基于CiteSpace可視化分析初步構(gòu)建PBM教學(xué)模式

李圳平，王冬明，劉江燕

(湖北師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，湖北 黃石 435002)

0 引言

PBL(Problem-Based Learning)是一種以問(wèn)題為紐帶且貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程，以小組合作形式將學(xué)生置于真實(shí)的問(wèn)題情景之中，引導(dǎo)學(xué)生解決問(wèn)題的一種教學(xué)模式，并在此過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力、分析問(wèn)題的能力，解決問(wèn)題的能力及自主學(xué)習(xí)的能力[1]。這種教學(xué)模式充分體現(xiàn)了教師主導(dǎo)與學(xué)生主體相結(jié)合的教學(xué)原則，也實(shí)踐了建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，杜威的實(shí)用主義教育理論，布魯納的發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論以及霍華德·加德納的多元智力理論[2,3]。PBL教學(xué)模式不同于傳統(tǒng)教學(xué)模式的呆板和僵化，更多體現(xiàn)的是一種思維的靈活，需要學(xué)生融入教學(xué)情境之中主動(dòng)地獲取知識(shí)，用知識(shí)去解決問(wèn)題，刺激學(xué)生的求知欲。但在應(yīng)試教育的影響下，學(xué)生更多的是模仿標(biāo)準(zhǔn)答案——重視的是獲得答案，而不是在學(xué)習(xí)過(guò)程中用舊知解決問(wèn)題從而獲得新知，因而會(huì)在未來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)中變得無(wú)所適從。如何有效地推動(dòng)PBL教學(xué)模式的實(shí)施，達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果是PBL模式在教學(xué)實(shí)踐中必須解決的問(wèn)題[3]。

思維導(dǎo)圖又可稱為腦圖或心智圖[4]，它是一種運(yùn)用顏色、線條、文字和符號(hào)等將思維可視化的工具。思維導(dǎo)圖的框架結(jié)構(gòu)與腦神經(jīng)的結(jié)構(gòu)類似，都是由一個(gè)中心點(diǎn)向四周發(fā)散，發(fā)散點(diǎn)又成為新的中心點(diǎn)向四周放射，使得整體形成一個(gè)發(fā)散且關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)[4]。思維導(dǎo)圖可以根據(jù)化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，將零碎的知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)地整合，形象地表達(dá)，舉一反三，構(gòu)建化學(xué)知識(shí)體系[5]。

PBL教學(xué)模式和思維導(dǎo)圖既有共性又有一些區(qū)別，但是兩者是不相違背的，因?yàn)閮烧叨际怯蓡我坏闹行某霭l(fā)，能夠促進(jìn)思維的發(fā)展和知識(shí)的建構(gòu)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)的有意義學(xué)習(xí)[3]。PBL模式重在引導(dǎo)學(xué)生如何建構(gòu)新的知識(shí)體系，而思維導(dǎo)圖則是直接呈現(xiàn)出學(xué)生所構(gòu)建出的知識(shí)體系。如果能夠把兩者有效結(jié)合起來(lái)，將思維導(dǎo)圖的聯(lián)想、繪制、分析、調(diào)整滲透到PBL教學(xué)環(huán)節(jié)的全過(guò)程，不僅可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生的各方面能力，滲透化學(xué)核心素養(yǎng)，還能增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性，更好地去實(shí)踐PBL模式[3]。問(wèn)題導(dǎo)圖(Problem -Based Map，簡(jiǎn)稱 PBM)模式，即基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)(Problem -Based Learning，簡(jiǎn)稱PBL)與思維導(dǎo)圖(Mind Map)的結(jié)合正是基于此而提出。

1 研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究方法

本研究主要采用文獻(xiàn)分析法，輔以定量與定性分析相結(jié)合的研究方法，運(yùn)用CiteSpace可視化分析軟件中的聚類分析方法的關(guān)鍵詞分析，結(jié)合CNKI的在線分析，顯示“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)(Problem-Based Learning)”和“思維導(dǎo)圖(Mind Map)”分別關(guān)于國(guó)內(nèi)化學(xué)教學(xué)研究的研究基礎(chǔ)和研究前沿。

本研究所采用的主要分析軟件是CiteSpace 5.5.R2 (64-bit)和Oringin8 Pro SR4.CiteSpace是Citation Space的簡(jiǎn)稱，可翻譯為“引文空間”，是通過(guò)可視化手段呈現(xiàn)科學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況的科學(xué)知識(shí)圖譜，它可對(duì)特定集合文獻(xiàn)進(jìn)行共引、聚類及共現(xiàn)等分析，處理幫助研究者確定研究方向[6]。隨著不斷更新和運(yùn)用，CiteSpace在信息分析領(lǐng)域中的地位和影響日益增大[6]。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

一般來(lái)說(shuō)，期刊和碩博論文更能反映當(dāng)前某一領(lǐng)域的研究前沿[7]。本研究以中國(guó)最大的中文學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)中國(guó)知網(wǎng)CNKI為主要的數(shù)據(jù)來(lái)源，以碩博論文和期刊為數(shù)據(jù)庫(kù)，采用高級(jí)檢索方式分別檢索1)主題——“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”；或含“PBL”；并且：篇關(guān)摘——“化學(xué)”；并含“教學(xué)”。2)主題——“思維導(dǎo)圖”；并且：篇關(guān)摘——“化學(xué)”；并含“教學(xué)”。統(tǒng)計(jì)時(shí)間為2010年1月1日至2019年12月31日，檢索結(jié)果中去掉外文文獻(xiàn)，兩組分別得到的檢索數(shù)據(jù)是1)有814篇，2)有296篇。本文本均以Refworks格式導(dǎo)出備用，運(yùn)用CiteSpace除重后的數(shù)據(jù)分別為1)有811篇，2)有295篇。

2 研究結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文的年代分布

某領(lǐng)域文獻(xiàn)的時(shí)間分布和發(fā)表數(shù)量能在一定程度上反映該領(lǐng)域理論研究水平和實(shí)踐發(fā)展速度[8]。從圖1中可以看出，近十年來(lái)在化學(xué)教學(xué)上對(duì)思維導(dǎo)圖和PBL的研究總體來(lái)說(shuō)呈逐年上升趨勢(shì)。

圖1 文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間分布

具體來(lái)看對(duì)于PBL在化學(xué)教學(xué)上的研究，這十年來(lái)呈現(xiàn)一種波動(dòng)型上升趨勢(shì)，在2012年和2016年出現(xiàn)了兩個(gè)小高峰，從趨勢(shì)而言2020年可能會(huì)達(dá)到一個(gè)小臺(tái)階再往上升，從這里可以看出學(xué)界對(duì)于PBL這種模式的態(tài)度還是比較“曖昧”，既想研究這種模式從中培養(yǎng)出新一代的化學(xué)人才，但又礙于這種模式本身的特點(diǎn)——PBL所創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題都是劣構(gòu)問(wèn)題而非良構(gòu)問(wèn)題(1965 年Reitman將問(wèn)題分為結(jié)構(gòu)不良問(wèn)題和結(jié)構(gòu)良好問(wèn)題，又可稱為劣構(gòu)問(wèn)題和良構(gòu)問(wèn)題，它包括已知條件、算子、目標(biāo)狀態(tài)三個(gè)要素，這三個(gè)部分都明確的就是良構(gòu)問(wèn)題，只要有一個(gè)部分沒(méi)有明確界定的就是劣構(gòu)問(wèn)題[9])，因而對(duì)研究者在實(shí)踐中造成了較大的阻礙，也因PBL模式本身的特點(diǎn)，使其在當(dāng)前教育背景下，具有較大的教學(xué)研究意義，造成了這種研究的“波動(dòng)型”。而對(duì)于思維導(dǎo)圖在化學(xué)教學(xué)上的研究，近十年來(lái)總體呈上升趨勢(shì)，且在2017年及以后有較大幅度的上升，這與17版新課標(biāo)的頒布有著極大的關(guān)聯(lián)。根據(jù)兩者的發(fā)表趨勢(shì)，預(yù)計(jì)未來(lái)在化學(xué)教學(xué)領(lǐng)域?qū)?huì)有更大的學(xué)術(shù)關(guān)注度和研究的空間。

2.2 學(xué)術(shù)研究熱點(diǎn)分析

在CiteSpace5.5.R2 (64-bit)功能與參數(shù)設(shè)置區(qū)中設(shè)置時(shí)間片(Time Slicing)為“2010～2019”，Years Per Slice#為“1”，節(jié)點(diǎn)類型(Node Type)選擇“keyword”，選擇標(biāo)準(zhǔn)(Selection Criteria)選擇Top N為50，根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)剪裁(Pruning)，運(yùn)行后得到合并網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)(Merged network Nodes)為130，連線數(shù)(Links)為152，密度(Density)為0.0181的關(guān)鍵詞分析圖譜，如圖2所示。

節(jié)點(diǎn)顯示的是文獻(xiàn)中的關(guān)鍵詞在每個(gè)時(shí)間切片中選取被引次數(shù)最高的50個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)就是圖中關(guān)鍵詞的個(gè)數(shù)，同一篇文獻(xiàn)中出現(xiàn)的關(guān)鍵詞之間會(huì)形成連線，它們共同構(gòu)成了這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[10]。在圖譜中，節(jié)點(diǎn)越大表示該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率越高，圖中的十字架大小也是同等的涵義。

從圖2中可以看出，由于在檢索時(shí)是以“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”或“PBL”且含“化學(xué)”和“教學(xué)”為限定條件的，因而“PBL”“問(wèn)題”“化學(xué)”和“教學(xué)”出現(xiàn)的詞頻數(shù)較高，這些不是本文研究的焦點(diǎn)，將與之相關(guān)的剔除之后得到中介中心性較高且與本論文研究較為密切的關(guān)鍵詞：改革(0.41)、應(yīng)用(0.25)、自主學(xué)習(xí)(0.14)、微課(0.12)、思維導(dǎo)圖(0.09)、效果(0.06)、翻轉(zhuǎn)課堂(0.04)、科研素質(zhì)(0.03)、個(gè)性化學(xué)習(xí)(0.00)、核心素養(yǎng)(0.00)、合作學(xué)習(xí)(0.00)等。通過(guò)圖2可知，“PBL教學(xué)法”“PBL”“生物化學(xué)”“教學(xué)改革”“教學(xué)方法”等高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)代表了近十年來(lái)PBL模式在化學(xué)教學(xué)中的研究熱點(diǎn)，相對(duì)而言比較成熟，但在“合作學(xué)習(xí)”“核心素養(yǎng)”“個(gè)性化學(xué)習(xí)”“科研素質(zhì)”“翻轉(zhuǎn)課堂”“思維導(dǎo)圖”等方面研究比較少，沒(méi)有較高的中介中心性(<0.1)，這也是未來(lái)PBL模式在化學(xué)教學(xué)中可與之共同研究的突破口，為PBL模式的研究提供一定的方向。

同樣在CiteSpace5.5.R2 (64-bit)功能與參數(shù)設(shè)置區(qū)中設(shè)置相同的參數(shù)，根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)剪裁(Pruning)，運(yùn)行后得到合并網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)(Merged network Nodes)為46，連線數(shù)(Links)為45，密度(Density)為0.0435的關(guān)鍵詞分析圖譜，如圖3所示。

圖3 思維導(dǎo)圖在化學(xué)教學(xué)中的研究可視化分析

從圖3中可以看出，由于在檢索時(shí)是以“思維導(dǎo)圖”且含“化學(xué)”和“教學(xué)”為限定條件的，因而“思維導(dǎo)圖”“化學(xué)”和“教學(xué)”出現(xiàn)的詞頻數(shù)較高，這些同樣不是本文研究的焦點(diǎn)，將與之相關(guān)的剔除之后得到中介中心性較高且與本論文研究較為密切的關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí)(0.41)、元素化合物(0.37)、實(shí)踐研究(0.16)、高效課堂(0.15)、核心素養(yǎng)(0.08)、應(yīng)用(0.08)、翻轉(zhuǎn)課堂(0.00)、化學(xué)概念(0.00)、個(gè)性化學(xué)習(xí)(0.00)、三重表征(0.00)、可視化(0.00)等。通過(guò)圖3可知，“思維導(dǎo)圖”“化學(xué)教學(xué)”“高中化學(xué)”“生物化學(xué)”“初中化學(xué)”等高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)代表了近十年來(lái)思維導(dǎo)圖在化學(xué)教學(xué)中的研究熱點(diǎn)，且較為集中于“思維導(dǎo)圖”，但在“可視化”“三重表征”“個(gè)性化學(xué)習(xí)”“化學(xué)概念”“翻轉(zhuǎn)課堂”“應(yīng)用”“核心素養(yǎng)”等方面研究比較少，沒(méi)有較高的中介中心性(<0.1)，這也是未來(lái)思維導(dǎo)圖在化學(xué)教學(xué)中可與之共同研究的突破口，為思維導(dǎo)圖的在化學(xué)教學(xué)上進(jìn)一步研究提供一定的方向。

綜合圖2和圖3這兩個(gè)圖譜，可以確定本文研究的突破點(diǎn)，即將“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)(Problem-Based Learning)”和“思維導(dǎo)圖(Mind Map)”相融合的關(guān)鍵點(diǎn)在于將其與“翻轉(zhuǎn)課堂”“個(gè)性化學(xué)習(xí)”以及“核心素養(yǎng)”關(guān)鍵詞共通納入研究范圍，才可實(shí)現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)圖(Problem-Based Mapping，簡(jiǎn)稱PBM)教學(xué)模式的構(gòu)建，將PBL模式和思維導(dǎo)圖在化學(xué)教學(xué)上最大限度的去實(shí)踐。

3 “PBM”教學(xué)模式的構(gòu)建

基于以上分析，以翻轉(zhuǎn)課堂作為“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)(Problem-Based Learning)”和“思維導(dǎo)圖(Mind Map)”實(shí)踐的載體，從中可以落實(shí)核心素養(yǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)。據(jù)此分別將其與“翻轉(zhuǎn)課堂”在中國(guó)知網(wǎng)上檢索，得到了幾種研究意義較大的教學(xué)模式，如周洪茜和劉丹提出的“基于思維導(dǎo)圖的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式”[11]，吳建軍提出的“PBL化學(xué)教學(xué)模式”[12]、秦亞坤提出的“基于結(jié)構(gòu)不良問(wèn)題培養(yǎng)高中化學(xué)高階思維教學(xué)模型”[9]，結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的設(shè)計(jì)流程[13]，初步構(gòu)建“PBM”教學(xué)模式，如圖4.

圖4 問(wèn)題導(dǎo)圖(Problem-Based Mapping，簡(jiǎn)稱PBM)模式

3.1 課前——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，拋出問(wèn)題

PBL教學(xué)模式是將學(xué)生置于劣構(gòu)問(wèn)題情境之中，讓學(xué)生運(yùn)用已有的知識(shí)探索得到新知的過(guò)程。因而教師準(zhǔn)備的課前視頻必須有助于拋出中心問(wèn)題，進(jìn)而讓學(xué)生通過(guò)給出的輔助資料自主思考，分析問(wèn)題，包括確定問(wèn)題的類型，明確問(wèn)題解決的條件，分析問(wèn)題的各種可能性，逐一解決各個(gè)子問(wèn)題，并分別提出相應(yīng)的解決方案。為了能使這個(gè)過(guò)程高效地進(jìn)行，拋出的情境問(wèn)題應(yīng)遵循生活化原則、答案多元化原則和知識(shí)豐富原則[12]。教師在課前準(zhǔn)備的視頻就是為了創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，拋出中心問(wèn)題。為了高效利用學(xué)生的時(shí)間，教師可以適當(dāng)準(zhǔn)備一些與中心問(wèn)題相關(guān)的資料，先讓學(xué)生根據(jù)資料，在問(wèn)題解析提出方案的過(guò)程并要求學(xué)生以思維導(dǎo)圖的形式展現(xiàn)出來(lái)。

3.2 課中——組建合作，分工解決

讓學(xué)習(xí)層次不同的學(xué)生組建合作式小組，一般是4～6人，每一組組員必須輪流代表發(fā)言之后才能重新組隊(duì)。先讓學(xué)生自主思考，再與組員進(jìn)行交流，有利于培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性。教師可以在這個(gè)過(guò)程中從不同角度啟發(fā)學(xué)生，讓組內(nèi)成員產(chǎn)生思維的碰撞，討論出幾個(gè)可行的方案，教師在此階段可以適當(dāng)提示，助他們完善方案。在拓展思維、制定方案，搭建知識(shí)框架的過(guò)程中同樣要求學(xué)生以思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)。

3.3 課后——組間交流，整理總結(jié)

小組成員每一位都要參與問(wèn)題的討論，最終在交給教師的作業(yè)中要包含自己個(gè)人的觀點(diǎn)，小組討論的方案，對(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)，反思自身的不足，根據(jù)個(gè)人的思維特質(zhì)，以思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)對(duì)本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容總結(jié)的一份簡(jiǎn)潔報(bào)告。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)(Problem-Based Learning)”和“思維導(dǎo)圖(Mind Map)”分別關(guān)于化學(xué)教學(xué)在國(guó)內(nèi)的研究調(diào)查可知，關(guān)于PBL教學(xué)和思維導(dǎo)圖研究的較多，但將兩者結(jié)合起來(lái)研究的較少。問(wèn)題導(dǎo)圖就是將PBL和思維導(dǎo)圖相互融合，兼具內(nèi)在和外顯，相輔相成，既有益于學(xué)生的學(xué)，也有益于教師的教，兩者都能與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合，都能落實(shí)化學(xué)核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。本研究在新高考背景下，更具有實(shí)踐意義，既有利于鍛煉學(xué)生的思維，又能讓學(xué)生掌握高效學(xué)習(xí)的方法，同時(shí)對(duì)新手教師的教學(xué)具有極大的借鑒意義。