我国STEM教育研究热点与发展趋势分析
【中图分类号】G434 【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384（2017）06-0039-04
STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Math）四个英文首字母的缩写，简言之STEM就是科学、技术、工程、数学的教育，是依靠综合运用多学科知识解决实际问题的教育[1]。STEM教育并不是将四个学科简单相加，而是运用一种整合的方式联系四种学科中的共通之处，来培养学生的综合素养和解决实际问题的能力。1986年，美国国家科学委员会（NSB）发表了《本科的科学、数学和工程教育》报告，报告中提出了“科学、数学、工程和技术教育集成”战略，以此来开发大量的科技人力资源，保持国家经济的全球领导地位，被视为STEM教育的开端[2]。
STEM教育在美国发展迅速，近年来国内学者对其关注度也逐年上升。自朱学彦、孔寒冰2008年发表《科技人力资源开发探究――美国STEM学科集成战略解读》以来，我国对STEM教育的研究已近10年。虽然我国相关研究仍处于萌芽阶段，但对现阶段我国STEM教育研究进行整理分析具有重要意义。本文试图通过对我国相关文献的研究把握我国STEM教育研究方向，分析我国STEM教育未来的发展趋势，为后续研究提供参考。
研究设计
1. 数据来源
本文的数据来源为中国知网，采用主题检索，以“STEM”“STEAM”“STEM教育”“STEAM教育”“STEM课程”五个主题词查询CNKI中国知网，时间范围从美国提出STEM教育伊始（1986年）到2017年4月，排除无关研究、教育信息通知，共搜集有效文献171篇。
2. 研究方法和工具
本文使用共词分析法对搜索到的文献进行分析。共词分析法是一种分析文献中词汇同时出现的情况，以此来确定文献中研究主题之间的关系的研究方法[3]。本文通过词频分析、聚类分析将文献中的高频关键词进行分类，进而判断我国STEM教育研究的热点和趋势。研究工具主要为书目共现分析系统Bicomb和数据统计分析软件SPSS 22.0，辅助软件为Excel数据处理软件。本文将检索到的文献信息录入Bicomb，统计分析得到高频关键词表，再根据构建高频关键词词篇矩阵和共现矩阵，进行研究热点的初步分析。将词篇矩阵导入SPSS 22.0，生成聚类树，以此来得出结论。
研究过程
1. 文献数量分析
将文献信息导入Bicomb后，将关键字改为“年”进行统计，可以得到每年的文献数量，从2008年到2012年，STEM教育仍处于不被大范围关注的状态，只是偶有文章发表，自2013年至今，我国对于STEM教育的研究文献数量逐年上升，尤其是近三年来，文献数量上涨迅速，2016年发表文献数量71篇，是近年来发表数量最多的年份。
2. 高频关键词词频分析
将文献信息导入Bicomb后，将关键字段改为“关键词”进行统计提取，可以得到文献中关键词的词频表，修改词义相近关键词后（例如将“STEM”改为“STEM教育”，与“STEM教育合并”），得到我国STEM教育研究高频关键词表，如表1所示（表中展示了词频≥3的关键词）。因为本文是以STEM作为主题词进行检索，所以“STEM教育”位列第一，除此之外，排在前十位的关键词有：STEAM教育、创客教育、美国、学科融合、人才培养、STEM课程、学习过程、科学教育、启示。
3. 构建矩阵
（1）高频关键词词篇矩阵
将Bicomb的关键字段选为“关键词”，设定阈值为≥3，≤150（选择关键词出现频次在3次到150次之间的关键词），构建词篇矩阵，如表2所示。其中，第一列为高频关键词，第一行中的V1、V2代表文章编号，表中数据“1”表示该关键词是该篇文章的关键词之一，“-”则表示不是。
（2）高频关键词共现矩阵
以同样的选择关键字段和阈值的方式构建高频关键词共现矩阵，关键词共现矩阵是一种对角线对称矩阵，对角线上的数字代表该关键词在所研究文献中出现的频次[4]。表格中的数据代表这两个关键词在同一篇文章中出现的频次，可知，数据越大，表示这两个关键词之间的关系越密切。
4. 高频关键词聚类分析
聚类分析是指在数据中寻找相似元素的集合[5]。进行高频关键词聚类分析的目的就是将高频关键词分类。将高频关键词词篇矩阵导入SPSS，选择“组之间链接”聚类方法和Ochiai的二分类方法对出现频次大于3的32个关键词进行聚类，可得聚类树状图，如图1所示。分析聚类树状图可知，可将文献关键词大致分为六个主题：STEM教育与现实能力培养、STEM课程融合、STEM教育与创客运动相结合、STEM教育与人才培养、美国STEM教育、关于STEM教育的其他研究。 我国STEM教育研究热点
1. STEM教育与现实能力培养
项目学习、问题解决、工程教育、教育标准、技术素养，这几个关键词体现了STEM教育的本质：培养学生的素养并解决实际问题[6]，而为达到这样的教育目标，可采用项目式学习，将工程教育和技术教育融合至平常的数学和科学教育中。项目式学习是指将真实项目引入课堂，让学生在动手实践的过程中逐渐培养解决实际问题的能力。国内对项目式学习的实践研究稀少，有首新、胡卫平等人探索了基于文化―历史活动观的小学生项目式STEM学习模式[7]，大多数学者仍处于评价美国项目式学习模式阶段，如丁杰和蔡苏等在研究中提到Berry主张的基于项目的学习与STEM教育结合的三种模式：中心项目模式（教师主导课堂，学生完成核心任务）、学生主导项目模式（学生自己设计项目，教师全程指导完成）、基于学生主导项目的课程（学生提出问题并解决，教师监督完成）[8]。
2. STEM课程融合
这一主题所包含的关键词有：STEM教育、学科融合、课程设计、学习过程、教学改革、STEM整合。STEM教育虽然是科学、技术、工程、数学四个单词的首字母缩写，却不表示STEM教育是把这四个学科进行简单叠加。通过课程设计，寻找课程中紧密相关的共通之处，是STEM教育的一个重要研究方向。我国学者在研究美国STEM课程融合的基础上根据自身教学经验提出了很多观点。如余胜泉和胡翔在《STEM教育理念与跨学科整合模式》中提到赫希巴奇提出的两种STEM跨学科整合模式：相关课程模式和广域课程模式。同时他们提出了跨学科整合的三个基本取向：学科知识整合取向、生活经验整合取向、学习者中心整合模式[9]。邹正在《秉学科融合创新 促学生自由成长――兼谈学校STEM + 课程体系的构建与实施》中结合学校的众多教育案例提出了他对于STEM+理念的观点，提出要提升校本课程品质，注重学科之间的融合、丰富学生社团活动、开拓国际视野课程，增进多元文化融合、开发实验创新课程、广泛利用社会资源等观点[10]。
3. STEM教育与创客运动相结合
从聚类树状图看，这个主题所包含的关键词有：STEAM教育、创新能力、3D打印、创客空间、创客教育、创客、教育创新。近几年来我国大力提倡创客运动，将创新推举到一个崭新的高度，3D打印作为一种新型技术手段。近年来被频繁用在创客教育及STEM教育中。随着3D打印技术的越发成熟和创客运动的迅速升温，学者们逐渐发现STEM教育与创客教育的内在联系即为创新和“做中学”。3D打印成为促进两者结合的一种手段，于是将STEM教育与创客相结合的趋势越发明显。现在相关研究主要有对STEM教育和创客教育的比较研究、STEM教育和创客教育融合的研究等。除去对两者的整体研究，也有众多学者将视角放在STEM教育和创客教育融合的某一细小分支，如王旭卿就依据STEM教育和创客教育的现状提出了面向STEM教育的创客教育模式，并分析了相关教育案例[11]。
4. STEM教育与人才培养
人才培?B是STEM教育的最终目标，而为达成这个目标，STEM教育课程、课程的设计就显得尤为重要。我国STEM教育实践仍处在发展初期，但众多学者在教学设计方面有了很多的研究，有对美国STEM教育课例的分析，如蔡慧英和顾小清在《设计学习技术支持STEM课堂教学的案例分析研究》一文中就详细介绍了Wallcology和EvoRoom两个课例[12]；有对我国STEM教育课程的设计，如华东师范大学王玲玲的《基于STEM的小学科学课程设计研究》和浙江师范大学李扬的《STEM教育视野下的科学课程构建》，还有王奇伟的《小学STEM课程中工程思维培养的教学设计研究》。除此之外也有众多STEM教育的实践案例，这个主题是我国STEM教育研究较为活跃的一个主题。
5. 美国STEM教育实践研究
美国是STEM教育的发祥地，我国学者对美国STEM教育的研究能够及时获得世界STEM教育研究的前沿信息，同时可以吸取美国的教育经验，为我国STEM教育发展提供参考，是我国STEM教育研究的一个重要方向。根据这个类型中的关键词：美国、K-12阶段、中小学、STEM学科，可知这一类型中大多数是研究美国STEM教育实践的。我国对美国STEM教育实践的研究集中在现状研究、美国K-12阶段的STEM教育研究、STEM教育政策的研究、美国STEM教育面临的问题及其解决方式的研究等方向。朱学彦和孔寒冰是国内最先研究美国STEM教育的学者，在他们的文章《科技人力资源开发探究――美国STEM学科集成战略解读》中，概括性地叙述了美国STEM教育的形成与发展、组织与实施，也总结了其对我国的启示。这篇文章的出现成为众多学者研究美国STEM教育的范例，此后众多学者的相关研究也遵照这样的研究范式进行。
6. 关于STEM教育的其他研究
从聚类树状图中可知科学素养、美国STEM教育、科技馆、教育政策这四个关键词相对独立，无法与其他关键词进行聚类，因此归于其他研究。他们四个词语的词频均为3，说明有一些学者在研究，但还是相对较少，这就可以和词频在3以下的关键词一同被列入其他领域，在此并不做深入分析。
我国STEM教育研究发展趋势
近10年来，我国学者对STEM教育的研究已初具成效，研究范围较广，包含了STEM教育与现实能力培养、STEM课程融合、STEM教育与创客运动相结合、STEM教育与人才培养、美国STEM教育等方面。
今后的研究可能会从以下几个方面进行：（1）对美国相关研究的解读仍会持续存在。现在对美国STEM教育的研究还未详尽，所以今后我国学者对美国STEM研究仍会继续，且研究深度会进一步加深。（2）对我国STEM实践探索的研究数量会大量增加。我国现在的国家政策正在对STEM教育逐渐开放，这意味着我国STEM教育实践会大量增加，这就会给学者提供更多的研究机会。（3）对STEM教育本土化研究会更加深入。我国现在关于STEM教育实践的研究较为浅显，多是简单的教学设计，逃不开整合思想不够深入和模仿美国固有模式的怪圈，所以如何进行STEM教育本土化是十分重要的问题。（4）结合符合时代特征的热点如创客运动和互联网+的研究也会大量产生。我国的STEM研究热点中包含了创客教育与STEM教育结合，这一研究仍会处于高热阶段。近年来“互联网+”也是一个研究热点，已经出现了几篇关于“互联网+”和STEAM结合的文章，相信这一趋势还会继续。随着我国对STEM教育的逐步关注，我国对STEM教育的研究会逐渐走上正轨。
（作者单位：吉林延边大学师范学院）
