近十年国际STEM教育研究进展

伴随着党的十九大关于“我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段”论断的提出，我国经济社会的建设已迈入高质量发展阶段。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出：“把提升国民素质放在突出重要位置，构建高质量的教育体系和全方位全周期的健康体系，优化人口结构，拓展人口质量红利，提升人力资本水平和人的全面发展能力。”STEM教育是基于真实问题情境，通过跨学科整合的方式培养学生关键能力的教育理念，对发展学生核心素养具有重要意义。本研究以期通过客观分析近十年国际STEM教育研究进展，为我国深入开展STEM教育提供国际经验。

一、研究设计

（一）分析方法

本研究主要采用美籍华人陈超美教授研发的CiteSpaceV知识图谱软件分析。

（二）数据来源及处理

本研究的数据来源是Web of Science 核心合集数据库，以“STEM education”或“STEAM education”为主题词进行检索（注：STEM education提出以后，内行在不断地丰富，其中STEAM education是学者讨论较多，故本研究的检索主题词为“STEM education”或“STEAM education”）;检索的时间段为2012-2021年;收集到的文献采用CiteSpaceV知识图谱软件进行除重。

二、国际STEM教育研究的时空知识图谱分析

（一）国际STEM教育研究的时间分布分析

近年来，随着各国家将STEM教育上升到国家战略，关于STEM教育的研究成果越来越丰富。在近十年发表的1927篇文章中可以看出：从2017年开始，每年发文量增长较快，由2012年的23篇到2021年增至475篇（见图1），这说明关于STEM教育的研究越来越受到学者们的重视。

（二）国际STEM教育研究的空间分布分析

1.核心作者分析

2012-2021年之间关于STEM教育研究发文量多的是GILLIAN H ROEHRIG，发文为11篇。根据普莱斯理论，核心作者群作者发文的下限N可用下面的公式计算：<J：＼2022.4＼内芯＼QQ截图20220408132857.jpg>（N表示发文量的下限，<J：＼2022.4＼内芯＼QQ截图20220408133127.jpg>表示作者发文量的最大值），因此在2012-2021年之间STEM教育研究的核心作者发文量应该大于3篇。下表统计了发文量前十的核心作者。

2.核心学术团体的空间分布

通过分析发文频次高的研究机构，可以帮助科研工作者迅速了解该领域的科研“重镇”。下表列出了2012-2021年之间关于STEM教育发文量前十的研究机构。

从上表中可以看出，美国德克萨斯A&M大学发文量最高，共发表STEM教育相关领域文章29篇;密歇根州立大学和威斯康星大学发文数量相当，发文数为24篇;美国西北大学、普渡大学和佐治亚大学发文数量相当，发文数为19篇。值得注意的是，除了加拿大麦吉尔大学（McGill Univ，发文14篇）和中国台湾师范大学（Natl Taiwan Normal Univ，发文17篇）外，在发文量排在前十的研究机构都是美国知名高校，这说明STEM教育研究成果主要集中在美国。

3.期刊载文量的空间分布

期刊载文量的分析一方面可以为研究人员研究成果的发表提供参考，另一方面可以为研究人员快速查找相关领域的文献提供参考。从下表可以看出发文量较大的前三期刊是科学教育领域的传统期刊，其中，《科学教育期刊》（JOURNAL OF RESEARCH IN SCIENCE TEACHING）发文量超过400篇。值得注意的是，国际知名期刊《科学》（SCIENCE）也在关注STEM教育。

三、国际STEM教育研究的内容知识图谱分析

关键词是期刊文章研究内容的高度凝练，通过高频关键词的分析，可以了解一段时间内研究的热点和趋势。接下来将对STEM教育研究关键词共现图谱和突发性进行分析。

（一）关键词共现研究

某一领域的高频关键词可以看作这一时期的研究热点。下表列出了频次前二十的关键词。

从上表可以看出，关于STEM教育的研究除了关于STEM教育的本体论研究外，关于STEM教育的性别差异、教学设计以及非智力因素（如动机）的研究受到了研究者们的广泛关注。

Citespace软件可以通过可视化展现关键词的共现网络，通过关键词的共现网络可以看出研究主题之间的关系。运行CiteSpaceV软件得出了STEM教育研究的关键词共现网络，如下图所示：

其中，图中节点的大小表示关键词出现的频率的高低，连线表示关键词在同一篇文献中出现的次数，节点之间的连线越密，说明二者之间的关联性越强。

（二）研究前沿关键词趋势

关键词的突现性检测，可以看出在某一时期研究趋势的变化。运行CiteSpaceV软件，检测了STEM教育研究的关键词突现性，图3展现了突现性排在前十的关键词。

从图3可以看出，突发性持续时间最长的关键词有女性（women）、少数民族（minority）、能力（ability），这说明STEM教育研究更加关注弱势群体的STEM能力发展。值得注意的是政策（policy）是近年突现的关键词，这说明STEM教育的政策研究已经引起了学术界的高度重视。

四、国际STEM教育研究的知识基础分析

高被引文章是被学者高度关注的文献，构成了某一时期相关研究领域的的基础知识。通过高被引文章的分析，有利于相关研究领域的学者快速掌握本研究领域的基础。通过对2012-2021年期间STEM教育领域的高被引文章的分析，得出被引频次排在前十名的文章，其基本情况如下：

关于STEM教育意蕴的高被引文献分析。普度大学的学者Todd R. Kelley和 J. Geoff Knowles[1]认为当前的STEM教育实践中，关于STEM教育缺乏共识，导致STEM教育学科之间缺乏联系，当学生以孤立和不连贯的方式学习时，就会缺少与核心概念和现实世界的联系，从而导致学生对科学和数学的学习缺乏兴趣;他们建立了一个“滑轮组”的情景式STEM学习系统，通过实践社区驱动由工程设计、数学思维、技术素养和科学探究组成的“滑轮组”。西班牙格拉纳达大学的托拜Tobías Martín‐Páez、David Aguilera、Francisco Javier Perales‐Palacios等学者对2013-2018年收录于Web of Science数据中的相关文献从STEM教育中的理论框架、STEM的学科整合、STEM教育意义等方面进行分析之后指出：通常使用的理论框架更多地关注作为研究对象的变量而不是STEM教育，并且对什么是STEM教育有多种解释，这些解释通常涉及四者的综合表现。

关于教师对STEM教育认识的高被引文献分析。美国宏谷州立大学的Kelly C. Margot 和Todd Kettler学者认为教师是促进学生能力发展的重要因素，教师的先验观念和实践将会影响他们的STEM教学，他们通过已有文献的分析发现：虽然教师重视STEM教育，但教师们仍面临诸如教学挑战、课程挑战、结构挑战、对学生的担忧、对评估的担忧以及缺乏教师支持等障碍;教师们认为可以改善他们实施STEM教育的支持有与同龄人的合作、优质课程、地区支持、先前的经验和有效的专业发展等。明尼苏达大学的Elizabeth A. Ring教授团队和密歇根理工大学的Emily A. Dare教授团队认为随着对STEM课程发展的重视，需要提高教育专业人士对STEM教育的理解。他们通过为期3周的如何将综合STEM教育带入科学课堂的暑期专业培训，探究教师对STEM综合概念的理解是如何发展的;他们的研究表明：在职科学教师在专业发展计划开始时从不同的先验知识开始使用各种模型将整合的STEM教育概念化;在专业发展过程中，教师的模型围绕着看似更全面的模型合并，而简单化的模型（例如：STEM作为首字母缩略词）被抛弃了;专业发展的反思性、协作性将对教师的STEM教育观念产生影响。

关于STEM教育对学生发展影响的高被引文献分析。华盛顿大学的Scott Freeman团队为了研究传统授课与主动学习下本科科学、技术、工程和数学（STEM）课程中学生的表现，通过对225项研究报告进行了元分析，研究表明自主学习比讲授学习更有利于高校本科生的STEM学习，尤其在小班教学和提高概念量表现方面尤为有益。

五、小结

通过对近十年STEM教育领域的研究进展进行分析可知，STEM教育作为创新人才的培养得到各国学者的广泛关注，我国大陆学者关于STEM教育的研究成果在国际上影响力不足;STEM教育作为创新型人才培养的重要理念已经进入发达国家的教育政策;近年来，STEM教育研究更加关注弱势群体的STEM能力发展。以上的研究发现对我国学者今后开展中小学STEM教育研究具有重要的启发意义。

首先，我国还没有制定专门的政策支持STEM教育，科学工作者、教育专家、大中小学一线教师及教育行政主管部门等应该站在创新人才培养的高度，多方协作制定相关的政策，保障中小学STEM教育的健康发展。其次，STEM教育的本质是在真实情景中，通过跨学科整合的教学方式培养学生的问题解决能力。因此，一线中小学教师在进行教学设计时应该通过生活中真实问题来启动项目。最后，在运用STEM教育理念进行教学时，中小学教师应该消除女生对STEM相关学科的畏惧心理，更加关注女生STEM相关学科学习兴趣的培养，增强女生今后从事STEM相关的职业意愿。

（本文系贵州省高校人文社会科学研究项目（2019qn15）、贵州省教育科学规划课题（课题号：2020C043）及贵阳学院一流课程建设项目（2020-94）研究成果。）

（左成光，博士，副教授。主要研究方向：科学教育。）