基于CiteSpace的化學(xué)科學(xué)探究研究可視化分析

吳曉紅 康志寧 馬英

摘要： 運(yùn)用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的方法，以新課改后中國學(xué)術(shù)期刊出版總庫（CNKI總庫）中有關(guān)科學(xué)探究研究的文獻(xiàn)為研究對象，對科學(xué)探究研究領(lǐng)域的發(fā)文量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，并利用CiteSpace可視化文獻(xiàn)分析工具，從關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和研究前沿時序等方面繪制知識圖譜并進(jìn)行可視化分析。以客觀數(shù)據(jù)和圖譜為依據(jù)，對化學(xué)科學(xué)探究研究的現(xiàn)狀、熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢進(jìn)行分析、總結(jié)和反思，以期為化學(xué)科學(xué)探究的后續(xù)研究提供參考。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)探究研究； CiteSpace； 知識圖譜； 可視化

文章編號： 10056629（2018）9002304 中圖分類號： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1 引言

教育部于2001年頒布了《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》，開始施行新一輪的基礎(chǔ)教育課程改革，在課程目標(biāo)中明確提出了要改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，針對教材開發(fā)與管理、教師教學(xué)過程等提出了新的要求，尤其提出了要倡導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、實(shí)踐探究，培養(yǎng)學(xué)生主動獲取知識、解決問題及合作交流的能力。伴隨著課改推進(jìn)，《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（以下簡稱“2011年版”）中明確提出“科學(xué)探究是一種重要而有效的學(xué)習(xí)方式”，“義務(wù)教育階段化學(xué)課程中的科學(xué)探究，是學(xué)生積極主動地獲取化學(xué)知識、認(rèn)識和解決化學(xué)問題的重要實(shí)踐活動”。同樣在最新發(fā)布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中將“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”列為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的五個素養(yǎng)之一[1]。

利用CiteSpace III提供的科學(xué)知識圖譜可視化分析技術(shù)，對新課改以來中國學(xué)術(shù)期刊出版總庫（CNKI總庫）中發(fā)表的有關(guān)化學(xué)科學(xué)探究的重要文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量分析，力求通過知識圖譜的形式展現(xiàn)化學(xué)科學(xué)探究研究的現(xiàn)狀、熱點(diǎn)及發(fā)展趨勢等問題，以期為后續(xù)研究提供參考。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)源自中國學(xué)術(shù)期刊出版總庫（CNKI總庫），檢索主題詞： 化學(xué)，關(guān)鍵詞： 科學(xué)探究，數(shù)據(jù)來源類別： 期刊論文、碩博論文、會議論文等，來源時間： 2001.6—2017.6，檢索條件： 精確。對有關(guān)化學(xué)科學(xué)探究主題的論文進(jìn)行高級文獻(xiàn)檢索，刪去部分不符合要求的文獻(xiàn)，獲得自新課改以來發(fā)表有關(guān)科學(xué)探究的有效文獻(xiàn)共1010篇。本文還針對主題詞或關(guān)鍵詞中的近義詞、泛義詞進(jìn)行合并刪除，以防其影響分析結(jié)果[2]。

2.2 研究方法

本研究運(yùn)用計(jì)量學(xué)的方法，與早些年曾兵芳對《化學(xué)教學(xué)》和《中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考》中1996—2005年十年內(nèi)有關(guān)科學(xué)探究的文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析中用到的文獻(xiàn)研究方法稍有不同[3，4]，本文特點(diǎn)是采用逐漸興起的計(jì)算機(jī)輔助文獻(xiàn)信息計(jì)量分析法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，通過繪制科學(xué)圖譜來展示化學(xué)科學(xué)探究研究自新課改以來（2001—2017年）的發(fā)展歷程、研究熱點(diǎn)與前沿趨勢，用到的文獻(xiàn)分析工具是文獻(xiàn)計(jì)量工具（CiteSpace）軟件。

CiteSpace信息可視化軟件自引入到國內(nèi)后，就廣泛用于基于知識圖譜的研究前沿與研究熱點(diǎn)分析、關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析、科學(xué)知識圖譜與引文分析學(xué)等[5]。

3 結(jié)果分析

3.1 文獻(xiàn)年發(fā)文量分析

圖1給出的是2001年至2017年期間各年關(guān)于科學(xué)探究研究的發(fā)文數(shù)量及發(fā)文趨勢，從圖中可以看出科學(xué)探究研究的發(fā)文數(shù)量經(jīng)歷了“快速增加—波動—下降”3個階段。

2001年，教育部又印發(fā)了《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》（以下簡稱“實(shí)驗(yàn)稿”），在實(shí)驗(yàn)稿中確立了“化學(xué)課程改革的重點(diǎn)： 以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為主旨；重視科學(xué)、技術(shù)與社會的相互聯(lián)系；倡導(dǎo)以科學(xué)探究為主的多樣化的學(xué)習(xí)方式”，另一方面強(qiáng)調(diào)了“科學(xué)探究是一種重要而有效的學(xué)習(xí)方式”。因此自2001年起關(guān)于化學(xué)科學(xué)探究研究的發(fā)文量迅速上升，伴隨著新課改的推進(jìn)，教育部組織專家對實(shí)驗(yàn)稿進(jìn)行了修訂，形成沿用至今的2011年版的義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)，在新的課程標(biāo)準(zhǔn)中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了科學(xué)探究在化學(xué)課程改革中的重要性。從發(fā)文量上看，2011年之后關(guān)于化學(xué)科學(xué)探究的研究熱度依舊平穩(wěn)增長，且在2013年時年發(fā)文量達(dá)到最大值。

但是自2014年之后，科學(xué)探究研究的發(fā)文數(shù)量突然呈下降趨勢，筆者分析這主要是因?yàn)榛A(chǔ)教育課程改革進(jìn)入了新的階段，也是《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010～2020年）》（簡稱《綱要》）落實(shí)的最后階段。除此之外，教育部在2014年3月30日印發(fā)了《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》對教育行政部門和各級各類學(xué)校提出了新的要求，那就是要發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，改進(jìn)學(xué)科教學(xué)的育人功能。尤其在2016年9月中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究成果正式發(fā)布后，教育的流行語排行榜中“核心素養(yǎng)”一直位列其中，也從一定程度上體現(xiàn)了研究的熱度與教育部文件導(dǎo)向的關(guān)系。

3.2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)的研究熱點(diǎn)分析

在計(jì)量學(xué)中通過對某一領(lǐng)域文獻(xiàn)的高頻關(guān)鍵詞統(tǒng)計(jì)分析可以確定該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[6]。本研究使用CiteSpace III4.0.R5.SE，以關(guān)鍵詞為節(jié)點(diǎn)，時間分區(qū)為1年，閥值為Top50perslice，采用最小生成樹算法，繪制高頻關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，即科學(xué)探究研究熱點(diǎn)知識圖譜，結(jié)果如圖2所示。

圖中各個圓代表節(jié)點(diǎn)，共有關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)374個，節(jié)點(diǎn)間的連線代表關(guān)鍵詞的關(guān)聯(lián)，共有連線1291條。節(jié)點(diǎn)的大小表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻數(shù)多少，圓越大表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次越多，也說明該領(lǐng)域備受學(xué)者關(guān)注，且研究較為成熟。由關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜可知，科學(xué)探究研究領(lǐng)域的相關(guān)熱點(diǎn)關(guān)鍵詞包括： 科學(xué)探究、化學(xué)教學(xué)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、初中化學(xué)、分科教學(xué)法、科學(xué)素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、高中化學(xué)、新課程、探究活動等。

根據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜可以分析出哪些關(guān)鍵詞在共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖中表現(xiàn)出較高的中心度，哪些關(guān)鍵詞表現(xiàn)出較低的中心度。不難發(fā)現(xiàn)2001年至2017年新課改實(shí)施的這十多年間，學(xué)者們針對科學(xué)探究的研究較為關(guān)注的是科學(xué)探究、化學(xué)教學(xué)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、初中化學(xué)和分科教學(xué)法等較為基礎(chǔ)的領(lǐng)域，這與當(dāng)時基礎(chǔ)教育課程的目標(biāo)息息相關(guān)。除此之外，在2011年版的義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中提出化學(xué)課程中的科學(xué)探究是要求教師幫助學(xué)生“增進(jìn)對科學(xué)探究的理解”“發(fā)展科學(xué)探究能力”“學(xué)習(xí)基本的實(shí)驗(yàn)技能”和“完成基礎(chǔ)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)”，由此可見義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)對科學(xué)探究的內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)的這四個方面要求也是比較基礎(chǔ)的。

但是，近幾年基礎(chǔ)教育課程改革進(jìn)入了新的階段，同時也是《綱要》落實(shí)的最后階段，關(guān)于化學(xué)學(xué)科科學(xué)探究的研究也應(yīng)該緊跟新課改、新時代的步伐，向著更深層次發(fā)展，2016年中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究成果的發(fā)布對新的社會背景下的人才培養(yǎng)提出了新的要求，與此同時黨和國家也呼吁要培養(yǎng)創(chuàng)新人才。然而，根據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜不難發(fā)現(xiàn)“科學(xué)素養(yǎng)”、“創(chuàng)新能力”和“自主學(xué)習(xí)”等關(guān)鍵詞表現(xiàn)出了較低的中心度，所以我們應(yīng)該緊跟化學(xué)教育新時代發(fā)展的步伐，聚焦“核心素養(yǎng)”、“創(chuàng)新能力”、“數(shù)字化實(shí)驗(yàn)”和“STEM”等前沿領(lǐng)域。

通過以上各方面的分析，可以看出有關(guān)化學(xué)科學(xué)探究的研究正在向著多元化、深層化的研究方向發(fā)展?？v觀新課改以來的十余年，我國的化學(xué)教育研究與教學(xué)一直保持著緊密的結(jié)合。許多優(yōu)秀的化學(xué)教育專家、教研員和教師植根于教學(xué)實(shí)踐研究，在借鑒外國學(xué)科教育的經(jīng)驗(yàn)和方法的同時積累了大量的本土化、原創(chuàng)性的研究成果，針對我國化學(xué)教育實(shí)踐中存在的各種各樣的問題，開展了多方面、多層次的深入研究，如圍繞新課改提倡的科學(xué)探究和探究式教學(xué)的研究，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展的教學(xué)模式研究，針對化學(xué)教育測量與評價的研究，化學(xué)教育與信息技術(shù)整合的研究，化學(xué)教學(xué)技能的研究，化學(xué)史與化學(xué)史教育等。當(dāng)然在這樣的一個大背景下，圍繞化學(xué)科學(xué)探究的研究也經(jīng)歷了觀念層面、思想方法層面及操作技能層面等多維度、多層面的發(fā)展過程。

3.3 研究前沿關(guān)鍵詞時序圖譜

在圖2的基礎(chǔ)上，利用CiteSpaceIII分析科學(xué)探究研究領(lǐng)域文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞在不同時間出現(xiàn)的情況，設(shè)置每個時間片，按時間片關(guān)鍵詞TopN=50， TopN%=20%，統(tǒng)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)研究前沿關(guān)鍵詞時序圖譜如圖3所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在2003年《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿）》發(fā)布前后，關(guān)于科學(xué)探究研究熱點(diǎn)主要集中在“科學(xué)探究”、“化學(xué)教學(xué)”、“實(shí)驗(yàn)探究”和“探究活動”等。而在2011年《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)布之前，關(guān)于科學(xué)探究的研究熱點(diǎn)主要集中在“探究能力”、“探究教學(xué)”和“探究思維”等。在此之后關(guān)于“科學(xué)本質(zhì)觀”、“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”、“化學(xué)素養(yǎng)”、“核心素養(yǎng)”、“手持技術(shù)”和“數(shù)字化實(shí)驗(yàn)”等是近幾年該領(lǐng)域?qū)W者們較為關(guān)注的話題。換句話說，隨著化學(xué)課程與教學(xué)改革的推進(jìn)，具有交互式、共享性、實(shí)時性和虛擬性等新特性的現(xiàn)代教學(xué)媒體的研發(fā)和推廣速度也日益加快，而且在此過程中也越來越注重學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展，早在國際科學(xué)教育改革之初，其出發(fā)點(diǎn)就在于培養(yǎng)現(xiàn)代社會所需要的有科學(xué)素養(yǎng)的公民。

可見，從2001年新課改開始實(shí)施以來，有關(guān)化學(xué)科學(xué)探究的研究大致可以分為從關(guān)注科學(xué)探究過程，到關(guān)注科學(xué)探究能力，最后到關(guān)注信息化的幾個階段。研究內(nèi)容涵蓋了化學(xué)課程與教學(xué)論的各個分支領(lǐng)域，研究對象包含了課程、課堂、學(xué)生、教師、教材、試題，研究視角從哲學(xué)到化學(xué)、心理、技術(shù)，研究方法從定性到定量，呈現(xiàn)出多元化和多樣化的研究趨勢，拓寬了化學(xué)科學(xué)探究研究的視野和范圍，為我國化學(xué)教育理論與教學(xué)實(shí)踐提供了研究基礎(chǔ)和方法論指導(dǎo)。

上述分析可以幫助教育管理部門、教育專家、教研人員和一線教師等更便捷地查閱、收集那些對該領(lǐng)域的研究較為成熟的文獻(xiàn)，確定具有針對性的研究方向，或是制定相關(guān)理論在實(shí)踐中的實(shí)施方案，及時了解、捕捉該領(lǐng)域的前沿動態(tài)，提高科學(xué)探究研究信息服務(wù)的時效性。

4 結(jié)論

筆者利用CiteSpace信息可視化軟件，對新課改實(shí)施以來有關(guān)科學(xué)探究的文獻(xiàn)進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論和反思：

第一，通過文獻(xiàn)年發(fā)文量分析，自2001年新課改實(shí)施以來，各級各類學(xué)校及教研室以教育部文件為導(dǎo)向，積極加入新課改的隊(duì)伍中，對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力做出了重大貢獻(xiàn)，無論是理論方面還是實(shí)踐方面均取得了重大的成果。

第二，通過關(guān)鍵詞共現(xiàn)的研究熱點(diǎn)分析，闡述了有關(guān)化學(xué)科學(xué)探究的研究經(jīng)歷了從關(guān)注過程，到關(guān)注能力，最后到關(guān)注信息化的幾個階段。另外，在新的教育背景下，關(guān)于化學(xué)科學(xué)探究的研究應(yīng)該從較為基礎(chǔ)的研究領(lǐng)域向著具有化學(xué)教育新時代特征的領(lǐng)域發(fā)展。就目前，隨著《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的發(fā)布，立足于發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的科學(xué)探究能力及其培養(yǎng)的研究和實(shí)踐有待加強(qiáng)，結(jié)合學(xué)生年齡特點(diǎn)和學(xué)科特征的中學(xué)化學(xué)科學(xué)探究學(xué)習(xí)評價模式有待落實(shí)。

第三，通過研究前沿關(guān)鍵詞時序圖譜分析，可以發(fā)現(xiàn)不同時期教育背景下科學(xué)探究研究的熱點(diǎn)，例如，隨著化學(xué)課程與教學(xué)改革的推進(jìn)，諸如“科學(xué)本質(zhì)觀”、“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)”、“化學(xué)素養(yǎng)”、“核心素養(yǎng)”、“手持技術(shù)”和“數(shù)字化實(shí)驗(yàn)”等成為了科學(xué)探究最新的研究領(lǐng)域。另外無論哪一個階段的研究，都在強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究不僅是教師教學(xué)的一種方式，還是學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容和目標(biāo)，在中學(xué)化學(xué)課程中實(shí)施科學(xué)探究，不僅能幫助學(xué)生理解化學(xué)知識，增強(qiáng)對科學(xué)本質(zhì)的理解，還可以有效的培養(yǎng)中學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，樹立科學(xué)的價值觀，從而提高中學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)水平和終身學(xué)習(xí)能力。

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