黎祥瓊 鄒霞 曹昌源

摘? 要 以中國知網(wǎng)（CNKI）收錄的388篇核心期刊論文為研究樣本，借助CiteSpace和Excel軟件，對年度發(fā)文量（2013—2020）、發(fā)文期刊分布、作者狀況、發(fā)文機構(gòu)、關(guān)鍵詞等進行可視化分析。研究結(jié)果表明：2016年，STEM教育相關(guān)文獻激增，STEM教育進入快速發(fā)展階段；國內(nèi)STEM教育研究主要集中在基于核心素養(yǎng)的STEAM教育、STEM教育師資培養(yǎng)、STEM課程設(shè)計、STEAM教育與創(chuàng)客教育深度融合、STEM教學模式構(gòu)建及教學實踐五個方面；STEM教育與中國文化融合的教育實踐是STEM教育研究的新方向。

關(guān)鍵詞 STEM教育；STEAM教育；核心素養(yǎng)；創(chuàng)客教育

中圖分類號：G420? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）14-0009-06

0? 引言

STEM教育最初代表的是科學（Science）、技術(shù)（Tech-nology）、工程（Engineering）和數(shù)學（Mathematics）的整合教育，后來發(fā)展為STEAM教育，增加了藝術(shù)（Arts）。美國國家科學基金會發(fā)表的《大學的科學、數(shù)學和工程教育報告》首次提出“將科學、數(shù)學、工程和技術(shù)教育進行整合”，該報告提出的綱領(lǐng)性意見被視為STEM教育的開端[1]。STEM教育避免了分科教學導致知識分裂的弊端，強調(diào)跨學科，旨在培養(yǎng)能夠創(chuàng)造性解決真實情境問題的綜合型人才，受到多個國家青睞。2016年，《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中提及在有條件的地區(qū)要將信息技術(shù)運用到眾創(chuàng)空間、跨學科學習、創(chuàng)客教育等新的教育模式中。2017年6月，中國教育科學研究院發(fā)布《中國STEM教育白皮書》。由此可以看出，我國非常重視STEM教育的發(fā)展。筆者以388篇核心期刊文獻為研究對象，對年度發(fā)文量、發(fā)文期刊分布、發(fā)文作者、機構(gòu)及關(guān)鍵詞進行可視化分析，以期為國內(nèi)STEM（STEAM）教育的深入研究提供參考。

1? 研究設(shè)計

1.1? 確定研究對象

在中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫社會科學Ⅱ輯下，以主題詞“STEAM教育”或者“STEM教育”檢索CSSCI和核心期刊，截止時間為2020年，共檢索到文獻500篇。經(jīng)過篩選，最終確定388篇文獻作為研究對象。

1.2? 研究方法

文獻計量分析方法采用數(shù)理統(tǒng)計學方法來定量描述、評價與預測學術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[2]。從年度發(fā)文量、發(fā)文期刊分布、作者狀況、發(fā)文機構(gòu)以及關(guān)鍵詞等方面對我國STEM教育研究文獻進行客觀描述，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合可視化圖譜對其內(nèi)容進行定性分析。

1.3? 研究過程及工具

利用Excel表格工具對文獻分布、來源期刊和作者年度發(fā)文情況進行統(tǒng)計，運用CiteSpace 5.7 R2繪制作者合作圖譜、機構(gòu)合作圖譜、關(guān)鍵詞聚類圖譜以及時區(qū)視圖，將我國STEM教育研究的現(xiàn)狀直觀形象地展示出來，進而對該領(lǐng)域研究的熱點與趨勢進行分析。

2? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與結(jié)果分析

2.1? 文獻分布

文獻的年度發(fā)文量可以反映該領(lǐng)域的研究熱度。STEM教育相關(guān)文獻年度發(fā)文量如圖1所示。可以看出，2013年有4篇文獻，其中有3篇是關(guān)于美國STEM教育的，有1篇是第二屆STEM國際教育大會述評，這說明在2012年第二屆STEM國際教育大會后，我國學者開始關(guān)注STEM教育領(lǐng)域。從2013年起，年度發(fā)文量總體呈現(xiàn)上升趨勢，2019年的年度發(fā)文量突破100篇，這說明我國有越來越多的學者從事STEM教育領(lǐng)域的研究。2016年上升最明顯，原因是教育部于2015年發(fā)布的《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》中明確指出：將信息技術(shù)應(yīng)用于常規(guī)教學中，有利于推進“眾創(chuàng)空間”建設(shè)，探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式。該政策直接導致2016年相關(guān)文獻量激增，STEM教育進入快速發(fā)展階段。2020年受新冠疫情影響，文獻數(shù)量出現(xiàn)較大幅度下降。

2.2? 發(fā)文期刊分布

期刊是學術(shù)論文的重要載體，通過對期刊的分析，可以了解某一主題論文的空間分布。采用Excel表格對2013—2020年期刊刊載STEM教育主題相關(guān)的文獻數(shù)量進行統(tǒng)計，刊載量前十的期刊分布情況如表1所示。STEM教育起源于美國，最先刊載STEM教育主題的期刊是《外國中小學教育》《開放教育研究》，論文內(nèi)容主要是美國STEM教育的目的、實施及存在的問題。2013年之后，《中國電化教育》《現(xiàn)代教育技術(shù)》《上海教育科研》相繼發(fā)文，表明STEM教育引起我國教育技術(shù)領(lǐng)域?qū)W者的關(guān)注，STEM教育跨學科培養(yǎng)理念克服了傳統(tǒng)分科帶來的知識分裂的弊端，為培養(yǎng)綜合型人才提供合理可行的途徑。2017年后，《電化教育研究》《教學與管理》《遠程教育雜志》《現(xiàn)代遠距離教育》等期刊開始刊載STEM教育相關(guān)論文，隨著研究不斷深入，我國學者開始積極探索STEM學科教學，比如生物、物理、化學、地理和數(shù)學等，以實現(xiàn)STEM教育的本土化發(fā)展。

2.3? 作者狀況

通過觀察作者合作圖譜，可以了解作者之間的合作關(guān)系以及高產(chǎn)作者。作者合作圖譜如圖2所示。對高產(chǎn)作者進行進一步分析，統(tǒng)計他們每年發(fā)表文獻的數(shù)量，統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。由表2可知，河南大學的趙慧臣副教授以第一作者發(fā)表相關(guān)文獻12篇，占據(jù)發(fā)文量榜首。他主要研究美國的STEM教育以及STEM教育的開展，但都屬于宏觀層面，缺少具體的實現(xiàn)途徑。觀察圖2可知，與趙慧臣合作的作者有四位，分別是陸曉婷、馬佳雯、張藝葦和馬悅，其中前三位是河南大學的，最后一位是南京師大的，這說明作者之間的合作并不局限于同校，也存在跨學校的合作，有利于學術(shù)交流。排名第二的是南京曉莊學院的宋怡，她與馬宏佳有密切的合作關(guān)系，共合作5篇文章，主要研究的是美國STEAM教育項目的開發(fā)與實施。排名第三的葉兆寧副教授和排名第四的楊元魁博士均來自東南大學，他們合作5篇文章，主要研究內(nèi)容是基礎(chǔ)教育階段STEAM教育的開展。南京外國語學校的許亮亮老師與鄒正老師主要研究的是基于STEAM教育理念的高中化學實驗教學。另外，來自廣西師范大學的袁磊教授主要研究STEAM教育課程的設(shè)計，來自美國得克薩斯A&M大學的李業(yè)平教授主要關(guān)注的是STEM教育的現(xiàn)狀與發(fā)展及STEM教師隊伍的建設(shè)?？偟膩碚f，隨著時間不斷推進，越來越多的學者開始開展STEAM教育的實證研究，探索STEAM教育模式，設(shè)計STEAM課程，努力實現(xiàn)STEAM教育本土化發(fā)展。

值得注意的是，圖2中的密度（Density）為0.015 7，說明作者較為分散，未形成研究合力，雖然有一些小團體的合作，但大多數(shù)局限于同學校的同事或師生。通過表2的作者年度發(fā)文量可知，有一部分作者持續(xù)關(guān)注STEAM教育領(lǐng)域，比如河南大學的趙慧臣、南京曉莊學院的宋怡等。

2.4? 發(fā)文機構(gòu)分析

在CiteSpace軟件中，選擇時間切片為1年，節(jié)點類型為“institution”，Selection Criteria為“（c，cc，ccv）：2，2，20;2，2，20;2，2，20”，得到2013—2020年STEM教育研究機構(gòu)合作知識圖譜，如圖3所示。南京師范大學教育科學學院發(fā)文11篇，位居發(fā)文量榜首。另外，東北師范大學信息科學與技術(shù)學院、陜西師范大學教育學院、南京曉莊學院環(huán)境科學學院、華南師范大學教育信息技術(shù)學院等機構(gòu)對STEM教育的研究較多。從年輪上看，各個機構(gòu)的顏色都比較單一，最多有三種顏色，這表明機構(gòu)對STEM教育缺乏持續(xù)深入的研究。

2.5? 關(guān)鍵詞分析

文獻的關(guān)鍵詞是對文獻核心內(nèi)容高度凝練的表達。在CiteSpace中，通過對關(guān)鍵詞詞頻統(tǒng)計以及關(guān)鍵詞聚類分析來確定研究熱點，在此基礎(chǔ)上結(jié)合閱讀相應(yīng)文獻進行分析。

在CiteSpace中，選擇時間切片為1年，節(jié)點類型為Keywords，Selection Criteria為g-index，其中k值設(shè)置為20。采用Minimum Spanning Tree算法對圖譜進行修剪（其余參數(shù)保持默認值），生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜?；诖?，選擇LLR算法生成以關(guān)鍵詞為提取標簽的聚類圖譜，如圖4所示。其中Q值為0.734 3，說明形成的類團結(jié)構(gòu)是明顯的；S值為0.929，說明聚類的結(jié)果是令人信服的。

為了更好地了解每個類團包含的內(nèi)容，選擇Cluster下的Cluster Explorer得到關(guān)鍵詞聚類表，每個聚類選擇前五個標簽詞，具體如表3所示。

在聚類的基礎(chǔ)上，結(jié)合文獻分析將我國STEM教育領(lǐng)域的研究熱點歸納為以下五點。

1）基于核心素養(yǎng)的STEAM教育研究。STEAM教育是在STEM教育的基礎(chǔ)上加入藝術(shù)（Art）角色形成的。有關(guān)研究表明，融入藝術(shù)的STEM教育會激發(fā)學生對科學、工程等學科的興趣和學習動機，讓他們獲得更高的學習成就，有利于培養(yǎng)綜合型創(chuàng)新人才。STEAM教育是以真實問題情境為基礎(chǔ)，采用跨學科整合手段，用以培養(yǎng)學生問題解決能力和創(chuàng)新能力的教育模式，滿足21世紀對人才培養(yǎng)的需要，為發(fā)展學生核心素養(yǎng)提供可行路徑。關(guān)于STEAM教育的研究主要包括政策解讀、內(nèi)涵理解、實現(xiàn)路徑架構(gòu)、課程體系構(gòu)建、評價體系形成、師資培養(yǎng)和具體學科實踐等。其中具體學科實踐涉及核心素養(yǎng)發(fā)展、教學模式構(gòu)建、創(chuàng)新能力和問題解決能力培養(yǎng)、教學設(shè)計等。STEAM教育演變成STREAM教育，其中R（Reading/Writing）指讀寫能力，目的是使高素質(zhì)專業(yè)人士能夠滿足撰寫報告、實驗材料以及與人交流的需要[3]。可以看出，STEAM教育的內(nèi)涵在不斷豐富，朝“STEAM+”發(fā)展。

2）STEM教育師資培養(yǎng)研究。STEM教師是開展STEM教育的關(guān)鍵，目前，各個國家都面臨STEM教育師資匱乏的問題。羅琪[4]將我國STEAM教師培養(yǎng)實踐中存在的問題總結(jié)為五個方面：培養(yǎng)總量不足、培養(yǎng)定位不準、培養(yǎng)主體單一、教師準入制度缺失和專業(yè)發(fā)展支持不夠。STEM教育在我國起步較晚，大多數(shù)STEM教師培養(yǎng)的文獻是分析以美國為主的STEM教師教育情況，再進一步得出對我國的建議或啟示。有的學者在分析美國教師教育政策演進及內(nèi)容后，從國家政策導向、STEM教師培養(yǎng)模式以及各方力量支持的角度提出我國培養(yǎng)STEM教師的建議；有的學者在分析美國Uteach課程體系的基礎(chǔ)上，提出我國STEM教師教育課程建設(shè)的建議。每個國家的情況不同，別國的經(jīng)驗可以借鑒但不能照搬，如何根據(jù)我國的國情擴大STEM教師隊伍、提高STEM教師水平，是我國STEM教育發(fā)展亟待解決的問題。

3）STEM課程設(shè)計研究?？鐚W科融合的STEM課程是學校開展STEM教育的基礎(chǔ)，它有別于傳統(tǒng)的分科課程，更加注重基于真實問題的情境創(chuàng)設(shè)，聚焦于某一個具體的項目或者任務(wù)，引導學生利用多學科知識協(xié)作完成任務(wù)，發(fā)展學生的STEM素養(yǎng)。我國對STEM課程的研究還處于探索階段。

一方面，借鑒國外STEM課程研究經(jīng)驗，例如：有學者在深入分析坦福大學d.loft STEM項目課程的基礎(chǔ)上，提出于設(shè)計思維的跨學科STEM課程模型；有學者分析美國火星教育項目STEM課程，提出我國STEM課程建設(shè)發(fā)展的五條建議；某學者分析NASA“宇宙飛船安全”課程，提出更新STEM評價方式，加強科研機構(gòu)與學校間的合作等建議。

另一方面，積極進行STEM課程本土化研究與實踐，例如：某學者在“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計”STEM課程中創(chuàng)新性地采用6E設(shè)計型學習模式；某學者開發(fā)基于STEM理念的“天氣瓶制作”校本課程。

但總體來說，我國STEM課程的大多數(shù)課程案例以單次課為主，課程案例的設(shè)計、開發(fā)缺少系統(tǒng)性與連貫性，很少有一學期或一年的課程設(shè)計與實踐。同時，STEM課程存在課程標準不健全、課程目標不明確、課程資源匱乏、課程內(nèi)容整合不深入和缺乏實踐等問題，需要諸多學者和一線教師進一步深入研究。

4）STEAM教育與創(chuàng)客教育深度融合研究。創(chuàng)客教育是一種鼓勵學生使用數(shù)字化工具進行造物并分享，培養(yǎng)學生動手創(chuàng)造與問題解決能力的新型教育模式[5]。創(chuàng)客教育強調(diào)創(chuàng)造，STEAM強調(diào)跨學科，基于跨學科的視角能夠更好地創(chuàng)造性地解決問題，創(chuàng)客教育造物過程能夠滿足學生成就感，更能激發(fā)學生的探索熱情，這讓STEAM教育與創(chuàng)客教育的深度融合成為一個研究熱點。目前，STEAM教育與創(chuàng)客教育融合的研究主要集中在三個方面。

①融合策略探討：有學者基于跨學科創(chuàng)新視角提出三條STEAM教育與創(chuàng)客教育融合的策略；有學者認為設(shè)計思維是STEAM教育與創(chuàng)客教育有效融合的契機。

②深度融合模式構(gòu)建：有學者構(gòu)建面向STEAM教育的創(chuàng)客教育模式；有學者構(gòu)建創(chuàng)客-STEM教學模式。

③融合實踐：有學者進行“無輪小車”的融合實踐，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)客教育可以有效降低STEAM教育起步階段的挑戰(zhàn)難度，豐富學生的學習內(nèi)容。

縱觀STEAM教育與創(chuàng)客教育深度融合的研究可以發(fā)現(xiàn)：大多數(shù)研究處于理論探討狀態(tài)，真正進行實踐的研究較少。如何讓STEAM教育與創(chuàng)客教育深度融合仍需探究和實踐。

5）STEM教學模式構(gòu)建及教學實踐研究。目前，構(gòu)建有效的STEM教學模式是進一步推動STEM教育的關(guān)鍵，我國學者對STEM教學模式的構(gòu)建進行較多嘗試。有學者構(gòu)建證據(jù)導向的STEM教學模式；有學者構(gòu)建面向STEM教育的設(shè)計型學習模式等。從STEM教育面向的對象來說，STEM教學模式構(gòu)建涉及K12階段的所有學生。從模式本身來說，不同學者出發(fā)的角度不同，但所構(gòu)建的模式都具有以下幾個相同點：

①以真實情境的問題為出發(fā)點；

②教學過程中學生主體與教師主導相結(jié)合；

③學習評價多元化，注重對學生能力的評價，將過程性評價與總結(jié)性評價相結(jié)合，評價主體除教師外，還有同伴與學生自己。

大多數(shù)學者對STEM教學模式構(gòu)建都進行實證研究，但其推廣性還需進一步驗證。

我國STEM教育起步晚，有關(guān)教學實踐方面的探索較少，主要集中在近三年。目前我國仍然是分科教學，STEM教育的實踐一般是以某一個學科的知識為主、融合多個學科知識的形式。通過對所選388篇文獻進行統(tǒng)計，得到研究STEM教育與具體學科結(jié)合的文獻共有32篇，其中化學8篇、物理8篇、生物7篇、科學4篇、地理3篇、數(shù)學1篇、音樂1篇，可以看出STEM教育大多是在理科課程中實施。進一步閱讀文獻發(fā)現(xiàn)，STEM教育與化學學科的結(jié)合主要是在化學實驗上，其研究者以許亮亮為代表，共計發(fā)文4篇。雖然他基于STEM理念重新設(shè)計了化學實驗，但都未說明實施的效果。生物學科亦是如此，李小玲基于STEM教育理念對“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗進行改進，但并未實施實驗。物理學科一般以問題為中心開展STEM教學，存在一些問題，例如：時間不夠，導致學生無法深入探究；教師無法真正放手；注重知識本身，忽視對能力的培養(yǎng)；等等。STEM教育不能紙上談兵，設(shè)計好教學方案以后更重要的是實施修正。

2.6? 研究趨勢分析

為了進一步探究國內(nèi)STEM教育研究熱點的發(fā)展進程，采用CiteSpace Timezone View功能繪制關(guān)鍵詞共現(xiàn)時區(qū)視圖，如圖5所示。我國學者最先對美國的STEM教育進行研究，包括對美國STEM教育政策的解讀、美國STEM教育的困境及對策、美國STEM教育實施分析等。在2015年左右，STEM教育研究領(lǐng)域出現(xiàn)創(chuàng)客教育。STEM教育強調(diào)跨學科，創(chuàng)客教育強調(diào)創(chuàng)造，創(chuàng)客教育過程中往往需要運用不同學科的知識[6]，這讓STEM教育與創(chuàng)客教育的深度融合成為研究熱點。隨著研究的深入，STEM教育中加入Art（藝術(shù)）角色，演變成STEAM教育。在《從STEM教育走向STEAM教育：藝術(shù)（Arts）的角色分析》中，國內(nèi)學者李剛等[7]詳細剖析藝術(shù)的內(nèi)容，解讀藝術(shù)的理念，審視藝術(shù)的價值，并提出STEAM教育中藝術(shù)整合的四種模式，即輔助式、平等式、情感式和社會式。近兩年，STEM教育研究的熱點主要集中在核心素養(yǎng)、教學模式、課程建設(shè)、教師培養(yǎng)等?？梢钥闯?，我國學者對STEM教育的研究并沒有停留在別國的STEM教育和概念的辨析上，而是積極探索適合我國發(fā)展的STEM教育模式，促進學生核心素養(yǎng)的提高。

值得關(guān)注的是圖5右上角出現(xiàn)的文化傳承。我國歷史悠久，傳統(tǒng)文化豐富，有學者提出以傳承中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化為目標導向的學科融合教育（C-STEAM），并在此基礎(chǔ)上提出C-STEAM教育6C模式。實踐研究結(jié)果表明：該模式可以提升學生對STEM項目式學習的興趣，并且增加學生學習傳統(tǒng)文化的意向。這是STEM教育本土化的有益探索。

3? 反思與建議

通過對這388篇文獻相關(guān)信息的統(tǒng)計及內(nèi)容分析發(fā)現(xiàn)：我國的STEM教育正處于探索發(fā)展階段，國家高度重視。從以前的跨學科整合到現(xiàn)在的跨學科融合，我國學者對STEM教育產(chǎn)生更深刻的理解，但仍然缺乏適合我國教育發(fā)展的STEM教學模式，同時存在缺少打通學齡段的STEM課程、STEM教師數(shù)量少且整體水平不高的問題。基于此，筆者提出以下建議。

3.1? 設(shè)計和實踐適合我國的STEM教學模式

教學由一系列活動組成，教學模式是指在一定教學思想或教學理論的指導下形成的較為穩(wěn)定的活動程序，它為教師開展教學提供一定的支持，是教師開展教學的關(guān)鍵。多位學者已經(jīng)提出一些STEM本土化教學模式，但STEM教育面向?qū)ο蟮哪挲g范圍較大，開展地區(qū)條件不盡相同，仍需要根據(jù)實際的情況探索不同的STEM教學模式以滿足不同的需求。

3.2? 系統(tǒng)設(shè)計STEM課程

我國大多數(shù)的STEM課程都是短期的，且課程的獨立性較強，整體來說缺少連貫性，不利于持續(xù)培養(yǎng)學生的STEM能力。研究人員應(yīng)該加強對STEM課程開發(fā)的理論研究，形成操作性較強的STEM課程開發(fā)體系，以此來幫助教師或者社會機構(gòu)開發(fā)系統(tǒng)性較強的STEM課程。

3.3? 加強STEM教育的師資培養(yǎng)

很多學校的STEM教師是由信息技術(shù)、科學、物理等教師兼任的，STEM教師隊伍需要進一步擴大，質(zhì)量需要進一步提高?？梢酝ㄟ^鼓勵高校開設(shè)STEM教育專業(yè)，吸納具有數(shù)學、科學、工程等學科背景的教師來擴大STEM教師隊伍，通過職前職后培訓、建立STEM教師資格考試等方式提高STEM教師的質(zhì)量。

參考文獻

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