国内外STEM教育研究热点分析及启示

乐健佳

摘  要： 人工智能时代背景下，STEM 教育已成为国内外基础教育领域的研究热点。文章运用可视化分析的方法，总结国内外STEM教育研究热点，梳理这一领域的研究现状，并对国内外研究的异同进行分析。研究表明，国内外在人才培养、教师教育、课程整合、基础教育改革等方面有所差异。坚持STEM教师能力培养、打造STEM学习生态系统是我国STEM教育的发展趋势。未来需要加强STEM项目化学习活动的开展，开发跨学科的整合性课程以及培养更多优秀的师资。

关键词： STEM教育; 可视化分析; 研究热点比较; 启示

中图书分类号：G434          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2021）09-18-04

Abstract： Under the background of artificial intelligence era， STEM education has become a hot research topic in the field of basic education at home and abroad. This paper uses the method of visual analysis to summarize the research hot spots of STEM education at home and abroad， comb the current research situation in this field， and analyze the similarity and differences of domestic and foreign research. The research shows that there are differences in personnel training， teacher education， curriculum integration and basic education reform at home and abroad. Adhering to STEM teacher's ability training and building STEM learning ecosystem is the trend of STEM education in China. In the future， it is a need to strengthen STEM project learning activities， develop interdisciplinary integrated courses， and train more excellent teachers.

Key words： STEM education; visual analysis; research hotspot comparison; enlightenment

1 研究背景

STEM教育具備新的核心特征：跨学科、趣味性、体验性、情境性、协作性、设计性、艺术性、实证性和技术增强性等[1]。2019年，国家发布《关于实施全国中小学教师信息技术应用能力提升工程2.0的意见》，强调探索跨学科教学等教育教学新模式，并把促进教师跨学科教学能力提升作为主要措施之一，且地方政府也在积极开展STEM教育[2]。美国更是以法律形式来保障STEM教育的顺利实行，欧洲各国也将STEM教育作为提升学生创新意识和创新能力的关键措施。

在国内外环境的促使下，STEM教育得到了快速发展，相关研究层出不穷。有学者曾对某一时间段内研究STEM教育的文献进行了可视化分析，提出在国家层面推进STEM教育发展，以及从STEM教育本身入手，深入研究，开设多样化课程等相对宏观的建议。

本文以2012年（STEM教育研究在我国初有成效）至2019年期间的国内外核心文章为研究对象，对比国内外研究热点的差异，为我国STEM教育的发展提出具体建议。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文以中国知网（CNKI）期刊数据库为中文文献来源，利用高级检索，检索词为“STEM”，文献类型为学术期刊，文章等级为CSSCI和北大核心，共筛选出2012年至2019年的文献208篇。以Web Of Science数据库为外文文献来源，以检索式：TS=STEM education，文献类型为Article进行检索，剔除与研究内容相关性较低以及影响因子为Q4的文章，共筛选出363篇文献。

2.2 研究方法

本文运用了共词分析法，这是一种以出现在文献中的两个关键词的频次为基础构建科学社会网络图谱，从而对研究领域热点进行判断的分析方法[3]。笔者在中国知网（CNKI）期刊数据库和Web Of Science数据库中将文献分别以NoteFirst和txt格式导出。使用Bicomb2.0书目共现分析系统对中外文献的作者以及关键词进行统计，得到两者的共现矩阵，将它们导入社会网络分析软件Ucinet6.0，利用其内部的Network工具绘制关键词社会网络图谱，通过高频关键词及社会网络图谱对国内外的研究热点进行比较分析。

3 可视化结果与分析

为了更好地把握国内外STEM教育研究的差异，笔者对国内外的文献进行关键词分析，关键词分析可以将众多文章的关键词进行梳理，从而得出当前国内外STEM教育研究领域的核心和热点。

将国内的文献导入Bicomb2.0，对关键词进行提取，将阈值调为2，即出现频次大于等于2的关键词为高频关键词，共得到72个高频关键词。同样，提取国外文献的关键词，将阈值调为3，共得到45个高频关键词。国内外文献中出现频次最高的五个关键词的共现矩阵如表1及表2所示。

如表1所示，我国STEM教育研究的热点是美国STEM教育、创客教育以及科学教育，“科学教育”与其他关键词出现在同一篇文章中的次数较少，可见我国对科学教育的研究比较深入，但是还未与其他关键词建立联系并形成体系。关键词“美国”的频次仅次于“STEM”和“STEM教育”，可见我国对STEM教育的研究大部分还停留在对比和学习美国的阶段。

如表2所示，国外STEM教育研究的热点是高等教育、科学教育以及性别差异，可见国外STEM教育的应用范围比我国更廣泛。但关键词“scienceeducation”及“highereducation”并未出现在同一篇文章中，表明国外对科学教育和高等教育的研究都比较深入，但这两者之间并未形成完整体系[3]，即高等教育和科学教育尚未融合。将国内外高频关键词导入Ucinet6.0，得到国内外关键词的社会网络图谱（图1、图2）。

我国的STEM教育研究关键词社会网络图谱中除“STEM教育”、“STEM”以外，节点较大的是“创客教育”、“美国”，其次是“教育公平”、“跨学科”、“项目学习”、“科学教育”等关键词。可见，我国的研究核心仍然是对比和学习美国，并且开始关注STEM教育公平、学科融合、教育理念本土化以及教学方法。总的来看，我国的STEM教育研究的主体依旧是在中小学教学领域，例如教学方式、教学效果、教学策略、教材等。

国外的STEM教育研究关键词社会网络图谱中除“STEM”、“STEM education”以外，节点较大的是“technology”、“engineering”、“higher education”、“gender”、“mathematics”以及“science”。可见，国外STEM教育研究的范围已经不仅仅局限于中小学教学，而是扩展到高等教育、工程科学教育上，并且重点关注STEM教育中的性别差异问题。总的来看，国外的STEM教育研究更倾向于利用技术、科学、数学培养学生创新性和计算思维。

4 结论

4.1 国内外共同点分析

第一，教学仍是国内外的STEM教育研究的核心。STEM教育旨在通过应用跨学科知识解决真实情境问题过程中培养学生的核心素养[4]，因此我国中小学积极引入这种教学方式。从教育发展战略角度看，STEM不能仅仅被看作是提升教学效果的一种策略，而应该被当成一种和语文数学一样的具有特定功能的课程[5]，在传统教育中应用STEM教育策略就可以看成两个学科的融合，而如何促进这两门“学科”更好地融合，也就是如何将STEM教育理念和我国本土的教育风格更好地融合，依旧是STEM教育研究领域的关键问题。

笔者认为可以通过完善课程体系及优化教学设计来改善STEM教学的效果。课程融合需要根据教学主题找到学科之间的纵向联系以及知识的横向关联，并在跨学科的内容之间建立有机联系，而并不是简单地按照STEM教育涉及的四门学科进行“拼盘式”混合，更不是用所有知识“塞满”一节课[4]，因此学校要积极组织教师研讨，制定合理的教学方式和教学策略，开发跨学科的整合性课程。除此之外，中小学要更加重视STEM教育，改变“分数第一位”的观念，在教学中合理地应用STEM教育理念，将学生培养成具有创新意识的人。

第二，教育公平问题是国内外的共同关注点。国外尤其指出了STEM教学中的性别差异问题，2013年全球STEMx教育大会中，STEM教育的含义被拓宽，将Arts（艺术）加入STEM教育的范围，但同一个年龄段的男女生在这方面的掌握程度依旧存在差距。但实际上，微软公司通过对约1000名11-30岁之间的英国女性的研究证实：在11岁之前，绝大部分女孩更容易对STEM教育产生兴趣[6]。此外，不同地区之间的差距也不可忽视，笔者分析发文机构发现，STEM教育主要还是集中在经济较为发达的地区，即使一些二、三线城市也还没有完全推行甚至没有实现STEM教育方式，偏远贫困地区则可想而知。

针对这种情况，笔者认为应该扩大教育资源，不仅是国家政策推行，还包括学校与学校之间的资源共享。例如，建立在线学习平台，共享优质教学资源;师资流动，扩大STEM教育的覆盖面;宣传STEM教育，转变家长观念，将STEM教育变成面向所有孩子的教育。

第三，科学教育在国内外研究中都占有一席之地。科学教育强调学生理解科学的本质，而不仅仅是知识。如今，国内外都推行政策，将科学方法和对科学本质的理解作为科学教育的核心目标。这种目标转向强调了教育从知识到能力的转变[7]。STEM教育作为科学、技术、工程和数学的结合，自然成了科学教育发展的一个途径。国内外学者将科学教育和STEM教育相结合，着眼于STEM教育与科学教育如何相互促进，也就是“如何在科学教育中开展STEM教育”和“如何以STEM为基础开展科学教育”的问题。

针对这一方面，笔者认为应该学习美国的做法，开发合理的科学教材，例如美国的《Science Fusion》教材将“工程与技术”教育专题单元进行系列化设计，将技术与社会、生活结合，帮助学生理解技术的本质，培养学生的工程思维[8]。并且，要强调教材的“实际性”，将工程技术和生活联系起来，使“悬在空中”的技术“落地”，让学生了解到技术背后的知识。

4.2 国内外差异比较

第一，研究对象不同。国外的研究对象已经辐射到K12教育到高等教育整个教育阶段，而国内的研究对象仍然聚焦在中小学。2012年，我国才出现比较权威的研究STEM教育的文章，直至2015年，我国教育部在《关于“十三五”期间全面深入推荐教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》才首次提出要“探索STEAM教育、创客教育等新教育模式”，而美国早在20世纪80年代就提出了STEM教育理念。正是由于STEM教育来到我国的时间比较迟，才导致了发展的不全面，这是不可避免的，但并非是不可解决的。

笔者认为，我国当前发展STEM教育的重心仍要放在中小学阶段。一方面，中小学阶段的学生思维处于由具体形象思维向抽象思维过渡的阶段，在这一阶段培养计算思维和创新意识等能力是最合适的，效果也是最显著的。另一方面，在我国的教育模式下，中小学升学压力小，使得此阶段成为最适合开展STEM教育的阶段。在中小学的STEM教育发展比较稳定的同时，可以将重点向高等教育迁移，培养高校学生的创新创造能力。

第二，研究范围不同。国外的研究范围拓展到科学、技术、工程等思维的培养，也关注到了STEM教育中师资力量的培养，而国内的研究范围仍然在中小学课堂，也就是聚焦在“如何高效地开展融合STEM教育理念的课程”的问题。

笔者认为以下两点值得我国学习。首先，国外注重科学、技术、工程等思维的培养，将STEM教育深入到工程、技术等内容的本质，并且设计了一系列教材，我国也可以设计体系完整的教材，将技术、工程以及计算思维的培养深入知识的本质，让学生切实体会到获取知识的过程，这样才能将STEM教育的效果发挥到最佳。其次，在师资方面，我国的确需要提升培养力度。虽然STEM教育在我国的发展十分迅速，但这毕竟是“舶来品”，要与我国的教育体系相融合需要十分的付出[9]。然而，当前职业学校的培养目标定位不准确，将目标定为和普通高校相同的学术研究、科研等，却忽视了教学实践能力的提升，使得新一代的教育人才能不能很好地掌握当下推行的教育方法，导致STEM教育的师资力量缺乏。同时，STEM教育强调学科整合和情境创设，这要求教师需要具备丰富的技能，创设符合当下时代特征学生发展现状的问题情境[10]。因此，高校的师范专业以及师范职业教育要紧跟时代发展，培养出符合时代要求的教师，促进STEM教育深入发展。

綜上所述，笔者认为我国的STEM教育在广度和深度上都还有很大的发展空间，需要学习国外的方式，结合我国教育体制的特点，落实在实际教学环境中，加强STEM项目化学习活动的开展、拓展教育范围，开发跨学科的整合性课程以及培养更多优秀的师资。

参考文献（References）：

[1] 余胜泉，胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究，2015.21（4）：13-22

[2] 赵慧臣，张娜钰，马佳雯.STEM教育跨学科学习共同体：促进学习方式变革[J].开放教育究，2020.26（3）91-98

[3] 龚道玉，占小红.国内外STEM教育的学习结果研究述评——基于热词的可视化分析[J].基础教育，2019.16（4）：32-44

[4] 许秋璇，杨文正，卢雅，周琴英.融入“大概念”的STEM整合课程设计模型构建与应用研究[J].电化教育研究，2020.41（7）：86-93

[5] 杨开城，窦玲玉，李波，公平.STEM教育的困境及出路[J].现代远程教育研究，2020.32（2）：20-28

[6] 袁磊，赵玉婷.小学女生在STEM教育中的学习差异及对策研究[J].中国电化教育，2017.6：73-79

[7] 朱晶.科学教育中的知识、方法与信念——基于科学哲学的考察[J].华东师范大学学报（教育科学版），2020.38（7）：106-116

[8] 何善亮.如何在科学教育中开展STEM教育——基于美国《Science Fusion》教材工程技术教育特色的思考[J].教育理论与践，2019.39（32）：42-46

[9] 杜学文，吴向明.STEM教育理念下卓越职教师资培养课程体系开发[J].中国高教研究，2020.10：96-101

[10] 迟佳蕙，李宝敏.国内外STEM教育研究主题热点及发展趋势——基于共词分析的可视化研究[J].基础教育，2018.15（2）：102-112