近十年來國(guó)外工程教育研究進(jìn)展與趨勢(shì)

祝蕾 陳瑩

摘 ?要： 通過選取2009年以來《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》的期刊論文，將作者、研究機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞、被引文獻(xiàn)等作為關(guān)鍵變量，繪制近十年來工程教育研究的知識(shí)圖譜。研究發(fā)現(xiàn)，比較教育領(lǐng)域的研究者主要分布在美國(guó)的大學(xué)，分別形成了以美國(guó)普度大學(xué)（Purdue Univ）、弗吉尼亞理工大學(xué)（Virginia Tech）、亞利桑那州立大學(xué)（Arizona State Univ）、密歇根大學(xué)（Univ Michigan）為核心的凝聚子群，研究熱點(diǎn)主要集中于工程教育中的性別差異、動(dòng)機(jī)、概念學(xué)習(xí)和跨學(xué)科四個(gè)方面;研究前沿主要包括工程教育的模型與架構(gòu)，工程教育的質(zhì)量、工程教育領(lǐng)域的實(shí)踐設(shè)計(jì)、實(shí)施策略、真實(shí)情景與問題解決、工程教育的前景、工程教育改革與成就等方面。

關(guān)鍵詞： 《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》; 可視化分析; 工程教育

中圖分類號(hào)： TB-4 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-2153（2020）03-0036-05

近十年來，在全球化的推動(dòng)下，國(guó)外工程教育研究重點(diǎn)和前沿到底是什么呢？本文通過對(duì)近十年來《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》的載文進(jìn)行可視化分析，以期發(fā)現(xiàn)世界工程教育的研究熱點(diǎn)和前沿，為國(guó)內(nèi)學(xué)者更好地開展相關(guān)研究提供參考。

一、數(shù)據(jù)來源與研究方法

（一）數(shù)據(jù)來源

本文以Thomson Retuters公司開發(fā)的Web of Science 核心合集 （WOS） 為檢索源，按出版物名稱檢索了2009-2018年 SSCI 中 《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》，最后保留共得到文獻(xiàn)類型為論文（article）的241篇論文。

（二）研究方法

本文對(duì)采集的期刊文獻(xiàn)進(jìn)行了文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析。文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法是以本研究領(lǐng)域文獻(xiàn)的外部特征為研究對(duì)象，采用數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)方法探索學(xué)科文獻(xiàn)的各種特征及量變規(guī)律，以此來描述、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)本領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢(shì)。本研究采用的分析工具是由美國(guó)費(fèi)城德雷賽爾大學(xué)陳超美博士開發(fā)的信息可視化應(yīng)用軟件（CiteSpace 5.3 R4版）。本研究的研究設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)方面，一是對(duì)論文基本特征的分析，包括年度分布、核心作者、研究機(jī)構(gòu)等方面;二是對(duì)比較教育研究熱點(diǎn)和前沿的分析;三是對(duì)比較教育研究知識(shí)基礎(chǔ)的分析。通過對(duì)365篇期刊論文的作者、關(guān)鍵詞、摘要以及引文等進(jìn)行分析，繪制出相應(yīng)的知識(shí)圖譜。除此之外，本文通過Web of Science的在線統(tǒng)計(jì)功能獲得了部分?jǐn)?shù)據(jù)。

二、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

（一）載文期刊分析

由JCR2016年對(duì)SSCI 期刊的評(píng)估，《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》期刊的影響因子（Journal Impact Factor）是3.047，總計(jì)被引率（Total Cites）2 205，特征因子分值（Eigenfactor Score），由此可見，《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》是比較具有國(guó)際影響力的工程教育類期刊。

圖1是2009年到2018年《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》的載文年度分布?？梢钥闯?，各個(gè)年度的發(fā)文量比較均衡。

（二）核心作者分析

在一個(gè)學(xué)科的發(fā)展過程中，作者與論文數(shù)量分布的不均衡性，表現(xiàn)為不同作者在一定時(shí)期內(nèi)撰寫的論文數(shù)量不一致，即不同作者對(duì)學(xué)科的貢獻(xiàn)率不同，其中對(duì)學(xué)科發(fā)展貢獻(xiàn)率大的作者被認(rèn)為是核心作者，核心作者集聚成群從而形成核心作者群。核心作者群是學(xué)科研究的中堅(jiān)力量，既引領(lǐng)著學(xué)科未來的發(fā)展方向，又對(duì)非核心學(xué)術(shù)研究人員產(chǎn)生非常重要的指導(dǎo)性意義。美國(guó)科學(xué)計(jì)量學(xué)奠基人普萊斯（Price）曾提出了“大約10%的杰出科學(xué)工作者發(fā)表的論文量占全部論文量的一半”的推論。為了更好地了解工程教育領(lǐng)域研究者的科研能力和集群分布，本文對(duì)2009年以來的《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》的重要作者進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（詳見表1所示）。

表1顯示了《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》排名前列的 7位作者，分別來自4所大學(xué)，合計(jì)發(fā)文32篇。根據(jù)普萊斯定律可知，目前工程教育領(lǐng)域還沒有形成高產(chǎn)作者群。但是，從表1中作者所發(fā)表文章的H指數(shù)和最大引用頻次看，他們是這一研究領(lǐng)域的代表性人物。

筆者分析了《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》的作者合作情況，發(fā)現(xiàn)，在工程教育研究領(lǐng)域并沒有形成非常核心的合作作者群，來自不同學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的作者有著不同程度的合作，但核心高產(chǎn)作者之間的合作不明顯，僅形成了以高產(chǎn)作者為核心的研究團(tuán)隊(duì)。

（三）核心研究機(jī)構(gòu)分布

表2為《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》2009-2018年間作者所在研究機(jī)構(gòu)的發(fā)文量排序。結(jié)果顯示，發(fā)表論文數(shù)量排名前13的研究機(jī)構(gòu)中，全部來自美國(guó)。圖2顯示的是《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》期刊論文呈現(xiàn)的研究機(jī)構(gòu)合作的情況，可以發(fā)現(xiàn)目前在工程教育研究領(lǐng)域形成了三大研究陣地，分別是以美國(guó)普度大學(xué)、弗吉尼亞理工大學(xué)、亞利桑那州立大學(xué)、密歇根大學(xué)為核心的凝聚子群。以美國(guó)普度大學(xué)為核心的凝聚子群囊括了德克薩斯A&M大學(xué)（Texas A&M Univ）、華盛頓州立大學(xué)（Washington State Univ）、俄勒岡州立大學(xué)（Oregon State Univ）、匹茲堡（Univ Pittsburgh）與上海交通大學(xué)等機(jī)構(gòu);以密歇根大學(xué)為核心的凝聚子群囊括了賓州州立大學(xué)（Penn State Univ）、博林格林州立大學(xué)（Bowling Green State Univ）等機(jī)構(gòu);以亞利桑那州立大學(xué)為核心的凝聚子群囊括了麻省理工學(xué)院（MIT）等機(jī)構(gòu)。

另外，還形成以弗吉尼亞理工大學(xué)（Virginia Tech）等為核心的研究團(tuán)隊(duì)?？偟膩碚f，雖然形成了以部分高校為核心的凝聚子群，但是從整個(gè)世界范圍內(nèi)來看，機(jī)構(gòu)之間的合作并不普遍。

三、研究主題和研究熱點(diǎn)

期刊論文的關(guān)鍵詞能夠揭示研究主題，是其核心和精髓所在。通過對(duì)高頻關(guān)鍵詞進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以以此來分析某一研究領(lǐng)域的總體特征和研究熱點(diǎn)。筆者進(jìn)行了關(guān)鍵詞的“共現(xiàn)聚類”與“突現(xiàn)主題”的分析，從中可以發(fā)現(xiàn)，education、science、student、persistence、achievement等關(guān)鍵詞的排序比較靠前（詳見表3），“工程教育”作為關(guān)鍵詞并沒有排在前十位，僅位列十三位。

近十年來，工程教育領(lǐng)域研究較為廣泛，學(xué)者們對(duì)gender、motivation、conceptual learning、interdisciplinary等方面進(jìn)行了較為深入的研究。通過對(duì)共現(xiàn)關(guān)鍵詞聚類的分析可知，當(dāng)前世界范圍內(nèi)工程教育研究的熱點(diǎn)如圖3所示。

（一）性別差異

最大的熱點(diǎn)是聚類Cluster （#0），其聚類大小為26，輪廓值0.53，標(biāo)識(shí)詞為性別。工程教育一貫關(guān)注工程教育中的性別差異，因?yàn)槟行耘c女性生理心理結(jié)構(gòu)的異質(zhì)性，在工程領(lǐng)域會(huì)凸顯各自的優(yōu)劣勢(shì)，加之國(guó)外對(duì)于種族、性別等弱勢(shì)群體的關(guān)注度尤為高，故引起國(guó)外研究者的大范圍研究探討。Brawner， Catherine E.; Camacho， Michelle M.; Lord， Susan M研究工業(yè)工程中的女性刻板印象。Blair，Elizabeth E認(rèn)為女性在本科工程課程中的代表性仍然很低，STEM教師可以在這些領(lǐng)域促進(jìn)性別包容性，來構(gòu)建學(xué)生性別表達(dá)。Ro， Hyun Kyoung; Knight， David B從工科學(xué)生的大學(xué)生經(jīng)歷探討使學(xué)習(xí)成果造成的性別差異。Stump， Glenda S.; Hilpert， Jonathan C.; Husman， Jenefer研究工科學(xué)生的協(xié)作學(xué)習(xí)中性別與成就的關(guān)系。Rosenberg-Kima， Rinat B.; Plant， E. Ashby; Doerr， Celeste E.等研究性別對(duì)女大學(xué)生對(duì)工程態(tài)度和信念的影響。Amelink， Catherine T.; Creamer， Elizabeth G.研究性別在專業(yè)滿意度及將工程學(xué)作為職業(yè)的差異。de Cohen， Clemencia Cosentino; Deterding， Nicole探討了女性在工程中嚴(yán)重不足的原因。Ingram， Sandra; Bruning， Sue; Mikawoz， Irene研究發(fā)現(xiàn)，具有先前工作經(jīng)驗(yàn)的女工程師對(duì)他們的導(dǎo)師最滿意，指出公司特定的本科工作經(jīng)驗(yàn)作為社會(huì)化工具的價(jià)值，在培養(yǎng)年輕女性工程師長(zhǎng)期職業(yè)發(fā)展中所起的作用。Wolfe， Joanna; Powell， Elizabeth調(diào)查了工程和非工程男性和女性在團(tuán)隊(duì)環(huán)境中如何看待普通言語行為的差異。Pawley， Alice L.; Schimpf， Corey; Nelson， Lindsey認(rèn)為這些工程教育領(lǐng)域的性別研究并未影響實(shí)踐。

（二）動(dòng)機(jī)

排在第二位的聚類是#1，其聚類大小為24，輪廓值0.541，標(biāo)識(shí)詞為動(dòng)機(jī)。工程教育是國(guó)家科技文化影響力的重要支撐點(diǎn)之一，工程教育是培養(yǎng)高端工程技術(shù)人才的主要渠道。研究工程專業(yè)學(xué)生的內(nèi)部求知興趣與外部升學(xué)驅(qū)動(dòng)并重的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，對(duì)培養(yǎng)方案設(shè)置、專業(yè)選擇機(jī)會(huì)、學(xué)習(xí)科研資源的自主支持力度，更有效地進(jìn)行“工程教育”具有較大的參考意義。Yi， Soohyun; Duval-Couetil， Nathalie運(yùn)用創(chuàng)業(yè)動(dòng)機(jī)量表，研究工科學(xué)生成為企業(yè)家的動(dòng)機(jī)。Matusovich， Holly M.; Paretti， Marie C.; McNair， Lisa D研究教師激勵(lì)這一轉(zhuǎn)變工程教育的途徑。Jones， Brett D.; Paretti， Marie C.; Hein， Serge F.等對(duì)一年級(jí)工科學(xué)生的動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，探討其期望、價(jià)值觀、成就和職業(yè)規(guī)劃之間的關(guān)系。 Koh， Caroline; Tan， Hock Soon; Tan， Kim Cheng等研究三維仿真學(xué)習(xí)對(duì)工科學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和成績(jī)的影響。

（三）概念學(xué)習(xí)

排在第三位的聚類是#2，其聚類大小為20，輪廓值0.755，標(biāo)識(shí)詞為概念學(xué)習(xí)。背景概念理解是工程能力的先決條件，國(guó)外一直是教育學(xué)與心理學(xué)相結(jié)合進(jìn)行對(duì)教育問題的研究。因而，大批認(rèn)知心理學(xué)的理論應(yīng)用于工程教育領(lǐng)域，對(duì)工程能力結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行完善。Bornasal， Floraliza; Brown， Shane; Perova-Mello， Natasha等對(duì)工程實(shí)踐中的概念成長(zhǎng)問題進(jìn)行研究。Brown， Shane; Montfort， Devlin; Perova-Mello， Natasha等運(yùn)用概念轉(zhuǎn)換框架理論解讀本科工程專業(yè)學(xué)生對(duì)材料概念力學(xué)的解釋。Van Meter， Peggy N.; Firetto， Carla M.; Turns， Stephen R.等探討通過激發(fā)有意義學(xué)習(xí)的認(rèn)知操作的任務(wù)，改善學(xué)生的概念推理。Watson， Mary Katherine; Pelkey， Joshua; Noyes， Caroline R.等用三種概念圖評(píng)分方法評(píng)估概念知識(shí)。Jamison， Andrew; Kolmos， Anette; Holgaard， Jette Egelund通過回顧工程教育的制度化歷史，將歷史回顧與大學(xué)的教育概念化以及課程模型聯(lián)系起來，提出了三種工程教育模式的分析區(qū)別。Kolloffel， Bas; de Jong， Ton發(fā)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)室條件下的學(xué)生，比傳統(tǒng)條件下的學(xué)生獲得了更好的概念理解，并且還培養(yǎng)了更好的程序技能，因此概念理解和程序技能似乎以迭代的方式發(fā)展。Moore， Tamara J.; Miller， Ronald L.; Lesh， Richard A.等研究工程建模：表征流暢性在學(xué)生概念理解中的作用。

（四）跨學(xué)科

排在第四位的聚類是#3，其聚類大小為17，輪廓值0.595，標(biāo)識(shí)詞為跨學(xué)科。工程教育本身就是發(fā)展中的跨學(xué)科領(lǐng)域，且培養(yǎng)跨學(xué)科新型工程人才是當(dāng)前工程教育發(fā)展的新趨勢(shì)，如美國(guó)斯坦福大學(xué)工程學(xué)院通過依托科研平臺(tái)實(shí)施跨學(xué)科研究性教學(xué)、不斷優(yōu)化課程資源、豐富教學(xué)途徑、為學(xué)生提供多樣化的工程實(shí)踐項(xiàng)目等方式，實(shí)現(xiàn)其新型工程人才的培養(yǎng)目標(biāo)。因而很多研究聚焦跨學(xué)科的工程人才培養(yǎng)。Lattuca， Lisa R.; Knight， David B.; Ro， Hyun Kyoung等支持工程師跨學(xué)科能力的培養(yǎng)。Borrego， Maura; Foster， Margaret J.; Froyd， Jeffrey E.介紹系統(tǒng)評(píng)價(jià)在工程教育領(lǐng)域的方法，并使系統(tǒng)評(píng)價(jià)的現(xiàn)有資源適應(yīng)工程教育和其他發(fā)展中的跨學(xué)科領(lǐng)域。McNair， Lisa D.; Newswander， Chad; Boden， Daniel等研究自我管理團(tuán)隊(duì)中的學(xué)生和教師跨學(xué)科身份問題。Borrego， Maura; Cutler， Stephanie通過一個(gè)成功案例研究工程與科學(xué)跨學(xué)科研究生課程的建構(gòu)性對(duì)齊問題。

四、前沿演進(jìn)

突發(fā)專業(yè)術(shù)語往往用作某領(lǐng)域研究前沿的分析，是研究前沿的突出代表。因此領(lǐng)域未發(fā)現(xiàn)共被引突變頻次的文獻(xiàn)，即工程教育研究關(guān)注度高的代表性文獻(xiàn)，故僅僅只從時(shí)空?qǐng)D，梳理得出國(guó)際工程教育領(lǐng)域的未來研究趨勢(shì)。本文利用Citespace中的TimeZone View（時(shí)空?qǐng)D）對(duì)研究熱點(diǎn)分布做時(shí)空趨勢(shì)分析，具體見圖4，從圖中我們可以清楚地觀察到國(guó)外就業(yè)質(zhì)量研究領(lǐng)域的一些突發(fā)關(guān)鍵詞?？梢钥闯觯芯抗こ探逃哪Ｐ团c架構(gòu)，工程教育的質(zhì)量、工程教育領(lǐng)域的實(shí)踐設(shè)計(jì)、實(shí)施策略、真實(shí)情景與問題解決、工程教育的前景、工程教育改革與成就等是研究的熱點(diǎn)。

五、結(jié)論與啟示

關(guān)于工程教育研究的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)的作者沒有做過相關(guān)的研究。國(guó)外學(xué)者僅僅從性別差異這一維度對(duì)工程教育類期刊載文進(jìn)行可視化分析，如Beddoes， Kacey; Borrego， Maura分析了工程教育期刊（JEE）、歐洲工程學(xué)報(bào)（EJEE）和國(guó)際工程教育期刊（IJEE）的文章，分析了直接針對(duì)性別或工程中的女性的88篇文章，以確定她們與女權(quán)主義理論的接觸程度。本研究采用CiteSpace軟件對(duì)《JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION》近十年以來發(fā)表的論文進(jìn)行分析，并繪制出了相應(yīng)的知識(shí)圖譜，更加直觀地反映了國(guó)外工程教育研究的研究陣地、研究熱點(diǎn)、研究前沿以及知識(shí)基礎(chǔ)，為國(guó)內(nèi)學(xué)者更好地開展比較教育的相關(guān)研究提供參考。今后國(guó)內(nèi)工程教育領(lǐng)域在研究視閾上要著重進(jìn)行跨學(xué)科研究，研究方法上要多進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比等實(shí)證研究，研究?jī)?nèi)容上要多關(guān)注認(rèn)知心理在工程教育領(lǐng)域的應(yīng)用。

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Abstract： Based on the visual analysis of the articles published in Journals of Engineering Education since 2009， selecting several key variables such as author， institute， keywords and cited references， the author draws a engineering education studies knowledge map rencent ten years. The study found that researchers in the field of comparative education are mainly distributed in universities in the United States， which form Purdue Univ， Virginia Tech， Arizona State Univ， and University of Michigan as the core cohesive subgroup， and the research focus is mainly on the four aspects of gender difference， motivation， concept learning and interdisciplinary in engineering education;Research Fronts of engineering education contain several aspects， including ?the model and structure of engineering education， the quality of engineering education， the practical design， implementation strategies， real scenarios and problem solving in the field of engineering education， the prospects of engineering education， the reform and achievements of engineering education and so on.

Keywords： JOURNAL OF ENGINEERING EDUCATION; visual analysis; Engineering Education

（責(zé)任編輯：程勇）