化學(xué)迷思概念研究熱點(diǎn)與趨勢
——基于CiteSpace知識(shí)圖譜分析

常 令，關(guān) 明

(新疆師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，新疆烏魯木齊，830054)

一、研究背景

迷思概念由我國臺(tái)灣學(xué)者對(duì)“misconception”英文單詞的前綴“mis”音譯和“conception”意譯翻譯而來。它是指學(xué)生在某一特定學(xué)科中對(duì)某事件、現(xiàn)象所持有的一些有別于目前科學(xué)家所公認(rèn)的想法或概念。[1]結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，化學(xué)迷思概念是指學(xué)生在開始新的化學(xué)學(xué)習(xí)之前，在已有知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)化學(xué)現(xiàn)象、過程和規(guī)律進(jìn)行自我建構(gòu)所形成的與科學(xué)界達(dá)成的共識(shí)存在偏差，可能不夠完備但并非完全錯(cuò)誤的概念，或者是學(xué)生在做化學(xué)題、利用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題時(shí)容易出現(xiàn)概念理解錯(cuò)誤、新舊概念混淆的情況。此外，化學(xué)迷思概念中的概念不僅僅是狹義的化學(xué)概念，它還包括具有高度抽象性的化學(xué)概念性知識(shí)及化學(xué)理論性知識(shí)等。迷思概念作為科學(xué)概念形成的原初狀態(tài)，既是課堂教學(xué)的“生長點(diǎn)”，也是新舊知識(shí)間建構(gòu)的橋梁，其存在可能會(huì)妨礙學(xué)生對(duì)新知識(shí)的理解或與所學(xué)新知識(shí)結(jié)合生成新的迷思概念。[2]在教學(xué)過程中教師如果忽視這些迷思概念的形成將達(dá)不到預(yù)期的教學(xué)效果且不利于學(xué)生進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)。教師通過探查學(xué)生頭腦中的迷思概念，充分了解學(xué)生已有概念之后進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)以及開展教學(xué)將能顯著提高化學(xué)教學(xué)的有效性和針對(duì)性，幫助學(xué)生有效轉(zhuǎn)變迷思概念，實(shí)現(xiàn)迷思概念的解構(gòu)和科學(xué)的化學(xué)概念體系的建立，最終形成和發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。本研究將從文獻(xiàn)分析的角度研究CNKI數(shù)據(jù)庫中迷思概念的研究現(xiàn)狀、發(fā)展歷程以及未來的研究趨勢，結(jié)合CiteSpace的數(shù)據(jù)結(jié)果并研讀以往化學(xué)迷思概念領(lǐng)域的核心期刊文獻(xiàn)深入分析化學(xué)迷思概念研究的熱點(diǎn)與趨勢，以期為化學(xué)教育工作者開展化學(xué)迷思概念的相關(guān)研究提供借鑒。

二、數(shù)據(jù)來源和方法

(一)數(shù)據(jù)來源

本研究選擇CNKI作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，選擇“高級(jí)檢索”中的“主題”檢索，檢索條件為“迷思概念”，詞頻為“化學(xué)”，檢索時(shí)間為“2010年1月1日至2020年6月25日”，來源類別為“核心期刊”，共檢索得到35篇化學(xué)迷思概念相關(guān)文獻(xiàn)。

(二)研究工具

采用CiteSpace(5.0.R1)軟件繪制編程教育知識(shí)圖譜，從研究機(jī)構(gòu)來源、研究作者來源、合作情況和關(guān)鍵詞共現(xiàn)四個(gè)方面整體展現(xiàn)迷思概念研究現(xiàn)狀。

三、研究結(jié)果分析

(一)研究文獻(xiàn)發(fā)文量數(shù)據(jù)分析

化學(xué)迷思概念發(fā)文數(shù)量可以表示該領(lǐng)域受關(guān)注的程度。CNKI檢索結(jié)果表明，迷思概念相關(guān)文獻(xiàn)的年度發(fā)表量波動(dòng)幅度較大(圖1)：2010—2011年，文獻(xiàn)數(shù)量顯著上升，在2011年達(dá)到最高；2012—2018年，文獻(xiàn)在小范圍內(nèi)波動(dòng)；2019年文獻(xiàn)數(shù)量再次達(dá)到5篇，2020年已發(fā)表4篇?；瘜W(xué)迷思概念相關(guān)研究文獻(xiàn)從2018年開始逐年上升，表明最近幾年我國化學(xué)教育領(lǐng)域核心類期刊在持續(xù)關(guān)注迷思概念領(lǐng)域的研究。

圖1 研究文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量趨勢圖

(二)研究機(jī)構(gòu)

通過CiteSpace繪制研究機(jī)構(gòu)知識(shí)貢獻(xiàn)圖譜。(圖2)從總體分析，各研究機(jī)構(gòu)之間較為分散，合作程度不密切；從局部分析，陜西師范大學(xué)化工學(xué)院、寧波大學(xué)教師教育學(xué)院、廣東廣州市協(xié)和中學(xué)、北京師范大學(xué)四個(gè)機(jī)構(gòu)研究較為活躍。在迷思概念領(lǐng)域較為權(quán)威的機(jī)構(gòu)還有香港大學(xué)教育學(xué)院、華東師范大學(xué)化學(xué)系、華南師范大學(xué)化學(xué)教學(xué)與資源研究所等。

圖2 發(fā)文機(jī)構(gòu)共現(xiàn)知識(shí)圖譜

(三)研究作者

學(xué)科發(fā)展的方向和速度受學(xué)科領(lǐng)域核心作者的研究方向影響。根據(jù)賴普斯理論，核心作者的發(fā)文量應(yīng)滿足N=0.749(ηmax)1/2篇以上。其中，ηmax是研究領(lǐng)域內(nèi)發(fā)文最多作者的論文篇數(shù)，以此計(jì)算入選核心作者發(fā)文量的最低標(biāo)準(zhǔn)N。統(tǒng)計(jì)發(fā)表在期刊上的迷思概念論文篇數(shù)后發(fā)現(xiàn)，陜西師范大學(xué)的周青發(fā)文3篇，在發(fā)文量方面領(lǐng)先于其他作者。計(jì)算分析可得，核心作者的最低發(fā)文量N=1.297篇。從所有作者數(shù)據(jù)分析，發(fā)文量大于等于1.498篇的作者共有9人。由此看來，國內(nèi)研究迷思概念的學(xué)者比較少。通過CiteSpace對(duì)國內(nèi)研究迷思概念的作者進(jìn)一步分析，選擇作者為節(jié)點(diǎn)繪制研究作者分布圖(圖3)，對(duì)其分析后發(fā)現(xiàn)閆春更和周青在迷思概念研究領(lǐng)域發(fā)表文獻(xiàn)數(shù)目較多。孫可平主要聚焦迷思概念、認(rèn)知結(jié)構(gòu)、化學(xué)教材、教學(xué)設(shè)計(jì)與化學(xué)平衡等研究領(lǐng)域。從總體分析，研究迷思概念的學(xué)者之間合作較少；從局部分析，閆春更、周青、崔俊莉和魯春梅之間建立了緊密的合作關(guān)系。在迷思概念領(lǐng)域中具有重要影響力的學(xué)者還包括王存寬、鄧陽、王后雄、鄭長龍、徐志軍、麥裕華、錢揚(yáng)義等，其研究領(lǐng)域主要涵蓋化學(xué)鍵、化學(xué)概念、教師教育和教學(xué)策略等。

圖3 作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

(四)迷思概念關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞作為一篇文章的高度概括，可以反映文章的主旨。關(guān)鍵詞的頻次、中心度等信息可以作為判斷某研究方向在領(lǐng)域內(nèi)是否為研究熱點(diǎn)的依據(jù)，中心度體現(xiàn)關(guān)鍵詞在不同聚類之間的連接作用，當(dāng)前和未來的研究熱點(diǎn)可以參考關(guān)鍵詞與中心度來判斷。在CiteSpace中選擇節(jié)點(diǎn)類型為“關(guān)鍵詞”，繪制關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜(圖4)，共析出97個(gè)節(jié)點(diǎn)、230條邊，密度為0.0494。

圖4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

表1 關(guān)鍵詞頻次排名

表1為頻次排名前10位的關(guān)鍵詞。迷思概念出現(xiàn)24次，頻次最高；化學(xué)平衡出現(xiàn)8次，排名第二；概念轉(zhuǎn)變排名第三。這表明化學(xué)平衡和概念轉(zhuǎn)變相關(guān)的研究方向比較重要。另外，教學(xué)建議、教學(xué)策略、概念教學(xué)、化學(xué)鍵、高中化學(xué)等出現(xiàn)的頻次也較高，推斷學(xué)者也在關(guān)注這些關(guān)鍵詞所代表的研究方向。

(五)關(guān)鍵詞的突現(xiàn)詞分析

關(guān)鍵詞的突現(xiàn)詞分析可以得到各時(shí)間段的研究熱點(diǎn)。設(shè)置γ=0.3，Minimum Duration為1，獲得8個(gè)突現(xiàn)詞，分別是化學(xué)概念、勒夏特列原理、平衡移動(dòng)、化學(xué)平衡常數(shù)、知識(shí)不足、學(xué)習(xí)進(jìn)階、教學(xué)建議、三階試題，如圖5所示。

圖5 關(guān)鍵詞突顯詞圖譜

四、研究內(nèi)容總結(jié)與分析

為探究各個(gè)主題的關(guān)系，揭示主題聚類分布情況，在CiteSpace中選擇節(jié)點(diǎn)類型為“關(guān)鍵詞”，在關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜的基礎(chǔ)上進(jìn)行聚類分析，得出關(guān)鍵詞的聚類分析圖。本研究使用LLR算法進(jìn)行聚類，最終統(tǒng)計(jì)出8個(gè)主題，圖譜分析模塊Q=0.6954>0.4，表明劃分的關(guān)鍵詞具有顯著相關(guān)性，平均輪廓值S=0.9137>0.05，表明聚類分析具有較高信度，如圖6所示。

圖6 關(guān)鍵詞聚類的可視化圖譜

聚類1是手持技術(shù)。此類研究主要聚焦于離子反應(yīng)、科學(xué)教育等方面。陳世明等列舉勒夏特列原理使用中易產(chǎn)生的迷思概念并進(jìn)行深入分析，對(duì)質(zhì)疑勒夏特列原理的一些觀點(diǎn)提出不同看法，加深了對(duì)勒夏特列原理的理解。[3]孫影等以化學(xué)學(xué)科中核心概念，即化學(xué)家觀念(Perspectives of Chemists)為框架，運(yùn)用項(xiàng)目反應(yīng)理論進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)參照分析，描述和測量學(xué)生化學(xué)核心概念理解的發(fā)展進(jìn)階。ChemQuery評(píng)價(jià)系統(tǒng)修正本身就是化學(xué)學(xué)科理解的學(xué)習(xí)進(jìn)階開發(fā)過程，這一開發(fā)模式是科學(xué)教育中核心概念研究領(lǐng)域值得借鑒的模式和思路。[4]

聚類2是化學(xué)平衡。此類研究聚焦于高中生、理科班等方面。鄧陽等詳述了二段式測驗(yàn)題的類型、編制、施測和分析方法，并結(jié)合具體教學(xué)實(shí)例(化學(xué)平衡)討論如何利用二段式測驗(yàn)診斷高三化學(xué)復(fù)習(xí)中學(xué)生的迷思概念。[5]黎夢麗等從迷思概念的測查、成因分析以及教學(xué)策略研究三個(gè)方面梳理了國外“化學(xué)平衡”主題的教學(xué)研究。已開發(fā)的教學(xué)策略包括概念轉(zhuǎn)變策略、模型教學(xué)策略、類比教學(xué)策略、論證式教學(xué)策略以及計(jì)算機(jī)教學(xué)策略等。[6]

聚類3是化學(xué)鍵。此類研究聚焦于化學(xué)概念教學(xué)、電解質(zhì)等方面。王勇以小組合作為學(xué)習(xí)方式，通過對(duì)學(xué)生課前自主預(yù)習(xí)中提出的問題進(jìn)行歸納、分類研究，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)平行性、模塊化、漸進(jìn)式的教學(xué)任務(wù)來突破教學(xué)重、難點(diǎn)，并在課堂上運(yùn)用互動(dòng)課堂反饋系統(tǒng)及時(shí)測查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。[7]

聚類4是混合物。此類研究聚焦于紙筆測驗(yàn)、二段式檢測工具等方面。張瑩設(shè)計(jì)化合物與混合物迷思概念的二段式檢測工具，分析遼西地區(qū)九年級(jí)學(xué)生化合物與混合物迷思概念的主要類型，并且從性別、所在地區(qū)等方面探討影響迷思概念的外在因素。[8]周禮等以“化學(xué)平衡的動(dòng)態(tài)性”的認(rèn)知沖突圖的建立為例，呈現(xiàn)了相關(guān)的教學(xué)設(shè)計(jì)并提出了沖突圖教學(xué)的實(shí)施建議。[9]

聚類5是概念轉(zhuǎn)變。此類研究聚焦于化學(xué)概念、建構(gòu)主義等方面。趙國敏等采用基于教學(xué)實(shí)據(jù)的研究策略，依據(jù)概念轉(zhuǎn)變的理論，探查了高中生電化學(xué)學(xué)習(xí)中的迷思概念，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了合理的教學(xué)模式且進(jìn)行了相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，并運(yùn)用于高二年級(jí)的課堂教學(xué)實(shí)踐，獲得了必要的教學(xué)證據(jù)和結(jié)果。[10]

聚類6是臺(tái)灣地區(qū)。此類研究主要聚焦于研究方法、內(nèi)容分析等方面。陳凱梳理了國際權(quán)威期刊上研究物理化學(xué)教學(xué)的文獻(xiàn)，將其分為教科書研究、學(xué)習(xí)研究、教學(xué)研究、教師研究和教學(xué)媒體研究五類，并對(duì)其中核心成果進(jìn)行評(píng)述，總結(jié)出國外物理化學(xué)課程與教學(xué)研究注重學(xué)習(xí)證據(jù)的收集和分析，注重教育研究方法的運(yùn)用，并對(duì)未來高等化學(xué)教育研究提出了建議。[11]

聚類7是物質(zhì)的量。此類研究主要聚焦于solo分類理論、思維發(fā)展水平等方面。張琨等通過編制信度、效度可靠的測量工具對(duì)高中生“物質(zhì)的量”概念群的理解水平進(jìn)行測查，發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生主要處于部分理解并伴隨一定的誤解的理解水平，學(xué)生對(duì)各概念的理解均存在迷思概念，學(xué)生在“物質(zhì)的量”概念群中的迷思概念共計(jì)14條。[12]

聚類8是反應(yīng)體系。此類研究主要聚焦于鐵離子溶液、階段隱喻等方面。王秀榮等通過選用不同濃度的FeCl3溶液與不同的金屬單質(zhì)反應(yīng)，用實(shí)驗(yàn)事實(shí)反駁了Fe3+溶液與金屬單質(zhì)反應(yīng)的階段隱喻，并分析了其中的迷思概念。[13]

五、研究小結(jié)與啟示

通過對(duì)國內(nèi)化學(xué)迷思概念相關(guān)研究的可視化分析，可以總結(jié)出迷思概念的研究主要包括迷思概念探查類、迷思概念轉(zhuǎn)化策略研究類、迷思概念綜述類和迷思概念探查工具這四類。對(duì)迷思概念的研究主要集中在對(duì)迷思概念的探查和迷思概念轉(zhuǎn)化策略的研究上，說明國內(nèi)的研究能夠結(jié)合具體的教學(xué)活動(dòng)，較重視實(shí)際問題的解決。由于迷思概念成因較復(fù)雜且具有動(dòng)態(tài)發(fā)展性、頑固性和隱蔽性等特征，教師要更加關(guān)注學(xué)生迷思概念的形成過程，減少學(xué)生迷思概念的生成，嘗試開發(fā)出更加多樣化且信效度高的診斷工具來探查學(xué)生的迷思概念。目前國外學(xué)者已經(jīng)開發(fā)出模型教學(xué)策略、論證式教學(xué)策略、概念轉(zhuǎn)變策略、計(jì)算機(jī)教學(xué)策略以及類比教學(xué)策略等較成熟的迷思概念轉(zhuǎn)變教學(xué)策略，國內(nèi)化學(xué)教育工作者可以在借鑒國外關(guān)于概念轉(zhuǎn)變策略的研究成果的基礎(chǔ)上，開發(fā)出更加適用于我國化學(xué)教學(xué)概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略。此外，建議今后各研究機(jī)構(gòu)及研究作者繼續(xù)加強(qiáng)跨機(jī)構(gòu)、跨領(lǐng)域合作與交流，提升迷思概念的研究水平；繼續(xù)關(guān)注中心度高的關(guān)鍵詞，在化學(xué)平衡、概念轉(zhuǎn)變、教學(xué)策略、研究方法、診斷工具等方面繼續(xù)開展研究。