编译：仇慧 东南大学脑与学习科学系
研究生导师：柏毅
作者：Huong Le Thi Thu
【摘要】：STEM教育在世界上许多国家都变得越来越重要。STEM教育可以在学生很小的时候开始。早期的研究表明，影响学生科研选择决策的最重要因素之一是中学科学课。本研究中，我们从Scopus中提取数据，以评估2000-2020年间中学STEM教育领域出版物的科学研究成果。通过Scopus对272篇学术论文的数据集进行了索引，以监控该领域的发展。结果表明，近5年来，中学STEM教育研究蓬勃发展，主要集中在美国；中学STEM教育领域的研究合作趋势不强；研究主题相当多样化，集中在一些问题上：性别、工程教育、课程等。这项研究有一些局限性，包括只选择并手动筛选来自Scopus数据库的数据，因此我们的分析完全取决于从Scopus数据库导入的输入信息的质量。
【关键词】：文献计量学；中学；Scopus；STEM教育
1. 介绍
21世纪，人类生活伴随着技术的发展而变化。因此，学生必须为未来的挑战做好准备。STEM教育是一种跨学科的学习方法，其中原则性的学术概念与现实世界的课程相结合，学生将科学、技术、工程和数学领域的知识和技能应用于特定的背景，在学校、社区、工作场所和全球机构之间建立联系，这种联系在通过实践学习的基础上传达和连接学生，并着眼于解决实际问题。
近年来，STEM教育在世界许多国家都变得非常重要，并成为决策者关注的问题。在很多国家，关于STEM的讨论都声称缺乏高技能劳动力。STEM教育可以在学生很小的时候开始，从小学一直持续到高中阶段。早期的研究表明，影响科研选择决策的最重要因素是中学科学课，尤其是科学教师。因此，在中学实施STEM教育是必要的。
本研究中，我们想了解更多关于中学STEM教育的知识。本研究的主要目的是回答以下问题:
RQ1：中学STEM教育领域相关出版物的大致信息和年度增长趋势是什么？
RQ2：哪些国家、组织和学者发表的与中学STEM教育研究相关的文章最多？
RQ3：哪个来源发表的与中学STEM教育领域研究相关的论文最多？
RQ4：这个研究领域最重要、最热门的研究课题是什么？
这项研究的结果将描绘出中学研究中STEM教育的全貌。研究人员、监管人员和决策者可能会对这些信息感兴趣，以便在未来几年为这一研究领域建立一个良好的愿景。有五个主要的书目数据库可用于进行文献计量学分析，包括:科学网、Scopus、谷歌学术、微软学术和维度。其中，WoS和Scopus被用于文献计量学分析最多。在这项研究中，我们决定使用Scopus数据库作为搜索引擎，因为它比其他数据库覆盖的文档范围更广。
2. 研究方法
一般科学制图工作流程包括五个阶段：（1）研究设计；（2）数据收集；（3） 数据分析；（4）数据可视化；及（5）释义。在研究设计阶段，主要研究问题是：2000-2020年期间Scopus数据库中索引的中学STEM教育出版物的文献计量是什么？数据采集阶段分为三个子阶段：数据采集、数据过滤和数据清理。
第一步:数据收集。作者团队从Scopus的数据库中搜索，STEM教育的关键字搜索已根据之前的重新搜索完成:“STEM”或单词组合(educate* OR learn* OR teach*)和单词(science * AND technology * AND engineer * AND mathematics *)”。字符“*”代表Scopus数据搜索语法中的任意一组字符。STEM教育的关键词匹配“初中”或“中学”。搜索仅限于摘要、关键字和文档标题。出版年份选定为2000年至2020年。关于文档类型的有限数据是社会科学领域的文章和评论，用英语撰写。
第二步:数据过滤。我们通过审查标题、摘要和关键词过滤数据，删除与STEM教育无关的材料和不相关的材料。通过这些列表，我们对Scopus提供的工具进行了一些初步分析，以收集关于作者、隶属关系和期刊的更多信息。最终出版物集合的元数据被导出为两种不同的格式，以便在两种最流行和最有效的文献计量学分析工具中进行后处理，这两种工具是用于“文献闪亮”工具的BIB格式和用于VOSviewer工具的CSV格式。Scopus网站和Scimago期刊和国家排名上的其他信息(https://www.scimagojr.com/)也用于支持分析。
第三步:数据清理。下载的数据需要清理，因为分析的质量很大程度上取决于输入数据的质量。一些数据错误已在此子阶段得到纠正。例如，“休斯顿市中心大学”和“休斯顿市中心大学”被更正为一个附属机构；“内布拉斯加大学”和“内布拉斯加大学-林肯”以及“内布拉斯加大学-林肯”被更正为一个附属机构。
3. 研究结果
3.1 一般信息和增长趋势
2006年至2020年，共发表272篇相关文章，其中大部分为论文，发表文章267篇(98.2%)，评论仅占发表文章的1.8%。这些文章在125个不同的Scopus来源上发表。共有903名作者出现在272份文献中(平均每份文献3.32名作者)；每个文档的共同作者比率为3.76。单作者文献的作者数量仅占2.2% (20位学者)。
中学科学、技术、工程教育研究年增长率为33.48%。中学STEM教育相关文章产出的增长趋势可以分为两个时期:2006–2015年和2016–2020年。第一阶段的出版量非常低，10年间共发表了61篇文献(22.4%)。第二阶段(最近5年)，该课题的研究数量激增，共发表论文211篇(占总数的77.6%)。
引文数量每年都在稳步增长，近年来增长迅速，这与该课题研究数量的增加相对应。在进行这项研究时，从Scopus数据库中记录的引用总数为2727次，相当于每篇文献引用10.03次。
3.2 国家的贡献
与中学STEM教育领域相关大多数文章是由美国作者贡献的，超过四分之三(208篇论文，76.5%)。其余的国家贡献远远少于排名第一的国家:土耳其:18篇论文(6.6%)，澳大利亚和加拿大:9篇(3.3%)；有六个国家以三到七篇文章排在最后:台湾、印度尼西亚、以色列、韩国、越南和英国。请注意，这些国家的总百分比超过100%，因为给定的文章可能有来自不同国家的合著者。从各国的总被引次数来看，美国仍是被引次数最多的国家，为2296次(相当于84.2%)，其次是澳大利亚，为122次(4.5%)，加拿大为85次(3.1%)。其余国家的引用次数从5次到66次不等。
3.3 机构的贡献
根据检索到的Scopus数据库，总共有613个不同的附属机构发表了272篇论文。排名第一的是普渡大学，有21篇论文(7.7%)，是排名第二的明尼苏达大学双城分校的三倍，其次是匹兹堡大学，有6篇论文。其余机构已经发表了4至5篇论文。值得注意的是，范德比尔特大学只有5篇论文，但有368篇突出的引用(13.5%)。这是因为该机构贡献了该集合中引用次数最多的两篇文章。
3.4 期刊投稿
《科学教育与技术》杂志(JSET)发表该主题的论文最多，有16篇论文，引用206次；其次是国际STEM教育杂志(IJSTEME)，载文12篇，引文141篇；接下来的两个排名有9篇关于这个主题的文章:《化学教育杂志》(JCE)(79次引用)和《科学与工程中的妇女和少数民族杂志》(21次引用)。排名第五的是技术与设计教育(IJTDE)，有8篇论文，46次引用。接下来的三个排名有七篇论文，引文相当相似:科学教育研究(RSE): 121篇；国际科学和数学教育杂志(IJSME):109篇；国际科学教育杂志(IJSE): 93篇。这些期刊来自八个不同的出版商:斯普林格自然(6)、泰勒和弗朗西斯(2)、美国化学学会(1)、比格尔豪斯(1)、爱思唯尔(1)、普渡大学出版社(1)、以色列出版公司(1)、威利-布莱克威尔(1)和摩德斯图姆有限公司(1)。
3.5 作者的贡献
普渡大学的t.j.Moore以6篇论文和45篇引文排在第一位，后面两个排名的作者分别有5篇论文，分别是克莱姆森大学的Herrod.和明尼苏达双城大学的Roehrigg.h.排名第四的两位作者有四篇论文:普渡大学的s.s.Guzey和匹兹堡大学的c.Quigley。名单上剩下的作者有三篇关于中学STEM教育主题的论文，其中引用次数最多的内布拉斯加大学奥马哈分校的两位代表分别是g.Nugent(186次引用)和n.grandgenet(183次引用)。北卡罗来纳大学格林斯伯勒分校的谭也以105次引用排名第三(论文中有91次引用)。剩下的两位作者分别是佛罗里达国际大学的Dare.E.A.和北卡罗来纳大学夏洛特分校的Bottia.M.C.被引用了20次。
3.6 最有影响力的文章
在已发表的272篇论文中，被引用最多的前10篇论文的列表如表所示8以及他们在过去五年中被引用的次数。前10篇论文的总被引次数为936次，相当于本研究时该集总被引次数(2727次)的34.3%。近5年来，这些论文的被引用次数大多在近年来迅速增加。前十名中的十篇论文中有八篇是由来自美国的第一作者主持和发表的。关于使用基于智能体的计算将计算思维与K-12科学教育相结合的文章排名第一，被引用188次,这篇论文的主要作者来自加拿大卡尔加里大学。排名第二的是一项关于如何通过混合现实模拟中的体验互动来增强学习和参与的研究，引用了137次。
4. 结论
本研究使用Scopus数据库中的书目数据来研究过去二十年中与中学STEM教育领域相关的论文的发展。本研究的主要发现有：1.文献数量稳步增长，尤其是在2016-2020年期间；随着已发表研究数量的增加，这一时期的引用数量也迅速增加。2.美国是这个研究领域影响力最大的国家；几乎所有来自这个国家的成员和作者都有最大的影响力。3.该领域研究合作不强；国家之间的合作主要来自美国和其他一些国家:土耳其、澳大利亚、以色列、西班牙、加拿大和韩国。
原文：DOI：10.3390/educsci11070353
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