教师信息化教学能力研究热点与趋势——基于CiteSpace的可视化分析

付奎亮，徐 山，李 鹦

（南京城市职业学院，江苏 南京 211200）

科学知识图谱作为科学计量学的新方法，是在科学计量学的基础上发展起来的新领域。通过可视化软件工具，对科学文献大数据的计算分析，能够对一个知识领域的研究基础、发展趋势、研究热点进行科学的识别和判断。这种将科学计量学与信息技术工具相结合的研究，打破了教育理论研究领域长期以来定性研究的传统研究范式。通过自动化计算分析，不仅能够节约大量时间，而且使研究结论更具客观性，把更多的时间用于创新性的研究中去，避免研究结论的泛化和随意性。CiteSpace作为一款国际上目前较为流行的科学计量可视化分析软件，因其应用领域广泛，分析的数据源兼容性强，近年来被无数知识图谱分析研究人员采用[1]。

教师信息化教学能力的发展，影响着教育教学改革的方向和进程。本文以科学计量学领域最新方法与技术为基础，借助信息技术手段以量化的方法，对国内CNKI期刊的文献数据进行可视化分析，探测与绘制该领域研究的科学知识图谱，通过量化分析与定性分析相结合的形式，呈现教师信息化教学能力研究的理论基础、热点主题和发展趋势，为本领域相关研究提供数据支持和研究基础[2]。

一、数据采集与处理

科技文献的挖掘与可视化，是信息技术在研究领域的新发展，是以大量数据为基础，运用数学方法，对所选领域局部或整体进行计算处理、挖掘探测、可视化呈现、数据解释为主要流程的一种研究方法。它同时采用了定量研究和定性研究两种性质。此种研究是以全面、合理、适当的文献数据为基础前提和质量保障的。

（一）数据采集

本研究数据来源为中国知网（CNKI）数据库文献检索结果。研究以“教师信息化教学能力”为关键词，进行主题检索，共得到1676条信息，主要包括作者、机构、标题、关键词、摘要等字段。

分别以“Refworks”和“Endnote”两种输出格式进行保存。前者是为了用于本研究所采用的CiteSpace软件进行文献可视化分析，后者则用于论文写作时使用或用于其他文献计量软件的分析。每个页面设为显示50条记录，一共下载了4个数据文件（CNKI允许一次下载500条记录），依次命名为download_01.txt、download_02.txt、download_03.txt、download_04.txt。

（二）数据的预处理

由于不同数据库厂商提供下载的数据格式有所差异，从CNKI下载的数据不能直接用于CiteSpace进行分析，因此需要对数据格式进行转换。运行CiteSpace后，选择功能参数区菜单栏的Data-Import/Export，即可得到数据的预处理界面[3]。通过CiteSpace软件平台中的“Format Conversion”功能转换后，将原有的4个下载文件，转换为4个预处理文件，有效记录为1760条。根据软件要求，将这些预处理文件都以“download”为开起始标识名，保存为纯文本文档，便于后期导入平台作为数据源使用。

（三）研究方法与数据处理

CiteSpace对于CNKI数据处理的功能较为有限，只能进行合作网络分析和共现网络分析。其中前者可以进行作者、机构、国家等不同主体维度的合作分析，而后者可以通过Term和Keyword对文献进行共词的挖掘分析，以及通过Category选项对文献中标引的研究领域进行共现分析。本研究根据CNKI数据特征仅分别进行了作者与机构的合作网络分析，以及关键词的共词分析。

将数据导入CiteSpace软件，主要参数做如下设置：时间范围为“2002-2021”，时间切片为1年；词语来源为“标题、摘要、作者关键词、关键词ID”；节点类型选“作者、机构、主题、关键词”；“C、CC、CCV”阈值设为“2，3，15；3，3，20；3，3，20”得到结果如图1所示。以此为参数，随后再分别以作者、机构、关键词进行可视化探测分析。

图1 教师信息化教学能力研究领域关键节点文献图谱

根据CiteSpace软件运算结果，通过进一步突发性文献探测（bursts），得出了16个主要聚类，“教师信息化教学能力”领域包含Freq、Burst、Degree、Centrality、Sigma、Keyword在内16个关键节点文献数据如表1所示。

表1 教师信息化教学能力关键节点文献

对以上关键节点的分析和解读，根据需要对关键文献的进一步跟踪和定性分析，可以较好地把握教师信息化教学能力领域的理论基础、发展趋势、研究热点，从而全面、快速、客观、准确地开展本领域研究的文献分析工作。

二、结果分析

（一）学术期刊的年度增量

以“教师信息化教学能力”为关键词进行不限时间主题词检索，共查询到1676条记录。从每年发文量计量分析可知，自2002年出现第1篇，到2011年不间断发文，但趋于平缓。2012年出现高峰突破期，发文量达到43篇，以后每年保持快速上升，2020年达到历史新高，数量达321篇。通过文献追踪分析可知，2002年为王佑镁等4位在信息技术教育（现为中国信息技术教育）发表的题为“教育信息化的关键：教师教育信息化——背景认识论（三）”专题报道，引起强烈反响，详细内容如图2所示。根据文献数据出现特征，数据计量分析量将区间设为2002-2021年，也即近20年的统计分析区间。

图2 教师信息化教学能力学术期刊年度增量

（二）教师信息化教学能力的理论基础

知识基础是一个有利于进一步明晰研究前沿本质的概念。如果把研究前沿定义为一个研究领域的发展状况，那么研究前沿的引文就形成了相应的知识基础，或称为理论基础。研究前沿的知识基础是研究前沿在文献中的引用轨迹[4]。根据关键词主题探测可知，教师信息化教学能力的理论基础主要有：教师专业发展、信息化教学环境、信息技术、教育信息化、信息化教学设计等内容，详细内容如图3。

图3 教师信息化教学能力文献的网络聚类图谱（2002-2021 年）

（三）教师信息化教学能力研究的热点与趋势

研究某个领域发展动向和研究热点是通过词频分析法来实现的。通过计算机软件运算，提取能够表达文献核心内容的关键词或主题词频次的高低来表现。而共词分析的基本原理是对一组词两两统计它们在同一组文献中出现的次数，通过这种共现次数来测试它们之间的亲疏关系。关键词共词分析就是对文献数据集中的关键词的分析。本研究中，将CiteSpace的功能参数设置区域的Node Types选择为Keyword，对教师信息化教学能力研究领域进行可视化分析结果如图4所示。

图4 教师信息化教学能力文献的关键词共现图谱

1.热点分析

通过关键词共现图谱分析，不仅有助于发现该领域研究内容间的知识网络关系，同时还能挖掘该研究领域的核心知识点，展现当前本领域的知识结构、规律和分布情况，研究主题和热点，揭示研究的发展历程与趋势。运用可视化软件CiteSpace，笔者对2002-2021年20年间CNKI期刊文献进行了关键词共现分析。分析结果发现，教师信息化教学能力的研究主要聚焦教师专业发展、信息化教学、提升策略、TPACK。背景条件呈现“互联网+”、智慧教育的热点趋向。学校类别朝着职业院校、高职院校、地方高校、民办高校院校的特点发展。内容明显呈现出TPACK知识结构、TPACK理论框架、职前教师、个案研究等主要热点方面。

CiteSpace的核心功能之一是网络聚类分析，评价聚类结果的品质包含结构、时间、内容、指标等方面。从聚类结构来看，信息化教学能力具有高的中介中心性节点，比较大的节点聚类有信息化教学、教师信息化教学能力、信息化教学设计、教育信息化、信息技术、信息化教学环境、教师培训、教师专业发展、信息素养、信息化教学设计能力、智慧教学等。详情参见图5网络聚类可视化分析。

图5 关键词网络聚类可视化分析

2.趋势分析

通过各个聚类区块的色彩可以判断文献时间分布，相邻聚类对应相关主题，聚类由冷色到暖色的不同色块，表示知识的时间流向。教师信息化教学能力的研究形成了信息化教学设计、教师专业发展、信息技术、教师培训、教育信息化等几个基础研究领域。从时间色彩流向来看，朝着教师信息化教学能力、信息化教学环境以及智慧教育和信息化教学研究的趋势发展。文献知识发展流向，如图5关键词聚类区块色彩分析。

（四）合作网络分析

科学合作就是研究学者为生产新的科学知识这一共同目的而在一起工作。CiteSpace提供了三个层次的科学合作网络分析，分别为作者合作网络，机构合作网络和国家或地区合作网络，本文仅从作者和机构两个方面进行合作网络分析。其中节点的大小代表作者或机构发表论文数量的多少。将CiteSpace的功能参数设置区域的Node Types选择为Author和Institution，对教师信息化教学能力研究领域进行可视化分析结果如图6所示。

图6 作者与机构合作网络可视化分析

1.引文突现性分析

通过citationburst按钮可以找到突现引文。简单地说，突现引文是指引用量突然上升或突现下降的节点，这类节点通常代表某一研究领域的转变，突现的引文节点用红色表示。

如上图所示，依据前文中所提到的设置参数，通过CiteSpace软件探测，在软件平台控制面板中，使用Burstness查看工具，得出前十的作者与机构引用突现性如表2所示。

表2 作者与机构突现性分析

表中突发排名最高的项目是集群#7.5中的西北师范大学教育技术与传播学院，突发值为5.83。从表中可知，此机构为师范类院校，并且我国教育技术学专业开拓者南国农先生自1953年起一直被聘为该校教授。1980年《电化教育研究》杂志创办，南国农先生长期担任主编。该杂志现已成为全国教育类核心期刊、CSSCI来源期刊，在国内影响深远。

2.引文计数分析

引用计数最高的项目是集群#9.5 中的汪应，引用计数为40。第二个是集群#9.5中的陈光海，引用次数为40。第三个是集群#7.5中的付卫东，引用次数为17。从机构显示分析可知，信息教学能力引文较多的同样是师范类院校教育技术学或相关专业，具体数据如表3所示。

表3 作者与机构引文分析

3.中介中心性与SIGMA分析

CiteSpace 工具中的中介中心性（Betweenness centrality），是测度节点在网络中重要性的一个指标。通过此指标可以用来发现和衡量文献的重要性。具有高中介中心性的文献通常是连接两个不同领域的关键枢纽。Sigma指数是CiteSpace中结合节点在中介中心性和节点在时间上的重要性两个指标复合构造的测度节点新颖性的一个指标。

中心度排名最高的项目是集群#7.5中的西北师范大学教育技术与传播学院，中心度为7。其原因是西北师范大学在国内最早开办教育技术学专业和博士点，创办了全国教育类核心期刊、CSSCI来源期刊《电化教育研究》杂志。具体探测数据如表4。

表4 作者与机构中介中心性与分析SIGMA

表中centrality列表示中介中心性，CiteSpace默认当网络节点大于350时，软件不会自动计算中介中心性。此时，在可视化界面表格中得到的中介中心性的数值为0。Sigma值中中介中心性和突发性结果得到之后才能进行分析的参数，在没有进行节点中心性和突发性探测前，Sigma值显示为0。此处的Sigma系统自动结合了中介中性生指标和突发性指标。

三、结论与启示

（一）研究结论

本文以中国知网（CNKI）为数据来源，借助可视化软件工具CiteSpase对国内教师信息化教学能力研究领域的文献进行可视化图谱分析。通过共现分析与合作网络分析以及高引内容分析，得出结论如下：

第一，通过文献量化处理与分析，根据可视化图谱显示可知，教师信息化教学能力研究领域具有明显的自然聚类。比较典型的研究主题聚集于信息化教学设计、教师专业发展、信息化教学环境、信息化教学资源、教育技术能力等。具有较为明显的主导颜色（出现时间相对集中），说明此研究领域具有较为明显的热度。其中，微课、互联网+环境的研究，是多年来持续研究的热点问题。从时间分析趋势来看，高职教师、提升策略、智慧教育是近三年研究的热点领域。

第二，在对文献分别进行主题、关键词、作者、机构聚类探测时，并未发现重要转折性节点，没有形成高的中介中心性节点。在CiteSpace工具中对文献数据中介中心性的检测，是依据结构洞理论以及科学转折点。同时根据美国计算机科学家乔恩·克莱因伯格（Jon Kleinberg）提出的探测频率突增算法原理，如果一篇论文的引文频次突然呈现急速增长，说明这篇论文切中了学术领域中的某个要害。从前文图谱分析可知，在教师信息化教学能力研究领域没有探测出中介中心性节点，也没有明显的标志性转折点文献的机构或作者。

第三，如前文作者与机构合作网络可视化分析所示，这些师范类机构图谱节点都不大，说明它们的总被引次数并不高，所以未形成高的度中心性点。

从文献来源机构分析可知，关于教师信息化教学能力研究，无论是作者还是机构单位都未形成明显的聚类集群。在前15名的作者和机构如前文图6所示，这些机构图谱节点都不大，说明它们的总被引次数并不高，所以未形成高的度中心性点。较为高的度中心性节点机构是山西大同大学教育科学与技术学院。作者及机构被引持续时间都非常短，大部分只有两年，只有周素娜一个作者持续五年时间，如图7所示。而从主题和关键词探测可知，信息化教学设计能力、信息化教学设计、教学设计、信息化教学环境、教育技术持续热点都达到十年以上。这说明热点领域比较集中，但是研究者及研究机构比较分散。

图7 前15 作者机构强施引突发探测

第四，从图谱分析发展趋势来看，教师信息化教学能力领域的研究，从基本能力培养研究范式往综合信息化教学能力范式发展。该领域研究的起点是教师专业发展，教师专业化培养，科学知识体系，研究来源主要是基础教育信息化，中小学教师的教科研或实地调查。转换节点文献多集中于影响因素和发展策略方面。随着研究持续，教师信息化教学能力研究趋势表现出TPACK，教育信息化教学、教学中的应用，学校类型出现了高职院校的研究热点。尤其是随着计算机网络与人工智能技术的发展，以及这些技术在教师信息化教学能力领域的实践应用，现在出现了互联网+教育、信息化教学环境、信息化教学设计、智慧教育等研究热点与发展趋势。

（二）反思与建议

教育教学改革的研究需要以系统论为指导，将教师能力发展重心向培养模式、能力构建策略转移，突出教师教学能力的全面发展为目标，避免能力发展与教学实践脱离的现象。处理好教师发展理论研究与提高教学质量水平的辩证关系，研究教师信息化教学能力对我国教育教学改革的研究与实践具有重要意义。研究方法也从经验总结、定性研究发展到定量研究，引入科学的可视化分析、知识图谱分析等量化研究方法，拓展了教育研究领域的新渠道。借助信息技术手段，不仅能提高文献研究效率，还可以较为全面把握本研究领域的基础知识、持续热点以及发展趋势，发现研究领域的不足之处[5]。在此领域研究基础、热点分析、发展趋势图谱要分析基础上，给出以下建议：

1.以TPACK理论为指导突出教师能力的综合化发展

教师能力发展从专业知识到教学法知识，再到信息技术知识，并趋于将三者整合。教师的教学能力是帮助教师实现教学目标，在教学过程中表现出来的综合能力。能力的基础是知识，是由知识转化构建而来。从知识匮乏时代转变到知识爆炸时代，教师的角色也随之发生转变。教师从知识的传授者转变为学习的组织者、引导者，教学活动的设计者[6]。对教师专业能力的要求在教什么的基础上，增加了如何教的能力要求，即教学策略问题。随着信息技术的推广应用，又对教师提出了信息技术的知识和能力要求。

TPACK知识框架的提出，为教师能力发展提供了良好的研究和实践范式。TPACK框架主要包含TK（技术知识）、PK（教学法知识）、CK（学科内容知识）、PCK（学科教学法知识）、TCK（整合技术的学科内容知识）、TPK（整合技术的教学法知识）、TPCK（整合技术的学科教学法知识）七个元素，是一种系统化、整体性、可操作性的理论体系[7]。从TPACK视角出发，结合高校教师信息化教学能力存在的问题和发展路径，构建具有针对性、系统性的高校教师信息化教学能力发展模式，从而将问题落到实处[8]。

2.以智慧教育理论为指导突出教师能力的智慧化发展

智慧教育的基本内涵是通过构建智慧学习环境，运用智慧教学法，促进学习者进行智慧学习,培养具有高智能和创造力的人[9]。

高度整合的TPACK是当代教师能力发展必备的知识框架和实践指导体系。值得注意的是，需要结合特定的教学情境，才能理解和发展教师的教学能力。智慧教育是当代教育信息化的新环境，更加强调以学习者为中心的思想。智慧教育以智慧学习环境为技术支撑，对教师理应提出智慧化教学方法，通过掌握和使用智慧工具，促进学习者智慧学习的发生和智慧行为的涌现。没有智慧教，就没有智慧学。智慧化教学环境下，更加需要教师利用TPACK框架构建适宜的智慧学习空间，推送适宜的智慧学习资源，并利用数据驱动进行教学分析、教学活动调整、个性化学习指导。这将更需要教师升华利用TPACK思维框架，把握智慧技术与学科知识、教学方法的复杂关系寻求新的平衡与权变。这将是教师教学能力发展新的机遇和挑战。

3.以人工智能理论为指导突出教学能力的个性化发展

人工智能就是通过人们的研究与设计,模拟或者是替代人类的智能的过程,包括识别、分析、认知等,能够辅助人类完成更多创造性、复杂性工作的系统[10]。从前文分析，并未探测发现教师信息化教学能力“人工智能”热点和趋势关键词。但人工智能将会对教师知识构成、教学方法、教学活动过程设计与实施等形成冲击，任何体现重复性的需要、有大量数据积淀的事情，都可以被人工智能取代。虽然短期内不会对教师构成岗位威胁，但是传统形式教师大量重复性工作内容和工作流程，会被新时代学生逐渐所不可接受。教师的角色需要重新定位，知识和能力需要重构和发展，形成与人工智慧优势互补的新型教育生态系统。这就需要教师主动转变观念，迎接新的机遇和挑战，更加突出创新知识和能力的培养，加强培养学习情感态度方面的“温性”教育，发展人工智能所无法替代的能力。建议该领域研究者多向一线教师在合理使用大数据进行个性化、精准化发展。使用培训对象由教师个体到教师群体，最终回归到教师个性化发展。