近十年國(guó)外STEM教育現(xiàn)狀及熱點(diǎn)探析

張顯揚(yáng)，胡少明

摘要：以Web of Science（WOS）數(shù)據(jù)庫(kù)核心合集收錄的SCI和SSCI期刊中2011-2020年國(guó)外STEM教育研究的相關(guān)論文為樣本進(jìn)行研究，運(yùn)用可視化分析軟件CiteSpace進(jìn)行分析研究。研究結(jié)果表明，國(guó)外關(guān)于STEM教育研究發(fā)文量和引文量呈上升趨勢(shì);美國(guó)在STEM教育研究中占據(jù)主導(dǎo)地位，發(fā)文機(jī)構(gòu)多為各州的高等教育機(jī)構(gòu);研究熱點(diǎn)主要聚焦在整合STEM教育學(xué)科內(nèi)容建設(shè)、關(guān)注STEM學(xué)生學(xué)業(yè)成就的價(jià)值訴求、重視培養(yǎng)低代表性群體多樣性三個(gè)方面。

關(guān)鍵詞：STEM教育;CiteSpace;可視化分析

中圖分類(lèi)號(hào)：G420文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-5995（2021）11-0063-07

STEM，即科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）四門(mén)學(xué)科的簡(jiǎn)稱(chēng)。學(xué)者們將這四門(mén)學(xué)科進(jìn)行整合，進(jìn)而形成一個(gè)基于現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用的有凝聚力的學(xué)習(xí)范式，并以類(lèi)似現(xiàn)實(shí)生活的方式去教授人們所需的技能以及相關(guān)科目的學(xué)習(xí)。STEM教育在世界多極化和經(jīng)濟(jì)全球化背景下正在得到廣泛的推廣，已然成為推動(dòng)世界科技創(chuàng)新、滿(mǎn)足社會(huì)對(duì)于更高層次人才需要的關(guān)鍵推動(dòng)力。2015年10月，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)《2015年STEM教育法》，以專(zhuān)項(xiàng)立法的方式保障STEM教育的實(shí)施，該教育法被稱(chēng)作是“一部關(guān)于界定STEM教育以將計(jì)算機(jī)科學(xué)包括在內(nèi)并支持國(guó)家科學(xué)基金會(huì)現(xiàn)有各項(xiàng)STEM教育計(jì)劃的法律”。2017年中國(guó)教育科學(xué)研究院?jiǎn)?dòng)“中國(guó)STEM教育2029創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”，并且正式發(fā)布《中國(guó)STEM教育白皮書(shū)》，文件指出要打造覆蓋全國(guó)的STEM教育示范基地，培養(yǎng)一大批國(guó)家發(fā)展亟需創(chuàng)新人才和高水平技能人才。[1]2019年《關(guān)于政協(xié)十三屆全國(guó)委員會(huì)第二次會(huì)議第3416號(hào)（教育類(lèi)382號(hào)）》提出多途徑培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)，支持跨學(xué)科知識(shí)融合的STEM教育，逐步建立有中國(guó)特色的STEM教育。[2]本研究以近十年國(guó)外對(duì)STEM教育的研究成果為主要研究對(duì)象，并收集相關(guān)外文文獻(xiàn)，采用文獻(xiàn)計(jì)量法對(duì)STEM教育研究的熱點(diǎn)及現(xiàn)狀進(jìn)行定量分析，運(yùn)用CiteSpace軟件對(duì)收集到的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性研究。通過(guò)關(guān)鍵詞共現(xiàn)、關(guān)鍵詞聚類(lèi)等進(jìn)行圖譜分析，對(duì)近十年國(guó)外STEM教育研究進(jìn)行可視化分析，以期為我國(guó)教育探索改革提供一定的參考。

一、研究設(shè)計(jì)

（一）研究方法

質(zhì)的研究指以研究者本人作為研究工具，使用歸納法分析資料和形成理論，通過(guò)與研究對(duì)象互動(dòng)對(duì)其行為和意義構(gòu)建獲得解釋性的一種活動(dòng)。[3]量的研究指通過(guò)實(shí)驗(yàn)、調(diào)查、測(cè)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)觀察以及已有的數(shù)量化資料，對(duì)教育現(xiàn)象進(jìn)行客觀研究，并將所得結(jié)果作相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)推斷，使研究結(jié)果具有普遍適應(yīng)性的一種活動(dòng)。[4]目前，為了解某一領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，學(xué)者主要采用定性的研究方法，但是采取定性的研究方法則很難排除個(gè)人的主觀因素的影響，進(jìn)而影響研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。而單純采用量化的研究方式并不能夠全面反映研究的具體內(nèi)容，因此需要在收集、閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行一定的概括總結(jié)。本文采用定量分析和定性研究相結(jié)合的方法，分析國(guó)外STEM教育研究的領(lǐng)域分布與熱點(diǎn)主題，并通過(guò)可視化圖譜分析加以補(bǔ)充，以期從質(zhì)和量?jī)蓚€(gè)方面盡可能完整的反映當(dāng)前STEM教育的主要研究成果。

（二）數(shù)據(jù)來(lái)源

為確保文獻(xiàn)的權(quán)威性與最新性，本研究以Web of Science（WOS）數(shù)據(jù)庫(kù)中核心合集作為文獻(xiàn)的信息來(lái)源，引文索引選擇Science Citation Index Expanded （SCI-EXPANDED）和Social Sciences Citation Index （SSCI） 。由于英語(yǔ)存在不同表達(dá)形式，因此檢索主題Topic = “stem” AND “education” OR “educational” OR “educate” NOT Topic = “cell”，文獻(xiàn)類(lèi)型Document Type = Article，語(yǔ)種Language = English，時(shí)間跨度Timespan 2011-2020年，學(xué)科類(lèi)別限定為Education educational research 以及 Education scientific disciplines ，其他檢索條件保持默認(rèn)值，檢索時(shí)間為2021年1月30日。對(duì)檢索結(jié)果去重、整理、刪除個(gè)人學(xué)術(shù)成果介紹、科研機(jī)構(gòu)介紹、書(shū)評(píng)以及署名無(wú)作者等的條目以及不相關(guān)條目，最終得到1717篇有效文獻(xiàn)。

（三）分析工具

本研究選取的分析工具為由美國(guó)德雷塞爾大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳美超教授及其團(tuán)隊(duì)于2004年應(yīng)用Java計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)出的CiteSpace知識(shí)可視化軟件（Citespace.5.7.R4），目前已廣泛應(yīng)用于探測(cè)、分析學(xué)科研究前沿的發(fā)展趨勢(shì)以及研究前沿與知識(shí)基礎(chǔ)之間、不同研究前沿之間的關(guān)系[5]，因此也將通過(guò)此類(lèi)方法分析得到的可視化圖形稱(chēng)為“科學(xué)知識(shí)圖譜”。

二、研究結(jié)果分析

（一）文獻(xiàn)變化量分析

發(fā)文量和引文量的變化能夠反映出研究領(lǐng)域的進(jìn)展情況，發(fā)文量和引文量的多少也代表了一定時(shí)期內(nèi)該領(lǐng)域研究的熱度。縱觀歷年的文獻(xiàn)數(shù)量（見(jiàn)圖1），近十年國(guó)外關(guān)于STEM教育研究的論文文獻(xiàn)量的數(shù)量總體上呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，發(fā)文量的增長(zhǎng)可以分為三個(gè)階段：第一階段為2011年至2015年，整體呈緩慢上升的態(tài)勢(shì)，2015年達(dá)到了101篇的最高發(fā)文量;第二階段為2015年至2018年，屬于加速增長(zhǎng)階段，尤其是2017年相較于2016年增長(zhǎng)了73篇的發(fā)文量，年發(fā)文量達(dá)到了219篇;第三階段為2018年至2020年，呈現(xiàn)大幅上升趨勢(shì)，由圖1可以看出2020年發(fā)文量達(dá)到了歷史最高峰的395篇。發(fā)文數(shù)量越多，相對(duì)應(yīng)的引文數(shù)量也隨之越多，其走向有著密切的相關(guān)性，引文量也從2015年開(kāi)始快速增加，2020年達(dá)到最高的4882次。STEM教育研究越來(lái)越受重視并且研究熱度不減，具備一定繼續(xù)探究的價(jià)值。

（二）高發(fā)文國(guó)家（地區(qū)）分析

為了解世界不同國(guó)家對(duì)STEM教育的研究現(xiàn)狀及其側(cè)重點(diǎn)，通過(guò)CiteSpace可將不同國(guó)家發(fā)文數(shù)量及發(fā)文時(shí)間通過(guò)圖譜節(jié)點(diǎn)的形式進(jìn)行呈現(xiàn)。CiteSpace的參數(shù)設(shè)置界面中，設(shè)置時(shí)間區(qū)間（Time Slicing）時(shí)間跨度選擇“2011—2020”，時(shí)間切片（Year Per Slice）的跨度為1年，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（Node Types）選擇Country和Institution，數(shù)據(jù)抽取對(duì)象頻次最高值（Top N）設(shè)定為N=50，僅保留每個(gè)時(shí)間切片發(fā)文頻次前50的國(guó)家和機(jī)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)裁剪功能選擇Pathfinder （尋徑）算法，運(yùn)行軟件，得到有關(guān)STEM教育的國(guó)家和機(jī)構(gòu)的綜合分析圖譜，如圖2所示。

圓形節(jié)點(diǎn)代表國(guó)家（或地區(qū)），處于直線分支上的小節(jié)點(diǎn)代表機(jī)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)大小代表發(fā)文數(shù)量，節(jié)點(diǎn)越大，說(shuō)明發(fā)文數(shù)量越多;節(jié)點(diǎn)間的連線代表合作程度，節(jié)點(diǎn)間的連線越多，說(shuō)明合作越密切;節(jié)點(diǎn)最外層的紫色圈代表中心性，中心性越大，代表在該領(lǐng)域的地位越重要。[6]節(jié)點(diǎn)最大的國(guó)家是美國(guó)（USA），其次是澳大利亞（AUSTRALIA）、英國(guó)（ENGLAND）。

從表1中可見(jiàn)，發(fā)文數(shù)量最多的國(guó)家是美國(guó)，對(duì)于文獻(xiàn)的貢獻(xiàn)率最大，接下來(lái)是澳大利亞、英國(guó)、中國(guó)、土耳其、加拿大、德國(guó)。美國(guó)最外層的圓環(huán)最大并且節(jié)點(diǎn)中心性也是最大，說(shuō)明美國(guó)在STEM教育領(lǐng)域研究占據(jù)領(lǐng)先地位。同時(shí)，美國(guó)與其他國(guó)家的節(jié)點(diǎn)連線最多，圖譜中絕大多數(shù)國(guó)家作者與美國(guó)的作者有著一定的合作關(guān)系。以美國(guó)、澳大利亞、英國(guó)為首的發(fā)達(dá)國(guó)家是STEM教育研究領(lǐng)域的主力軍。對(duì)STEM教育進(jìn)行大規(guī)模的研究，有賴(lài)于國(guó)家政策的導(dǎo)向作用。STEM教育理念源自美國(guó)，歷屆政府都十分重視STEM教育。2007年布什總統(tǒng)簽署了《給未來(lái)技術(shù)、教育和科學(xué)領(lǐng)域杰出成就創(chuàng)造機(jī)會(huì)》法案，將“加強(qiáng)從小學(xué)到研究生的科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)綜合教育”視為21世紀(jì)教育改革的目標(biāo)。2014年奧巴馬政府簽署《2015年STEM教育預(yù)算》，繼續(xù)加大財(cái)政支持，發(fā)展美國(guó)的STEM 教育。[7]2014年澳大利亞首席科學(xué)家辦公室頒布了題為《STEM：澳大利亞的未來(lái)》的文件，對(duì)STEM教育和培訓(xùn)做了詳細(xì)的規(guī)劃。在德國(guó)，STEM教育通常被縮寫(xiě)為MINT。德國(guó)在政府報(bào)告中多次提到“需要用MINT教育來(lái)彌補(bǔ)該缺陷”，將專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才的創(chuàng)造力視為解決當(dāng)前科技發(fā)展中遇到的問(wèn)題、迎接未來(lái)挑戰(zhàn)的核心。[8]此外，研究顯示以中國(guó)、土耳其作為發(fā)展中國(guó)家也緊跟教育發(fā)達(dá)國(guó)家的研究步伐，做出了相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。

（三）高發(fā)文機(jī)構(gòu)分析

對(duì)某一研究領(lǐng)域的核心發(fā)文機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可以揭示該研究領(lǐng)域的主要研究機(jī)構(gòu)與研究團(tuán)隊(duì)，從而更快地深入了解這一研究領(lǐng)域。CiteSpace設(shè)置界面中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（Node Types）選擇Institution，其他設(shè)置不變，運(yùn)行軟件。表2顯示的是STEM教育研究2011-2020年高發(fā)文機(jī)構(gòu)的前10位，可以看出目前STEM教育領(lǐng)域排名前十的研究高校有九所高校均來(lái)自美國(guó)，其中發(fā)文量第一的美國(guó)密歇根州立大學(xué)（Michigan State University，簡(jiǎn)稱(chēng)MSU）在STEM教育研究中的貢獻(xiàn)最大，累計(jì)發(fā)文54篇。密歇根州立大學(xué)是一所世界一流的公立研究型大學(xué)，美國(guó)大學(xué)協(xié)會(huì)成員，被譽(yù)為“公立常青藤”。截止2018年年底，其小學(xué)教育學(xué)和中學(xué)教育學(xué)均24年蟬聯(lián)全美排名第一，眾多專(zhuān)業(yè)位居全美前茅，包括教育、農(nóng)業(yè)，園林建筑，管理學(xué)，環(huán)境學(xué)等。這就為該校的STEM教育提供了良好的研究基礎(chǔ)。其CREATE for STEM 研究中心由校長(zhǎng)辦公室直轄，由自然科學(xué)、教育、工程和Lyman Briggs等學(xué)院共建，致力于開(kāi)展STEM領(lǐng)域教育基礎(chǔ)研究和創(chuàng)新實(shí)踐。

此外，美國(guó)的德克薩斯A&M大學(xué)（發(fā)文量50篇）、普渡大學(xué)（發(fā)文量43篇）、威斯康星大學(xué)（發(fā)文量37篇）、弗吉尼亞大學(xué)（發(fā)文量28篇）、明尼蘇達(dá)大學(xué)（發(fā)文量27篇）、佐治亞大學(xué)（發(fā)文量26篇）、科羅拉多州立大學(xué)（發(fā)文量23篇）、亞利桑那州立大學(xué)（發(fā)文量22篇）發(fā)文量均排名前十。排名第十的是中國(guó)臺(tái)灣的臺(tái)灣師范大學(xué)，總發(fā)文量20篇，可見(jiàn)我國(guó)臺(tái)灣師范大學(xué)重視STEM教育的研究，并且對(duì)于該研究的已經(jīng)頗具影響力。

（四）關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析

研究熱點(diǎn)代表了同一個(gè)研究領(lǐng)域中大量學(xué)科或?qū)ｎ}，它們?cè)谝欢螘r(shí)間內(nèi)有著較強(qiáng)的內(nèi)在聯(lián)系，是該領(lǐng)域最先進(jìn)和最有發(fā)展?jié)摿Φ闹黝}。關(guān)鍵詞是文獻(xiàn)核心內(nèi)容的總結(jié)和濃縮，量化關(guān)鍵詞的頻率和中心性可以更直觀地反映STEM教育的研究熱點(diǎn)。

1.關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

CiteSpace設(shè)置界面中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（Node Types）選擇Keyword，網(wǎng)絡(luò)裁剪功能選擇Pathfinder（尋徑）算法，其他設(shè)置不變，運(yùn)行軟件后，獲得包含579個(gè)節(jié)點(diǎn)和2294條連線的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜，如圖3所示，圖譜中節(jié)點(diǎn)越大則表示詞頻越高。

通過(guò)對(duì)相似關(guān)鍵詞進(jìn)行合并，從運(yùn)行結(jié)果中導(dǎo)出被引頻次超過(guò)100的關(guān)鍵詞，根據(jù)表3可以得出國(guó)外STEM教育研究主要焦點(diǎn)集中在stem education， science education， education， student， mathematics， gender， achievement等，這些關(guān)鍵詞表示了2011年至2020年國(guó)外STEM教育領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

值得注意的是，在STEM教育領(lǐng)域中除stem education， science education， education等出現(xiàn)頻次高且眾所周知的關(guān)鍵詞外，gender，achievement，women，model等關(guān)鍵詞是國(guó)內(nèi)研究很少提及到的。根據(jù)美國(guó)家科學(xué)委員會(huì)和科學(xué)與工程指標(biāo)（National Science Board. Science & engineering indicators）的聯(lián)合報(bào)告中指出，女性在S&E學(xué)士學(xué)位方面的總體份額仍保持在一半左右，在計(jì)算機(jī)科學(xué)，數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域，獲得學(xué)士學(xué)位的女性人數(shù)在此期間有所增加;但是，男性人數(shù)的增長(zhǎng)速度快于女性人數(shù)，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的女性比例從28%下降到19%，數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)則從48%下降到42%。[9]突破STEM教育的性別瓶頸，進(jìn)一步提高女性在STEM教育領(lǐng)域內(nèi)的參與度顯得尤為重要。因此，不論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，“女性”“性別”兩個(gè)關(guān)鍵詞在STEM研究中出現(xiàn)的頻率頗高。

2.關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析

對(duì)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜進(jìn)行聚類(lèi)分析，通過(guò)對(duì)數(shù)似然率算法 （Log-Likelihood Rate， LLR） 進(jìn)行聚類(lèi)，LLR越大的詞越具有對(duì)這個(gè)聚類(lèi)的代表性，得出結(jié)果如圖4所示。Cite Space依據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和聚類(lèi)的清晰度，提供了模塊值（ Q值，Modularity Q） 和平均輪廓值（ S值，Mean Silhouette） 兩個(gè)指標(biāo)，它可以作為我們?cè)u(píng)判圖譜繪制效果的一個(gè)依據(jù)。

一般而言，Q值一般在[0，1）區(qū)間內(nèi)，Q > 0.3就意味著劃分出來(lái)的社團(tuán)結(jié)構(gòu)是顯著的，當(dāng)S值在0.7時(shí)，聚類(lèi)是高效率令人信服的，若在0.5以上，聚類(lèi)一般認(rèn)為是合理的。[6]根據(jù)結(jié)果可知，本次聚類(lèi)的Q=0.3479，S=0.8949，因此本研究所得圖譜滿(mǎn)足聚類(lèi)要求并且聚類(lèi)令人信服，表現(xiàn)良好。

由圖4可知，STEM教育領(lǐng)域的研究共形成10大聚類(lèi)主題。根據(jù)關(guān)鍵詞所屬含義、相互之間的聯(lián)系及各自的Log-likelihood Ratio值，將10個(gè)聚類(lèi)分別命名為stem education，higher education，second-year undergraduate，engineering education，hands-on learning/manipulatives，equity，computational thinking，recruitment，mathematics education，math。當(dāng)前STEM教育研究的主題內(nèi)容呈現(xiàn)出層次多樣的特點(diǎn)，最熱的研究領(lǐng)域還是與科學(xué)、工程、數(shù)學(xué)和高等教育相關(guān)。筆者將這10個(gè)聚類(lèi)進(jìn)一步歸納為三大類(lèi)，下面將分別從這三個(gè)方面對(duì)各個(gè)聚類(lèi)進(jìn)行分析。

（1）整合STEM教育學(xué)科內(nèi)容——4個(gè)聚類(lèi)。聚類(lèi)一共包括#0 stem education（stem教育）、#3 engineering education（工程教育）、#8 mathematics education（數(shù)學(xué)教育）、#9 math（數(shù)學(xué)）四個(gè)聚類(lèi)。在這四個(gè)聚類(lèi)中提取處的主要關(guān)鍵詞有stem、education、science、physics等。這些同樣也是此次可視化圖譜所顯示的高頻關(guān)鍵詞，上述主題詞雖然具有高頻的特征，但中心性卻極低，stem、education、science這三個(gè)詞的中心性分別為0.01、0.01、0.02。造成這種現(xiàn)象的原因是因?yàn)閲?guó)外研究者在進(jìn)行研究時(shí)更加傾向于對(duì)STEM教育的具體實(shí)施操作的研究，而對(duì)于概念界定劃分的研究則很少。

1986年美國(guó)國(guó)家科學(xué)委員會(huì)發(fā)表了《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》，提出“科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)集成”的指導(dǎo)綱領(lǐng)性建議，普遍被認(rèn)為是美國(guó)STEM教育的開(kāi)端。[10]到1990年，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）首次提出STEM的名稱(chēng)，并用作涉及一個(gè)或多個(gè)學(xué)科的任何事件、政策、方案或?qū)嵺`。在此之前，常見(jiàn)的縮寫(xiě)是SMET，即科學(xué)、數(shù)學(xué)、工程和技術(shù)。2006年總統(tǒng)布什頒布《美國(guó)競(jìng)爭(zhēng)力計(jì)劃》。此后，美國(guó)不斷加大在STEM教育領(lǐng)域的投入，以培養(yǎng)STEM人才，提高國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力，提出了著名的“美國(guó)引領(lǐng)世界創(chuàng)新”的口號(hào)。而后2014年美國(guó)國(guó)家工程院和美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)科學(xué)教育委員會(huì)共同成立的STEM整合教育委員會(huì)發(fā)布了《K-12年級(jí)STEM整合教育：現(xiàn)狀、前景和研究議程》，提出了包括針對(duì)K-12年級(jí)STEM整合教育，及如何提升參與設(shè)計(jì)STEM整合教育方案和開(kāi)發(fā)測(cè)試評(píng)估的人員的建議，并且首次對(duì)整合進(jìn)行定義“在復(fù)雜的現(xiàn)象或情況中，學(xué)生需要使用多學(xué)科的知識(shí)和技能”。從國(guó)家政策層面可以看出，STEM教育不在滿(mǎn)足于傳統(tǒng)的學(xué)科課程的集合——科學(xué)、數(shù)學(xué)、技術(shù)和工程缺乏一種綜合的方法。也許STEM教育目前所面臨的最大問(wèn)題便是有目的地整合用于解決實(shí)際問(wèn)題的學(xué)科。

（2）關(guān)注STEM學(xué)生學(xué)業(yè)成就的價(jià)值訴求——4個(gè)聚類(lèi)。聚類(lèi)二共包括#1 higher education（高等教育）、#2 second-year undergraduate（二年級(jí)本科生）、#4 hands-on learning/manipulatives（實(shí)踐學(xué)習(xí)/操作）、#6 computational thinking（計(jì)算思維）四個(gè)聚類(lèi)。提取出的主要關(guān)鍵詞有choice、student、career、assessment、self-efficacy等。該聚類(lèi)主要關(guān)注的是學(xué)生的學(xué)業(yè)成就對(duì)于是否選擇STEM教育的影響。STEM教育興起的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)在于美國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)STEM人才訴求與當(dāng)前教育并未培養(yǎng)出足夠的STEM人才之間的矛盾。[11]正是為了緩和這樣的矛盾，因此美國(guó)開(kāi)始大力提倡發(fā)展STEM教育，培養(yǎng)能夠勝任美國(guó)各行各業(yè)工作需要的STEM人才。

總統(tǒng)科學(xué)顧問(wèn)委員會(huì)（PCAST）在2012年的一份報(bào)告中預(yù)測(cè)，在未來(lái)十年中，美國(guó)勞動(dòng)力將面臨100萬(wàn)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）大學(xué)畢業(yè)生的短缺，該報(bào)告呼吁通過(guò)增加大學(xué)生留在STEM領(lǐng)域中來(lái)解決這一不足。[12]對(duì)于STEM職業(yè)發(fā)展的研究通常強(qiáng)調(diào)這樣一個(gè)事實(shí)，即最初對(duì)STEM感興趣的學(xué)生在K-12教育和大學(xué)畢業(yè)之間的某個(gè)時(shí)間段從STEM隊(duì)伍中流失掉了。三分之一的四年制大學(xué)新生在開(kāi)始大學(xué)課程之前都表示對(duì)STEM領(lǐng)域感興趣，28%的學(xué)士學(xué)位學(xué)生在其高等教育生涯中的某個(gè)時(shí)候進(jìn)入STEM領(lǐng)域。然而，在其大學(xué)生涯后期，學(xué)生對(duì)STEM最初的興趣似乎迅速下降。進(jìn)入專(zhuān)業(yè)STEM課程的學(xué)生中，有48%的人在6年內(nèi)完全離開(kāi)了這些領(lǐng)域。隨著時(shí)間的推移，STEM學(xué)科會(huì)出現(xiàn)逐步趨于穩(wěn)定的人員流失，這將會(huì)導(dǎo)致越來(lái)越少的學(xué)生學(xué)習(xí)STEM。研究人員和政策制定者將這種現(xiàn)象稱(chēng)為“泄漏管道”（leaky pipeline）。因此，在研究初期應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)前的社會(huì)需求，研究的重點(diǎn)是采用價(jià)值認(rèn)同研究來(lái)激勵(lì)更多的學(xué)生，通過(guò)K-12連貫一致的課程框架，確保學(xué)生在基礎(chǔ)教育階段對(duì)STEM的充滿(mǎn)興趣，在高等教育階段仍然能夠保持對(duì)STEM的學(xué)習(xí)興趣，以便為學(xué)生未來(lái)選擇STEM專(zhuān)業(yè)與職業(yè)做好充分準(zhǔn)備。

（3）重視STEM領(lǐng)域群體多樣性——2個(gè)聚類(lèi)。聚類(lèi)三共包括#5 equity和#7 recruitment兩個(gè)聚類(lèi)。提取出的主要特征詞有African American（非裔美國(guó)人）、color（膚色）、model（模型）、gender difference（性別差異）、power（權(quán)力）等。結(jié)合已有的文獻(xiàn)進(jìn)行分析可以得出，關(guān)于STEM教育公平的研究中主要側(cè)重討論的是以性別差異為主的不公平現(xiàn)象，其次是以種族歧視為主要的研究熱點(diǎn)。

若以全球的人口比例來(lái)看，女性人口超過(guò)50%，但其中在STEM領(lǐng)域活動(dòng)的女性比例過(guò)低，根據(jù)美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì) （National Science Foundation，簡(jiǎn)稱(chēng)NSF） 的報(bào)告，女性占據(jù)了美國(guó)近一半的經(jīng)濟(jì)崗位，但在STEM崗位中所占比例也幾乎不到30%。[13]劍橋大學(xué)史密森尼教授及其團(tuán)隊(duì)基于一個(gè)通過(guò)隨機(jī)選擇的、具有全國(guó)代表性的樣本，研究調(diào)查了大學(xué)生在高中期間對(duì)尋求STEM相關(guān)職業(yè)的自我報(bào)告興趣是如何發(fā)展的，并且特別注意審查職業(yè)興趣方面的性別差異。調(diào)查結(jié)果表明女性在STEM領(lǐng)域的職業(yè)興趣保留率較低，在高中期間吸引女性進(jìn)入STEM領(lǐng)域的難度更大，在高中期間，對(duì)STEM職業(yè)感興趣的男性比例保持穩(wěn)定（從39.5%至39.7%），而女性則從15.7%降至12.7%。[14]還有研究者從西方文化的個(gè)體主義價(jià)值觀來(lái)審視女性在STEM領(lǐng)域存在劣勢(shì)的原因，認(rèn)為個(gè)人主義是指?jìng)€(gè)人利益、個(gè)人態(tài)度、理性動(dòng)機(jī)和個(gè)人目標(biāo)高于公共利益、群體規(guī)范、關(guān)系動(dòng)機(jī)和群體目標(biāo)。[15]因此，沒(méi)有成功的個(gè)人只是不夠努力。[16]認(rèn)為女性以及男性的選擇和行為是自由和主動(dòng)做出的。

關(guān)于推進(jìn)在STEM領(lǐng)域留住更多的女性從業(yè)人員，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（National Science Foundation，簡(jiǎn)稱(chēng)NSF）通過(guò)其ADVANCE項(xiàng)目解決這一問(wèn)題，該項(xiàng)目旨在制定系統(tǒng)方法，增加?jì)D女在STEM學(xué)術(shù)職業(yè)中的代表性和地位，開(kāi)發(fā)創(chuàng)新和可持續(xù)的方法，促進(jìn)STEM學(xué)術(shù)工作者的性別平等，為發(fā)展更多元化的STEM勞動(dòng)力做出貢獻(xiàn)。[17]還有許多國(guó)家組織現(xiàn)如今首要的任務(wù)是鼓勵(lì)女孩和婦女從事有關(guān)STEM職業(yè)，包括國(guó)家女孩合作項(xiàng)目（National Girls Collaborative Project）、美國(guó)大學(xué)婦女協(xié)會(huì)（American Association of University Women）、百萬(wàn)婦女導(dǎo)師和婦女科學(xué)協(xié)會(huì)（Million Women Mentors）以及婦女科學(xué)協(xié)會(huì)（Association of Women in Science）。致力于通過(guò)讓女性參與STEM課程，鼓勵(lì)支持STEM女性的指導(dǎo)倡議，提高婦女和女孩參與STEM的程度，努力在STEM勞動(dòng)力中留住女性角色。[18]

美國(guó)有色人種在接受STEM教育和從事STEM工作方面也存在一定劣勢(shì)。美國(guó)不同種族和民族之間的教育差異相當(dāng)大，來(lái)自西班牙裔/拉丁裔、非洲裔美國(guó)人、美國(guó)印第安人和太平洋島民族裔/種族的學(xué)生在各級(jí)高等教育中代表不足，特別是在科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域和職業(yè)中。盡管這些少數(shù)群體占美國(guó)成年人人口的20%以上，但他們?cè)诟鱾€(gè)層次的高等教育中，從本科專(zhuān)業(yè)到研究生項(xiàng)目到大學(xué)教職職位，在科學(xué)領(lǐng)域的代表性都不足。[19]在生物和生命科學(xué)領(lǐng)域，只有14%的學(xué)士學(xué)位、10%的碩士學(xué)位和8%的博士學(xué)位授予了非洲裔美國(guó)人、西班牙裔美國(guó)人和印第安人。[20]盡管這些數(shù)字反映了過(guò)去十年的增長(zhǎng)，但很明顯，在通往研究生涯的道路上，有色人種仍在流失。美國(guó)STEM員工中約有69%是非西班牙裔白人專(zhuān)業(yè)人員，并且STEM職業(yè)的增長(zhǎng)繼續(xù)超過(guò)非STEM職業(yè)的增長(zhǎng)，而且STEM職業(yè)的平均薪酬比非STEM職業(yè)高出29%，因此STEM領(lǐng)域中有色人種代表性不足可能導(dǎo)致這些群體的就業(yè)機(jī)會(huì)減少和薪酬降低。無(wú)論從社會(huì)公正的角度還是從純粹的實(shí)踐角度來(lái)看，這種差距都是存在問(wèn)題的。此外，近80%的美國(guó)勞動(dòng)力承認(rèn)，多元化在工作場(chǎng)所至少“有些”重要，超過(guò)一半的成年人表示，多元化“極其”或“非?！敝匾21]

三、結(jié)語(yǔ)

本研究在對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行回顧和總結(jié)的基礎(chǔ)上，基于知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖譜、定性與定量相結(jié)合的理論基礎(chǔ)，以2011-2020年間發(fā)表在Science Citation Index Expanded （SCI-EXPANDED）和Social Sciences Citation Index （SSCI）上的論文為數(shù)據(jù)來(lái)源，通過(guò)深入解讀文獻(xiàn)資料和應(yīng)用CiteSpace軟件，分析了STEM教育國(guó)家（地區(qū)）的發(fā)文情況、機(jī)構(gòu)之間的合作關(guān)系、高頻關(guān)鍵詞及關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析等，繪制了文獻(xiàn)的年發(fā)文量和引文量變化、高發(fā)文國(guó)家（地區(qū)）和機(jī)構(gòu)、研究熱點(diǎn)等知識(shí)圖譜，對(duì)國(guó)外近十年來(lái)STEM教育研究的基本現(xiàn)狀進(jìn)行分析和探究。通過(guò)這樣的方式能夠直觀清楚的獲得我們想要了解的國(guó)外STEM教育研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域的信息，并進(jìn)一步總結(jié)分析。

從發(fā)文數(shù)量看，當(dāng)前國(guó)外STEM教育研究文獻(xiàn)的數(shù)量總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，而且基于國(guó)家對(duì)STEM教育高度重視與大力推動(dòng)，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，相關(guān)研究文獻(xiàn)的數(shù)量將繼續(xù)增長(zhǎng)。從研究國(guó)家（地區(qū)）、機(jī)構(gòu)之間的分析看，STEM教育的研究主力為高等院校，院校分布的地區(qū)差異較為突出，主要集中于美國(guó)、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家。從研究主題看，研究的熱點(diǎn)涉及到學(xué)科整合、學(xué)業(yè)成就、學(xué)生群體多樣性三個(gè)方面的內(nèi)容，體現(xiàn)了STEM教育對(duì)于傳統(tǒng)教育改革的重要意義。對(duì)STEM教育研究的可視化分析既可以幫助我們把握STEM教育研究的現(xiàn)狀、熱點(diǎn)以及前沿，也有助于審視STEM教育研究過(guò)程中的不足。在未來(lái)的研究中，應(yīng)更加注重課程體系的構(gòu)建和教學(xué)方法的改良，通過(guò)不斷完善教育的實(shí)施環(huán)境與具體內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)STEM教育各學(xué)科的有機(jī)融合，通過(guò)完善評(píng)價(jià)體系，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，更加注重提高低代表性群體的多樣性。

以此，期望能夠?qū)倓傏s上國(guó)際STEM教育研究第二階段熱度的我國(guó)STEM教育研究進(jìn)一步提供參考和借鑒的依據(jù)，立足本國(guó)國(guó)情與實(shí)際的社會(huì)環(huán)境，發(fā)展出一套具有中國(guó)特色的STEM教育模式。

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The Analysis of Current Situation and Hotspots of STEM Education Research in the Last Decade

——Visual Analysis Based on Cite Space

Zhang Xian-yang，Hu Shao-ming

（Baoji University of Arts and Sciences， College of Education， Baoji Shaanxi 721013）

Abstract：Abstract： Based on the Web of Science （WOS） database core collection of SCI and SSCI journals from 2011 to 2020 foreign STEM education research papers as samples for research， visualization analysis software CiteSpace was used for analysis and research. The results show that the number of published papers and citations on STEM education abroad is on the rise. The United States occupies a leading position in STEM education research， and the publishing institutions are mostly higher education institutions in the states. The research focuses on three aspects： integrating the content construction of STEM education subjects， paying attention to the value appeal of STEM students’ academic achievements， and paying attention to cultivating the diversity of underrepresented groups.

Keywords：STEM education;CiteSpace;Visual analysis