近十年来我国中等教育阶段STEAM教育研究的现状及演进走向——基于Citespace的可视化分析

周锦程，杨 朵

(1.黔南民族师范学院 计算机与信息学院，贵州 都匀 558000；2.黔南州复杂系统与智能优化实验室，贵州 都匀 558000)

STEM教育最早起源于美国[1]，STEAM教育由STEM教育演变而来，其主要涉及科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Arts)、数学(Mathematics)五大领域。STEAM教育不仅以发展学生跨学科、跨领域的综合知识能力和实践能力为导向，还强调五个领域间的相互联系与有机统一。2018年，我国发布的《关于加快建设发展新工科实施卓越工程师教育培养计划2.0的意见》指出：新工科时代背景下，STEAM教育要培养跨学科、跨专业的新型科技人才，重点强调学生批判性思维、逻辑思维以及跨学科知识运用能力的培养[2]。中等教育阶段的学生具有自主思维能力，且有一定的学科知识基础，但该阶段的学生知识线较为凌乱，这对中等教育阶段学生STEAM素养提出了更高要求。本研究以CNKI核心数据库和CSSCI数据库为依据，剖析我国中等教育阶段STEAM教育研究的热点与发展趋势，以期为我国STEAM教育的相关研究提供参考。

一、数据来源与研究工具

为客观描述我国中等教育阶段STEAM教育研究的具体情况，本研究以CNKI数据库(中文核心期刊数据库和CSSCI期刊数据库)为研究数据源，检索主题为：“(STEAM理念)OR：(STEAM教育)OR:(STEM理念)OR:(STEM教育)”，学科范围选择“中等教育”，文献发表时间跨度限制为2011—2020年，共检索出中文核心期刊文献212条、CSSCI收录期刊文献84条，通过人工筛选，剔除报告、会议和征文等共得216篇有效文献作为本研究的样本。分析工具采用陈超美教授团队研发的CiteSpace软件(5.8版本)，该研究工具是近年来最具影响力的数据可视化分析软件[3]。运用可视化分析工具将数据源进行文献计量分析和图谱分析，得出近十年来我国中等教育阶段STEAM教育的研究情况及演进走向情况。

二、STEAM教育的研究现状

(一)年度发文量分布

统计某一领域学术论文或学术期刊的数量并进行分析，可以了解该领域的发展情况。同时，统计文献发展的历史与数量，分为不同阶段，依此可以预测该领域研究热点与发展趋势[4]。对于我国STEAM教育研究，大致分为两个阶段(如图1所示)：

图1 我国中等教育阶段STEAM教育研究文献的年度分布情况

第一阶段为起步阶段：时间跨度为2013年至2016年，该时间段的STEAM教育研究发展呈现局部稳定态势，发表文献共19条，占样本总数的8.68%。

第二阶段为发展阶段：时间跨度为2016年到2020年，该阶段的发文量整体呈现上升趋势，发文量高达200条，占样本比的91.32%。从我国中等教育阶段STEAM教育研究的发展趋势看，其关注度与国际STEAM教育研究的关注度基本保持同步[5]。

(二)主要研究机构分布

对研究机构分布进行统计分析，可以很好地了解该领域研究团队的分布情况。从图2可知，2011—2020年间，我国中等教育阶段STEAM教育研究的主要力量有华东师范大学、南京师范大学和南京外国语学校等研究机构，并形成了以他们为首的研究态势。同时，从图2还可以看出，发文数量大于等于6篇的机构共有7家，发文量大于等于3篇的机构共有20家。其中，华东师范大学、南京师范大学以及南京外国语学校机构发表期刊的数量排在前3位分别为31篇、14篇、7篇。

图2 我国中等教育阶段STEAM教育研究发文量≥3次的机构

通过统计分析可知，国内研究者们对STEAM教育的研究于2016年开始掀起热潮。早期，华东师范大学董泽华教授针对我国中小学阶段的STEAM教育进行深度分析，阐明了中小学STEAM教育的研究现状，剖析了发达国家的先进方法，为我国STEAM教育发展提供了科学指引[6]。浙江树人大学黄璐教授等以STEAM教育的跨学科、跨领域特征，以知识通融为导向，基于科学理性主义视角对STEAM教育进行了深度思考，并从知识论的角度对STEAM教育本质进行了阐释，认为其具有反对传统教育“知识孤立”的倾向，主张“知识融通”[7]；南京师范大学徐金雷教授等从STEAM的技术教育价值取向出发，借助工具理性与价值理性的辩证逻辑，辩明技术教育未来发展方向[8]。从上述分析可知，早期我国研究机构对STEAM教育的研究主要倾向于理论研究，从2016年起，我国STEAM教育实践研究逐步取得了质的提升。后续研究中，各个研究机构开始重点关注STEAM教育研究的理论支持和基于理论基础的实践教育研究等领域。

(三)作者分布

对某一领域学术论文的作者分布进行统计分析，能够很好地判断出该领域的主要研究力量。2011—2020年间，我国中等教育阶段STEAM教育研究的核心作者主要聚集于南京外国语学校、北京师范大学、陕西师范大学、南京师范大学、华东师范大学等研究机构，其中南京外国语学校的许亮亮[9]和邹正[10]核心期刊发文量最高，分别为6篇和5篇(如图3所示)，该研究团队基于STEAM教育环境下以“创新”作为实验教学的指引，在实践教学中取得很好的效果；陕西师范大学首新等人[11]则把思维的评价模型与STEAM项目教育相结合，构建了高层次思维测评模型，研究得出小学阶段学生在STEAM学习中，高层次思维整体呈现波动增长的结论。统计分析结果表明：2011—2020年间，我国中等教育阶段的STEAM教育研究主要聚焦于“创新性”“思维培养提升”和“教学模式”等研究热点。此外，还形成了以许亮亮、邹正、胡卫平以及叶兆宁等知名学者为中心的学术研究团队，说明我国中等教育阶段STEAM教育的研究正在朝着团队化和集中化的方向发展。

图3 我国中等教育阶段STEAM教育研究核心发文量≥2次的作者

三、结果与分析

应用CiteSpace将已检索的216条STEAM教育研究文献进行分析，分析结果如图4：检索出的关键词结点N为481个，关键词节点间的线性关联数E为1020条，图谱密集度Density为0.0088；评价指标Q值为0.7794，值越大，则反映知识图谱的聚类显著度越高，即Q值与聚类效果成正相关；网络同质性评价指标Silhouette=0.9309，值越接近1，结点间的同质性就越高[12]。

图4 我国中等教育阶段STEAM教育研究的关键词共现图谱分析

(一)文本分析

利用CiteSpace对STEAM教育研究相关文献的关键词进行文本分析，分析结果表明：样本文献中研究关键词所占篇幅最多的是“STEM教育”，出现的频次高达80次，中介中心性为0.85，其他研究主题依次为“STEAM教育”“STEAM”“核心素养”和“科学教育”等。我国中等教育阶段STEAM教育研究领域前十的高频研究热点关键词如表1所示。

表1 2011—2020年我国中等教育阶段STEAM教育研究领域高频关键词

中介中心性指的是一个关键词节点担任其它两个关键词结点中间点的次数，当某一关键词作为“中间点”的频次越多，则该关键词的中介中心性就越高[13]。高频节点代表高被引的文献，是某研究领域或多个领域的重要知识基础[14]，如STEAM教育高频关键词，其节点频次高达80次，是STEAM教育研究领域的必备基础知识。

1.高频研究热点“STEM教育”方面

陕西师范大学的秦瑾若[15]等人，深度分析了STEM教育的概念、起源和价值，为研究STEM教育的教学实践模式提出了基于真实问题情景的跨学科式教育——STEM教育；华东师范大学杨晓哲[16]等人，把握住了STEM教育和创客教育在教学过程中教师与学生关系的差异，提出了“数字化时代的STEM教育与创客教育”，以期揭示在STEM教育中师生所面临的问题和挑战。

2.高频研究热点“STEAM教育”方面

在STEM教育的应用背景下，Georgette Yakman[17]教授及其团队，提出STEAM教育并对STEAM教育的实践框架和教学过程进行了系统阐述；西南大学彭敏教授认为STEAM教育是在现实的教学情境下基于跨学科、跨领域的教学方式来培养学生，因此，为了发展学生的STEAM素养，其开展了培养学生STEAM素养的发展路径实践研究[18]。

3.高频研究热点“科学教育”方面

胡玉华[19]教授认为STEAM教育范畴下的科学教育有着很深的研究价值，科学教育就是紧扣教育的核心概念，依托于科学的事实，把握核心概念的本质，形成科学的思维方法；黄芳[20]教授对美国《科学教育框架》进行深度分析，提取了科学教育的特点，借鉴他人的教育框架，以期为我国科学教育的发展提供参考。

4.关键词突变性分析

关键词突变性表现的是某一研究领域在某阶段内，该研究领域的研究主题关键词突然出现和消失的强度，在一定程度上代表某一研究趋势的转变方向[21]。运用CiteSpace对我国中等教育阶段STEAM教育研究的核心文献进行Burstness分析，析出16个突变关键词。表2列举了具体的高频关键词的频次和突变系数(突变系数降序排练)。

表2 我国中等教育阶段STEAM教育研究的关键词突变系数

通过关键词的突变系数和时期可知，2014—2016年间，“STEM教育”和“中小学教育”成为STEAM教育研究领域的热点关键词。随着STEM教育理念的发展和我国素质教育的深入实施，广大研究者试图在中小学阶段丰富学生的学科知识和培养技能，STEM教育的特征在于跨学科、跨领域融合发展，使得“STEM教育”关键词出现频次高达80；2016—2017年，析出的突变关键词有“创客教育”“计算机科学”和“工程教育”，其中，“创客教育”的突变值高达3.18。随着国内教育信息化的发展，研究者逐渐关注“创客教育”“教学设计”“计算机科学”和“工程教育”，尤其是“创客教育”和“工程教育”关键词的突现，掀起了STEAM教育领域的研究热潮。2017年，研究者们把视线转移到“科学素养”“生物学教学”“案例分析”“学科整合”“跨学科”，他们意识到STEAM教育的有效实施，既离不开学生科学素养的培养，又少不了案例分析；2018年，突现的“高考改革”“跨学科教育”和“科——工整合”关键词成为研究的新热点，其中唐小为、王唯真认为“科——工整合”的STEAM教育最符合我国的基础科学教育[22]。

(二)视图分析

1.聚类视图分析

对关键词网络通过K算法进行聚类，捕捉到9个聚类(如图5所示)，将这9个聚类进行关键词处理，通过分析可将其划分为核心素养研究、STEM教育研究、STEAM教育研究三个大类，对其进行分析如下：

图5 我国中等教育阶段STEAM教育研究的关键词聚类视图分析

(1)核心素养研究

聚类#5(核心素养)这一大类，其核心关键词有“核心素养”“项目式教学”和“Scratch编程教学”等。根据该聚类的聚焦点看出，该聚类着力于运用不同的教学途径来发展学生的核心素养。如王长远[23]在核心素养目标视角下，为强化教师STEAM教育素养和学生信息技术核心素养，其构建了实验校体系和教师继续教育培训体系；赵呈领等试图在STEM教育范畴下，通过5E(参与、探究、解释、精致、评价)探究式教学模式来培养学生的核心素养[24]。

(2)STEM教育研究

聚类#0(STEM教育)、聚类#1(科学教育)、聚类#4(STEM)、聚类#7(STEM理念)可合为STEM教育研究大类。大类呈现的核心关键词有“STEM整合课程”“科学教育”等，根据检索出的热点关键词看出，该大类的研究基于跨学科、跨领域的特征来研究STEM教育。如余胜泉等在《STEM教育理念与跨学科整合模式》一文中指出，跨学科的价值取向有：不同学科间的知识整合，以学生为主导的整合，知识与实际生活的整合，并提出跨学科、跨领域的项目设计模式[25]；赵呈领等构建了基于项目式教学整合了创客教育和STEM教育的教学模型，旨在让学生在体验项目的过程中培养跨学科、跨领域的整合学习能力，进而构建STEM的教育范式[26]；何善亮对美国的《Science Fusion》教材工程技术教育进行了思考，并提出了“两个必须”的思路：要想实现STEM教育的跨学科、跨领域融合，必须对科学教程进行创新，必须面向实际生活的问题情境[27]。因此，以问题解决为导向的跨学科、跨领域教育模式，将成为我国STEM教育研究的下一研究热点。

(3)STEAM教育研究

聚类#2(STEAM教育)、聚类#3(STEAM)、聚类#6(STEAM理念)、聚类#8(STEAM课程)可整合为STEAM教育研究大类。该大类析出的核心关键词有“深度学习”“STEAM教育”和“项目学习”等。根据核心关键词看出，该聚类主要针对学生的STEAM素养培养开展研究，试图通过项目学习、深度学习、跨学科教学等途径来发展学生的STEAM素养。如崔鸿从核心素养的视角提出了基于项目的STEAM学习探究，认为以项目为主导的STEAM学习对学生的STEAM素养和解决新问题能力都有很大的促进作用[28]；为培养学生的STEAM素养，唐翠兰[29]等从STEAM理论和深度学习视角，运用“多元评价方法”对学生的学习过程进行指标分析，并在实践教学中搭建了基于STEAM基本理念的深度学习活动设计框架。

2.时间线视图分析

时间线视图的主要功能是呈现出各个聚类间的相关性和不同时间段内的聚类变化。在聚类之后将视图转换成时间线视图(Timeline View)，便可得到以下9个聚类的发展历程，如图6所示。

图6 我国中等教育阶段STEAM教育研究的时间线视图分析

聚类#0 STEM教育，可见研究者从2014年到2020年，一直没有停止对STEM教育的研究。

聚类#1科学教育、聚类#3 STEAM教育，研究者于2016年开始进行研究，科学教育、科学素养、工程素养、工程设计和“科—工整合”等成为研究主题。此外，聚类#3关注热点还有“学科核心素养”“教材研究”“课程改革”等。在该聚类时间线上呈现出的热点主题较少的原因，是对教材和课程的改革研究需要大量的人力、物力和时间来验证其研究成果。

聚类#2 STEAM教育、聚类#4 STEM、聚类#6 STEAM理念、聚类#7 STEM理念，研究者都是基于“教学模式”的视角对STEAM教育的培养路径进行说明。聚类#2的热点主题有“综合学习”“深度学习”和“自主创新实验”等，并在2016年成为研究热点；聚类#4的关注点从2017年开始，由“跨学科教育”向“教学探索”和“学习模式”等方向转变；聚类#6主要研究热点有“项目学习”“课堂教学”和“实验探究”等；而对聚类#7的研究持续时间较短，研究热点主要有“课程建设”“项目式学习”和“实验教学”等。

聚类#5核心素养，在该聚类的发展期主要集中于2016—2020年，广大研究者对该聚类的关注度较高。由早期关注的课程改革转变到了教学模式的研究，因此，STEAM整合课程、scratch编程教育成为STEAM教育研究领域新的研究热点。

聚类#8 STEAM课程，从2017年开始，研究者纷纷对其展开了大量研究，同年，随着《普通高中信息技术课程标准》提出“信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任”四大信息技术核心素养[30]之后，STEAM课程与核心素养融合发展成为研究者们关注的研究热点。

四、STEAM教育研究存在的问题与演进趋势

结合STEAM教育研究的时间线视图，下面可得出我国中等教育阶段STEAM教育研究所存在的主要问题及研究的演进趋势。

(一)STEAM教育研究存在的问题

1.STEAM课程专任教师匮乏

教师专业素养水平的高低是课堂教学能否高效实施的前提保障，学生的学习也受教师专业水平的限制，STEAM课程亦是如此。当下我国的STEAM教师极少，STEAM教师的继续培训力度较低[31]。此外，很多高等师范院校开设的课程体系较为杂乱，不具备学科课程的规范性，导致师范生的专业水平发展不足[32]，这对我国STEAM专任教师的发展提出了挑战。相比之下，美国的STEAM教师资格规范，采取教师培训规则、教师专业认证等来确保STEAM教师的标准化[33]。因此，我国应以STEAM教师准入制度的完善来促进STEAM教师专业发展。

2.课程标准和课程目标的缺失

我国目前还未有明确的STEAM课程标准和培养目标。在没有课程标准可参照的条件下，STEAM课程的教学目标和教学方式都一直处于探索状态，这给STEAM课程实施带来了挑战。因此，各级各类教育机构应制定相应的STEAM教育培养目标，完善政策保障体系，预防STEAM教育目标的利益化，为我国STEAM教育实施保驾护航。

3.教学形式单一

目前，我国STEAM课程教学现状是教学模式单一，以教师单人教学为主导的教学方式，当教学内容涉及跨学科、跨领域时，教师便遇到窘境——陷入“新知”挑战困境，导致STEAM课程的实施难以进行。因此，要确保STEAM课程的实践落地还需针对教学内容、教学方法进行不断探索，逐渐完善我国STEAM教育的教学路径，在教学过程中加强各学科领域教师的协作交流，以“教”促“教”，构建“STEAM”教师实践团队，促进教师专业能力的发展。

(二)STEAM教育研究的演进趋势

1.注重核心素养培养

随着我国信息技术的不断发展，培养新世纪创新型人才更是国际竞争力的重要指标之一，创新型人才的发展聚焦于核心素养培养和跨学科知识的整合能力培养，面向核心素养的教育政策和教育理论的研究及教育实践探索是我国当下面临的重大议题之一[34]。因此，我国教育部《教育信息化“十三五”规划》中指出，STEAM教育对学生核心素养的培养具有重要的作用[35]。此外，由上述文本分析和视图分析可知，我国STEAM教育的培养目标是学生核心素养、跨学科、跨领域发展等目标的有机统一。因此，基于核心素养培养的STEAM教育研究将会成为国内教育研究热点之一。

2.整合跨学科课程

STEAM教学中，运用多学科知识和技能的整合来解决问题，是未来教育的下一研究热点。当学生产生偏科时，跨学科融合发展便会出现裂痕，不利于学生把握各个学科知识之间的逻辑关系。因此，在STEAM课程中，教师如何教，学生怎么学，将会成为研究者们下一步需要关注的研究趋势。

3.STEAM教师专业化发展

STEAM作为一门综合性理科课程，要求教师具备丰富的学科知识与教学技能，学生的STEAM素养发展取决于教师的专业素养水平。由于我国STEAM教师专业发展和继续教育培训较少，使得教师的STEAM专业素养难以得到良好发展，以致无法满足学生的学习需求。因此，要实现学生的STEAM素养提升，必须加强信息技术教师的STEAM专业能力培训，为专业教师提供多元化发展支持。