基于CiteSpace的物理核心素养研究热点和趋势分析

摘 要：通过构建2015-2018年物理核心素养文献数据的知识图谱，分析物理核心素养研究的热点与趋势.分析表明，该领域主要聚焦在物理核心素养的概念内涵、教学方式、实验创新、作业考试和物理文化五个方面.该领域的发展趋势有：从概念内涵探讨到方式方法落地，突出科学探究和深度学习的教学方式，融合新技术的实验教学创新，面向核心素养的作业和考试.

关键词：物理核心素养;教学方式;实验创新;作业;考试

中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）05-0005-05

作者简介：罗毛羽（1995-），男，江西南昌人，硕士研究生，研究方向：基础教育学.

近几年来，基础教育课程教学改革已经步入了深水区，中国学生发展核心素养一经提出便成为热点，而且已经深入到学科核心素养的研究和实践，成果颇多，但也存在诸如“新瓶装旧酒”“换汤不换药”的情况.本文借助信息可视化技术和计量学方法，揭示国内物理学科核心素养研究的热点和趋势，力图为该领域的研究和实践提供有效的支持.

1 研究方法与数据来源

本研究采用陈超美开发的CiteSpace软件，以科学知识为对象，通过聚类视图和时区视图显示某领域科学知识的发展进程及结构关系，适用于多元、分时、动态的复杂网络分析.本文的资料来源于 “中国知网文献总库”，在检索中以主题词“物理核心素养”进行检索，检索日期为2018年12月23日，通过CiteSpace软件统计2015-2018年间文献得到相关文献总数为841篇，删除无关文献后得到有效文献748篇，各年份间有效文献篇数如图1所示.统计有效文献中的关键词，共得到2705个关键词，将出现次数≥3的关键词确定为高频关键词，共得到27个高频關键词.将高频关键词归类为学段（高中物理、初中物理、物理、中学物理）、概念内涵（核心素养、物理核心素养、学科核心素养、物理学科核心素养、物理观念、科学思维、科学探究、物理概念）、教学方式（物理教学、教学设计、课堂教学、教学策略、培养、教学）、实验教学（实验教学、实验探究、物理实验）、考试（高考物理、高考）、文化取向（评价、科学态度、物理学史、科学态度与责任）等统计得到表1.

2 物理核心素养研究热点分析

2.1 物理核心素养的概念和内涵

胡卫平（2017）认为，物理核心素养是学生在物理学习中形成的适应个人终身发展和社会发展需要的关键能力和必备品格.李岩（2016）认为，物理核心素养由基本物理观念、基本物理思维、实验探究能力和科学精神与态度构成.林明华（2016）认为，物理核心素养有物理观念和应用、科学思维和创新、科学探究和交流、科学态度和责任四个维度.

（1）关于“物理观念”的研究.郭玉英（2017）认为，物理观念主要包括物质观念、运动与相互作用观念、能量观念等要素.艾静（2018）认为，物理观念是物理核心素养的基础，也是阶段性学习的目标.

（2）关于“科学思维”的研究.胡卫平（2017）认为，科学思维包括模型建构、科学推理、科学论证、质疑创新，这是物理核心素养培养中的关键能力.林钦（2015）认为，科学思维是了解并掌握研究世界的基本思想和方法.卢长津（2018）认为，科学思维将物理知识、方法、思想、观念和精神有机融合在一起.

（3）关于“实验探究”的研究.江山（2015）认为，实验探究是物理学科的基础和重要特征，学生要经历提出问题、猜测假设，获取和处理信息、分析论证得出结论，这有助于学生理解和掌握知识与技能，培养探究意识和科学素养.曾雪琴（2016）认为，实验探究是激发学习物理兴趣、增强物理知识应用能力、落实科学素养的关键.

（4）关于“科学态度和责任”的研究.王高（2016）认为，科学态度与责任是指认识科学本质，理解科学、技术、社会和环境的关系基础上形成的对科学和技术应有的正确态度以及责任感.娄德江（2018）认为，教师要以情感、态度与价值观目标为导向，潜移默化地培养学生良好的科学态度与责任，进而发展学生的核心素养.

2.2 物理核心素养与教学方式

2.2.1 基于物理核心素养的教学设计

林钦（2015）认为，基于核心素养导向的物理设计，需要包括围绕核心概念展开教学、提供应用科学方法研究问题的机会、还原“真实”科学研究历史、创设待解决的真实问题情境、注重物理教师的言传身教.白晶（2016）、任虎虎（2017）认为，应该以指向“深度学习”进行教学设计，让学生进行思维的深化加工，“思维型”以认知冲突和自主建构促进物理观念;以学生思维活动促进科学思维;以思维监控为手段促进知识和思想的内化;以应用迁移达到有效培育物理学科核心素养的目的.封英（2016）提出了基于核心素养的教学设计模型，以“楞次定律”为例，课堂导入、实验设计、实验探究等方面，进行了系统具体化的构建.黄以明（2018）提出了“先学先行—检测反馈—互动研讨—当堂训练—拓展提升”的五环节教学设计，培养学生的科学思维、科学探究能力、合作精神等物理学科素养.

2.2.2 基于物理核心素养的教学模式

余沐诤（2012）认为，可以借助多媒体手段，创设“生活化的情境”，着力挖掘生活中的物理故事呈现物理问题、生活中的物理探究实验、生活中的问答和图例创设，运用生活化的语言交流.林春辉（2017）指出，以学生活动、参与体验为中心，建构“活动式”的物理教室，开放的专题环境、可移动组合的座椅、灵活的教学活动、个性化的学习活动、主题研究与展示等环节，有效提升物理核心素养.谢瑾（2015）指出，将微课与翻转课堂、导学案结合，可以起到知识的拓展的作用，便于难题讲解同时有助于实验讲解.孙凡博（2014）使用“微视频+教师讲述物理概念和规律”的新型教学模式，激发学生主动和积极地猜想.汪伊凡（2018）将STEM教育融入初中物理课堂教学当中，有意识地启蒙学生的工程技术理念，拓宽了培养核心素养的有效路径.徐清军（2016）以物理课“弹力”和实验课“测定电池的电动势和内阻”为例，呈现了浙江省2017年新高考下物理核心素养的“问题·探究”教学模式.

2.3 物理核心素养与物理实验教学

2.3.1 基于物理核心素养的物理实验教学方法

卢星辰（2018）认为，教师要引导学生经历“创设问题情境、发现问题、进行猜想、探究验证、得到实验结论”的科学探究过程，并且，“隔杯吹蜡烛”的创新实验探究了“流体压强与流速的关系”.晋文梅（2018）认为，在实验教学时，可以由学生设计多种实验方案，从中挑选出较好的实验方案，再组织学生进行多种实验探究，引导学生发现并思考回答问题.张瑜（2018）认为，应该重构物理实验教学，可以借鉴不同版本教材对于同一种实验的不同做法，降低实验难度，或者采取慢镜头回放实验细节来丰富实验探究，积累更多的感性素材，从而优化实验教学效果.

2.3.2 基于物理核心素养的物理实验创新

张瑛（2018）认为教师应该改进演示实验，例如采用自制教学用的“制冷”模块，在课堂上直接演示制冰、制霜，完整地模拟了水循环现象，弥补了课本演示实验中的空缺，有助于学生直观感知、理解和应用知识.孙德成（2018）认为，教师可以对实验教具进行改进与创新，以“液体的表面张力”实验教具改进为例，用铜丝制作了半米长的半圆，把吸管放置在装置套的中央浸入肥皂液后拿起，可以清楚看到肥皂液薄膜在装置上，再用手刺破左侧肥皂液，吸管会在右侧肥皂液的表面张力作用下运动到装置右侧，这样，显著地增加了液体张力的可见度.孙子彪（2018）则认为，教师可以自制廉价且操作性强的实验器具，还要引导学生以废旧物品为原材料设计物理实验，在动手操作和设计中，提升了学生的知识和技能.侯丹（2018）指出，可以通过3D虚拟增强现实技术创设丰富的情境，例如创设失重环境实验平台，让学生深切感受失重条件，从而增强了学习兴趣，加深对知识的理解提升和培养学生的探究能力.齐国元（2017）将传感器（DIS）技术用于物理课堂，可以有效地培养学生的物理观念、科学思维和科学探究品质.

2.4 物理核心素养与作业考试

2.4.1 基于物理核心素养的物理作业

王金铎（2018）从对物理作业的理解与认识、设计的基本原则、物理作业的分类与功能方面阐述了符合学生发展物理核心素养的物理作业.陈婷（2018）认为，基于物理核心素养的培育，物理作业应该具有目的性、合作性、多样性、趣味性，要从教材出发，结合学生实际，对作业内容进行优化设计.桑嫣（2018）认为，物理专业设计应该系统化，先确定单元总体目标，然后对总目标分解细化至每一课时的作业.陈向舟（2018）将物理家庭作业分为规律概念性题目、应用型题目、实践型题目实验、探究型题目、综合开放型题目五大类型，并对作业的评价从形式、对象、主体的不同采取不同的评价方式.詹清清（2015）等通过调查认为，物理辅导资料使用非常广泛，但是资料良莠不齐，学生选购资料时很盲目，教师极少关注学生使用资料的过程及存在的问题，教师应该对其精心选择和引导.

2.4.2 基于物理核心素养的考试评价

程力（2016）深入解读《国务院关于深化考试招生制度改革的实施意见》，其中要求科学命题要增强基础性、综合性，着重考查学生独立思考和运用知识分析、解决问题的能力，以此促进基于学生科学核心素养发展的教学改革.于永建（2016）对2016年全国课标物理《考试大纲》中关于高考物理内容的删除和调整进行分析，从中解读出物理高考命题立意正在从“知识、能力”转向“物理核心素养”的命题立意.解永平（2017）对2017年江苏高考新增的“探究动能定理”实验分析得出结论，指出像“科学探究体验的过程”这类考题，要注重学生亲身经历实验探究过程，掌握科学研究方法，以此提升学生的核心素养.于永建（2018）分析了2017年的高考真题新题型“原始物理问题”的“情境性、真实性、价值性和应用性”，此类题型目的在于引导教师注重与物理实际问题相联系，激发学生参与问题解决的动机，培养学生的科学核心素养.冷冰冰（2015）则对《高中物理课程标准（实验）》体现核心素养的指标进行量化研究，研究发现对科学素养、实践素养、信息技术素养、问题解决能力、主动探究、学习素养、沟通与交流能力等较为重视，但对创新能力、社会责任、人文素养等重视程度还不够.

2.5 物理核心素养和物理文化

朱建山（2017）认为，物理教育应该从基于知识的教育变为基于文化的教育，增强抵御迷信和伪科学的能力，提高学生的核心素养.沈祖荣（2018）辨析了文化、物理文化和物理核心素养的概念，认为物理文化中的“真、善、美”具有学科个性和共性，学生在学习物理文化中的“真、善、美”，会内化为学生的物理学科素养.吴熙（2018）认为，在物理课堂中，介绍物理学家关于物理概念建立过程，有利于指导学生学习物理学家的研究方法、思维、态度和精神，可以提高学生的物理核心素养.胡雨宸（2018）对高考试题进行分析后认为，在试题命制的情境创设中合理融入物理学史，是有效提升物理核心素养的途径.

3 物理核心素养研究的趋势分析

3.1 从概念内涵探讨到方式方法落地

物理核心素养的研究重点，从概念内涵探讨已经转向方式方法落地.由图2可知，关于物理核心素养概念的探讨在2015-2016年快速上升，2017年之后逐渐趋于稳定，而物理核心素养与教学方式的研究则持续增长.研究者对于物理核心素养概念和内涵形成了共识，主要包括物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任四个方面.并且，从以物理知识和技能为本的教学，转向物理 “真、善、美”一体的文化引领，学生不但要学习物理概念建立过程，还要学习物理学家的研究方法、思维、态度和精神.后面的研究重点是探讨基于物理核心素养的课程内容调整、教学方式革新和作业评价改革等具体的落实措施.

3.2 突出探究和深度学习的教学方式

在教学理念和设计上，针对以往物理教学中存在的弊端：过分重视科学观念（知识、技能）的講授、巩固过度操练，忽视科学探究过程、科学思维方法培养导致“科学探究”简单化、程式化、形式化，科学思维浅层化、泛化或僵化.研究者认为，关键在于，要紧扣物理核心素养的概念和内涵，重视科学探究，培养科学思维，形成物理观念，培养科学态度，从而落实物理核心素养.因而，在教学方式方法上，应该采用“情境创设—实验探究—交流表达—知识技能应用”的“深度学习”，以问题导向、合作探究，应用迁移，让学生有机会多观察、操作、深入思考讨论、巩固和应用知识技能;并且，还可以革新物理课堂教学，翻转课堂、微课和物理导学案结合，有助于实验探究，又有利于知识巩固拓展，将实验探究和知识巩固应用结合.核心素养的落地生根，这种实施层面的课程与教学设计研究最为重要，最为缺少，是研究的重点和趋势.

3.3 融合新技术的实验教学创新

研究者认为，实验教学是物理核心素养落地的有效途径，应该重视实验教学，改进实验方案，组织学生进行多种实验探究，注重学生探究过程，让学生亲历科学探究过程.而且，应该将新技术融入物理实验改善实验教学的效果.例如，应用传感器（DIS）技术、3D虚拟增强现实技术、多媒体教学技术等，创设逼真的、沉浸式、交互式的问题情境，凸显物理实验的细节，展现特殊的实验场景，回放历史实验场景，为学生观察、分析、探究提供更有效的支持.还要对实验教具进行改进与创新，改进演示实验效果，克服以往实验中的难题等.

3.4 面向核心素养的作业和考试

研究者认为，设计面向物理核心素养的物理考试，对于物理核心素养的落地有决定性的作用，而设计面向物理核心素养的作业则是关键的支撑.教师要摒弃过于依赖课外辅导书的做法，厘清面向核心素养的物理作业设计原则，精心选择和设计突出物理观念、科学思维、科学探究及科学态度的作业.例如，设计具有探究性的、待解决的真实的问题情境的作业，并能体现良好的价值导向，形成严谨求实创新的科学态度.在物理考试方面，以物理核心素养为纲进行命题，从“知识、能力”转向“物理核心素养”，突出考查物理观念、科学思维、探究能力、科学态度与责任.例如，在实验类的考题上，要考查学生是否亲身经历实验探究过程，是否掌握了科学研究方法，是否能够将科学知识、科学思維（分析、比较、判断、推理）用于解决新问题，是否具有严谨正确的科学态度.

总之，在物理核心素养的研究和实践中，将面临许多亟待解决的新问题，如课程标准、教材建设、教学内容、教学方法以及考核评价等，需要更为深入的基础研究，在实践中探索，为其落地打下更为坚实的基础.

参考文献：

[1]胡卫平.物理学科核心素养的内涵与表现[J].中学物理教学参考，2017，46（15）：1-3.

[2]李岩.初中物理学科核心素养的要素分析[J].物理通报，2017（S1）：2-4.

[3]林明华.高中物理核心素养的内涵与培养途径[J].福建基础教育研究，2016（02）：4-6.

[4]玉英.从三维课程目标到物理核心素养[J].物理教学，2017，39（11）：2-4+8.

[5]张颖珍，徐莹，于海波.国内物理学科核心素养的研究动态，热点与趋势——基于CiteSpace的可视化分析[J].中学物理，2020（13）：30-35.

[6]林钦，陈峰，宋静.关于核心素养导向的中学物理教学的思考[J].课程·教材·教法，2015，35（12）：90-95.

[7]卢长津.在探究式教学中提升学生物理核心素养[J].中学物理教学参考，2017，46（08）：14-15+2.

[8]江山.实验探究：培养物理学科核心素养的有效途径[J].中学物理教学参考，2015，44（23）：2-5.

[9]曾雪琴.基于核心素养的高中物理实验教学探究[J].读与写（教育教学刊），2016，13（11）：146-147.

[10]王高.物理核心素养培养浅探[J].物理教师，2016，37（12）：15-19.

[11]娄德江.初中物理教学中发展学生核心素养解读及策略探微[J].中国校外教育，2018（25）：31+40.

[12]李杰，陈超美.Citespace科技文本挖掘及可视化[M].北京：首都经济贸易大学出版社，2016.

[13]白晶.指向深度学习，培养核心素养[J].中学物理教学参考，2016，45（05）：2-5.

[14]任虎虎.思维型课堂：培育物理学科核心素养的有效途径[J].物理教师，2017，38（03）：16-17+21.

[15]封英，侯恕.对比同课异构思“学生物理核心素养”——以“楞次定律”为例[J].物理通报，2016（09）：76-79.

[16]黄以明.五环教学：培养学生物理核心素养[J].教育学术月刊，2018（09）：81-86.

[17]余沐诤. 生活化情境教学促进物理教学有效性的研究[D].成都：四川师范大学，2012.

[18]林春辉，周世平.构建“物理学科”教室，培育学科核心素养[J].物理教学，2017，39（06）：5-7+21.

[19]谢瑾，张军朋.谈谈微课在物理教学中的应用[J].物理教师，2015，36（08）：14-17.

[20]孙凡博. 微视频资源在高中物理课堂教学中的应用研究[D].长沙：湖南大学，2014.

[21]汪依凡. 基于STEM的初中物理教学策略与设计研究[D].扬州：扬州大学，2018.

[22]徐清军. 新高考形势下高中物理教学模式的转变及对策研究[D].杭州：杭州师范大学，2016.

[23]卢星辰.优化物理实验教学 培养学科核心素养——以“流体压强与流速的关系”为例[J].物理之友，2018，34（08）：36-37+40.

[24]晋文梅，郑威.核心素养下物理实验教学的创新设计[J].中小学教师培训，2018（09）：69-71.

[25]张瑜.重构物理实验教学 落实核心素养培养的策略[J].物理教学，2018，40（06）：18-20.

[26]张瑛，白少民.改进物理演示实验 提升学科核心素养——以“水循环”教学设计为例[J].中学物理，2018，36（18）：50-53.

[27]孙德成.“液体的表面张力”实验改进与创新[J].物理教师，2018，39（06）：23+26.

[28]孙子彪.高中物理教学核心素养：演示实验创新[J].学周刊，2018（15）：108-109.

[29]侯丹，宋昊泽.3D虚拟增强现实技术在中学物理教学中的应用研究[J].天津师范大学学报 （基础教育版），2018（03）： 69-74.

[30]齐国元.合理利用传感器技术 培养物理核心素养[J].物理教学，2017，39（09）：37-38+52.

[31]王金铎.基于核心素养的物理作业设计[J].物理教学探讨，2018，36（04）：1-3+6.

[32]陈婷.核心素养下初中物理作业优化设计研究[J].科学咨询（教育科研），2018（09）：32.

[33]桑嫣.学科核心素养导向下的高中物理单元作业设计[J].上海课程教学研究，2018（05）：39-43.

[34]陈向舟.以核心素养为导向的初中物理家庭作业的设计[J].环渤海经济瞭望，2018（05）：191.

[35]詹清清，茹秀芳，肖化.高中生使用物理学科辅导资料的现状调查[J].上海教育科研，2015（12）：21-25.

[36]程力.增强基础性和综合性 深化高考物理内容改革[J].物理教师，2016，37（05）：74-77+79.

[37]于永建. 2016年全国课标物理《考试大纲》的变化解读与备考启示研究——兼谈学科核心素养背景下的命题立意[J].物理教师，2016，37（05）：80-83.

[38]解永平. 基于物理核心素养培养谈“探究动能定理实验”的考查——解读《2017年江苏省普通高中考试说明》[J].物理教师，2017，38（06）：84-87.

[39]于永建.基于原始物理问题与核心素养导向的试题研究——從2018年《考试说明》和2017年高考真题谈起[J].中学物理教学参考，2018，47（09）：59-61.

[40]冷冰冰. 高中物理课程标准的核心素养分析[J].教育导刊，2015（08）：49-52.

[41]朱建山. 聚焦核心素养 回归物理文化——中学物理教学创新的新视角[J].中学物理，2017，35（23）：1-3+15.

[42]沈祖荣.试论物理文化中的“真、善、美”[J].物理教学探讨，2018，36（03）：67-70.

[43]吴熙，彭朝阳.基于物理文化教学提升学生的核心素养[J].湖南中学物理，2018，33（04）：10-12.

[44]胡雨宸. 物理学史用于高中物理测试题命制的路径与实践[D].南京：南京师范大学，2018.

[45]张海龙，马亚鹏. 2017年度中学物理教育教学研究综述——基于《中学物理教与学》论文转载情况分析[J].物理教师，2018，39（02）：2-6+15.

（收稿日期：2020-12-18）