我國STEM教育研究熱點(diǎn)與發(fā)展趨勢分析

支彬茹

【摘 要】STEM教育是全球培養(yǎng)創(chuàng)新型、綜合型、應(yīng)用型人才的教育。自1986年STEM在美國被提出以來，STEM教育成為教育研究領(lǐng)域一個經(jīng)久不衰的熱詞。我國自2008年開啟STEM教育研究至今已近10年，其研究方向呈多角度發(fā)展，雖仍處于初級階段，但已有一定的成就?；贑NKI中國知網(wǎng)，本文對我國的STEM教育研究相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析、聚類分析，從STEM教育與現(xiàn)實(shí)能力培養(yǎng)、STEM課程融合、STEM教育與創(chuàng)客運(yùn)動相結(jié)合、STEM教育與人才培養(yǎng)、美國STEM教育、關(guān)于STEM教育的其他研究六個維度進(jìn)行綜述，總結(jié)我國STEM教育研究發(fā)展的趨勢是繼續(xù)探究美國的相關(guān)研究、加深STEM教育實(shí)踐探究、加強(qiáng)STEM教育本土化研究和結(jié)合時(shí)代熱點(diǎn)進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】STEM教育；現(xiàn)狀；發(fā)展；綜述

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2017）06-0039-04

STEM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Math）四個英文首字母的縮寫，簡言之STEM就是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)的教育，是依靠綜合運(yùn)用多學(xué)科知識解決實(shí)際問題的教育[1]。STEM教育并不是將四個學(xué)科簡單相加，而是運(yùn)用一種整合的方式聯(lián)系四種學(xué)科中的共通之處，來培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)和解決實(shí)際問題的能力。1986年，美國國家科學(xué)委員會（NSB）發(fā)表了《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》報(bào)告，報(bào)告中提出了“科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)教育集成”戰(zhàn)略，以此來開發(fā)大量的科技人力資源，保持國家經(jīng)濟(jì)的全球領(lǐng)導(dǎo)地位，被視為STEM教育的開端[2]。

STEM教育在美國發(fā)展迅速，近年來國內(nèi)學(xué)者對其關(guān)注度也逐年上升。自朱學(xué)彥、孔寒冰2008年發(fā)表《科技人力資源開發(fā)探究——美國STEM學(xué)科集成戰(zhàn)略解讀》以來，我國對STEM教育的研究已近10年。雖然我國相關(guān)研究仍處于萌芽階段，但對現(xiàn)階段我國STEM教育研究進(jìn)行整理分析具有重要意義。本文試圖通過對我國相關(guān)文獻(xiàn)的研究把握我國STEM教育研究方向，分析我國STEM教育未來的發(fā)展趨勢，為后續(xù)研究提供參考。

研究設(shè)計(jì)

1. 數(shù)據(jù)來源

本文的數(shù)據(jù)來源為中國知網(wǎng)，采用主題檢索，以“STEM”“STEAM”“STEM教育”“STEAM教育”“STEM課程”五個主題詞查詢CNKI中國知網(wǎng)，時(shí)間范圍從美國提出STEM教育伊始（1986年）到2017年4月，排除無關(guān)研究、教育信息通知，共搜集有效文獻(xiàn)171篇。

2. 研究方法和工具

本文使用共詞分析法對搜索到的文獻(xiàn)進(jìn)行分析。共詞分析法是一種分析文獻(xiàn)中詞匯同時(shí)出現(xiàn)的情況，以此來確定文獻(xiàn)中研究主題之間的關(guān)系的研究方法[3]。本文通過詞頻分析、聚類分析將文獻(xiàn)中的高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行分類，進(jìn)而判斷我國STEM教育研究的熱點(diǎn)和趨勢。研究工具主要為書目共現(xiàn)分析系統(tǒng)Bicomb和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 22.0，輔助軟件為Excel數(shù)據(jù)處理軟件。本文將檢索到的文獻(xiàn)信息錄入Bicomb，統(tǒng)計(jì)分析得到高頻關(guān)鍵詞表，再根據(jù)構(gòu)建高頻關(guān)鍵詞詞篇矩陣和共現(xiàn)矩陣，進(jìn)行研究熱點(diǎn)的初步分析。將詞篇矩陣導(dǎo)入SPSS 22.0，生成聚類樹，以此來得出結(jié)論。

研究過程

1. 文獻(xiàn)數(shù)量分析

將文獻(xiàn)信息導(dǎo)入Bicomb后，將關(guān)鍵字改為“年”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以得到每年的文獻(xiàn)數(shù)量，從2008年到2012年，STEM教育仍處于不被大范圍關(guān)注的狀態(tài)，只是偶有文章發(fā)表，自2013年至今，我國對于STEM教育的研究文獻(xiàn)數(shù)量逐年上升，尤其是近三年來，文獻(xiàn)數(shù)量上漲迅速，2016年發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)量71篇，是近年來發(fā)表數(shù)量最多的年份。

2. 高頻關(guān)鍵詞詞頻分析

將文獻(xiàn)信息導(dǎo)入Bicomb后，將關(guān)鍵字段改為“關(guān)鍵詞”進(jìn)行統(tǒng)計(jì)提取，可以得到文獻(xiàn)中關(guān)鍵詞的詞頻表，修改詞義相近關(guān)鍵詞后（例如將“STEM”改為“STEM教育”，與“STEM教育合并”），得到我國STEM教育研究高頻關(guān)鍵詞表，如表1所示（表中展示了詞頻≥3的關(guān)鍵詞）。因?yàn)楸疚氖且許TEM作為主題詞進(jìn)行檢索，所以“STEM教育”位列第一，除此之外，排在前十位的關(guān)鍵詞有：STEAM教育、創(chuàng)客教育、美國、學(xué)科融合、人才培養(yǎng)、STEM課程、學(xué)習(xí)過程、科學(xué)教育、啟示。

3. 構(gòu)建矩陣

（1）高頻關(guān)鍵詞詞篇矩陣

將Bicomb的關(guān)鍵字段選為“關(guān)鍵詞”，設(shè)定閾值為≥3，≤150（選擇關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次在3次到150次之間的關(guān)鍵詞），構(gòu)建詞篇矩陣，如表2所示。其中，第一列為高頻關(guān)鍵詞，第一行中的V1、V2代表文章編號，表中數(shù)據(jù)“1”表示該關(guān)鍵詞是該篇文章的關(guān)鍵詞之一，“-”則表示不是。

（2）高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣

以同樣的選擇關(guān)鍵字段和閾值的方式構(gòu)建高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣，關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣是一種對角線對稱矩陣，對角線上的數(shù)字代表該關(guān)鍵詞在所研究文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻次[4]。表格中的數(shù)據(jù)代表這兩個關(guān)鍵詞在同一篇文章中出現(xiàn)的頻次，可知，數(shù)據(jù)越大，表示這兩個關(guān)鍵詞之間的關(guān)系越密切。

4. 高頻關(guān)鍵詞聚類分析

聚類分析是指在數(shù)據(jù)中尋找相似元素的集合[5]。進(jìn)行高頻關(guān)鍵詞聚類分析的目的就是將高頻關(guān)鍵詞分類。將高頻關(guān)鍵詞詞篇矩陣導(dǎo)入SPSS，選擇“組之間鏈接”聚類方法和Ochiai的二分類方法對出現(xiàn)頻次大于3的32個關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類，可得聚類樹狀圖，如圖1所示。分析聚類樹狀圖可知，可將文獻(xiàn)關(guān)鍵詞大致分為六個主題：STEM教育與現(xiàn)實(shí)能力培養(yǎng)、STEM課程融合、STEM教育與創(chuàng)客運(yùn)動相結(jié)合、STEM教育與人才培養(yǎng)、美國STEM教育、關(guān)于STEM教育的其他研究。

我國STEM教育研究熱點(diǎn)

1. STEM教育與現(xiàn)實(shí)能力培養(yǎng)

項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問題解決、工程教育、教育標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)素養(yǎng)，這幾個關(guān)鍵詞體現(xiàn)了STEM教育的本質(zhì)：培養(yǎng)學(xué)生的素養(yǎng)并解決實(shí)際問題[6]，而為達(dá)到這樣的教育目標(biāo)，可采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，將工程教育和技術(shù)教育融合至平常的數(shù)學(xué)和科學(xué)教育中。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是指將真實(shí)項(xiàng)目引入課堂，讓學(xué)生在動手實(shí)踐的過程中逐漸培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力。國內(nèi)對項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的實(shí)踐研究稀少，有首新、胡衛(wèi)平等人探索了基于文化—?dú)v史活動觀的小學(xué)生項(xiàng)目式STEM學(xué)習(xí)模式[7]，大多數(shù)學(xué)者仍處于評價(jià)美國項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式階段，如丁杰和蔡蘇等在研究中提到Berry主張的基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)與STEM教育結(jié)合的三種模式：中心項(xiàng)目模式（教師主導(dǎo)課堂，學(xué)生完成核心任務(wù)）、學(xué)生主導(dǎo)項(xiàng)目模式（學(xué)生自己設(shè)計(jì)項(xiàng)目，教師全程指導(dǎo)完成）、基于學(xué)生主導(dǎo)項(xiàng)目的課程（學(xué)生提出問題并解決，教師監(jiān)督完成）[8]。

2. STEM課程融合

這一主題所包含的關(guān)鍵詞有：STEM教育、學(xué)科融合、課程設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)過程、教學(xué)改革、STEM整合。STEM教育雖然是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四個單詞的首字母縮寫，卻不表示STEM教育是把這四個學(xué)科進(jìn)行簡單疊加。通過課程設(shè)計(jì)，尋找課程中緊密相關(guān)的共通之處，是STEM教育的一個重要研究方向。我國學(xué)者在研究美國STEM課程融合的基礎(chǔ)上根據(jù)自身教學(xué)經(jīng)驗(yàn)提出了很多觀點(diǎn)。如余勝泉和胡翔在《STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式》中提到赫希巴奇提出的兩種STEM跨學(xué)科整合模式：相關(guān)課程模式和廣域課程模式。同時(shí)他們提出了跨學(xué)科整合的三個基本取向：學(xué)科知識整合取向、生活經(jīng)驗(yàn)整合取向、學(xué)習(xí)者中心整合模式[9]。鄒正在《秉學(xué)科融合創(chuàng)新 促學(xué)生自由成長——兼談學(xué)校STEM + 課程體系的構(gòu)建與實(shí)施》中結(jié)合學(xué)校的眾多教育案例提出了他對于STEM+理念的觀點(diǎn)，提出要提升校本課程品質(zhì)，注重學(xué)科之間的融合、豐富學(xué)生社團(tuán)活動、開拓國際視野課程，增進(jìn)多元文化融合、開發(fā)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新課程、廣泛利用社會資源等觀點(diǎn)[10]。

3. STEM教育與創(chuàng)客運(yùn)動相結(jié)合

從聚類樹狀圖看，這個主題所包含的關(guān)鍵詞有：STEAM教育、創(chuàng)新能力、3D打印、創(chuàng)客空間、創(chuàng)客教育、創(chuàng)客、教育創(chuàng)新。近幾年來我國大力提倡創(chuàng)客運(yùn)動，將創(chuàng)新推舉到一個嶄新的高度，3D打印作為一種新型技術(shù)手段。近年來被頻繁用在創(chuàng)客教育及STEM教育中。隨著3D打印技術(shù)的越發(fā)成熟和創(chuàng)客運(yùn)動的迅速升溫，學(xué)者們逐漸發(fā)現(xiàn)STEM教育與創(chuàng)客教育的內(nèi)在聯(lián)系即為創(chuàng)新和“做中學(xué)”。3D打印成為促進(jìn)兩者結(jié)合的一種手段，于是將STEM教育與創(chuàng)客相結(jié)合的趨勢越發(fā)明顯?，F(xiàn)在相關(guān)研究主要有對STEM教育和創(chuàng)客教育的比較研究、STEM教育和創(chuàng)客教育融合的研究等。除去對兩者的整體研究，也有眾多學(xué)者將視角放在STEM教育和創(chuàng)客教育融合的某一細(xì)小分支，如王旭卿就依據(jù)STEM教育和創(chuàng)客教育的現(xiàn)狀提出了面向STEM教育的創(chuàng)客教育模式，并分析了相關(guān)教育案例[11]。

4. STEM教育與人才培養(yǎng)

人才培養(yǎng)是STEM教育的最終目標(biāo)，而為達(dá)成這個目標(biāo)，STEM教育課程、課程的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。我國STEM教育實(shí)踐仍處在發(fā)展初期，但眾多學(xué)者在教學(xué)設(shè)計(jì)方面有了很多的研究，有對美國STEM教育課例的分析，如蔡慧英和顧小清在《設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)技術(shù)支持STEM課堂教學(xué)的案例分析研究》一文中就詳細(xì)介紹了Wallcology和EvoRoom兩個課例[12]；有對我國STEM教育課程的設(shè)計(jì)，如華東師范大學(xué)王玲玲的《基于STEM的小學(xué)科學(xué)課程設(shè)計(jì)研究》和浙江師范大學(xué)李揚(yáng)的《STEM教育視野下的科學(xué)課程構(gòu)建》，還有王奇?zhèn)サ摹缎W(xué)STEM課程中工程思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)研究》。除此之外也有眾多STEM教育的實(shí)踐案例，這個主題是我國STEM教育研究較為活躍的一個主題。

5. 美國STEM教育實(shí)踐研究

美國是STEM教育的發(fā)祥地，我國學(xué)者對美國STEM教育的研究能夠及時(shí)獲得世界STEM教育研究的前沿信息，同時(shí)可以吸取美國的教育經(jīng)驗(yàn)，為我國STEM教育發(fā)展提供參考，是我國STEM教育研究的一個重要方向。根據(jù)這個類型中的關(guān)鍵詞：美國、K-12階段、中小學(xué)、STEM學(xué)科，可知這一類型中大多數(shù)是研究美國STEM教育實(shí)踐的。我國對美國STEM教育實(shí)踐的研究集中在現(xiàn)狀研究、美國K-12階段的STEM教育研究、STEM教育政策的研究、美國STEM教育面臨的問題及其解決方式的研究等方向。朱學(xué)彥和孔寒冰是國內(nèi)最先研究美國STEM教育的學(xué)者，在他們的文章《科技人力資源開發(fā)探究——美國STEM學(xué)科集成戰(zhàn)略解讀》中，概括性地?cái)⑹隽嗣绹鳶TEM教育的形成與發(fā)展、組織與實(shí)施，也總結(jié)了其對我國的啟示。這篇文章的出現(xiàn)成為眾多學(xué)者研究美國STEM教育的范例，此后眾多學(xué)者的相關(guān)研究也遵照這樣的研究范式進(jìn)行。

6. 關(guān)于STEM教育的其他研究

從聚類樹狀圖中可知科學(xué)素養(yǎng)、美國STEM教育、科技館、教育政策這四個關(guān)鍵詞相對獨(dú)立，無法與其他關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類，因此歸于其他研究。他們四個詞語的詞頻均為3，說明有一些學(xué)者在研究，但還是相對較少，這就可以和詞頻在3以下的關(guān)鍵詞一同被列入其他領(lǐng)域，在此并不做深入分析。

我國STEM教育研究發(fā)展趨勢

近10年來，我國學(xué)者對STEM教育的研究已初具成效，研究范圍較廣，包含了STEM教育與現(xiàn)實(shí)能力培養(yǎng)、STEM課程融合、STEM教育與創(chuàng)客運(yùn)動相結(jié)合、STEM教育與人才培養(yǎng)、美國STEM教育等方面。

今后的研究可能會從以下幾個方面進(jìn)行：（1）對美國相關(guān)研究的解讀仍會持續(xù)存在?，F(xiàn)在對美國STEM教育的研究還未詳盡，所以今后我國學(xué)者對美國STEM研究仍會繼續(xù)，且研究深度會進(jìn)一步加深。（2）對我國STEM實(shí)踐探索的研究數(shù)量會大量增加。我國現(xiàn)在的國家政策正在對STEM教育逐漸開放，這意味著我國STEM教育實(shí)踐會大量增加，這就會給學(xué)者提供更多的研究機(jī)會。（3）對STEM教育本土化研究會更加深入。我國現(xiàn)在關(guān)于STEM教育實(shí)踐的研究較為淺顯，多是簡單的教學(xué)設(shè)計(jì)，逃不開整合思想不夠深入和模仿美國固有模式的怪圈，所以如何進(jìn)行STEM教育本土化是十分重要的問題。（4）結(jié)合符合時(shí)代特征的熱點(diǎn)如創(chuàng)客運(yùn)動和互聯(lián)網(wǎng)+的研究也會大量產(chǎn)生。我國的STEM研究熱點(diǎn)中包含了創(chuàng)客教育與STEM教育結(jié)合，這一研究仍會處于高熱階段。近年來“互聯(lián)網(wǎng)+”也是一個研究熱點(diǎn)，已經(jīng)出現(xiàn)了幾篇關(guān)于“互聯(lián)網(wǎng)+”和STEAM結(jié)合的文章，相信這一趨勢還會繼續(xù)。隨著我國對STEM教育的逐步關(guān)注，我國對STEM教育的研究會逐漸走上正軌。

（作者單位：吉林延邊大學(xué)師范學(xué)院）

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