近5年國內STEM物理教育研究綜述
——以中國知網檢索到的相關期刊文獻為例

王海林 肖 化

(華南師范大學物理與電信工程學院 廣東 廣州 510006)

1 引言

隨著教育界“培養德智體美勞全面發展且具有創造力的人”理念的提出，STEM教育作為科學、技術、工程和數學所交叉融合的學科，由于和物理學科特性相符合，逐漸出現在物理教育的研究視野之中.STEM教育是一種以項目學習、問題解決為導向的課程組織方式，它將 STEM知識有機地融為一體，有利于學生創新能力的培養[1].因此，越來越多學者將研究重心轉移到了STEM的研究領域.在較早時期，國內學者關于STEM物理教育的研究主要是理論研究，集中為STEM概念和方法研究.隨著教育學界對STEM開展的進一步研究，如定性研究STEM在物理教育中的運用、教學設計和教學實踐也逐漸在國內興起，并且在最近的幾年中開始成為了教育學界的熱門話題.基于此，本文將從研究對象、研究方法和研究內容這3個基本維度出發，對到2020年12月近5年發表于國內期刊的相關文獻進行統計分析，以此了解國內STEM物理教育的研究發展狀況，并對此提出展望.

2 研究設計

在此研究中，筆者在CNKI檢索框中輸入主題為“STEM”并且以“物理教學”對其進行高級檢索，檢索到自2016年到2020年發表的論文共計24篇.檢索結果如圖1所示.由此可見，有關STEM和物理教學相關的文獻從2015年開始出現，并且每年發表的文獻都在增加.這也說明STEM與物理教學是現在教育學界中趨于火熱的研究方向.隨后，筆者將從研究對象、研究方法和研究內容共3個總維度出發，對以上24篇文獻進行統計分析和歸納整理，以此來了解近5年國內STEM物理教育研究的整體情況，為未來的STEM物理教育研究提供一定的借鑒意義.

圖1 STEM物理教學檢索結果

3 研究結果

3.1 研究對象

筆者首先對24篇文獻的研究對象進行了歸類和分析統計，所得到其具體研究情況如表1所示.

由表1可知，國內關于STEM物理教育研究主要還是以大學生和中學生為主要研究群體.其中，除了5篇沒有明確的研究對象以外，以初中生群體作為研究對象的共計6篇，占比25%；以高中生群體作為研究對象的共計10篇，占比42%；以大學生群體作為研究對象的共計2篇，占比8%；以少數民族學生群體為研究對象的共計1篇，占比4%.由此可見，從研究對象的角度來看，目前國內關于STEM物理教育研究對象的選擇相對不平衡，絕大多數都是選擇以初中生群體和高中生群體為主要的研究對象.而對大學生和少數民族學生群體在STEM物理教育的研究中相對較少.鑒于此，筆者希望未來的相關研究可以對這兩個群體投入更多的研究，以補充在這方面的研究不足的現狀.

表1 STEM物理教育研究對象

3.2 研究方法

接著，筆者又對這24篇文獻的研究方法進行分類歸納和分析統計，得到其分析的具體情況如表2所示.

表2 國內STEM物理教育研究方法

由表2可知，國內關于STEM物理教育的研究方法主要是以非實證研究為主，實證類研究為輔.其中，近5年國內非實證類研究共計15篇，占比63%.實證類研究共計9篇，占比37%.而在這些實證研究中，主要是以質性研究為主，其相關文獻數量達到6篇，占比25%.具體來說，研究中所使用的方法多數都是通過構建教學模型來進行的.此外在實證研究中，質性研究和量化研究相混合的發文量很少，占比輕.其中，量化研究的文獻也較少，只有2篇，占比8.3%.混合研究近5年只發表了1篇，占比4%.該數據表示國內STEM物理教育的研究方法較為單一，量化研究較少.根據國內STEM物理教育研究方法的現狀，筆者建議研究者在未來可以采取更多元化的方法進行研究，如用調查問卷法、訪談法等等，以此更準確地定位研究對象的STEM物理教育現狀.

3.3 研究內容

最后，筆者再對這24篇文獻的研究內容進行了歸類和分析統計，得到其具體的研究情況如表3所示.

表3 2016-2020年國內STEM物理教育研究內容

由表3可知，國內STEM物理教育研究內容主要集中在關于STEM物理教育教學設計、STEM教育在物理教育中應用和物理教學實踐這3大主題上，按其發文量和占比降序排列依次為：STEM物理教育的教學設計研究(發文8篇，占比33%)、STEM在物理教育中的應用研究(發文6篇，占比24%)、STEM物理教育的教學實踐研究(發文3篇，占比12%)、物理STEM課程研究(發文2篇，占比8%)、STEM在物理教育的發展現狀(發文2篇，占比8%)，另外STEM教育與創客教育的相關性研究、STEM物理教育研究綜述和STEM在物理教育中的啟示(發文1篇，占比4%).

其中，針對STEM在物理教學中的教學設計主要是圍繞初中、高中和大學的物理教學.著重圍繞培養學生STEM相關方面的素養進行教學設計.相關研究發現基于STEM理念的物理教學不僅可以提高學生的物理核心素養，還能夠有效提高學生的動手能力、工程能力以及提高學生物理學習的自我效能感.例如，文獻[2](2018)提出了與物理教育對接的STEM教育模式，分別從STEM教學模式中的“指定式”“半開放式”和“開放式”3種模式逐漸引導學生的物理學習，通過3個教學案例提出了STEM教學的實施框架一般是：解決一個實際問題→將復雜的問題進行分解→逐一探究學習→完成任務并展示評價.通過教學實踐發現STEM教育模式可以充分調動學生學習的自主性，培養學生的科學思維品質，提高學生的物理核心素養.再如文獻[3](2017)將3D打印技術和高中物理STEM課程相結合，并通過問卷調查和學生訪談的形式調查了學生在接受STEM課程之后接近80%的學生認為STEM課程和在課堂中引入3D建模、3D打印的環節能夠有效激發自己的學習興趣，提高課堂參與度.研究發現STEM物理教育對學生創新能力的培養，課堂趣味性的提高，豐富課堂教學手段和促進師生、生生之間的交流有著良好的作用.基于STEM理念的教學設計，其中學科的融合性和學生的動手與交流是其主要的特點，將學生分成若干小組，盡量保證每個小組的成員都有其在自身方面的優勢，讓學生在完成STEM項目的過程中不僅能夠主動的思考和動手，還可以幫助學生發展自己的優勢和學習他人的優點.

此外，針對STEM物理教育研究主要集中在STEM在物理教學中的如何應用.例如文獻[4](2019)提出高中物理教學中應用STEM時，要有效把握STEM教育的切入點，注重理論教學與STEM教育的有效整合和以生活為情境凸顯STEM教育的實踐性3個考慮因素，并提出教師要研究STEM的基本理論，將物理教學中的實際情況融入在教學實踐中，引導學生明確物理學科與科學、技術、工程和數學之間的內在聯系，從而培養學生的綜合素質.再如文獻[5](2018)提出可以在物理教學中融合STEM理念和zSpace技術，認為在物理教學中常常會遇到一些抽象程度很高的物理概念，學生沒有足夠的感性認識去了解這些概念.教師在面對這樣的情況時可以虛擬現實技術zSpace交互式學習一體機應用于其中，在模擬一些抽象的物理概念和危險的物理實驗的同時，還可以培養學生的科學、技術、工程和數學等方面的能力，并且指出將STEM應用在物理教學中可以有效地培養學生相關能力和物理核心素養.又如文獻[6](2019)提出了STEM教育在大學物理實驗教學的應用，提出大學物理教學中結合STEM有助于學生的角色轉變，能夠盡快適應大學物理的學習方式，培養學生的綜合能力.文獻[6]提出在如今的中學物理實驗教學中依然存在著重理論、輕實踐的弊端.為了讓學生升上大學后可以擺脫這種狀況，則可以結合STEM中的項目式的學習方法.通過制定項目-設計方案-實施方案-交流與評價4個過程來培養學生的綜合能力，提出在 STEM 教育理念下引進項目式學習，提倡“在做中學”，能夠充分調動學生的積極性與主動性，提升學生的創造力，讓學生學會靈活運用綜合知識解決實際問題，可以有效地改善大學物理教學現狀.由于STEM教育的特點和優勢與物理教學中所要培養的學生素養相契合，STEM與物理教學的結合可以充分發揮其優勢，因此無論其在初中、高中甚至是大學的物理教學中都是合適的.

最后，國內STEM物理教育集中研究的點在于基于STEM理念的物理教學實踐.例如文獻[7](2019)提出通過給學生設置一個制作簡易密度計的項目來測試學生是否可以在完成項目的同時達到相應的物理教學目標和STEM的教學目標.通過實踐發現，雖然在教學過程中沒有向學生提及任何有關STEM的理念，但是經過項目實踐后，學生不僅達到了物理教學目標的要求而且在STEM的4個維度都達到了相應的教學目標，使學生的能力都有了整體的提高.再例如文獻[8](2020)提出在大學的半導體物理的教學中融合STEM理念也會帶來積極的效果.提出半導體物理的學習可以采用 STEM 教育理念的教學模式、注重實驗教學，培養工程實踐能力、轉變評價方式，建立長效激勵制度和引入 Materials Studio 計算軟件，提高科研能力.文獻[8]提出半導體物理屬于交叉學科，知識內容的學習較為枯燥，許多學生對此學習興趣不高，學習起來存在一定的困難，通過將物理教學與STEM相融合，教學實踐發現有助于提高學生的學習興趣和創新能力.

4 結束語

通過對近5年發表于國內期刊的STEM物理教育研究國內相關文獻進行統計分析，筆者發現：首先，從研究對象來說，主要是以高中生、初中生為主要的研究對象，大學生和少數民族學生的偏少；其次從研究方法上說，主要是非實證性研究為主，實證性研究較少；最后從研究內容來說，研究主要集中在STEM物理教學設計、教學實施和STEM在物理教學中的應用研究這3個領域上.由此可見，國內關于這一領域的研究比較集中，國內STEM物理教育依然有很大的研究空間.物理教育的研究者應該根據目前國內該領域中研究現狀以及不足，從而更全面、更細致地進行STEM物理教育的研究，為幫助學生的綜合發展推開一扇光明之門.