基于CiteSpace的我国STEM教育研究文献可视化分析

第24卷第5期2019年10月
新余学院学扌艮
JOURNAL OF XINYU UNIVERSITY
Vol.24,NO.5
Oct.2019
基于CiteSpace的我国STEM教育研究文献可视化分析
•张利琴，李怡晨
(江西科技师范大学教育学院，江西南昌330013)
摘要：STEM教育作为一种创新型教育形式，顺应了高速发展的数字信息时代对复合型人才培养的需求。

基于CiteSpace可视化分析工具,通过关键词聚类分析、关键词共现分析和关键词中心度分析等，探讨了我国STEM教育研究的概况、热点和内容等，分析了我国STEM教育研究的发展现状，提出了关于我国未来STEM教育研究和发展的一些建议和展望：国家层面出台切实可行的长远规划;注重STEM教育的宣传与推广，引起全社会共同关注；注重STEM教育与我国实际教育发展状况相结合，利用本土优势推动STEM教育发展;加强STEM教育师资的培养；关注学生群体。

关键词：STEM教育;CiteSpace;可视化分析
中图分类号:G353.l;G420文献标识码：A文章编号：2095-3054(2019)05-0083-07
STEM教育是科学(Science)、技术(Technolo-gy)、工程(Engineering)、数学(Mathematics)教育的英文首字母缩写,提倡跨学科式教育,使用多学科思维和知识解决实际问题。

STEM教育最早起源于美国,尤其在进入本世纪后，为了提高公民的创新能力和全球竞争力，培养复合型人才，以美国为代表的一些发达国家开始大力推进STEM教育。

通过对相关文献资料的查阅、研究，可以发现我国对于STEM教育研究的起始时间相对较晚,相关文献数量也比较少。

现如今,STEM教育在我国越来越多的得到关注和重视,2016年教育部出台的《教育信息化“十二五”规划》中就明确指出“要探索STEM教育、创客教育等新教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识,养成数字化学习习惯”等。

2017年6月中国教育科学研究院召开STEM教育研究中心成立大会，随后在成都召开第一届中国STEM教育发展大会，正式发布《中国STEM教育白皮书》，并启动“中国STEM2029创新行动计划”。

因此，探索分析我国STEM教育研究领域的文献显得尤为重要，一方面可以对我国STEM教育研究的发展动向有一个总体把握，另一方面可以为以后的STEM教育研究提供方向性的参考。

一、可视化分析设计
本研究采用定量分析和定性分析相结合的方法，在中国知网(CNKI)数据库中，以“STEM教育”“STEAM教育”为主题词进行高级检索，去除工程科技类、农业科技类以及医药卫生类等相关文献后，截止到2017年12月，搜索到与STEM教育相关的文献共计200余篇。

本文主要选取来自核心期刊、CSSCI 期刊等的文献一共104篇(时间跨度集中在2013-2017年)进行统计。

为了研究的全面性、可靠性，本文对这104篇文献进行了期刊来源、关键词、研究方法、研究对象以及研究成果的完全统计。

同时借助CiteSpace可视化分析工具，进行了细致深入的内容分析,梳理研究现状,概括归纳研究热点、研究内容,对研究趋势进行展望。

二、STEM教育研究现状
(一)
研究概况分析
收稿日期:2019-05-20
基金项目：全国教育科学十三五规划2018年度教育部重点项目"基于儿童创造力培养的STEAM实践空间研究”(DCA180322);江西科技师范大学研究生院2018年度校级专业型硕士研究生创新专项资金项目“基于创新能力培养的儿童STEAM教育平台设计与构建”(YC2018-X56):)
作者简介：张莉琴(1978-),女，江西南昌人，副教授，硕士，硕士生导师，主要从事教育信息化、游戏化学习研究。

84新余学院学报2019年
从整体研究概况来看，我国STEM教育呈现愈发得到关注和重视的态势。

对104篇文献进行发文数量年份统计分析，绘制出发文数量年份统计图（图1）,2013-2017年5年间，有关STEM教育文献的发文数量呈逐年递增趋势。

其中2013-2015年文献数量递增趋势并不明显，发文数量维持在10篇左右。

发展至2016年以后，开始呈现明显的快速增长趋势。

这与2016年教育部出台的《教育信息化“十二五规划”》中明确提出“要有效利用信息技术推进’众创空间’建设，探索STEM教育、创客教育等新教育模式等”，以及2017年STEM教育研究中心的成立有着密切联系。

随后，STEM教育在我国越来越多地得到关注。

图1发文数量年份分布图
（二）研究热点分析
通过分析STEM教育文献的高频关键词共现网络情况，可以得到STEM教育相关的研究热点。

以"STEM教育”“创客教育”“STEM”"STEAM教育”和“创客空间”为代表的高频关键词一定程度上代表了我国STEM教育研究的热点，同时随着时间的推移, STEM教育从开始得到关注发展到更深层次的发掘和研究。

首先，运用CiteSpace可视化分析工具，将时间范围选择为2013-2017年，网络节点选择为“Key­word"，每个时间切片选为Top50,阈值选择分别设置为（2,2,20）（4,3,20）（4,3,20）,网络裁剪使用Path-finder。

对104篇文献进行关键词共现分析，绘制出关键词共现网络图（图2）。

在关键词共现网络图中，共有44个节点,55条连线，密度为0.0529。

每个年轮为一个节点，代表一个关键词。

年轮大小意味着关键词出现频次的高低，节点之间的连线代表着年轮之间的联系。

同时，黑色词条代表着高频关键词,且字体越大表示出现频次越高。

以“STEM教育”“创客教育”“STEM”“STEAM教育”以及“创客空间”等词为中心形成了颜色较深、范围较大的年轮。

由此可见，“STEM教育”“创客教育”“STEM”“STEAM教育”以及“创客空可'等词为高频关键词，它们代表着我国STEM教育领域的研究热点。

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图2关键词共现网络图
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由于本文研究对象是我国STEM教育研究文献,“STEM教育”“STEM”作为这一领域的核心概念词，显然出现频次会较高。

“创客教育”和“创客空间”两个高频词反映出近年来与STEM教育做融合尝试的创客受到了普遍关注，这与2015年教育部提倡大力发展创客教育、创客空间等有密切关系。

而“STEAM 教育”被广泛接纳和尝试，则是与近年来学者们在STEM教育的实际设计与实施中发现可以将艺术元素（Art）融入其中有关。

此外还有“实施策略”“创新能力”“跨学科”和“课程设计”等26个关键词，表明STEM教育研究在此方面已有一定研究，文献数量不多,代表了STEM教育研究的前沿方向与新兴的研究态势，有待进一步的研究挖掘。

此外，在图2基础上运用CiteSpace可视化工具里的“Visualization”中的"TimeZone View”功能，可以得到关键词时间区域共现图（图3）。

基于此可以得到研究热点的年份变化情况。

2013年出现以“STEM 教育”为中心的年轮圈，这一年STEM教育在我国开始受到关注。

到2014年，大量专家学者投入到以美
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国K-12教育为例的美国STEM教育研究中，从中汲取美国STEM教育发展和实施的经验，于是出现了“STEM”“K-12教育”等关键词。

在2015- 2016年，国内大力推广创客教育,并尝试将其与STEM教育进行融合。

发展到最近的2017年，更多的目光转移到STEM教育在国内的具体设计与实施
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图3关键词时间区域共现图
(三)
研究内容分析
对104篇STEM教育相关文献数据进行格式转换后，运用CiteSpace可视化分析工具,将网络节点选择为“Keyword”，每个时间切片选为Top50,阈值选择分别设置为(2,2,20)(4,3,20)(4,3,20),网络裁剪使用Pathfinder,对104篇文献进行关键词聚类分析，得到关键词聚类分布图(图4)。

可以看出，关键词聚类主要在“STEM教育”“STEM”“创客”“教学模式”和“科学教育”，围绕在这些聚类词周围的词条是由此延伸出来的相关内容。

研究者们的研究聚焦STEM教育在我国的发展情况,包括对STEM教育质性分析、STEM教育与创客教育、STEM教育的设计与实施等，
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图4关键词聚类分布图
l.STEM教育的质性分析
从秦瑾若、傅钢善的《STEM教育:基于真实问题情境的跨学科式教育》，到袁磊、赵玉婷的(STEM教育的冷思考:STEM教育与STS教育的辨析》，以及赵兴龙、许林的《STEM教育的五大争议及回应》和吕延会的《STEM教育的核心精神》等中，都能看到关于STEM教育的质性分析探索。

它们均延续了美国有关STEM教育的核心理念，坚持STEM教育作为一种全新的教学形式，不是简单的将科学、技术、工程和数学几个学科做简要的整合，而是一种跨学科融合理念和培养学习者解决实际问题能力理念的体现。

同时,STEM教育多数针对具体的实际问题,基于项目的形式展开。

以学生为主体，让学生参与到实际操作和解决问题中，在综合运用多学科知识解决实际问题的过程中，逐步培养他们的科学素养、创新意识、合作能力和探究思维等。

2.STEM教育与创客教育
相较于STEM教育,创客教育在我国发起时间略早。

在杨晓哲、任友群的《数字化时代的STEM教育与创客教育》中就提到我国在2010年初就出现了少数创客空间，发展到2015年政府报告首次提到“创客”一词,并将“大力发展众创空可'作为“大众创新、万众创业”的重要支持。

自此创客教育、创客空间在我国推广发展起来。

而创客教育与STEM教育既有相似之处，也存在各自独特的理念和实施策略。

二者都强调解决真实情境中的问题，需要社会参与。

STEM教育提倡跨学科意识，由教师创设情境、提出问题，学生身份是参与者，旨在培养学生的跨学科思维能力和解决问题能力。

而创客教育强调真实问题情境的同时也强调由学生自己发现问题，教师是创客中的支持者，学生身份是创造者，学生需要使用各种工具并有所产出，旨在培养学生的创造力、创新能力和解决实际问题的能力。

目前在我国，也在探索将STEM教育与创客教育进行融合。

例如高云峰、师保国在《跨学科创新视角下创客教育与STEAM教育的融合》中谈到，“STEAM教育和创客教育具有共通
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和互补之处，创客教育是STEAM教育实施的有效手段,STEAM教育是创客教育的必要补充”0创客教育在创新性、创造力培养方面给予STEM教育以支持, STEM教育的跨学科理念在综合运用学科知识解决问题方面为创客教育提供支持。

将二者做有机整合，互为支持和帮助，可以更好地培养学习者的科学素养、创新素养、合作意识等多方面的综合素养。

3.STEM教育的设计和实施
目前我国STEM教育的开展实施主要在部分学校展开，一些是与相关营业性STEM教育机构合作，由机构提供课程、材料和专业指导等方面的支持，还有一些学校自主尝试设计、开发和实施STEM教育课程。

在具体的设计和实施中，探究对学生学习力、问题解决能力等的培养，并从中获取反馈和经验，加以教师的教学反思，制定STEM教育质量标准，从而更好地进行STEM相关教学设计、课程实施和学科整合等。

此外,还有对STEM教育相关模式的探究，如余胜泉、胡翔在《STEM教育理念与跨学科整合模式》中提出在STEM教育课程设计时应使用“整合的课程设计模式”，遵循学科知识整合、生活经验整合和学习者中心整合二种整合取向；再如首新、胡卫平、王碧梅等在《基于文化一历史活动观的小学生项目式STEM学习模式探索》中提到构建项目式STEM学习活动模型，有利于学生STEM素养和技能的提高，以及协作分工学习能力的培养。

4.STEM教育理念下的科学教育
科学（science）在STEM教育中处于第一位，为STEM教育提供知识和理论层面的支持。

科学教育主要包括物理、化学、生物科学和地球空间科学等方面的教育。

早在2001年我国就制定了相关科学教育课程标准，而科学教育课程在我国中小学实施情况并不乐观，科学课程地位和教师资质也未得到足够的重视。

如今，国内引入STEM教育，成为科学教育的发展趋势。

专家学者们通过研究美国STEM教育理念下的科学教育的理念、教材和课程设计实施等，发现美国STEM教育理念下的科学教育，在课堂教学中多以项目为导向，在教材设计上注重学科间的相互渗透与干涉，在教师培训、教育教学的测量与评价方面有严格的标准，这都值得我国科学教育和STEM 教育借鉴和学习。

同时科学教育良好的实施和发展能为STEM教育发展提供助力。

由此可见，我国STEM教育研究和STEM教育在国内的发展一样,都处于初始阶段，主要通过借鉴他国的研究和实施经验，再结合我国本土情况和特色，展开实施和相关研究。

除此之外还有探讨研究STEM教育策略、STEM教育与创客空间、互联网+下的STEM教育，以及近年来提出的STEAM教育等。

（四）作者分析
我国对于STEM教育的研究还处于初始阶段，近年来有一批专家学者对其赋予了较多的关注和重视，他们处于这一研究领域的核心位置。

基于CiteSpace可视化分析工具，对104篇文献进行作者共现分析和聚类分析，绘制出作者共现图（图5）。

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图5作者共现图
如图5所示,亮点中心的作者为此研究群体的代表,亮点越大代表此群体发表的相关文献数量越多、影响力也越大，同时，亮点周围连接线越多的代表中心作者与其他作者联系合作越多。

如图5所示，以赵慧臣、卓泽林、胡卫平、江丰光、赵中建和许海莹等为代表的专家学者在STEM教育方面做了很多研究，分别以他们为中心形成了一些我国目前“STEM教育”的研究群体。

这些具有代表性的STEM教育文献作者多是来自高等院校教育相关领域的教授或国内知名教育专家,常年从事教育研究相关工作，他们以其敏锐的洞察力带动起我国STEM教育研究。

未来，各
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个研究群体一方面可以借助高校平台自上而下带动整个教育界对STEM教育的研究，另一方面可以加强彼此间的合作交流，促进STEM教育研究资源与成果的共享。

（五）研究机构分析
在CiteSpaee可视化分析工具中，对104篇文献作者所在单位或机构进行聚类分析，得到研究机构共现网络图（图6）。

基于CiteSpaee对于文献作者的单位或机构的聚类分析，如图6所示我国对于STEM 教育研究的单位、机构主要集中于高等院校，多出自北京、南京和上海地区，以师范类学校为多，同时地区学校间也有合作交流，共同完成STEM教育的一些相关研究。

此外还有陕西、河南的师范类高校做过相关的研究。

这些与地域自身教育发展状况、教育资源丰富程度及教育理念敏感度具有一定的关系。

这也合理解释了目前我国的STEM教育主要在北上广以及华东沿海地区开展得比较多，成效较明显。

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图6研究机构共现网络图
（六）研究趋势分析
在CiteSpaee可视化分析工具中得到关键词中心度分布图（图7）。

中心度越高,代表着此方面受到的关注越多，也反映一定的研究趋势。

除STEM教育研究的核心词“STEM教育”和“STEAM教育”夕卜，开始于2015年“创客教育”中心度排在第1位，达到了1.25,创客教得到大力推广，在STEM教育引进国内后,许多机构尝试将其与STEM教育做融合,二者互为帮助和支持。

随着国内众多创客教育空间和项目的涌现，创客教育与STEM教育融合将继续会是专家学者们趋于研究的方向。

此外2016-2017年期间，出现6个高中心度的词,高中心度词相较于往年有增加，反映出这一阶段STEM教育研究领域出现新的研究趋势。

具体来说，"3D打印”和“互联网+”反映出新兴技术和互联网在STEM教育中的运用，也是STEM教育中“技术”这一层面的突显,技术素养的提升符合21世纪复合型人才培养的要求，也是STEM 教育得以良好发展的必要支撑。

“实施策略”“'研究性学习’课程”“课程设计”和“教学模式”与近年来部分学校及教育机构中STEM教育课程、项目的开展和实施有着密切关系，反映出专家学者们对STEM教育设计与实施的极大热情,也将会是未来STEM教育研究的趋势方向和前沿。

图7关键词中心度分布图
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三、结语
STEM教育作为一种创新型教育形式，顺应了高速发展的数字信息时代对复合型人才培养的需求,其跨学科性、融合性、情境性和趣味性对于学生创造能力和解决实际问题能力的提高具有积极作用。

而对于STEM教育的深入探讨和研究在此也显得尤为重要。

我国关于STEM教育的研究从对于STEM教育的质性分析研究和对美国STEM教育理念、教育项H 的研究，逐渐发展到对“STEAM教育”以及STEM教育在我国本土化发展的研究。

同时，中国教育科学研究院STEM教育研究中心成立，第一届中国STEM 教育发展大会召开，《中国STEM教育白皮书》发布和冲国STEM2029创新行动计划”启动，以及近年来涌现出各类STEM教育普及、推广机构和平台等,总体来看,STEM教育越来越多地得到关注和重视。

当然，我国STEM教育发展也存在着一些问题:第一，缺乏国家层面具体可行的长远规划和各项保障机制;第二缺少良好的STEM教育发展环境；第二, STEM教育师资和资金匮乏;第四，缺乏优秀的STEM
88新余学院学报2019年教育普及和推广平台。

最后，提出几点建议和展望。

第一，国家层面出台长远规划。

国家层面的规划和保障机制起到引领、指向作用，为STEM教育发展定下了基调。

首先国家和教育主管部门制定落实到具体时间节点上的STEM教育规划，增强STEM教育发展的计划性和操作性。

其次，出台STEM教育相关标准，如STEM课程设计与实施标准、各年龄段学生应达到的STEM素质标准等，促进STEM课程开发的科学性与规范性。

第二，注重STEM教育的宣传与推广，引起全社会共同关注。

首先,传统纸质媒介图书是STEM教育推广普及的基本途径，在引进西方优秀STEM教育著作的同时规范国内STEM教育图书的出版和发行。

STEM教育音像资源方面，教育主管部门也应给予专业性的指导、监督和管理。

其次，在互联网高速发展的今天，优秀STEM教育网络平台是使STEM教育广泛推广的重要途径。

此外，还应鼓励各类社会组织、教育机构和公益服务部门等参与STEM教育。

第二，注重STEM教育与我国实际教育发展状况相结合，利用本土优势推动STEM教育发展。

例如，建立高校联盟，利用高校现有科技成果和环境资源向外辐射，打造定点合作链，加强高校与高校之间、高校与中小学乃至幼儿园间的STEM教育交流与合作。

其次，效仿美国各个州采取适宜本地特色的STEM教育举措，我国各级省、市行政区域开展具备地区特色的STEM教育项目，承办STEM教育相关赛事,为我国STEM教育发展注入新的活力。

第四，加强STEM教育师资的培养。

在现有STEM教师能力标准的基础上，在当前无法给予STEM教师精准的教师资格定位情况下，学校应充分发掘现有理工类、信息技术类和艺术类教师的潜能,鼓励其综合运用跨学科理念和知识，更好地开发和实施STEM教育课程。

同时，教育主管部门还应展开STEM教师专业培训，对教师进行观念启迪和专业引领,激发其自觉意识和创新能力。

第五，关注学生群体。

学生群体是STEM教育的直接参与者和受益者，其感受、体验和收获直接反应STEM教育的成效。

首先，重视学生群体在STEM教育中的主体地位，从而获得STEM教育客观反馈，有利于STEM教育的评价和改进。

其次，明晰我国青少年群体成长环境和人文背景的特点，细化各年龄段学生应达到的STEM素质标准，科学有效地运用STEM教育培养其跨学科意识和问题解决能力等。

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(责任编校:刘慧)
Literature visual analysis of our STEM education based on CiteSpace
ZHANG Li-qin,LI Yi-cheng
(Jiangxi Normal University of Technology,Nancahng330013China)
Abstract:STEM education,as an innovative education form,meets the compound talents training needs in the rapidly developing digital information age.Based on CiteSpace visual analysis tool,keywoixl cluster analysis,keyword co-occurrence analysis,keywoixl centrali­ty analysis and other analysis methods,we explored and discussed the general situation,hotspots and contents of STEM education and analyzed the development status of STEM education research in China.It proposes some suggestions and prospects for the future re­search and development of STEM education in China,including implementing some practical long-term planning and policy from the national level,paying more attention to the publicity and promotion of STEM education,attracting the common concern of the whole so­ciety,highlighting the combination of STEM education and the actual education development status in China,taking local advantages to promote the development of STEM education,enhancing the STEM education teachers training and focusing on the student groups.Key­words:STEM education;CiteSpace;visual analysis。