基于CiteSpace的化學教材研究可視化分析

宋倩雯 李猛 謝俊

關鍵詞：化學教材;教材研究;CiteSpace;可視化分析

1研究背景

教材是依據課程標準編制的教學規范用書，是學生獲得系統的基礎知識，循序漸進地進行學習的主要資源和工具，也是教師進行教學的主要依據。隨著新一輪的課程改革，教材也進行了更新。陸軍對2005-2011年的124篇關于化學教科書的研究文獻進行了綜述。在中國知網以篇名“化學教材”或“化學教科書”，發表時間“2003.1.1- 2020.6.15”進行檢索，共有1332篇文獻。CiteSpace是一款信息可視化軟件，它主要基于共引分析理論和尋徑網絡算法等，對特定領域的文獻進行計量，以探尋出學科領域演化的關鍵路徑及其知識拐點。基于CiteSpace分析近20年化學教材研究的熱點及不同階段的發展趨勢和前沿，對化學教材的研究進行梳理和反思，為學者繼續開展化學教材的研究提供參考和啟示。

2研究思路

為確保原始數據準確，剔除關于中職、高職和大學化學教材等相關文獻，得到1118篇文獻以refworks的格式導出，用CiteSpace5.6.R5進行數據轉換后，進行關鍵詞共現分析、關鍵詞突現分析，得出研究結論并進行反思，研究思路見圖1。

3化學教材的可視化分析

3.1關鍵詞共現分析

當兩個或兩個以上的關鍵詞在同一篇文獻中出現時，稱為關鍵詞共現。關鍵詞共現知識圖譜有利于我們分析研究的熱點。運用Citespace軟件設置相應的參數和閾值，生成關鍵詞共現知識圖譜，見圖2。

關鍵詞的共現分析中有兩個重要指標：頻次和中心性。生成的共現圖譜中網絡節點數量為207，節點之間的連線數量264。知識圖譜中的節點代表研究的關鍵詞，節點越大，表明此關鍵詞共現頻次越高、受關注的程度越大，說明其為該領域的研究熱點。根據圖2可以看出化學教材、高中化學、初中化學、比較研究、化學知識、化學史、人教版等是研究熱點。研究涉及的主要版本是人教版，涉及的學段主要是高中，其次是初中。中心性反映了研究熱點間轉換的關鍵節點，中心性數值越大，表明該關鍵詞在研究熱點演變中發揮了關鍵作用，一般認為中心性大于0.1的節點比較重要。導出中心性大于0.1的關鍵詞，見表1。分析可知，關鍵詞的中心性和頻率整體符合正相關的關系，例如化學教學、化學知識、人教版、教材、科學本質等。但也有一些反例，例如：創新、開放性、核心概念等。這些關鍵詞的中心性高，說明它們重要，但頻次不高說明研究者關注較少，在今后的研究中需加強關注。

導出關鍵詞頻次表格，剔除未展現實質研究信息的詞語。將意思相近的關鍵詞合并，例如將比較研究和比較合并為比較研究。將頻次大于等于5的關鍵詞與兩位高中化學高級教師進行詳細梳理和反復斟酌后聚類匯總如表2所示。在此基礎上，對相關的經典文獻進行閱讀，進一步進行文本分析。

3.1.1內容研究

教材的內容研究主要集中在化學實驗、化學知識、化學史、習題上。其一，化學實驗的研究主要關注國內教材中的實驗改進和國外教材中的實驗。有學者針對實驗改進中的問題，提出全面理解教材編寫意圖、明確改進實驗的教學作用、堅定實驗改進的簡約化等七項回歸途徑，也有學者對國外教材中的實驗進行研究，期望對我國化學教材中實驗的編制提供參考。其二，化學知識的研究主要關注顯性知識和隱性知識。對顯性知識的研究主要集中在化學方程式、物質的量、氧化還原反應、元素及其化合物、化學平衡、元素周期律上，對隱性知識的研究相對較少，有研究對魯科版必修化學教材中插圖的隱性知識進行了統計分析，提出了插圖中隱性知識的外顯化、情境化和直觀化等教學策略。其三，化學史的研究主要關注化學史內容融入化學教材的分析。有學者指出應從內容素材的選擇、編排順序和呈現方式等方面綜合考慮化學史的編排。其四，教材習題的研究大多集中在習題數量、類型、欄目、難度以及習題與課程標準一致性上。有研究利用韋伯一致性分析工具對初中教材中的習題與課程標準進行了分析。其五，教材欄目的研究主要包括兩個方面：一是關于國內教材欄目呈現，二是對國外化學教材欄目的介紹。

總體來看，關于教材的內容研究成果最為豐富。但也有一些不足之處，比如關于高中化學知識的研究主要集中在必修教材的內容上，如：物質的量、氧化還原反應、元素周期律、元素化合物知識、化學鍵等，對選修教材的內容研究相對較少。對教材顯性知識的研究較多，對隱性知識的研究較少。

3.1.2比較研究

比較研究是化學教材研究的主要方法，教材的比較研究主要包括三個方向：一是國內外化學教材的比較研究，研究對象主要為美國和德國的化學教材等，這些國家均為發達國家，滲透在教材中的教育思想和理念值得我國借鑒。教材是深層結構和表層結構的統一，大多數的研究內容是教材的表層結構，如功能模塊、語言文字、圖和表等，對深層結構的研究較少。

二是國內不同版本化學教材的比較研究，包含不同版本教材的橫向比較和同版本新舊教材的縱向比較。研究對象主要為高中人教版、蘇教版和魯科版化學教材，研究內容有知識編排、習題、欄目、插圖、表格、實驗探究等。有學者構建了教材分析模型，依據分析模型對整本教材的內容選擇、組織和呈現進行比較，結果表明魯科版教材內容最豐富，難度和深度也是最大的。

三是國內化學教材的演變研究，研究對象為我國近代出版的中學化學教材，研究內容有STS、實驗、插圖等。有研究對近代中學化學教材的出版特點與內容變遷進行了梳理，指出要拓展化學教材的研究來源，提高研究深度以及關注“本土化”發展。

總體來看，關于化學教材的比較研究主要是國內外化學教材的比較，其次是國內不同版本教材的橫向比較，相對較少的是新舊教材的縱向比較和國內化學教材的演變研究，研究者主要關注教材的表層結構，對教材的深層結構研究相對較少。

3.1.3使用研究

化學教材的使用研究主要圍繞“科學素養”和“化學教學”兩方面展開，包含兩個方向：一是對教材微觀結構的使用研究。研究主要針對某一具體章節內容進行教學設計或提出教學策略和教學建議，如有研究以飽和溶液的概念為例分析了教師使用教材的不同層次水平，探索創造性使用化學教材，構建化學優質課堂，提高化學教學效益的教學策略。有研究對新舊化學教材中科學探究各欄目的數量、內容及組織形式等進行統計分析，提出用心研讀課標與教材、精心設計探究活動和加強學生基礎實驗的教學建議，從而提升學生的科學素養。同時有研究者認為應打破“圣經式”的教材觀，須“因時因地因人”對教材進行二次開發，以便于知識的內化，提高課堂效率，減輕學生的負擔。

二是對教材使用情況的調查研究。對使用情況進行調查有利于了解教材的使用情況以及在使用過程中出現的問題，提高化學教學的質量。有研究者對人教版化學必修教材“科學視野”欄目使用現狀進行調查分析，指出要將該欄目納入教學的整體設計，發揮其培養學生科學素養的教學功能。

總體來看，教材的使用研究主要是從教師的角度展開，研究方法有經驗總結法、問卷調查法、訪談法等。其中一線教師是研究的中堅力量，為實踐層面的研究積累了寶貴的實戰經驗和素材。

3.1.4編制研究

教材是依據課程標準編制的、系統反映學科內容的教學用書，課程標準是教材編制研究的基礎。教材的編制研究包含兩方面：一是編寫者對教材的編寫思路進行解讀，通過解讀可以為一線教師理解設計理念，掌握內容變化，展開教學提供幫助。人教社化學編輯室對人教版高中化學必修和選修教材的編寫進行了一系列的解讀分析，如王晶對《普通高中教科書·化學必修》進行了簡析，指出新教材以繼承、發展、創新為基本指導思想，從學科本質出發構建體系結構，精編內容和呈現方式，優化欄目功能，體現和落實化學學科核心素養，彰顯學科育人價值。

二是研究者對教材內容研究后提出編寫或修訂意見。對教材內容的編寫修訂提出意見有利于教材的不斷發展和完善。有研究者對德國教材《今日化學》中核心概念的編寫進行研究，提出“選擇真實的情境并一以貫之，突出圖像的直觀作用使抽象內容具體化，充分運用實驗活動助力概念形成”等編寫意見。洪天慧基于對高中三個版本教材中“物質的量”內容編寫以及教學中存在的問題的分析，提出新的編寫方案。

總體來看，教材的編制研究有助于教材的發展，研究人員以教材編寫者和一線教師為主，研究的方法主要有內容分析法和經驗總結法，定量的方法相對較少，對具體內容編寫的研究需全面深入。

3.2關鍵詞突現分析

關鍵詞突現（burst）是指在一段時間內關鍵詞使用頻次突然增高，表明在該段時間內受到研究學者的廣泛關注，對突現詞分析可以掌握該研究領域的研究熱點、前沿以及發展趨勢。關鍵詞突現圖譜見圖3，根據突現詞的年份和特點，將近二十年來的化學教材研究主要分為三個階段。

第一階段（2003-2007年）：2001年6月《基礎教育課程改革綱要（試行）》出臺，標志著新一輪的基礎教育課程改革開啟，“課程改革”的突現強度為2. 9729，成為研究的熱點。教材是課程目標和內容的具體體現，也是教師教學的主要依據，學生學習的主要資源，在課程改革中占有重要地位。2003年教育部頒布了《普通高中化學課程標準（實驗）》，依據新課程標準編制的三個版本化學教材2004年秋季開始在山東省、廣東省、海南省和寧夏回族自治區四個試驗區進行教學試驗，由此展開了化學教材的研究熱潮，“化學教材”的突現強度為12. 7655，是突現強度最強的關鍵詞。新課改強調要改變過于注重知識傳授的傾向，從突現圖譜中可以看出在課程改革的初期“化學知識”“化學方程式”“化學實驗”是這段時間研究的熱點和趨勢，在2003-2007年間更多的還是關于對教材中化學知識的研究。

第二階段（2008-2016年）：美國于1989年發表了《面向全體美國人的科學》，1995年發布了《美國國家科學教育標準》等科學教育文件，將科學素養視為科學教育的最終培養目標，并且十分重視科學教育領域核心概念和共通科學概念的學習與理解對促進個體科學素養發展的重要作用。中國公民科學素養不容樂觀，提高中國公眾的科學素養迫在眉睫，隨著改革的深入進行，《義務教育化學課程標準（2011年版）》出版，要求教材的編制要以提高學生的科學素養為主旨，倡導科學探究的學習方式。“課程標準”在這段時間突現強度達到了3. 574，研究者從具體化學知識的研究轉移到了“科學素養”和“化學概念”上，說明改革取得了一定的成果。這一階段關于化學教材的研究符合新課改的目標，從教知識到讓學生主動學習、學會學習，形成正確的價值觀。新課改強調教師既是教材的使用者，也是教材的建設者和課程資源的開發者，2014-2016年，“二次開發”“教材研究”成為研究的熱點，說明研究者開始創造性地使用教材。

第三階段（2017-2020年）：2017年《普通高中化學課程標準（2017年版）》頒布，新課程標準以發展化學學科核心素養為主旨，設置滿足學生多元發展需求的高中化學課程，選擇體現基礎性和時代性的化學課程內容，重視開展素養為本的教學，倡導基于化學學科核心素養的評價。基于《普通高中化學課程標準（2017年版）》編制的人教版、蘇教版、魯科版高中化學教材出版并陸續在全國開始使用，“高中化學教材”的突現強度3. 4951，突現時間從2016年持續到了2020年，成為當前化學教材的研究的熱點和前沿，化學教材研究的熱點方法是突現強度為3. 3261的“比較研究”，通過對不同版本化學教材的橫向、縱向比較研究，可以為一線教師選擇教學內容，實施教材內容提供參考依據，通過對國內外的化學教材進行比較研究，可以為我國化學教材的編寫提供參考意見。研究的熱點內容是突現強度為4. 1014的“習題”，好的習題是教材的點睛之筆，不僅可以鞏固知識，還有助于培養化學學科核心素養，教師也能根據反饋情況及時調整教學。這一階段研究者主要關注基于新課標編制的高中化學教材的研究。

4研究結論和反思

4.1研究結論

從關鍵詞共現分析來看，化學教材的研究高中階段多于初中階段，研究的版本主要為人教版。化學教材的研究的熱點主要集中在四個方面：一是教材的內容研究，主要集中在化學實驗、化學知識、化學史、習題、欄目上;二是教材的比較研究，主要有國內與國外化學教材的比較研究，國內不版本化學教材的比較研究和國內化學教材的演變研究;三是教材的使用研究，有對教材微觀結構的使用研究和對教材使用情況的調查研究;四是教材的編制研究，有編寫者對教材的編寫思路過程進行解讀，也有研究者對具體內容進行研究后提出編寫或修訂的意見。

從關鍵詞突現分析來看，近20年來的化學教材研究主要分為3個階段：第一階段（2003-2007年）重點關注教材中的化學知識;第二階段（2008-2016年）重點關注科學素養、核心概念，教材的二次開發;第三階段（2017 -2020年）重點關注基于新課標編寫的高中化學教材。

4.2研究反思

4.2.1均衡各階段各版本的教材研究

從關鍵詞共現分析來看，化學教材的研究高中階段多于初中階段，人教版多于其他版本，對不同階段不同版本化學教材的研究存在著不均衡的現象。初中階段是化學的啟蒙階段，要鼓勵研究者參與到初中化學教材的研究中，不同版本的教材有著各自的特點和優勢，研究者對不同版本的化學教材進行研究，有利于教材的不斷發展和完善。

4.2.2加強對選修教材的研究

高中化學教材的內容研究主要集中在必修教材上，如：物質的量、氧化還原反應、元素周期律、元素化合物知識、化學鍵等，對選修教材《物質的結構與性質》《化學反應原理》《有機化學基礎》的研究相對較少。選修教材的內容較為抽象難度大，學生學習起來比較困難，且其是大學學習的基礎，因此，未來需加強對選修教材的研究。

4.2.3豐富教材的研究視角

教材的使用者主要是教師和學生，對教材進行研究，最終目的是能更好地促進教師的教和學生的學。目前多數研究都是站在教師的角度進行的，可以豐富教材的研究視角，從學生的角度看如何使用好教材更好地自主學習.在閱讀和使用教材的過程中存在什么問題，在實際學習中，教材的使用情況如何。這些課題都來源于實踐，研究和解決好這些課題，有利于教材的修訂和完善，更有利于實際教學。