非正式STEM教育是指發(fā)生在學校之外的，對學生的科學知識、方法、技能、本質進行的教育。[1]除在校學習外，學生的學習更多是發(fā)生在非正式的教育環(huán)境中。作為STEM教育的重要組成部分，非正式STEM教育突破了時空的局限，有利于提升學生的核心素養(yǎng)，也有利于學生形成終生學習的理念，但國內對非正式STEM教育的研究不多。在CNKI以“非正式STEM教育”作為主題詞檢索，我們發(fā)現與其相關的文獻不足20篇，其中，核心期刊的發(fā)文不足5篇，且大多聚焦在對國外非正式STEM教育的介紹。所以，理清國際非正式STEM教育的發(fā)展現狀與熱點，對我國開展非正式STEM教育具有參考價值。

基于此，本研究借助可視化分析軟件CiteSpace，對Web of Science核心合集中三個數據庫收錄的有關非正式STEM教育研究的文獻進行了可視化分析，總結出了國際非正式STEM教育的研究現狀和熱點方向，以期為國內相關研究提供參考。

一、研究設計

1.數據來源

研究數據來自Web of Science核心合集中的“社會科學引文索引”（SSCI）、“科學引文索引”（SCIE）和“新興資源引文索引”（ESCI）。之所以只選擇這三個數據庫，是因為非正式STEM教育研究的內容主要是科學、技術、工程、數學四門學科相融合的部分，屬于人文社會科學和自然科學兩個領域。檢索主題詞為“Informal STEM education”，時間跨度為2000—2022年，共檢索到292篇文獻，實際時間分布為2011年1月—2022年12月，而在2000年1月1日—2010年12月31日間沒發(fā)現符合主題的文獻。根據表1的文獻納入標準進行初篩，得到269篇文獻，最后再通過瀏覽文獻標題和摘要排除與主題不相關的37篇文獻，最后得到232篇符合標準的文獻進行數據分析。

2.研究方法與工具

本研究借助CiteSpace和Excel軟件對研究非正式STEM教育的文獻進行可視化分析。在借助CiteSpace進行可視化分析前，我們將分析處理條件設為：年度區(qū)間2011年1月—2022年12月，時間切片設為1。之所以這樣設置處理條件，是因為在整理文獻時，我們發(fā)現2011年之前沒有相關文章，且有一小部分文獻是2022年在線發(fā)表的，但出版排到了2023年。

二、研究現狀

1.年度發(fā)文量分布

從發(fā)文數量上看，國際上研究非正式STEM教育的文獻量是逐年增加的（如圖1）。2011年開始出現相關文獻，之后5年每年的發(fā)文量都是個位數。2017年，文獻數量超過個位數（17篇），2021年的文獻數量最多（48篇）。從研究趨勢看，非正式STEM教育在2016年后逐漸受到國際研究的重視。

2.國家分布

232篇文獻來自31個國家（地區(qū)）。其中，美國發(fā)文量最多，被引頻次最高。我國發(fā)文量第二，但被引頻次低于澳大利亞和英國。結合發(fā)文量和被引頻次，我們做了綜合分析（見表2）。

（1）從發(fā)文量和被引頻次來看，美國貢獻最大

STEM教育起源于美國，非正式STEM教育作為STEM教育的組成部分，在美國自然也受到高度重視。例如，美國頒布的《2015年STEM教育法》對“非正式STEM教育”列出專門條款，規(guī)定通過撥款支持非正式STEM教育的發(fā)展。[2]2018年，美國頒布了《制定成功路線：美國STEM教育戰(zhàn)略》，強調整合正式STEM教育和非正式STEM教育。[3]

（2）我國的發(fā)文量第二，但影響力還不夠

我國在發(fā)文量上處于第二位，但與第一位相比，還有較大差距。中國科學教育研究院在2017年發(fā)布了《中國STEM白皮書》，提到了STEM教育的深入實施需要全社會力量的共同參與，從不同的角度貢獻力量，構建協同創(chuàng)新的STEM教育生態(tài)。[4]

（3）英國、加拿大、澳大利亞、芬蘭的非正式STEM教育發(fā)文數量和影響力居世界3～6位

四個國家在非正式STEM教育研究上的世界影響力與其對非正式STEM教育的重視是分不開的。例如，澳大利亞于2018年發(fā)布《澳大利亞學校中STEM學習的挑戰(zhàn)》，提出小學STEM教育的改革措施，其中一條就是開發(fā)非正式STEM教育項目，包括開設暑期學校，利用圖書館、動物園、博物館等資源開發(fā)非正式STEM課程。[5]

3.期刊分布

從文獻檢索分析可知，研究非正式STEM教育的期刊共有118種，發(fā)文最早的期刊有《空間科學》（Space Science Reviews）、《自主機器人》（Autonomous Robots）、《國際科學教育雜志》（International Journal of Science Education）等。其中，《國際科學教育雜志》特別強調與實踐應用相關的研究，關注從幼兒園到大學階段的科學教育與學習。

從期刊發(fā)文量和被引頻次綜合分析，文獻數量最多和被引頻次最高的期刊是《科學教育與技術雜志》（Journal of Science Education and Technology）。它發(fā)表的文章涉及科學與技術的交叉領域，對提高全球的各級科學教育具有很重要的影響。該期刊在非正式STEM教育領域總共發(fā)文14篇，被引215次，最早在2014年發(fā)表有關非正式STEM教育的文章。

4.機構分布

為了更好地看到各機構之間的緊密合作和非正式STEM教育的學術資源分布，我們借助CiteSpace軟件對合作機構進行共線分析，對發(fā)文量達到或超過6篇的機構（見表3）進行統(tǒng)計。

根據表3可以看出，研究非正式STEM教育的核心機構主要來自美國，且主要以美國各州的大學為主。其中，佛羅里達州立大學系統(tǒng)、賓夕法尼亞州聯邦高等教育系統(tǒng)、俄亥俄州大學系統(tǒng)等機構是研究的主陣地。各機構合作緊密，形成了多個較大的合作組織。這些機構的緊密合作是美國的研究領先于世界的一個重要原因。跟美國相比，我國還沒有研究特別突出的機構，當前在國際期刊發(fā)文的機構有北京師范大學、浙江大學、上海師范大學、湖南師范大學、香港教育大學、香港中文大學、臺灣師范大學、臺灣科技大學等高校。雖有發(fā)文，但各高校之間的合作甚少，并未形成緊密的合作關系。

三、熱點分析

1.關鍵詞共現分析

字號和菱形的大小代表關鍵詞出現頻次的多少，字號和菱形越大，關鍵詞出現的頻次越多。[6]詞頻越高，中心性越強，說明關鍵詞受到的關注度也越高。從圖2可以看出，關鍵詞“科學”和“教育”出現的頻次最多，中心性也最強。

由圖2可知，國際非正式STEM教育的研究熱點詞匯包括科學、教育、學生、正式學習、經驗、STEM教育等。其中，“科學”的出現頻次最多，被引頻次最多的文獻是Measuring with Murray： Touchscreen technology and preschoolers' STEM learning，共被引用94次，主要研究學齡前兒童通過平板電腦的交互游戲學習基本的數學概念。研究表明，學齡前的兒童可以基于平板電腦的交互游戲培養(yǎng)早期的STEM技能，但他們的學習會受限于遷移環(huán)境，在近遷移環(huán)境中，他們的表現更好。[7]

2.關鍵詞突現分析

突現的關鍵詞是一段時間里比較受關注的詞，反映這段時間里該領域的研究熱點。關鍵詞的突現強度越大，代表它受到的關注度也越高。利用CiteSpace控制面板的“Burstness”功能對關鍵詞進行突現分析，將“Burstness”中的“γ”值設為0.3，“Minimum Duration”值設為1，運行得到20個突現詞（如圖3）。

根據突現的時間，我們將國際非正式STEM教育的關鍵詞突現圖劃分為三個階段。

第一階段：2012—2016年。突現強度較大的詞有“物理”和“非正式科學”，突現強度分別是1.31和1.2?！胺钦娇茖W教育”首次出現在2014年，主要探討來自學校與非正式科學教育機構（博物館、科學中心、水族館等）的教育者在參與互動項目時各自看待成功的標準以及雙方在項目合作時遇到的挑戰(zhàn)。[8]

第二階段：2017—2021年。突變強度最大的詞是“態(tài)度”，強度是2.04，最早出現在2012年，主要研究城市生態(tài)學課程對學生的環(huán)境態(tài)度和負責行為等方面的影響。[9]

第三階段：2021—2023年。突現詞有“數學”“項目”“感知能力”，說明這三個關鍵詞是接下來幾年研究的熱點話題。

3.關鍵詞聚類

為進一步了解國際非正式STEM教育的研究熱點，我們借助Citespace進行關鍵詞聚類分析，將圖2中關聯緊密的關鍵詞進行聚類，形成如圖4所示的關鍵詞聚類圖。

Citespace依據網絡結構和聚類的清晰度，提供了模塊值（Q值，即Modularity Q）和平均輪廓值（S值，即Mean Silhouette）兩個指標。當Q值gt;0.3時，聚類結構就是顯著的；當S值達到0.7時，就認為聚類是令人信服的。[6]圖4顯示的Q值=0.484，S值=0.7912，因此，該聚類圖的聚類結構顯著，且結果令人信服。根據圖4的聚類，我們將國際非正式STEM教育研究的熱點話題分為六類（見表4）。

在對關鍵詞的共現、突現和聚類進行深入分析以及閱讀相關文獻后，我們將國際非正式STEM教育的研究熱點分為三類。

（1）推進整合非正式STEM教育，關注各個學科的融合發(fā)展

非正式STEM教育研究不僅研究科學、技術、工程、數學四個科目的整合教學，也研究融入其他學科后的教學。相關研究表明，非正式STEM教育有利于培養(yǎng)幼兒的創(chuàng)造力和創(chuàng)新思維，可以提高學生對STEM學科和相關職業(yè)的興趣。與文化相關的非正式環(huán)境的學習體驗，能提高學生對科學知識的了解和參與度。

（2）增加各個群體的代表性，促進教育公平

從關鍵詞黑人女孩、女性、性別、全民教育等可以看出，國際非正式STEM教育研究關注女性的教育。例如，佛羅里達州立大學設計了一個用于指導更廣泛的科學身份認同研究的概念框架，它特別適用于非正式STEM教育的環(huán)境，能夠吸引女生的廣泛參與。[10]非正式STEM教育也關注有色種族與底層民眾，研究者設計了面向所有種族的STEM課程，為他們提供了無論在正式還是非正式的環(huán)境中都能公平參與STEM教育的機會。[11]非正式STEM教育還研究黑人學生、農村弱勢群體學生、有色人種的年輕女性等群體在非正式環(huán)境中的STEM教育。

除了關注女性、有色人種和底層民眾，非正式STEM教育也關注特殊群體的教育。例如，專門為聾人設計的特殊聲音實驗室，通過講故事與視頻圖像結合的方式傳遞天文學知識，為宇宙的聲音賦予可理解的含義。[12]

（3）聯結正式STEM教育與非正式STEM教育環(huán)境，共同推進STEM教育實踐變革

從關鍵詞合作學習、高中、非正式課程、博物館教育、夏令營等可以看出，當前的研究注重正式STEM教育和非正式STEM教育的融合發(fā)展。首先，在正式和非正式環(huán)境中共同推進STEM教育，對培養(yǎng)學生的STEM知識、STEM素養(yǎng)等十分重要。例如，教師、家長、學生和STEM專業(yè)人員共同參與STEM學習環(huán)境的教學框架設計。其次，教師對推進正式STEM教育與非正式STEM教育的實踐變革非常重要，對教師的研究也是研究者關注的點。例如，觀察新手教師在非正式STEM教育環(huán)境中的教學情況、研究職前教師在正式STEM教育和非正式STEM教育環(huán)境中的教學情況等。為實現教育公平，教師和研究人員合作設計了非正式STEM學習環(huán)境，這可以讓學生充分地參與STEM教育實踐中。最后，除了夏令營、博物館等公共的非正式STEM教育環(huán)境外，家庭對學生的STEM教育也有非常大的影響。學齡前兒童的STEM教育大多來自家中父母。父母自身的教育方式、從事職業(yè)都會對孩子的學習STEM知識、專業(yè)選擇、職業(yè)選擇產生重要的影響。

四、結論與啟示

1.結論

從發(fā)文數量的年度分布、國家分布以及機構分布情況來看，國際非正式STEM教育研究的文獻數量呈現逐年上升的趨勢，美國的研究處于全球領先水平，且機構間的合作緊密。

通過對關鍵詞的各種圖譜進行分析，我們得出以下結論：當前的研究關鍵詞共線網絡聯結緊密，注重在非正式STEM教育環(huán)境中探索STEM各個學科，同時也融入了其他學科，如藝術、醫(yī)學、環(huán)境科學等。在學段分布上，美國非正式STEM教育覆蓋了K-12和大學階段的教育，但主要研究學段還是集中在K-12階段。在教育對象上，不僅有針對青少年和成人的非正式STEM教育研究，還有面向特殊群體（聾人、自閉癥患者、處于監(jiān)禁狀態(tài)的人群等）的非正式STEM教育研究。在教學環(huán)境上，不僅有博物館、水族館、圖書館、動物園、科技館等可進行教學設計的環(huán)境，還有家庭和日常生活中的環(huán)境，這有利于提高學生對STEM學習的興趣。

2.啟示

（1）落實非正式STEM教育的頂層設計

從國際非正式STEM教育的發(fā)展來看，許多在研究非正式STEM教育方面影響力較大的國家都是先從國家層面對非正式STEM教育提供相關的政策支持，再聯合各個基層組織落實相關政策。美國、英國、澳大利亞等發(fā)達國家的非正式STEM教育發(fā)展較為成熟，對全球STEM教育的發(fā)展起到了一定的推動作用。

我國雖然發(fā)文量第二，綜合影響力卻不是第二，更需要做好頂層設計。推動我國非正式STEM教育的發(fā)展，需要聯合政府、教育機構、科研院所、科普場館等各方力量。政府應該制訂相關政策，提供經費支持，推動STEM教育變革。此外，還需鼓勵企業(yè)、社會組織和家庭參與非正式STEM教育的發(fā)展，形成多元化的投入和支持機制。

（2）聯結正式STEM教育與非正式STEM教育

在有限的時間和空間里，學生的很多想法無法付諸實踐，而非正式STEM教育可以幫助學生在實踐中更好地理解和應用他們在正式教育中學習到的知識和技能。同時，正式STEM教育可以為學生提供更加系統(tǒng)、全面的STEM知識和STEM技能的學習。因此，我國需要建立STEM教育的有機生態(tài)系統(tǒng)，整合校內外資源，聯結家庭教育，實現正式STEM教育和非正式STEM教育的有效聯結。

（3）關注各個群體，共促教育公平

國際研究關注女性的非正式STEM教育，注重提高女性對STEM職業(yè)的認識和參與度，除關注女性外，國際研究還關注一些特殊群體。這些特殊群體對非正式STEM教育的接觸相對較少，種種原因導致他們在傳統(tǒng)教育體系中難以獲得充分的學習機會和資源。我國在發(fā)展非正式STEM教育時也應該關注這些群體，凸顯全納教育。

[課題：重慶市教育科學“十三五”規(guī)劃2019年度重點有經費課題“基于STEAM理念的農村小學全科教師實踐課程體系建設與開發(fā)研究”，編號：2019-GX-010]

參考文獻

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