师也依照STEM教育的跨学科整合理念设计教学并进行行动研究。因此本研究推断，未来STEM教育的研究重点，将在结合理论的基础上围绕实践性较强的课程开发和教学模式设计来展开。