国际非正式STEM教育研究热点与启示

非正式STEM教育是指发生在学校之外的，对学生的科学知识、方法、技能、本质进行的教育。[1]除在校学习外，学生的学习更多是发生在非正式的教育环境中。作为STEM教育的重要组成部分，非正式STEM教育突破了时空的局限，有利于提升学生的核心素养，也有利于学生形成终生学习的理念，但国内对非正式STEM教育的研究不多。在CNKI以“非正式STEM教育”作为主题词检索，我们发现与其相关的文献不足20篇，其中，核心期刊的发文不足5篇，且大多聚焦在对国外非正式STEM教育的介绍。所以，理清国际非正式STEM教育的发展现状与热点，对我国开展非正式STEM教育具有参考价值。

基于此，本研究借助可视化分析软件CiteSpace，对Web of Science核心合集中三个数据库收录的有关非正式STEM教育研究的文献进行了可视化分析，总结出了国际非正式STEM教育的研究现状和热点方向，以期为国内相关研究提供参考。

一、研究设计

1.数据来源

研究数据来自Web of Science核心合集中的“社会科学引文索引”（SSCI）、“科学引文索引”（SCIE）和“新兴资源引文索引”（ESCI）。之所以只选择这三个数据库，是因为非正式STEM教育研究的内容主要是科学、技术、工程、数学四门学科相融合的部分，属于人文社会科学和自然科学两个领域。检索主题词为“Informal STEM education”，时间跨度为2000—2022年，共检索到292篇文献，实际时间分布为2011年1月—2022年12月，而在2000年1月1日—2010年12月31日间没发现符合主题的文献。根据表1的文献纳入标准进行初筛，得到269篇文献，最后再通过浏览文献标题和摘要排除与主题不相关的37篇文献，最后得到232篇符合标准的文献进行数据分析。

2.研究方法与工具

本研究借助CiteSpace和Excel软件对研究非正式STEM教育的文献进行可视化分析。在借助CiteSpace进行可视化分析前，我们将分析处理条件设为：年度区间2011年1月—2022年12月，时间切片设为1。之所以这样设置处理条件，是因为在整理文献时，我们发现2011年之前没有相关文章，且有一小部分文献是2022年在线发表的，但出版排到了2023年。

二、研究现状

1.年度发文量分布

从发文数量上看，国际上研究非正式STEM教育的文献量是逐年增加的（如图1）。2011年开始出现相关文献，之后5年每年的发文量都是个位数。2017年，文献数量超过个位数（17篇），2021年的文献数量最多（48篇）。从研究趋势看，非正式STEM教育在2016年后逐渐受到国际研究的重视。

2.国家分布

232篇文献来自31个国家（地区）。其中，美国发文量最多，被引频次最高。我国发文量第二，但被引频次低于澳大利亚和英国。结合发文量和被引频次，我们做了综合分析（见表2）。

（1）从发文量和被引频次来看，美国贡献最大

STEM教育起源于美国，非正式STEM教育作为STEM教育的组成部分，在美国自然也受到高度重视。例如，美国颁布的《2015年STEM教育法》对“非正式STEM教育”列出专门条款，规定通过拨款支持非正式STEM教育的发展。[2]2018年，美国颁布了《制定成功路线：美国STEM教育战略》，强调整合正式STEM教育和非正式STEM教育。[3]

（2）我国的发文量第二，但影响力还不够

我国在发文量上处于第二位，但与第一位相比，还有较大差距。中国科学教育研究院在2017年发布了《中国STEM白皮书》，提到了STEM教育的深入实施需要全社会力量的共同参与，从不同的角度贡献力量，构建协同创新的STEM教育生态。[4]

（3）英国、加拿大、澳大利亚、芬兰的非正式STEM教育发文数量和影响力居世界3～6位

四个国家在非正式STEM教育研究上的世界影响力与其对非正式STEM教育的重视是分不开的。例如，澳大利亚于2018年发布《澳大利亚学校中STEM学习的挑战》，提出小学STEM教育的改革措施，其中一条就是开发非正式STEM教育项目，包括开设暑期学校，利用图书馆、动物园、博物馆等资源开发非正式STEM课程。[5]

3.期刊分布

从文献检索分析可知，研究非正式STEM教育的期刊共有118种，发文最早的期刊有《空间科学》（Space Science Reviews）、《自主机器人》（Autonomous Robots）、《国际科学教育杂志》（International Journal of Science Education）等。其中，《国际科学教育杂志》特别强调与实践应用相关的研究，关注从幼儿园到大学阶段的科学教育与学习。

从期刊发文量和被引频次综合分析，文献数量最多和被引频次最高的期刊是《科学教育与技术杂志》（Journal of Science Education and Technology）。它发表的文章涉及科学与技术的交叉领域，对提高全球的各级科学教育具有很重要的影响。该期刊在非正式STEM教育领域总共发文14篇，被引215次，最早在2014年发表有关非正式STEM教育的文章。

4.机构分布

为了更好地看到各机构之间的紧密合作和非正式STEM教育的学术资源分布，我们借助CiteSpace软件对合作机构进行共线分析，对发文量达到或超过6篇的机构（见表3）进行统计。

根据表3可以看出，研究非正式STEM教育的核心机构主要来自美国，且主要以美国各州的大学为主。其中，佛罗里达州立大学系统、宾夕法尼亚州联邦高等教育系统、俄亥俄州大学系统等机构是研究的主阵地。各机构合作紧密，形成了多个较大的合作组织。这些机构的紧密合作是美国的研究领先于世界的一个重要原因。跟美国相比，我国还没有研究特别突出的机构，当前在国际期刊发文的机构有北京师范大学、浙江大学、上海师范大学、湖南师范大学、香港教育大学、香港中文大学、台湾师范大学、台湾科技大学等高校。虽有发文，但各高校之间的合作甚少，并未形成紧密的合作关系。

三、热点分析

1.关键词共现分析

字号和菱形的大小代表关键词出现频次的多少，字号和菱形越大，关键词出现的频次越多。[6]词频越高，中心性越强，说明关键词受到的关注度也越高。从图2可以看出，关键词“科学”和“教育”出现的频次最多，中心性也最强。

由图2可知，国际非正式STEM教育的研究热点词汇包括科学、教育、学生、正式学习、经验、STEM教育等。其中，“科学”的出现频次最多，被引频次最多的文献是Measuring with Murray： Touchscreen technology and preschoolers' STEM learning，共被引用94次，主要研究学龄前儿童通过平板电脑的交互游戏学习基本的数学概念。研究表明，学龄前的儿童可以基于平板电脑的交互游戏培养早期的STEM技能，但他们的学习会受限于迁移环境，在近迁移环境中，他们的表现更好。[7]

2.关键词突现分析

突现的关键词是一段时间里比较受关注的词，反映这段时间里该领域的研究热点。关键词的突现强度越大，代表它受到的关注度也越高。利用CiteSpace控制面板的“Burstness”功能对关键词进行突现分析，将“Burstness”中的“γ”值设为0.3，“Minimum Duration”值设为1，运行得到20个突现词（如图3）。

根据突现的时间，我们将国际非正式STEM教育的关键词突现图划分为三个阶段。

第一阶段：2012—2016年。突现强度较大的词有“物理”和“非正式科学”，突现强度分别是1.31和1.2。“非正式科学教育”首次出现在2014年，主要探讨来自学校与非正式科学教育机构（博物馆、科学中心、水族馆等）的教育者在参与互动项目时各自看待成功的标准以及双方在项目合作时遇到的挑战。[8]

第二阶段：2017—2021年。突变强度最大的词是“态度”，强度是2.04，最早出现在2012年，主要研究城市生态学课程对学生的环境态度和负责行为等方面的影响。[9]

第三阶段：2021—2023年。突现词有“数学”“项目”“感知能力”，说明这三个关键词是接下来几年研究的热点话题。

3.关键词聚类

为进一步了解国际非正式STEM教育的研究热点，我们借助Citespace进行关键词聚类分析，将图2中关联紧密的关键词进行聚类，形成如图4所示的关键词聚类图。

Citespace依据网络结构和聚类的清晰度，提供了模块值（Q值，即Modularity Q）和平均轮廓值（S值，即Mean Silhouette）两个指标。当Q值gt;0.3时，聚类结构就是显著的；当S值达到0.7时，就认为聚类是令人信服的。[6]图4显示的Q值=0.484，S值=0.7912，因此，该聚类图的聚类结构显著，且结果令人信服。根据图4的聚类，我们将国际非正式STEM教育研究的热点话题分为六类（见表4）。

在对关键词的共现、突现和聚类进行深入分析以及阅读相关文献后，我们将国际非正式STEM教育的研究热点分为三类。

（1）推进整合非正式STEM教育，关注各个学科的融合发展

非正式STEM教育研究不仅研究科学、技术、工程、数学四个科目的整合教学，也研究融入其他学科后的教学。相关研究表明，非正式STEM教育有利于培养幼儿的创造力和创新思维，可以提高学生对STEM学科和相关职业的兴趣。与文化相关的非正式环境的学习体验，能提高学生对科学知识的了解和参与度。

（2）增加各个群体的代表性，促进教育公平

从关键词黑人女孩、女性、性别、全民教育等可以看出，国际非正式STEM教育研究关注女性的教育。例如，佛罗里达州立大学设计了一个用于指导更广泛的科学身份认同研究的概念框架，它特别适用于非正式STEM教育的环境，能够吸引女生的广泛参与。[10]非正式STEM教育也关注有色种族与底层民众，研究者设计了面向所有种族的STEM课程，为他们提供了无论在正式还是非正式的环境中都能公平参与STEM教育的机会。[11]非正式STEM教育还研究黑人学生、农村弱势群体学生、有色人种的年轻女性等群体在非正式环境中的STEM教育。

除了关注女性、有色人种和底层民众，非正式STEM教育也关注特殊群体的教育。例如，专门为聋人设计的特殊声音实验室，通过讲故事与视频图像结合的方式传递天文学知识，为宇宙的声音赋予可理解的含义。[12]

（3）联结正式STEM教育与非正式STEM教育环境，共同推进STEM教育实践变革

从关键词合作学习、高中、非正式课程、博物馆教育、夏令营等可以看出，当前的研究注重正式STEM教育和非正式STEM教育的融合发展。首先，在正式和非正式环境中共同推进STEM教育，对培养学生的STEM知识、STEM素养等十分重要。例如，教师、家长、学生和STEM专业人员共同参与STEM学习环境的教学框架设计。其次，教师对推进正式STEM教育与非正式STEM教育的实践变革非常重要，对教师的研究也是研究者关注的点。例如，观察新手教师在非正式STEM教育环境中的教学情况、研究职前教师在正式STEM教育和非正式STEM教育环境中的教学情况等。为实现教育公平，教师和研究人员合作设计了非正式STEM学习环境，这可以让学生充分地参与STEM教育实践中。最后，除了夏令营、博物馆等公共的非正式STEM教育环境外，家庭对学生的STEM教育也有非常大的影响。学龄前儿童的STEM教育大多来自家中父母。父母自身的教育方式、从事职业都会对孩子的学习STEM知识、专业选择、职业选择产生重要的影响。

四、结论与启示

1.结论

从发文数量的年度分布、国家分布以及机构分布情况来看，国际非正式STEM教育研究的文献数量呈现逐年上升的趋势，美国的研究处于全球领先水平，且机构间的合作紧密。

通过对关键词的各种图谱进行分析，我们得出以下结论：当前的研究关键词共线网络联结紧密，注重在非正式STEM教育环境中探索STEM各个学科，同时也融入了其他学科，如艺术、医学、环境科学等。在学段分布上，美国非正式STEM教育覆盖了K-12和大学阶段的教育，但主要研究学段还是集中在K-12阶段。在教育对象上，不仅有针对青少年和成人的非正式STEM教育研究，还有面向特殊群体（聋人、自闭症患者、处于监禁状态的人群等）的非正式STEM教育研究。在教学环境上，不仅有博物馆、水族馆、图书馆、动物园、科技馆等可进行教学设计的环境，还有家庭和日常生活中的环境，这有利于提高学生对STEM学习的兴趣。

2.启示

（1）落实非正式STEM教育的顶层设计

从国际非正式STEM教育的发展来看，许多在研究非正式STEM教育方面影响力较大的国家都是先从国家层面对非正式STEM教育提供相关的政策支持，再联合各个基层组织落实相关政策。美国、英国、澳大利亚等发达国家的非正式STEM教育发展较为成熟，对全球STEM教育的发展起到了一定的推动作用。

我国虽然发文量第二，综合影响力却不是第二，更需要做好顶层设计。推动我国非正式STEM教育的发展，需要联合政府、教育机构、科研院所、科普场馆等各方力量。政府应该制订相关政策，提供经费支持，推动STEM教育变革。此外，还需鼓励企业、社会组织和家庭参与非正式STEM教育的发展，形成多元化的投入和支持机制。

（2）联结正式STEM教育与非正式STEM教育

在有限的时间和空间里，学生的很多想法无法付诸实践，而非正式STEM教育可以帮助学生在实践中更好地理解和应用他们在正式教育中学习到的知识和技能。同时，正式STEM教育可以为学生提供更加系统、全面的STEM知识和STEM技能的学习。因此，我国需要建立STEM教育的有机生态系统，整合校内外资源，联结家庭教育，实现正式STEM教育和非正式STEM教育的有效联结。

（3）关注各个群体，共促教育公平

国际研究关注女性的非正式STEM教育，注重提高女性对STEM职业的认识和参与度，除关注女性外，国际研究还关注一些特殊群体。这些特殊群体对非正式STEM教育的接触相对较少，种种原因导致他们在传统教育体系中难以获得充分的学习机会和资源。我国在发展非正式STEM教育时也应该关注这些群体，凸显全纳教育。

[课题：重庆市教育科学“十三五”规划2019年度重点有经费课题“基于STEAM理念的农村小学全科教师实践课程体系建设与开发研究”，编号：2019-GX-010]

参考文献

[1]何奇芳.京沪非正式STEM科学教育环境及资源的比较研究[J].中国现代教育装备，2019（08）.

[2]杨全印，卓泽林.美国非正式STEM教育探究：地位标准和影响[J].全球教育展望，2016（12）.

[3]陈鹏，田阳，刘文龙.北极星计划：以STEM教育为核心的全球创新人才培养——《制定成功路线：美国STEM教育战略》（2019-2023）解析[J].远程教育杂志，2019（02）.

[4]中国教育科学研究院.中国STEM教育白皮书（精华版）[R]. 北京：中国教育科学研究院，2017.

[5]马鹏云，贾利帅.推进STEM教育：学校如何改变？——STEM教育发展报告《澳大利亚学校中STEM学习的挑战》解析[J].现代教育技术，2021（02）.

[6]陈悦，陈超美，刘则渊，等.CiteSpace知识图谱的方法论功能[J].科学学研究，2015（02）.

[7]Aladé， F.， Lauricella， A. R.， Beaudoin-Ryan， L.， amp; Wartella， E.. Measuring with Murray： Touchscreen technology and preschoolers' STEM learning. Computers in Human Behavior， 2016， 62.

[8]James F.kisiel.Clarifying the complexities of school–museum interactions： Perspectives from two communities[J].Journal of Research in Science Teaching， 2014（3）.

[9]Hashimoto-Martell， E.A.， McNeill， K.L. amp; Hoffman， E.M. Connecting Urban Youth with their Environment： The Impact of an Urban Ecology Course on Student Content Knowledge， Environmental Attitudes and Responsible Behaviors. Research in Science Education， 2012， 42.

[10]Hughes R，Schellinger J，Roberts K.The role of recognition in disciplinary identity for girls[J].Journal of Research in Science Teaching，2021（3）.

[11]Burgess T .All that glitters is not gold： confronting race-neutral perspectives on diversity and equity across STEM curricula[J].Cultural Studies of Science Education，2022（3）.

[12]De Leo-Winkler， M.， Wilson， G.， Green， W. et al. The Vibrating Universe： Astronomy for the Deaf. Journal of Science Education and Technology， 2019， 28.