國(guó)內(nèi)外STEM教育研究熱點(diǎn)分析及啟示

樂健佳

摘? 要： 人工智能時(shí)代背景下，STEM 教育已成為國(guó)內(nèi)外基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。文章運(yùn)用可視化分析的方法，總結(jié)國(guó)內(nèi)外STEM教育研究熱點(diǎn)，梳理這一領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并對(duì)國(guó)內(nèi)外研究的異同進(jìn)行分析。研究表明，國(guó)內(nèi)外在人才培養(yǎng)、教師教育、課程整合、基礎(chǔ)教育改革等方面有所差異。堅(jiān)持STEM教師能力培養(yǎng)、打造STEM學(xué)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)是我國(guó)STEM教育的發(fā)展趨勢(shì)。未來需要加強(qiáng)STEM項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動(dòng)的開展，開發(fā)跨學(xué)科的整合性課程以及培養(yǎng)更多優(yōu)秀的師資。

關(guān)鍵詞： STEM教育; 可視化分析; 研究熱點(diǎn)比較; 啟示

中圖書分類號(hào)：G434? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2021）09-18-04

Abstract： Under the background of artificial intelligence era， STEM education has become a hot research topic in the field of basic education at home and abroad. This paper uses the method of visual analysis to summarize the research hot spots of STEM education at home and abroad， comb the current research situation in this field， and analyze the similarity and differences of domestic and foreign research. The research shows that there are differences in personnel training， teacher education， curriculum integration and basic education reform at home and abroad. Adhering to STEM teacher's ability training and building STEM learning ecosystem is the trend of STEM education in China. In the future， it is a need to strengthen STEM project learning activities， develop interdisciplinary integrated courses， and train more excellent teachers.

Key words： STEM education; visual analysis; research hotspot comparison; enlightenment

1 研究背景

STEM教育具備新的核心特征：跨學(xué)科、趣味性、體驗(yàn)性、情境性、協(xié)作性、設(shè)計(jì)性、藝術(shù)性、實(shí)證性和技術(shù)增強(qiáng)性等[1]。2019年，國(guó)家發(fā)布《關(guān)于實(shí)施全國(guó)中小學(xué)教師信息技術(shù)應(yīng)用能力提升工程2.0的意見》，強(qiáng)調(diào)探索跨學(xué)科教學(xué)等教育教學(xué)新模式，并把促進(jìn)教師跨學(xué)科教學(xué)能力提升作為主要措施之一，且地方政府也在積極開展STEM教育[2]。美國(guó)更是以法律形式來保障STEM教育的順利實(shí)行，歐洲各國(guó)也將STEM教育作為提升學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的關(guān)鍵措施。

在國(guó)內(nèi)外環(huán)境的促使下，STEM教育得到了快速發(fā)展，相關(guān)研究層出不窮。有學(xué)者曾對(duì)某一時(shí)間段內(nèi)研究STEM教育的文獻(xiàn)進(jìn)行了可視化分析，提出在國(guó)家層面推進(jìn)STEM教育發(fā)展，以及從STEM教育本身入手，深入研究，開設(shè)多樣化課程等相對(duì)宏觀的建議。

本文以2012年（STEM教育研究在我國(guó)初有成效）至2019年期間的國(guó)內(nèi)外核心文章為研究對(duì)象，對(duì)比國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)的差異，為我國(guó)STEM教育的發(fā)展提出具體建議。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文以中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）期刊數(shù)據(jù)庫(kù)為中文文獻(xiàn)來源，利用高級(jí)檢索，檢索詞為“STEM”，文獻(xiàn)類型為學(xué)術(shù)期刊，文章等級(jí)為CSSCI和北大核心，共篩選出2012年至2019年的文獻(xiàn)208篇。以Web Of Science數(shù)據(jù)庫(kù)為外文文獻(xiàn)來源，以檢索式：TS=STEM education，文獻(xiàn)類型為Article進(jìn)行檢索，剔除與研究?jī)?nèi)容相關(guān)性較低以及影響因子為Q4的文章，共篩選出363篇文獻(xiàn)。

2.2 研究方法

本文運(yùn)用了共詞分析法，這是一種以出現(xiàn)在文獻(xiàn)中的兩個(gè)關(guān)鍵詞的頻次為基礎(chǔ)構(gòu)建科學(xué)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜，從而對(duì)研究領(lǐng)域熱點(diǎn)進(jìn)行判斷的分析方法[3]。筆者在中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）期刊數(shù)據(jù)庫(kù)和Web Of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中將文獻(xiàn)分別以NoteFirst和txt格式導(dǎo)出。使用Bicomb2.0書目共現(xiàn)分析系統(tǒng)對(duì)中外文獻(xiàn)的作者以及關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到兩者的共現(xiàn)矩陣，將它們導(dǎo)入社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析軟件Ucinet6.0，利用其內(nèi)部的Network工具繪制關(guān)鍵詞社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜，通過高頻關(guān)鍵詞及社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)進(jìn)行比較分析。

3 可視化結(jié)果與分析

為了更好地把握國(guó)內(nèi)外STEM教育研究的差異，筆者對(duì)國(guó)內(nèi)外的文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞分析，關(guān)鍵詞分析可以將眾多文章的關(guān)鍵詞進(jìn)行梳理，從而得出當(dāng)前國(guó)內(nèi)外STEM教育研究領(lǐng)域的核心和熱點(diǎn)。

將國(guó)內(nèi)的文獻(xiàn)導(dǎo)入Bicomb2.0，對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行提取，將閾值調(diào)為2，即出現(xiàn)頻次大于等于2的關(guān)鍵詞為高頻關(guān)鍵詞，共得到72個(gè)高頻關(guān)鍵詞。同樣，提取國(guó)外文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞，將閾值調(diào)為3，共得到45個(gè)高頻關(guān)鍵詞。國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)中出現(xiàn)頻次最高的五個(gè)關(guān)鍵詞的共現(xiàn)矩陣如表1及表2所示。

如表1所示，我國(guó)STEM教育研究的熱點(diǎn)是美國(guó)STEM教育、創(chuàng)客教育以及科學(xué)教育，“科學(xué)教育”與其他關(guān)鍵詞出現(xiàn)在同一篇文章中的次數(shù)較少，可見我國(guó)對(duì)科學(xué)教育的研究比較深入，但是還未與其他關(guān)鍵詞建立聯(lián)系并形成體系。關(guān)鍵詞“美國(guó)”的頻次僅次于“STEM”和“STEM教育”，可見我國(guó)對(duì)STEM教育的研究大部分還停留在對(duì)比和學(xué)習(xí)美國(guó)的階段。

如表2所示，國(guó)外STEM教育研究的熱點(diǎn)是高等教育、科學(xué)教育以及性別差異，可見國(guó)外STEM教育的應(yīng)用范圍比我國(guó)更廣泛。但關(guān)鍵詞“scienceeducation”及“highereducation”并未出現(xiàn)在同一篇文章中，表明國(guó)外對(duì)科學(xué)教育和高等教育的研究都比較深入，但這兩者之間并未形成完整體系[3]，即高等教育和科學(xué)教育尚未融合。將國(guó)內(nèi)外高頻關(guān)鍵詞導(dǎo)入U(xiǎn)cinet6.0，得到國(guó)內(nèi)外關(guān)鍵詞的社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜（圖1、圖2）。

我國(guó)的STEM教育研究關(guān)鍵詞社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜中除“STEM教育”、“STEM”以外，節(jié)點(diǎn)較大的是“創(chuàng)客教育”、“美國(guó)”，其次是“教育公平”、“跨學(xué)科”、“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”、“科學(xué)教育”等關(guān)鍵詞?？梢?，我國(guó)的研究核心仍然是對(duì)比和學(xué)習(xí)美國(guó)，并且開始關(guān)注STEM教育公平、學(xué)科融合、教育理念本土化以及教學(xué)方法?？偟膩砜矗覈?guó)的STEM教育研究的主體依舊是在中小學(xué)教學(xué)領(lǐng)域，例如教學(xué)方式、教學(xué)效果、教學(xué)策略、教材等。

國(guó)外的STEM教育研究關(guān)鍵詞社會(huì)網(wǎng)絡(luò)圖譜中除“STEM”、“STEM education”以外，節(jié)點(diǎn)較大的是“technology”、“engineering”、“higher education”、“gender”、“mathematics”以及“science”?？梢?，國(guó)外STEM教育研究的范圍已經(jīng)不僅僅局限于中小學(xué)教學(xué)，而是擴(kuò)展到高等教育、工程科學(xué)教育上，并且重點(diǎn)關(guān)注STEM教育中的性別差異問題?？偟膩砜?，國(guó)外的STEM教育研究更傾向于利用技術(shù)、科學(xué)、數(shù)學(xué)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性和計(jì)算思維。

4 結(jié)論

4.1 國(guó)內(nèi)外共同點(diǎn)分析

第一，教學(xué)仍是國(guó)內(nèi)外的STEM教育研究的核心。STEM教育旨在通過應(yīng)用跨學(xué)科知識(shí)解決真實(shí)情境問題過程中培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)[4]，因此我國(guó)中小學(xué)積極引入這種教學(xué)方式。從教育發(fā)展戰(zhàn)略角度看，STEM不能僅僅被看作是提升教學(xué)效果的一種策略，而應(yīng)該被當(dāng)成一種和語文數(shù)學(xué)一樣的具有特定功能的課程[5]，在傳統(tǒng)教育中應(yīng)用STEM教育策略就可以看成兩個(gè)學(xué)科的融合，而如何促進(jìn)這兩門“學(xué)科”更好地融合，也就是如何將STEM教育理念和我國(guó)本土的教育風(fēng)格更好地融合，依舊是STEM教育研究領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。

筆者認(rèn)為可以通過完善課程體系及優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)來改善STEM教學(xué)的效果。課程融合需要根據(jù)教學(xué)主題找到學(xué)科之間的縱向聯(lián)系以及知識(shí)的橫向關(guān)聯(lián)，并在跨學(xué)科的內(nèi)容之間建立有機(jī)聯(lián)系，而并不是簡(jiǎn)單地按照STEM教育涉及的四門學(xué)科進(jìn)行“拼盤式”混合，更不是用所有知識(shí)“塞滿”一節(jié)課[4]，因此學(xué)校要積極組織教師研討，制定合理的教學(xué)方式和教學(xué)策略，開發(fā)跨學(xué)科的整合性課程。除此之外，中小學(xué)要更加重視STEM教育，改變“分?jǐn)?shù)第一位”的觀念，在教學(xué)中合理地應(yīng)用STEM教育理念，將學(xué)生培養(yǎng)成具有創(chuàng)新意識(shí)的人。

第二，教育公平問題是國(guó)內(nèi)外的共同關(guān)注點(diǎn)。國(guó)外尤其指出了STEM教學(xué)中的性別差異問題，2013年全球STEMx教育大會(huì)中，STEM教育的含義被拓寬，將Arts（藝術(shù)）加入STEM教育的范圍，但同一個(gè)年齡段的男女生在這方面的掌握程度依舊存在差距。但實(shí)際上，微軟公司通過對(duì)約1000名11-30歲之間的英國(guó)女性的研究證實(shí)：在11歲之前，絕大部分女孩更容易對(duì)STEM教育產(chǎn)生興趣[6]。此外，不同地區(qū)之間的差距也不可忽視，筆者分析發(fā)文機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，STEM教育主要還是集中在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，即使一些二、三線城市也還沒有完全推行甚至沒有實(shí)現(xiàn)STEM教育方式，偏遠(yuǎn)貧困地區(qū)則可想而知。

針對(duì)這種情況，筆者認(rèn)為應(yīng)該擴(kuò)大教育資源，不僅是國(guó)家政策推行，還包括學(xué)校與學(xué)校之間的資源共享。例如，建立在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，共享優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源;師資流動(dòng)，擴(kuò)大STEM教育的覆蓋面;宣傳STEM教育，轉(zhuǎn)變家長(zhǎng)觀念，將STEM教育變成面向所有孩子的教育。

第三，科學(xué)教育在國(guó)內(nèi)外研究中都占有一席之地?？茖W(xué)教育強(qiáng)調(diào)學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)，而不僅僅是知識(shí)。如今，國(guó)內(nèi)外都推行政策，將科學(xué)方法和對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解作為科學(xué)教育的核心目標(biāo)。這種目標(biāo)轉(zhuǎn)向強(qiáng)調(diào)了教育從知識(shí)到能力的轉(zhuǎn)變[7]。STEM教育作為科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的結(jié)合，自然成了科學(xué)教育發(fā)展的一個(gè)途徑。國(guó)內(nèi)外學(xué)者將科學(xué)教育和STEM教育相結(jié)合，著眼于STEM教育與科學(xué)教育如何相互促進(jìn)，也就是“如何在科學(xué)教育中開展STEM教育”和“如何以STEM為基礎(chǔ)開展科學(xué)教育”的問題。

針對(duì)這一方面，筆者認(rèn)為應(yīng)該學(xué)習(xí)美國(guó)的做法，開發(fā)合理的科學(xué)教材，例如美國(guó)的《Science Fusion》教材將“工程與技術(shù)”教育專題單元進(jìn)行系列化設(shè)計(jì)，將技術(shù)與社會(huì)、生活結(jié)合，幫助學(xué)生理解技術(shù)的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的工程思維[8]。并且，要強(qiáng)調(diào)教材的“實(shí)際性”，將工程技術(shù)和生活聯(lián)系起來，使“懸在空中”的技術(shù)“落地”，讓學(xué)生了解到技術(shù)背后的知識(shí)。

4.2 國(guó)內(nèi)外差異比較

第一，研究對(duì)象不同。國(guó)外的研究對(duì)象已經(jīng)輻射到K12教育到高等教育整個(gè)教育階段，而國(guó)內(nèi)的研究對(duì)象仍然聚焦在中小學(xué)。2012年，我國(guó)才出現(xiàn)比較權(quán)威的研究STEM教育的文章，直至2015年，我國(guó)教育部在《關(guān)于“十三五”期間全面深入推薦教育信息化工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》才首次提出要“探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式”，而美國(guó)早在20世紀(jì)80年代就提出了STEM教育理念。正是由于STEM教育來到我國(guó)的時(shí)間比較遲，才導(dǎo)致了發(fā)展的不全面，這是不可避免的，但并非是不可解決的。

筆者認(rèn)為，我國(guó)當(dāng)前發(fā)展STEM教育的重心仍要放在中小學(xué)階段。一方面，中小學(xué)階段的學(xué)生思維處于由具體形象思維向抽象思維過渡的階段，在這一階段培養(yǎng)計(jì)算思維和創(chuàng)新意識(shí)等能力是最合適的，效果也是最顯著的。另一方面，在我國(guó)的教育模式下，中小學(xué)升學(xué)壓力小，使得此階段成為最適合開展STEM教育的階段。在中小學(xué)的STEM教育發(fā)展比較穩(wěn)定的同時(shí)，可以將重點(diǎn)向高等教育遷移，培養(yǎng)高校學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

第二，研究范圍不同。國(guó)外的研究范圍拓展到科學(xué)、技術(shù)、工程等思維的培養(yǎng)，也關(guān)注到了STEM教育中師資力量的培養(yǎng)，而國(guó)內(nèi)的研究范圍仍然在中小學(xué)課堂，也就是聚焦在“如何高效地開展融合STEM教育理念的課程”的問題。

筆者認(rèn)為以下兩點(diǎn)值得我國(guó)學(xué)習(xí)。首先，國(guó)外注重科學(xué)、技術(shù)、工程等思維的培養(yǎng)，將STEM教育深入到工程、技術(shù)等內(nèi)容的本質(zhì)，并且設(shè)計(jì)了一系列教材，我國(guó)也可以設(shè)計(jì)體系完整的教材，將技術(shù)、工程以及計(jì)算思維的培養(yǎng)深入知識(shí)的本質(zhì)，讓學(xué)生切實(shí)體會(huì)到獲取知識(shí)的過程，這樣才能將STEM教育的效果發(fā)揮到最佳。其次，在師資方面，我國(guó)的確需要提升培養(yǎng)力度。雖然STEM教育在我國(guó)的發(fā)展十分迅速，但這畢竟是“舶來品”，要與我國(guó)的教育體系相融合需要十分的付出[9]。然而，當(dāng)前職業(yè)學(xué)校的培養(yǎng)目標(biāo)定位不準(zhǔn)確，將目標(biāo)定為和普通高校相同的學(xué)術(shù)研究、科研等，卻忽視了教學(xué)實(shí)踐能力的提升，使得新一代的教育人才能不能很好地掌握當(dāng)下推行的教育方法，導(dǎo)致STEM教育的師資力量缺乏。同時(shí)，STEM教育強(qiáng)調(diào)學(xué)科整合和情境創(chuàng)設(shè)，這要求教師需要具備豐富的技能，創(chuàng)設(shè)符合當(dāng)下時(shí)代特征學(xué)生發(fā)展現(xiàn)狀的問題情境[10]。因此，高校的師范專業(yè)以及師范職業(yè)教育要緊跟時(shí)代發(fā)展，培養(yǎng)出符合時(shí)代要求的教師，促進(jìn)STEM教育深入發(fā)展。

綜上所述，筆者認(rèn)為我國(guó)的STEM教育在廣度和深度上都還有很大的發(fā)展空間，需要學(xué)習(xí)國(guó)外的方式，結(jié)合我國(guó)教育體制的特點(diǎn)，落實(shí)在實(shí)際教學(xué)環(huán)境中，加強(qiáng)STEM項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動(dòng)的開展、拓展教育范圍，開發(fā)跨學(xué)科的整合性課程以及培養(yǎng)更多優(yōu)秀的師資。

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