新世紀以來我國中學物理教育研究的熱點分布與前沿演進
——基于高被引文獻的知識圖譜分析

李雅蘭 張 靜* 姚建欣

(1. 長江大學物理與光電工程學院物理教育研究所,湖北 荊州 434023; 2. 北京師范大學物理學系,北京 100875)

隨著我國基礎教育課程改革的不斷深入,中學物理教育研究領域涌現出豐碩的研究成果.相關研究的聚焦于何處,研究的重點主題是否發生變化,在未來哪些主題具有進一步研究的價值?這些問題被研究者和教師普遍關注.為得到這些問題的答案,本研究采用文獻計量學方法,探討我國新世紀以來中學物理教育研究的熱點分布與前沿演進.

1 研究數據與工具

1.1 研究數據

本研究以2000—2019年中國知網(CNKI)中的高被引期刊文獻為研究對象,采用普賴斯定律作為高被引文獻界定標準,[1，2]其數學表達式為

式中，nmax為被引頻次最高的論文的被引頻次，m為確定的高被引論文的最低被引頻次.為同時保證數據的查準與查全，選用較為寬泛的檢索條件：“主題=物理”在社會科學Ⅱ輯下的“教育理論與教育管理”“中等教育”分類中進行檢索，隨后人工閱讀標題和摘要刪除無關文獻.考慮到文獻發表的時間會影響其被引頻次，因此采用歷時法來確定高被引文獻，[3]確定3362篇高被引文獻為作者深入分析的對象.

1.2 研究方法

本研究使用的統計分析工具Citespace是一款由美國德雷塞爾大學計算機與情報學教授陳超美開發的，著眼于分析科學文獻中蘊含的潛在知識的信息可視化軟件.利用Citespace軟件的共詞分析技術繪制關鍵詞共現圖譜，閾值設定c、cc、ccv為(3，2，10)、(4，3，15)、(3，2，10)，相應指標低于閾值設置的關鍵詞則不出現在圖譜中，關鍵詞共現圖譜(如圖1)中圓形節點越大，表示出現的頻次越高；中心性不小于0.1的詞為重要關鍵詞，導出出現頻次為前20的關鍵詞得表1(中心性小于0.1的已刪除).

表1 高頻關鍵詞表格

圖1 關鍵詞共現圖譜

為研究熱點所分布的領域在研究方法上的特點，分別統計了相應領域在中文核心和CSSCI數據庫中，被引排名前100位的文獻所用研究方法的分布情況(如表2).對研究方法的分析采用內容分析法，分析類目采用Halverson等(2014)提出的研究方法編碼體系，[4]并根據國內研究情況，在非實證研究方法中添加“經驗”一類，[5]每篇文獻只標注一種研究方法.信度方面，研究過程中本文的兩位作者分別獨立編碼，利用SPSS軟件計算兩研究者一致性系數為0.979(斯皮爾曼系數)，表明統計結果具有良好的內部一致性.

表2 各領域被引排名前100位文獻的研究方法統計

2 研究熱點分布及特點

通過文獻檢索結果的分析發現，新世紀以來，研究熱點按總頻率高低依次分布在物理教學、課程改革和學生學習3個領域中.

2.1 物理教學

從高頻關鍵詞表格可以看出，物理教學相關研究熱度最高，其頻次高達643次(見表1).其中研究者對實驗教學的關注最多，相關研究非常全面和深入，指導思想、目標、內容、手段、技術和評價等都得到重視.此外，物理概念、翻轉課堂、探究教學等也頗受關注.譬如，張玉峰和郭玉英提出圍繞學科核心概念構建物理概念，并分別從意義、內涵、外延、關聯4個方面探討了圍繞學科核心概念進行物理概念建構的主要內容.[6]鄭淵方和廖伯琴等結合教學實踐與課程標準，以探究問題的來源進行區分，得到兩種基本探究教學模式.[7]薛義榮將問題導學策略應用到翻轉課堂中，構建了適合中學物理的翻轉課堂“四化”教學模式.[8]在研究方法方面，物理教學研究非實證研究方法占比為78%，且經驗研究為48%，占比最高.

2.2 課程改革

基礎教育課程改革是我國教育事業發展的重要戰略決策，課程改革和課程標準受到研究者的重點關注.二次文獻查閱發現，中學物理教育課程改革相關研究可分為以下3方面： (1) 課程改革僅作為研究背景出現，如新課程背景下某課題的教學思考或高考題目賞析等.[9](2) 以課程標準為理論指導，進行課程標準理念的解讀與推廣及相應的教學、評價研究，如核心素養視角下，中學物理實驗教學表現性評價.[10](3) 以評價反思的視角，對課程改革或標準的理論建構或實踐實施進行回顧、反思、比較、評價等.如：黃曉、高培杰、胡炳元采用問卷與深度訪談法調查了我國8省課程標準實施情況，得出高中物理課程標準實施中存在的三維目標理解偏差、模塊可選擇性缺失、課程內容多維銜接不足、科學探究無法有效實施等困境.[11]課程改革的研究方法以實證研究為主，非實證研究(41%)相較教學與學生學習研究占比最低，經驗總結方法僅為10%.另一方面，課程改革34篇質性研究中，有25篇為國內外課程標準的文本分析.

2.3 學生學習

受建構主義思潮的影響，學生在教育中的地位日益受到重視，相關關鍵詞物理學習、中學生與合作學習均有較高的頻次，且物理學習的中心性達到0.87(見表1).探究學生對物理學習的影響成為研究者關注的焦點，研究者對學生物理學習困難成因、前概念及學習興趣、自我效能感、自我監控、學業成就歸因和目標定向的關系進行了系列研究.[12]新千年之初，受三維目標影響，概念學習及學生的實驗操作技能、科學探究能力倍受關注.[13]隨著物理教育走進核心素養時代，學生思維能力的研究也正受到研究者重視，譬如：科學建模、科學論證、科學推理能力.[14]學生學習研究具有代表性的理論為概念轉變與學習進階理論.相較教學研究，學生研究使用的非實證及其中的經驗總結方法有所下降，占比為55%和29%.

3 研究前沿演進趨勢

利用Citespace的導出功能，將突現詞的突現強度、突現開始與結束時間導出(如圖2)，圖中時間線中加粗部分表示該突現詞的研究持續火熱的時間段.利用Citespace的引證歷史功能，并且結合文獻的內容分析，探測到漸增型、趨弱型和平穩型3種典型前沿.

圖2 關鍵詞突現圖譜

3.1 漸增型前沿

漸增型前沿指突現率很高，且近期研究熱度較高的主題.本研究發現核心素養、物理觀念、科學思維為漸增型前沿.從時間上看，核心素養、物理觀念和科學思維研究興起的時間相近，皆在2015年左右.從數量上看，核心素養綜合類研究最多，各維度研究較少.例如，梁佳欣以2015～2018年《物理教師》中涉及物理學科核心素養的論文為研究對象發現，綜合研究類論文占比高達52.9%，針對某具體維度的研究較少，尤其是關于科學態度與責任維度的研究僅占1%.[15]核心素養中的物理觀念與科學思維成為前沿的時間并不長，尚未在國內形成深厚根基，其相關研究或將進一步深化、細化，其包含的物質觀、運動觀、能量觀、科學推理、科學論證等有望成為未來研究熱點.

(a) 核心素養

3.2 趨弱型前沿

趨弱型前沿指曾經突現率很高，但近期研究熱度趨向弱化的主題.根據突現詞的引證歷史，挖掘出兩個趨弱型前沿：科學探究與科學方法.2001年，教育部頒布的《全日制義務教育物理課程標準(實驗稿)》體現了以人為本的發展目標，增加了過程與方法維度的教學目標，并且不僅把科學探究作為教學內容，更作為課程目標，[16]科學探究與科學方法研究熱度隨之攀升.科學探究出現頻次在2007年達到最高峰，隨后下降.科學方法出現頻次在2011年達到最高峰，隨后有小幅波動，在2017年后未見高被引文獻發表.

(a) 科學探究

3.3 平穩型前沿

平穩型前沿指突現率很高，近期研究熱度穩定且較高的主題，包括：信息技術與翻轉課堂.現代信息技術尤其是多媒體與互聯網技術的飛速發展極大地促進了教育變革,信息技術與學科課程融合成為一個蓬勃發展的研究領域.自2003年始，除2014年的小幅增加外，信息技術出現頻次較為穩定.翻轉課堂自2014年出現后，出現頻次在小范圍內起伏.但有學者指出，信息技術在教育領域的應用卻成效不顯——大多數仍是只停留在手段、方法的應用.[17]在物理教育中，信息技術的相關研究多為DIS實驗教學、Tracker軟件、虛擬仿真在實驗教學中的應用、電子交互式白板和多媒體等.《美國 2010 國家教育技術計劃》指出：“如果想要看到教育生產力的顯著提高，就需要進行由技術支持的重大結構性變革而不是漸進式的修修補補”.[18]翻轉課堂的出現表明信息技術與教育正在深度整合，信息技術不再僅僅作為輔助教學的工具，而逐漸成為解放教育生產力的“基礎設施”，甚至是進行教育重大結構性變革的推動力.

(a) 信息技術

4 結論與反思

回眸新世紀以來我國物理教育研究的成果，從文獻計量學結合文本分析的角度發現：物理教學、課程改革和學生學習是物理教育研究的重要關注點，信息技術與物理教學的深度融合、核心素養的具體化是未來物理教育研究亟待深入研究的內容.以對熱點和前沿的梳理結果為依托，未來中學物理教育研究擬呈現以下趨勢.

(1) 推進研究均衡化.我國基于標準的課程改革正式啟動于2001年，彼時尚未建立核心要素：課程、教材、教學、評價、績效問責、教師教育等與課程標準的一致性.隨著改革進入深水區，系統思維以及一致性策略開始影響我國的基于標準的課程改革.[19]物理教育研究傳達著廣大物理教育工作者對物理課程標準與課程改革的解讀、評價、經驗、思考，是推進與完善課程改革的重要力量.物理教育研究者可秉持系統性與一致性思維，在發展學生物理學科核心素養的新理念指導下，在繼續深入教學、學生和課程改革研究之時，增加對教材、評價、物理教師等改革核心要素的研究，以增加改革的整體協調性，其中學生教材使用研究、物理教學與學習評價體系構建、物理師范生培養等問題值得繼續關注.

(2) 促進研究實證化.基于我國非實證研究占比多數的現狀，廣泛開展實證研究有助于提升我國物理教育研究的規范性和縮小教學實踐與教育理論的鴻溝.基于事實的實證教育研究可為科學的教育決策提供必需的證據，[20]這為我國以課程標準為核心的自上而下的課程改革方式，提供了自下而上的反饋修正機制，有助于實現教學、研究、課程改革、教學改革、進一步研究的良性循環.據統計，發表在國際科學教育研究期刊IJSE、JRST和SE上的文章，88%以上都是實證研究.[21]在美國，實證研究方法占比七成，其中量化方法(一般評測+工具評測)，又是實證方法的主流.使用最多的幾種一般評測方法有：頻數分析、相關分析、回歸分析、因子分析、方差分析、配對樣本和獨立樣本T檢驗等方法，也有少數研究者在開發評測工具時采用結構方程模型、拉西模型分析等方法.[22]在推進實證研究的道路上，應注意提升所收集數據的信、效度，并加強結構方程、分層線性模型、路徑分析、社會網絡分析、甄別分析等統計方法的應用.

(3) 重視研究繼承性.從研究前沿的更迭中可以看出，我國中學物理教育研究既具廣闊國際視野，也有鮮明時代特色.尤其注重與國際接軌，持續引入新理念為我國中學物理教育注入生機.與此同時，我國學者對一些主題進行了持續深入的研究，譬如：郭玉英等學者對核心素養、學習進階及二者的整合進行了系列研究，[23]李春密等學者不斷探索學生物理實驗能力的構成與評價，[24]胡象嶺等學者對學生學習物理的學習興趣、自我效能感、自我監控、成就目標定向與學業成就歸因進行了系列實證探索.[12]一方面，這些系列化的研究積累了寶貴經驗和豐富成果，激勵后來者在各自的特色領域深耕.另一方面，我國中學物理教育研究在繼承中進行借鑒創新.正如核心素養，既是對國際教育思想的借鑒，也是對三維課程目標的繼承與創新.[25]但如何從科學方法轉為科學思維教育，教學、教材編寫過程中如何處理傳統邏輯實證主義和后現代主義科學本質觀的關系等問題，還需結合教育理論、科學哲學和認知科學的已有研究和我國教學實際進行解答.