我国STEM教育研究现状综述

    孙宗缘 马秀峰

    

    

    

    摘? 要 以CNKI数据库收录的STEM教育相关文献为样本，通过定性分析与定量分析，结合知识图谱的方法，从时间线、期刊来源、作者分布、发文机构分布及关键词特征分布五个维度，对STEM教育领域研究现状进行阐述。

    关键词 STEM教育;CiteSpace;可视化图谱;BICOMB

    中图分类号：G642? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）17-0072-04

    1 引言

    STEM教育是集科學（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）四门学科组成的一种跨学科融合的教育方式，旨在填补应试教育的漏洞，从而培育综合创新型人才。自STEM教育引入我国之后，掀起一股教育研究的潮流。本文对该领域研究现状进行分析梳理，以期为后续研究提供参考和帮助。

    2 研究设计

    研究对象? 本文以知网数据库为数据源，设置检索条件“SU=STEM教育”，检索时间框为2010—2019年，通过对文献样本进行筛选（剔除无关通知、报告等），最终确定1541篇有效样本文献;将其导出为BICOMB 2支持的自定义格式及CiteSpace支持的Refwords格式，以对STEM教育研究现状进行可视化展现，方便对该领域进行深度解读。

    研究方法? 本文利用定性与定量相结合的可视化图谱方法对1541篇文献样本进行分析。从时间发文线、文献所属期刊、文献作者、文献发文机构及高频关键词这五个维度进行详细探析，并借助科学引文数据可视化分析软件CiteSpace生成STEM教育领域相关研究的可视化图谱加以探索[1]。

    3 研究现状分析

    文献时间分布分析? 某领域特定时间点的研究成果数量，能够反映该领域的时序发展状态及变化趋势[2]。本研究将1541篇文献按照年份统计得到图1所示文献年度分布图。在2010年，STEM教育领域文献数仅为四篇，是对该领域的初探阶段;2010—2016年，文献数量随年份缓慢增长，由2010年的四篇增加至2016年的101篇，文献数量及质量都在提升，可以看出对该领域的重视程度逐年加强，该时期称为STEM教育研究的初步发展阶段;从2017起，发文曲线斜率达到该图曲线的峰值，文献数量急剧增加;截至2019年总计为1541篇，大量成果相继产出，已经进入对STEM教育研究的热潮阶段。

    经过函数拟合，得到时序变化趋势预测指数模型：

    该模型拟合程度较好，可以推知未来STEM教育领域文献成果数量将持续增加，反映出对该领域的研究热度仍会提高。

    文献来源期刊分析? 借助BICOMB 2软件提取期刊分布数据，得知1541篇样本文献刊载于370种期刊中，其中教育类期刊占比90.41%。这说明该领域的研究受到教育界的广泛关注，根据普莱斯定律[3]（其中，Nmax是指最高发文数量，Nmin是指最低发文数量）：

    确定Nmin的数值为6，统计得出核心发文期刊共计71种（如图2所示），在370种刊物中占比19.2%。其中刊载量最多的是《中国信息技术教育》，发文50篇;其次是《中小学信息技术教育》，发文47篇。71种核心发文期刊中，双核心期刊有20种，刊文占总样本文献的20.1%，是该领域的重要力量源。通过进一步探究可以看出，相关期刊主要涉及教育领域，验证了STEM教育在教育领域的重要作用，以及教育界对于STEM教育研究的热衷程度。

    作者分布特征分析? 对相关作者分布进行探究，可以把握该领域的核心作者，反映其对于该领域的影响程度，对本研究具有一定的意义。经统计得出1874位作者发文数据图，如图3所示。根据普莱斯定律，确定最低发文量为3的作者为核心作者，核心作者共计96人。其中发文数量在10篇以上的仅有宋怡、吴俊杰、刘党生、赵慧臣、赵中建等五人，可以将其确定为中坚核心作者;另有1778位作者的发文量不在取值范围之内。由此得知，在STEM教育领域的研究者较多，但是缺乏影响力较大的核心作者，约95%的研究人员仅为初探作者。

    为了进一步探析作者之间的关联，本文将1541条题录信息导入CiteSpace软件，将作者字段以及对应频次作为分析对象，规定时间区间为2010—2019年，在“Node Types”中选择“Author”，呈现出作者合著关系网络图，如图4所示。图中节点大小表示以作者发文数为基点展现出的作者影响力，连线的粗细表示作者之间的联系强度。通过CiteSpace计算作者合作网络聚类密度为0.004 4，指数偏小，可见相关作者之间的网络连通性差。虽然赵中建的个人影响力较大，但是没有形成相应的科研团体。在作者合著群中，仅有赵慧臣一人有较为稳定的科研网络。作者群之间形成众多的“孤岛”，没有形成强度很大的中心作者群，大部分学者是从个人领域或个人视角展开研究。这也说明在STEM教育研究领域的探究中，作者间缺乏一定的交流与合作。

    文献发布机构特征分析? 为对该领域有进一步的了解，本文通过考察不同发文机构成果数以及机构之间的合作关系，解析该领域的空间分布特点[4]。对相关机构名称做归类处理：将从属于一级机构的单位名称都归并为一级机构名称，得到图5。从图5看出，文献研究成果主要产出于高校，少见于科研机构。在发文数量上，华东师范大学以89篇居首位，其后依次是上海师范大学发文47篇、南京师范大学发文45篇。通过进一步分析相关文献资料，可知华东师范大学相关学者对该领域探索较早，是对该领域重视的体现，相关研究也具备深度与广度，处于较为领先的地位。同时也从侧面说明，对于此领域研究的热点机构较少，并未出现超级热点机构。

    基于发文机构之间的合作网络图谱，可以了解STEM教育研究领域机构间的合作关系以及相应影响力。通过Cite-Space导入机构数据，确定时间区间为2010—2019年，在“Node Types”中选择“Institution”，生成图6所示发文机构合作网络图谱，节点的大小反映该机构出现的频次即发文数量，连线的粗细表示机构之间的合作强度。图中将一、二级机构名称独立表示，便于更细致地观察机构之间的合作关联程度。

    首先，发文机构之间的聚类密度为0.003 4，该指数偏低，从整体上说明各级机构相互合作交流较少;

    其次，在一级机构合作网络中，华东师范大学出现频次较多，是该领域研究的重要贡献机构，具有一定的影响力，但没有形成鲜明的机构合作网;

    再次，以华东师范大学的二级机构信息技术学系、课程与教学研究所、教师教育学院和国际与比较教育研究所为例，彼此之间没有产生合作，该情况在其他一级机构中均有出现，说明从属单位之间的研究合作并不密切;

    最后，存在明顯合著联系的是以南京师范大学教育科学学院为中心的小合作团，但合作发文数量较少。

    总之，在STEM教育领域的探究中，研究力量比较分散，没有形成一定群体规模的核心科研团队力量。

    关键词特征分析? 关键词是对一篇文献内容的浓缩概括，通过研究关键词出现的频率，能够在一定程度上推知研究者关注的主题，有助于把握该领域的研究热点[5]。通过BICOMB 2软件提取关键词数据，得到5769个关键词;对关键词进行清洗，即删除与本研究无关的关键词，合并意思相同但表达不同的关键词，如将“美国”与“USA”合并为“美国”，将“创新能力”与“创新”合并为“创新能力”等;最终通过反复校对与检查，选取频次在18以上的关键词进行分析，确定高频关键词共计23个。如图7所示，出现频次较高的关键词有“STEM教育”“STEM”“创客教育”“steam教育”“美国”“教学设计”。

    通过相关文献资料解读得知：在STEM教育领域，创客教育与STEM教育有着密切的关联，对完善STEM教育的发展有着重要的辅助意义;亦能看出STEM教育在理论上是可以延伸扩展的多元学科教育模式，在实践上致力于塑造全面发展的综合创新型人才;同时要吸取对于该领域探索领先的国家的经验以及借鉴其相关方法，积极建设适合于我国本土化的教育方式。由此可知，高频关键词涉及的研究方向可以在一定程度上反映STEM教育研究领域的重点，是学者密切关注的焦点，也是STEM教育领域较为核心的内容。

    4 总结

    本文基于中国知网数据库平台，通过文献计量的方法，使用科学引文数据可视化分析软件CiteSpace，生成STEM教育研究相关层次的可视化图谱，可以有效防止主观性的偏颇而导致结论不定，在对已有文献进行深度解析的基础上，对STEM教育研究现状作出以下总结。

    1）从文献发表时间分布来看，我国产出STEM教育相关研究的文献成果数可分为三个阶段：起步阶段（2011年之前）、初步发展阶段（2012—2016年）、热潮阶段（2017年至今）。自2010年开始陆续出现的四篇文献打开了对于该领域探索的大门，随后研究的文献数量呈逐年上升趋势，并经过时序变化趋势预测指数模型可知，该领域将继续受到学者的关注。

    2）从文献发表期刊来看，90.41%的文献来源于教育类期刊，且核心教育期刊发文数量占总体的12.1%，可以看出教育界对于STEM教育的重视程度，也说明STEM教育对于我国教育进程的开展具有重要意义。

    3）从作者及机构分布来看，有关STEM教育研究的核心作者主要来自教育领域，宋怡、吴俊杰、刘党生、赵慧臣、赵中建对该领域的研究贡献较大;研究机构中，华东师范大学独树一帜，和上海师范大学、南京师范大学并为STEM教育研究的主要基地。但是，不论是作者还是机构，相互之间的合作联系较少，缺少核心作者团以及中坚机构合作网络。

    4）从关键词特征分布来看，可以看出该领域研究热点主要关注于创客层面的研究、STEM教育本土化的研究、STEAM教育的研究、学生综合素养的研究、跨学科层面的研究。整体上来看，针对STEM教育领域探索的主题已经逐步由理论转向实践，将已有的经验、教学模型以及评价体系应用于实践教学，致力于培养学生综合素质的发展。

    本文虽运用了量化分析法、归纳性的内容分析法及知识图谱法，对国内STEM教育研究现状进行较为系统的分析与梳理，但仅以中国知网数据库为数据源，且由于数据样本在不断更新，在一定程度上使得样本不够完整。之后的研究工作要对其他数据库的文献进行比对分析，以优化研究结果。

    本文基于对已有研究的分析和相关经验的总结，展望该领域研究要注意的几个方面：研究者和机构间要加强沟通与交流，形成科研核心团队和科研中坚力量;吸收有益经验，保持对国际主流与前沿方向的警觉;对于该领域的探索要转换研究视角，拓宽研究视野;相关研究要结合我国国情，不能盲目跟风、机械照搬;要加强学科之间的整合优化，应用于STEM教育的实践。期望以此促进STEM教育领域的改革发展与创新，推动STEM教育相关研究理论与实践的健康发展。■

    参考文献

    [1]Chen C. CiteSpace II：Detecting and visualizing emerging trends and transient patterns in scientific literature[J].Journal of the American Society for Information Science and Technology，2006（3）：359-377.

    [2]赵蓉英，王晴.近20年来国内竞争情报研究的结构特征与热点透视：基于CNKI的文献计量及可视化分析[J].情报科学，2016（3）：166-172.

    [3]胡利勇.基于普赖斯定律的图书情报领域高被引论文核心要素测评[J].图书馆研究，2016（4）：113-117.

    [4]章小童.国内网络问答社区研究现状、热点及趋势分析：基于文献计量与内容归纳分析[J].情报科学，2020（1）：169-176.

    [5]周兰芳.英国教育人类学《民族志与教育》期刊2008-2014年关键词分析[J].黑龙江高教研究，2016（8）：30-32.