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    中學(xué)物理教學(xué)研究熱點(diǎn)及趨勢的可視化分析

    2018-05-24 02:06:38檀亞麗桑芝芳
    物理教師 2018年3期
    關(guān)鍵詞:中學(xué)物理圖譜物理

    檀亞麗 許 敏 桑芝芳

    (蘇州大學(xué)物理與光電·能源學(xué)部,江蘇 蘇州 215006)

    探索和分析中學(xué)物理教學(xué)的研究成果,可以更好地掌握中學(xué)物理教學(xué)研究的最新動態(tài),并對有效指導(dǎo)中學(xué)物理教學(xué)具有重要意義.運(yùn)用科學(xué)知識圖譜可視化技術(shù)深度挖掘相關(guān)研究成果,可更客觀、更直接、更形象地展示物理教學(xué)研究的趨勢和熱點(diǎn)問題.本文以CiteSpace Ⅲ為研究工具,對中學(xué)物理教學(xué)研究的數(shù)據(jù)進(jìn)行了圖譜分析,進(jìn)而總結(jié)出中學(xué)物理教學(xué)研究的熱點(diǎn)及趨勢.

    1 研究數(shù)據(jù)來源及其研究方法

    1.1 數(shù)據(jù)來源及統(tǒng)計(jì)

    本文以中國知網(wǎng)(CNKI)檢索的期刊類相關(guān)文獻(xiàn)為研究對象,檢索的關(guān)鍵詞為“中學(xué)物理”,共檢索到26278條文獻(xiàn),由于時(shí)間跨度比較大,數(shù)據(jù)太多,選取2000—2017年之間的6本期刊文獻(xiàn)進(jìn)行研究:《物理教師》、《中學(xué)物理教學(xué)參考》、《物理通報(bào)》、《中學(xué)物理》、《物理教學(xué)探討》、《物理教學(xué)》.這6本期刊的轉(zhuǎn)載量在物理教學(xué)方面的期刊中是名列前茅的,參考意義和價(jià)值較大.通過人工刪除一些無關(guān)文獻(xiàn)(期刊序言,目錄綜述,會議記錄等),最終確定24256篇文獻(xiàn)為本文研究所用.

    1.2 分析工具以及圖譜的生成

    本文研究運(yùn)用的分析工具是信息可視化應(yīng)用軟件Citepace Ⅲ,版本號是4.0.R5 SE(32-bit),是在科學(xué)計(jì)量學(xué)、數(shù)據(jù)可視化背景下逐漸發(fā)展起來的一款引文可視化分析軟件.其核心功能是產(chǎn)生由多個(gè)文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)組合而成的一種獨(dú)特的共被引網(wǎng)絡(luò)科學(xué)知識圖譜.所謂知識圖譜,即以科學(xué)知識為對象,綜合運(yùn)用科學(xué)計(jì)量學(xué)、信息可視化技術(shù)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、圖形學(xué)等學(xué)科的理論和方法來揭示科學(xué)知識發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一種圖形.知識圖譜可以客觀、形象地展示單憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)難以直觀獲得的前沿領(lǐng)域的總體圖景、親緣關(guān)系和演化規(guī)律等,已成為把握學(xué)科發(fā)展動態(tài)、學(xué)科研究方向、輔助科技決策的重要工具.繪制知識圖譜不僅能夠從宏觀層次上看到森林,還可以在微觀水平上看到樹木與枝葉,對生成的知識圖譜進(jìn)行分析,從而獲得本研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題和前沿變化趨勢.具體操作: ① 將CNKI中檢索到的文獻(xiàn)以refwork格式批量導(dǎo)出保存為download.xxx格式并在citespace上進(jìn)行CNKI格式轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成軟件運(yùn)行可處理的格式.② 設(shè)定相關(guān)參數(shù).時(shí)間跨度設(shè)定為2000—2017年.時(shí)間切片為1年;節(jié)點(diǎn)類型設(shè)為關(guān)鍵詞;閾值(c,cc,cv)分別設(shè)為(3,3,20),c為最低被引次數(shù),即關(guān)鍵詞滿足出現(xiàn)次數(shù)大于3次,cc為共被引次數(shù),即關(guān)鍵詞共引次數(shù)大于3次,cv為共引系數(shù),即關(guān)鍵詞相似系數(shù)大于0.02.最終生成的圖譜里,出現(xiàn)以節(jié)點(diǎn)環(huán)為中心的中心詞(可以是研究機(jī)構(gòu)、發(fā)文作者、文章關(guān)鍵詞等),其出現(xiàn)頻次越高,生成以關(guān)鍵詞為中心的圖圈就越大,并且以灰度的深淺來表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)的年份.③ 最后一步點(diǎn)擊go,即生成關(guān)鍵詞共引知識圖譜.

    2 中學(xué)物理教育研究論文發(fā)表數(shù)量和作者情況

    2.1 中學(xué)物理教育研究論文發(fā)表數(shù)量趨勢圖

    如圖1所示,自2000年以來我國學(xué)者對中學(xué)物理教育的研究總趨勢是呈現(xiàn)出增長的趨勢,說明中學(xué)物理教育受到了越來越多的關(guān)注,由于近些年物理學(xué)科教育的研究的深度發(fā)展,研究文章篇幅明顯增長,發(fā)文量相對有所減少.所以我們從圖1中可以明顯地看出2012~2013年,發(fā)文量達(dá)到頂峰,之后趨于平緩.

    圖1 關(guān)于中學(xué)物理教育文獻(xiàn)數(shù)量的趨勢

    2.2 中學(xué)物理教育研究的作者情況

    筆者統(tǒng)計(jì)了中學(xué)物理教育研究論文的作者,軟件所生成的作者的分布圖譜如圖2所示,圖中節(jié)點(diǎn)名稱為作者的名字,名稱字體的大小代表中心性,節(jié)點(diǎn)環(huán)大小代表發(fā)文量,節(jié)點(diǎn)環(huán)的灰度深淺代表作者發(fā)文見刊的年限.

    從圖2中我們可以看出,節(jié)點(diǎn)環(huán)“郭玉英”、“邢紅軍”等作者是圖中相對較明顯的,說明這些作者在中學(xué)物理教育方面的發(fā)文數(shù)量是比較多的,節(jié)點(diǎn)環(huán)由中心至圈外灰度漸變,說明研究者們從2000~2017年在中學(xué)物理教育這方面的研究是連續(xù)不斷的,總的來說他們對中學(xué)物理教育的研究熱情是逐年上升并呈現(xiàn)出一種趨于平穩(wěn)的狀態(tài).我們還可以看出,學(xué)者之間的合作關(guān)系相對是比較密切的(e=209),但是合作關(guān)系大都僅僅局限在同一個(gè)研究機(jī)構(gòu)和區(qū)域,沒有明顯的跨學(xué)科和跨教育研究機(jī)構(gòu)的合作,少部分有3個(gè)教育機(jī)構(gòu)之間的研究合作關(guān)系,不同機(jī)構(gòu)之間研究比較分散,沒有形成具有一定凝聚力的教學(xué)科研群體.

    3 內(nèi)容知識圖譜及其分析

    3.1 中學(xué)物理教育研究熱點(diǎn)

    圖譜中節(jié)點(diǎn)環(huán)也就是引文年環(huán)代表著某篇文章的引文歷史.引文年輪的灰度漸變,相同灰度代表相同年限,一個(gè)年輪的厚度和其相應(yīng)時(shí)間分區(qū)內(nèi)引文數(shù)量或者說頻次是成正比的.節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的重要性指標(biāo)用中介中心性來表示,Citespace中用這一指標(biāo)來發(fā)現(xiàn)和衡量文獻(xiàn)的重要性,并用深灰度對該類文獻(xiàn)或者其關(guān)鍵詞(或者作者、期刊以及機(jī)構(gòu)等)進(jìn)行重點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注,表示節(jié)點(diǎn)對其他節(jié)點(diǎn)兩兩之間的聯(lián)系起到控制作用,體現(xiàn)其在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的重要地位.通過節(jié)點(diǎn)外圈的標(biāo)注可以看出來中學(xué)物理教學(xué)的重要性及基礎(chǔ)性,筆者將從物理教育關(guān)鍵詞的中心性和突變率兩個(gè)維度來分析中學(xué)物理教育的熱點(diǎn)問題和發(fā)展前沿.

    我們從研究內(nèi)容上分析,節(jié)點(diǎn)中心度和頻次高的關(guān)鍵詞就代表著一段時(shí)間內(nèi)研究者共同關(guān)注的問題,也就是我們說的研究熱點(diǎn).中心性反應(yīng)了該點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的重要性,也就是說,關(guān)鍵詞在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的頻次越高,說明節(jié)點(diǎn)在該領(lǐng)域越重要.圖3顯示了關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜結(jié)果.

    如圖3所示,國內(nèi)研究文獻(xiàn)分析數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)共為600個(gè),網(wǎng)絡(luò)連線為2817,網(wǎng)絡(luò)密度為0.0006(n=14393,e=2817,D=0.006)出現(xiàn)頻次較高的關(guān)鍵詞除了圖譜中顯示最多的“物理教學(xué)”之外,還有例如“物理規(guī)律”、“新課程”、“實(shí)驗(yàn)教學(xué)”、“物理教師的專業(yè)發(fā)展”等等.由于一些關(guān)鍵詞在研究問題中比較籠統(tǒng),不夠精準(zhǔn),我們從圖譜中并不能特別準(zhǔn)確地找到近幾年的熱點(diǎn)問題,所以筆者根據(jù)分析圖譜,并結(jié)合自己閱覽過的文獻(xiàn)資料分析近幾年中學(xué)物理研究的熱點(diǎn).

    圖3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

    (1) 關(guān)于科學(xué)方法教育.

    關(guān)于科學(xué)方法教育研究,迄今為止已經(jīng)走過了將近40余年的歷程,這一領(lǐng)域中,張憲魁教師是我們研究的領(lǐng)軍人物,一直推動著這一研究領(lǐng)域的發(fā)展,激發(fā)了相關(guān)研究成果的發(fā)表和一線教師的教學(xué)嘗試.例如其初步建立起的物理科學(xué)方法體系;李正福等人對科學(xué)方法顯性教育進(jìn)行了理論建構(gòu),指出科學(xué)方法作為物理認(rèn)識活動的中介,是連接物理現(xiàn)象與物理知識的紐帶,在物理理論的發(fā)展中起著橋梁作用,并由此建立起物理學(xué)智能結(jié)構(gòu)圖,科學(xué)方法處于物理學(xué)智能結(jié)構(gòu)的核心.從物理教學(xué)實(shí)踐來看,科學(xué)方法教育主要體現(xiàn)在物理學(xué)智能結(jié)構(gòu)的兩條路徑上,一是物理現(xiàn)象→科學(xué)方法→物理知識,這一路徑反映了物理知識的獲得過程;二是物理知識→科學(xué)方法→延伸應(yīng)用,這一路徑反映了物理知識的應(yīng)用過程.張錦科、吳政等人從自身教學(xué)實(shí)際出發(fā),就如何將教材中的科學(xué)方法顯性化、怎樣通過概念規(guī)律教學(xué)、習(xí)題教學(xué)等開展科學(xué)方法的教育分享了心得感悟.作為科學(xué)探究的核心要素之一,“猜想與假設(shè)”決定著探究的方向,是探究活動的前提.而實(shí)際的教學(xué)過程中,教師在這一環(huán)節(jié)上“走過場”現(xiàn)象較普遍,甚至許多教師把它當(dāng)做可有可無的環(huán)節(jié),嚴(yán)重制約了學(xué)生思維能力的培養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)的提升.引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建科學(xué)猜想,培養(yǎng)其猜想能力,除了要理解科學(xué)猜想內(nèi)涵,創(chuàng)設(shè)合理情境誘發(fā)猜想外,猜想方法的引導(dǎo)是尤為必要的.部分教師在其教學(xué)實(shí)踐中總結(jié)了以下方法:外推法、類比法、單位法、分析法和枚舉法.還有些教師提出高質(zhì)量的假設(shè)必須同時(shí)具有3個(gè)基本特性:科學(xué)性、可驗(yàn)證性、預(yù)測性.以上研究者們均從認(rèn)知規(guī)律的角度對猜想與假設(shè)的構(gòu)建提出了有較強(qiáng)可操作性的方法指導(dǎo).

    (2) 關(guān)于物理核心概念.

    近年來國際科學(xué)教育的研究熱點(diǎn)是以“大概念”或“核心概念”來統(tǒng)整課程核心概念.從2016年以來,對核心概念的研究的文章逐漸增多.所謂核心概念就是在學(xué)科知識體系中占據(jù)核心地位的精煉的關(guān)鍵概念.在教學(xué)過程中圍繞“少而精”的核心概念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)活動,并通過教學(xué)來促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)概念的理解.文獻(xiàn)[12]中按照科學(xué)概念的抽象水平對科學(xué)概念進(jìn)行層次分析,由低到高為“基礎(chǔ)概念-重要概念-核心概念-學(xué)科核心概念”.文獻(xiàn)[13]中介紹了美國新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn),指出了改革標(biāo)準(zhǔn)對中學(xué)物理核心概念界定、教學(xué)等具有重要啟示.在實(shí)踐層面,文獻(xiàn)[14]中以高中物理速度為例,圍繞學(xué)科核心概念重新認(rèn)識速度概念的建構(gòu)及其縱向、橫向的關(guān)聯(lián),從整體上把知識和認(rèn)知方法加以整合,促進(jìn)學(xué)生對知識體系的把握和認(rèn)識的深化,具有借鑒意義.

    (3) 關(guān)于學(xué)習(xí)進(jìn)階.

    學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究也引起我國教育研究者的重視.學(xué)習(xí)進(jìn)階的概念從提出到有廣泛明確的內(nèi)涵的界定經(jīng)歷了較長的一段時(shí)間,美國學(xué)者 Alicia C.Alonzo和我國學(xué)者翟小銘對學(xué)習(xí)進(jìn)階的研究認(rèn)為“學(xué)習(xí)進(jìn)階既不同于課程文件中的“內(nèi)容進(jìn)階”,也不是簡單的回答“是否學(xué)會了”這個(gè)問題,而是定量化地描述學(xué)生在學(xué)習(xí)某一主題時(shí)不同的思考方式,關(guān)注的是學(xué)生怎樣思考”.我國其他研究學(xué)者也從應(yīng)用的角度開展了研究,主要有兩個(gè)方面,一方面是應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階思想處理學(xué)段間的教學(xué)銜接問題,另一方面是應(yīng)用學(xué)習(xí)進(jìn)階改進(jìn)物理教學(xué)設(shè)計(jì),還有教師將學(xué)習(xí)進(jìn)階思想應(yīng)用于習(xí)題課的教學(xué)之中.

    (4) 關(guān)于中學(xué)物理問題的討論.

    近年來,研究者對具體物理問題、物理知識的關(guān)注也很多.具體物理問題的研究主要針對學(xué)生的一些學(xué)習(xí)難點(diǎn)、教師的教學(xué)難點(diǎn)以及考試的熱點(diǎn)問題,并適當(dāng)?shù)靥岢鲇欣谖锢斫虒W(xué)的建議,大多數(shù)集中在運(yùn)動學(xué)、力學(xué)、電磁學(xué)的問題上.

    運(yùn)動學(xué)方面有關(guān)速度和加速度、圓周運(yùn)動與天體運(yùn)動問題的討論文章較多; 力學(xué)包括各種力的問題的探討,尤其是關(guān)于摩擦力的各種問題、受力分析與力的平衡的問題等;在電磁學(xué)方面,主要在電路問題、電磁感應(yīng)問題以及帶電粒子的運(yùn)動問題方面討論文章較多.

    總之,相對于機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)和作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜,關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)密度有所提升,但是總體上分析關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)還是比較松散,密度不高.筆者結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)閱讀初步整理了中學(xué)物理教育研究的熱點(diǎn)問題,在未來的物理教育研究中要注意做好不同教育部門或機(jī)構(gòu)之間的交流與合作,促進(jìn)共享,并且在此基礎(chǔ)上要加深教育研究的深度.

    3.2 中學(xué)物理教育研究趨勢

    突現(xiàn)詞(burst)指在較短的時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的較多或使用頻率較高的詞,根據(jù)詞的詞頻率變化我們就可以判斷出在該研究領(lǐng)域的前沿或者研究趨勢.根據(jù)citespace對2000以來數(shù)據(jù)的處理,我們得到突現(xiàn)詞出現(xiàn)的年限表格,從中摘取幾個(gè)出現(xiàn)突現(xiàn)率相對較高的幾個(gè)關(guān)鍵詞作為參考,如表1所示.

    從表1中可以大致看出近幾年的研究趨勢,從2000出現(xiàn)的“計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)”、“演示效果”,到現(xiàn)在計(jì)算機(jī)教學(xué)的普及與應(yīng)用.同年出現(xiàn)的演示實(shí)驗(yàn)的“演示效果”研究,到提倡學(xué)生的“探索性實(shí)驗(yàn)”以及教師的“探究性教學(xué)”,再到一些教學(xué)方法、教學(xué)策略的研究,包括“同課異構(gòu)”、“問題具體化”和強(qiáng)調(diào)學(xué)生的“主體性地位”,發(fā)揮學(xué)生的“探究者”身份.最后近幾年的關(guān)注點(diǎn)集中在“課堂教學(xué)策略”以及“物理課程教學(xué)”,致力于教學(xué)過程中的教學(xué)思想、方法模式、技術(shù)手段等方面的研究.從表1中可以看出近幾年的物理教育研究能夠與時(shí)俱進(jìn),響應(yīng)課程改革的要求,緊跟時(shí)代的潮流.

    表1 突現(xiàn)率圖表

    根據(jù)突現(xiàn)率圖表,結(jié)合筆者閱讀的大量文獻(xiàn)分析,認(rèn)為未來幾年突發(fā)性較強(qiáng)的、在中學(xué)物理教育研究中扮演十分重要角色的關(guān)鍵詞為“核心素養(yǎng)”、“現(xiàn)代教育技術(shù)”、“創(chuàng)客理念”、“中高考改革”等等.

    目前學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的框架已經(jīng)確立,以核心素養(yǎng)培養(yǎng)為導(dǎo)向的高中新課程標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布,該新課程標(biāo)準(zhǔn)有哪些重要變化?為什么會有這樣的變化?均需要專家學(xué)者的詳細(xì)闡釋和一線教師的仔細(xì)揣摩.隨著新課標(biāo)的頒布,物理學(xué)科核心素養(yǎng)也得到清晰的界定,關(guān)于物理核心素養(yǎng)以及如何提升物理核心素養(yǎng)已經(jīng)有許多論文進(jìn)行討論,但物理核心素養(yǎng)理念的進(jìn)一步落地生根還需要廣大研究者從課程建設(shè)、教學(xué)方式、測量與評價(jià)等方面進(jìn)行系列的研究.隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,教師的教學(xué)方式、方法也在與時(shí)俱進(jìn),網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和智能手機(jī)的普遍應(yīng)用都對物理教學(xué)有一定的助推作用.現(xiàn)代教育技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛,2015年以來對“智能手機(jī)”在物理教育教學(xué)中的應(yīng)用的研究逐漸增多,另外互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)、“微課”、“慕課”以及微信公眾號等等也逐漸改變著教與學(xué)的方式.

    創(chuàng)客教育的發(fā)展.做中學(xué)、快樂教育、大成智慧、構(gòu)造論這些創(chuàng)客教育背后的核心理念決定了創(chuàng)客教育具有無限的價(jià)值潛能.今后會有越來越多的教師將創(chuàng)客理念應(yīng)用到教學(xué)中去,物理教師的創(chuàng)客教育行動也將催生一批學(xué)生物理創(chuàng)客.

    中高考改革也是近幾年大家關(guān)注的問題之一,各地中高考改革方案的出臺必將對物理課程教學(xué)帶來重大的影響.在新的模式下,課程多元化、教學(xué)方式多樣化、物理專用教室、走班制等從理論走向?qū)嵺`,這一切都要求中學(xué)物理教師具有較強(qiáng)的課程領(lǐng)導(dǎo)力,需要深入研究并解決新的中高考背景下物理教學(xué)的實(shí)踐問題.

    我們身處一個(gè)價(jià)值多元的時(shí)代,各種物理教育理論逐漸走向?qū)嵺`,并且不斷吸收外國的先進(jìn)教育思想,基于我國的教育現(xiàn)狀,取其精華,為我國物理教育所用.所以我們物理教育研究者應(yīng)該把握研究趨勢,把理論與實(shí)踐結(jié)合起來,為中國的物理教育事業(yè)添磚加瓦.

    4 結(jié)論與思考

    本研究通過citespace軟件,對CNKI數(shù)據(jù)庫中的2000~2017年有關(guān)中學(xué)物理教育的文獻(xiàn)生成的圖譜及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了不同層次的分析和可視化研究,并結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)閱讀分析得出以下幾個(gè)重要結(jié)論: ① 中學(xué)物理教育具有重要的研究價(jià)值,教育研究成果數(shù)量呈現(xiàn)日益發(fā)展的上升趨勢.② 參與中學(xué)物理教育研究的機(jī)構(gòu)較多,研究者的隊(duì)伍也在不斷壯大,在物理教育研究領(lǐng)域中的領(lǐng)軍隊(duì)伍多集中出現(xiàn).但是研究機(jī)構(gòu)之間各自為營,合作較少.在未來的物理教育研究中,我們需要加強(qiáng)研究者之間的交流與合作,機(jī)構(gòu)之間的信息共享,促進(jìn)物理教育研究的深、廣度發(fā)展.③ 中學(xué)物理教育的研究熱點(diǎn)為“物理核心概念”、“學(xué)習(xí)進(jìn)階”、“科學(xué)方法教育”等方面.關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對密集,密度適中,在未來的研究中還需要物理教育研究者保持對研究主題、研究內(nèi)容和研究方向的深度開發(fā),提高自身對物理教育新方向的敏感度,抓住核心問題.④ 我國中學(xué)物理教育的研究趨勢體現(xiàn)在“核心素養(yǎng)”、“中高考改革”、“現(xiàn)代教育技術(shù)”、“創(chuàng)客理念”等方面,反映出我國的物理教育研究跟著時(shí)代發(fā)展,跟著課程新課標(biāo)不斷研究深入和進(jìn)步,在以后的研究中還需要借助新技術(shù)開拓新的研究方向,開展跨多機(jī)構(gòu)、多學(xué)科、多領(lǐng)域的合作研究.

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