國外STEM教育研究的熱題表征與進(jìn)路預(yù)判 *
——基于ERIC(2005-2015)的量化考察

詹青龍，許 瑞

(天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 信息技術(shù)工程學(xué)院，天津 300222)

國外STEM教育研究的熱題表征與進(jìn)路預(yù)判 *
——基于ERIC(2005-2015)的量化考察

詹青龍，許 瑞

(天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué) 信息技術(shù)工程學(xué)院，天津 300222)

STEM教育是當(dāng)今最具基礎(chǔ)性、綜合性、創(chuàng)造性和經(jīng)濟(jì)性的教育，是各國教育競爭力、改革力和發(fā)展力的勁爆點。國外STEM教育研究已產(chǎn)生了一些具有理論和實踐價值的成果。國內(nèi)對于STEM教育研究仍處于萌芽期，通過探討國外STEM教育的發(fā)展現(xiàn)狀和研究熱點以及未來的發(fā)展趨勢，為我國高起點研究和發(fā)展STEM教育提供可資借鑒的經(jīng)驗和藍(lán)本。基于ERIC數(shù)據(jù)庫，該文對國外近10年有關(guān)STEM Education的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行量化分析。通過對高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析、因子分析、聚類分析、多維尺度分析，發(fā)現(xiàn)STEM教育研究的熱點主題是STEM教育相關(guān)理論、STEM教育研究方法運用、STEM教育學(xué)校變革、STEM教育課程連貫性、STEM教育代表性不足的群體等。未來的STEM教育研究將聚焦課程整合一體化、學(xué)?；锇榛ο蟮妄g化和評價多面化。

STEM；ERIC；共詞分析；知識圖譜；發(fā)展趨勢

STEM(科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué))教育是當(dāng)今最具基礎(chǔ)性、綜合性、創(chuàng)造性和經(jīng)濟(jì)性的教育，是各國教育競爭力、改革力和發(fā)展力的勁爆點，其“重要性和價值已成為當(dāng)前教育改革和經(jīng)濟(jì)發(fā)展大會的主要部分”[1]。STEM能力是所有學(xué)生在信息化、高度科技化的社會中取得成功必須發(fā)展的能力，而且發(fā)展這種能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出過去所認(rèn)可的程度[2]。STEM教育在國外已受到廣泛關(guān)注，有一些成熟的研究與實踐，產(chǎn)生了一定的、有價值的成果。然而，國內(nèi)STEM教育尚屬新興領(lǐng)域，研究較為零星，也未形成具體的理論觀點和有效的實踐模式。鑒于此，本文以近10年ERIC(Educational Resources Information Center)數(shù)據(jù)庫中的STEM教育文獻(xiàn)作為研究樣本，采用關(guān)鍵詞分析法和共詞分析法，可視化描述國外STEM教育的研究現(xiàn)狀，聚焦國外STEM教育研究的熱點，預(yù)判STEM教育發(fā)展的路向，為國內(nèi)STEM教育研究和實踐提供可資借鑒的經(jīng)驗，為STEM教育教學(xué)建立堅實的基礎(chǔ)。

一、STEM教育管窺

STEM教育是一個廣泛多樣、變動不居的研究領(lǐng)域。這種變動不居可從STEM教育的各種理解中覺察。Sanders認(rèn)為，STEM教育是指在科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)中任何兩種或兩種以上科目領(lǐng)域的課堂教學(xué)和學(xué)習(xí)[3]。美國教育部提出，STEM教育是那些旨在提供支持或強化從小學(xué)、中學(xué)到研究生甚至包括成人的科學(xué)、技術(shù)、工程或數(shù)學(xué)的教育[4]。

以上這些理解可認(rèn)為是對STEM教育的分立性、離散化表述。但是，STEM教育是基于標(biāo)準(zhǔn)的元學(xué)科，它駐留在學(xué)校層面，STEM教師特別是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)教師，需要采用一體化的教學(xué)和學(xué)習(xí)方法，不需要明確地區(qū)分出具體學(xué)科內(nèi)容，在教學(xué)處理上形成動態(tài)的、連貫性的學(xué)習(xí)。Zollman認(rèn)為，我們應(yīng)該超越STEM教育定義的爭議，更多地關(guān)注STEM素養(yǎng)是一個隨著時間而不斷變化的動態(tài)過程，而不是固定的構(gòu)念(Construct)[5]，其整體目標(biāo)應(yīng)從STEM素養(yǎng)的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向運用STEM素養(yǎng)持續(xù)學(xué)習(xí)的能力。STEM思維是對STEM的概念、原理和實踐怎樣聯(lián)系日常使用的產(chǎn)品和系統(tǒng)的有目的的思考。

盡管STEM的定義仍處于爭議階段，但對STEM教育多層面展開深入研究確有必要。因為學(xué)生接受STEM教育需要縝密的課程、教學(xué)和評估，技術(shù)和工程需要整合到科學(xué)和數(shù)學(xué)中形成一體化課程，科學(xué)探究和工程設(shè)計過程需要在實踐上深度融合。學(xué)生需要發(fā)展STEM素養(yǎng)和能力，教師需要獲得合適的STEM專業(yè)發(fā)展機會等等。

二、研究設(shè)計

(一)數(shù)據(jù)來源

本研究采用ERIC數(shù)據(jù)庫中的STEM教育文獻(xiàn)。ERIC是由美國教育部創(chuàng)立的題錄文摘數(shù)據(jù)庫，囊括了數(shù)千種教育專題，是世界上最大的教育信息數(shù)據(jù)庫。以“STEM Education”為檢索詞，以“2005-2015”為檢索時間，共檢索出有效文獻(xiàn)2430篇。

(二)方法和工具

將檢索到的相關(guān)題錄導(dǎo)入SATI(Statistical Analysis Toolkit for Informetrics)軟件，旨在通過對期刊全文數(shù)據(jù)庫題錄信息字段的抽取，進(jìn)而統(tǒng)計頻次，最終構(gòu)建關(guān)鍵詞的共詞矩陣、相似矩陣以及相異矩陣；再利用SPSS軟件，將SATI得出的相似矩陣導(dǎo)入SPSS 20.0，生成聚類樹，將相異矩陣導(dǎo)入，進(jìn)行多維尺度分析了解STEM教育研究的全貌，總結(jié)STEM 教育的研究現(xiàn)狀、熱點和趨勢。

三、結(jié)果考察：STEM教育研究的可視分析

(一)2005-2015年論文數(shù)量與高頻關(guān)鍵詞的變化分析

1.論文數(shù)量的變化分析

從圖1所示的論文數(shù)量走勢圖，能夠直接觀察到國外STEM教育10年來的研究趨勢。在2005到2008年期間論文數(shù)量相對較少，處于平穩(wěn)狀態(tài)；2009年論文數(shù)量陡增，直至2013年論文數(shù)量達(dá)到頂峰；從2013年至2015年國外STEM 教育研究呈下降趨勢。2013年美國政府將STEM教育上升到了國家戰(zhàn)略高度，出臺了《聯(lián)邦STEM教育五年戰(zhàn)略計劃》(國家科學(xué)技術(shù)委員會)等一系列報告，重新強調(diào)高等教育階段的STEM教育[6]，因而不難理解這一年的論文數(shù)量相對較多。2014年到2015年呈下降趨勢，是因為STEM教育處于由理論研究向?qū)嵺`研究過渡階段，論文數(shù)量相對減少。

圖1 2005-2015論文數(shù)量走勢圖

2.高頻關(guān)鍵詞的變化分析

運用SATI軟件對2430篇文章的關(guān)鍵詞按年份進(jìn)行統(tǒng)計，構(gòu)建年份關(guān)鍵詞統(tǒng)計表，更好地把握每年的研究熱點。如圖2所示，2005年至2007年，關(guān)注點在工程，連續(xù)三年該關(guān)鍵詞的詞頻最高。在STEM教育起步階段，工程教育是其研究熱點。

關(guān)鍵詞“Teaching Methods”的頻次在初期為上升趨勢，后期為平穩(wěn)趨勢，教育方法一直是教育領(lǐng)域關(guān)注的熱點，教育方法直接影響教育效果，因此對教育方法的研究熱度不會降低。關(guān)鍵詞“Gender Differences”在STEM教育中是不可避免的一個話題，研究者通常假設(shè)女性在STEM學(xué)科中處于劣勢，由此認(rèn)為女性在STEM相關(guān)職業(yè)中同樣處于劣勢。相關(guān)研究表明學(xué)術(shù)部門致力于緩解性別差異化的戰(zhàn)略關(guān)系?！癈ase Studies”“Educational Practices”“Technology Uses in Education”“Statistical Analysis”“Interdisciplinary Approach”以上5個高頻關(guān)鍵詞從變化趨勢圖可以觀察到保持上升態(tài)勢，進(jìn)一步說明從2013年開始，STEM教育由理論研究逐漸轉(zhuǎn)向?qū)嵺`研究，研究方法更多地選擇案例研究、統(tǒng)計分析，用數(shù)據(jù)來展示STEM教育的實踐有效性，更為關(guān)注技術(shù)在教育中的應(yīng)用。

圖2 高頻關(guān)鍵詞變化趨勢圖(部分)

(二)高頻關(guān)鍵詞詞頻計量分析

高頻關(guān)鍵詞可以反映出國外STEM教育研究主要集中的范圍。運用SATI軟件詞頻統(tǒng)計功能，將2005-2015年間國外對STEM教育進(jìn)行研究的所有關(guān)鍵詞進(jìn)行詞頻統(tǒng)計，得到2827個關(guān)鍵詞，詞頻為40997次。運用高頻關(guān)鍵詞閾值計算公式，得到詞頻高于38的關(guān)鍵詞為高頻關(guān)鍵詞。高頻關(guān)鍵詞分布表(部分)如表1所示。

表1 高頻關(guān)鍵詞分布表(部分)

由表1可知，前10位的高頻關(guān)鍵詞分別是STEM教育(2166次)、科學(xué)教育(427次)、工程教育(416次)、教學(xué)方法(363次)、學(xué)生態(tài)度(318次)、工程(289次)、高等教育(280次)、性別差異(277次)、項目有效性(276次)、學(xué)業(yè)成績(255次)。由于以“STEM Education”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，并且STEM是“Science、Technology、Engineering、Mathematics”的首字母縮寫，故“STEM Education”的詞頻居于首位。位居第四的高頻關(guān)鍵詞是“教學(xué)方法”，可以看出在國外STEM教育領(lǐng)域?qū)虒W(xué)方法的關(guān)注度很高。

(三)高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣、相似矩陣和相異矩陣分析

將題錄導(dǎo)入SATI，選擇Zotero格式，將導(dǎo)入文件轉(zhuǎn)換為后綴為.XML格式文件，選擇所要提取的字段為“關(guān)鍵詞”，然后統(tǒng)計詞頻，最后形成高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)矩陣、相似矩陣與相異矩陣。如右表2所示為STEM教育研究的高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣，可通過分析兩兩高頻關(guān)鍵詞同時出現(xiàn)的頻次，初步了解高頻關(guān)鍵詞之間的關(guān)系，頻數(shù)越大，表示兩個關(guān)鍵詞之間的關(guān)系越緊密。如右表3所示為STEM教育研究的高頻關(guān)鍵詞相似矩陣，它是聚類分析的基礎(chǔ)，數(shù)值越接近1，表示兩個關(guān)鍵詞的關(guān)系越緊密。如右表4所示為STEM教育研究的高頻關(guān)鍵詞相異矩陣，數(shù)值越接近0，兩關(guān)鍵詞之間的關(guān)系越疏遠(yuǎn)。通過相異矩陣能夠用來進(jìn)行多維尺度分析。

(四)高頻關(guān)鍵詞因子分析

因子分析是將相關(guān)性較為密切的幾個關(guān)鍵詞歸為同一類，每類關(guān)鍵詞為一個因子，將相似矩陣導(dǎo)入SPSS 20.0，進(jìn)行因子分析。根據(jù)解釋的方差，從關(guān)鍵詞中提取符合條件的因子，獲得因子數(shù)量較多，不利于對國外STEM 教育研究領(lǐng)域熱點與發(fā)展趨勢的分析總結(jié)。如圖3所示，通過觀察STEM教育高頻關(guān)鍵詞碎石圖可以看出，第四個因子處于最大拐點處且前4個因子類別較為清晰。

表2 STEM教育研究高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣(部分)

表3 STEM教育研究高頻關(guān)鍵詞相似矩陣(部分)

表4 STEM教育研究高頻關(guān)鍵詞相異矩陣(部分)

圖3 STEM教育高頻關(guān)鍵詞碎石圖

(五)高頻關(guān)鍵詞聚類分析

將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 20.0中，采用“組之間鏈接”的聚類方法，對高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，可得到“STEM Education”關(guān)鍵詞聚類樹狀圖。本次聚類的所有關(guān)鍵詞變量都參與了聚類過程。觀察高頻關(guān)鍵詞聚類樹狀圖，可得到當(dāng)前國外STEM教育研究的主題共分為四類：(1)STEM教育自身相關(guān)理論，代表關(guān)鍵詞有科學(xué)教育、數(shù)學(xué)教育、工程教育、技術(shù)教育、工程；(2)STEM教育研究方法運用，代表關(guān)鍵詞有問卷調(diào)查、跨學(xué)科方法、訪談、案例研究、混合方法研究、質(zhì)化研究、比較分析、統(tǒng)計分析、問題解決、性別差異、學(xué)生興趣、職業(yè)發(fā)展等；(3)STEM教育發(fā)展變革，代表關(guān)鍵詞有教育變革、教育實施、專業(yè)發(fā)展、模式、課程實施等；(4)STEM教育課程研究，代表關(guān)鍵詞有課程評價、課程有效性、伙伴教育、學(xué)院—學(xué)校合作。

(六)多維尺度分析

本文采用多維尺度分析方法對國外STEM教育的研究結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。將高頻關(guān)鍵詞的相異矩陣導(dǎo)入SPSS 20.0中，得到STEM 教育研究熱點知識圖譜。按照關(guān)鍵詞的散點相對密集程度對STEM教育研究結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，結(jié)果如圖4所示。

圖4 STEM 教育研究熱點知識圖譜

四、熱題表征：STEM 教育研究的當(dāng)下方向

通過因子分析、聚類分析、多維尺度分析，可以得出“STEM Education”關(guān)鍵詞所代表的研究領(lǐng)域，因子分析結(jié)果與聚類分析結(jié)果相吻合。綜合因子分析與聚類分析的結(jié)果，可以將國外關(guān)于STEM教育研究熱點概括為以下幾個方面：(1)自身相關(guān)理論主要表現(xiàn)為理論的多元性；(2)研究方法運用上主要表現(xiàn)為研究的混合性；(3)發(fā)展變革主要表現(xiàn)為學(xué)校類別的多樣性；(4)STEM教育參與對象表現(xiàn)為關(guān)注不足群體的代表性；(5)課程研究主要表現(xiàn)為課程實施的連貫性。

(一)STEM教育的理論多元性

STEM教育的相關(guān)理論是推動STEM教育發(fā)展的不竭動力，但STEM教育是否有穩(wěn)固的理論基礎(chǔ)是學(xué)者們關(guān)注的重要焦點，也是STEM作為學(xué)科或科目立命的基礎(chǔ)。在當(dāng)前境遇下，STEM教育的支撐理論包括扎根理論、自我決定理論、社會職業(yè)認(rèn)知理論、項目反應(yīng)理論、成就動機理論、一體化(整合式)學(xué)習(xí)理論和目標(biāo)理論等。

扎根理論出現(xiàn)頻次最高，位居第二的是社會職業(yè)認(rèn)知理論，表明研究者對STEM教育研究直接目的是為職業(yè)選擇做準(zhǔn)備。扎根理論作為一種定性研究，宗旨是在經(jīng)驗資料的基礎(chǔ)上建立理論，并強調(diào)對已建立的理論進(jìn)行證偽。教師培訓(xùn)項目中設(shè)計技術(shù)探究教師在STEM教育中的態(tài)度，在其研究的第二階段扎根理論規(guī)劃中從第一階段對數(shù)據(jù)抽樣，探討了在紡織技術(shù)練習(xí)過程中，教師的認(rèn)知與STEM相關(guān)的議程[7]。社會職業(yè)認(rèn)知理論由哈克特、萊特、布朗借鑒了班杜拉的自我效能理論，提供了一個職業(yè)發(fā)展框架，解釋教育與職業(yè)興趣之間的相互作用，與工作有關(guān)的選擇和性能。運用社會職業(yè)認(rèn)知理論與多層結(jié)構(gòu)方程建模分析，探討了學(xué)習(xí)者初入大學(xué)對STEM相關(guān)課程的興趣，研究了刻板印象威脅對女性選擇科學(xué)職業(yè)意圖的影響[8]。

(二)STEM教育研究的混合性

STEM教育作為跨學(xué)科的綜合性教育，量性研究、質(zhì)性研究等單一的方法已不具有充足的研究力，得出的研究結(jié)果也未必具有足夠的說服力，因此混合多種研究方法成為主流。統(tǒng)計表明，目前關(guān)于STEM教育的研究方法主要是3種或3種以上方法的混合應(yīng)用，具體包括：文獻(xiàn)法、問卷調(diào)查、跨學(xué)科研究、訪談法、案例研究、行動研究、定性研究、定量研究、比較分析、統(tǒng)計分析、結(jié)構(gòu)方程模型等。

一般來說，文獻(xiàn)法是基本上都會采用的研究方法，主要在分析前人所做工作的基礎(chǔ)上確立研究的錨點。在其他類型的研究方法上，則表現(xiàn)出差異性：工程教育和技術(shù)教育研究傾向于采用混合研究法，而數(shù)學(xué)教育研究則傾向于定量研究法。在教師專業(yè)發(fā)展研究中，整合性STEM以及技術(shù)教育的研究者，往往采用敘事研究法，而科學(xué)教育研究者則習(xí)慣采用大樣本調(diào)查法；K-12主要采用行動研究法探查具體的實踐，報告在課堂中嘗試新方法或新活動的過程和結(jié)果。

(三)STEM教育學(xué)校類別的多樣性

STEM教育實施的學(xué)校可被描述為獨特的環(huán)境，包括高級課程、專家教師、實習(xí)和浸入。STEM學(xué)?？煞譃?種類型：STEM精英學(xué)校、全納性STEM學(xué)校、以STEM教育為焦點的職業(yè)學(xué)校。研究表明，與傳統(tǒng)學(xué)校相比，專門化學(xué)校的學(xué)生表現(xiàn)得更好。來自專門化學(xué)校的學(xué)生對STEM更感興趣，更愿意上課，更可能通過州測試，更可能獲得大學(xué)學(xué)位[9]。對于專門化的學(xué)校，采用生態(tài)學(xué)隱喻可創(chuàng)建有效學(xué)習(xí)環(huán)境的概念框架，包括角色(學(xué)生、教師、社群領(lǐng)導(dǎo)人、榜樣)、情境(學(xué)習(xí)環(huán)境、課程、教學(xué)策略、高級課程作業(yè)、技術(shù)使用)、行動(教學(xué)、學(xué)習(xí)、浸入、交流、結(jié)伴、指導(dǎo)、支持和評估)。

在美國、東南亞地區(qū)以及澳大利亞，STEM精英學(xué)校，作為一種新型的學(xué)校為具有天賦或?qū)W業(yè)優(yōu)異的學(xué)生提供專門的STEM課程。通過積極的學(xué)校形象投射、教師質(zhì)量控制、提供內(nèi)容先進(jìn)的教學(xué)課程向我們展示了STEM精英學(xué)校為什么重要，說明了概念化的問責(zé)制度需要更多地適應(yīng)當(dāng)前需求的多樣性的學(xué)校選擇[10]。

(四)STEM教育課程實施的連貫性

STEM教育的最終結(jié)果是為社會培養(yǎng)更多的具有綜合解決復(fù)雜現(xiàn)實問題的人，促進(jìn)社會的發(fā)展。因此，在這一領(lǐng)域?qū)W(xué)生發(fā)展的關(guān)注貫穿整個受教育過程。更為注重在每個過渡階段STEM起到的作用，注重其每一次教育變革所帶來的效益。期望STEM教育能夠很好地起到承接的作用，學(xué)生在小學(xué)階段缺乏社會實踐活動，導(dǎo)致學(xué)生的操作實驗?zāi)芰]有得到較好的培養(yǎng)，甚至延伸至中學(xué)。為較好地解決這一問題，相關(guān)研究者提出小學(xué)階段與中學(xué)階段的進(jìn)一步合作，以期縮小差距，同時研究表明，學(xué)生認(rèn)知不能反映學(xué)生真實的操作技術(shù)能力[11]。

(五)STEM教育方法的活動性

STEM教育非常強調(diào)學(xué)習(xí)活動，提升學(xué)生參與的信念和態(tài)度。若干文獻(xiàn)分享了課堂使用的、適切教師和學(xué)生的活動，包括玩中學(xué)、基于問題的學(xué)習(xí)、基于項目的學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)、工程設(shè)計、主動的同儕學(xué)習(xí)、同伴引領(lǐng)的團(tuán)組學(xué)習(xí)、做中學(xué)等課堂學(xué)習(xí)活動。在課堂活動中，學(xué)生滿意的教學(xué)特質(zhì)包括教學(xué)風(fēng)格、方法和策略；教師知識和準(zhǔn)備；教師對教學(xué)、科目和學(xué)生的態(tài)度；實踐工作量和期望。大多數(shù)學(xué)生發(fā)現(xiàn)STEM實踐是有趣的和投入性的，特別是動手做的體驗，正式的學(xué)校組織中整合真實的現(xiàn)場工作作為有效的方法能促進(jìn)學(xué)生成就和STEM職業(yè)激勵。在STEM學(xué)校中，比較典型的是校內(nèi)的教學(xué)和學(xué)習(xí)是探究和基于問題的教學(xué)和學(xué)習(xí)環(huán)境，這樣學(xué)生的動機、協(xié)作和社會交互比較強。

在STEM教育領(lǐng)域，課外/校外項目更為廣泛地被接受，因而受到密切關(guān)注。校外活動項目可以概念化為兩種方式[12]：擴展性學(xué)習(xí)(Expanding Learning)和延伸性學(xué)習(xí)(Extended Learning)。擴展性學(xué)習(xí)提供了內(nèi)容豐富的學(xué)習(xí)機會，包括暑期夏令營；比較典型的是OST (Out-of-school Time)項目，其假設(shè)是兒童能學(xué)習(xí)概念或發(fā)展能力和興趣，這樣會增強他們在日常和學(xué)術(shù)情境的參與。延伸性學(xué)習(xí)這種方式采用的比較多，它通常與學(xué)校課程緊密結(jié)合，使得許多社群尋求更多的時間來改進(jìn)學(xué)生的學(xué)業(yè)成效，通過標(biāo)準(zhǔn)化的成績測試。校外具體的活動包括基于博物館的學(xué)習(xí)、創(chuàng)客、暑期研究項目、課外活動、鄰伴指導(dǎo)(Near-peer Mentorship)、校外項目、教育電視、課外俱樂部、STEM工作室、服務(wù)學(xué)習(xí)、社區(qū)學(xué)習(xí)。一般來說，這些活動能夠取得比較好的學(xué)習(xí)成效：參與STEM俱樂部的學(xué)生在學(xué)業(yè)方面的成功率和保持率較高，基于社區(qū)的項目創(chuàng)建了兒童和家庭成員的意識是激發(fā)學(xué)生STEM長期學(xué)術(shù)興趣的重要部分，鄰伴指導(dǎo)能夠促進(jìn)個人的、教育的、專業(yè)的成長，能增加學(xué)生學(xué)習(xí)STEM的興趣和投入，STEM工作室的問題解決、新媒體、同伴交互等能增強學(xué)生深度學(xué)習(xí)的興趣。

(六)STEM教育不足群體的代表性

美國大量的經(jīng)濟(jì)報告認(rèn)為，高等教育機構(gòu)必須培養(yǎng)充足的STEM工作者，確保美國的全球競爭力，因而搞清女性和有色人種的代表性不足的原因至關(guān)重要。有鑒于此，許多STEM研究選取了女性、少數(shù)種族如亞裔和具有障礙的學(xué)生等作為研究對象，希冀發(fā)現(xiàn)他們的STEM教育信念。與男性相比，女性在STEM職業(yè)和學(xué)術(shù)成就上存在著差距，獲得STEM學(xué)位的比率也低的多[13]。

對于這些群體的研究，主要采用職業(yè)結(jié)果預(yù)期構(gòu)念展開分析，包括STEM興趣、自我效能和職業(yè)結(jié)果預(yù)期等3個變量。結(jié)果表明，學(xué)生的STEM職業(yè)路徑和學(xué)習(xí)很大程度上能被這些構(gòu)念解釋，教育者(指導(dǎo)、體驗活動、關(guān)系發(fā)展、雙方在個性和興趣方面的匹配)、同伴、家庭(父母的支持度)、人口統(tǒng)計特征、學(xué)習(xí)成績影響著學(xué)生的STEM興趣，可據(jù)此預(yù)測他們的STEM自我效能和職業(yè)結(jié)果預(yù)期，而這些職業(yè)預(yù)期的結(jié)果反過來又會強化學(xué)生的職業(yè)取向和職業(yè)持續(xù)性。有學(xué)者[14]運用科學(xué)和科學(xué)教育的女性主義批評(Feminist Critiques)考察潛在的性別假設(shè)，旨在為STEM教育和職業(yè)的招募、保持和性別平等模式提供幫助，減少性別差距事件。也有的學(xué)者提出，應(yīng)依據(jù)女性的興趣調(diào)整STEM教育的科目內(nèi)容。還有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)體驗、父母支持、榜樣是決定性的，運用榜樣的力量和非正式學(xué)習(xí)活動策略，能激發(fā)女生對STEM教育的興趣[15]。

五、進(jìn)路預(yù)判： STEM教育研究的未來指向

(一)STEM教育的一體化整合式發(fā)展

STEM教育的一體化整合式發(fā)展，涉及兩條路徑。一是STEM教育的內(nèi)涵式整合，目前的STEM教育主要表現(xiàn)是數(shù)學(xué)和科學(xué)的整合，而工程、技術(shù)尚未真正融入其中，未能形成實質(zhì)性一體化、整合式的STEAM教育，這是未來STEM教育研究的核心，必須強調(diào)使用創(chuàng)造和設(shè)計把STEM領(lǐng)域與真實世界問題解決能力關(guān)聯(lián)起來，了解STEM的特質(zhì)以及它們?nèi)绾侮P(guān)聯(lián)，促進(jìn)創(chuàng)新。二是STEM教育的外延式擴張，在其發(fā)展過程中整合更多其他領(lǐng)域的內(nèi)容，使越來越多的學(xué)科融入其中，如音樂、美術(shù)、計算機、語言藝術(shù)等學(xué)科也被吸納到STEM教育中。藝術(shù)被認(rèn)為是創(chuàng)新所必須的，科學(xué)專業(yè)的最優(yōu)秀男生通常是那些創(chuàng)造性想象所培育的[16]。STEM迷失了一個重要的、創(chuàng)造性相關(guān)的藝術(shù)成分，它能夠維持、強化和推進(jìn)創(chuàng)新性勞動力，而且那些技能的最佳傳遞是通過藝術(shù)[17]。有學(xué)者提出要發(fā)揮ROOTs(Rhetoric，Orthography，Ontology，Teleology)整合在STEM中的作用，能讓學(xué)生直接看到科學(xué)和人文課程之間的聯(lián)系，因而獲得學(xué)科方法和跨課程的知識和經(jīng)驗的整合[18]。

STEM教育是被整合來解決真實問題的，而不是相關(guān)科目的集合。一體化的STEM教育意味著科學(xué)、數(shù)學(xué)與技術(shù)和工程教育的過程、內(nèi)容和程序等有目的的整合。有目的嵌入鮮明特征的技術(shù)/工程教育方法到基于STEM的活動，展現(xiàn)出一種獨特的教育整合方法，它扎根于方法、教學(xué)和策略，有助于學(xué)生投入和成功。

顯然，STEM教育培養(yǎng)目標(biāo)不僅僅是科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)素養(yǎng)、工程素養(yǎng)、數(shù)學(xué)素養(yǎng)，還應(yīng)包含作為社會人應(yīng)有的社會人文素養(yǎng)、藝術(shù)素養(yǎng)等的STEM-X。

(二)STEM教育伙伴化發(fā)展

政治家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、企業(yè)家、教育學(xué)家都認(rèn)為STEM在當(dāng)今社會具有重要性，實施伙伴關(guān)系，開展協(xié)作，可以夯實STEAM實踐，因而倡議建立伙伴關(guān)系來強化學(xué)生的STEM興趣。同樣，多數(shù)學(xué)生也看到了數(shù)學(xué)和科學(xué)在他們生活中的重要性，但學(xué)校的科學(xué)和數(shù)學(xué)課程通常是不相關(guān)的。因而需要建立伙伴關(guān)系，連通校外，幫助學(xué)生理解課堂學(xué)習(xí)，建立21世紀(jì)技能，培養(yǎng)參與到當(dāng)代科學(xué)世界中的意向。

伙伴關(guān)系的形成，能把學(xué)生與真實世界連接起來，獲得高度的自治性和責(zé)任感，對STEM產(chǎn)生積極的學(xué)習(xí)意向。STEM教育伙伴化的發(fā)展，已經(jīng)形成或未來可能的形式有：大學(xué)—學(xué)校、學(xué)院—學(xué)校、四年制本科學(xué)院—社區(qū)學(xué)院、學(xué)?！髽I(yè)、研究機構(gòu)—學(xué)校、專業(yè)技術(shù)人員—農(nóng)村學(xué)校。例如大學(xué)老師和小學(xué)老師協(xié)作開發(fā)和實施基于工程設(shè)計的STEM教育資源，大學(xué)—學(xué)?；锇殛P(guān)系提供教師專業(yè)發(fā)展的機會。擴展STEM專業(yè)人員和農(nóng)村小學(xué)的協(xié)作，這樣可用本地相關(guān)的科學(xué)問題豐富K-12課程，實踐基于學(xué)校的STEM教育改革行動。

在STEM 教育中，為了達(dá)成項目結(jié)果，涉及領(lǐng)導(dǎo)權(quán)的分配問題。領(lǐng)導(dǎo)權(quán)如何分配，主觀能動性如何發(fā)揮，關(guān)聯(lián)到項目結(jié)果的有效性。一般來說，領(lǐng)導(dǎo)可能是有目的或無目的的，領(lǐng)導(dǎo)權(quán)是分布的，分布在建立伙伴關(guān)系、規(guī)劃和協(xié)作、項目實施、項目評估和未來行動等方面，可按擅長的知識領(lǐng)域和主觀能動性來自動承擔(dān)。

(三)STEM教育低齡化發(fā)展

美國學(xué)生修讀STEM科目和學(xué)位的數(shù)量較少，而美國又大量需要有天賦的科學(xué)家和工程師。然而，許多STEM教育行動項目只在中學(xué)實施，導(dǎo)致小學(xué)老師和學(xué)生很少有機會接觸。研究表明，盡早接觸STEM行動或活動積極影響小學(xué)生的理解和意向[19]，在小學(xué)低年級甚至兒童階段就實施STEM整合式學(xué)習(xí)至關(guān)重要[20]，越早接觸STEM相關(guān)領(lǐng)域的活動，越有利于學(xué)習(xí)者綜合能力的發(fā)展。通過捕獲學(xué)生在早期階段對STEM內(nèi)容的興趣，能確保他們主動地按照初中、高中的軌跡去完成所需的課業(yè)，為獲得高級學(xué)習(xí)機構(gòu)的STEM學(xué)位做好充分準(zhǔn)備。

未來STEM項目和內(nèi)容的實施行動會在小學(xué)優(yōu)先實施，這樣使小學(xué)兒童盡早接觸[21]，激發(fā)他們的STEM靈感，更好地保持STEM相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域的學(xué)習(xí)。對小學(xué)兒童來說，比較適合采用STEAM，即STEM整合和使用藝術(shù)。在STEM課程中，藝術(shù)幫助兒童表達(dá)STEM概念[22]。由于藝術(shù)天然是早期兒童教育的一部分，加上這個元素后，能幫助教師找到把STEM概念作用于課程的方法。因此，STEAM能幫助早期兒童教育者建立科學(xué)相關(guān)的知識基礎(chǔ)，使用藝術(shù)鼓勵兒童以多樣化創(chuàng)造性方法表達(dá)他們的思想，促進(jìn)體驗學(xué)習(xí)和協(xié)作探究，發(fā)展21世紀(jì)的技能，從兒童時代就建立科學(xué)家身份感。

(四)STEM教育評價多面化發(fā)展

隨著STEM教育的發(fā)展而逐漸形成特有的模式，同樣需要有與之相匹配的評價方式的出現(xiàn)，不能依據(jù)原有的傳統(tǒng)評價模式對其效果進(jìn)行評價。STEM教育的跨學(xué)科性，提供給學(xué)生更多解決問題的思路，在解決問題的過程中相關(guān)技能的習(xí)得，也需要給與一定的評價肯定，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)探究挖掘問題，并解決問題。STEM教育作為一種跨學(xué)科教育的產(chǎn)物，對于實踐結(jié)果的評價應(yīng)該是多方面的。從課程教學(xué)角度出發(fā)，評價方式有過程性評價、結(jié)果性評價；從學(xué)生角度出發(fā)，評價方式有同伴評價、自我評價等。

由于涉及到學(xué)校結(jié)構(gòu)、過程、元評價和能力評價等，整體教育效果的評價目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，目前大多數(shù)研究以具體的案例研究所產(chǎn)生的效果作為STEM教育成果的評價。例如，通過STEM教育使得更多的人對STEM相關(guān)學(xué)科產(chǎn)生興趣，促使學(xué)習(xí)者在進(jìn)入大學(xué)選擇STEM相關(guān)專業(yè)，進(jìn)而選擇相關(guān)職業(yè)；抑或是通過STEM教育為社會帶來的經(jīng)濟(jì)效益，側(cè)面反映其有效性；再就是項目評價，通過觀察和訪談獲得數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，來評估學(xué)校在STEM方面教育改革的有效性，最終得出的結(jié)論是能提高有效教學(xué)實踐的意識，促進(jìn)教育變革。

六、結(jié)語

本研究主要通過對STEM教育高頻關(guān)鍵詞的計量分析以及聚類分析和因子分析，分析總結(jié)目前國外STEM教育的研究取向，并對未來的發(fā)展做出預(yù)判。目前研究取向表現(xiàn)為理論多元性、研究混合性、學(xué)校類別多樣性和實施連貫性。未來STEM教育研究的方向表現(xiàn)為課程整合式一體化、受眾低齡化、發(fā)展實施伙伴化和評價多面化。

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Hot Topics Characterization of Research on Overseas STEM Education and Approach Judgments Based on ERIC (2005-2015)

Zhan Qinglong, Xu Rui
(School of Information, Tianjin University of Technology and Education, Tianjin 300222)

STEM education is an education which is most fundamental, comprehensive, creative and economic. It is also a sensational point for education competition, development and reform force for all countries. Overseas STEM education research has produced some results of theoretical and practical value. For domestic STEM education research, it is still in infancy. By exploring the development status of foreign STEM education research, as well as the development trend of the future, it can provide valuable experiences and the blueprint for high-quality research and enhances STEM education in our country. Based on ERIC database, the paper quantifies the relevant literature on STEM Education abroad in recent years. By keyword co-occurrence of high-frequency analysis, factor analysis, cluster analysis, multidimensional scaling, it can be seen on STEM Education research primarily are STEM education theory, STEM Education Research Methods, STEM education school change, STEM education curriculum coherence,STEM education groups and so on. Future research will focus on STEM education integration, partners in education, STEM for children and multifaceted evaluation.

STEM; ERIC; Co-word Analysis; Mapping Knowledge; Trends

G434

A

詹青龍：博士，教授，副院長，研究方向為教育信息化(qlzhan@126.com)。

許瑞：在讀碩士，研究方向為教育信息化(1533810399@qq.com)。

2016年7月10日

責(zé)任編輯：趙興龍

1006—9860(2016)10—0066—08

* 本文系天津市哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃項目“基于虛擬實現(xiàn)技術(shù)的職業(yè)院校教學(xué)創(chuàng)新研究(項目編號：TJJX12-116)研究成果。