国际科学教育坐标中的我国中学物理教育研究：基于文献计量学的国际比较研究

李婷婷　王晶莹　田雪葳

摘 要：文章基于知识图谱可视化的方法，对国内外中学物理相关研究文献进行分析，得出了两点发现。第一，1993-2017年，我国中学物理发文量总体呈上升趋势，近几年比较稳定，形成了权威学术机构研究中学物理的潮流。第二，国内外中学物理教育研究在研究范围、研究主题、研究方法等方面存在很大的差异，具体表现为三点：一是国内中学物理研究范围比较窄，而国际中学物理研究非常广泛；二是在研究主题方面，国际上对教师、学生、物理学科、教学理论、学习工具、物理学科融合等进行了较为深入的研究，而我国侧重于物理课程标准、教材、教学规律等政策性文本解读和教育理论层面的研究；三是在研究方法方面，我国侧重于行动研究和思辨研究，而国际上进行了较多具体探究课堂环境改进的实证研究，并开展了为期较长的纵向研究。

關键词：中学物理；可视化；科学教育；国际比较

一、数据来源与研究方法

物理课程作为自然科学领域的重要基础课程，可以为学生奠定终身发展的科学基础。我国新高考改革出现的物理选考“危机”，引起了社会各界人士的广泛关注，进而引发对我国公民科学素养的担忧。物理作为我国科学教育中的重要学科，其教育研究进展和状况直接影响中小学一线教学[1]。我国学科教学论有着悠久的发展历史，并且在理论与实践层面积累了很多优良传统与经验。而在世界坐标中，我国中学物理教育研究现状也值得探究，本文通过文献计量学方法探讨该问题。本文以中文社会科学引文索引（CSSCI）和北大核心期刊为信息源，按“篇名=中学物理/初中物理/高中物理”检索了1992-2017年516篇文献，对包括关键词、作者、研究机构、来源出版刊物、参考文献等数据信息进行统计分析；又以Web of Science（WOS）为信息源，按“标题=secondary school/middle school/high school/K-12 + physics”检索出421篇社会科学引文索引（SSCI）文献，对关键词进行聚类分析。管窥国内外中学物理教育研究的演进脉络与聚焦主题，希冀对当前国内中学物理研究提供一定借鉴。

二、我国中学物理教育研究基本状况

通过统计分析1992-2017年25年内中学物理教育研究发文量和期刊分布情况，得到中学物理教育研究的既有状况（见图1）。从发文总量来看，国内关于中学物理的研究呈现以下趋势。1992-1999年，中学物理发文量前期不太稳定，在一定范围内波动，后期较为平稳，1993年出现了第一个高峰期，1992年《九年义务教育全日制初级中学物理教学大纲》审核通过并正式颁布，政策的出台，必然性地推动各地教育的改革，广大学者们将中学物理纳入重点研究之列，发文量增多。进入21世纪后，发文量迅速上升，2000年和2010年出现两个高峰，教育部于2001年和2011年分别正式颁布《全日制义务教育物理课程标准（实验稿）》和《义务教育物理课程标准》，二者都重视对学生科学探究能力的培养，提倡学习方式多样化，其中2011年《义务教育物理课程标准》明确列出学生必做的实验，突出课程的基础性、时代性和应用性，更加侧重培养学生的正确价值观及科学发展观，政策落实与实施再次引起学者的关注与思考，2011年后发文量又呈上升趋势[2]，2012年后趋于稳定。年度发文量受多方面的影响，政策、问题和改革等对其影响尤其大，政策的出台、国际比较、教育改革、时代的发展和现实问题，如新高考物理选考“危机”等都会对研究产生一定影响。从发文期刊来看：《教学与管理》《课程·教材·教法》发文量较高，占总发文量的37.97%；《中国电化教育》《课程·教材·教法》《教育学报》的影响因子位居前3（见表1）。

对发文作者所属机构统计分析可以看出，发文量前5位分别是北京师范大学物理系、首都师范大学物理系、人民教育出版社物理室、河南师范大学物理与电子工程学院、西南大学科学教育研究中心（见表2）。

三、我国中学物理教育研究热点

关键词共现的时区图能够清晰地从时间维度上展示出知识的演进过程和相互影响，图中的节点代表关键词，关键词出现频次越多，节点越大；节点之间的连线则表示共现关系，连线越粗共现强度越大。由图2可以看出，1992年和1993年节点较多，国内研究主题范围广，对教师、教材、教具和学科知识点都有关注；节点之间的连线较粗，共现性较强，这一时期爆发出大量的高频关键词，研究热点主要聚焦于高中物理、高中物理教学、初中物理、中学物理教师、物理课、物理学史、物理现象、变速直线运动、大气压强、高中物理教材、习题课、教学内容、大纲要求、教学质量、自制教具、中学物理、教学效果、概念教学等。1994-1999年的研究主题与以往的研究承接性较强，也显示出了不同的研究热点，主要有力的分解、透镜成像、知识的理解、思维能力、物理等。2000-2010年的研究主题与以往相比有所继承又有一定的突破，开始重视新的教学方法和探究实验教学，关注物理教学对学生情感态度价值观的培养等。具体而言，2000年的研究热点是物理教师、实验器材、思维过程、课堂教学等；2001年的研究主题主要聚焦于初中物理教学、问题解决、物理基础知识、教学过程等；2002年的研究重点是初中物理教学、物理实验、探究过程等；2003年的研究主题主要聚焦于物理规律、物理学科、物理课程等；2004年的研究主题略有转变，在教学理论层面取得了一定的成果，主要聚焦于物理学习、物理情景、实验教学、情感态度、物理课程、教学模式等；2005年的研究重点是物理学习、教学模式等；2006年的研究主要聚焦于中学物理教学、教学策略等；2007年主要聚焦于物理教学、自主学习等；2008年研究热点主要聚焦于认知结构等；2009年的研究主题主要聚焦于牛顿第一定律、科学探究能力、物理课程标准等；2010年的研究热点是电磁感应现象、课程标准等。2011年之后关键词在共现时区图上显示不多或者有些年份没有显示出来，出现的像新课程、物理课堂教学、新课程改革、物理教材等关键词在25年里多次出现。

由上述分析可以看出，国内对中学物理教育的研究主要聚焦于物理教学、物理课程、物理教材、物理实验、物理规律、物理课程标准、物理教学策略等，而对学生的认知规律和学习策略、学习方式、学习心理依据、常见问题以及中学生学习物理的兴趣点仅有个别年份有所涉及。另外，仅在1992年和2000年的关键词中出现了物理教师，不难看出学者对中学物理的研究在中学物理教师的专业发展情况、中学物理教师结构特点以及新课程下物理教师的教育思想、教学观念、教育行为等方面鲜有涉及。物理教师是教育实践活动的重要组成部分，学生是教育实践活动的对象，国内中学物理研究不够重视教师及学生，重心聚焦于课程、教学、教材等，这种局势有待改善。

四、国际中学物理教育的研究热点

基于国内的研究热点，我们用同样方法对2000- 2017年的421篇文献进行关键词共现聚类分析，以揭示国际中学物理研究的前沿热点和发展规律。由图3可以看出，当前国际中学物理研究的前沿热点问题主要聚焦于以下15个方面。第一，学生自我定义能力，涉及个人认识论、自主学习、认识论信仰、自我评估能力、学习内在动机、学生发展规律、学生推理能力、问题解决能力等主题的研究。第二，职业选择，重点研究中学物理成就和数学成就、学习物理的动机与职业选择的关系，研究内容涉及科学职业选择、青少年物理教育、科学教育等主题。第三，实验室实验，涉及数据采集、个性化教学、传感器、虚拟实验、智能辅助系统、侠义相对论教育软件等多个主题。第四，元分析。第五，学生成就，围绕学习结果、优势与不足、学习表现和学习方式、有特殊能力的学生、学习态度、优质学习等主题进行研究。第六，交流，以元认知技能和认知能力为理论依据，涉及交互类型、互动条件、远程教育、计算机媒介沟通、网上讨论、合作学习等研究主题。第七，错误概念，包括物理前概念、诊断工具等主题。第八，期望价值理论的研究，包括成就任务价值、动机与参与、学位获得等主题。第九，绘图能力，围绕线图的解释能力、图表模式、使用图表等主题进行研究。第十，学习风格，从左右脑半球展开研究，研究主题聚焦于批判思维、应用公式、概念图、学习兴趣、学习表现等。十一，教师K-12教育研究，涉及过程问卷、改善课堂教学、科学教师、教师专业知识、职前教师、教师教学实践、学生学习困难、学习物理的方法、学习物理的概念、钟摆学习等主题。十二，电子游戏研究，关注游戏在物理学习中的作用，研究内容涉及计算机、网络、超媒体、虚拟现实环境、触觉、电子学习等主题。十三，进行跨学科研究，研究热点聚焦于物理和技术、物理和工程、物理和科学、物理和生活等。十四，对高中教育的研究。十五，对初中教育的研究，围绕教学策略、物理教科书、教学大纲、教学评价、教育学理论、形成性评价、课程改革等主题进行了较为全面的研究，并且开展了纵向跟踪实验探究。

五、中学物理教育研究的国际比较

通过国内外中学物理教育的文献计量学研究，笔者发现在研究范围、研究主题、研究方法等方面存在很大的差异。具体表现为以下5点。

第一，国内中学物理研究范围比较窄，而国际研究领域非常广泛。在2011年之后，国内可视化时区图基本没有新的关键词出现，这说明近年来国内中学物理研究较少开拓新的研究领域。1992-2017年，我国中学物理研究主题聚焦于课程、教材、教学策略、教学效果、物理规律、实验教学等，对于教师、学生、学校，还有物理学科的关注较少。相比之下，国外对中学物理研究的范围相对较广，开展了为期较长的纵向研究，研究主题与研究热点总体归结为学生、教师、物理学科、中学物理、学习工具、教育理论、物理跨学科研究七类。

第二，国际中学物理教育研究对学生群体的关注度较高，而国内侧重教师教学。国际上对学生群体的关注表现在学生性别、职业选择、学习兴趣、学习心理、学习成就、学习风格、同伴交流等主题，而这些并未成为我国中学物理教育研究的重点。

第三，国际中学物理关注学习环境的构建，聚焦于游戏、多媒体技术辅助教学和学习，涉及多媒体/超媒体系统、虚拟现实等主题，而我国较为关注诸如物理课程标准等政策性文本的解读和分析，少有具体探究课堂环境改进的实证研究。

第四，国际中学物理教育研究关注物理跨学科研究，包括物理和技术、物理和生活、物理和科学、物理和STEM管道理论等主题，而我国中学物理教育研究较为单一，往往仅关注学科本身的教学方式、具体章节的教学以及教学效果等。

第五，国际中学物理教育研究较为关注教师的专业发展，研究主题包括K-12教育、教师观念、教师信念、教师培训、过程问卷等，而我国则更多地从教师备课和课堂教学方面来研究教师具体的物理教学方法和内容。

注释：

①图中英文释义：students为学生，knowledge为知识，science为科学，achievement为成就，science-education为科学教育，physics为物理，introduction为教导，physics education 为物理教育，education为教育。

参考文献：

[1]王晶莹.关注STEM职业期望的青少年科学素质教育：基于PISSA 2015和NARST 2017的反思[J].科学与社会，2017（3）：33-42.

[2]冯爽.《义务教育物理课程标准（ 2011 年版）》修訂释疑[J].北京教育学院学报，2012（2）：1-4.

编辑 朱婷婷 校对 许方舟