基于CiteSpace的物理核心素養研究熱點和趨勢分析

摘 要：通過構建2015-2018年物理核心素養文獻數據的知識圖譜，分析物理核心素養研究的熱點與趨勢.分析表明，該領域主要聚焦在物理核心素養的概念內涵、教學方式、實驗創新、作業考試和物理文化五個方面.該領域的發展趨勢有：從概念內涵探討到方式方法落地，突出科學探究和深度學習的教學方式，融合新技術的實驗教學創新，面向核心素養的作業和考試.

關鍵詞：物理核心素養;教學方式;實驗創新;作業;考試

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B 文章編號：1008-4134（2021）05-0005-05

作者簡介：羅毛羽（1995-），男，江西南昌人，碩士研究生，研究方向：基礎教育學.

近幾年來，基礎教育課程教學改革已經步入了深水區，中國學生發展核心素養一經提出便成為熱點，而且已經深入到學科核心素養的研究和實踐，成果頗多，但也存在諸如“新瓶裝舊酒”“換湯不換藥”的情況.本文借助信息可視化技術和計量學方法，揭示國內物理學科核心素養研究的熱點和趨勢，力圖為該領域的研究和實踐提供有效的支持.

1 研究方法與數據來源

本研究采用陳超美開發的CiteSpace軟件，以科學知識為對象，通過聚類視圖和時區視圖顯示某領域科學知識的發展進程及結構關系，適用于多元、分時、動態的復雜網絡分析.本文的資料來源于 “中國知網文獻總庫”，在檢索中以主題詞“物理核心素養”進行檢索，檢索日期為2018年12月23日，通過CiteSpace軟件統計2015-2018年間文獻得到相關文獻總數為841篇，刪除無關文獻后得到有效文獻748篇，各年份間有效文獻篇數如圖1所示.統計有效文獻中的關鍵詞，共得到2705個關鍵詞，將出現次數≥3的關鍵詞確定為高頻關鍵詞，共得到27個高頻關鍵詞.將高頻關鍵詞歸類為學段（高中物理、初中物理、物理、中學物理）、概念內涵（核心素養、物理核心素養、學科核心素養、物理學科核心素養、物理觀念、科學思維、科學探究、物理概念）、教學方式（物理教學、教學設計、課堂教學、教學策略、培養、教學）、實驗教學（實驗教學、實驗探究、物理實驗）、考試（高考物理、高考）、文化取向（評價、科學態度、物理學史、科學態度與責任）等統計得到表1.

2 物理核心素養研究熱點分析

2.1 物理核心素養的概念和內涵

胡衛平（2017）認為，物理核心素養是學生在物理學習中形成的適應個人終身發展和社會發展需要的關鍵能力和必備品格.李巖（2016）認為，物理核心素養由基本物理觀念、基本物理思維、實驗探究能力和科學精神與態度構成.林明華（2016）認為，物理核心素養有物理觀念和應用、科學思維和創新、科學探究和交流、科學態度和責任四個維度.

（1）關于“物理觀念”的研究.郭玉英（2017）認為，物理觀念主要包括物質觀念、運動與相互作用觀念、能量觀念等要素.艾靜（2018）認為，物理觀念是物理核心素養的基礎，也是階段性學習的目標.

（2）關于“科學思維”的研究.胡衛平（2017）認為，科學思維包括模型建構、科學推理、科學論證、質疑創新，這是物理核心素養培養中的關鍵能力.林欽（2015）認為，科學思維是了解并掌握研究世界的基本思想和方法.盧長津（2018）認為，科學思維將物理知識、方法、思想、觀念和精神有機融合在一起.

（3）關于“實驗探究”的研究.江山（2015）認為，實驗探究是物理學科的基礎和重要特征，學生要經歷提出問題、猜測假設，獲取和處理信息、分析論證得出結論，這有助于學生理解和掌握知識與技能，培養探究意識和科學素養.曾雪琴（2016）認為，實驗探究是激發學習物理興趣、增強物理知識應用能力、落實科學素養的關鍵.

（4）關于“科學態度和責任”的研究.王高（2016）認為，科學態度與責任是指認識科學本質，理解科學、技術、社會和環境的關系基礎上形成的對科學和技術應有的正確態度以及責任感.婁德江（2018）認為，教師要以情感、態度與價值觀目標為導向，潛移默化地培養學生良好的科學態度與責任，進而發展學生的核心素養.

2.2 物理核心素養與教學方式

2.2.1 基于物理核心素養的教學設計

林欽（2015）認為，基于核心素養導向的物理設計，需要包括圍繞核心概念展開教學、提供應用科學方法研究問題的機會、還原“真實”科學研究歷史、創設待解決的真實問題情境、注重物理教師的言傳身教.白晶（2016）、任虎虎（2017）認為，應該以指向“深度學習”進行教學設計，讓學生進行思維的深化加工，“思維型”以認知沖突和自主建構促進物理觀念;以學生思維活動促進科學思維;以思維監控為手段促進知識和思想的內化;以應用遷移達到有效培育物理學科核心素養的目的.封英（2016）提出了基于核心素養的教學設計模型，以“楞次定律”為例，課堂導入、實驗設計、實驗探究等方面，進行了系統具體化的構建.黃以明（2018）提出了“先學先行—檢測反饋—互動研討—當堂訓練—拓展提升”的五環節教學設計，培養學生的科學思維、科學探究能力、合作精神等物理學科素養.

2.2.2 基于物理核心素養的教學模式

余沐諍（2012）認為，可以借助多媒體手段，創設“生活化的情境”，著力挖掘生活中的物理故事呈現物理問題、生活中的物理探究實驗、生活中的問答和圖例創設，運用生活化的語言交流.林春輝（2017）指出，以學生活動、參與體驗為中心，建構“活動式”的物理教室，開放的專題環境、可移動組合的座椅、靈活的教學活動、個性化的學習活動、主題研究與展示等環節，有效提升物理核心素養.謝瑾（2015）指出，將微課與翻轉課堂、導學案結合，可以起到知識的拓展的作用，便于難題講解同時有助于實驗講解.孫凡博（2014）使用“微視頻+教師講述物理概念和規律”的新型教學模式，激發學生主動和積極地猜想.汪伊凡（2018）將STEM教育融入初中物理課堂教學當中，有意識地啟蒙學生的工程技術理念，拓寬了培養核心素養的有效路徑.徐清軍（2016）以物理課“彈力”和實驗課“測定電池的電動勢和內阻”為例，呈現了浙江省2017年新高考下物理核心素養的“問題·探究”教學模式.

2.3 物理核心素養與物理實驗教學

2.3.1 基于物理核心素養的物理實驗教學方法

盧星辰（2018）認為，教師要引導學生經歷“創設問題情境、發現問題、進行猜想、探究驗證、得到實驗結論”的科學探究過程，并且，“隔杯吹蠟燭”的創新實驗探究了“流體壓強與流速的關系”.晉文梅（2018）認為，在實驗教學時，可以由學生設計多種實驗方案，從中挑選出較好的實驗方案，再組織學生進行多種實驗探究，引導學生發現并思考回答問題.張瑜（2018）認為，應該重構物理實驗教學，可以借鑒不同版本教材對于同一種實驗的不同做法，降低實驗難度，或者采取慢鏡頭回放實驗細節來豐富實驗探究，積累更多的感性素材，從而優化實驗教學效果.

2.3.2 基于物理核心素養的物理實驗創新

張瑛（2018）認為教師應該改進演示實驗，例如采用自制教學用的“制冷”模塊，在課堂上直接演示制冰、制霜，完整地模擬了水循環現象，彌補了課本演示實驗中的空缺，有助于學生直觀感知、理解和應用知識.孫德成（2018）認為，教師可以對實驗教具進行改進與創新，以“液體的表面張力”實驗教具改進為例，用銅絲制作了半米長的半圓，把吸管放置在裝置套的中央浸入肥皂液后拿起，可以清楚看到肥皂液薄膜在裝置上，再用手刺破左側肥皂液，吸管會在右側肥皂液的表面張力作用下運動到裝置右側，這樣，顯著地增加了液體張力的可見度.孫子彪（2018）則認為，教師可以自制廉價且操作性強的實驗器具，還要引導學生以廢舊物品為原材料設計物理實驗，在動手操作和設計中，提升了學生的知識和技能.侯丹（2018）指出，可以通過3D虛擬增強現實技術創設豐富的情境，例如創設失重環境實驗平臺，讓學生深切感受失重條件，從而增強了學習興趣，加深對知識的理解提升和培養學生的探究能力.齊國元（2017）將傳感器（DIS）技術用于物理課堂，可以有效地培養學生的物理觀念、科學思維和科學探究品質.

2.4 物理核心素養與作業考試

2.4.1 基于物理核心素養的物理作業

王金鐸（2018）從對物理作業的理解與認識、設計的基本原則、物理作業的分類與功能方面闡述了符合學生發展物理核心素養的物理作業.陳婷（2018）認為，基于物理核心素養的培育，物理作業應該具有目的性、合作性、多樣性、趣味性，要從教材出發，結合學生實際，對作業內容進行優化設計.桑嫣（2018）認為，物理專業設計應該系統化，先確定單元總體目標，然后對總目標分解細化至每一課時的作業.陳向舟（2018）將物理家庭作業分為規律概念性題目、應用型題目、實踐型題目實驗、探究型題目、綜合開放型題目五大類型，并對作業的評價從形式、對象、主體的不同采取不同的評價方式.詹清清（2015）等通過調查認為，物理輔導資料使用非常廣泛，但是資料良莠不齊，學生選購資料時很盲目，教師極少關注學生使用資料的過程及存在的問題，教師應該對其精心選擇和引導.

2.4.2 基于物理核心素養的考試評價

程力（2016）深入解讀《國務院關于深化考試招生制度改革的實施意見》，其中要求科學命題要增強基礎性、綜合性，著重考查學生獨立思考和運用知識分析、解決問題的能力，以此促進基于學生科學核心素養發展的教學改革.于永建（2016）對2016年全國課標物理《考試大綱》中關于高考物理內容的刪除和調整進行分析，從中解讀出物理高考命題立意正在從“知識、能力”轉向“物理核心素養”的命題立意.解永平（2017）對2017年江蘇高考新增的“探究動能定理”實驗分析得出結論，指出像“科學探究體驗的過程”這類考題，要注重學生親身經歷實驗探究過程，掌握科學研究方法，以此提升學生的核心素養.于永建（2018）分析了2017年的高考真題新題型“原始物理問題”的“情境性、真實性、價值性和應用性”，此類題型目的在于引導教師注重與物理實際問題相聯系，激發學生參與問題解決的動機，培養學生的科學核心素養.冷冰冰（2015）則對《高中物理課程標準（實驗）》體現核心素養的指標進行量化研究，研究發現對科學素養、實踐素養、信息技術素養、問題解決能力、主動探究、學習素養、溝通與交流能力等較為重視，但對創新能力、社會責任、人文素養等重視程度還不夠.

2.5 物理核心素養和物理文化

朱建山（2017）認為，物理教育應該從基于知識的教育變為基于文化的教育，增強抵御迷信和偽科學的能力，提高學生的核心素養.沈祖榮（2018）辨析了文化、物理文化和物理核心素養的概念，認為物理文化中的“真、善、美”具有學科個性和共性，學生在學習物理文化中的“真、善、美”，會內化為學生的物理學科素養.吳熙（2018）認為，在物理課堂中，介紹物理學家關于物理概念建立過程，有利于指導學生學習物理學家的研究方法、思維、態度和精神，可以提高學生的物理核心素養.胡雨宸（2018）對高考試題進行分析后認為，在試題命制的情境創設中合理融入物理學史，是有效提升物理核心素養的途徑.

3 物理核心素養研究的趨勢分析

3.1 從概念內涵探討到方式方法落地

物理核心素養的研究重點，從概念內涵探討已經轉向方式方法落地.由圖2可知，關于物理核心素養概念的探討在2015-2016年快速上升，2017年之后逐漸趨于穩定，而物理核心素養與教學方式的研究則持續增長.研究者對于物理核心素養概念和內涵形成了共識，主要包括物理觀念、科學思維、實驗探究、科學態度與責任四個方面.并且，從以物理知識和技能為本的教學，轉向物理 “真、善、美”一體的文化引領，學生不但要學習物理概念建立過程，還要學習物理學家的研究方法、思維、態度和精神.后面的研究重點是探討基于物理核心素養的課程內容調整、教學方式革新和作業評價改革等具體的落實措施.

3.2 突出探究和深度學習的教學方式

在教學理念和設計上，針對以往物理教學中存在的弊端：過分重視科學觀念（知識、技能）的講授、鞏固過度操練，忽視科學探究過程、科學思維方法培養導致“科學探究”簡單化、程式化、形式化，科學思維淺層化、泛化或僵化.研究者認為，關鍵在于，要緊扣物理核心素養的概念和內涵，重視科學探究，培養科學思維，形成物理觀念，培養科學態度，從而落實物理核心素養.因而，在教學方式方法上，應該采用“情境創設—實驗探究—交流表達—知識技能應用”的“深度學習”，以問題導向、合作探究，應用遷移，讓學生有機會多觀察、操作、深入思考討論、鞏固和應用知識技能;并且，還可以革新物理課堂教學，翻轉課堂、微課和物理導學案結合，有助于實驗探究，又有利于知識鞏固拓展，將實驗探究和知識鞏固應用結合.核心素養的落地生根，這種實施層面的課程與教學設計研究最為重要，最為缺少，是研究的重點和趨勢.

3.3 融合新技術的實驗教學創新

研究者認為，實驗教學是物理核心素養落地的有效途徑，應該重視實驗教學，改進實驗方案，組織學生進行多種實驗探究，注重學生探究過程，讓學生親歷科學探究過程.而且，應該將新技術融入物理實驗改善實驗教學的效果.例如，應用傳感器（DIS）技術、3D虛擬增強現實技術、多媒體教學技術等，創設逼真的、沉浸式、交互式的問題情境，凸顯物理實驗的細節，展現特殊的實驗場景，回放歷史實驗場景，為學生觀察、分析、探究提供更有效的支持.還要對實驗教具進行改進與創新，改進演示實驗效果，克服以往實驗中的難題等.

3.4 面向核心素養的作業和考試

研究者認為，設計面向物理核心素養的物理考試，對于物理核心素養的落地有決定性的作用，而設計面向物理核心素養的作業則是關鍵的支撐.教師要摒棄過于依賴課外輔導書的做法，厘清面向核心素養的物理作業設計原則，精心選擇和設計突出物理觀念、科學思維、科學探究及科學態度的作業.例如，設計具有探究性的、待解決的真實的問題情境的作業，并能體現良好的價值導向，形成嚴謹求實創新的科學態度.在物理考試方面，以物理核心素養為綱進行命題，從“知識、能力”轉向“物理核心素養”，突出考查物理觀念、科學思維、探究能力、科學態度與責任.例如，在實驗類的考題上，要考查學生是否親身經歷實驗探究過程，是否掌握了科學研究方法，是否能夠將科學知識、科學思維（分析、比較、判斷、推理）用于解決新問題，是否具有嚴謹正確的科學態度.

總之，在物理核心素養的研究和實踐中，將面臨許多亟待解決的新問題，如課程標準、教材建設、教學內容、教學方法以及考核評價等，需要更為深入的基礎研究，在實踐中探索，為其落地打下更為堅實的基礎.

參考文獻：

[1]胡衛平.物理學科核心素養的內涵與表現[J].中學物理教學參考，2017，46（15）：1-3.

[2]李巖.初中物理學科核心素養的要素分析[J].物理通報，2017（S1）：2-4.

[3]林明華.高中物理核心素養的內涵與培養途徑[J].福建基礎教育研究，2016（02）：4-6.

[4]玉英.從三維課程目標到物理核心素養[J].物理教學，2017，39（11）：2-4+8.

[5]張穎珍，徐瑩，于海波.國內物理學科核心素養的研究動態，熱點與趨勢——基于CiteSpace的可視化分析[J].中學物理，2020（13）：30-35.

[6]林欽，陳峰，宋靜.關于核心素養導向的中學物理教學的思考[J].課程·教材·教法，2015，35（12）：90-95.

[7]盧長津.在探究式教學中提升學生物理核心素養[J].中學物理教學參考，2017，46（08）：14-15+2.

[8]江山.實驗探究：培養物理學科核心素養的有效途徑[J].中學物理教學參考，2015，44（23）：2-5.

[9]曾雪琴.基于核心素養的高中物理實驗教學探究[J].讀與寫（教育教學刊），2016，13（11）：146-147.

[10]王高.物理核心素養培養淺探[J].物理教師，2016，37（12）：15-19.

[11]婁德江.初中物理教學中發展學生核心素養解讀及策略探微[J].中國校外教育，2018（25）：31+40.

[12]李杰，陳超美.Citespace科技文本挖掘及可視化[M].北京：首都經濟貿易大學出版社，2016.

[13]白晶.指向深度學習，培養核心素養[J].中學物理教學參考，2016，45（05）：2-5.

[14]任虎虎.思維型課堂：培育物理學科核心素養的有效途徑[J].物理教師，2017，38（03）：16-17+21.

[15]封英，侯恕.對比同課異構思“學生物理核心素養”——以“楞次定律”為例[J].物理通報，2016（09）：76-79.

[16]黃以明.五環教學：培養學生物理核心素養[J].教育學術月刊，2018（09）：81-86.

[17]余沐諍. 生活化情境教學促進物理教學有效性的研究[D].成都：四川師范大學，2012.

[18]林春輝，周世平.構建“物理學科”教室，培育學科核心素養[J].物理教學，2017，39（06）：5-7+21.

[19]謝瑾，張軍朋.談談微課在物理教學中的應用[J].物理教師，2015，36（08）：14-17.

[20]孫凡博. 微視頻資源在高中物理課堂教學中的應用研究[D].長沙：湖南大學，2014.

[21]汪依凡. 基于STEM的初中物理教學策略與設計研究[D].揚州：揚州大學，2018.

[22]徐清軍. 新高考形勢下高中物理教學模式的轉變及對策研究[D].杭州：杭州師范大學，2016.

[23]盧星辰.優化物理實驗教學 培養學科核心素養——以“流體壓強與流速的關系”為例[J].物理之友，2018，34（08）：36-37+40.

[24]晉文梅，鄭威.核心素養下物理實驗教學的創新設計[J].中小學教師培訓，2018（09）：69-71.

[25]張瑜.重構物理實驗教學 落實核心素養培養的策略[J].物理教學，2018，40（06）：18-20.

[26]張瑛，白少民.改進物理演示實驗 提升學科核心素養——以“水循環”教學設計為例[J].中學物理，2018，36（18）：50-53.

[27]孫德成.“液體的表面張力”實驗改進與創新[J].物理教師，2018，39（06）：23+26.

[28]孫子彪.高中物理教學核心素養：演示實驗創新[J].學周刊，2018（15）：108-109.

[29]侯丹，宋昊澤.3D虛擬增強現實技術在中學物理教學中的應用研究[J].天津師范大學學報 （基礎教育版），2018（03）： 69-74.

[30]齊國元.合理利用傳感器技術 培養物理核心素養[J].物理教學，2017，39（09）：37-38+52.

[31]王金鐸.基于核心素養的物理作業設計[J].物理教學探討，2018，36（04）：1-3+6.

[32]陳婷.核心素養下初中物理作業優化設計研究[J].科學咨詢（教育科研），2018（09）：32.

[33]桑嫣.學科核心素養導向下的高中物理單元作業設計[J].上海課程教學研究，2018（05）：39-43.

[34]陳向舟.以核心素養為導向的初中物理家庭作業的設計[J].環渤海經濟瞭望，2018（05）：191.

[35]詹清清，茹秀芳，肖化.高中生使用物理學科輔導資料的現狀調查[J].上海教育科研，2015（12）：21-25.

[36]程力.增強基礎性和綜合性 深化高考物理內容改革[J].物理教師，2016，37（05）：74-77+79.

[37]于永建. 2016年全國課標物理《考試大綱》的變化解讀與備考啟示研究——兼談學科核心素養背景下的命題立意[J].物理教師，2016，37（05）：80-83.

[38]解永平. 基于物理核心素養培養談“探究動能定理實驗”的考查——解讀《2017年江蘇省普通高中考試說明》[J].物理教師，2017，38（06）：84-87.

[39]于永建.基于原始物理問題與核心素養導向的試題研究——從2018年《考試說明》和2017年高考真題談起[J].中學物理教學參考，2018，47（09）：59-61.

[40]冷冰冰. 高中物理課程標準的核心素養分析[J].教育導刊，2015（08）：49-52.

[41]朱建山. 聚焦核心素養 回歸物理文化——中學物理教學創新的新視角[J].中學物理，2017，35（23）：1-3+15.

[42]沈祖榮.試論物理文化中的“真、善、美”[J].物理教學探討，2018，36（03）：67-70.

[43]吳熙，彭朝陽.基于物理文化教學提升學生的核心素養[J].湖南中學物理，2018，33（04）：10-12.

[44]胡雨宸. 物理學史用于高中物理測試題命制的路徑與實踐[D].南京：南京師范大學，2018.

[45]張海龍，馬亞鵬. 2017年度中學物理教育教學研究綜述——基于《中學物理教與學》論文轉載情況分析[J].物理教師，2018，39（02）：2-6+15.

（收稿日期：2020-12-18）