國際科學教育坐標中的我國中學物理教育研究：基于文獻計量學的國際比較研究

李婷婷　王晶瑩　田雪葳

摘 要：文章基于知識圖譜可視化的方法，對國內外中學物理相關研究文獻進行分析，得出了兩點發現。第一，1993-2017年，我國中學物理發文量總體呈上升趨勢，近幾年比較穩定，形成了權威學術機構研究中學物理的潮流。第二，國內外中學物理教育研究在研究范圍、研究主題、研究方法等方面存在很大的差異，具體表現為三點：一是國內中學物理研究范圍比較窄，而國際中學物理研究非常廣泛；二是在研究主題方面，國際上對教師、學生、物理學科、教學理論、學習工具、物理學科融合等進行了較為深入的研究，而我國側重于物理課程標準、教材、教學規律等政策性文本解讀和教育理論層面的研究；三是在研究方法方面，我國側重于行動研究和思辨研究，而國際上進行了較多具體探究課堂環境改進的實證研究，并開展了為期較長的縱向研究。

關鍵詞：中學物理；可視化；科學教育；國際比較

一、數據來源與研究方法

物理課程作為自然科學領域的重要基礎課程，可以為學生奠定終身發展的科學基礎。我國新高考改革出現的物理選考“危機”，引起了社會各界人士的廣泛關注，進而引發對我國公民科學素養的擔憂。物理作為我國科學教育中的重要學科，其教育研究進展和狀況直接影響中小學一線教學[1]。我國學科教學論有著悠久的發展歷史，并且在理論與實踐層面積累了很多優良傳統與經驗。而在世界坐標中，我國中學物理教育研究現狀也值得探究，本文通過文獻計量學方法探討該問題。本文以中文社會科學引文索引（CSSCI）和北大核心期刊為信息源，按“篇名=中學物理/初中物理/高中物理”檢索了1992-2017年516篇文獻，對包括關鍵詞、作者、研究機構、來源出版刊物、參考文獻等數據信息進行統計分析；又以Web of Science（WOS）為信息源，按“標題=secondary school/middle school/high school/K-12 + physics”檢索出421篇社會科學引文索引（SSCI）文獻，對關鍵詞進行聚類分析。管窺國內外中學物理教育研究的演進脈絡與聚焦主題，希冀對當前國內中學物理研究提供一定借鑒。

二、我國中學物理教育研究基本狀況

通過統計分析1992-2017年25年內中學物理教育研究發文量和期刊分布情況，得到中學物理教育研究的既有狀況（見圖1）。從發文總量來看，國內關于中學物理的研究呈現以下趨勢。1992-1999年，中學物理發文量前期不太穩定，在一定范圍內波動，后期較為平穩，1993年出現了第一個高峰期，1992年《九年義務教育全日制初級中學物理教學大綱》審核通過并正式頒布，政策的出臺，必然性地推動各地教育的改革，廣大學者們將中學物理納入重點研究之列，發文量增多。進入21世紀后，發文量迅速上升，2000年和2010年出現兩個高峰，教育部于2001年和2011年分別正式頒布《全日制義務教育物理課程標準（實驗稿）》和《義務教育物理課程標準》，二者都重視對學生科學探究能力的培養，提倡學習方式多樣化，其中2011年《義務教育物理課程標準》明確列出學生必做的實驗，突出課程的基礎性、時代性和應用性，更加側重培養學生的正確價值觀及科學發展觀，政策落實與實施再次引起學者的關注與思考，2011年后發文量又呈上升趨勢[2]，2012年后趨于穩定。年度發文量受多方面的影響，政策、問題和改革等對其影響尤其大，政策的出臺、國際比較、教育改革、時代的發展和現實問題，如新高考物理選考“危機”等都會對研究產生一定影響。從發文期刊來看：《教學與管理》《課程·教材·教法》發文量較高，占總發文量的37.97%；《中國電化教育》《課程·教材·教法》《教育學報》的影響因子位居前3（見表1）。

對發文作者所屬機構統計分析可以看出，發文量前5位分別是北京師范大學物理系、首都師范大學物理系、人民教育出版社物理室、河南師范大學物理與電子工程學院、西南大學科學教育研究中心（見表2）。

三、我國中學物理教育研究熱點

關鍵詞共現的時區圖能夠清晰地從時間維度上展示出知識的演進過程和相互影響，圖中的節點代表關鍵詞，關鍵詞出現頻次越多，節點越大；節點之間的連線則表示共現關系，連線越粗共現強度越大。由圖2可以看出，1992年和1993年節點較多，國內研究主題范圍廣，對教師、教材、教具和學科知識點都有關注；節點之間的連線較粗，共現性較強，這一時期爆發出大量的高頻關鍵詞，研究熱點主要聚焦于高中物理、高中物理教學、初中物理、中學物理教師、物理課、物理學史、物理現象、變速直線運動、大氣壓強、高中物理教材、習題課、教學內容、大綱要求、教學質量、自制教具、中學物理、教學效果、概念教學等。1994-1999年的研究主題與以往的研究承接性較強，也顯示出了不同的研究熱點，主要有力的分解、透鏡成像、知識的理解、思維能力、物理等。2000-2010年的研究主題與以往相比有所繼承又有一定的突破，開始重視新的教學方法和探究實驗教學，關注物理教學對學生情感態度價值觀的培養等。具體而言，2000年的研究熱點是物理教師、實驗器材、思維過程、課堂教學等；2001年的研究主題主要聚焦于初中物理教學、問題解決、物理基礎知識、教學過程等；2002年的研究重點是初中物理教學、物理實驗、探究過程等；2003年的研究主題主要聚焦于物理規律、物理學科、物理課程等；2004年的研究主題略有轉變，在教學理論層面取得了一定的成果，主要聚焦于物理學習、物理情景、實驗教學、情感態度、物理課程、教學模式等；2005年的研究重點是物理學習、教學模式等；2006年的研究主要聚焦于中學物理教學、教學策略等；2007年主要聚焦于物理教學、自主學習等；2008年研究熱點主要聚焦于認知結構等；2009年的研究主題主要聚焦于牛頓第一定律、科學探究能力、物理課程標準等；2010年的研究熱點是電磁感應現象、課程標準等。2011年之后關鍵詞在共現時區圖上顯示不多或者有些年份沒有顯示出來，出現的像新課程、物理課堂教學、新課程改革、物理教材等關鍵詞在25年里多次出現。

由上述分析可以看出，國內對中學物理教育的研究主要聚焦于物理教學、物理課程、物理教材、物理實驗、物理規律、物理課程標準、物理教學策略等，而對學生的認知規律和學習策略、學習方式、學習心理依據、常見問題以及中學生學習物理的興趣點僅有個別年份有所涉及。另外，僅在1992年和2000年的關鍵詞中出現了物理教師，不難看出學者對中學物理的研究在中學物理教師的專業發展情況、中學物理教師結構特點以及新課程下物理教師的教育思想、教學觀念、教育行為等方面鮮有涉及。物理教師是教育實踐活動的重要組成部分，學生是教育實踐活動的對象，國內中學物理研究不夠重視教師及學生，重心聚焦于課程、教學、教材等，這種局勢有待改善。

四、國際中學物理教育的研究熱點

基于國內的研究熱點，我們用同樣方法對2000- 2017年的421篇文獻進行關鍵詞共現聚類分析，以揭示國際中學物理研究的前沿熱點和發展規律。由圖3可以看出，當前國際中學物理研究的前沿熱點問題主要聚焦于以下15個方面。第一，學生自我定義能力，涉及個人認識論、自主學習、認識論信仰、自我評估能力、學習內在動機、學生發展規律、學生推理能力、問題解決能力等主題的研究。第二，職業選擇，重點研究中學物理成就和數學成就、學習物理的動機與職業選擇的關系，研究內容涉及科學職業選擇、青少年物理教育、科學教育等主題。第三，實驗室實驗，涉及數據采集、個性化教學、傳感器、虛擬實驗、智能輔助系統、俠義相對論教育軟件等多個主題。第四，元分析。第五，學生成就，圍繞學習結果、優勢與不足、學習表現和學習方式、有特殊能力的學生、學習態度、優質學習等主題進行研究。第六，交流，以元認知技能和認知能力為理論依據，涉及交互類型、互動條件、遠程教育、計算機媒介溝通、網上討論、合作學習等研究主題。第七，錯誤概念，包括物理前概念、診斷工具等主題。第八，期望價值理論的研究，包括成就任務價值、動機與參與、學位獲得等主題。第九，繪圖能力，圍繞線圖的解釋能力、圖表模式、使用圖表等主題進行研究。第十，學習風格，從左右腦半球展開研究，研究主題聚焦于批判思維、應用公式、概念圖、學習興趣、學習表現等。十一，教師K-12教育研究，涉及過程問卷、改善課堂教學、科學教師、教師專業知識、職前教師、教師教學實踐、學生學習困難、學習物理的方法、學習物理的概念、鐘擺學習等主題。十二，電子游戲研究，關注游戲在物理學習中的作用，研究內容涉及計算機、網絡、超媒體、虛擬現實環境、觸覺、電子學習等主題。十三，進行跨學科研究，研究熱點聚焦于物理和技術、物理和工程、物理和科學、物理和生活等。十四，對高中教育的研究。十五，對初中教育的研究，圍繞教學策略、物理教科書、教學大綱、教學評價、教育學理論、形成性評價、課程改革等主題進行了較為全面的研究，并且開展了縱向跟蹤實驗探究。

五、中學物理教育研究的國際比較

通過國內外中學物理教育的文獻計量學研究，筆者發現在研究范圍、研究主題、研究方法等方面存在很大的差異。具體表現為以下5點。

第一，國內中學物理研究范圍比較窄，而國際研究領域非常廣泛。在2011年之后，國內可視化時區圖基本沒有新的關鍵詞出現，這說明近年來國內中學物理研究較少開拓新的研究領域。1992-2017年，我國中學物理研究主題聚焦于課程、教材、教學策略、教學效果、物理規律、實驗教學等，對于教師、學生、學校，還有物理學科的關注較少。相比之下，國外對中學物理研究的范圍相對較廣，開展了為期較長的縱向研究，研究主題與研究熱點總體歸結為學生、教師、物理學科、中學物理、學習工具、教育理論、物理跨學科研究七類。

第二，國際中學物理教育研究對學生群體的關注度較高，而國內側重教師教學。國際上對學生群體的關注表現在學生性別、職業選擇、學習興趣、學習心理、學習成就、學習風格、同伴交流等主題，而這些并未成為我國中學物理教育研究的重點。

第三，國際中學物理關注學習環境的構建，聚焦于游戲、多媒體技術輔助教學和學習，涉及多媒體/超媒體系統、虛擬現實等主題，而我國較為關注諸如物理課程標準等政策性文本的解讀和分析，少有具體探究課堂環境改進的實證研究。

第四，國際中學物理教育研究關注物理跨學科研究，包括物理和技術、物理和生活、物理和科學、物理和STEM管道理論等主題，而我國中學物理教育研究較為單一，往往僅關注學科本身的教學方式、具體章節的教學以及教學效果等。

第五，國際中學物理教育研究較為關注教師的專業發展，研究主題包括K-12教育、教師觀念、教師信念、教師培訓、過程問卷等，而我國則更多地從教師備課和課堂教學方面來研究教師具體的物理教學方法和內容。

注釋：

①圖中英文釋義：students為學生，knowledge為知識，science為科學，achievement為成就，science-education為科學教育，physics為物理，introduction為教導，physics education 為物理教育，education為教育。

參考文獻：

[1]王晶瑩.關注STEM職業期望的青少年科學素質教育：基于PISSA 2015和NARST 2017的反思[J].科學與社會，2017（3）：33-42.

[2]馮爽.《義務教育物理課程標準（ 2011 年版）》修訂釋疑[J].北京教育學院學報，2012（2）：1-4.

編輯 朱婷婷 校對 許方舟