基于Citespace的國內(nèi)STEM教育研究綜述

王 璐

(北華大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院，吉林 吉林 132000)

隨著我國科技水平日益提高，社會對人才素質(zhì)的要求也發(fā)生改變。計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等科技產(chǎn)品已經(jīng)能夠替代人類大部分的信息記憶工作。在這樣的社會背景下，教育的重點應(yīng)該從知識的傳授轉(zhuǎn)向問題解決能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)。STEM教育源自美國對科技人才培養(yǎng)模式的反思，主張通過基于項目學(xué)習(xí)的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科有機(jī)整合來培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)造能力。目前，我國教育界對STEM教育逐漸形成了本土化的理解。為準(zhǔn)確把握我國STEM教育研究的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，本研究利用Citespace可視化分析軟件，對2009—2020年我國STEM教育的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)的梳理。

1 研究對象

本研究以中國知網(wǎng)為數(shù)據(jù)檢索源，通過對學(xué)術(shù)期刊進(jìn)行高級檢索，以“STEM教育”為主題，文獻(xiàn)來源類別限定為北大核心和CSSCI，發(fā)表年限設(shè)置為“不限”(檢索時間為2020年10月5日)，進(jìn)行精確檢索后共獲取372篇文獻(xiàn)。為保證研究的精確度，人工剔除會議紀(jì)要、新聞報道等非研究類型的文獻(xiàn)。

2 研究工具

本研究利用中國知網(wǎng)中的發(fā)表年度趨勢圖和Citespace軟件對文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析和文本分析。首先，在中國知網(wǎng)中查看所選文獻(xiàn)的發(fā)表年度趨勢圖，對STEM教育領(lǐng)域近十年的文獻(xiàn)發(fā)表情況加以說明；其次，將研究樣本以Refworks格式導(dǎo)出，運用Citespace可視化軟件對有關(guān)STEM教育的文獻(xiàn)進(jìn)行可視化圖譜的繪制與量化分析，得出近十年STEM教育的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖、時區(qū)圖及突現(xiàn)圖。研究者據(jù)此進(jìn)行文本分析，歸納出我國STEM教育研究領(lǐng)域的研究熱點、演進(jìn)趨勢。

3 研究結(jié)果與分析

3.1 相關(guān)期刊文獻(xiàn)的發(fā)文數(shù)量

通過對STEM教育相關(guān)期刊文獻(xiàn)進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn)，2012年第二屆STEM教育應(yīng)用國際會議在北京召開后，STEM教育正式進(jìn)入我國教育學(xué)者的研究視野，自此有關(guān)STEM教育的文獻(xiàn)逐年增多。由圖1可知，2009—2020年關(guān)于STEM教育的研究從未中斷，并且總體數(shù)量呈上升的趨勢。尤其在2014—2017年，伴隨著我國“十三五”教育信息化工作的深入推進(jìn)，相關(guān)研究論文的發(fā)文量呈大幅上升趨勢，2018年發(fā)文數(shù)量有所下降，2019年發(fā)表在北大核心期刊及CSSCI上的STEM教育相關(guān)文獻(xiàn)已達(dá)到113篇。

圖1 STEM教育研究的發(fā)文趨勢

3.2 STEM教育的研究熱點

關(guān)鍵詞被看成是文獻(xiàn)核心內(nèi)容的總結(jié)和凝練，對關(guān)鍵詞的詞頻和中心性進(jìn)行量化分析能夠更加直觀地反映出STEM教育領(lǐng)域的研究熱點。本研究利用Citespace5.6.R5分析研究樣本，梳理出高頻次與高中心性的關(guān)鍵詞，如表1所示。

通過分析關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜，設(shè)置最低頻次為15，最低中心性為0.20，綜合考慮關(guān)鍵詞節(jié)點的頻次與中心性，可以總結(jié)出除“STEM教育”和“STEM”本身外，“美國”“創(chuàng)客教育”“科學(xué)教育”“中小學(xué)”“STEAM教育”是我國STEM教育研究領(lǐng)域的五大熱點，可見，目前我國STEM教育的研究熱點主要分布在STEM教育的溯源、模式、內(nèi)容、使用范圍和演進(jìn)五個方面。

3.2.1 美國

“美國”是STEM教育研究領(lǐng)域影響力最強(qiáng)的熱點，頻次為33次，中心性為0.73。對文獻(xiàn)進(jìn)行文本分析可知，STEM教育最早源于美國，我國早期的STEM教育研究主要是針對美國的實施現(xiàn)狀加以述評，可歸納為以下四個方面：一是美國STEM教育的實施背景與政策制定；二是美國對STEM人才素質(zhì)低下現(xiàn)狀的應(yīng)對措施；三是美國STEM教育研究的內(nèi)容，具體包括教師的培養(yǎng)策略研究、社會組織的角色研究、監(jiān)測指標(biāo)體系研究等；四是美國STEM教育的個案述評。

3.2.2 創(chuàng)客教育

隨著我國教育部“十三五”教育信息化工作的不斷推進(jìn)，學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)已經(jīng)成為教育的重點關(guān)注對象。因此創(chuàng)客教育、創(chuàng)客空間、3D打印等也成為我國目前教育領(lǐng)域的熱點話題，其跨學(xué)科特性與STEM教育的本質(zhì)異曲同工，因此學(xué)者紛紛倡導(dǎo)將創(chuàng)客教育作為STEM教育的一種重要方式。[1]我國學(xué)者在述評美國創(chuàng)客教育的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索我國的STEM教育與創(chuàng)客教育深度融合的實施路徑。也有學(xué)者對此存在爭議，認(rèn)為目前國內(nèi)的創(chuàng)客教育過分關(guān)注技術(shù)的炫酷，并沒有充分考慮到教育規(guī)律和我國實際的教育背景。[2]

3.2.3 科學(xué)教育

科學(xué)是STEM教育中的學(xué)科之一，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)已成為當(dāng)前教育的重點任務(wù)。2017年，教育部公布的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提到：“倡導(dǎo)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方式，建議教師可以在教學(xué)實踐中嘗試STEM教育?！笨茖W(xué)教育在STEM教育領(lǐng)域的研究主要集中在整合路徑研究方面，如STEM與科學(xué)教育的關(guān)系、科學(xué)教育融入STEM教育體系的有效路徑、在科學(xué)教育中有效開展STEM教育的實施路徑[3]、工程設(shè)計與科學(xué)探究整合的方法等。

3.2.4 中小學(xué)

從縱向維度劃分，美國STEM教育研究大致可以分為k-12教育和高等教育兩個階段。在我國，基礎(chǔ)教育階段的課程與教學(xué)也已經(jīng)逐漸關(guān)注到學(xué)生STEM素養(yǎng)的培養(yǎng)。不僅教育研究者致力于探討基礎(chǔ)教育階段STEM課程與教學(xué)的開展策略，不少中小學(xué)一線教師也嘗試將STEM跨學(xué)科整合的理念引入教學(xué)活動中，并據(jù)此開展行動研究。在“中小學(xué)”這一熱點關(guān)鍵詞下，我國學(xué)者主要圍繞STEM教育對我國基礎(chǔ)教育改革的深刻影響以及中小學(xué)STEM教育的具體實施路徑展開討論。

3.2.5 STEAM教育

STEM教育僅作為理工學(xué)科的融合，因此專注于STEM教育難免忽視學(xué)生人文和藝術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)。據(jù)此格雷特·亞克門提出STEAM教育，并指出其理念為“以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，通過工程和藝術(shù)解讀科學(xué)和技術(shù)”。[4]我國STEAM教育的研究主要可以歸納為以下幾點：一是STEAM中“the Arts”角色的深度解讀；二是人文藝術(shù)與理工學(xué)科有機(jī)融合的意義和策略；三是STEAM課程改革實施路徑的探索。

3.3 STEM教育研究的發(fā)展階段

為了直觀把握我國STEM教育領(lǐng)域研究的發(fā)展階段，研究通過Citespace軟件中的時區(qū)圖譜(如圖2)從時間維度上分析STEM教育領(lǐng)域關(guān)鍵詞的發(fā)展軌跡。據(jù)此，本研究在結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)的文本分析的基礎(chǔ)上，將我國STEM教育的研究發(fā)展劃分為以下三個階段：

圖2 STEM教育研究領(lǐng)域的研究熱點演進(jìn)趨勢

3.3.1 2009—2014年：國外理念的解讀階段

STEM一詞自2009年被學(xué)者姜峰在對《美國競爭法》的述評[5]中提及之后，逐漸進(jìn)入我國教育研究者的視野。2012年，第二屆STEM國際教育大會在北京師范大學(xué)成功召開。在此次國際會議中，我國學(xué)者與國際上STEM教育領(lǐng)域的研究者進(jìn)行深度交流，主要涉及STEM的基本內(nèi)容和理念的確認(rèn)、跨學(xué)科的有機(jī)融合路徑、學(xué)生技術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)、STEM教師的培訓(xùn)等問題。[6]同年，2012國際科學(xué)教育研討會也在南京大學(xué)開展，會議中提及“STEM教育主導(dǎo)一些國家的科學(xué)教育政策并成為研究熱點”。[7]自此STEM教育正式成為我國教育界研究的熱點問題。2012年的《美國競爭力與創(chuàng)新力》報告中指出，美國的STEM教育現(xiàn)狀存在諸多不足，政府的資金投入和教師的能力被視為重要影響因素。[8]據(jù)此，2013年奧巴馬政府提出《提升和改變教學(xué)專業(yè)藍(lán)圖》，以期提高STEM教師的質(zhì)量。[9]2014年開始，我國學(xué)者開始對上述美國出臺的報告和文件進(jìn)行評述，并尋找美國應(yīng)對措施中的可取之處加以概括總結(jié)。由圖2可知，直至2014年，我國STEM教育領(lǐng)域的研究主要集中在STEM教育的概念理解和對其他國家的參考和借鑒上，但也有不少學(xué)者在對國外STEM教育理論和實踐的研究基礎(chǔ)上，試圖提出適合我國教育現(xiàn)狀的本土化STEM教育實施意見。

3.3.2 2015—2016年：本土化方法論的研究階段

2015年，教育部發(fā)布的《關(guān)于“十三五“期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見》中提及“STEAM教育”和“創(chuàng)客教育”，自此“創(chuàng)客教育”一詞逐漸成為我國STEM教育研究的熱點話題。我國學(xué)者大都肯定創(chuàng)客教育的價值，將STEM教育與創(chuàng)客教育視為相互促進(jìn)、互為支撐的關(guān)系，并認(rèn)為創(chuàng)客教育的興起為教育改革提供了新的機(jī)會。[10]也有學(xué)者開始探索STEM教育與創(chuàng)客教育結(jié)合的具體路徑。[11]2016年，我國教育部出臺的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確指出：“要著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力?！笨梢娫谶@一階段的研究中，學(xué)生創(chuàng)新和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)已成為STEM教育研究的重點內(nèi)容。此外，由于“創(chuàng)客空間”具有開放性的特點，STEM的非正規(guī)教育也成為本階段的研究熱點。已有學(xué)者對美國提供STEM教育的兩大社會組織(項目引路和變革方程)的價值動因、課程樣態(tài)和行動路徑加以分析，以期為我國STEM非正規(guī)教育的開展提供參考。[12]可見，研究者們在這一階段關(guān)注社會組織和非正規(guī)教育對學(xué)生STEM素養(yǎng)的影響，認(rèn)為貼近生活的社會實踐可以創(chuàng)設(shè)更加真實的學(xué)習(xí)情境以及更有效地培養(yǎng)學(xué)生在實際生活中解決問題的能力。[13]

在STEM教育的實踐方法論研究的基礎(chǔ)上,我國學(xué)者也嘗試進(jìn)行了本土化的STEM教學(xué)實踐探索：例如有學(xué)者對STEM教育在中學(xué)數(shù)學(xué)課堂上的應(yīng)用進(jìn)行了解讀，[14]也有研究者嘗試基于STEM教育的理念設(shè)計了校本課程[15]，等等。2016年我國教育部出臺的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中明確指出要探索STEM教育模式的應(yīng)用。同年10月，第四屆STEM國際教育大會在北京師范大學(xué)舉行，會議提及國內(nèi)外創(chuàng)新智慧學(xué)習(xí)平臺的構(gòu)建情況、STEM教師培訓(xùn)的現(xiàn)狀報告、STEM教學(xué)的設(shè)計與實踐以及STEM教育實踐的評估等內(nèi)容?？梢?，這一階段STEM教育的研究已將研究重點面向具體的實踐問題。如圖2所示，“創(chuàng)客教育”“創(chuàng)新”“互聯(lián)網(wǎng)+”“尊重項目”等詞匯逐漸成為該領(lǐng)域的熱點，尤其是對學(xué)生的真實生活實踐和創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)上，很多專家試圖在借鑒國外研究的基礎(chǔ)上，建構(gòu)本土化的STEM教育實踐模型。

3.3.3 2017—2020年：課程與教學(xué)實踐的探索階段

2017年6月，中國教育科學(xué)研究院發(fā)布了《中國STEM教育白皮書》，明確界定了中國背景下的STEM教育內(nèi)涵，并提出“中國STEM2029計劃”。該計劃不僅在國家政策層面上對STEM教育的開展進(jìn)行頂層設(shè)計，還對STEM課程整合的具體實施路徑進(jìn)行明確的規(guī)劃。據(jù)此，2017年開始我國STEM教育的研究重點主要集中于“整合”上。所謂“整合”，主要可以從三方面進(jìn)行解讀：一是學(xué)科間的整合。例如有研究者構(gòu)建了以“情景學(xué)習(xí)”“工程設(shè)計”“科學(xué)探究”“數(shù)學(xué)分析”“科技技術(shù)”為核心要素的情境整合模式；[16]還有學(xué)者以初中生物學(xué)科的學(xué)習(xí)內(nèi)容為例，對美國的“6E學(xué)習(xí)模式”加以分析，以此來促進(jìn)學(xué)科間知識的融合。[17]隨著STEM教育研究的開展，研究者注意到STEM教育僅局限于理科的有機(jī)整合，缺乏對學(xué)生人文素養(yǎng)的重視，因此STEAM教育也受到了廣泛的關(guān)注。由此可見，所謂跨學(xué)科間的整合，不僅僅局限于理工科目中下屬學(xué)科的整合，還包括科學(xué)和人文藝術(shù)的整合。二是現(xiàn)代教育技術(shù)與STEM課程的整合。信息時代的到來為教育提供了更多的可能性，不論是獲取課程資源的渠道，還是真實學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)，現(xiàn)代信息技術(shù)都可以作為一種工具輔助教學(xué)的開展。另外還有學(xué)者基于知識的不同類型，對STEM教育中需要的技術(shù)加以分析。[18]三是校內(nèi)外教育資源的整合。建立STEM學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)，整合學(xué)校資源和校外科技館等資源，為學(xué)生呈現(xiàn)更加真實完整的學(xué)習(xí)環(huán)境。[19]有研究者通過分析美國OECD“催化劑項目”，認(rèn)為應(yīng)構(gòu)建一種旨在培養(yǎng)學(xué)生技能的基于項目的跨學(xué)科融合的STEM教學(xué)模式，并強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)情境的真實性，合作開發(fā)教育資源。[20]如圖2所示，“教學(xué)設(shè)計”“教學(xué)模式”“STEM課程”等成為此階段研究的熱點詞匯。因此在這一階段，我國STEM教育領(lǐng)域的研究具有很強(qiáng)的實踐性，主要圍繞“整合”的觀念，在借鑒國外實踐的基礎(chǔ)上，探究本土化課程與教學(xué)的具體實施模式。

4 結(jié)語

培養(yǎng)STEM人才已逐漸成為21世紀(jì)教育的主流趨勢，面對復(fù)雜多變的社會環(huán)境，學(xué)生解決問題能力和創(chuàng)新創(chuàng)造能力的培養(yǎng)顯得尤為重要。我國STEM教育領(lǐng)域的研究盡管已經(jīng)取得本土化的進(jìn)展，但在實際的STEM教育實踐中，仍然存在很多有待解決的問題。

縱觀我國十年來的STEM教育研究歷程，從研究視角上看，STEM教育研究已逐漸從宏觀轉(zhuǎn)向微觀；從研究方法上看，STEM教育研究已逐漸從理論思辨和文本分析轉(zhuǎn)向?qū)嵶C研究。我國學(xué)者最初對STEM教育的研究主要集中于相關(guān)概念的界定和發(fā)達(dá)國家有關(guān)政策的解讀。近年來，隨著國家政策的引領(lǐng)和學(xué)界研究的開展，我國已有部分地區(qū)將STEM教育落實到實際的教育教學(xué)環(huán)境之中，還有許多一線教師也依照STEM教育的跨學(xué)科整合理念設(shè)計教學(xué)并進(jìn)行行動研究。因此本研究推斷，未來STEM教育的研究重點，將在結(jié)合理論的基礎(chǔ)上圍繞實踐性較強(qiáng)的課程開發(fā)和教學(xué)模式設(shè)計來展開。