我國STEM教育研究熱點與發展趨勢分析

支彬茹

【摘 要】STEM教育是全球培養創新型、綜合型、應用型人才的教育。自1986年STEM在美國被提出以來，STEM教育成為教育研究領域一個經久不衰的熱詞。我國自2008年開啟STEM教育研究至今已近10年，其研究方向呈多角度發展，雖仍處于初級階段，但已有一定的成就。基于CNKI中國知網，本文對我國的STEM教育研究相關文獻進行高頻關鍵詞的共現分析、聚類分析，從STEM教育與現實能力培養、STEM課程融合、STEM教育與創客運動相結合、STEM教育與人才培養、美國STEM教育、關于STEM教育的其他研究六個維度進行綜述，總結我國STEM教育研究發展的趨勢是繼續探究美國的相關研究、加深STEM教育實踐探究、加強STEM教育本土化研究和結合時代熱點進行研究。

【關鍵詞】STEM教育；現狀；發展；綜述

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2017）06-0039-04

STEM是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Math）四個英文首字母的縮寫，簡言之STEM就是科學、技術、工程、數學的教育，是依靠綜合運用多學科知識解決實際問題的教育[1]。STEM教育并不是將四個學科簡單相加，而是運用一種整合的方式聯系四種學科中的共通之處，來培養學生的綜合素養和解決實際問題的能力。1986年，美國國家科學委員會（NSB）發表了《本科的科學、數學和工程教育》報告，報告中提出了“科學、數學、工程和技術教育集成”戰略，以此來開發大量的科技人力資源，保持國家經濟的全球領導地位，被視為STEM教育的開端[2]。

STEM教育在美國發展迅速，近年來國內學者對其關注度也逐年上升。自朱學彥、孔寒冰2008年發表《科技人力資源開發探究——美國STEM學科集成戰略解讀》以來，我國對STEM教育的研究已近10年。雖然我國相關研究仍處于萌芽階段，但對現階段我國STEM教育研究進行整理分析具有重要意義。本文試圖通過對我國相關文獻的研究把握我國STEM教育研究方向，分析我國STEM教育未來的發展趨勢，為后續研究提供參考。

研究設計

1. 數據來源

本文的數據來源為中國知網，采用主題檢索，以“STEM”“STEAM”“STEM教育”“STEAM教育”“STEM課程”五個主題詞查詢CNKI中國知網，時間范圍從美國提出STEM教育伊始（1986年）到2017年4月，排除無關研究、教育信息通知，共搜集有效文獻171篇。

2. 研究方法和工具

本文使用共詞分析法對搜索到的文獻進行分析。共詞分析法是一種分析文獻中詞匯同時出現的情況，以此來確定文獻中研究主題之間的關系的研究方法[3]。本文通過詞頻分析、聚類分析將文獻中的高頻關鍵詞進行分類，進而判斷我國STEM教育研究的熱點和趨勢。研究工具主要為書目共現分析系統Bicomb和數據統計分析軟件SPSS 22.0，輔助軟件為Excel數據處理軟件。本文將檢索到的文獻信息錄入Bicomb，統計分析得到高頻關鍵詞表，再根據構建高頻關鍵詞詞篇矩陣和共現矩陣，進行研究熱點的初步分析。將詞篇矩陣導入SPSS 22.0，生成聚類樹，以此來得出結論。

研究過程

1. 文獻數量分析

將文獻信息導入Bicomb后，將關鍵字改為“年”進行統計，可以得到每年的文獻數量，從2008年到2012年，STEM教育仍處于不被大范圍關注的狀態，只是偶有文章發表，自2013年至今，我國對于STEM教育的研究文獻數量逐年上升，尤其是近三年來，文獻數量上漲迅速，2016年發表文獻數量71篇，是近年來發表數量最多的年份。

2. 高頻關鍵詞詞頻分析

將文獻信息導入Bicomb后，將關鍵字段改為“關鍵詞”進行統計提取，可以得到文獻中關鍵詞的詞頻表，修改詞義相近關鍵詞后（例如將“STEM”改為“STEM教育”，與“STEM教育合并”），得到我國STEM教育研究高頻關鍵詞表，如表1所示（表中展示了詞頻≥3的關鍵詞）。因為本文是以STEM作為主題詞進行檢索，所以“STEM教育”位列第一，除此之外，排在前十位的關鍵詞有：STEAM教育、創客教育、美國、學科融合、人才培養、STEM課程、學習過程、科學教育、啟示。

3. 構建矩陣

（1）高頻關鍵詞詞篇矩陣

將Bicomb的關鍵字段選為“關鍵詞”，設定閾值為≥3，≤150（選擇關鍵詞出現頻次在3次到150次之間的關鍵詞），構建詞篇矩陣，如表2所示。其中，第一列為高頻關鍵詞，第一行中的V1、V2代表文章編號，表中數據“1”表示該關鍵詞是該篇文章的關鍵詞之一，“-”則表示不是。

（2）高頻關鍵詞共現矩陣

以同樣的選擇關鍵字段和閾值的方式構建高頻關鍵詞共現矩陣，關鍵詞共現矩陣是一種對角線對稱矩陣，對角線上的數字代表該關鍵詞在所研究文獻中出現的頻次[4]。表格中的數據代表這兩個關鍵詞在同一篇文章中出現的頻次，可知，數據越大，表示這兩個關鍵詞之間的關系越密切。

4. 高頻關鍵詞聚類分析

聚類分析是指在數據中尋找相似元素的集合[5]。進行高頻關鍵詞聚類分析的目的就是將高頻關鍵詞分類。將高頻關鍵詞詞篇矩陣導入SPSS，選擇“組之間鏈接”聚類方法和Ochiai的二分類方法對出現頻次大于3的32個關鍵詞進行聚類，可得聚類樹狀圖，如圖1所示。分析聚類樹狀圖可知，可將文獻關鍵詞大致分為六個主題：STEM教育與現實能力培養、STEM課程融合、STEM教育與創客運動相結合、STEM教育與人才培養、美國STEM教育、關于STEM教育的其他研究。

我國STEM教育研究熱點

1. STEM教育與現實能力培養

項目學習、問題解決、工程教育、教育標準、技術素養，這幾個關鍵詞體現了STEM教育的本質：培養學生的素養并解決實際問題[6]，而為達到這樣的教育目標，可采用項目式學習，將工程教育和技術教育融合至平常的數學和科學教育中。項目式學習是指將真實項目引入課堂，讓學生在動手實踐的過程中逐漸培養解決實際問題的能力。國內對項目式學習的實踐研究稀少，有首新、胡衛平等人探索了基于文化—歷史活動觀的小學生項目式STEM學習模式[7]，大多數學者仍處于評價美國項目式學習模式階段，如丁杰和蔡蘇等在研究中提到Berry主張的基于項目的學習與STEM教育結合的三種模式：中心項目模式（教師主導課堂，學生完成核心任務）、學生主導項目模式（學生自己設計項目，教師全程指導完成）、基于學生主導項目的課程（學生提出問題并解決，教師監督完成）[8]。

2. STEM課程融合

這一主題所包含的關鍵詞有：STEM教育、學科融合、課程設計、學習過程、教學改革、STEM整合。STEM教育雖然是科學、技術、工程、數學四個單詞的首字母縮寫，卻不表示STEM教育是把這四個學科進行簡單疊加。通過課程設計，尋找課程中緊密相關的共通之處，是STEM教育的一個重要研究方向。我國學者在研究美國STEM課程融合的基礎上根據自身教學經驗提出了很多觀點。如余勝泉和胡翔在《STEM教育理念與跨學科整合模式》中提到赫希巴奇提出的兩種STEM跨學科整合模式：相關課程模式和廣域課程模式。同時他們提出了跨學科整合的三個基本取向：學科知識整合取向、生活經驗整合取向、學習者中心整合模式[9]。鄒正在《秉學科融合創新 促學生自由成長——兼談學校STEM + 課程體系的構建與實施》中結合學校的眾多教育案例提出了他對于STEM+理念的觀點，提出要提升校本課程品質，注重學科之間的融合、豐富學生社團活動、開拓國際視野課程，增進多元文化融合、開發實驗創新課程、廣泛利用社會資源等觀點[10]。

3. STEM教育與創客運動相結合

從聚類樹狀圖看，這個主題所包含的關鍵詞有：STEAM教育、創新能力、3D打印、創客空間、創客教育、創客、教育創新。近幾年來我國大力提倡創客運動，將創新推舉到一個嶄新的高度，3D打印作為一種新型技術手段。近年來被頻繁用在創客教育及STEM教育中。隨著3D打印技術的越發成熟和創客運動的迅速升溫，學者們逐漸發現STEM教育與創客教育的內在聯系即為創新和“做中學”。3D打印成為促進兩者結合的一種手段，于是將STEM教育與創客相結合的趨勢越發明顯。現在相關研究主要有對STEM教育和創客教育的比較研究、STEM教育和創客教育融合的研究等。除去對兩者的整體研究，也有眾多學者將視角放在STEM教育和創客教育融合的某一細小分支，如王旭卿就依據STEM教育和創客教育的現狀提出了面向STEM教育的創客教育模式，并分析了相關教育案例[11]。

4. STEM教育與人才培養

人才培養是STEM教育的最終目標，而為達成這個目標，STEM教育課程、課程的設計就顯得尤為重要。我國STEM教育實踐仍處在發展初期，但眾多學者在教學設計方面有了很多的研究，有對美國STEM教育課例的分析，如蔡慧英和顧小清在《設計學習技術支持STEM課堂教學的案例分析研究》一文中就詳細介紹了Wallcology和EvoRoom兩個課例[12]；有對我國STEM教育課程的設計，如華東師范大學王玲玲的《基于STEM的小學科學課程設計研究》和浙江師范大學李揚的《STEM教育視野下的科學課程構建》，還有王奇偉的《小學STEM課程中工程思維培養的教學設計研究》。除此之外也有眾多STEM教育的實踐案例，這個主題是我國STEM教育研究較為活躍的一個主題。

5. 美國STEM教育實踐研究

美國是STEM教育的發祥地，我國學者對美國STEM教育的研究能夠及時獲得世界STEM教育研究的前沿信息，同時可以吸取美國的教育經驗，為我國STEM教育發展提供參考，是我國STEM教育研究的一個重要方向。根據這個類型中的關鍵詞：美國、K-12階段、中小學、STEM學科，可知這一類型中大多數是研究美國STEM教育實踐的。我國對美國STEM教育實踐的研究集中在現狀研究、美國K-12階段的STEM教育研究、STEM教育政策的研究、美國STEM教育面臨的問題及其解決方式的研究等方向。朱學彥和孔寒冰是國內最先研究美國STEM教育的學者，在他們的文章《科技人力資源開發探究——美國STEM學科集成戰略解讀》中，概括性地敘述了美國STEM教育的形成與發展、組織與實施，也總結了其對我國的啟示。這篇文章的出現成為眾多學者研究美國STEM教育的范例，此后眾多學者的相關研究也遵照這樣的研究范式進行。

6. 關于STEM教育的其他研究

從聚類樹狀圖中可知科學素養、美國STEM教育、科技館、教育政策這四個關鍵詞相對獨立，無法與其他關鍵詞進行聚類，因此歸于其他研究。他們四個詞語的詞頻均為3，說明有一些學者在研究，但還是相對較少，這就可以和詞頻在3以下的關鍵詞一同被列入其他領域，在此并不做深入分析。

我國STEM教育研究發展趨勢

近10年來，我國學者對STEM教育的研究已初具成效，研究范圍較廣，包含了STEM教育與現實能力培養、STEM課程融合、STEM教育與創客運動相結合、STEM教育與人才培養、美國STEM教育等方面。

今后的研究可能會從以下幾個方面進行：（1）對美國相關研究的解讀仍會持續存在。現在對美國STEM教育的研究還未詳盡，所以今后我國學者對美國STEM研究仍會繼續，且研究深度會進一步加深。（2）對我國STEM實踐探索的研究數量會大量增加。我國現在的國家政策正在對STEM教育逐漸開放，這意味著我國STEM教育實踐會大量增加，這就會給學者提供更多的研究機會。（3）對STEM教育本土化研究會更加深入。我國現在關于STEM教育實踐的研究較為淺顯，多是簡單的教學設計，逃不開整合思想不夠深入和模仿美國固有模式的怪圈，所以如何進行STEM教育本土化是十分重要的問題。（4）結合符合時代特征的熱點如創客運動和互聯網+的研究也會大量產生。我國的STEM研究熱點中包含了創客教育與STEM教育結合，這一研究仍會處于高熱階段。近年來“互聯網+”也是一個研究熱點，已經出現了幾篇關于“互聯網+”和STEAM結合的文章，相信這一趨勢還會繼續。隨著我國對STEM教育的逐步關注，我國對STEM教育的研究會逐漸走上正軌。

（作者單位：吉林延邊大學師范學院）

參考文獻

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