黎祥琼 邹霞 曹昌源

摘  要 以中国知网（CNKI）收录的388篇核心期刊论文为研究样本，借助CiteSpace和Excel软件，对年度发文量（2013—2020）、发文期刊分布、作者状况、发文机构、关键词等进行可视化分析。研究结果表明：2016年，STEM教育相关文献激增，STEM教育进入快速发展阶段；国内STEM教育研究主要集中在基于核心素养的STEAM教育、STEM教育师资培养、STEM课程设计、STEAM教育与创客教育深度融合、STEM教学模式构建及教学实践五个方面；STEM教育与中国文化融合的教育实践是STEM教育研究的新方向。

关键词 STEM教育；STEAM教育；核心素养；创客教育

中图分类号：G420    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2021）14-0009-06

0  引言

STEM教育最初代表的是科学（Science）、技术（Tech-nology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）的整合教育，后来发展为STEAM教育，增加了艺术（Arts）。美国国家科学基金会发表的《大学的科学、数学和工程教育报告》首次提出“将科学、数学、工程和技术教育进行整合”，该报告提出的纲领性意见被视为STEM教育的开端[1]。STEM教育避免了分科教学导致知识分裂的弊端，强调跨学科，旨在培养能够创造性解决真实情境问题的综合型人才，受到多个国家青睐。2016年，《教育信息化“十三五”规划》中提及在有条件的地区要将信息技术运用到众创空间、跨学科学习、创客教育等新的教育模式中。2017年6月，中国教育科学研究院发布《中国STEM教育白皮书》。由此可以看出，我国非常重视STEM教育的发展。笔者以388篇核心期刊文献为研究对象，对年度发文量、发文期刊分布、发文作者、机构及关键词进行可视化分析，以期为国内STEM（STEAM）教育的深入研究提供参考。

1  研究设计

1.1  确定研究对象

在中国知网（CNKI）数据库社会科学Ⅱ辑下，以主题词“STEAM教育”或者“STEM教育”检索CSSCI和核心期刊，截止时间为2020年，共检索到文献500篇。经过筛选，最终确定388篇文献作为研究对象。

1.2  研究方法

文献计量分析方法采用数理统计学方法来定量描述、评价与预测学术现状与发展趋势[2]。从年度发文量、发文期刊分布、作者状况、发文机构以及关键词等方面对我国STEM教育研究文献进行客观描述，在此基础上，结合可视化图谱对其内容进行定性分析。

1.3  研究过程及工具

利用Excel表格工具对文献分布、来源期刊和作者年度发文情况进行统计，运用CiteSpace 5.7 R2绘制作者合作图谱、机构合作图谱、关键词聚类图谱以及时区视图，将我国STEM教育研究的现状直观形象地展示出来，进而对该领域研究的热点与趋势进行分析。

2  数据统计与结果分析

2.1  文献分布

文献的年度发文量可以反映该领域的研究热度。STEM教育相关文献年度发文量如图1所示。可以看出，2013年有4篇文献，其中有3篇是关于美国STEM教育的，有1篇是第二届STEM国际教育大会述评，这说明在2012年第二届STEM国际教育大会后，我国学者开始关注STEM教育领域。从2013年起，年度发文量总体呈现上升趋势，2019年的年度发文量突破100篇，这说明我国有越来越多的学者从事STEM教育领域的研究。2016年上升最明显，原因是教育部于2015年发布的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中明确指出：将信息技术应用于常规教学中，有利于推进“众创空间”建设，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式。该政策直接导致2016年相关文献量激增，STEM教育进入快速发展阶段。2020年受新冠疫情影响，文献数量出现较大幅度下降。

2.2  发文期刊分布

期刊是学术论文的重要载体，通过对期刊的分析，可以了解某一主题论文的空间分布。采用Excel表格对2013—2020年期刊刊载STEM教育主题相关的文献数量进行统计，刊载量前十的期刊分布情况如表1所示。STEM教育起源于美国，最先刊载STEM教育主题的期刊是《外国中小学教育》《开放教育研究》，论文内容主要是美国STEM教育的目的、实施及存在的问题。2013年之后，《中国电化教育》《现代教育技术》《上海教育科研》相继发文，表明STEM教育引起我国教育技术领域学者的关注，STEM教育跨学科培养理念克服了传统分科带来的知识分裂的弊端，为培养综合型人才提供合理可行的途径。2017年后，《电化教育研究》《教学与管理》《远程教育杂志》《现代远距离教育》等期刊开始刊载STEM教育相关论文，随着研究不断深入，我国学者开始积极探索STEM学科教学，比如生物、物理、化学、地理和数学等，以实现STEM教育的本土化发展。

2.3  作者状况

通过观察作者合作图谱，可以了解作者之间的合作关系以及高产作者。作者合作图谱如图2所示。对高产作者进行进一步分析，统计他们每年发表文献的数量，统计结果如表2所示。由表2可知，河南大學的赵慧臣副教授以第一作者发表相关文献12篇，占据发文量榜首。他主要研究美国的STEM教育以及STEM教育的开展，但都属于宏观层面，缺少具体的实现途径。观察图2可知，与赵慧臣合作的作者有四位，分别是陆晓婷、马佳雯、张艺苇和马悦，其中前三位是河南大学的，最后一位是南京师大的，这说明作者之间的合作并不局限于同校，也存在跨学校的合作，有利于学术交流。排名第二的是南京晓庄学院的宋怡，她与马宏佳有密切的合作关系，共合作5篇文章，主要研究的是美国STEAM教育项目的开发与实施。排名第三的叶兆宁副教授和排名第四的杨元魁博士均来自东南大学，他们合作5篇文章，主要研究内容是基础教育阶段STEAM教育的开展。南京外国语学校的许亮亮老师与邹正老师主要研究的是基于STEAM教育理念的高中化学实验教学。另外，来自广西师范大学的袁磊教授主要研究STEAM教育课程的设计，来自美国得克萨斯A&M大学的李业平教授主要关注的是STEM教育的现状与发展及STEM教师队伍的建设。总的来说，随着时间不断推进，越来越多的学者开始开展STEAM教育的实证研究，探索STEAM教育模式，设计STEAM课程，努力实现STEAM教育本土化发展。

值得注意的是，图2中的密度（Density）为0.015 7，说明作者较为分散，未形成研究合力，虽然有一些小团体的合作，但大多数局限于同学校的同事或师生。通过表2的作者年度发文量可知，有一部分作者持续关注STEAM教育领域，比如河南大学的赵慧臣、南京晓庄学院的宋怡等。

2.4  发文机构分析

在CiteSpace软件中，选择时间切片为1年，节点类型为“institution”，Selection Criteria为“（c，cc，ccv）：2，2，20;2，2，20;2，2，20”，得到2013—2020年STEM教育研究机构合作知识图谱，如图3所示。南京师范大学教育科学学院发文11篇，位居发文量榜首。另外，东北师范大学信息科学与技术学院、陕西师范大学教育学院、南京晓庄学院环境科学学院、华南师范大学教育信息技术学院等机构对STEM教育的研究较多。从年轮上看，各个机构的颜色都比较单一，最多有三种颜色，这表明机构对STEM教育缺乏持续深入的研究。

2.5  关键词分析

文献的关键词是对文献核心内容高度凝练的表达。在CiteSpace中，通过对关键词词频统计以及关键词聚类分析来确定研究热点，在此基础上结合阅读相应文献进行分析。

在CiteSpace中，选择时间切片为1年，节点类型为Keywords，Selection Criteria为g-index，其中k值设置为20。采用Minimum Spanning Tree算法对图谱进行修剪（其余参数保持默认值），生成关键词共现网络图谱。基于此，选择LLR算法生成以关键词为提取标签的聚类图谱，如图4所示。其中Q值为0.734 3，说明形成的类团结构是明显的；S值为0.929，说明聚类的结果是令人信服的。

为了更好地了解每个类团包含的内容，选择Cluster下的Cluster Explorer得到关键词聚类表，每个聚类选择前五个标签词，具体如表3所示。

在聚类的基础上，结合文献分析将我国STEM教育领域的研究热点归纳为以下五点。

1）基于核心素养的STEAM教育研究。STEAM教育是在STEM教育的基础上加入艺术（Art）角色形成的。有关研究表明，融入艺术的STEM教育会激发学生对科学、工程等学科的兴趣和学习动机，让他们获得更高的学习成就，有利于培养综合型创新人才。STEAM教育是以真实问题情境为基础，采用跨学科整合手段，用以培养学生问题解决能力和创新能力的教育模式，满足21世纪对人才培养的需要，为发展学生核心素养提供可行路径。关于STEAM教育的研究主要包括政策解读、内涵理解、实现路径架构、课程体系构建、评价体系形成、师资培养和具体学科实践等。其中具体学科实践涉及核心素养发展、教学模式构建、创新能力和问题解决能力培养、教学设计等。STEAM教育演变成STREAM教育，其中R（Reading/Writing）指读写能力，目的是使高素质专业人士能够满足撰写报告、实验材料以及与人交流的需要[3]。可以看出，STEAM教育的内涵在不断丰富，朝“STEAM+”发展。

2）STEM教育师资培养研究。STEM教师是开展STEM教育的关键，目前，各个国家都面临STEM教育师资匮乏的问题。罗琪[4]将我国STEAM教师培养实践中存在的问题总结为五个方面：培养总量不足、培养定位不准、培养主体单一、教师准入制度缺失和专业发展支持不够。STEM教育在我国起步较晚，大多数STEM教师培养的文献是分析以美国为主的STEM教师教育情况，再进一步得出对我国的建议或启示。有的学者在分析美国教师教育政策演进及内容后，从国家政策导向、STEM教师培养模式以及各方力量支持的角度提出我国培养STEM教师的建议；有的学者在分析美国Uteach课程体系的基础上，提出我国STEM教师教育课程建设的建议。每个国家的情况不同，别国的经验可以借鉴但不能照搬，如何根据我国的国情扩大STEM教师队伍、提高STEM教师水平，是我国STEM教育发展亟待解决的问题。

3）STEM课程设计研究。跨学科融合的STEM课程是学校开展STEM教育的基础，它有别于传统的分科课程，更加注重基于真实问题的情境创设，聚焦于某一个具体的项目或者任务，引导学生利用多学科知识协作完成任务，发展学生的STEM素养。我国对STEM课程的研究还处于探索阶段。

一方面，借鉴国外STEM课程研究经验，例如：有学者在深入分析坦福大学d.loft STEM项目课程的基础上，提出于设计思维的跨学科STEM课程模型；有学者分析美国火星教育项目STEM课程，提出我国STEM课程建设发展的五条建议；某学者分析NASA“宇宙飞船安全”课程，提出更新STEM评价方式，加强科研机构与学校间的合作等建议。

另一方面，积极进行STEM课程本土化研究与实践，例如：某学者在“建筑结构设计”STEM课程中创新性地采用6E设计型学习模式；某学者开发基于STEM理念的“天气瓶制作”校本课程。

但总体来说，我国STEM课程的大多数课程案例以单次课为主，课程案例的设计、开发缺少系统性与连贯性，很少有一学期或一年的课程设计与实践。同时，STEM课程存在课程标准不健全、课程目标不明确、课程资源匮乏、课程内容整合不深入和缺乏实践等问题，需要诸多学者和一线教师进一步深入研究。

4）STEAM教育与创客教育深度融合研究。创客教育是一种鼓励学生使用数字化工具进行造物并分享，培养学生动手创造与问题解决能力的新型教育模式[5]。创客教育强调创造，STEAM强调跨学科，基于跨学科的视角能够更好地创造性地解决问题，创客教育造物过程能够满足学生成就感，更能激发学生的探索热情，这让STEAM教育與创客教育的深度融合成为一个研究热点。目前，STEAM教育与创客教育融合的研究主要集中在三个方面。

①融合策略探讨：有学者基于跨学科创新视角提出三条STEAM教育与创客教育融合的策略；有学者认为设计思维是STEAM教育与创客教育有效融合的契机。

②深度融合模式构建：有学者构建面向STEAM教育的创客教育模式；有学者构建创客-STEM教学模式。

③融合实践：有学者进行“无轮小车”的融合实践，发现创客教育可以有效降低STEAM教育起步阶段的挑战难度，丰富学生的学习内容。

纵观STEAM教育与创客教育深度融合的研究可以发现：大多数研究处于理论探讨状态，真正进行实践的研究较少。如何让STEAM教育与创客教育深度融合仍需探究和实践。

5）STEM教学模式构建及教学实践研究。目前，构建有效的STEM教学模式是进一步推动STEM教育的关键，我国学者对STEM教学模式的构建进行较多尝试。有学者构建证据导向的STEM教学模式；有学者构建面向STEM教育的设计型学习模式等。从STEM教育面向的对象来说，STEM教学模式构建涉及K12阶段的所有学生。从模式本身来说，不同学者出发的角度不同，但所构建的模式都具有以下几个相同点：

①以真实情境的问题为出发点；

②教学过程中学生主体与教师主导相结合；

③学习评价多元化，注重对学生能力的评价，将过程性评价与总结性评价相结合，评价主体除教师外，还有同伴与学生自己。

大多数学者对STEM教学模式构建都进行实证研究，但其推广性还需进一步验证。

我国STEM教育起步晚，有关教学实践方面的探索较少，主要集中在近三年。目前我国仍然是分科教学，STEM教育的实践一般是以某一个学科的知识为主、融合多个学科知识的形式。通过对所选388篇文献进行统计，得到研究STEM教育与具体学科结合的文献共有32篇，其中化学8篇、物理8篇、生物7篇、科学4篇、地理3篇、数学1篇、音乐1篇，可以看出STEM教育大多是在理科课程中实施。进一步阅读文献发现，STEM教育与化学学科的结合主要是在化学实验上，其研究者以许亮亮为代表，共计发文4篇。虽然他基于STEM理念重新设计了化学实验，但都未说明实施的效果。生物学科亦是如此，李小玲基于STEM教育理念对“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验进行改进，但并未实施实验。物理学科一般以问题为中心开展STEM教学，存在一些问题，例如：时间不够，导致学生无法深入探究；教师无法真正放手；注重知识本身，忽视对能力的培养；等等。STEM教育不能纸上谈兵，设计好教学方案以后更重要的是实施修正。

2.6  研究趋势分析

为了进一步探究国内STEM教育研究热点的发展进程，采用CiteSpace Timezone View功能绘制关键词共现时区视图，如图5所示。我国学者最先对美国的STEM教育进行研究，包括对美国STEM教育政策的解读、美国STEM教育的困境及对策、美国STEM教育实施分析等。在2015年左右，STEM教育研究领域出现创客教育。STEM教育强调跨学科，创客教育强调创造，创客教育过程中往往需要运用不同学科的知识[6]，这让STEM教育与创客教育的深度融合成为研究热点。随着研究的深入，STEM教育中加入Art（艺术）角色，演变成STEAM教育。在《从STEM教育走向STEAM教育：艺术（Arts）的角色分析》中，国内学者李刚等[7]详细剖析艺术的内容，解读艺术的理念，审视艺术的价值，并提出STEAM教育中艺术整合的四种模式，即辅助式、平等式、情感式和社会式。近两年，STEM教育研究的热点主要集中在核心素养、教学模式、课程建设、教师培养等。可以看出，我国学者对STEM教育的研究并没有停留在别国的STEM教育和概念的辨析上，而是积极探索适合我国发展的STEM教育模式，促进学生核心素养的提高。

值得关注的是图5右上角出现的文化传承。我国历史悠久，传统文化丰富，有学者提出以传承中华优秀传统文化为目标导向的学科融合教育（C-STEAM），并在此基础上提出C-STEAM教育6C模式。实践研究结果表明：该模式可以提升学生对STEM项目式学习的兴趣，并且增加学生学习传统文化的意向。这是STEM教育本土化的有益探索。

3  反思与建议

通过对这388篇文献相关信息的统计及内容分析发现：我国的STEM教育正处于探索发展阶段，国家高度重视。从以前的跨学科整合到现在的跨学科融合，我国学者对STEM教育产生更深刻的理解，但仍然缺乏适合我国教育发展的STEM教学模式，同时存在缺少打通学龄段的STEM课程、STEM教师数量少且整体水平不高的问题。基于此，笔者提出以下建议。

3.1  设计和实践适合我国的STEM教学模式

教学由一系列活动组成，教学模式是指在一定教学思想或教学理论的指导下形成的较为稳定的活动程序，它为教师开展教学提供一定的支持，是教师开展教学的关键。多位学者已经提出一些STEM本土化教学模式，但STEM教育面向对象的年龄范围较大，开展地区条件不尽相同，仍需要根据实际的情况探索不同的STEM教学模式以满足不同的需求。

3.2  系统设计STEM课程

我国大多数的STEM课程都是短期的，且课程的独立性较强，整体来说缺少连贯性，不利于持续培养学生的STEM能力。研究人员应该加强对STEM课程开发的理论研究，形成操作性较强的STEM课程开发体系，以此来帮助教师或者社会机构开发系统性较强的STEM课程。

3.3  加强STEM教育的师资培养

很多学校的STEM教师是由信息技术、科学、物理等教师兼任的，STEM教师队伍需要进一步扩大，质量需要进一步提高。可以通过鼓励高校开设STEM教育专业，吸纳具有数学、科学、工程等学科背景的教师来扩大STEM教师队伍，通过职前职后培训、建立STEM教师资格考试等方式提高STEM教师的质量。

参考文献

[1]丁杰，蔡苏，江丰光，等.科学、技术、工程与数学教育创新与跨学科研究：第二届STEM国际教育大会述评[J].开放教育研究，2013（2）：41-48.

[2]邱均平，王曰芬.文献计量内容分析法[M].北京：国家图书馆出版社，2008：25.

[3]赵慧臣，陆晓婷.开展STEAM教育，提高学生创新能力：访美国STEAM教育知名学者格雷特·亚克门教授[J].开放教育研究，2016（5）：4-10.

[4]罗琪.我国STEM教师培养中的问题及其应对策略[J].教学与管理，2018（24）：58-61.

[5]王佑镁，郭静，宛平，等.设计思维：促进STEM教育与创客教育的深度融合[J].电化教育研究，2019（3）：34-41.

[6]杨晓哲，任友群.数字化时代的STEM教育与创客教育[J].开放教育研究，2015（5）：35-40.

[7]李刚，吕立杰.從STEM教育走向STEAM教育：艺术（Arts）的角色分析[J].中国电化教育，2018（9）：31-39，47.