摘要：利用Citespace信息可视化软件，对2000-2017年间WoS数据库核心集中主题词为“STEM”的全部文献进行分析，绘制文献共引网络图谱，从而对国际STEM教育研究的关键文献和高影响人物进行了提取，进而厘清这一时期STEM教育领域的研究脉络与研究热点。
信息可视化技术为人们提供了寻找数据背后隐藏的规律的新模式。美国德雷赛尔（Drexel）大学陈超美教授基于Java开发的Citespace程序，是科学计量学普遍运用的可视化技术软件。该软件通过检测科学文献中的共被引文献（关键文献）和高共被引人物（高影响人物），能够在一定程度上厘清某一研究领域的研究脉络与研究热点。本文利用Citespace分析2000年以来国际STEM教育研究的关键文献和高影响任务，以期对当前国际STEM教育研究有一个更全面、更深刻的认识。
一、国际STEM教育研究关键文献探寻
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。
利用Citespace进行文献共引网络图谱的绘制，时间段为2000-2017年，年分段为1年，设置合理阈值后，运行得到STEM教育领域2000-2017年文献共引网络图谱（见图1）
引网络中，关键文献通常可以通过三种方式得到。第一种方式是，中介中心性高的文献。节点的中心度越高，说明在整个网络中所起到的“桥梁”作用就越强。第二种方式是突现引文，即引用量突然上升或突然下降的节点。这一节点通常代表某一研究的转变。第三种方式是引用频次最高的文献。在文献中高引文献是圆圈最大的节点。
从知识理论的角度看，关键节点的文献通常是该领域中提出重大理论或创新概念的文献，也是最容易引起新的研究前沿热点的关键文献。所以，中介中心性高的文献、突现因为和高共引的文献在很大程度上是相同的。因此，本文以高中介中心性的文章为基础，分析STEM教育研究领域中的关键文献。
从图1中，我们发现关键节点均是对STEM教育领域的发展起到关键作用的人物（或组织）及其代表文献。利用Citespace的export下的summary Table功能可以得到2000-2017年STEM教育研究领域关键文献的信息列表（见表1）。
下面笔者按照年代的顺序，对关键文献进行剖析和解读：
表1 2000-2017年国际STEM教育研究领域关键节点文献的信息列表
这8篇高引文献中，其中第2篇和第3篇是总统的科学技术委员会的报告和命令，第6篇在K12的STEM教育中取得成功的学校或项目委员会和国家研究委员的报告；其他是研究者的研究报告或文章。下面将简单介绍行政报告和命令，然后再介绍其他研究者的报告或文章。
第2篇是奥巴马总统的科学技术顾问委员会执行办公室出台的《向总统和国会报告建立一个数字未来：由联邦政府资助互联网和信息技术的研究和发展》。该方案首先强调了NIT（网络信息和技术）在国家发展中的重要性，应该优先发展NIT；然后阐述了NIT的研究前沿和投资前沿，以及NIT的人才需求，并提供了技术与人力资源方面的建议；接下来分析了NIT研究和发展项目的协调过程与组织结果的优势与局限，以及相关的建议；最后，美国当前在NIT研发方面的投资远远低于联邦预算，因此，应该提供充足的NIT投资，联邦应该扮演其应有的角色。第3篇是奥巴马总统设立科学技术委员会顾问委员会的行政命令，委员会的组织结构、人员任命、主要功能等。第6篇是在K12的STEM教育中取得成功的学校或项目委员会和国家研究委员的报告《成功的K12 STEM教育：在STEM教育中识别有效的方法》。这份报告为响应美国国家科学基金会（NSF）的请求，来评价在STEM教育领域中非常成功的学校和项目。主要内容包括STEM教育的目标；评价成功的STEM学校的标准；学校、地区和政策制定者能够做些什么可以有效地支持K-12阶段STEM教育的发展。
第1篇是Sean P. Brophy和Merredith Portsmore写的《推进P-12教室的工程教育》。这篇文章主要探索工程教育如何支持知识与技能的获得。文章提供了许多P-12教室中进行工程教育的模型，这些模型作为工程教育与课程结合的范例。第4篇是Antiony P .Carnevale等人关于STEM工作者的调查报告。其主要内容涉及STEM和创新结构变化的关系、STEM工作者的工资和未来STEM劳动力的发展等。
第5篇是Adam V. Maltese等人发表在《科学教育》（Science Education）上的《渠道的持久性：美国学生中，教育经验与获得学位之间的相关性的研究》。这篇文章主要评估与学生选择完成STEM专业相关的学校因素。研究结果表明，大部分选择STEM专业的学生，在高中阶段就做了这一选择。这一选择与学生对数学、科学等学科的兴趣相关，与入学的学业成就相关性不大。当前的政策重点在提高学生进入STEM领域课程的学业成就。这些研究结果表明，当前的政策可能是错的。
第7篇是Mitchell J.Chang发表在《科学教学杂志》上的《保有大学中被忽视的种族群体的有抱负的科学家和工程师的重要性》。这是一项长期研究，主要调查少数种族本科生在STEM领域持续处于弱势地位的影响因素。调查结果显示，黑人和拉丁裔本科生比白人和亚裔美国人更难以坚持学习STEM专业。学生的背景特点和大学经历能够减缓这种种族的影响力。少数种族样本的后续分析结果表明，机构可以提高这些学生从事关键学术领域经历的可能性，来提高少数种族学生在STEM专业上的持续性：如经常与其他同学共同学习，参加本科研究和加入学术俱乐部或学术组织等。
第8篇是Niyazi Erdogan发表在《教育科学理论与实践》 （Educational Sciences Theory & Practice）上的《研究美国STEM学习在大学和职业准备上的作用：一个关于学生成就的多小组分析》。这篇文章认为，STEM学校是一种独特的学习环境，它包括高级课程、专家教师和实操实习。这项研究对比了普通高中毕业生和STEM学校毕业生在职业准备上的差异。研究利用十一年级的学生在阅读、数学科学方面的测试结果，比较了这两种类型学生的成绩情况。这项研究的结论是学校类型并不影响学生阅读、数学和科学的测试结果；然而，学生的人口统计学变量（ 性别、种族、社会经济地位和特殊教育状况）可能会影响到学生能否到STEM学校就读。例如，研究结果显示，在STEM学校与传统学校中，男性、西班牙裔、白人和经济困难情况，会对学生的阅读、数学和科学成绩产生显著的统计学意义。
关于STEM教育的行政报告或命令主要作为STEM教育研究的背景介绍，以此来强调国家对STEM教育的重视以及发展STEM教育的重要性；而《成功的K12STEM教育》的研究结论，在后续研究的研究回顾部分被多次引用。STEM教育关键文献中的个人研究，既有包括工程教育模型的分析，学生选择STEM专业的影响因素分析和其他一些量化研究，这些研究成为其他STEM教育研究的重要支撑。
二、国际STEM教育研究高影响人物的可视化分析
利用Citespace的作者共引网路图谱的绘制，得出STEM教育研究领域作者共引网络图谱（见图2）。
圆圈的大小代表被引频次的多少。排除匿名的作者外，其他引用量排名前五的一共有3个组织和2个作者。三个组织分别是美国的国家科学研究委员会（NATIONAL RESEARCH COUNCIL）、美国国家科学基金会（NATIONAL SCIENCE FOUNDATION）和国家科学委员会（NATIONAL SCIENCE BOARD）；两个引用来最大的作者是阿尔伯特·班杜拉（Albert Bandura）和伊莱恩·西摩（Elaine Seymour）。
上述这些人物和组织是国际STEM教育领域中具有很高影响力。同时，这些研究者与上文中分析出的关键文献的作者重合率也不小。特别是三个美国的三个组织。这在一定程度上印证了国际STEM教育研究的关键文献和高影响人物（或组织）有较高的相关性。接下来，我们将按照机构和研究者来分析其在STEM领域的主要研究。
1.美国国家科学研究委员会（NATIONAL RESEARCH COUNCIL）
美国国家科学研究委员会（NATIONAL RESEARCH COUNCIL）是1916年由美国国家科学院创建的“民间非营利组织”，是美国国家科学院、美国国家工程院和美国国家医学院从事科学技术研究和业务活动的机构。在STEM研究领域，该机构主要发布的文本有1986年的《本科生的科学、数学和工程教育》。这份报告主要分为三个部分，主要分析当时美国本科教育中的科学、数学和工程的教育情况，分析其存在的问题，并针对不同机构提出改建的要求与建议。这份报告首次明确的提出“科学、数学、工程和技术”教育的纲领性问题与建立，被看做是美国STEM教育的战略开端。
2.美国国家科学基金会（NATIONAL SCIENCE FOUNDATION）
美国国家科学基金会（NATIONAL SCIENCE FOUNDATION）是一个独立的美国联邦政府机构，专门负责自主在各个科学与工程领域中的基础研究和教育，确保美国科学与工程领域各学科的健康发展。该基金会以基金项目、合作和合作协议等形式，对美国的2000多所大学、学院及12年制中小学、非正规科学教育机构等进行资助。关于STEM教育，该机构主要发布的政策文本有《塑造未来 本科教育振兴战略》（1996年）。这份政策文本是由一系列报告组成，主要分为四个部分：第一部分分析美国本科教育面临的挑战；第二部分分析振兴与改革本科教育的问题；第三部分回顾基金会在过去十年对美国科学、数学、工程和技术教育方面的发展成果；第四部分表达形成步调基本一致的、统一的改革计划的期望。
3.国家科学理事会（NATIONAL SCIENCE BOARD）
国家科学理事会（NATIONAL SCIENCE BOARD）是依据1950年颁布的国家科学基金会法案建立的。理事会主要履行两方面的职责：一是充当总统和国会的科学政策顾问；二是管理美国国家科学基金会。关于STEM教育，该机构主要发布的政策文本有：2010年5月发布的《为下一代的STEM创新者作准备：识别和发展国家的人力资本》（Preparing the Next Generation of STEM Innovators: Identifying and Developing Our Nation's Human Capital）和2015年2月发布的《重温STEM劳动力：2014年科学与工程指标指数》（Revisiting the STEM Workforce: A Companion to Science and Engineering Indicators 2014）。
《为下一代STEM创新者作准备》的背景是，当时美国有许多年轻男女的能力还没有得到承认和发展，这些人可能无法发挥其最大的潜力。这是个人和社会的损失。未来，应该激发他们的巨大潜力，让他们获得适当的教育机会，形成下一代STEM创新者。未来实现这个问题，提出了三点重要建议：一是提供好的机会（provide opportunities for excellence），即完善K12正式教育和非正式教育项目和干预措施，使学生更加容易获得教育，使教育更加有效，以此来满足未来STEM创新者的需求，二是“撒一张大网”（cast a wide net），通过扩大教师培训和使用人才评估，来提高对潜在STEM创新者的识别，尤其是在代表不足的人群中，这个大网是跨域整个K12阶段、可以识别多种能力（口头表达、数学能力、空间能力等）、能够区分能力强的人和能力非常强的人，而且能够与个人的背景、教育水平和先前的成就相匹配；三是形成一个支持性的生态系统（foster a supportive ecosystem），即通过完善教育者的培训和促进在家庭、社区、学校和国家中形成重视学术和创新的文化，来改进学生的基础设施支持系统。对于每个建议，董事会都提出了具体的研究议程。这份报告能够为决策者提供信息，如如何培养对STEM专业的早期兴趣，发展STEM相关能力的最佳实践以及提高教学效果的方法等。
《重温STEM劳动力：2014年科学与工程指标指数》这份报告首先概述美国经济中的科学和工程劳动力定义；然后分析了STEM知识和能力为STEM职业和非STEM职业提供的多种动态路径；最后强调了评估、促进和加强STEM劳动力的发展路径对国家繁荣和国家竞争力增强的作用。
4.阿尔伯特·班杜拉（Albert Bandura）
阿尔伯特·班杜拉（Albert Bandura）是著名的心理学家，以社会学习论著称。在STEM教育的研究中，主要利用了班杜拉的自我效能感理论。自我效能感（self-efficacy）指人们对自己是否能够成功地进行某一成就行为的主观判断。这是由班杜拉最早提出的。班杜拉认为，成功的经验会提高人的自我效能感，多次失败的经验会降低人的自我效能感。而自我效能感能够决定人们对活动的选择及对该活动的坚持性，能够影响人们在困难面前的态度，影响活动时的情绪。因此，在STEM教育中，学生的努力和兴趣并非不相容的，学生先前如果有成功的学习体验，就会带来成就感，自我成就感提高学生STEM学习的兴趣。[endnoteRef:2]
5.伊莱恩·西摩（Elaine Seymour）
伊莱恩·西摩（Elaine Seymour）是科罗拉多大学（University of Colorado）社会学研究局民族志与评估研究主任。她的研究主要集中在本科和研究生的STEM教育。其中，在STEM教育的研究中，她被引用得最多的书籍是1995年出版的《谈谈离开：为什么大学生离开科学领域》（Talking About Leaving：Why Undergraduates Leave the Sciences）。这本书主要研究导致本科以上学历的学生从科学、数学和工程专业转入非科学专业的原因。本书基于3年的调查研究，调查了7个学校，就科学领域的本科教育质量进行了分析，为学生转入非科学专业提供了解释。数据表明，大约40%的本科生离开工程课程，50%的学生离开物理和生物科学，60%的人离开数学专业。由于这些学生流走的损失发生在高水平的搞笑，特别是在有色人种的女性当中。这本书基于600多个小时的民族志访谈和与大学生的焦点小组访谈，解释了传统的教学实践与态度有意和无意地造成了学生离开科学领域的这一后果。这本书是一个里程碑意义的研究，对STEM教育者及其政策制定者都产生了不小的影响。
除了以上3个组织和两个关键人物外，在STEM教育领域影响较大的机构有，美国总统科学技术顾问委员会（Presidents council of advisors on science and technology）和经济合作与发展组织（OECD）。其中前者在STEM领域主要发表的文件有201年《向总统和国会报告构建一个数字未来》（Report to the president and congress designing a digital future）和2012年的《与EXCEL合作：在STEM方面新增100万名大学毕业生》（Engage to EXCEL: producing one million additional college graduates with degrees in science, technology, engineering, and mathematics）。在已有的STEM教育研究中，引用经济合作与发展组织每年发布的教育报告。
在STEM教育领域出了班杜拉和西摩外，影响较大的人物有罗伯特·W·兰特（Robert W. Lent）、乔纳森·奥斯本（Jonathan Osborne）和约翰·W·格雷斯维尔（John W Creswell）等。
其中，在STEM教育研究中，罗伯特·W·兰特的社会认知理论被多次引用；乔纳森·奥斯本2008年出版的《欧洲科学教育：批判性思考》（Science education in Europe: critical reflections）中的观点被多次引用；乔纳森·奥斯本的《对科学的态度：对文献及其影响的回顾》（Attitudes towards science: A review of the literature and its implications）综述的内容被多次引用；约翰·W·格雷斯维尔的研《定性调查与研究设计：五种方法之间的选择》（Research Design: Qualitative, Quantitative, and Mixed Methods Approaches）是STEM教育研究参考得较多的研究方法文献。
三、研究结论及启示
2000年以来，国际STEM教育逐渐向纵深的方向发展。从上述分析中，可以看出，最初起重要作用的文献在各种国际行政或学术机构颁布的文件或分析报告，如美国科学技术顾问委员会颁布的《设计一个数字化的未来》等，而后起作用的文献逐渐发展为关于STEM教育深入的质化研究或量化研究，这些研究深入分析了STEM教育的影响因素，如何提高女性和少数族裔的STEM教育等，也有研究深入分析评估STEM教育的标准以及STEM教育实施的经验总结等。这说明，2000年以来，人们逐渐地接受了STEM教育，且研究不断深入，向纵深方向发展。
国家官方机构或重要学术组织及其发表的文献发挥了重大的作用。如美国的国家科学研究委员、国家科学基金会、国家科学理事会。这些机构发表的报告经常是STEM教育研究领域的关键文献，如美国国家科学委员会既是高影响机构，其组织发布的《成功的K12STEM教育》又是这个领域的关键文献。
国际STEM教育研究学者注重吸收前人的研究成果，将前人的理论成果成功地应用到STEM教育领域。如阿尔伯特·班杜拉著名的心理学家，他的社会认知理论和自我效能感的理论被广泛应用在教育领域。而在STEM教育的研究中，如何提高学生的自我效能感是重要的研究议题，而班杜拉的理论则是这些研究重要的理论指导。
