STEM教育國內(nèi)外研究進展及走向

董彥

摘 ?要：作為全球教育教學(xué)改革研究的熱點領(lǐng)域，STEM教育在我國中小學(xué)學(xué)校教育和社會教育培訓(xùn)廣泛開展。以定量與定性方法相結(jié)合，通過Citespace 軟件知識圖譜分析挖掘國外STEM教育研究歷程的知識結(jié)構(gòu)、學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)與研究熱點，以此歸納我國STEM教育的三大研究走向及發(fā)展趨勢，即STEM教育生態(tài)系統(tǒng)、STEM教育課程體系、STEM教育評估模式。未來應(yīng)持續(xù)關(guān)注STEM教育的生態(tài)系統(tǒng)、課程體系、師資培養(yǎng)，加強STEM教育評估體系方面的研究。

關(guān)鍵詞：STEM教育;國內(nèi)外研究文獻(xiàn);CiteSpace;研究走向

中圖分類號：G711 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ?文章編號：2096-3769（2020）06-070-06

STEM教育理念正在引領(lǐng)國際科學(xué)教育思潮，是當(dāng)今全球范圍內(nèi)課程與教學(xué)改革的發(fā)展趨向，也是深化我國中小學(xué)素質(zhì)教育的實踐轉(zhuǎn)向。STEM教育是基于科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）的跨學(xué)科教育，美國國家科學(xué)技術(shù)委員會STEM教育委員會（CoSTEM，2011）定義STEM教育為“主要集中在物理和自然科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科、主題或問題（包括環(huán)境科學(xué)教育或環(huán)境管理）的正式或非正式的教育”[1]。對于這種“重實踐的跨學(xué)科教育理念和教育模式”，我國《教育信息化“十三五”規(guī)劃》強調(diào)，要“創(chuàng)新教育形式，探索STEM教育”。STEM教育提倡讓青少年和兒童動手完成他們感興趣的科學(xué)項目，在問題探索和解決過程中培養(yǎng)學(xué)生更多元化和更具創(chuàng)新性的探索精神。2017年中國教育科學(xué)研究院成立STEM教育研究中心，2018年“中國STEM教育2029創(chuàng)新行動計劃”全面啟動，這使STEM引入中國少兒啟蒙教育（如樂高編程）和中小學(xué)創(chuàng)新教育（如江蘇省青少年科技中心的STEM項目）進入快車道。

由于國外對STEM教育的關(guān)注比較早，我國對于STEM教育的研究始于2008年左右 ，因此本文對國內(nèi)外研究文獻(xiàn)的起始年限定為2008年，為十二年的研究周期。國外研究文獻(xiàn)為Web of Science 核心合集，國內(nèi)研究文獻(xiàn)為CNKI源數(shù)據(jù)庫的CSSCI。與歷時長久、持續(xù)保持研究熱點的國外WoS文獻(xiàn)相比，我國STEM教育研究的CSSCI文獻(xiàn)極為不足，起步較晚（2010年初只出現(xiàn)2篇），零星不穩(wěn)且呈現(xiàn)斷線，明顯缺乏系統(tǒng)化。本文將全面梳理和深入挖掘國內(nèi)研究文獻(xiàn)，并借鑒國外經(jīng)典文獻(xiàn)和研究動態(tài)，探討我國STEM教育的研究趨勢。

一、國外STEM教育研究進展與熱點

（一）文獻(xiàn)來源與分析方法

國外STEM教育的研究文獻(xiàn)過于龐大，美國德雷塞爾大學(xué)陳超美教授開發(fā)的CiteSpace軟件能夠把研究主題的演進情況和最新趨勢進行可視化呈現(xiàn)，清晰直觀解讀學(xué)科的研究進展、熱點前沿與發(fā)展趨勢。因此，本研究使用新版本Citespace V軟件，繪制國外STEM教育的科學(xué)知識圖譜。為了準(zhǔn)確掌握STEM教育的研究熱點與趨勢，本文以WoS核心合集中SCI、SSCI和A&HCI三大數(shù)據(jù)庫收錄的十年來STEM教育研究為文獻(xiàn)來源。以“TS=（STEM education）”為主題，檢索時間節(jié)為2008-2019年，共檢索出相關(guān)研究文獻(xiàn)4496篇（檢索時間：2020年1月24日）。

從文獻(xiàn)來源國別上看，載文量排名前十的國家依次為美國（2562）、英國（249）、澳大利亞（175）、加拿大（162）、西班牙（148）、德國（115）、土耳其（93）、中國（85）、荷蘭（59）和巴西（56），我國學(xué)者屬躋身國際STEM教育研究的學(xué)術(shù)主流之列。

（二）關(guān)鍵詞共引分析

本文通過關(guān)鍵詞共引分析來鑒別STEM教育的主要研究方向和研究熱點。為了對國外STEM教育研究的關(guān)鍵詞進行共引分析，筆者利用CiteSpace進行了以下數(shù)據(jù)處理：節(jié)點類型設(shè)定為關(guān)鍵詞，然后繪制出關(guān)鍵詞共引分析的知識圖譜，如圖1所示。其中共有251個關(guān)鍵詞圓形節(jié)點，有1175條連線，密度為0.037。

根據(jù)數(shù)據(jù)處理條件，結(jié)合STEM教育研究關(guān)鍵詞共引分析和關(guān)鍵詞頻數(shù)中心性數(shù)據(jù)表可以看出，根據(jù)關(guān)鍵詞的屬性和主題進行歸類與合并，發(fā)現(xiàn)主要熱點主題分布在STEM教育、科學(xué)教育、學(xué)生、性別等項目上。

（三）文獻(xiàn)共被引分析

在文獻(xiàn)綜述中，早期的奠基性文獻(xiàn)和共被引頻次和中心性都比較高的關(guān)鍵節(jié)點文獻(xiàn)形成STEM教育的研究脈絡(luò)，組成STEM教育的重要知識基礎(chǔ)，特別是對相關(guān)研究產(chǎn)生重大影響的種子論文。根據(jù)數(shù)據(jù)處理條件，輸出高被引文獻(xiàn)簡表，如表1所示。此類關(guān)鍵文獻(xiàn)構(gòu)成有代表性的文獻(xiàn)，研讀下列高被引文獻(xiàn)有利于深入探討STEM教育研究的知識基礎(chǔ)。

借助Timezone視圖對研究趨勢進行分析，其中教育學(xué)、科學(xué)、工程、多學(xué)科、工程電氣和電子、計算機科學(xué)、心理學(xué)、工程學(xué)、商業(yè)和經(jīng)濟學(xué)等學(xué)科都對STEM教育研究有涉獵，各學(xué)科之間又彼此聯(lián)系、相互交叉、有所滲透。結(jié)合軟件突現(xiàn)檢測算法選擇突現(xiàn)詞，并篩選突現(xiàn)關(guān)鍵詞運行分析，結(jié)果表明：2015年“機器人技術(shù)”受到關(guān)注，2014年“基于項目的學(xué)習(xí)”受到關(guān)注，2012年“環(huán)境”和“學(xué)業(yè)成績”受到關(guān)注，2010年“競賽”受到關(guān)注，2009年“健康”備受關(guān)注，“質(zhì)量”和“課程”也成為關(guān)注點。

二、國內(nèi)STEM教育的研究走向及發(fā)展趨勢

如上所述，西方發(fā)達(dá)國家均出臺各項政策措施加大STEM教育，而美國、英國、澳大利亞、加拿大等國STEM教育研究成為顯學(xué)熱門。2018年，澳大利亞啟動了堪培拉大學(xué)負(fù)責(zé)的“澳大利亞早期學(xué)習(xí)STEM”（ELSA）項目試點工作。結(jié)合以上國外STEM教育研究進展的圖譜分析，可以歸納我國STEM教育的三大研究走向及發(fā)展趨勢：STEM教育生態(tài)系統(tǒng)、STEM教育課程體系、STEM教育評估模式。

（一）STEM教育生態(tài)系統(tǒng)

當(dāng)前，我國STEM 教育還剛起步，在進行規(guī)劃時可以借鑒其他國家的經(jīng)驗進行頂層設(shè)計。除了學(xué)校STEM教育，從更為整體的視角出發(fā)，美國國家科學(xué)研究委員會（NRC）（2015）對校外STEM項目的全面評估，主要從個人、項目和社區(qū)等三個層面科學(xué)評估STEM學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)[9]。借鑒歐美各國推進STEM政策的先進理念和實踐，重視STEM項目的交流平臺建設(shè)和非正式組織及多部門協(xié)同，打造一體化STEM教育創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。

1. 強化STEM 教育政策頂層設(shè)計

對于STEM教育的重大改革，國家政策層面上的頂層設(shè)計尤為關(guān)鍵。祝智庭和雷云鶴（2018）指出，“在中國，STEM教育剛剛受到關(guān)注，雖已進入國策視野，但尚未形成總體實施方案。”[10]我國雖然已在大力推動STEM教育，但尚缺乏支持STEM教育發(fā)展的國家戰(zhàn)略和專門政策，因此，目前亟待結(jié)合我國國情，強化STEM教育政策頂層設(shè)計，促進STEM教育的本土化發(fā)展。

從國家層面上我國也正在積極制定STEM教育的頂層設(shè)計與發(fā)展規(guī)劃。教育部發(fā)布了各種相關(guān)政策，提出要明確我國STEM 教育發(fā)展任務(wù)，探索我國STEM教育模式，完善我國STEM課程體系。需要強調(diào)的是，在進行STEM教育戰(zhàn)略的頂層設(shè)計時，應(yīng)統(tǒng)籌考慮我國的產(chǎn)業(yè)發(fā)展、人才國情和教育現(xiàn)狀。

2. 打造STEM教育生態(tài)系統(tǒng)

在具體實踐上，我國STEM教育缺乏連續(xù)性和系統(tǒng)性，國家應(yīng)統(tǒng)籌構(gòu)建良好動態(tài)的STEM教育生態(tài)系統(tǒng)，涵蓋STEM教育的環(huán)境建設(shè)、平臺建設(shè)、師資建設(shè)、課程開發(fā)、跨學(xué)科教學(xué)實踐、模式成果等各部分及其體系，在國家層面制定戰(zhàn)略、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、行動指南，地方政府層面上保障支持、示范推動、監(jiān)測評估，高校與學(xué)術(shù)機構(gòu)層面上進行科研引領(lǐng)、課程銜接、培訓(xùn)指導(dǎo)，企業(yè)與社會機構(gòu)層面上資源協(xié)同、課程服務(wù)、技術(shù)支持，中小學(xué)校層面上營造環(huán)境、引育師資、建設(shè)課程，系統(tǒng)推進我國STEM教育的跨越式發(fā)展。

近年來，在國際STEM項目實施和評估推動下，許多青少年宮、博物館、科學(xué)館以及一些專門性的STEM機構(gòu)成為我國校外STEM教育的實施主體。然而，當(dāng)前我國STEM教育缺乏必要的系統(tǒng)銜接，亟待各類STEM教育資源進行統(tǒng)籌，以協(xié)同機制與社會合力共同提高STEM教育的聯(lián)動。應(yīng)設(shè)立促進STEM教育的專門管理機構(gòu)，整合各類STEM教育力量，參與STEM教育規(guī)劃及其資源建設(shè)，并加強全媒體傳播，營造重塑全社會重視的STEM教育新環(huán)境，構(gòu)建一體化的STEM教育生態(tài)系統(tǒng)。

（二）STEM教育課程體系

面對當(dāng)前STEM教育熱點及發(fā)展趨勢，對STEM教育要加快其本土化，加強學(xué)科整合，構(gòu)建科學(xué)有效的STEM 教育課程體系，開展職前職后的STEM專業(yè)師資培養(yǎng)。

1. 推進學(xué)科整合的STEM教育實踐應(yīng)用

對于STEM教育來說，其核心特征是跨學(xué)科性。學(xué)生STEM素養(yǎng)提升一定要關(guān)注學(xué)科整合。Choi等（2016）認(rèn)為基于項目的STEM教育可提升學(xué)生學(xué)習(xí)成就，有助于引導(dǎo)學(xué)生解決整合設(shè)計、技術(shù)和科學(xué)的綜合性問題[11]。STEM整合多學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)科知識，通常源于真實問題和實際情境，依托適當(dāng)?shù)膶W(xué)科整合，將四門學(xué)科“構(gòu)建成一個綜合性的課程體系”。

相比于MOOC（慕課）、微課、翻轉(zhuǎn)課堂，我國的STEM教育起步較晚，目前存在如何把STEM教育與信息技術(shù)深度融合、如何促進跨學(xué)科協(xié)作教學(xué)、如何將STEM教育有機融合于學(xué)校課程體系、如何以有效評價體系做科學(xué)全面評估等諸多挑戰(zhàn)。因此，推進學(xué)科整合的STEM教育實踐要注重以真實情境為切入點，如將創(chuàng)客教育理念與STEM教育進行融合，推動STEM教育的實踐改革與理論創(chuàng)新。

2.構(gòu)建科學(xué)有效的STEM 教育課程體系

對于構(gòu)建科學(xué)有效的STEM 教育課程體系，國際上已有STEM課程整合模式的探索和突破。國際技術(shù)與工程教育協(xié)會（ITEEA）聯(lián)合STEM教學(xué)中心，基于美國《共同核心州立教育標(biāo)準(zhǔn)》（CCSS）、《技術(shù)素養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)：技術(shù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容》（STL）、《下一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（NGSS）、工程思維（EHoM）等四大全國性課程標(biāo)準(zhǔn)，組織STEM教師、課程管理員、教師培訓(xùn)者開發(fā)了STEM整合教育模式（I-STEM模式），I-STEM全面貫徹K-12，參照STEM各類學(xué)科的課程標(biāo)準(zhǔn)，整合STEM教育的課程、教學(xué)及其評價。

STEM教育課程實施是一項系統(tǒng)工程，也是一個漸進發(fā)展的過程，周鵬琴等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，與美國相比，我國各類STEM教育資源缺乏結(jié)構(gòu)性和系統(tǒng)性，也缺乏課程、教學(xué)及其評價的整合一致性[12]。因此，必須全面厘清我國實施STEM教育課程面臨的系列問題，系統(tǒng)考量課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程實施、課程功能、課程管理和課程評價等基本要素，構(gòu)建科學(xué)有效的STEM教育課程體系。管光海（2017）基于STEM整合教育模式的背景、內(nèi)容和特點，提出應(yīng)持續(xù)注重STEM課程、教學(xué)和評價的系統(tǒng)設(shè)計，緊密圍繞跨學(xué)科核心概念整合STEM教育，特別是要建設(shè)融入STEM的學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)，并建設(shè)STEM教育相關(guān)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)[13]。

3. 開展職前職后的STEM專業(yè)師資培養(yǎng)

為有效開展和系統(tǒng)推進STEM教育，STEM教育的師資培養(yǎng)首當(dāng)其沖。美國頒布了一攬子報告、法案和政策，如《有效的STEM教學(xué)法案》《STEM優(yōu)秀教師隊伍建設(shè)法案》《STEM教師的教育與指導(dǎo)支持法案》等，其他如美國教師教育院校聯(lián)盟（AACTE）2007年發(fā)布的報告《培養(yǎng)STEM教師：全球競爭力的關(guān)鍵》、2010年發(fā)布的《培養(yǎng)與激勵：為美國的未來實施K-12階段STEM教育》，舉辦基于實踐和課程的教師培訓(xùn)項目，通過校內(nèi)校際、同企業(yè)及專門機構(gòu)合作等途徑，持續(xù)提升STEM專業(yè)師資質(zhì)量。有鑒于此，為盡快解決當(dāng)前我國STEM教育師資匱乏及教學(xué)質(zhì)量參差不齊的急迫問題，有效提高STEM教育質(zhì)量，必須加強STEM教師的職業(yè)能力和素質(zhì)培養(yǎng)，開展職前職后的STEM專業(yè)師資培養(yǎng)。與傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)相比，STEM教育更重視以知識整合解決實際問題，所以對課程設(shè)計與STEM教師的要求層次更高。但因為缺乏對跨學(xué)科整合教學(xué)的深入領(lǐng)會，多數(shù)STEM教師并不了解跨學(xué)科STEM教學(xué)的影響和意義，因此STEM教師專業(yè)發(fā)展可能尚不足以支撐有效的STEM教學(xué)。為此，一方面要注重STEM教育職前教師的培養(yǎng)，對于新入職的STEM教師定期進行經(jīng)驗交流;另一方面，Siew等（2015）研究表明，STEM專業(yè)發(fā)展研討會可為教師在其STEM教學(xué)中采用創(chuàng)新的、有效的、基于項目的STEM方法提供所需的智力支持[14]。應(yīng)基于問題開展研究，組建跨學(xué)科研究團隊，豐富STEM專業(yè)發(fā)展培訓(xùn)形式，將STEM教育理念與實踐經(jīng)驗緊密結(jié)合。此外對STEM教育教師的職后培養(yǎng)需要打破分學(xué)科教師培養(yǎng)的傳統(tǒng)模式，協(xié)同學(xué)校、家庭、企業(yè)、社區(qū)和科研機構(gòu)，共同探索綜合化和跨學(xué)科的師資聯(lián)合培養(yǎng)模式。

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