我國STEM教育的研究現狀與趨勢

毛新玉 吳霓

摘要：本研究采用文獻計量法與可視化分析法，從研究數量、研究主體與研究內容三方面對2010至2019年我國STEM教育研究的熱點與趨勢進行系統分析。研究結果發現國內STEM教育研究整體發展呈上升趨勢，研究內容包括stem教育理論與實踐兩部分，最后提出未來STEM教育研究需要完善相關標準的建立，政策支持與教育實踐相輔相成;加強校企合作，實現STEM教育發展生態一體化等建議。

關鍵詞：STEM?STEM教育?Cite Space?可視化分析

一、研究背景

STEM 是科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）、數學（Mathematics）英文首字母的縮略語，最早由美國國家科學基金會提出。STEM因其跨學科特色和綜合能力培養導向而備受各國關注。美國商務部報告（2010）指出：社會對STEM人才的需求越來越大，STEM人才對國家競爭力、經濟增長和總體生活水平有特別大的影響，STEM工作是適應未來的，對國家的技術創新和全球競爭至關重要。在當下突飛猛進的創新浪潮中，中國亟需大量具備探究能力和批判性思維的綜合型創新人才。

我國STEM教育已經進入國策視野。2015年教育部發布的《關于“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）》中明確提出：要“探索STEAM教育、創客教育等新教育模式”。2016年教育部在《教育信息化“十三五”規劃》中提出“有條件的地區要積極探索信息技術在‘眾創空間、跨學科學習（STEAM教育）、創客教育等新的教育模式中的應用，著力提升學生的信息素養、創新意識和創新能力，養成數字化學習習慣，促進學生的全面發展，發揮信息化面向未來培養高素質人才的支撐引領作用”。2018年4月，中國教育科學研究院正式發布《中國STEM教育白皮書》，其中提出：STEM 教育在我國整個教育體系中的戰略地位需要被重新定位;STEM教育是面向所有學生培養綜合素質的載體。此外，該機構于2018年11月正式推出《中國STEM 教育 2029 創新行動計劃》提出在2049年新中國成立一百年時建成世界創新型國家。STEM教育已成為我國教育創新的一個重要抓手。目前我國STEM教育研究出現了哪些核心議題？本文通過對2010年至2019年STEM教育研究文獻進行可視化分析，剖析了STEM教育研究領域的熱點主題與前沿問題，并提出STEM教育未來發展的建議，以期為我國STEM教育研究提供參考。

二、研究設計

（一）研究方法與工具

本研究主要采用文獻計量法與可視化分析法。研究選取Cite Space作為分析軟件。該軟件是由美國德雷賽爾大學陳超美教授基于Java編程語言環境下研發的一款可視化軟件，主要用于科學文獻數據計量和分析、識別和顯示科學發展的新趨勢，且在分析和可視化分析方面具有準確高效的特點。本文將從年度發文量、主要研究機構、研究內容三個維度對我國STEM教育研究的現狀、熱點和趨勢進行分析。

（二）數據來源

本研究以北京郵電大學圖書館數據庫為入口， 在中國知網中以 “STEM教育”or“STEM &教學”or “STEM &教師”or“STEM &課程”作為主題進行檢索，時間跨度為2010年至2019年，檢索日期為2020年6月1日，共檢索到STEM教育相關文獻1720篇。由圖書情報學中的Bradford定律可知，某一專業領域的核心論文集中發表在少數頂尖期刊上，這些論文基本涵蓋了該領域的總體狀況。基于此，選擇“核心期刊”文獻與“CSSCI”文獻，共得到424篇。繼續人工剔除新聞報道、叢書、課程、會議資訊等非學術性文獻及與主題不符的文獻105篇，最終確定319篇有效文獻作為研究樣本。

三、STEM教育研究的時空分布

（一）年度發文量呈逐年上升趨勢，且近三年激增明顯

基于CNKI數據庫的核心期刊和CSSCI論文凝結了該領域的重要成果，具有很強的代表性和權威性，對STEM教育的論文數量及變化趨勢的研究可以較為直觀地反映出該領域的發展現狀。筆者按年份統計了近十年來該領域每年的論文發表數量（如圖3-1所示）。

整體來看，我國STEM教育研究相關文獻的數量呈逐年上升趨勢。（1）起步階段，小步快跑。2010年至2016年STEM教育研究處于起步階段，每年核心期刊與CSSCI的發文量總和小于30篇。2010年11月， 第一屆STEM教育應用國際會議于澳大利亞昆士蘭科技大學順利召開，第二屆于2012年11月24日至27日在北京召開，由昆士蘭科技大學和北京師范大學聯合舉辦。兩屆STEM教育應用國際會議的召開引起教育工作者的關注，核心期刊與CSSCI的高產作者開始關注到這一領域。2013年論文數量相較于2012年出現了較大增長，之后保持緩慢增長趨勢，直到2016年論文數量出現新的增長點。（2）政策引領，快速增長。2016年6月教育部在《教育信息化“十三五”規劃》中明確提出“要在有條件的地區探索信息技術在STEAM教育中的創新應用，培養學生的創新意識和創新能力。”該文件的發布極大地推動了STEM教育的快速發展。接著2016年10月14日第二屆中美STEM+創新教育論壇在北京教育學院舉行。2017年6月20日至21日，由中國教育科學研究院和成都電子科技大學聯合主辦的第一屆“中國STEM教育發展大會”在成都電子科技大學召開，大會發布了《2017年中國STEM教育白皮書》，啟動了“中國STEM教育2029創新行動計劃”。此次大會正式拉開了我國STEM教育發展的序幕，使更多學者對STEM教育有了深入認識。一系列重大事件直接觸發2017年的發文量出現了爆炸式增長，2016年到2017年發文量的增長率達178%。此后研究熱度持續不減，由此可見，頂層設計對我國STEM教育的研究與實踐起到了關鍵推動作用。

（二）研究團隊之間科研合作程度不高

在Cite Space中，將研究機構設為分析對象，時間切片設為1，可以得到我國STEM教育的研究機構分布情況（如圖3-2所示）。筆者將數據導出到表格，統計了發文數量排名前8的發文機構（見表3-1）。從研究機構分布圖中可以看出我國STEM教育研究團隊主要集中在高校，且以師范類院校為主，說明師范類院校是STEM教育研究和推進的中堅力量。

從地域分布來看，華東、華中、華北地區研究較為豐富，西北和華南地區相對較少，區域研究數量與本區師范大學數量之間基本呈現正相關。通過分布圖中節點間連線稀疏可以分析出各高校研究機構多為基于本校開展的自主研究，僅部分研究機構之間存在合作關系，而合作團體多以本校合作為主，合作關系呈現出較強的地域特征，總體尚未形成緊密的跨校科研合作網絡。

四、STEM教育研究的內容分析

關鍵詞（keyword）是學術論文中揭示研究主題、反映主題信息特性的詞匯或短語，是文章的核心與精髓。表4-1呈現的是頻次大于等于5的關鍵詞。中心度反映了一個關鍵詞在整個網絡中作為“媒介”的能力， 也就是占據其他兩個節點之間最短路徑的能力。經過該節點的連線越多，代表此節點擁有越高的中介性，進而體現出對整個網絡資源的控制程度。因此，一個關鍵詞的中介中心度越強，意味著它控制的關鍵詞之間的信息流越多。

通過關鍵詞的頻次及中心度可以看出，我國STEM教育在2010年至2019年這十年的研究熱點主要集中在“美國STEM教育”“創客教育”“科學教育”“STEAM教育”“教學模式”“教學設計”幾個方面。為全面把握我國STEM教育研究現狀，借助關鍵詞聚類并結合文獻閱讀對研究內容進一步分析，挖掘出當前STEM教育發展的核心內容和難點問題。筆者進一步閱讀文獻后發現STEM教育研究重點集中在人才培養、課程設計、教學模式及政策背景等方面，接下來從理論與實踐角度詳細闡述STEM教育的發展情況及過程中遇到的難點問題，挖掘出STEM教育的發展趨勢，旨在為STEM教育未來的發展提供參考性建議。

（一）STEM教育理論研究

1.政策背景研究

STEM教育起源于美國，國際上對STEM教育廣泛關注且有了一些較成熟的理論與實踐，值得我們借鑒。有關政策背景研究中主要是對國外STEM教育政策進行深入分析從而提出我國STEM教育政策的建議。周榕等借助于支持聯盟框架， 對美國STEM教育的體制內聯盟、體制外聯盟和受眾體聯盟及其信仰系統進行解析，進而解讀了美國STEM教育政策的歷史演進過程，并闡釋了STEM教育政策的變遷邏輯，最后提出我國應立足于政策導向與政策執行兩個層面，從全學段貫通、STEM全納教育、社會師資力量整合、教育經費保障、社會輿論引導以及支持聯盟權力共同體這六個方面構建STEM教育的政策體系。李剛等通過對《制定成功路線：美國的STEM教育戰略》進行內容分析，結合我國目前STEM教育現狀提出三點啟示：一是要構建公平而有質量的STEM教育生態，實現STEM教育合理布局;二是制定與完善STEM教育行業各類標準，保障STEM教育科學發展;三是圍繞大概念進行STEM教育課程設計，落實STEM教育核心理念。

2.STEM教育交叉領域研究

創客教育因其關注學生解決實際問題能力的培養理念、強調真實情境的場景與STEM教育的理念、策略不謀而合，但側重點的不同經常引發研究者習慣將兩者放在一起進行比較。如滕嬌嬌等從背景起源、理論基礎、活動類型、學科內容與課程載體五個方面對兩者進行了辨析，使讀者深入認識兩者的本質與特征。事實上，中小學的STEM教育與創客教育實踐之間常常是“你中有我，我中有你”的狀態，因此，一線教師不必過于關注兩者的區別，而應更多地從學生發展的角度去考慮如何設計相應的教學活動。

我國科學教育一直以來受傳統教學模式的影響，仍以教師傳授制為主要形式。而STEM課程注重對科學技術的應用與創新，充分體現出對創新能力與解決實際問題能力的培養，教師更側重對學生動手能力及主動參與實踐的引導。因此，STEM教育已經成為科學教育的發展趨勢。有學者對美國的STEM教育和科學教育改革進行研究，何善亮深入研究美國《Science Fusion》教材的編制特色，對加強我國中小學科學教材建設，特別是對在科學教育中如何開展STEM教育提出了思考：要樹立大科學教育觀，堅持科學教材整體設計，實現STEM教育的學科融合，直面現實世界真實問題。

（二）STEM教育實踐研究

1.STEM課程設計與實踐

當前，學術界對STEM整合課程的不同理解產生了不同定義，雖表述不同，但均建立在“基于真實情境，打破STEM四門學科的界限，將各個學科建立知識聯系，以達成跨學科整合的效果”的共識上。我國關于STEM課程的研究主要涉及美國課程開發的案例分析、中小學STEM課程設計與實踐、STEM跨學科課程整合的內涵、模式構建、實施路徑等理論研究，包括國內實踐研究與國際案例分析。

國內一線教師對STEM課程整合實踐進行了初步探索，耿紅采用“半開放式”教學模式在七年級物理課程中開展了“探究一款能點亮彩燈的面團”的實踐探究，將物理、化學、美術、音樂等藝術學科融合在一起，激發了學生的探究樂趣，實現了STEM教育的理念與物理教學零距離對接。陳希等人采用6E設計型學習模式進行了基于工程設計的STEM課程設計。國際案例分析多是引入美國某節課的課堂實踐，對課程開展具體流程進行詳細介紹，張靜等人以美國高中一堂圍繞“防撞墊”制作的STEM課程為例，詳細展示了美國STEM教育模式的一般過程，從而為我國STEM課程的設計與開發提供借鑒。

2.STEM教學模式探索

檢索發現研究者對STEM教學模式的關注從2017年開始，核心期刊與CSSCI中有關STEM教育模式的研究有10篇，研究視角多元化。2018年3月，趙呈領等以“5E教學流程（參與-Engage、探究-Explore、解釋-Explain、精致-Elaborate和評價-Evaluate五個環節）”為基本架構， 以“探究”為核心點，將發現式、推理式、實驗式探究策略加入該流程，設計了面向STEM教育的5E探究式教學模式并結合案例進行了分析。同年8月，趙呈領等依據跨學科整合取向的STEM教育課程設計觀， 在建構主義與創新理論指導下， 以“做中學”為建構途徑，構建了創客-STEM教學模型，將STEM教育跨學科的過程理念與創客教育創新的結果理念有機融合來促進過程學習與成品制作協調發展。何麗丹等通過整合STEM教學模式構成要素和創造過程階段說，借鑒克羅多納（Kolodner， 2003）基于設計的科學探究學習循環模型和美國國家工程院使用的工程設計流程，構建了面向創造力培養的STEM教學模式，包括教學目標、學習活動、教學環境和教學評價四個方面。黃雪嬌等基于知識建構理念構建了包括“知識共享協商、知識建構、知識集成”三個層面的STEM教學模式，在教學目標上有別于項目式STEM教學，更加注重深層次知識建構。余勝泉等構建了證據導向的STEM教學模式，強調關注學生的學習過程，在設計問題或項目時注重知識的內在邏輯以及跨學科整合性。研究者站在不同的研究視角各自對STEM教學模式進行了探索，且應用到實踐中檢驗模式的合理性，為教學模式的研究提供了可操作性的成果與思路。

五、展望

通過對近10年STEM教育研究文獻的發表數量、主要研究機構分布、研究內容等進行分析，發現我國STEM教育研究正處于百花齊放的快速發展期，研究成果大幅增長，研究機構逐漸增多，研究內容越來越豐富。但也發現目前的研究還存在一些不足，如實證研究弱化、研究內容發散、跨地域研究團體尚未形成、研究生態不夠健全等問題。基于以上分析與思考，筆者對今后我國今后STEM教育研究提出以下建議：

（一）政策支持與教育實踐相輔相成

一門學科的發展離不開學科標準、教學設備、師資、課程資源的確定與完善，而當前我國STEM教育缺乏統一的學科標準。首先，對于教師資質認證沒有明確規定，導致教師培養缺少參照。其次，課程標準和評價指標的缺乏使得課程開發與設計存在導向迷失問題。當前學校和機構均處于摸著石頭過河的自我探索階段。因此，未來STEM教育向前發展需要國家在教學資源、標準建立及教育決策等方面提供政策支持，著手解決STEM優秀教師緊缺及其后續的專業發展問題，提升STEM教師基于設計的行動力。同時，研究者也應嘗試積極解決STEM教學目標、教學模式、課程建設、教學評價等現實問題，為頂層決策提供參考方案。

（二）STEM教育生態發展一體化

當前研究者的研究團隊主要集中在本校，很少與其他高校或研究機構進行合作，表現出明顯的地域特色。高校之間的差異性恰恰應該成為合作起點，做到優勢互補。STEM教育研究的未來形態將是高校STEM教育研究與校外機構的STEM教育實踐并行發展。首先，政府層面的頂層設計與規劃，相關標準的制定是推動實踐探索的有效指引。其次，高校、中小學、科研院所、社會教育機構及事業型公共場館（如科學中心、博物館和天文館等）之間應加強合作，一方面可以彌補高校研究樣本獲取難題，另一方面對中小學和企業的教學實踐可以提供科學有效的指導。最終形成校企協同、政企聯合、校內外互通、資源共享的STEM教育發展生態。未來政府、中小學、高校、場館、教育機構將共同發力，為STEM教育研究和實踐發展注入新的能量，為我國培養出更多適應未來社會的創新型人才而持續努力。

參考文獻：

[1]祝智庭，雷云鶴.STEM教育的國策分析與實踐模式[J].電化教育研究，2018，39（01）：75-85.

[2]中華人民共和國教育部.教育部關于印發 《教育信息化“十三五”規劃》的通知[EB/OL]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201606/t20160622_269367.html.（2016-06-07）/[2020-03-07].

[3]ChenC.Cite Space II：detecting and visualizing emerging trends and transient patterns in scientific literature[J].Journal of the American Society for Information Science and Technology， 2006 （3）：359-377.

[4]趙新亮，張彥通.近十年美國高等教育研究的現狀、熱點與趨勢——基于美國5種SSCI高等教育期刊的可視化分析[J].中國高教研究，2015（10）：63-69.

[5]學友.第二屆科學、技術、工程、數學教育應用國際會議11月在北京師范大學召開[J].遠程教育雜志，2012，30（03）：72.

[6]第一屆“中國STEM教育發展大會”在成都市召開[J].現代教育，2017（07）：2.

[7]汪雅霜，付玉媛.近十年國際高等教育評估研究的現狀、熱點及趨勢[J].黑龍江高教研究，2020，38（03）：6-11.

[8]張靈芝.1998年以來中國高等教育研究熱點及其知識可視化圖譜分析——基于CSSCI高等教育類論文關鍵詞的分析[J].高教探索，2012（02）：41-46.

[9]楊開城，竇玲玉，李波，等.STEM教育的困境及出路[J].現代遠程教育研究，2020，32（02）：20-28.

[10]周榕，李世瑾.嬗變之路：美國STEM教育政策的歷史演進與變遷邏輯——基于支持聯盟框架的研究視角[J].遠程教育雜志，2019，37（04）：85-95.

[11]李剛，呂立杰.構建公平而有質量的STEM教育生態——《制定成功路線：美國的STEM教育戰略》解讀及啟示[J].中國電化教育，2019（07）：99-106.

[12]Sanders M.STEM， STEM Education， STEM mania [J].The TechnologyTeacher，2009（4）：20-26

[13]滕嬌嬌，閆志明，張銘銳，等.STEM教育與創客教育辨析[J].現代教育技術，2019，29（11）：101-106.

[14]何善亮.如何在科學教育中開展STEM教育——基于美國《Science Fusion》教材工程技術教育特色的思考[J].教育理論與實踐，2019，39（32）：42-46.

[15]董澤華，卓澤林.基于項目學習的STEM整合課程內涵與實施路徑研究[J].中國電化教育，2019（08）：76-81+90.

[16]耿紅.STEM理念與物理教學零距離對接——面對學生的STEM課程系列之“探究面團的導電性”[J].物理教師，2018，39（12）：35-39.

[17]陳希，程林.基于工程設計的高中STEM課程設計與實踐——以“建筑結構設計”課程為例[J].現代教育技術，2019，29（02）：121-126.

[18]張靜，張雪，丁林.STEM教育視角下美國高中物理課程教學案例評析[J].物理教學，2019，41（11）：74-76.

[19]趙呈領，趙文君，蔣志輝.面向STEM教育的5E探究式教學模式設計[J].現代教育技術，2018，28（03）：106-112.

[20]趙呈領，申靜潔，蔣志輝.一種整合創客和STEM的教學模型建構研究[J].電化教育研究，2018，39（09）：81-87.

[21]何麗丹，李克東，鄭云翔，等.面向創造力培養的STEM教學模式研究[J].開放教育研究，2019，25（04）：66-74.

[22]黃雪嬌，周東岱，黃金，等.基于知識建構的STEM教學模式構建研究[J].現代教育技術，2019，29（06）：115-121.

[23]余勝泉，吳斕.證據導向的STEM教學模式研究[J].現代遠程教育研究，2019，31（05）：20-31+84.