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摘? 要： 人工智能時代背景下，STEM 教育已成為國內外基礎教育領域的研究熱點。文章運用可視化分析的方法，總結國內外STEM教育研究熱點，梳理這一領域的研究現(xiàn)狀，并對國內外研究的異同進行分析。研究表明，國內外在人才培養(yǎng)、教師教育、課程整合、基礎教育改革等方面有所差異。堅持STEM教師能力培養(yǎng)、打造STEM學習生態(tài)系統(tǒng)是我國STEM教育的發(fā)展趨勢。未來需要加強STEM項目化學習活動的開展，開發(fā)跨學科的整合性課程以及培養(yǎng)更多優(yōu)秀的師資。

關鍵詞： STEM教育; 可視化分析; 研究熱點比較; 啟示

中圖書分類號：G434? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）09-18-04

Abstract： Under the background of artificial intelligence era， STEM education has become a hot research topic in the field of basic education at home and abroad. This paper uses the method of visual analysis to summarize the research hot spots of STEM education at home and abroad， comb the current research situation in this field， and analyze the similarity and differences of domestic and foreign research. The research shows that there are differences in personnel training， teacher education， curriculum integration and basic education reform at home and abroad. Adhering to STEM teacher's ability training and building STEM learning ecosystem is the trend of STEM education in China. In the future， it is a need to strengthen STEM project learning activities， develop interdisciplinary integrated courses， and train more excellent teachers.

Key words： STEM education; visual analysis; research hotspot comparison; enlightenment

1 研究背景

STEM教育具備新的核心特征：跨學科、趣味性、體驗性、情境性、協(xié)作性、設計性、藝術性、實證性和技術增強性等[1]。2019年，國家發(fā)布《關于實施全國中小學教師信息技術應用能力提升工程2.0的意見》，強調探索跨學科教學等教育教學新模式，并把促進教師跨學科教學能力提升作為主要措施之一，且地方政府也在積極開展STEM教育[2]。美國更是以法律形式來保障STEM教育的順利實行，歐洲各國也將STEM教育作為提升學生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的關鍵措施。

在國內外環(huán)境的促使下，STEM教育得到了快速發(fā)展，相關研究層出不窮。有學者曾對某一時間段內研究STEM教育的文獻進行了可視化分析，提出在國家層面推進STEM教育發(fā)展，以及從STEM教育本身入手，深入研究，開設多樣化課程等相對宏觀的建議。

本文以2012年（STEM教育研究在我國初有成效）至2019年期間的國內外核心文章為研究對象，對比國內外研究熱點的差異，為我國STEM教育的發(fā)展提出具體建議。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文以中國知網(wǎng)（CNKI）期刊數(shù)據(jù)庫為中文文獻來源，利用高級檢索，檢索詞為“STEM”，文獻類型為學術期刊，文章等級為CSSCI和北大核心，共篩選出2012年至2019年的文獻208篇。以Web Of Science數(shù)據(jù)庫為外文文獻來源，以檢索式：TS=STEM education，文獻類型為Article進行檢索，剔除與研究內容相關性較低以及影響因子為Q4的文章，共篩選出363篇文獻。

2.2 研究方法

本文運用了共詞分析法，這是一種以出現(xiàn)在文獻中的兩個關鍵詞的頻次為基礎構建科學社會網(wǎng)絡圖譜，從而對研究領域熱點進行判斷的分析方法[3]。筆者在中國知網(wǎng)（CNKI）期刊數(shù)據(jù)庫和Web Of Science數(shù)據(jù)庫中將文獻分別以NoteFirst和txt格式導出。使用Bicomb2.0書目共現(xiàn)分析系統(tǒng)對中外文獻的作者以及關鍵詞進行統(tǒng)計，得到兩者的共現(xiàn)矩陣，將它們導入社會網(wǎng)絡分析軟件Ucinet6.0，利用其內部的Network工具繪制關鍵詞社會網(wǎng)絡圖譜，通過高頻關鍵詞及社會網(wǎng)絡圖譜對國內外的研究熱點進行比較分析。

3 可視化結果與分析

為了更好地把握國內外STEM教育研究的差異，筆者對國內外的文獻進行關鍵詞分析，關鍵詞分析可以將眾多文章的關鍵詞進行梳理，從而得出當前國內外STEM教育研究領域的核心和熱點。

將國內的文獻導入Bicomb2.0，對關鍵詞進行提取，將閾值調為2，即出現(xiàn)頻次大于等于2的關鍵詞為高頻關鍵詞，共得到72個高頻關鍵詞。同樣，提取國外文獻的關鍵詞，將閾值調為3，共得到45個高頻關鍵詞。國內外文獻中出現(xiàn)頻次最高的五個關鍵詞的共現(xiàn)矩陣如表1及表2所示。

如表1所示，我國STEM教育研究的熱點是美國STEM教育、創(chuàng)客教育以及科學教育，“科學教育”與其他關鍵詞出現(xiàn)在同一篇文章中的次數(shù)較少，可見我國對科學教育的研究比較深入，但是還未與其他關鍵詞建立聯(lián)系并形成體系。關鍵詞“美國”的頻次僅次于“STEM”和“STEM教育”，可見我國對STEM教育的研究大部分還停留在對比和學習美國的階段。

如表2所示，國外STEM教育研究的熱點是高等教育、科學教育以及性別差異，可見國外STEM教育的應用范圍比我國更廣泛。但關鍵詞“scienceeducation”及“highereducation”并未出現(xiàn)在同一篇文章中，表明國外對科學教育和高等教育的研究都比較深入，但這兩者之間并未形成完整體系[3]，即高等教育和科學教育尚未融合。將國內外高頻關鍵詞導入Ucinet6.0，得到國內外關鍵詞的社會網(wǎng)絡圖譜（圖1、圖2）。

我國的STEM教育研究關鍵詞社會網(wǎng)絡圖譜中除“STEM教育”、“STEM”以外，節(jié)點較大的是“創(chuàng)客教育”、“美國”，其次是“教育公平”、“跨學科”、“項目學習”、“科學教育”等關鍵詞。可見，我國的研究核心仍然是對比和學習美國，并且開始關注STEM教育公平、學科融合、教育理念本土化以及教學方法?？偟膩砜矗覈腟TEM教育研究的主體依舊是在中小學教學領域，例如教學方式、教學效果、教學策略、教材等。

國外的STEM教育研究關鍵詞社會網(wǎng)絡圖譜中除“STEM”、“STEM education”以外，節(jié)點較大的是“technology”、“engineering”、“higher education”、“gender”、“mathematics”以及“science”?？梢姡瑖釹TEM教育研究的范圍已經(jīng)不僅僅局限于中小學教學，而是擴展到高等教育、工程科學教育上，并且重點關注STEM教育中的性別差異問題?？偟膩砜?，國外的STEM教育研究更傾向于利用技術、科學、數(shù)學培養(yǎng)學生創(chuàng)新性和計算思維。

4 結論

4.1 國內外共同點分析

第一，教學仍是國內外的STEM教育研究的核心。STEM教育旨在通過應用跨學科知識解決真實情境問題過程中培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)[4]，因此我國中小學積極引入這種教學方式。從教育發(fā)展戰(zhàn)略角度看，STEM不能僅僅被看作是提升教學效果的一種策略，而應該被當成一種和語文數(shù)學一樣的具有特定功能的課程[5]，在傳統(tǒng)教育中應用STEM教育策略就可以看成兩個學科的融合，而如何促進這兩門“學科”更好地融合，也就是如何將STEM教育理念和我國本土的教育風格更好地融合，依舊是STEM教育研究領域的關鍵問題。

筆者認為可以通過完善課程體系及優(yōu)化教學設計來改善STEM教學的效果。課程融合需要根據(jù)教學主題找到學科之間的縱向聯(lián)系以及知識的橫向關聯(lián)，并在跨學科的內容之間建立有機聯(lián)系，而并不是簡單地按照STEM教育涉及的四門學科進行“拼盤式”混合，更不是用所有知識“塞滿”一節(jié)課[4]，因此學校要積極組織教師研討，制定合理的教學方式和教學策略，開發(fā)跨學科的整合性課程。除此之外，中小學要更加重視STEM教育，改變“分數(shù)第一位”的觀念，在教學中合理地應用STEM教育理念，將學生培養(yǎng)成具有創(chuàng)新意識的人。

第二，教育公平問題是國內外的共同關注點。國外尤其指出了STEM教學中的性別差異問題，2013年全球STEMx教育大會中，STEM教育的含義被拓寬，將Arts（藝術）加入STEM教育的范圍，但同一個年齡段的男女生在這方面的掌握程度依舊存在差距。但實際上，微軟公司通過對約1000名11-30歲之間的英國女性的研究證實：在11歲之前，絕大部分女孩更容易對STEM教育產(chǎn)生興趣[6]。此外，不同地區(qū)之間的差距也不可忽視，筆者分析發(fā)文機構發(fā)現(xiàn)，STEM教育主要還是集中在經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)，即使一些二、三線城市也還沒有完全推行甚至沒有實現(xiàn)STEM教育方式，偏遠貧困地區(qū)則可想而知。

針對這種情況，筆者認為應該擴大教育資源，不僅是國家政策推行，還包括學校與學校之間的資源共享。例如，建立在線學習平臺，共享優(yōu)質教學資源;師資流動，擴大STEM教育的覆蓋面;宣傳STEM教育，轉變家長觀念，將STEM教育變成面向所有孩子的教育。

第三，科學教育在國內外研究中都占有一席之地?？茖W教育強調學生理解科學的本質，而不僅僅是知識。如今，國內外都推行政策，將科學方法和對科學本質的理解作為科學教育的核心目標。這種目標轉向強調了教育從知識到能力的轉變[7]。STEM教育作為科學、技術、工程和數(shù)學的結合，自然成了科學教育發(fā)展的一個途徑。國內外學者將科學教育和STEM教育相結合，著眼于STEM教育與科學教育如何相互促進，也就是“如何在科學教育中開展STEM教育”和“如何以STEM為基礎開展科學教育”的問題。

針對這一方面，筆者認為應該學習美國的做法，開發(fā)合理的科學教材，例如美國的《Science Fusion》教材將“工程與技術”教育專題單元進行系列化設計，將技術與社會、生活結合，幫助學生理解技術的本質，培養(yǎng)學生的工程思維[8]。并且，要強調教材的“實際性”，將工程技術和生活聯(lián)系起來，使“懸在空中”的技術“落地”，讓學生了解到技術背后的知識。

4.2 國內外差異比較

第一，研究對象不同。國外的研究對象已經(jīng)輻射到K12教育到高等教育整個教育階段，而國內的研究對象仍然聚焦在中小學。2012年，我國才出現(xiàn)比較權威的研究STEM教育的文章，直至2015年，我國教育部在《關于“十三五”期間全面深入推薦教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》才首次提出要“探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式”，而美國早在20世紀80年代就提出了STEM教育理念。正是由于STEM教育來到我國的時間比較遲，才導致了發(fā)展的不全面，這是不可避免的，但并非是不可解決的。

筆者認為，我國當前發(fā)展STEM教育的重心仍要放在中小學階段。一方面，中小學階段的學生思維處于由具體形象思維向抽象思維過渡的階段，在這一階段培養(yǎng)計算思維和創(chuàng)新意識等能力是最合適的，效果也是最顯著的。另一方面，在我國的教育模式下，中小學升學壓力小，使得此階段成為最適合開展STEM教育的階段。在中小學的STEM教育發(fā)展比較穩(wěn)定的同時，可以將重點向高等教育遷移，培養(yǎng)高校學生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

第二，研究范圍不同。國外的研究范圍拓展到科學、技術、工程等思維的培養(yǎng)，也關注到了STEM教育中師資力量的培養(yǎng)，而國內的研究范圍仍然在中小學課堂，也就是聚焦在“如何高效地開展融合STEM教育理念的課程”的問題。

筆者認為以下兩點值得我國學習。首先，國外注重科學、技術、工程等思維的培養(yǎng)，將STEM教育深入到工程、技術等內容的本質，并且設計了一系列教材，我國也可以設計體系完整的教材，將技術、工程以及計算思維的培養(yǎng)深入知識的本質，讓學生切實體會到獲取知識的過程，這樣才能將STEM教育的效果發(fā)揮到最佳。其次，在師資方面，我國的確需要提升培養(yǎng)力度。雖然STEM教育在我國的發(fā)展十分迅速，但這畢竟是“舶來品”，要與我國的教育體系相融合需要十分的付出[9]。然而，當前職業(yè)學校的培養(yǎng)目標定位不準確，將目標定為和普通高校相同的學術研究、科研等，卻忽視了教學實踐能力的提升，使得新一代的教育人才能不能很好地掌握當下推行的教育方法，導致STEM教育的師資力量缺乏。同時，STEM教育強調學科整合和情境創(chuàng)設，這要求教師需要具備豐富的技能，創(chuàng)設符合當下時代特征學生發(fā)展現(xiàn)狀的問題情境[10]。因此，高校的師范專業(yè)以及師范職業(yè)教育要緊跟時代發(fā)展，培養(yǎng)出符合時代要求的教師，促進STEM教育深入發(fā)展。

綜上所述，筆者認為我國的STEM教育在廣度和深度上都還有很大的發(fā)展空間，需要學習國外的方式，結合我國教育體制的特點，落實在實際教學環(huán)境中，加強STEM項目化學習活動的開展、拓展教育范圍，開發(fā)跨學科的整合性課程以及培養(yǎng)更多優(yōu)秀的師資。

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