國 內 實 驗 教 學 信 息 化 研 究 進 展
——基于CitesPace的可視化分析

楊選瑾， 熊宏齊

(東南大學 a. 生物科學與醫學工程學院； b. 實驗室與設備管理處， 南京 210096)

0 引 言

2016年3月，我國教育信息化“十三五”規劃中提出要“強化教育信息化對教學改革，尤其是課程改革的服務與支撐”[1]。2017年3月，北京師范大學智慧學習研究院與美國新媒體聯盟(New Media Consortium)聯合發布《2017新媒體聯盟中國高等教育技術展望：地平線項目區域報告》，預測了未來5年內中國高等教育技術應用中的“更多應用混合式學習設計”等12大技術發展、“將技術融入師資培訓”等9大關鍵趨勢和“翻轉課堂”等9大重要挑戰[2]。經濟合作與發展組織(Organization for Economic Co-operation and Development)也指出，“信息與通信技術在教育中所帶來的顯著變化至少在3個重要方面不同于任何以往的變革”[3]。可以說，教育教學與信息技術已經過計算機輔助教學、信息技術與課程整合前兩個階段，邁向同信息技術深度融合的新階段。而實驗教學對于提高學生的綜合素質、培養學生的創新精神與實踐能力具有特殊的作用[4]，是創新人才能力培養的有效載體[5]，因此實驗教學也在近年來受到教育界的關注，尤其是綜合運用各種信息技術后，實驗教學信息化在現階段高校實驗教學中具有不可替代的重要作用[6]。

然而，國內對實驗教學信息化現狀與趨勢進行分析的文獻較少，為此，本文采用文獻計量法和科學知識圖譜方法，對檢索到的近20年國內實驗教學信息化研究進展進行了多層次的研究，即利用 CiteSpace知識圖譜對實驗教學信息化研究進行可視化分析，探尋實驗教學信息化研究的發展狀況。

1 研究方案

1.1 數據來源

研究主要針對文獻中的關鍵詞、機構、作者等進行聚類、時序、突現分析。文獻以CNKI數據庫平臺期刊、特色期刊、博士、碩士、學術期刊為來源數據庫進行統計。統計主題為“實驗教學和信息化”“實驗教學和數字化”“實驗教學和信息技術”“實踐教學和信息化”“實踐教學和數字化”“實踐教學和信息技術”，統計時間為2000年1月1日～2017年12月31日，共統計出1 048篇相關文獻，剔除報道、會議通知、文件、征稿啟事等，共得993篇有效文獻，采用CiteSpace軟件對其進行定量與定性分析。

1.2 研究工具

采用2004年陳超美教授[7]設計開發的CiteSpaceⅢ，將從中國知網(CNKI)數據庫中下載的993篇文獻進行格式轉換后導入其中。將時區跨度(Time Slicing)設置為2000～2017年，單個時間分區(#Years PerSlice)設置為1年，節點類型(Node Types)選擇作者(Author)、機構(Institution)、關鍵詞(Keyword)等，閾值(Top N Per Slice)選擇每年前30個高頻詞，然后依次運行程序，采用靜態聚類和顯示整個網絡的方法將數據以可視化的形式呈現，得到相應的知識圖譜。

2 研究結果與分析

2.1 年發文量分析

同一主題文章刊載量的增減變化是衡量科學研究發展的重要指標，它在一定程度上反映了科學知識量的變化情況以及學者對該研究領域的研究進度[8]。根據圖1顯示，實驗教學信息化的相關研究數量總體呈上升趨勢，并經歷了3個階段。第1階段為起步期(2000～2006年)，年發文量均在15(含)篇以下；第2階段為發展期(2007～2012年)，該階段年發文量呈顯著增加的勢態，年均發文量在60篇以上，其中2007年為第1個轉折點(33篇)，并在2012年達到峰值(111篇)；第3階段為波動期(2013～2017年)，該階段年發文量呈上下波動的狀態，最高時達108篇(2016年)，最低時僅有74篇(2015年)。

圖1 核心期刊關于實驗教學信息化歷年文章刊載量

針對某一主題的刊文量能夠準確的反映期刊對該主題的關注度[]。從國內各核心期刊文章發表量上來分析，實驗教學信息化相關主題文獻刊發量在15篇以上的核心期刊有11種，這11種核心期刊總刊文量占該主題文章總數的64%(見表1)。這些文獻主要被 《實驗室研究與探索》《實驗技術與管理》兩個實驗教育領域專門期刊所發表，占文章總數的48.1%。除實驗教學領域外，其余核心期刊主要分屬教育技術領域、高等教育領域、職業教育領域、繼續教育領域，如《現代教育技術》《中國大學教學》《中國職業技術教育》《中國成人教育》等。同時，財經領域也對實驗教學信息化進展十分關注，如《財會通信》有16篇有關會計專業實驗教學的相關文章。

表1 發文量15篇以上(含)的核心期刊

2.2 作者及其影響力分析

隨著實驗教學信息化受關注程度的擴大，從事該主題研究的學者隊伍也逐漸擴大。在993篇相關核心期刊論文作者中，發表過3篇及以上論文者有24人(見表2)，即關于實驗教學信息化研究的核心作者群已初步形成。核心作者群中的每位學者都對實驗教學信息化各個層面進行較為深入的思考與研究，如華中師范大學的楊九民教授立足于教育技術學，研究在線學習對實驗教學帶來的變革與影響；東南大學熊宏齊教授從學生本位出發，對實驗課程體系設計、信息化實驗教學平臺搭建等進行研究；滕利榮、孟威、孟慶繁、逯家輝、周毓麟等均為吉林大學生命科學學院學者，研究主要集中于虛擬仿真技術在實驗教學中的應用、生物類化學類實驗教學案例及大型實驗教學儀器共享平臺建設等；湛江師范學院的孫藝權主要對云技術、教學游戲在實驗教學中的應用進行研究。

表2 2000～2017年發文3篇以上的作者

對作者合作進行分析，可以了解重要學者分布[10]，并厘清具有重要影響的學者及其研究實驗教學信息化的重要成果。為研究作者之間合作關系以及具有影響力的作者，將統計的文獻導入CiteSpace中，設置節點為作者，時間區間為2000～2017年，生成作者合作網絡圖譜。如圖2所示，樣本中共有654個作者，22個兩人及以上的合作團隊，網絡密度為0.001。由作者合作網絡圖可以看出，當前作者合作十分分散，尚未在全國形成合作群。這與實驗教學信息化發展時間較短、發展規模較其他領域略低有一定關聯；當前實驗教學信息化的研究主要聚焦在各高校開展的信息化資源建設、實驗教學案例上；學校與學校之間合作停留在借鑒學習上，研究的關聯度較低，因此實驗教學信息化研究的學者合作網絡較為稀疏。而隨著實驗教學信息化的逐漸成熟，各高校間的互通互融將顯著提升，作者合作網絡也會增加，未來將全國形成實驗教學信息化的研究及合作體系。

圖2 2000～2017年實驗教學信息化作者合作群

2.3 被引文分析

被引次數，即被引量，是指文獻發表后被其他文獻作為參考文獻引證過的次數，被引量的多少可以判斷該文獻引起同行反響的程度和質量水平的高低[11]。為了解實驗教學信息化相關領域具有重要影響的文獻，本文列舉被引頻次前10的文獻(見表3)。這10篇文獻主要集中于課程與教學論、教育技術學及虛擬仿真技術的研究，具體而言，被引用量排名第一、第五的文獻均為討論實驗課程設計的相關研究，其中排名第一的文獻由北京師范大學教育學部宋朝霞博士后及俞啟定教授采用問卷調查法，針對實踐教學中項目式教學的翻轉課堂應用進行研究[12]；被引用量第二、第九、第十的文獻均屬于教育技術學研究領域，其中排名第二的文獻由華中師范大學教育信息技術學院的楊九民教授等，針對“現代教育技術”實驗課程資源利用率不高、學習效果欠佳等問題, 分析微視頻資源、翻轉課堂在解決這些問題上的價值, 并構建以自主學習和協作學習為主、以微視頻資源學習為核心的翻轉課堂實驗課程教學模式[13]；被引用量第三、第四、第六、第七、第八的文獻均為討論虛擬仿真技術的相關研究，其中被引量第三的文獻由教育部高等教育司實驗室處李平等，針對虛擬仿真實驗教學的內涵和要求，提出虛擬仿真實驗教學建設是高校實驗教學改革的必然發展方向等建議[14]。

表3 2000～2017年實驗教學信息化主題被引用頻次前10的文獻

2.4 發文機構分布

對實驗教學信息化進行研究的文獻主要來自40個研究機構，為直觀顯示各機構發文情況，列舉文獻產量高于(含)9篇的一級機構13個(見圖3)。圖中13個機構發文量之和占實驗教學信息化主題研究文獻總數的14.7%，共同組成實驗教學信息化研究的核心機構群。其中吉林大學、華中師范大學、華南師范大學位居實驗教學信息化機構發文量的前三名，可見，這3所學校對于該領域的研究較其他機構更為深入，在實驗教學信息化領域屬于研究的中堅力量。具體而言，吉林大學主要集中于生物類化學類實驗教學的案例總結與實證研究，華中師范大學依托于教育技術學專業進行大量的教學實證分析與理論研究，華南師范大學的研究較為多樣，包含外語類、工程類等不同專業的實驗教學研究。除此之外，清華大學、北京大學、浙江大學發文量處于第二梯隊，發文量均為12篇，這也符合其實驗教學水平較強、實驗室技術質量較高的現實情況；上海交通大學、北京郵電大學等7所高校發文量居第三梯隊，且北京聯合大學、溫州大學、浙江工業大學3所地方應用型本科院校在實驗教學信息化研究領域表現屬同類院校前列，其研究與發展值得持續關注。

圖3 實驗教學信息化研究核心機構群

2.5 研究主題與熱點演進

文章關鍵詞是對文章核心內容的高度提煉，同時也是學者學術思想和理念的高度濃縮。因此，對高頻率的關鍵詞展開分析，在某種程度上可以窺見該研究領域的研究熱點及其發展脈絡。通過運行CitesPace Ⅲ軟件，我國實驗教學信息化研究的關鍵詞形成共現知識圖譜，見圖4。圖中圓圈越大表示該關鍵詞在文獻中出現的頻率越多，字體越大說明該關鍵詞的中心性越強，各圓圈之間的連線越粗說明兩者之間的相關性越強。關鍵詞的頻率、中心性及其聯系，可以直觀地看出在某一時期內，研究者所共同關注的熱點。具體來看，除去實驗教學、實踐教學、信息技術、信息化、數字化及與之意義相近的統攝性較高的關鍵詞外，近年來，實驗教學信息化研究熱點主要包含“教學改革”“虛擬仿真”“實驗室建設”“人才培養”“教學模式”“資源共享”“創新能力”“翻轉課堂”等方面。

圖4 實驗教學信息化關鍵詞共現圖譜

突現詞指在較短時間內出現較多或使用頻率較高的詞，根據突現詞的詞頻變化可以判斷研究領域的前沿與趨勢。根據CitesPace相關分析,得到實驗教學信息化突現主題及對應的突現率和被引歷史曲線，如圖5所示。“虛擬仿真”“實驗室建設”“翻轉課堂”“資源共享”主要在2013～2017年間突現，“會計信息化”主要在2006～2011年突現， “人才培養”“云計算”“實驗教學中心”分別在2011～2014年突現，“示范中心”主要在2008～2011年突現。其中，國家級實驗教學示范中心是“十二五”期間高等學校“本科教學質量與教學改革工程”的一項重要建設內容[15]，通過教育部推進國家級實驗教學示范中心的引領建設，逐步形成了全國高校重視實驗教學中心建設的氛圍。這在一定程度上說明，實驗教學信息化同國家教育政策的關聯度較高，且當前實驗教學信息化領域前沿主要體現在虛擬仿真、翻轉課堂、實驗室建設及資源共享方面。

圖5 實驗教學信息化關鍵詞突現年表

本研究在關鍵詞突現年表的基礎之上，按時間片段統計了實驗教學信息化關鍵詞時序圖譜，如圖6所示。按照關鍵詞的出現時序，實驗教學信息化的研究發展脈絡大致分為3個階段：第1階段為醞釀期(2000～2006)年，主要集中于實驗教學的“教學資源”“教學模式”“教學改革”“教學體系”“教學管理”等研究；第2階段為發展期(2007～2012年)，關鍵詞迅速增加，在過去研究的基礎上增加了包括“ERP”“會計電算化”“物聯網”“實驗教學示范中心”“實驗教學中心”等研究關鍵詞；第3階段為變革時期(2013～2017年)，開始出現“云計算”“互聯網+”“移動學習”“虛擬仿真”等技術關鍵詞。這與核心期刊關于實驗教學信息化歷年文章刊載量趨勢也相符合(見圖1)，即起步期發文數量較少、文章數量緩慢上升、關鍵詞數量較少，發展期發文數量較多、文章數量穩步上升、關鍵詞數量明顯增加，波動期發文數量不穩定、關鍵詞的更新速度較快。

圖6 實驗教學信息化關鍵詞時序圖譜

3 思考與啟示

我國高校實驗教學信息化經過近20年的若干建設，相關主題的關注度、發文量及研究的層次與水平已獲得穩步提升；研究的核心作者群已初步形成，但作者合作十分分散，尚未在全國形成合作群；吉林大學等13所高校已組成實驗教學信息化研究的核心機構群；高被引文獻主要集中于教育技術領域及虛擬仿真技術研究；相關研究的重點已從傳統的實驗教學資源建設、模式變革、技術應用，逐步轉向圍繞人才培養、信息化教學、示范中心建設及互聯網+的新階段。這得益于我國在高等教育的巨額投入及政策導向，同時也與高校實驗教師隊伍的壯大及水平提升息息相關。

而當前實驗教學信息化研究還局限于教育技術學領域的準實驗研究、各專業實驗教學的案例分析、前沿技術手段的應用推廣等，研究的系統性、科學性、可推廣性等較教育研究其他領域有一定差距。因此，在未來的實驗教學研究中，研究者們可從以下幾個方面進行思考與提升：

(1) 立足于教學實踐。加強校院兩級聯動，提升專業教師、實驗教師的崗前崗內培訓力度，在一線實驗教師熟練掌握信息技術的基礎上，充分結合教育學理論與學科專業特點進行系統化、可持續化的實驗教學信息化研究。

(2) 著眼于技術前沿。加強對國內外最新技術手段與實驗發展的追蹤與了解，為實驗教學人員、實驗技術人員提供教學教育的新思路、新方法，合力推進教育信息資源的高效利用與協調發展，不斷推進實驗教學模式的創新與變革。

(3) 成長于合作交流。加強實驗教學領域的各研究機構、研究團隊的交流學習，促進各高校在實驗室管

理模式上相互借鑒，促進各教學單位在實驗教學方法上取長補短，促進各實驗教師在實驗教學研究路徑上合作共贏，共同推進信息技術與實驗教學的深度融合。

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