导读：STEM教育的研究在近几年研究的特别火热。近几年，对STEM教育的研究文献无论是质量还是数量上都超过了以前的研究。对STEM教育文献的研究热点和趋势的梳理，不仅有利于国内研究者了解国际STEM教育的发展动态，也可为我国STEM教育的研究和发展提供借鉴和参考。本研究利用Citespace软件提供的知识图谱系统梳理了2000-2017年STEM教育研究文献，通过文献共被引分析和关键词共现分析对STEM教育的研究热点、研究内容进行分析。研究发现，STEM教育的研究热点集中于“学士学位”、“协同项目”、“自我效能感”等；研究内容包括“性别差异”、“学习成就”、“学习经验”、“学习动机”等学生内在因素与外在因素。总体而言，研究主题比较分散，女性和少数族裔是STEM教育的重点关注对象，STEM专业的选择的影响因素是多样的。
STEM教育在国际上发展得比较火热。为了准确的把握STEM教育的发展历程及实践路径，促进对STEM教育的研究与实践，本研究采用信息可视化方法——知识图谱，并结合定性分析，系统梳理2000-2017年国际STEM研究文献。
一、数据与方法
1、数据来源
本研究的数据来源于Web of Science（WoS）数据库核心数据集作为文献来源，检索条件为“STEM”。文献类别选择“教育教学研究”和“教育科学研究”，学科范围限定为教育相关学科，检索跨度为2000年-2017年，共检索到1568篇文献，作为本研究的样本。
2、研究方法与工具
本研究使用的是美国德雷赛尔（Drexel）大学陈超美教授基于Java开发的Citespace程序。该程序主要用于科学文献数据计量和分析和显示科学发展新趋势和新动态，并提供可视化呈现。因此，本研究选取Citespace软件作为主要的分析软件。但Citespace软件只能勾勒整个研究领域的概况，无法提供更深入的文献内容分析。因此，本研究基于Citespace的分析成果，对文献的主要内容进行质性分析，进一步梳理该领域的研究文献。
具体而言，本研究以STEM教育相关文献为研究对象，利用Citespace软件对STEM教育的被引文献和引文进行分析，分析出STEM教育领域的前沿热点、演化路径、研究内容。
3、研究结果
（1）研究前沿
共引分析是通过被其他文献引用的频次来表达文献间的关系，即某两份文献同时被其他文献引用的频次来表达文献间的关系，即某两份文献同时被其他文献引用，其引用的频次越高，表明关系越密切，亦即意味着这两份文献的学科背景越相似。这种分析能帮助研究者更好地理解和定量地揭示科学的结构、亲缘关系和演化规律。本研究以2008年-2017年的文章为样本，应用Citespace的文献共引分析。研究选取1年为时间单位，生成STEM教育研究领域的共引网络。利用Citespace软件进行聚类，生成自动聚类标签视图（图1）。该视图是在默认视图的基础上，利用TF*IDF提取办法提取出聚类标签词，以此来表征对应于研究前沿。
从图1中可以看出，2008-2017年的文献共引图中共有324个节点（文献），连线共747条。其中，共生成56个聚类，其中包括22个主要聚类。其中，前5个聚类分别是：聚类#0的标签是baccalaureate degree（学士学位），聚类#1的标签是synergies project （协同项目），聚类#2的标签是learning principle （学习理论），聚类#3的标签是undergraduate research increases self-efficacy（本科研究提高自我效能感）聚类#4的标签是student STEM interest（学生对STEM的兴趣）。
聚类0 baccalaureate degree（学士学位）
这一聚类中的文献主要研究高等教育中科学、技术、工程和数学（STEM）专业学生的学习现状，以及相应的改善措施。1）现状：在过去的40年里，美国在STEM教育上取得了一定的成就，但是在美国大学本科生的STEM专业中这6年的毕业率不到40%。其中，少数族裔学生的STEM教育的情况更差。在高等教育中，女性和少数族裔（包括非洲裔美国人、拉丁裔美国人、美国原住民等）离开STEM专业的比例远高于其他学生。如何提高女性和少数族裔学生在STEM专业的学业成就则成为研究者重点关注的问题。2）研究方法：大部分研究主要采用实验法，用实验组和对照组的数据结果进行比较。如有研究利用实验法来检查PEERS（PEERS是美国加州的一个学术支持计划）对学生学术成就和持久性的影响。3）研究结论与对策：研究发现参加PEERS的学生在大多数基础的化学和数学课程中平均分更好，且完成了更多的理科课程，学习坚持性也明显高于对照组。这说明，在促进女性和少数族裔学生的STEM教育中，建立一个支持性的社区是非常重要的。有研究关注STEM专业有色人种学生的自我效能感，研究发现对有色人种学生的科学认同感发展的理解至关重要。因为，它有助于构建一种信念，即科学认同感和学生成功参与科学是有联系的。这些研究扩大了对有色人种STEM教育的学生讨论范围，如在他们从大学生转变为职业人员的过程中，培养STEM身份认同是极为关键的。
聚类1 synergies project （协同项目）
这一聚类中的文献主要关注影响学生选择STEM专业的因素。这些研究主要考虑的因素有：性别、种族/民族、高中成就、人格类型、父母等。有研究运用约翰霍兰德的人格类型学和社会认知理论（SCCT）来研究影响学生选择STEM专业的因素。研究表明，性别、种族/民族、高中成就和人格类型等因素在增加或降低学生选择STEM专业的几率上具有统计学意义。特别是，有很强的研究型人格的学生更有可能选择STEM专业，而那些有较强艺术型人格或企业型人格的学生选择STEM专业的可能性更小。尽管社会型人格在女性是否会选择STEM专业上有积极的影响，拥有很强的社会型人格的男性也倾向于不选择STEM专业。此外，有研究表明，那些父母在美国拥有大学学位的学生比那些父母没有大学学位的学生更有可能主修STEM专业。同时，拥有更高数学成就的男性和具有更高科学成就的女性，比数学成就不高的男性和科学成就不高的女性，更有可能选择STEM专业。
聚类2 learning principle （学习理论）
这一聚类中的文献主要关注STEM教育的学习理论的应用和STEM教师教育。有研究利用定量的方式考察课堂活动与学生在数学和科学上的学习成绩之间的关系。研究方法发现，在数学教学中，认真听讲、记笔记、使用电脑、计算器或其他辅助机器与学生的数学成就呈正相关。类似的，在完成科学实验或项目时，认真听老师讲解科学内容，与学生的科学成绩呈正相关。这些研究结果对少数族裔群体的分析，也同样适用。一些研究关注STEM教师教育的教学原则。有研究分析了一般学科的教学原则和STEM特殊学科教学原则的教学效果。线性回归模型表明，一般学科的教学原则和STEM特殊学科教学原则都是有效的。但是采用STEM特殊学科教学原则的教师在STEM教育的教学效果上，比采用一般学科的教学原则的教学效果更好。
聚类3 undergraduate research increases self-efficacy（本科研究提高自我效能感）
这一聚类的文献主要关注STEM教育的自我效能感、职业抱负等。当前，美国在大力推动少数族裔学生进入STEM专业，但却没有很大的起色。为了缓解或解决这个问题，不少研究这将注意力放在改善STEM教育的从基础教育到高等教育的教育通道，使学生能够顺利通过教育系统进入STEM行业。而在研究的过程中，发现期望价值理论（EVT）对研究少数族裔学生短期或长期的学术动机和意图是有用的。有研究进行量化调查，研究发现，学生的内在价值（intrinsic values）和实际价值（utility values）都能预测学生对STEM教育的态度。因此，期望价值理论在提高学生对STEM教育的兴趣方面，是一个比较好的切入口。有研究关注学生的特点、学习经验与STEM专业学生和非STEM专业学生的保留率的关系。研究调查了17850名大一住校新生，研究结果表明，在STEM专业学生和非STEM专业学生中，影响的保留率的因素是不相同的。与学业效能感、学术适应性和学习欲望等非认知因素与STEM学生的学习坚持性有积极的影响。而学术表现对STEM专业学生和非STEM专业学生都是一个重要的影响因素。
聚类4 student STEM interest（学生对STEM的兴趣）
这一聚类的文献主要聚焦如何提高学生对STEM的兴趣，包括丰富STEM教育的教学形式、教学方法等。有研究用元分析的方法研究了校外时间（放学后、夏令营、强化项目等）对学生STEM兴趣影响。该项研究主要关注两个问题：校外时间作为培养学生对STEM兴趣的有效性；校外学习的有效性与项目学习的有效性的不同。研究结果是校外学习时间对学生STEM兴趣有积极的影响，而且这行影响受项目重点、年级水平和研究设计的影响。]有研究则关注STEM教育的教学方法。例如，有研究探究利用替代现实游戏（ARG）来培养学生对STEM相关专业的兴趣。该研究主要利用其自主开发的游戏The Source作为一种非正式学习工具，来培养学生的兴趣。ARG是一款多人游戏，它可以让参与者跨域多个媒体，如共享网站、社交媒体、个人交流和真实世界设置，来与团队协作，完成活动。这项研究主要采用定性研究的方法，研究了来自芝加哥的144名参与者，年龄在13-18岁之间。研究主要关注6个影响因素：社会团体和同伴支持（social community and peer support）；协作和团队合作（collaboration and teamwork）；现实世界的相关性和调查学习（real-world relevance and investigative learning）；指导和接触STEM专业人员（mentoring and exposure to STEM professionals）；促进科转移技能建设的实践活动（hands-on activities to foster transferable
skill building）；与技术的接口（interface with technology）。研究通过描述这六个因素如何通过The Source实现，并分析The Source如何在教学中发挥作用。研究结果发现，The Source对青少年有潜在的影响，包括学生对STEM的兴趣、学生的身份认同等。研究结果表明，一种沉浸式、叙事式和基于游戏的体验，可以激发学生对STEM的兴趣。
（2）研究主题
本研究选择节点类型为“Key words”（关键词）进行共词分析。研究选择最小生成树算法和对整个网络进行修剪的修剪策略，得到共词图谱（图下图）。
图中关键词的词频如下：
具体词频概括为3个方面：
STEM教育自身相关的学科理论：科学、数学、技术、工程
STEM教育关注的对象：学生、高等教育、女性、教师、大学、高中、大学生
STEM教育的研究内容：性别、成就、经验、动机、选择、知识、同一性、态度、坚持、知觉、自我效能、职业、参与、课程、模型等
从关键词的共词分析中，发现出STEM教育的相关学科外，“性别”是STEM教育主要关注主题，同时，学生的内在因素，如学习成就、学习经验、学习动机、学习态度、同一性、坚持、知觉、自我效能等方面是STEM教育的重点关注主题；而学生的外部因素方面STEM知识、课程和模型等是STEM教育的重点关注主题。
三、结论与讨论
通过前文的分析，我们发现当前国际STEM教育的研究的特点有：
1、研究方法既有定量的，也有定性的
在关于STEM教育的研究方法中，既有定量的研究方法，也有定性的研究方法。定量研究上，有对某个学术项目的学生的STEM学习兴趣或学习效果进行实验研究，也有利用国家数据对某一时期内学生学生的科学素养的追踪调查。在定性研究中，一般是对某个群体进行案例分析，分析其对STEM的观点或认知的变化。
2、研究内容比较零散
STEM教育的研究内容还比较零散。STEM教育是个新兴领域，还在起步阶段，很大程度上依赖于理论研究、实验研究或案例研究。已有的研究关注了STEM教育的各个方面，但研究内容和研究主题不够集中。在未来的研究中，研究这需要对某些研究主题进行深入探索。
3、女性和少数族裔是STEM教育的重点关注人群
由于女性和少数族裔（非洲裔美国人、拉美裔美国人、美国原住民等）选择STEM专业相对比较小，且在选择STEM专业后离开该专业的比例也远高于其他学生。因此，如何提高女性和少数族裔对STEM的学业成就则成为重点关注的问题。研究者发现通过提高这些群体的自我效能感，培养他们STEM身份认同等可以提高他们对STEM学术成就和持久性是有效性。
影响学生选择STEM专业的因素是多样的
如何提高学生对STEM专业的兴趣，是研究者的重点研究主题。研究发现性别、种族/民族、高中成就和人格类型等对学生选择STEM专业有影响。同时，STEM教育的上课形式也影响学生对STEM专业的兴趣。如校外活动中的夏令营、强化项目等，都对学生对STEM专业有积极的影响。此外，STEM教育的教学方法，也是重要的影响因素。除了STEM教育的基于项目的学习方式外，游戏等可作为非正式学习工具，对培养学生的STEM兴趣也有积极的影响。
本研究存在一定的局限性，首先，数据来源比较有限，主要选取的是Web of Science（Wos）数据库核心集为数据源。其次，本研究仅对2000-2017年的国际文献研究特点和趋势进行讨论，未来再结合国内的研究作进一步的讨论。
参考文献：
1、陈睿，陈超美等（2015）.引文空间分析原理与应用[M].北京：科学出版社：15.
2、Brit Toven-Lindsey, Marc Levis-Fitzgerald, Paul H. Barber, and Tama Hasson（2015）.Increasing Persistence in Undergraduate Science Majors: A Model forInstitutional Support of Underrepresented Students[J].life scienceeducation,14:2-12.
3、Alonzo M. Flowers III，Rosa Banda（2016）. Cultivating science identity through sources of self-efficacy[J].Journal for Multicultural Education，10:405-417.
4、PD Chen，PA Simpson（2015）. Does Personality Matter?: Applying Holland’s Typology to AnalyzeStudents’ Self-Selection into Science, Technology Engineering, and MathematicsMajors[J].Journal of higher education,86:725-750.
5、A Sahin,A Ekmekci,HC Waxman(2017).he relationships among highschool STEM learning experiences, expectations, and mathematics and scienceefficacy and the likelihood of majoring in STEM in college[J].Internationaljournal of science education,3:1-24.
6、M Hansen,T Gonzalez(2014). Investigating the Relationship betweenSTEM Learning Principles and Student Achievement in Math and Science[J].Americanjournal of education,120:139-171.
7、CR Rinke，W Gladstone‐Brown，CR Kinlaw，J Cappiello（2016）. Characterizing STEM Teacher Education: Affordances and Constraintsof Explicit STEM Preparation for Elementary Teachers[J].school science &mathematics,116:300-309.
8、C Ball,KT Huang,SR Cotton,RV Rikard(2017).Pressurizing the STEM Pipeline: an Expectancy-Value Theory Analysis of Youths’ STEM Attitudes[J].Journal of science education & technology,26:1-11.
9、 Gansemer-Topf, Ann M.|Kollasch, Aurelia|Sun, Jie (2017).A House Divided? Examining Persistence for On-Campus STEM and Non-STEM Students[J].Journal of college student retention research theory & practice,19.
10、Young, Jamaal|Ortiz, Nickolaus|Young, Jemimah(2017).STEMulatingInterest: A Meta-Analysis of the Effects of Out-of-School Time on Student STEMInterest[J].International journal of education in mathematics science &techonology,5:62.
11、M Gilliam , P Jagoda,C Fabiyi,P Lyman ,C Wilson (2017).AlternateReality Games as an Informal Learning Tool for Generating STEM Engagement amongUnderrepresented Youth: a Qualitative Evaluation of the Source,Journal ofscience education & technology,26:1-14.
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