基于STEM和创客教育的师范生培养现状可视化分析

叶昌宝 陈丹婷 张鹏 冯健文

摘要：基础教育STEM教育和创客教育教师的紧缺使得信息技术学科师范生培养改革问题受到重视。本文对中国知网从2010～2019年关于STEM教育的文献数据进行分析，发现文献数量逐年递增，高中相关的文献增速较大，通过VOSViewer的文献共词分析得到五个聚类，发现STEM教育在中学开展较多、创新能力培养、STEM教学模式、项目式学习和跨学科受到关注、核心素养与STEM教育密切相关，提出加強师范生创造力培养、跨学科知识融合、项目式学习培养核心素养和模拟教学场景训练的建议，为改革高校相关师范专业课程体系提供借鉴。

关键词：STEM教育;创客教育;中小学教育;信息技术;师范生培养;VOSViewer

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）16-0151-03

开放科学（资源服务）标识码（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

在创新型人才培养的背景下，STEM教育和创客教育已被世界各国作为国家教育战略提出。作为一种新型教育模式，STEM教育和创客教育通过“项目驱动性”“学习共同体”“跨学科知识整合”“实践应用”等特点，可以有效增强中小学生的创新意识和实践合作能力。但这也要求开展STEM教育和创客教育的教师必须具备综合的学科知识、较强的实践动手能力和创新意识，并且热爱分享和创造。因此对中小学信息技术学科教师提出了新的要求，也迫使高校转变对计算机科学与技术、教育技术等师范专业学生的培养模式[1]。

目前的研究多针对中小学领域，只有少量讨论高师院校信息技术学科师范生的培养问题。根据《教育部关于实施卓越教师培养计划的意见》要求，高校培养师范生主要目的是培养未来教育人才，为中小学输送高素质专业化的教师。信息技术学科师范生（简称“师范生”）则是基础教育STEM教育和创客教育教师的主要职前教师来源。因此信息技术学科师范生培养改革问题应当受到重视，在实施改革前有必要进行在STEM教育和创客教育需求下师范生培养的现状分析，为改革相关专业人才培养模式提供借鉴。

2 STEM教育和创客教育

STEM是指包括科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）四类学科知识，实际上，STEM是一种重实践的超学科教育概念，鼓励学生们学习科学、技术、工程、数学等多类学科知识，通过融合学科知识，不断培养学生的综合素质，从中得到发展和提高，适应全球化所带来的竞争。STEM教育在过去几十年中得到了蓬勃发展[2]。

创客教育是创客文化与教育的结合，基于杜威的进步主义和西蒙·帕珀特的构造主义而提出的一种教育方式。基于学生兴趣，以项目学习的方式，使用数字化工具，倡导造物，鼓励分享，培养跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力的一种素质教育。创客教育的核心思想是鼓励学生们在创客空间中利用已有的高科技技术，通过已有的知识在脑海里不断涌现创新的想法，并通过连续的手动操作实现成一个成品展示。在我国，创客教育兴起比较晚，但发展比较迅速【3】。近十年间，我国各类级学校渐渐开始探索在校实施创客教育的可能性，甚至已有学校开展了创客教育培训班。

创客教育倡导分享，注重于创新思维，作品呈现。STEM教育更倾向于融于情境中的实践动手操作。创客教育需要跨学科知识作铺垫，STEM教育注重跨学科知识的融合。两者是相辅相成的关系。一方面，创客教育倡导分享造物，可以给予STEM教育强大的创新思维去丰富情景教学的内容和实践操作的理解性。另一方面，STEM教育强大的跨学科知识能力可以迅速帮助学生将已有的创新思维通过理论知识构建模型并通过STEM所锻炼的实践动手能力将模型框架转化为现实成品。由于STEM的创客教育需求迫使高校们不得不转变传统教育模式，从而融合世界教育改革的发展趋势。尤其对于计算机师范生来说，在已有学习中所掌握的计算机知识，结合STEM的创客教育是满足培养中小学开展STEM的创客型教育主力军，以此达到更有利于推广STEM教育和创客教育的目的。

3 师范生培养现状可视化分析

3.1  年度分布

文献来源为CNKI中国知网，文献类型不限，时间为2010-2019年，以“STEM”作为关键词搜索主题，共检索到61万多篇国内外文献。进一步缩小检索范围，以“STEM教育”作为关键词搜索主题，共有4939篇文献。近十年（2010-2019年）间，关于“STEM教育”的文献发表态势如图1所示。

由图1可以发现，2010-2019年期间包含“STEM教育”的文章呈逐年递增趋势，可知国内外越来越多学者重视研究STEM教育领域。

3.2  研究对象分布

对近十年已检索到的有关“STEM教育”文献，再次按研究对象分类，类别为“大学”、“高中”、“初中小学”，如图2所示。

统计发现，近十年中，包含“大学”的文献共有398篇，“高中”的文献有294篇，“初中小学”的文献有276篇。2013年开始，研究者逐步关注基础教育领域，其中“高中”文献增长态势从近两年开始超过“初中小学”。而“大学”相关文献一直保持稳定增长趋势。

3.3  共词分析

在包含学校层次的近900篇文献中，通过VOSViewer的文献共词分析，筛选出出现频率3次以上的共42个关键词，如图3所示：

对相近或相同含义关键词进行合并处理，如STEM和STEAM合并为STEM。由统计数据发现，关键词分析共有5个聚类，聚类一（位于左下角）的关键词有：STEM、高中信息技术、初中信息技术、教学实践、课堂教学、教学策略、课程设计等;聚类二（位于右下角）的关键词有：创客教育、互联网+、创新能力;聚类三（位于中间）的关键词有：信息技术、STEM、核心素养、校本课程、小学信息技术、教育理念、机器人;聚类四（位于中下方）的关键词有：STEM、教学模式、中小学;聚类五（位于右上方）的关键词有：创客课程、项目式学习、信息技术、跨学科。

聚类一表明STEM教育在中学开展较多，这正与本文倡导重视师范生即职前教师STEM培养的理念一致;聚类二反映创新能力培养受到关注;聚类三说明核心素养与STEM教育密切相关;聚类四表明STEM教学模式的研究是当前热点;聚类五反映项目式学习和跨学科也得到研究者的关注。

4 师范生培养模式改革建议

4.1  加强师范生创造力培养

传统的信息技术师范生（以韩山师范学院为例）课程以”基础办公软件”“Java软件开发”“Andriod软件开发”等常规课程为主，缺乏中小学需要的數字媒体技术和Scratch图形编程化技术，缺少中小学实践锻炼机会。因此，要从教育课程内容上，改变内容相对滞后的情况，通过STEM教育，增加中小学课标和科学课程需要的技术，以加强创造思维训练【5】。

另外，由于融合STEM创客教育的课时有限，仅凭有限的课堂时间是无法最大程度化去培养学生的创造力。学校应该成立创客空间，给学生提供一个创新思维交流平台。

创客空间是一个开放的实验交流室。在这里，学生们可以进行科研研究，开设拓展类课程、活动类课程实现锻炼学生的研究能力、创造能力，激发学生的学习兴趣、培养学生的核心素养。学生们可以在这里共享资源和知识，分享创新思维、交流项目经验，展开项目合作，将自己的想法变成现实，达到锻炼创造思维的目的。

4.2  加强跨学科知识融合

传统中小学的教育方式基本都是单学科、重书本的教育，学生们缺乏融合多学科解决基于生活中的实际问题的能力。但未来社会需要综合素质人才，STEM教育能向学生提供真实生活情境的实例，以工程设计为主导，鼓励学生提出自己的解决思路去实践。因此，信息技术师范生具备STEM素养的跨学科知识融合的能力才能引导中小学的教育进行改革【4】。

对于信息技术师范生的培养来说，教师不仅要在课堂上要给予学生拓展延伸其他学科的内容，而且还要布置跨学科知识内容的作业给予学生去思考。例如：将数学定理与代码编程相结合。以“杨辉三角”为例，教师在告诉学生使用循环嵌套写出“杨辉三角”同时，也能告诉学生“杨辉三角”的“每个数等于它上方两数之和”、“每行数字左右对称由1开始逐渐变大”等原理，从而达到既能激发学生的学习兴趣与思考能力，让学生了解跨学科知识融合的意义，发散学生解决问题的思维，为信息技术师范生具备STEM教育的思想打下根基。

4.3 加強项目式学习培养核心素养

项目式学习是以学生为主体，在一段时间内团队共同合作得到解决一个相对复杂的问题的学习方式。教师们在撰写教学方案时，应该多给信息技术师范生们设置具有综合性和复杂性的问题，让学生们在团队中获得知识技能、学会创新、懂得跨领域沟通、团队协作能力，使得信息技术师范生获取实践锻炼经验，在走向岗位任职时可以融合其他教师进行教学探究，并将项目式学习经验传授给中小学学生，改革中小学教育模式，引导教育中小学学生锻炼创造力，团队合作和领导力，动手能力，计划以及执行项目的能力【6】。

4.4  加强模拟教学场景训练

基于STEM创客教育的师范生培养最终目的是培养一批优秀的中小学老师去教育的年轻一代，这个过程最终也是为了帮助更多优秀的师范生登上讲台去讲更新颖的教育模式带给中小学学生。模拟教师教学场景能迅速帮助信息技术师范生们获取教学经验的方式，也是对信息技术师范生教学能力的实践与检验，在此过程中，可以发现教学能力的不足，有助于学生们进行改进。信息技术师范生在教学中，需要将基于STEM创客教育写入教学方案，并学习指导老师分享的教学经验和听取指导老师的建议。另外，师范生们也需要设计相应的创客活动，并在教学展示中进行实践，检验所设计的活动是否可以达到提升中小学学生的实践操作能力和激发他们的学习兴趣、创造能力。大学要增大建设微格教室、智慧教室等模拟教学场景训练场地。

5 结语

当前越来越多国家开始重视基于STEM教育在国家竞争力所产生的优势，越来越多学者开始着力研究STEM教育融入于课程的教育模式中。然而，教师师资力量的匮乏，成为阻碍STEM创客教育发展的最大难题。

本文通过VOSViewer的文献分析，发现师范生STEM教育应侧重创造能力、跨学科融合能力、项目式学习能力、核心素养和模拟教学场景训练。后续将借鉴研究结果对大学相关师范专业课程体系和实践环节，结合STEM教育理念进行改革，帮助师范生可以更好地从学生过渡到教师岗位。

参考文献：

[1] 赵建川，王桥.基于STEM的创客型信息技术师范生培养模式研究[J].贵州师范学院学报，2018，34（3）：68-71.

[2] 薛静.运用STEM教育方法提升中学信息技术教学质量[J].教育信息化论坛，2019，3（7）：199.

[3] 王晓庆.面向STEM教育的创客教育模式研究[J].中小学电教（教学），2020（9）：5-6.

[4] 庞贞艾.STEM教育在我国中小学开展的必要性及路径分析[J].齐齐哈尔师范高等专科学校学报，2020（2）：4-5.

[5] 胡星宇.基于中小学信息技术教师发展方向的师范类高校计算机科学与技术（师范）专业本科生技能培养探析[J].造纸装备及材料，2020，49（1）：190.

[6] 谢泽琛.信息时代师范生信息技术与课程整合能力的培养[J].科教文汇（中旬刊），2011（5）：35+41.

【通联编辑：王力】