國(guó)際科學(xué)教育坐標(biāo)中的我國(guó)中學(xué)物理教育研究：基于文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的國(guó)際比較研究

李婷婷　王晶瑩　田雪葳

摘 要：文章基于知識(shí)圖譜可視化的方法，對(duì)國(guó)內(nèi)外中學(xué)物理相關(guān)研究文獻(xiàn)進(jìn)行分析，得出了兩點(diǎn)發(fā)現(xiàn)。第一，1993-2017年，我國(guó)中學(xué)物理發(fā)文量總體呈上升趨勢(shì)，近幾年比較穩(wěn)定，形成了權(quán)威學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)研究中學(xué)物理的潮流。第二，國(guó)內(nèi)外中學(xué)物理教育研究在研究范圍、研究主題、研究方法等方面存在很大的差異，具體表現(xiàn)為三點(diǎn)：一是國(guó)內(nèi)中學(xué)物理研究范圍比較窄，而國(guó)際中學(xué)物理研究非常廣泛；二是在研究主題方面，國(guó)際上對(duì)教師、學(xué)生、物理學(xué)科、教學(xué)理論、學(xué)習(xí)工具、物理學(xué)科融合等進(jìn)行了較為深入的研究，而我國(guó)側(cè)重于物理課程標(biāo)準(zhǔn)、教材、教學(xué)規(guī)律等政策性文本解讀和教育理論層面的研究；三是在研究方法方面，我國(guó)側(cè)重于行動(dòng)研究和思辨研究，而國(guó)際上進(jìn)行了較多具體探究課堂環(huán)境改進(jìn)的實(shí)證研究，并開展了為期較長(zhǎng)的縱向研究。

關(guān)鍵詞：中學(xué)物理；可視化；科學(xué)教育；國(guó)際比較

一、數(shù)據(jù)來源與研究方法

物理課程作為自然科學(xué)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)課程，可以為學(xué)生奠定終身發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)。我國(guó)新高考改革出現(xiàn)的物理選考“危機(jī)”，引起了社會(huì)各界人士的廣泛關(guān)注，進(jìn)而引發(fā)對(duì)我國(guó)公民科學(xué)素養(yǎng)的擔(dān)憂。物理作為我國(guó)科學(xué)教育中的重要學(xué)科，其教育研究進(jìn)展和狀況直接影響中小學(xué)一線教學(xué)[1]。我國(guó)學(xué)科教學(xué)論有著悠久的發(fā)展歷史，并且在理論與實(shí)踐層面積累了很多優(yōu)良傳統(tǒng)與經(jīng)驗(yàn)。而在世界坐標(biāo)中，我國(guó)中學(xué)物理教育研究現(xiàn)狀也值得探究，本文通過文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法探討該問題。本文以中文社會(huì)科學(xué)引文索引（CSSCI）和北大核心期刊為信息源，按“篇名=中學(xué)物理/初中物理/高中物理”檢索了1992-2017年516篇文獻(xiàn)，對(duì)包括關(guān)鍵詞、作者、研究機(jī)構(gòu)、來源出版刊物、參考文獻(xiàn)等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；又以Web of Science（WOS）為信息源，按“標(biāo)題=secondary school/middle school/high school/K-12 + physics”檢索出421篇社會(huì)科學(xué)引文索引（SSCI）文獻(xiàn)，對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類分析。管窺國(guó)內(nèi)外中學(xué)物理教育研究的演進(jìn)脈絡(luò)與聚焦主題，希冀對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)中學(xué)物理研究提供一定借鑒。

二、我國(guó)中學(xué)物理教育研究基本狀況

通過統(tǒng)計(jì)分析1992-2017年25年內(nèi)中學(xué)物理教育研究發(fā)文量和期刊分布情況，得到中學(xué)物理教育研究的既有狀況（見圖1）。從發(fā)文總量來看，國(guó)內(nèi)關(guān)于中學(xué)物理的研究呈現(xiàn)以下趨勢(shì)。1992-1999年，中學(xué)物理發(fā)文量前期不太穩(wěn)定，在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，后期較為平穩(wěn)，1993年出現(xiàn)了第一個(gè)高峰期，1992年《九年義務(wù)教育全日制初級(jí)中學(xué)物理教學(xué)大綱》審核通過并正式頒布，政策的出臺(tái)，必然性地推動(dòng)各地教育的改革，廣大學(xué)者們將中學(xué)物理納入重點(diǎn)研究之列，發(fā)文量增多。進(jìn)入21世紀(jì)后，發(fā)文量迅速上升，2000年和2010年出現(xiàn)兩個(gè)高峰，教育部于2001年和2011年分別正式頒布《全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》和《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》，二者都重視對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，提倡學(xué)習(xí)方式多樣化，其中2011年《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確列出學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)，突出課程的基礎(chǔ)性、時(shí)代性和應(yīng)用性，更加側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的正確價(jià)值觀及科學(xué)發(fā)展觀，政策落實(shí)與實(shí)施再次引起學(xué)者的關(guān)注與思考，2011年后發(fā)文量又呈上升趨勢(shì)[2]，2012年后趨于穩(wěn)定。年度發(fā)文量受多方面的影響，政策、問題和改革等對(duì)其影響尤其大，政策的出臺(tái)、國(guó)際比較、教育改革、時(shí)代的發(fā)展和現(xiàn)實(shí)問題，如新高考物理選考“危機(jī)”等都會(huì)對(duì)研究產(chǎn)生一定影響。從發(fā)文期刊來看：《教學(xué)與管理》《課程·教材·教法》發(fā)文量較高，占總發(fā)文量的37.97%；《中國(guó)電化教育》《課程·教材·教法》《教育學(xué)報(bào)》的影響因子位居前3（見表1）。

對(duì)發(fā)文作者所屬機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)分析可以看出，發(fā)文量前5位分別是北京師范大學(xué)物理系、首都師范大學(xué)物理系、人民教育出版社物理室、河南師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院、西南大學(xué)科學(xué)教育研究中心（見表2）。

三、我國(guó)中學(xué)物理教育研究熱點(diǎn)

關(guān)鍵詞共現(xiàn)的時(shí)區(qū)圖能夠清晰地從時(shí)間維度上展示出知識(shí)的演進(jìn)過程和相互影響，圖中的節(jié)點(diǎn)代表關(guān)鍵詞，關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次越多，節(jié)點(diǎn)越大；節(jié)點(diǎn)之間的連線則表示共現(xiàn)關(guān)系，連線越粗共現(xiàn)強(qiáng)度越大。由圖2可以看出，1992年和1993年節(jié)點(diǎn)較多，國(guó)內(nèi)研究主題范圍廣，對(duì)教師、教材、教具和學(xué)科知識(shí)點(diǎn)都有關(guān)注；節(jié)點(diǎn)之間的連線較粗，共現(xiàn)性較強(qiáng)，這一時(shí)期爆發(fā)出大量的高頻關(guān)鍵詞，研究熱點(diǎn)主要聚焦于高中物理、高中物理教學(xué)、初中物理、中學(xué)物理教師、物理課、物理學(xué)史、物理現(xiàn)象、變速直線運(yùn)動(dòng)、大氣壓強(qiáng)、高中物理教材、習(xí)題課、教學(xué)內(nèi)容、大綱要求、教學(xué)質(zhì)量、自制教具、中學(xué)物理、教學(xué)效果、概念教學(xué)等。1994-1999年的研究主題與以往的研究承接性較強(qiáng)，也顯示出了不同的研究熱點(diǎn)，主要有力的分解、透鏡成像、知識(shí)的理解、思維能力、物理等。2000-2010年的研究主題與以往相比有所繼承又有一定的突破，開始重視新的教學(xué)方法和探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)，關(guān)注物理教學(xué)對(duì)學(xué)生情感態(tài)度價(jià)值觀的培養(yǎng)等。具體而言，2000年的研究熱點(diǎn)是物理教師、實(shí)驗(yàn)器材、思維過程、課堂教學(xué)等；2001年的研究主題主要聚焦于初中物理教學(xué)、問題解決、物理基礎(chǔ)知識(shí)、教學(xué)過程等；2002年的研究重點(diǎn)是初中物理教學(xué)、物理實(shí)驗(yàn)、探究過程等；2003年的研究主題主要聚焦于物理規(guī)律、物理學(xué)科、物理課程等；2004年的研究主題略有轉(zhuǎn)變，在教學(xué)理論層面取得了一定的成果，主要聚焦于物理學(xué)習(xí)、物理情景、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、情感態(tài)度、物理課程、教學(xué)模式等；2005年的研究重點(diǎn)是物理學(xué)習(xí)、教學(xué)模式等；2006年的研究主要聚焦于中學(xué)物理教學(xué)、教學(xué)策略等；2007年主要聚焦于物理教學(xué)、自主學(xué)習(xí)等；2008年研究熱點(diǎn)主要聚焦于認(rèn)知結(jié)構(gòu)等；2009年的研究主題主要聚焦于牛頓第一定律、科學(xué)探究能力、物理課程標(biāo)準(zhǔn)等；2010年的研究熱點(diǎn)是電磁感應(yīng)現(xiàn)象、課程標(biāo)準(zhǔn)等。2011年之后關(guān)鍵詞在共現(xiàn)時(shí)區(qū)圖上顯示不多或者有些年份沒有顯示出來，出現(xiàn)的像新課程、物理課堂教學(xué)、新課程改革、物理教材等關(guān)鍵詞在25年里多次出現(xiàn)。

由上述分析可以看出，國(guó)內(nèi)對(duì)中學(xué)物理教育的研究主要聚焦于物理教學(xué)、物理課程、物理教材、物理實(shí)驗(yàn)、物理規(guī)律、物理課程標(biāo)準(zhǔn)、物理教學(xué)策略等，而對(duì)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和學(xué)習(xí)策略、學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)心理依據(jù)、常見問題以及中學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣點(diǎn)僅有個(gè)別年份有所涉及。另外，僅在1992年和2000年的關(guān)鍵詞中出現(xiàn)了物理教師，不難看出學(xué)者對(duì)中學(xué)物理的研究在中學(xué)物理教師的專業(yè)發(fā)展情況、中學(xué)物理教師結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及新課程下物理教師的教育思想、教學(xué)觀念、教育行為等方面鮮有涉及。物理教師是教育實(shí)踐活動(dòng)的重要組成部分，學(xué)生是教育實(shí)踐活動(dòng)的對(duì)象，國(guó)內(nèi)中學(xué)物理研究不夠重視教師及學(xué)生，重心聚焦于課程、教學(xué)、教材等，這種局勢(shì)有待改善。

四、國(guó)際中學(xué)物理教育的研究熱點(diǎn)

基于國(guó)內(nèi)的研究熱點(diǎn)，我們用同樣方法對(duì)2000- 2017年的421篇文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類分析，以揭示國(guó)際中學(xué)物理研究的前沿?zé)狳c(diǎn)和發(fā)展規(guī)律。由圖3可以看出，當(dāng)前國(guó)際中學(xué)物理研究的前沿?zé)狳c(diǎn)問題主要聚焦于以下15個(gè)方面。第一，學(xué)生自我定義能力，涉及個(gè)人認(rèn)識(shí)論、自主學(xué)習(xí)、認(rèn)識(shí)論信仰、自我評(píng)估能力、學(xué)習(xí)內(nèi)在動(dòng)機(jī)、學(xué)生發(fā)展規(guī)律、學(xué)生推理能力、問題解決能力等主題的研究。第二，職業(yè)選擇，重點(diǎn)研究中學(xué)物理成就和數(shù)學(xué)成就、學(xué)習(xí)物理的動(dòng)機(jī)與職業(yè)選擇的關(guān)系，研究?jī)?nèi)容涉及科學(xué)職業(yè)選擇、青少年物理教育、科學(xué)教育等主題。第三，實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)，涉及數(shù)據(jù)采集、個(gè)性化教學(xué)、傳感器、虛擬實(shí)驗(yàn)、智能輔助系統(tǒng)、俠義相對(duì)論教育軟件等多個(gè)主題。第四，元分析。第五，學(xué)生成就，圍繞學(xué)習(xí)結(jié)果、優(yōu)勢(shì)與不足、學(xué)習(xí)表現(xiàn)和學(xué)習(xí)方式、有特殊能力的學(xué)生、學(xué)習(xí)態(tài)度、優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)等主題進(jìn)行研究。第六，交流，以元認(rèn)知技能和認(rèn)知能力為理論依據(jù)，涉及交互類型、互動(dòng)條件、遠(yuǎn)程教育、計(jì)算機(jī)媒介溝通、網(wǎng)上討論、合作學(xué)習(xí)等研究主題。第七，錯(cuò)誤概念，包括物理前概念、診斷工具等主題。第八，期望價(jià)值理論的研究，包括成就任務(wù)價(jià)值、動(dòng)機(jī)與參與、學(xué)位獲得等主題。第九，繪圖能力，圍繞線圖的解釋能力、圖表模式、使用圖表等主題進(jìn)行研究。第十，學(xué)習(xí)風(fēng)格，從左右腦半球展開研究，研究主題聚焦于批判思維、應(yīng)用公式、概念圖、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)表現(xiàn)等。十一，教師K-12教育研究，涉及過程問卷、改善課堂教學(xué)、科學(xué)教師、教師專業(yè)知識(shí)、職前教師、教師教學(xué)實(shí)踐、學(xué)生學(xué)習(xí)困難、學(xué)習(xí)物理的方法、學(xué)習(xí)物理的概念、鐘擺學(xué)習(xí)等主題。十二，電子游戲研究，關(guān)注游戲在物理學(xué)習(xí)中的作用，研究?jī)?nèi)容涉及計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、超媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境、觸覺、電子學(xué)習(xí)等主題。十三，進(jìn)行跨學(xué)科研究，研究熱點(diǎn)聚焦于物理和技術(shù)、物理和工程、物理和科學(xué)、物理和生活等。十四，對(duì)高中教育的研究。十五，對(duì)初中教育的研究，圍繞教學(xué)策略、物理教科書、教學(xué)大綱、教學(xué)評(píng)價(jià)、教育學(xué)理論、形成性評(píng)價(jià)、課程改革等主題進(jìn)行了較為全面的研究，并且開展了縱向跟蹤實(shí)驗(yàn)探究。

五、中學(xué)物理教育研究的國(guó)際比較

通過國(guó)內(nèi)外中學(xué)物理教育的文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)研究，筆者發(fā)現(xiàn)在研究范圍、研究主題、研究方法等方面存在很大的差異。具體表現(xiàn)為以下5點(diǎn)。

第一，國(guó)內(nèi)中學(xué)物理研究范圍比較窄，而國(guó)際研究領(lǐng)域非常廣泛。在2011年之后，國(guó)內(nèi)可視化時(shí)區(qū)圖基本沒有新的關(guān)鍵詞出現(xiàn)，這說明近年來國(guó)內(nèi)中學(xué)物理研究較少開拓新的研究領(lǐng)域。1992-2017年，我國(guó)中學(xué)物理研究主題聚焦于課程、教材、教學(xué)策略、教學(xué)效果、物理規(guī)律、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等，對(duì)于教師、學(xué)生、學(xué)校，還有物理學(xué)科的關(guān)注較少。相比之下，國(guó)外對(duì)中學(xué)物理研究的范圍相對(duì)較廣，開展了為期較長(zhǎng)的縱向研究，研究主題與研究熱點(diǎn)總體歸結(jié)為學(xué)生、教師、物理學(xué)科、中學(xué)物理、學(xué)習(xí)工具、教育理論、物理跨學(xué)科研究七類。

第二，國(guó)際中學(xué)物理教育研究對(duì)學(xué)生群體的關(guān)注度較高，而國(guó)內(nèi)側(cè)重教師教學(xué)。國(guó)際上對(duì)學(xué)生群體的關(guān)注表現(xiàn)在學(xué)生性別、職業(yè)選擇、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)心理、學(xué)習(xí)成就、學(xué)習(xí)風(fēng)格、同伴交流等主題，而這些并未成為我國(guó)中學(xué)物理教育研究的重點(diǎn)。

第三，國(guó)際中學(xué)物理關(guān)注學(xué)習(xí)環(huán)境的構(gòu)建，聚焦于游戲、多媒體技術(shù)輔助教學(xué)和學(xué)習(xí)，涉及多媒體/超媒體系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等主題，而我國(guó)較為關(guān)注諸如物理課程標(biāo)準(zhǔn)等政策性文本的解讀和分析，少有具體探究課堂環(huán)境改進(jìn)的實(shí)證研究。

第四，國(guó)際中學(xué)物理教育研究關(guān)注物理跨學(xué)科研究，包括物理和技術(shù)、物理和生活、物理和科學(xué)、物理和STEM管道理論等主題，而我國(guó)中學(xué)物理教育研究較為單一，往往僅關(guān)注學(xué)科本身的教學(xué)方式、具體章節(jié)的教學(xué)以及教學(xué)效果等。

第五，國(guó)際中學(xué)物理教育研究較為關(guān)注教師的專業(yè)發(fā)展，研究主題包括K-12教育、教師觀念、教師信念、教師培訓(xùn)、過程問卷等，而我國(guó)則更多地從教師備課和課堂教學(xué)方面來研究教師具體的物理教學(xué)方法和內(nèi)容。

注釋：

①圖中英文釋義：students為學(xué)生，knowledge為知識(shí)，science為科學(xué)，achievement為成就，science-education為科學(xué)教育，physics為物理，introduction為教導(dǎo)，physics education 為物理教育，education為教育。

參考文獻(xiàn)：

[1]王晶瑩.關(guān)注STEM職業(yè)期望的青少年科學(xué)素質(zhì)教育：基于PISSA 2015和NARST 2017的反思[J].科學(xué)與社會(huì)，2017（3）：33-42.

[2]馮爽.《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（ 2011 年版）》修訂釋疑[J].北京教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2012（2）：1-4.

編輯 朱婷婷 校對(duì) 許方舟