2000年—2017年生物學科學探究研究的特征與趨勢
——基于CiteSpace的知識圖譜分析

王駱欣 鄭曉蕙

(華東師范大學教師教育學院 上海 200062)

1 引言

自2001年教育部頒布了《基礎教育課程改革綱要(試行)》，開始施行第八次基礎教育課程改革以來，明確提出促進學生學習方式的改變，變被動接受式學習為主動探究式學習，國內對于科學探究領域的研究得到了快速發展[1]。生物學作為自然科學中的一門基礎學科，科學探究對于學習生物學至關重要。2001年頒布的《全日制義務教育生物課程標準(實驗稿)》中將“科學探究”列為“具體內容標準”的一個主題，并正式提出了倡導探究式學習的理念，隨后頒布的《普通高中生物課程標準(實驗稿)》以及《義務教育生物學課程標準(2011年版)》繼續強調了該理念，在最新發布的《普通高中生物學課程標準(2017年版)》中將“科學探究”列為生物學核心素養的四個要素之一。

本文對2000年以來中國學術期刊發表的有關生物學科學探究的研究成果進行數據可視化分析，通過知識圖譜的形式展現生物學科學探究研究的熱點主題及發展趨勢等，以期為后續研究提供參考。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源 本文研究數據來自中國學術期刊出版總庫(CNKI總庫)，以主題詞“生物”“科學探究”檢索文獻，數據來源類別包括期刊論文、碩博論文、會議論文等，來源時間從2000年1月—2017年12月。對有關生物學科學探究主題的論文進行高級文獻檢索，經過篩選刪去部分不符合要求的文獻，獲得自21世紀來發表有關科學探究的有效文獻共538篇。

2.2 研究方法 本文運用文獻計量學并結合近年來興起的科學知識圖譜方法，通過繪制科學圖譜來展示生物學科學探究研究自21世紀以來(2000—2017年)的發展歷程、研究熱點與前沿趨勢。本文采用的文獻分析工具是計算機輔助文獻信息計量工具(CiteSpace)軟件。CiteSpace可譯為“引文空間”，是用于分析“科學分析中蘊含的潛在知識，并在科學計量學、數據和信息可視化背景下發展起來的一款引文可視化分析軟件”[2]。

3 結果分析

3.1 文獻年發文量統計 從2000年至2017年，有關生物學科學探究的研究發文量經歷了三次明顯上升(圖1)。

圖1 2000年—2017年生物科學探究領域發文量統計

2001年頒布的《全日制義務教育生物課程標準(實驗稿)》一方面提出了“倡導探究性學習”，力圖改變學生的學習方式，一方面將“科學探究”列為十大主題的第一個主題，并提出了科學探究的過程及基本要求。在隨后頒布的《普通高中生物課程標準(實驗稿)》中也將“倡導探究性學習”作為課程的基本理念，因此自2001年對科學探究的研究發文量迅速上升。伴隨著新課改的推進，教育部在實驗稿的基礎上進行修訂，于2011年頒布了《義務教育生物學課程標準(2011年版)》，再次強調了科學探究能力的培養，從發文量上可以看到發生了第二次的增長。2014年頒布的《教育部關于全面深化課程改革 落實立德樹人根本任務的意見》制定了核心素養體系，科學探究作為提升學生核心素養的重要內容再次成為研究熱點[3]，隨后《普通高中生物學課程標準(2017年版)》將“科學探究”列為生物學核心素養的四個素養之一，因此發文量經歷了第三次增長。

3.2 關鍵詞共現的研究熱點分析 在計量學中通過對某一領域文獻的高頻關鍵詞統計分析可以確定該領域的研究熱點[4]。將格式處理后的文獻資料正確導入CiteSpace5.3.R4軟件平臺，時間跨度設置為2000—2017年，時間分區1年，節點類型選擇關鍵詞，閾值設定為Top 50 per slice，使用最小生成樹算法，形成生物學科學探究研究熱點知識圖譜。成圖顯示，本研究Q值為0.455(>0.3)，S值為0.5298(>0.5)，說明數據來源較為科學可信。

通過關鍵詞的詞頻分析(關鍵詞出現頻次的多少)和共詞分析(關鍵詞對在同一文獻出現的次數，通過共現次數定它們的親疏關系)，可以偵測一段時間內眾多研究者共同關注的問題，即研究熱點[5]。圖2中用各個方塊代表關鍵詞節點，節點的大小代表關鍵詞的詞頻，由關鍵詞共現圖譜可知，學者對于科學探究的研究熱點關鍵詞包括： 科學探究、探究性學習、高中生物、生物教學、探究能力、初中生物、核心素養、教學策略等。運用Citespace軟件對關鍵詞共現與聚類與主題詞疊加，并將重要性排在前20位的關鍵詞呈現在表1，結合二次文獻檢索發現，當前生物科學探究的研究主要包括以下幾個方面：

第一，以生物學課程標準為研究導向。課程標準是教學的指導性文件，因此有關科學探究的研究在課程標準中的相關關鍵詞出現頻次較高，如“課程標準”“探究性學習”“科學素養”“核心素養”。第二，對科學探究內涵和目標的研究。科學探究的提出起源于國外的探究式教學，其目標既包含學生對科學探究思路和方法的理解，也包含了掌握科學探究的能力，如“探究能力”“探究式教學”“探究性學習”“比較研究”。第三，對科學探究實現途徑的重視。科學探究的實現途徑研究集中體現在課堂探究式教學的實踐，以及在實驗教學和活動課中的實踐研究，如“教學策略”“實驗教學”“探究活動”“生物實驗”等關鍵詞都有體現。

圖2 2000年—2017年生物科學探究領域關鍵詞共現圖譜

表1 2000年—2017年生物科學探究領域高頻關鍵詞

3.3 研究主題演變和階段劃分 使用CiteSpace，可以通過詞頻分析找出高頻關鍵詞和突現詞，提取研究熱點；在此基礎上繪制時區圖譜(timezone)，從時間維度上來表現知識演進，綜合分析圖譜中的文獻的更新和相互影響[4]，結合我國生物科學探究的研究現狀，并咨詢專家進行階段劃分；最后判斷生物科學探究研究主題演化的整體特征，預測未來研究趨勢。

圖3為突現關鍵詞及其起止年月。關鍵詞突現度可以反映一段時間內影響力較大的研究領域[6]。在生物學科學探究文獻關鍵詞分析中得到6個突現詞。分別為探究性學習、探究式教學、比較研究、教學模式、探究性教學、初中生物。從時間序列來看，探究性學習和探究式教學自2003年起作為突現詞，這與2003年頒布的《普通高中生物課程標準(實驗稿)》中“倡導探究性學習”的課程基本理念以及在實施建議案例一“尋找瘋牛病的病原體”中提及的“探究式教學”相吻合。自2005年起，出現了許多對各國教材以及教學模式的比較研究，我國學者通過比較研究去探索科學探究在課堂教學中的實踐途徑。近年來，《義務教育生物學課程標準(2011年版)》的頒布使得研究重點轉移到初中生物學課堂教學中。

圖3 2000年—2017年生物科學探究領域突現關鍵詞

在CiteSpace中使用時區視圖(timezone)，按時間片關鍵詞Top N=50統計了生物學科學探究研究前沿關鍵詞時序圖譜(圖4)，我國生物學科學探究的研究大致可以分為以下三個階段：

第一階段(2000年—2003年)： 這一階段研究熱點主要集中在“探究性學習”“方法”“策略”“初中生物”“探究能力”“素質教育”“課程標準”等。2001年頒布的《全日制義務教育生物課程標準(實驗稿)》倡導探究性學習、重視素質教育，學者通過探究性學習的理論和實施方式的研究，力圖改變教師為中心的講授方式，強調學生體驗探究的過程和方法，以培養學生的創新能力。

第二階段(2004年—2010年)： 這一階段的研究熱點主要集中在“探究性學習”“探究式教學”“高中生物”“探究活動”“實驗教學”“教學模式”“比較研究”。由于《普通高中生物課程標準(實驗稿)》的頒布，學者對高中生物的研究也逐漸興起，新教材也投入使用。學者更關注科學探究的實施方式和在教材編制中的體現，大多以實驗課和探究活動實現。另外，這一領域的研究逐漸走向國際，將國內外的教材和教學模式進行比較研究的文章逐漸增多。

第三階段(2011年—)： 這一階段的研究熱點主要集中在“生物科學素養”“探究性教學”“生物科學史”“核心素養”“科學探究能力”“教學評價”“STSE教育”“案例分析”。《義務教育生物學課程標準(2011年版)》正式引入生物科學素養，并提出“科學探究既是科學家工作的基本方式，也是科學課程中重要的學習內容和有效的教學方式”，加入了控制變量、重復實驗、圖表分析等明確的科學探究方法[7]，因此對于科學探究的研究更注重實踐，如在科學史中滲透科學探究的教學，對課堂教學的實例分析和現狀調查，探究活動的實施效果評價以及在考試命題中的考查方式。自2014年《教育部關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》提出了核心素養，2017年《普通高中生物學課程標準(2017年版)》中將科學探究被作為生物學四大核心素養之一，學者多立足于培養核心素養的角度對科學探究的教學實踐進行研究。

圖4 2000年—2017年生物科學探究領域關鍵詞共現時區圖譜

4 結論

CiteSpace的分析顯示了21世紀新課改以來，我國生物學科學探究研究演進的特點與規律。我國以生物學課程標準為主線，研究熱點從科學探究的理論研究到教學策略的實踐，從關注科學探究的過程，到關注科學探究能力，以及與社會技術的聯系；研究對象包含了學生、教師、課程、課標、教材、試題；研究方法從定性到定量，呈現出多樣化的研究趨勢，拓寬了生物學科學探究研究的范圍，為我國生物教育理論與教學實踐提供了研究基礎和方法論指導。