近十年來我國中等教育階段STEAM教育研究的現狀及演進走向
——基于Citespace的可視化分析

周錦程，楊 朵

(1.黔南民族師范學院 計算機與信息學院，貴州 都勻 558000；2.黔南州復雜系統與智能優化實驗室，貴州 都勻 558000)

STEM教育最早起源于美國[1]，STEAM教育由STEM教育演變而來，其主要涉及科學(Science)、技術(Technology)、工程(Engineering)、藝術(Arts)、數學(Mathematics)五大領域。STEAM教育不僅以發展學生跨學科、跨領域的綜合知識能力和實踐能力為導向，還強調五個領域間的相互聯系與有機統一。2018年，我國發布的《關于加快建設發展新工科實施卓越工程師教育培養計劃2.0的意見》指出：新工科時代背景下，STEAM教育要培養跨學科、跨專業的新型科技人才，重點強調學生批判性思維、邏輯思維以及跨學科知識運用能力的培養[2]。中等教育階段的學生具有自主思維能力，且有一定的學科知識基礎，但該階段的學生知識線較為凌亂，這對中等教育階段學生STEAM素養提出了更高要求。本研究以CNKI核心數據庫和CSSCI數據庫為依據，剖析我國中等教育階段STEAM教育研究的熱點與發展趨勢，以期為我國STEAM教育的相關研究提供參考。

一、數據來源與研究工具

為客觀描述我國中等教育階段STEAM教育研究的具體情況，本研究以CNKI數據庫(中文核心期刊數據庫和CSSCI期刊數據庫)為研究數據源，檢索主題為：“(STEAM理念)OR：(STEAM教育)OR:(STEM理念)OR:(STEM教育)”，學科范圍選擇“中等教育”，文獻發表時間跨度限制為2011—2020年，共檢索出中文核心期刊文獻212條、CSSCI收錄期刊文獻84條，通過人工篩選，剔除報告、會議和征文等共得216篇有效文獻作為本研究的樣本。分析工具采用陳超美教授團隊研發的CiteSpace軟件(5.8版本)，該研究工具是近年來最具影響力的數據可視化分析軟件[3]。運用可視化分析工具將數據源進行文獻計量分析和圖譜分析，得出近十年來我國中等教育階段STEAM教育的研究情況及演進走向情況。

二、STEAM教育的研究現狀

(一)年度發文量分布

統計某一領域學術論文或學術期刊的數量并進行分析，可以了解該領域的發展情況。同時，統計文獻發展的歷史與數量，分為不同階段，依此可以預測該領域研究熱點與發展趨勢[4]。對于我國STEAM教育研究，大致分為兩個階段(如圖1所示)：

圖1 我國中等教育階段STEAM教育研究文獻的年度分布情況

第一階段為起步階段：時間跨度為2013年至2016年，該時間段的STEAM教育研究發展呈現局部穩定態勢，發表文獻共19條，占樣本總數的8.68%。

第二階段為發展階段：時間跨度為2016年到2020年，該階段的發文量整體呈現上升趨勢，發文量高達200條，占樣本比的91.32%。從我國中等教育階段STEAM教育研究的發展趨勢看，其關注度與國際STEAM教育研究的關注度基本保持同步[5]。

(二)主要研究機構分布

對研究機構分布進行統計分析，可以很好地了解該領域研究團隊的分布情況。從圖2可知，2011—2020年間，我國中等教育階段STEAM教育研究的主要力量有華東師范大學、南京師范大學和南京外國語學校等研究機構，并形成了以他們為首的研究態勢。同時，從圖2還可以看出，發文數量大于等于6篇的機構共有7家，發文量大于等于3篇的機構共有20家。其中，華東師范大學、南京師范大學以及南京外國語學校機構發表期刊的數量排在前3位分別為31篇、14篇、7篇。

圖2 我國中等教育階段STEAM教育研究發文量≥3次的機構

通過統計分析可知，國內研究者們對STEAM教育的研究于2016年開始掀起熱潮。早期，華東師范大學董澤華教授針對我國中小學階段的STEAM教育進行深度分析，闡明了中小學STEAM教育的研究現狀，剖析了發達國家的先進方法，為我國STEAM教育發展提供了科學指引[6]。浙江樹人大學黃璐教授等以STEAM教育的跨學科、跨領域特征，以知識通融為導向，基于科學理性主義視角對STEAM教育進行了深度思考，并從知識論的角度對STEAM教育本質進行了闡釋，認為其具有反對傳統教育“知識孤立”的傾向，主張“知識融通”[7]；南京師范大學徐金雷教授等從STEAM的技術教育價值取向出發，借助工具理性與價值理性的辯證邏輯，辯明技術教育未來發展方向[8]。從上述分析可知，早期我國研究機構對STEAM教育的研究主要傾向于理論研究，從2016年起，我國STEAM教育實踐研究逐步取得了質的提升。后續研究中，各個研究機構開始重點關注STEAM教育研究的理論支持和基于理論基礎的實踐教育研究等領域。

(三)作者分布

對某一領域學術論文的作者分布進行統計分析，能夠很好地判斷出該領域的主要研究力量。2011—2020年間，我國中等教育階段STEAM教育研究的核心作者主要聚集于南京外國語學校、北京師范大學、陜西師范大學、南京師范大學、華東師范大學等研究機構，其中南京外國語學校的許亮亮[9]和鄒正[10]核心期刊發文量最高，分別為6篇和5篇(如圖3所示)，該研究團隊基于STEAM教育環境下以“創新”作為實驗教學的指引，在實踐教學中取得很好的效果；陜西師范大學首新等人[11]則把思維的評價模型與STEAM項目教育相結合，構建了高層次思維測評模型，研究得出小學階段學生在STEAM學習中，高層次思維整體呈現波動增長的結論。統計分析結果表明：2011—2020年間，我國中等教育階段的STEAM教育研究主要聚焦于“創新性”“思維培養提升”和“教學模式”等研究熱點。此外，還形成了以許亮亮、鄒正、胡衛平以及葉兆寧等知名學者為中心的學術研究團隊，說明我國中等教育階段STEAM教育的研究正在朝著團隊化和集中化的方向發展。

圖3 我國中等教育階段STEAM教育研究核心發文量≥2次的作者

三、結果與分析

應用CiteSpace將已檢索的216條STEAM教育研究文獻進行分析，分析結果如圖4：檢索出的關鍵詞結點N為481個，關鍵詞節點間的線性關聯數E為1020條，圖譜密集度Density為0.0088；評價指標Q值為0.7794，值越大，則反映知識圖譜的聚類顯著度越高，即Q值與聚類效果成正相關；網絡同質性評價指標Silhouette=0.9309，值越接近1，結點間的同質性就越高[12]。

圖4 我國中等教育階段STEAM教育研究的關鍵詞共現圖譜分析

(一)文本分析

利用CiteSpace對STEAM教育研究相關文獻的關鍵詞進行文本分析，分析結果表明：樣本文獻中研究關鍵詞所占篇幅最多的是“STEM教育”，出現的頻次高達80次，中介中心性為0.85，其他研究主題依次為“STEAM教育”“STEAM”“核心素養”和“科學教育”等。我國中等教育階段STEAM教育研究領域前十的高頻研究熱點關鍵詞如表1所示。

表1 2011—2020年我國中等教育階段STEAM教育研究領域高頻關鍵詞

中介中心性指的是一個關鍵詞節點擔任其它兩個關鍵詞結點中間點的次數，當某一關鍵詞作為“中間點”的頻次越多，則該關鍵詞的中介中心性就越高[13]。高頻節點代表高被引的文獻，是某研究領域或多個領域的重要知識基礎[14]，如STEAM教育高頻關鍵詞，其節點頻次高達80次，是STEAM教育研究領域的必備基礎知識。

1.高頻研究熱點“STEM教育”方面

陜西師范大學的秦瑾若[15]等人，深度分析了STEM教育的概念、起源和價值，為研究STEM教育的教學實踐模式提出了基于真實問題情景的跨學科式教育——STEM教育；華東師范大學楊曉哲[16]等人，把握住了STEM教育和創客教育在教學過程中教師與學生關系的差異，提出了“數字化時代的STEM教育與創客教育”，以期揭示在STEM教育中師生所面臨的問題和挑戰。

2.高頻研究熱點“STEAM教育”方面

在STEM教育的應用背景下，Georgette Yakman[17]教授及其團隊，提出STEAM教育并對STEAM教育的實踐框架和教學過程進行了系統闡述；西南大學彭敏教授認為STEAM教育是在現實的教學情境下基于跨學科、跨領域的教學方式來培養學生，因此，為了發展學生的STEAM素養，其開展了培養學生STEAM素養的發展路徑實踐研究[18]。

3.高頻研究熱點“科學教育”方面

胡玉華[19]教授認為STEAM教育范疇下的科學教育有著很深的研究價值，科學教育就是緊扣教育的核心概念，依托于科學的事實，把握核心概念的本質，形成科學的思維方法；黃芳[20]教授對美國《科學教育框架》進行深度分析，提取了科學教育的特點，借鑒他人的教育框架，以期為我國科學教育的發展提供參考。

4.關鍵詞突變性分析

關鍵詞突變性表現的是某一研究領域在某階段內，該研究領域的研究主題關鍵詞突然出現和消失的強度，在一定程度上代表某一研究趨勢的轉變方向[21]。運用CiteSpace對我國中等教育階段STEAM教育研究的核心文獻進行Burstness分析，析出16個突變關鍵詞。表2列舉了具體的高頻關鍵詞的頻次和突變系數(突變系數降序排練)。

表2 我國中等教育階段STEAM教育研究的關鍵詞突變系數

通過關鍵詞的突變系數和時期可知，2014—2016年間，“STEM教育”和“中小學教育”成為STEAM教育研究領域的熱點關鍵詞。隨著STEM教育理念的發展和我國素質教育的深入實施，廣大研究者試圖在中小學階段豐富學生的學科知識和培養技能，STEM教育的特征在于跨學科、跨領域融合發展，使得“STEM教育”關鍵詞出現頻次高達80；2016—2017年，析出的突變關鍵詞有“創客教育”“計算機科學”和“工程教育”，其中，“創客教育”的突變值高達3.18。隨著國內教育信息化的發展，研究者逐漸關注“創客教育”“教學設計”“計算機科學”和“工程教育”，尤其是“創客教育”和“工程教育”關鍵詞的突現，掀起了STEAM教育領域的研究熱潮。2017年，研究者們把視線轉移到“科學素養”“生物學教學”“案例分析”“學科整合”“跨學科”，他們意識到STEAM教育的有效實施，既離不開學生科學素養的培養，又少不了案例分析；2018年，突現的“高考改革”“跨學科教育”和“科——工整合”關鍵詞成為研究的新熱點，其中唐小為、王唯真認為“科——工整合”的STEAM教育最符合我國的基礎科學教育[22]。

(二)視圖分析

1.聚類視圖分析

對關鍵詞網絡通過K算法進行聚類，捕捉到9個聚類(如圖5所示)，將這9個聚類進行關鍵詞處理，通過分析可將其劃分為核心素養研究、STEM教育研究、STEAM教育研究三個大類，對其進行分析如下：

圖5 我國中等教育階段STEAM教育研究的關鍵詞聚類視圖分析

(1)核心素養研究

聚類#5(核心素養)這一大類，其核心關鍵詞有“核心素養”“項目式教學”和“Scratch編程教學”等。根據該聚類的聚焦點看出，該聚類著力于運用不同的教學途徑來發展學生的核心素養。如王長遠[23]在核心素養目標視角下，為強化教師STEAM教育素養和學生信息技術核心素養，其構建了實驗校體系和教師繼續教育培訓體系；趙呈領等試圖在STEM教育范疇下，通過5E(參與、探究、解釋、精致、評價)探究式教學模式來培養學生的核心素養[24]。

(2)STEM教育研究

聚類#0(STEM教育)、聚類#1(科學教育)、聚類#4(STEM)、聚類#7(STEM理念)可合為STEM教育研究大類。大類呈現的核心關鍵詞有“STEM整合課程”“科學教育”等，根據檢索出的熱點關鍵詞看出，該大類的研究基于跨學科、跨領域的特征來研究STEM教育。如余勝泉等在《STEM教育理念與跨學科整合模式》一文中指出，跨學科的價值取向有：不同學科間的知識整合，以學生為主導的整合，知識與實際生活的整合，并提出跨學科、跨領域的項目設計模式[25]；趙呈領等構建了基于項目式教學整合了創客教育和STEM教育的教學模型，旨在讓學生在體驗項目的過程中培養跨學科、跨領域的整合學習能力，進而構建STEM的教育范式[26]；何善亮對美國的《Science Fusion》教材工程技術教育進行了思考，并提出了“兩個必須”的思路：要想實現STEM教育的跨學科、跨領域融合，必須對科學教程進行創新，必須面向實際生活的問題情境[27]。因此，以問題解決為導向的跨學科、跨領域教育模式，將成為我國STEM教育研究的下一研究熱點。

(3)STEAM教育研究

聚類#2(STEAM教育)、聚類#3(STEAM)、聚類#6(STEAM理念)、聚類#8(STEAM課程)可整合為STEAM教育研究大類。該大類析出的核心關鍵詞有“深度學習”“STEAM教育”和“項目學習”等。根據核心關鍵詞看出，該聚類主要針對學生的STEAM素養培養開展研究，試圖通過項目學習、深度學習、跨學科教學等途徑來發展學生的STEAM素養。如崔鴻從核心素養的視角提出了基于項目的STEAM學習探究，認為以項目為主導的STEAM學習對學生的STEAM素養和解決新問題能力都有很大的促進作用[28]；為培養學生的STEAM素養，唐翠蘭[29]等從STEAM理論和深度學習視角，運用“多元評價方法”對學生的學習過程進行指標分析，并在實踐教學中搭建了基于STEAM基本理念的深度學習活動設計框架。

2.時間線視圖分析

時間線視圖的主要功能是呈現出各個聚類間的相關性和不同時間段內的聚類變化。在聚類之后將視圖轉換成時間線視圖(Timeline View)，便可得到以下9個聚類的發展歷程，如圖6所示。

圖6 我國中等教育階段STEAM教育研究的時間線視圖分析

聚類#0 STEM教育，可見研究者從2014年到2020年，一直沒有停止對STEM教育的研究。

聚類#1科學教育、聚類#3 STEAM教育，研究者于2016年開始進行研究，科學教育、科學素養、工程素養、工程設計和“科—工整合”等成為研究主題。此外，聚類#3關注熱點還有“學科核心素養”“教材研究”“課程改革”等。在該聚類時間線上呈現出的熱點主題較少的原因，是對教材和課程的改革研究需要大量的人力、物力和時間來驗證其研究成果。

聚類#2 STEAM教育、聚類#4 STEM、聚類#6 STEAM理念、聚類#7 STEM理念，研究者都是基于“教學模式”的視角對STEAM教育的培養路徑進行說明。聚類#2的熱點主題有“綜合學習”“深度學習”和“自主創新實驗”等，并在2016年成為研究熱點；聚類#4的關注點從2017年開始，由“跨學科教育”向“教學探索”和“學習模式”等方向轉變；聚類#6主要研究熱點有“項目學習”“課堂教學”和“實驗探究”等；而對聚類#7的研究持續時間較短，研究熱點主要有“課程建設”“項目式學習”和“實驗教學”等。

聚類#5核心素養，在該聚類的發展期主要集中于2016—2020年，廣大研究者對該聚類的關注度較高。由早期關注的課程改革轉變到了教學模式的研究，因此，STEAM整合課程、scratch編程教育成為STEAM教育研究領域新的研究熱點。

聚類#8 STEAM課程，從2017年開始，研究者紛紛對其展開了大量研究，同年，隨著《普通高中信息技術課程標準》提出“信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任”四大信息技術核心素養[30]之后，STEAM課程與核心素養融合發展成為研究者們關注的研究熱點。

四、STEAM教育研究存在的問題與演進趨勢

結合STEAM教育研究的時間線視圖，下面可得出我國中等教育階段STEAM教育研究所存在的主要問題及研究的演進趨勢。

(一)STEAM教育研究存在的問題

1.STEAM課程專任教師匱乏

教師專業素養水平的高低是課堂教學能否高效實施的前提保障，學生的學習也受教師專業水平的限制，STEAM課程亦是如此。當下我國的STEAM教師極少，STEAM教師的繼續培訓力度較低[31]。此外，很多高等師范院校開設的課程體系較為雜亂，不具備學科課程的規范性，導致師范生的專業水平發展不足[32]，這對我國STEAM專任教師的發展提出了挑戰。相比之下，美國的STEAM教師資格規范，采取教師培訓規則、教師專業認證等來確保STEAM教師的標準化[33]。因此，我國應以STEAM教師準入制度的完善來促進STEAM教師專業發展。

2.課程標準和課程目標的缺失

我國目前還未有明確的STEAM課程標準和培養目標。在沒有課程標準可參照的條件下，STEAM課程的教學目標和教學方式都一直處于探索狀態，這給STEAM課程實施帶來了挑戰。因此，各級各類教育機構應制定相應的STEAM教育培養目標，完善政策保障體系，預防STEAM教育目標的利益化，為我國STEAM教育實施保駕護航。

3.教學形式單一

目前，我國STEAM課程教學現狀是教學模式單一，以教師單人教學為主導的教學方式，當教學內容涉及跨學科、跨領域時，教師便遇到窘境——陷入“新知”挑戰困境，導致STEAM課程的實施難以進行。因此，要確保STEAM課程的實踐落地還需針對教學內容、教學方法進行不斷探索，逐漸完善我國STEAM教育的教學路徑，在教學過程中加強各學科領域教師的協作交流，以“教”促“教”，構建“STEAM”教師實踐團隊，促進教師專業能力的發展。

(二)STEAM教育研究的演進趨勢

1.注重核心素養培養

隨著我國信息技術的不斷發展，培養新世紀創新型人才更是國際競爭力的重要指標之一，創新型人才的發展聚焦于核心素養培養和跨學科知識的整合能力培養，面向核心素養的教育政策和教育理論的研究及教育實踐探索是我國當下面臨的重大議題之一[34]。因此，我國教育部《教育信息化“十三五”規劃》中指出，STEAM教育對學生核心素養的培養具有重要的作用[35]。此外，由上述文本分析和視圖分析可知，我國STEAM教育的培養目標是學生核心素養、跨學科、跨領域發展等目標的有機統一。因此，基于核心素養培養的STEAM教育研究將會成為國內教育研究熱點之一。

2.整合跨學科課程

STEAM教學中，運用多學科知識和技能的整合來解決問題，是未來教育的下一研究熱點。當學生產生偏科時，跨學科融合發展便會出現裂痕，不利于學生把握各個學科知識之間的邏輯關系。因此，在STEAM課程中，教師如何教，學生怎么學，將會成為研究者們下一步需要關注的研究趨勢。

3.STEAM教師專業化發展

STEAM作為一門綜合性理科課程，要求教師具備豐富的學科知識與教學技能，學生的STEAM素養發展取決于教師的專業素養水平。由于我國STEAM教師專業發展和繼續教育培訓較少，使得教師的STEAM專業素養難以得到良好發展，以致無法滿足學生的學習需求。因此，要實現學生的STEAM素養提升，必須加強信息技術教師的STEAM專業能力培訓，為專業教師提供多元化發展支持。