新世纪以来我国中学物理教育研究的热点分布与前沿演进——基于高被引文献的知识图谱分析

李雅兰 张 静* 姚建欣

(1. 长江大学物理与光电工程学院物理教育研究所,湖北 荆州 434023; 2. 北京师范大学物理学系,北京 100875)

随着我国基础教育课程改革的不断深入,中学物理教育研究领域涌现出丰硕的研究成果.相关研究的聚焦于何处,研究的重点主题是否发生变化,在未来哪些主题具有进一步研究的价值?这些问题被研究者和教师普遍关注.为得到这些问题的答案,本研究采用文献计量学方法,探讨我国新世纪以来中学物理教育研究的热点分布与前沿演进.

1 研究数据与工具

1.1 研究数据

本研究以2000—2019年中国知网(CNKI)中的高被引期刊文献为研究对象,采用普赖斯定律作为高被引文献界定标准,[1，2]其数学表达式为

式中，nmax为被引频次最高的论文的被引频次，m为确定的高被引论文的最低被引频次.为同时保证数据的查准与查全，选用较为宽泛的检索条件：“主题=物理”在社会科学Ⅱ辑下的“教育理论与教育管理”“中等教育”分类中进行检索，随后人工阅读标题和摘要删除无关文献.考虑到文献发表的时间会影响其被引频次，因此采用历时法来确定高被引文献，[3]确定3362篇高被引文献为作者深入分析的对象.

1.2 研究方法

本研究使用的统计分析工具Citespace是一款由美国德雷塞尔大学计算机与情报学教授陈超美开发的，着眼于分析科学文献中蕴含的潜在知识的信息可视化软件.利用Citespace软件的共词分析技术绘制关键词共现图谱，阈值设定c、cc、ccv为(3，2，10)、(4，3，15)、(3，2，10)，相应指标低于阈值设置的关键词则不出现在图谱中，关键词共现图谱(如图1)中圆形节点越大，表示出现的频次越高；中心性不小于0.1的词为重要关键词，导出出现频次为前20的关键词得表1(中心性小于0.1的已删除).

表1 高频关键词表格

图1 关键词共现图谱

为研究热点所分布的领域在研究方法上的特点，分别统计了相应领域在中文核心和CSSCI数据库中，被引排名前100位的文献所用研究方法的分布情况(如表2).对研究方法的分析采用内容分析法，分析类目采用Halverson等(2014)提出的研究方法编码体系，[4]并根据国内研究情况，在非实证研究方法中添加“经验”一类，[5]每篇文献只标注一种研究方法.信度方面，研究过程中本文的两位作者分别独立编码，利用SPSS软件计算两研究者一致性系数为0.979(斯皮尔曼系数)，表明统计结果具有良好的内部一致性.

表2 各领域被引排名前100位文献的研究方法统计

2 研究热点分布及特点

通过文献检索结果的分析发现，新世纪以来，研究热点按总频率高低依次分布在物理教学、课程改革和学生学习3个领域中.

2.1 物理教学

从高频关键词表格可以看出，物理教学相关研究热度最高，其频次高达643次(见表1).其中研究者对实验教学的关注最多，相关研究非常全面和深入，指导思想、目标、内容、手段、技术和评价等都得到重视.此外，物理概念、翻转课堂、探究教学等也颇受关注.譬如，张玉峰和郭玉英提出围绕学科核心概念构建物理概念，并分别从意义、内涵、外延、关联4个方面探讨了围绕学科核心概念进行物理概念建构的主要内容.[6]郑渊方和廖伯琴等结合教学实践与课程标准，以探究问题的来源进行区分，得到两种基本探究教学模式.[7]薛义荣将问题导学策略应用到翻转课堂中，构建了适合中学物理的翻转课堂“四化”教学模式.[8]在研究方法方面，物理教学研究非实证研究方法占比为78%，且经验研究为48%，占比最高.

2.2 课程改革

基础教育课程改革是我国教育事业发展的重要战略决策，课程改革和课程标准受到研究者的重点关注.二次文献查阅发现，中学物理教育课程改革相关研究可分为以下3方面： (1) 课程改革仅作为研究背景出现，如新课程背景下某课题的教学思考或高考题目赏析等.[9](2) 以课程标准为理论指导，进行课程标准理念的解读与推广及相应的教学、评价研究，如核心素养视角下，中学物理实验教学表现性评价.[10](3) 以评价反思的视角，对课程改革或标准的理论建构或实践实施进行回顾、反思、比较、评价等.如：黄晓、高培杰、胡炳元采用问卷与深度访谈法调查了我国8省课程标准实施情况，得出高中物理课程标准实施中存在的三维目标理解偏差、模块可选择性缺失、课程内容多维衔接不足、科学探究无法有效实施等困境.[11]课程改革的研究方法以实证研究为主，非实证研究(41%)相较教学与学生学习研究占比最低，经验总结方法仅为10%.另一方面，课程改革34篇质性研究中，有25篇为国内外课程标准的文本分析.

2.3 学生学习

受建构主义思潮的影响，学生在教育中的地位日益受到重视，相关关键词物理学习、中学生与合作学习均有较高的频次，且物理学习的中心性达到0.87(见表1).探究学生对物理学习的影响成为研究者关注的焦点，研究者对学生物理学习困难成因、前概念及学习兴趣、自我效能感、自我监控、学业成就归因和目标定向的关系进行了系列研究.[12]新千年之初，受三维目标影响，概念学习及学生的实验操作技能、科学探究能力倍受关注.[13]随着物理教育走进核心素养时代，学生思维能力的研究也正受到研究者重视，譬如：科学建模、科学论证、科学推理能力.[14]学生学习研究具有代表性的理论为概念转变与学习进阶理论.相较教学研究，学生研究使用的非实证及其中的经验总结方法有所下降，占比为55%和29%.

3 研究前沿演进趋势

利用Citespace的导出功能，将突现词的突现强度、突现开始与结束时间导出(如图2)，图中时间线中加粗部分表示该突现词的研究持续火热的时间段.利用Citespace的引证历史功能，并且结合文献的内容分析，探测到渐增型、趋弱型和平稳型3种典型前沿.

图2 关键词突现图谱

3.1 渐增型前沿

渐增型前沿指突现率很高，且近期研究热度较高的主题.本研究发现核心素养、物理观念、科学思维为渐增型前沿.从时间上看，核心素养、物理观念和科学思维研究兴起的时间相近，皆在2015年左右.从数量上看，核心素养综合类研究最多，各维度研究较少.例如，梁佳欣以2015～2018年《物理教师》中涉及物理学科核心素养的论文为研究对象发现，综合研究类论文占比高达52.9%，针对某具体维度的研究较少，尤其是关于科学态度与责任维度的研究仅占1%.[15]核心素养中的物理观念与科学思维成为前沿的时间并不长，尚未在国内形成深厚根基，其相关研究或将进一步深化、细化，其包含的物质观、运动观、能量观、科学推理、科学论证等有望成为未来研究热点.

(a) 核心素养

3.2 趋弱型前沿

趋弱型前沿指曾经突现率很高，但近期研究热度趋向弱化的主题.根据突现词的引证历史，挖掘出两个趋弱型前沿：科学探究与科学方法.2001年，教育部颁布的《全日制义务教育物理课程标准(实验稿)》体现了以人为本的发展目标，增加了过程与方法维度的教学目标，并且不仅把科学探究作为教学内容，更作为课程目标，[16]科学探究与科学方法研究热度随之攀升.科学探究出现频次在2007年达到最高峰，随后下降.科学方法出现频次在2011年达到最高峰，随后有小幅波动，在2017年后未见高被引文献发表.

(a) 科学探究

3.3 平稳型前沿

平稳型前沿指突现率很高，近期研究热度稳定且较高的主题，包括：信息技术与翻转课堂.现代信息技术尤其是多媒体与互联网技术的飞速发展极大地促进了教育变革,信息技术与学科课程融合成为一个蓬勃发展的研究领域.自2003年始，除2014年的小幅增加外，信息技术出现频次较为稳定.翻转课堂自2014年出现后，出现频次在小范围内起伏.但有学者指出，信息技术在教育领域的应用却成效不显——大多数仍是只停留在手段、方法的应用.[17]在物理教育中，信息技术的相关研究多为DIS实验教学、Tracker软件、虚拟仿真在实验教学中的应用、电子交互式白板和多媒体等.《美国 2010 国家教育技术计划》指出：“如果想要看到教育生产力的显著提高，就需要进行由技术支持的重大结构性变革而不是渐进式的修修补补”.[18]翻转课堂的出现表明信息技术与教育正在深度整合，信息技术不再仅仅作为辅助教学的工具，而逐渐成为解放教育生产力的“基础设施”，甚至是进行教育重大结构性变革的推动力.

(a) 信息技术

4 结论与反思

回眸新世纪以来我国物理教育研究的成果，从文献计量学结合文本分析的角度发现：物理教学、课程改革和学生学习是物理教育研究的重要关注点，信息技术与物理教学的深度融合、核心素养的具体化是未来物理教育研究亟待深入研究的内容.以对热点和前沿的梳理结果为依托，未来中学物理教育研究拟呈现以下趋势.

(1) 推进研究均衡化.我国基于标准的课程改革正式启动于2001年，彼时尚未建立核心要素：课程、教材、教学、评价、绩效问责、教师教育等与课程标准的一致性.随着改革进入深水区，系统思维以及一致性策略开始影响我国的基于标准的课程改革.[19]物理教育研究传达着广大物理教育工作者对物理课程标准与课程改革的解读、评价、经验、思考，是推进与完善课程改革的重要力量.物理教育研究者可秉持系统性与一致性思维，在发展学生物理学科核心素养的新理念指导下，在继续深入教学、学生和课程改革研究之时，增加对教材、评价、物理教师等改革核心要素的研究，以增加改革的整体协调性，其中学生教材使用研究、物理教学与学习评价体系构建、物理师范生培养等问题值得继续关注.

(2) 促进研究实证化.基于我国非实证研究占比多数的现状，广泛开展实证研究有助于提升我国物理教育研究的规范性和缩小教学实践与教育理论的鸿沟.基于事实的实证教育研究可为科学的教育决策提供必需的证据，[20]这为我国以课程标准为核心的自上而下的课程改革方式，提供了自下而上的反馈修正机制，有助于实现教学、研究、课程改革、教学改革、进一步研究的良性循环.据统计，发表在国际科学教育研究期刊IJSE、JRST和SE上的文章，88%以上都是实证研究.[21]在美国，实证研究方法占比七成，其中量化方法(一般评测+工具评测)，又是实证方法的主流.使用最多的几种一般评测方法有：频数分析、相关分析、回归分析、因子分析、方差分析、配对样本和独立样本T检验等方法，也有少数研究者在开发评测工具时采用结构方程模型、拉西模型分析等方法.[22]在推进实证研究的道路上，应注意提升所收集数据的信、效度，并加强结构方程、分层线性模型、路径分析、社会网络分析、甄别分析等统计方法的应用.

(3) 重视研究继承性.从研究前沿的更迭中可以看出，我国中学物理教育研究既具广阔国际视野，也有鲜明时代特色.尤其注重与国际接轨，持续引入新理念为我国中学物理教育注入生机.与此同时，我国学者对一些主题进行了持续深入的研究，譬如：郭玉英等学者对核心素养、学习进阶及二者的整合进行了系列研究，[23]李春密等学者不断探索学生物理实验能力的构成与评价，[24]胡象岭等学者对学生学习物理的学习兴趣、自我效能感、自我监控、成就目标定向与学业成就归因进行了系列实证探索.[12]一方面，这些系列化的研究积累了宝贵经验和丰富成果，激励后来者在各自的特色领域深耕.另一方面，我国中学物理教育研究在继承中进行借鉴创新.正如核心素养，既是对国际教育思想的借鉴，也是对三维课程目标的继承与创新.[25]但如何从科学方法转为科学思维教育，教学、教材编写过程中如何处理传统逻辑实证主义和后现代主义科学本质观的关系等问题，还需结合教育理论、科学哲学和认知科学的已有研究和我国教学实际进行解答.