我国STEM教育现状研究

2018-08-06王涛马勇军王晶莹

世界教育信息 2018年10期

王涛马勇军王晶莹

摘要：近年来，STEM教育已经成为我国学者和研究人员关注的焦点领域之一。文章针对2011-2017年我国相关STEM文献，从文献数量、文献作者、来源期刊、研究方法和研究内容方面进行分析。在此基础上提出如下建议：关注国内STEM教育发展以及STEM教育本土化；注重学校教育系统内部STEM研究与校外STEM研究相结合；通过科学的研究方法，提高STEM教育研究的精确性和科学性。

关键词：中国；STEM教育；研究方向

一、引言

早在1986年，美国就出现了STEM教育。随着STEM教育的发展，美国弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech University）学者乔吉特·亚克曼（Georgette Yakman）于2011年首次提出STEAM教育，即科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、数学（Mathematics）和艺术（Art）[1]。此后，美国逐步从课程目标、课程设置、师资队伍、学业评价等方面在K-12阶段大力发展完善STEM教育[2]。奥巴马担任美国总统之后強调STEM教育的重要性，联邦政府采取了制定计划、政府资助、颁布法令等一系列措施推进STEM教育改革[3]。美国政府对STEM教育的重视，引起了学术界对STEM教育的关注。[4]

我国STEM教育研究起步较晚。2008年，学者朱学彦、孔寒冰发表《科技人力资源开发探究——美国STEM学科集成战略解读》[5]。约2017年，STEM教育研究文献数量才开始明显增长，关注内容多样化，包括STEM教育与创客教育的关系、STEM教育政策解读、STEM教育与课程融合等方面的研究[6]。本文通过对我国2011-2017年发表于核心期刊的STEM教育文献进行内容分析，系统梳理该领域目前的研究成果，了解该领域的研究情况，探索我国STEM教育研究的发展方向。

二、研究设计

（一）研究样本

在中国知网中，选定社会科学II辑，以“STEM”或“STEAM”为关键词或主题，共检索到SCI和CSSCI来源的相关核心期刊文献489篇，除去会议记录等文献，最终选取其中的74篇作为研究样本。

（二）研究方法

内容分析法（Content Analysis）是一种对研究对象的内容进行深入分析，透过现象看本质的方法，该方法从定性、定量两方面进行分析，具体操作步骤分为：确定研究主题、选定研究的分析单位、抽取研究样本、开发研究量表、应用量表进行分析归类、得出结论等步骤。[7]

（三）研究量表

笔者划分了5个主研究维度，8个次级研究维度，设置了5个研究目标（见表1）。研究过程中，以每一篇独立文章为分析单元进行统计和分析。

三、研究结果与分析

（一）年度发文量

笔者对2011-2017年STEM（STEAM）教育文献的年度发文量进行了统计，如图1所示。

由图1可以看出，2011-2012年，我国对STEM教育的研究并不多，处于起步阶段；从2013年开始出现上升。2013-2017年间，STEM教育研究一直呈现上升的趋势，尤其是2016-2017年，STEM教育研究文献数量出现快速增长。

（二）文献作者

1.第一作者发文数量分析

经统计，共有62位研究者作为第一作者发表了关于STEM教育的文章。其中，1名研究者作为第一作者发表了5篇关于STEM教育的文章，1名研究者作为第一作者发表了3篇关于STEM教育的文章，发表2篇及以上文章的作者共有8名（见表2）。

2.第一作者所在机构分析

根据已有文献，笔者将作者所在机构分为高校、教育管理部门和中小学三个类型，发现STEM教育研究主要集中在高校，载文量为72篇，占总发文量的97%。高校往往集研究者与培养者于一身，有较强的研究动机，高校研究者是STEM教育研究的主力军。中小学和教育管理部门发文量各占1%（见表3）。

此外，笔者进一步统计高校发文数量，得出STEM教育研究发文量最多的前7所高校分别是华东师范大学（17篇）；北京师范大学（11篇）；河南大学（5篇，5篇均由河南大学学者赵慧臣所著）；东北师范大学（4篇）；南京师范大学（3篇）；陕西师范大学（3篇）；武汉大学（3篇）。分析发现，STEM教育研究主要分布于华东、华北、东北、华中和西北这5个区域，而华南和西南地区发文量较少（见表4）。

（三）来源期刊

通过分析，74篇样本文献共分布在29本期刊中。其中，有17篇文章发表在《中国电化教育》，6篇文章发表在《现代教育技术》，2篇文章发表在《电化教育研究》，说明我国STEM教育与教育技术领域联系密切。此外，《外国中小学教育》载文9篇，《开放教育研究》和《全球教育展望》分别载文5篇，这与STEM教育起源于国外，引介类文章居多有关（见表5）。

（四）研究方法

在教育学领域，常用的研究方法分为文献法、思辨法、个案研究法、测量或调查法、实验法、比较研究法、行动研究法等几大类。笔者对样本文献采用的最主要的研究方法进行统计，结果如下（见表6）。

如表6所示，有30篇文献采用内容分析法，大多表现为对已有STEM教育文献进行研究，说明研究者倾向于运用定量和实证研究的方法。有29篇文献采用思辨法，大多是对STEM教育政策、理念等方面的研究。有8篇文献采用个案研究法，主要针对某课堂教学事件或是某项目进行研究。有4篇文献采用比较研究法，是对外国（尤其是美国）与中国STEM教育的对比性研究。有3篇文献采用访谈法，对话教育专家。

（五）研究内容

为全面把握我国STEM教育研究现状，笔者对样本文献的研究内容进行了分析，根据文献题目中的中心词将其分为对STEM教育外部环境的研究、对STEM教育内部机制的研究和对STEM教育本身的研究。STEM教育外部环境研究主要以社会背景、政策、STEM校外环境等为中心词；STEM教育内部机制研究主要以学校内部STEM系统等为中心词，如STEM教师、STEM教材等；STEM教育本身的研究主要围绕一个主题词，即STEM教育，涉及STEM教育的内涵以及对其发展状况及遇到的争议的基本概述，不具体到内外部因素（见表7）。

笔者对上述三个维度进行了更加细致的划分。把对STEM教育外部环境的研究分為：对STEM政策的研究（3篇），对信息技术社会与STEM教育关系的研究（11篇），对非正式STEM教育的研究（9篇），对STEM教育与核心素养关系的研究（1篇）。把对STEM教育内部机制的研究分为：对STEM教育人才培养的研究（13篇），对STEM教育课程的研究（9篇），对STEM教育教师的研究（2篇），对STEM教育的评估（5篇），对STEM教材的研究（2篇），对STEM教学的研究（3篇），对STEM实验室的研究（1篇）。把对STEM教育本身的研究分为：对STEM教育发展趋势的研究（12篇），对STEM发展中遇到的问题的研究（3篇）。笔者对次级维度发文量5篇以上的相关主题进行了分析。

1.对STEM教育外部环境的研究

（1）信息技术社会与STEM教育关系的研究

当今社会是科学技术高速发展的社会[8]，处在以信息物理融合系统（CPS）为基础，以智能制造为主导，以实现生产方式信息化和智能化为目标的第四次工业革命的关键时期[9]。国内对STEM教育的研究集中探讨信息技术高速发展的社会产物对STEM教育的影响。例如，学者孙江山指出，有代表性的3D打印教育创新应用项目，主要集中在创客空间、创新实验室和STEAM课程中，应将STEM教育、创客教育和创新实验室结合起来[10]；陕西科技大学王娟认为，STEAM教育应用创新需要依托物联网、云计算等新一代信息技术，打造智能化教育信息生态系统等[11]。还有一部分研究者从“互联网+”背景下反思STEM教育的应用与创新思路，有人指出STEM教育在强调技术素养的同时，忽视了其对学生情感素养的培养。

（2）非正式STEM教育研究

从狭义上说，非正式STEM教育指校外STEM教育，华东师范大学杨全印在其文章中明确提到了有效的非正式STEM教育的三个标准：能够让年轻人在智力、社交和情感三方面投入；能够对年轻人的兴趣、经历和文化实践做出回应；能够连接校外、校内、家庭以及其他环境中的STEM 学习[12]。国内学者对校外STEM教育的研究主要集中在对美国“变革方程”（Change the Equation）的研究、非正式STEM教育地位、如何创造好的外部学习生态环境系统几个方面。“变革方程是美国一个致力于在中小学推广STEM教育的公益机构，该机构力图发动全社会的力量，特别是企业的力量，推动STEM教育的普及和深入发展[13]。对于校外STEM教育成效，华东师范大学陈舒提出了STEM教育的学习生态系统模型，学习生态系统指STEM将学习赖以发生的各种要素视为一个系统，以自然生态系统为隐喻，强调学习者、多样场景、学习共同体及文化要素之间的动态互动关系。[14]

2.对STEM教育内部机制的研究

（1）STEM教育人才培养研究

STEM教育对象受到了较多的重视。有13篇文章是对STEM教育对象的研究，包括培养目标、培养策略、STEAM素养等。学者师保国对STEM对创新素养的影响及实施策略进行了研究[15]。也有不少研究者通过借鉴美国的创新人才培养策略研究跨学科背景下工匠性创新人才的培养策略。国内学者薛仪婷对美国21世纪中小学生STEM教育素质低下问题进行了研究，并分析了相应的策略[16]。有4位研究人员分别从以下领域研究英美两国高等教育领域的STEM教育人才培养状况：英国本科层次STEM学科性别隔离成因[17]、英国STEM博士教育的变革[18]、美国大学STEM领域博士生跨学科规划研究[19]、美国大学STEM人才培养策略解读。[20]

（2）STEM教育课程研究

对STEM教育课程的研究主要有9篇，其中2篇是针对国外的STEM课程的分析。研究主题主要是课程整合。东北师范大学周东岱基于STEAM教育理念的小学课程体系重构研究，提出了基于STEAM教育理念的小学课程体系重构流程[21]，这为现有的课程体系变革提供了经验。学者董泽华论述了我国中小学实施STEM教育的困境与对策[22]，为STEM教育提出经验和教训。对于STEM与跨学科整合模式的关系，北京师范大学余胜泉、陕西师范大学秦瑾若分别在文章中有所涉及。

（3）STEM教育评估研究

对STEM教育质量的评估和监测是把握STEM实施成效的重要环节。该领域的研究都以国内学者对国外STEM教育评估的研究为主。且STEM教育评估停留在对STEM教育大方向的评估，如对STEM教育理念的评估、对STEM教育内容和目标的评估等。只有1篇文献针对工程教育中的技术与工程素养进行了评估。

3.对STEM教育本身的研究

（1）对STEM教育发展趋势的研究

对STEM教育的发展趋势进行的研究共有12篇。包括对STEM教育的现状分析和对STEM发展趋势的展望。西北师范大学常咏梅副教授基于量化视角分析STEM研究现状[23]。通过对国内STEM 教育研究文献年代分布、2011-2016 年STEM 教育高频关键词、未来研究趋势和研究内容的研究，对STEM教育的研究现状进行了可视化分析。北京理工大学董宏建总结了STEM教育的特点、进行了国内外研究综述、分析了STEM教育的发展取向和展望[24]。南阳理工学院吕延会教授探索了STEM教育的核心精神。[25]

四、建议

笔者认为，首先，国内的研究集中在对STEM教育理论的探索，尤其是 STEM教育在可能的条件下应该达到的某种状态，即所谓的STEM教育的“应然性问题”，而忽略了STEM教育的“实然性问题”，即STEM教育存在的实际情况。其次，国内学者强调技术与STEM教育关系的研究，忽略了对艺术教育的导向性作用的研究。技术的创新如果没有态度和情感的引导，就会缺少创新的动力和创新的价值，过度强调技术与STEM教育的关系，在一定程度上会弱化艺术教育的作用。最后，国内学者对STEM教师、教材内容、STEM实验室的关注较少。

（一）关注国内STEM教育发展

在74篇样本文献中，有33篇以分析美国STEM教育为主，另外还有3篇介绍英国及其他国家的STEM教育发展状况。中国与英美国家在社会意识形态、文化风俗等方面有很大不同，需要注意STEM教育的本土化研究。在中国，很多STEM教育主题的学校也在逐步发展，研究者应考虑如何将国外经验与中国的具体校情相结合，为今后的发展提供建议。

（二）学校内部研究和校外研究相结合

学校STEM教育系统内部研究应该注重对教材、教学和教师进行研究。而74篇样本文献中只有2篇对STEM教材内容进行了分析，反映了这方面研究的薄弱性。在国内文理分科的大背景下，STEM教材内容和整合也应该引起重视。而教学作为一种手段，STEM教学目标、课程设计、评价方式等应成为学者关注的重点。教师作为教学的实施表，直接关系着STEM教育能否顺利实施，也应成为研究者关注的重点。此外，应加强对STEM教育校外学习生态系统的研究，包括校外STEM教育实验室的创办，关注企业、民间组织对STEM教育的支持研究。

（三）提高研究的精准性和科学性

分析研究方法发现，国内对STEM教育的研究主要以内容分析法、思辨法为主。笔者认为，样本文献中的内容分析法大多直接翻译国外的文献，并未做深入分析，也没有深入探讨如何使国外的STEM教育与国内STEM教育更好地衔接。在样本文献中，几乎没有采取行动法和调查法，而STEM教育作为一种教学新模式和新型教学实践，更应该去实地考察，获得一手资料，以便更好地进行分析与运用。

参考文献：

[1]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，2015，21（5）：35-40.

[2][11]王娟，胡来林，安丽达.国外整合STEM的教育机器人课程案例研究——以卡耐基梅隆大學机器人学院ROBOTC课程为例[J].现代教育技术，2017，27（4）：33-38.

[3]杨光富.奥巴马政府STEM教育改革综述[J].中小学管理，2014（4）：48-50.

[4][6][24]董宏建，白敏.中国理工科STEM教育发展探究[J].现代教育技术，2016，26（7）：12-17.

[5]朱学彦，孔寒冰.科技人力资源开发探究——美国STEM学科集成战略解读[J].高等工程教育研究，2008（2）：21-25.

[7]马勇军，崔爽怡.中国免费师范生研究十年回顾与前瞻——基于核心期刊相关文献的内容分析[J].课程·教材·教法，2017，37（8）：97-103.

[8][9]李小涛，高海燕，邹佳人，万昆.“互联网+”背景下的STEAM教育到创客教育之变迁——从基于项目的学习到创新能力的培养[J].远程教育杂志，2016， 34（1）：28-36.

[10]孙江山，吴永和，任友群.3D打印教育创新：创客空间、创新实验室和STEAM[J].现代远程教育研究，2015（4）：96-103.

[12]杨全印，卓泽林.美国非正式STEM教育探究：地位、标准和影响[J].全球教育展望，2016，45（12）：25-35.

[13]钟柏昌，张丽芳.美国STEM教育变革中“变革方程”的作用及其启示[J].中国电化教育，2014（4）：18-24，86.

[14]陈舒，刘新阳.美国校外STEM教育成效评价：视角、框架与指标[J].开放教育研究，2017，23（2）：102-110.