国际前沿：STEM教育研究与趋势定量分析

近日，美国德克萨斯A&M大学（Texas A&M University）的Yeping Li、尼古拉斯州立大学（Nicholls State University）的Ke Wang、俄亥俄州立大学（Ohio State University）Jeffrey E. Froyd等学者在《国际STEM教育杂志》（International Journal of STEM Education）上在线连续发表两篇关于STEM教育研究与趋势的文章。其中一篇发表于3月10日，题目为《STEM教育的研究和趋势:对期刊论文的系统综述》（Research and trends in STEM education: a systematic review of journal publications）[1]，另一篇发表于4月22日，题目为《STEM教育的研究和趋势:对公共资助项目的系统分析》（Research and trends in STEM education: a systematic analysis of publicly funded projects）[2]。两篇文章从不同视角对STEM教育的国际研究现状进行了分析，下面我们就这两篇文章的主要内容进行编译，与读者分享。

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STEM教育研究和趋势:对期刊论文的系统综述

首先在时间段上，该文选择了2000年至2018年底。起点之所以选择2000年，是因为STEM这个缩写直到21世纪初才出现，截至时间之所以选择2018年底，是因为该文作者2019年开始进行综述研究。在论文的选择上，该文作者基于谷歌搜索、耶鲁普尔乌教学中心（Yale’s Poorvu Center for Teaching and Learning）的期刊目录以及专业判断首先选出了45个期刊，然后以标题或（和）摘要中含有“STEM”（或含有STEAM以及含有“科学、技术、工程和数学”短语）为条件，对这些期刊发表的论文进行了检索，最终从其中的36本期刊中（有9本要么没有符合检索条件的研究论文要么是非英语期刊）选出798篇研究论文进行分析。

通过对这798篇论文进行分析，作者得到如下一些发现：

1.自2000年开始，STEM教育研究论文在数量上呈逐渐增长趋势，其中从2010年开始出现显著增长。另外从2015年到2016年，从2017年到2018年出现特别显著的增长。

在798篇论文中，在标题（或在标题和摘要中都含有）中含有“STEM”（或STEAM或“科学、技术、工程和数学”短语）的共有549篇，仅在摘要中含有的共有249篇。从年度分布上来看，从2010年开始，两类均出现显著增长，但在标题中含有“STEM”的论文比只在摘要中含有“STEM”的论文增长更快。

在论文内容所涉学科领域上，798篇中有488篇（61.2%）包含STEM的所有四个学科领域，有141篇（17.7%）仅包含STEM中的其中一个学科领域，有84篇（10.5%）既包含STEM学科领域也包含非STEM学科领域，包含STEM中的两个学科领域和三个学科领域的分别有72篇（9%）和13篇（1.6%）。

从年度发展变化来看，自2010年以来增长最快的是包含STEM四个学科领域的论文。

2.在所选的36本期刊中，有2本是综合教育研究期刊，12本是刊名中含有一个STEM学科的期刊，8本是刊名中含有2个STEM学科的期刊，6本是刊名中含有3个STEM学科的期刊，7本是刊名中含有“STEM”名称的期刊，1本是刊名中含有“STEAM”名称的期刊。其中刊名中含有1种学科、2种学科以及含有“STEM”的这三类期刊刊载的样本论文数量接近总数的四分之一，这三类期刊每年平均发表超过40篇。

样本论文发表期刊排名前五的是《科学教育与技术杂志》（Journal of Science Education and Technology，共发表80篇）、《STEM教育杂志》（Journal of STEM Education，共发表65篇）、《国际STEM教育杂志》（International Journal of STEM Education，共发表64篇）、《国际工程教育杂志》（International Journal of Engineering Education，共发表54篇）、《学校科学与数学》（School Science and Mathematics，共发表41篇）。

3.按照两种不同的方法（第一种以论文第一作者或通讯作者划分国家/地区属性，不考虑其他作者，这种方法的统计指标为文章篇数或篇数占比；另一种是基于统计公式对国家/地区属性进行赋值，如一篇文章有两位作者，第一位赋值0.6，第二位赋值0.4，三位作者的话，依次分别赋值0.47, 0.32, 0.21，这种方法的统计指标为赋值总分或总分占比）划分论文作者的国家/地区属性，发现排名前五的国家/地区一致，均为美国（两种类别占比分别为75.75%、74.91%）、澳大利亚（4.65%、4.81%）、加拿大（2.26%、2.31%）、台湾（1.76%、1.73%）和英国（1.76%、1.61%）。

4. 798篇STEM教育研究论文中，83.7%为合著论文，独立作者的仅有130篇。

从年度发展变化来看，同样合著论文呈现逐年增长趋势，特别是2015年之后增长非常显著。

另外，合著论文中，国内学者合作的论文明显高于国际学者合作的论文。

5.在论文内容上，关于“目标、政策、课程、评价和评估（包括综述）”的主题类别几乎占了一半（375篇，占47%)。其次是“K-12教学、教师和教师教育”(103篇，占12.9%)，紧随其后的是“K-12学习者、学习和学习环境”(97篇,占12.2%)。这可能是学术界对K-12 STEM教育的教学和学习都有广泛的兴趣。

另外，从年度发展变化来看，关于“目标、政策、课程、评价和评估”的主题增长最为迅速。

6.在研究方法上，使用定量方法的增长速度最快，使用定性和混合方法的实证研究以及非实证研究也在增长，但非实证研究的增长速度明显低于实证研究的增长速度。

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STEM教育研究和趋势:对公共资助项目的系统分析

该论文以STEM教育的公共资助项目为特殊视角，选择了2003年至2019年由美国教育科学研究院(IES)资助的127个项目为样本，对STEM教育研究与趋势进行了分析。作者指出，之所以选择美国，是因为在期刊上发表的STEM教育论文美国占很大一部分。而这可能是因为美国的STEM教育研究环境得到了良好的支持，有助于成果的产出。自20世纪80年代末开始，美国政府重启对STEM教育研究的资助。近年来奥巴马政府、特朗普政府均出台了相关的政策，支持STEM教育研究。

由于自2003年始，美国教育部对STEM教育研究的资助主要由美国教育科学研究院（Institute of Education Sciences）负责管理，所以该论文聚焦于由该机构资助的STEM教育研究项目上。时间段的起点自然也就选择为2003年。对于资助项目样本的选择，该文作者直接借用了美国教育科学研究院网站的资助项目分类，其中STEM教育在两个大类下都有，一个是在“教育研究”（Education Research）大类下，另外一个是在“特殊教育研究”（Special Education Research）大类下。在第一大类中共有98项，在第二大类中共有29项，合计127项。然后作者根据研究问题，对这些项目进行了编码，包含多个类别的项目会进行多重编码。例如，其中一个项目在学科类别上有三个编码，科学、技术和综合，因为这三个方面的内容在该项目中都有涉及。

通过分析，作者得出如下一些发现：

1.STEM教育研究项目的资助数量在年度上没有明显的特征。2007年之前基本呈现一个逐年增长趋势，从2009年到2011年和从2012年到2014年总体上有一个明显的下降趋势。

STEM教育研究项目资助总额在年度上也没有明显的特征，年度资助总额波动较大，两大类合并计算，最高出现在2007年，超过3300万美元，最低出现在2013年，为269万美元。

对于“教育研究”大类下的STEM教育研究项目和两大类合并起来的项目，每个项目的年平均资助额在1132,738美元（2019年）到3,475,975美元（2014年）之间。对于“特殊教育研究”大类下的STEM教育研究项目，每个项目的年平均资助额差异很大，其中2014年和2017年该大类下没有STEM教育研究项目。

在项目资助额度大小上，127个项目中大部分获得了100万-200万美元的资助(77项，占比60.6%)，超过300万美元的项目位居第二（21项，占比16.5%）。

在项目研究周期上，127个项目中的绝大多数是3年或4年的项目，其中4年期研究项目最多，有59项（46.5%），3年期研究项目其次有54项（42.5%）。

2.2009年以前大部分的STEM教育研究项目负责人（principal investigator）为一人，2009年以后项目负责人为多人的成为主流，说明STEM教育研究越来越需要合作。

3.2012年之前，大学是STEM教育研究项目的主要获得机构。从2003年到2019年，有80个项目(63.0%)被大学所获得。与此同时，非大学机构只获得了47个(37.0%)，在近几年里它们在争取STEM教育研究资助上似乎越来越积极。这说明，STEM教育研究呈现出多元参与的趋势，这其实也是STEM教育研究重要性的另一个指标。

4.127个STEM教育研究项目中，大多数聚焦在5-8年级上（70项），其次为1-4年级（48项），接下来为9-12年级（38项）。

5.以“开发和创新”（development and innovation）为研究目标的项目最多（58项,占45.7%），接下来为以“效能与复制”（efficacy and replication）为研究目标的项目（34项，占26.8%）和以“量度”（measurement）为目标的项目（21项，占16.5%）。

从年度发展变化来看，在“教育研究”大类下的项目，以“开发和创新”为目标的项目数量有下降趋势，而以“量度”和“效能与复制”为目标的项目数量有增长趋势。

6.在项目所涉学科上，大多数聚焦在单个STEM学科上，其中88个项目聚焦数学，51个项目聚焦科学，43个项目聚焦技术，2个项目聚焦工程。尽管每个项目可能聚焦多个学科，但是在88个聚焦数学学科的项目中，有54个项目以数学作为唯一的学科聚焦点。

另外，聚焦STEM综合学科的有55项（43.3%），这进一步证实了一个普遍的看法，即综合STEM教育和研究的发展仍处于初级阶段。

7.在研究方法上，“介入性研究”和“实验性研究”是最常用的两种方法，分别有104项（81.9%）和89项（70.1%）。

在数据收集上，标准化测试和设计测试是最常用的两种方法，其次是调查、观察和访谈。大多数项目使用三种定量方法。

在数据分析方法上，使用定量方法的远远大于定性方法。

[1] Li, Y., Wang, K., Xiao, Y. et al. Research and trends in STEM education: a systematic review of journal publications. IJ STEM Ed 7, 11 (2020). https://doi.org/10.1186/s40594-020-00207-6

[2] Li, Y., Wang, K., Xiao, Y. et al. Research and trends in STEM education: a systematic analysis of publicly funded projects. IJ STEM Ed 7, 17 (2020). https://doi.org/10.1186/s40594-020-00213-8

（本文由国际与比较教育研究所“八国STEM教育研究丛书”课题组编译。内容与图片均来自于所编译的两篇文章。访问参考文献中文章doi链接，可直接阅读和下载这两篇论文）