基于共詞分析的國內外中學化學教材研究述評

梁一帆 占小紅

摘要：對1272篇中文文獻及277篇英文文獻進行共詞分析，通過聚類分析和社會網絡分析刻畫研究主題及其結構，發現研究整體呈現出涉及范圍廣、主題突出的特點。在研究主題上，國內外均較為關注對化學教材內容屬性的分析與評價，重視橫向與縱向比較研究，而課程實施過程中的化學教材開發與教學設計研究是國內特有的研究重點。在研究深廣度和方法上，國內化學教材研究深廣度較好，但在研究方法的多樣化以及整合新興領域等方面略顯不足。今后中學化學教材研究應注重研究方法的創新，明確各領域的重點與核心任務，在整合立體化教材等新興領域推動研究向縱深發展。

關鍵詞：中學化學教材; 共詞分析; 比較研究; 研究熱點; 發展趨勢

文章編號：10056629（2021）11001308

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

1 研究背景

教材優化與創新是課程改革的基礎性工作之一，《全國大中小學教材建設規劃（2019—2022年）》明確教材建設是國家事權[1]。為強化教材研究，為未來研究和發展提供參考和啟示，需要對教材研究發展歷程作梳理和總結。

近年來，中學化學教材研究成果豐碩。微觀視角下，對教材結構、內容及其呈現方式進行探討;宏觀視角下，對教材進行橫向及縱向比較研究，或就教材評價與開發展開探索。不過，已有關于中學化學教材研究綜述較少，且以質性分析為主，難以準確全面把握全局和概況[2～4]，在一定程度上制約著研究向更高層面發展，限制了化學教材體系建設的發展與創新。為全面回顧與總結國內外中學化學教材研究情況，本研究利用共詞分析方法，從整體上把握中學化學教材研究現狀和熱點趨勢，了解國內與國際研究之間的互動關系及個性特征，為今后相關研究提供參考和依據。

2 研究方法

共詞分析法是一種以名詞性術語兩兩在同一文獻中出現次數為基礎進行聚類分析的內容分析法，利用該方法可以探查術語間的親疏關系，進而提煉某一領域的研究熱點、趨勢和研究主題[5]。某術語在一研究領域出現次數較多，則為該領域的研究熱點;一對術語在同一文獻中出現，則這對術語在主題內容上存在一定聯系，共現次數越多聯系越緊密，由此形成共詞關系網絡，通過聚類分析可繪制“知識圖譜”，直觀展示研究熱點和趨勢。本文利用該方法對相關文獻關鍵詞共現情況進行統計分析，探索研究主題與熱點前沿。

本研究的英文文獻來源為Web of Science核心合集數據庫，檢索策略是： TS=（chemistry textbook OR chemistry teaching material） AND TS=（middle school OR high school OR senior school OR secondary school OR junior high school）;中文文獻來源為中國學術文獻網絡出版總庫（CNKI），檢索主題詞為“化學教材”“化學教科書”，檢索條件為“精確”，來源類別選擇“北大核心”（主要包括《化學教學》《化學教育》）和“CSSCI”。此外補充檢索了《中學化學教學參考》和學位論文。中英文文獻檢索統計時間范圍均為1991～2020年，檢索日期截至2020年11月28日。通過人工篩選，刪去與研究主題完全不相關的廣告、征文通知等文獻，獲得中文學術期刊論文781篇、學位論文491篇和英文文獻277篇。將中英文樣本文獻題錄信息分別以NoteFirst和純文本文件格式導出。

3 數據處理與分析

3.1 文獻年代分析

解讀文獻數量隨年份變化，可以明晰某一研究領域的發展階段和研究熱度增減。圖1為近三十年國內外中學化學教材研究文獻數量隨年份變化折線圖，可以發現研究總體呈上升趨勢。當然，國內外研究關注度也會受課程改革和教材修訂等事件影響，出現較為明顯的波動。

根據圖1， 2001年前是我國中學化學教材研究的起步期，文獻數量較少，關注度較低。2001年后，國家啟動第八次基礎教育課程改革，教材政策由“一綱一本”轉向“一綱多本”[6]，出現多版本化學教材，引發研究熱潮，期間文獻數量雖有波動，但整體呈明顯上升趨勢。2012年后，隨著初高中化學教材發布與修訂，加之全國各省市陸續完成了新課程的首批實施，研究者結合實踐經驗提出使用反饋與建議，研究迎來高峰，隨后關注度有所下降，逐漸趨于穩定。

近三十年來，隨著國際范圍內以培養學生科學素養為核心理念的科學教育改革浪潮興起，以美國為首的發達國家相繼制定改革方案、更新課程內容，國外研究者也更加重視對化學教材的研究，特別是美國1996年《國家科學教育標準》和2013年《下一代科學教育標準》發布后主流教材的改編與再版，教材研究分別在隨后幾年內有一定幅度的增長。

3.2 關鍵詞提取與共詞矩陣構建

關鍵詞簡要概括了論文的主題、內容和主要研究方法。通過對關鍵詞統計分析可以分別總結出國內外中學化學教材研究領域的主題。

3.2.1 篩選高頻關鍵詞

利用BICOMB軟件對樣本文獻關鍵詞出現頻率作統計，中英文文獻關鍵詞總量分別達5391和801個。由于所統計的關鍵詞并非完全是受控的檢索關鍵詞，故進行了人工篩選，以保證分析準確性和合理性。首先合并近義詞，如將“比較研究”“對比研究”合并為“比較研究”;其次將部分下位詞合并至相應上位詞中，避免關鍵詞過于分散無法進行有效共詞分析，如以“gender”替代“women”“gender equity”;第三，刪去無法反映實質性內容的關鍵詞，如“analysis”。綜合考慮分析效果，最終確定中英文高頻詞頻次閾值分別為113和50（具體如表1所示）。除主題檢索詞外，國內外文獻中排名靠前的高頻關鍵詞均涉及化學史研究、教材比較研究、科學素養內容研究等。此外，國內還涉及課程標準與教材、教材呈現方式等，國外則尤其關注科學本質和迷思概念等。

3.2.2 建立共詞矩陣

統計高頻關鍵詞所得共詞矩陣、相異矩陣是共詞分析的數據基礎。利用BICOMB軟件分別形成國內外文獻高頻詞共詞矩陣（詳見表2和表3）。共詞矩陣第一列和第一行均表示高頻關鍵詞，矩陣數值表示兩關鍵詞共現頻次。使用Ochiia系數將共詞矩陣轉換為相異矩陣[7]。因篇幅限制，此處略去相異矩陣。

3.3 研究主題提煉——聚類分析

對共詞矩陣進行聚類分析可以將關鍵詞分組，從而提煉某領域的研究主題[8]。將相異矩陣分別導入SPSS中進行聚類分析，以樹狀圖形式輸出分析結果。如圖2所示，縱軸表示高頻關鍵詞，橫軸數字表示關鍵詞間的距離，距離越近則關系越緊密、相關度越高，如圖2（a）中的“課程標準”和“一致性”。

3.3.1 國內中學化學教材研究主題分析

根據圖2（a），國內中學化學教材研究可提煉出以下四個研究主題：

（1） 教材內容與課程標準一致性的研究。包括課程標準、一致性、化學學科核心素養等關鍵詞。該主題主要是針對教材內容的選定與編寫是否與課程標準要求相一致，是否注重科學方法的滲透，以及如何反映課程標準所提出的化學學科核心素養培養目標等問題的研究[9，10]。

（2） 教材的橫向與縱向比較研究與教材體系建設的研究。包括教材結構體系、中國、美國等關鍵詞。文獻具體涉及對國內各版本教材或與美國等國家教材結構體系和內容編排的比較分析，系統總結經驗、形成啟示，促進對教材結構體系和內容編排認識及其轉化的研究[11]。

（3） 圍繞教材欄目設置、呈現方式等的教材分析與評價研究。包括呈現方式、教材插圖、評價等關鍵詞。主要從教材功能和價值定位出發，從教育學、心理學、文化學、社會學、歷史學等多學科角度研究教材內容為教學服務的屬性和特征等，研究主要內容包括教材內容組織和呈現方式、欄目設置合理與教學中的可行性、教材插圖合理性等[12]。

（4） 課程實施過程中的化學教材開發與教學設計研究。包括二次開發、教學設計、活動與探究等關鍵詞。具體探討對教材內容的解讀，依據課程標準對化學教材進行二次開發的內涵、途徑和方法及相關實踐等方面[13，14]。

3.3.2 國外中學化學教材研究主題分析

根據圖2（b），國外中學化學教材研究也可提煉出四個研究主題：

（1） 課程改革導向的化學教材研究。該主題以課程重點、課程改革、科學素養等關鍵詞為代表。主要涉及課程改革對教材的影響，分析相關教材內容對學生科學素養的培養等方面[15，16]。

（2） 教材內容的選擇、組織和表達研究。研究關注教材內容的更新變化及其與化學科學研究前沿的聯系;集中于認識論、教學論、心理學等取向來把握“教材”轉變為“學材”應具備的特征，并聚焦于教材微觀與視覺表征、概念建構、思維過程或方法設計、可讀性等微觀層面，深入研究學生在使用教材時會遇到的學習困難;此外還涉及教材編制理論和教材開發應用的認識與實踐研究[17，18]。

（3） 整合多學科視角的教材編制研究。該主題以科學教材、系統功能語言學、公民教育等關鍵詞為代表。關注化學教材建設的理論基礎研究，以相關學科最新理論為支持，形成整合多學科視角的教材編制理論和體系結構，厘清課程、教材、教學體系的關系及其發展邏輯等[19，20]。

（4） 化學教材創新與立體化建設研究。該主題以開放式教科書、教材使用等關鍵詞為代表。這一領域的研究不僅關注利用信息化技術手段優化化學教材形式或根據特定需求對教材功能、形態、價值等方面的挖掘，謀求新型教材的創新和發展，同時又審慎地展開相應教學試驗和推廣實踐，整合教材評價對這些非傳統教材的質量和應用效果進行評測研究[21，22]。

由上述分析可知，教材內容屬性的分析與評價研究、橫向與縱向比較研究在國內外均受到了相當程度的重視。相較而言，國內研究更關注課程實施過程中的化學教材開發與教學設計研究等方面;而國外多從學生角度切入，注重基于語言學、心理學等對迷思概念、學習困難和教材立體化建設等方面進行探索。

3.4 研究熱點與趨勢分析——社會網絡圖譜辨別

為進一步把握研究熱點及趨勢，將共詞矩陣導入Netdraw軟件制作社會網絡圖譜[圖3（a）和（b）]，解讀圖譜關鍵特征可以把握該領域的研究核心及發展方向。圖譜的每個節點都表示一個關鍵詞，節點間關系線和方向箭頭表示節點間的關系和緊密程度;節點面積越大、位置越靠近中心，即為該領域研究熱點，而邊緣節點即為今后研究方向[23]。

為避免分析的主觀性，對圖譜描述節點地位和網絡關系圖屬性的關鍵要素做精細化解讀，包括圖譜整體屬性和節點中心性分析。

3.4.1 整體屬性分析

網絡整體密度描述圖譜各節點間關系的緊密程度和網絡整體的集中趨勢，密度值越大則該領域研究越集中;建立在兩節點間“一般化距離”基礎上的凝聚力指數越大，則該整體網絡越具有凝聚力[24]。將共詞矩陣作二值化處理，計算國內外網絡整體密度值分別是0.1699和0.1208，凝聚力指數分別是0.581和0.459，均相對較大，這說明該領域關鍵詞間聯系較為緊密，研究集中性較好。

3.4.2 中心性分析

節點中心性指圖譜中每個關鍵詞在網絡中的地位，是衡量整個社會網絡圖譜中心化程度的重要指標，分為度數中心度、中介中心度和接近中心度。在本文中，度數中心度表示某個關鍵詞與其他詞是否共同出現在一篇文獻中;中介中心度是測量網絡中某個關鍵詞影響其他詞共同出現在一篇文獻中能力大小的指標;接近中心度表示兩個關鍵詞共現的機率大小[25]。度數中心度高的節點代表當前研究熱點;而中介中心度高而度數中心度和接近中心度低的節點代表研究發展趨勢。

計算所有節點的三個中心度并按照數值降序排序，如表4所示。國內三個中心度均較高的是化學教材、比較研究、高中化學教材、高中化學、人教版等，國外則包括化學教材、化學史、科學素養、教材分析等，它們既是過去和當前研究的熱點，也是今后研究持續關注的方面;另外，國內化學學科核心素養、技術素養、內容編排等關鍵詞，國外開放式教科書、概念理解、視覺表征等關鍵詞，中介中心度高而度數中心度和接近中心度低，代表今后研究的發展趨勢。

3.4.3 國內外中小學化學教材研究熱點與趨勢的比較分析

分析發現，中學化學教材研究逐漸受到重視，未來可能會從以靜態內容屬性研究、橫向與縱向比較研究為主逐步過渡到多視角、多層次的教材建設和實踐研究，研究內容更加深入、更具針對性。比較來看，化學學科核心素養導向的教材內容和欄目編排、課后習題編制，教材使用等方面的研究將會成為國內研究的焦點，而開放式教科書設計、基于認知心理的概念構建、化學教材中的公民教育等將會成為國外研究的熱點。

4 結論與展望

4.1 研究結論

本研究基于共詞分析法，結合聚類分析及社會網絡分析對近三十年國內外中學化學教材研究情況與熱點趨勢進行了量化分析。研究發現： 國內外中學化學教材研究涉及范圍較廣，已成為教育研究領域的重要組成部分，呈現出以下特征：

4.1.1 研究內容集中，研究視角多元

國內外相關研究涉及化學教材結構體系、知識內容、呈現方式、處理與使用、比較與評價等方面，覆蓋范圍較廣，研究內容豐富深入，已形成相關理論基礎和主題聚類。大部分研究均圍繞特定主題，對化學教材展開系統深入研究，如教材插圖、課后習題編寫、教材隱性功能挖掘等均有所涉及，研究問題內涵豐富。化學教材研究視角多元化，特別是國外部分研究從促進學生學習角度出發，不僅關注知識內容、習題活動，也對教材傳遞觀念與方法給予充分關照，重視知識的價值取向，兼顧教材顯性要素與隱性要素的研究。

4.1.2 內容分析和比較研究是主要的研究話題，但研究重點有所更新

化學教材內容選定與編排分析、橫向與縱向比較研究始終是教材研究的關注焦點，但研究重點不斷更新變化。近年來，化學學科核心素養、三重表征、STS教育等成為教材內容分析的新興研究視角;而教材橫向與縱向比較研究則更加深入具體，角度更加微觀，重視教材比較的實踐與應用性，注重為教材改革與編寫提供實質性建議，如教材欄目或習題等的國際比較。

4.1.3 強調實證主義研究范式，研究方法多元化

國內外中學化學教材研究總體上呈實證主義研究范式。已有研究立足實際，以教學應用為關注重點，對化學教材展開多維度分析與比較，從而為其使用和修訂提供豐富素材，為教材體系建設提供科學有效的研究支撐;另外，研究重視教材研究方法論建設和研究方法多元化，強調使用多種方法全面系統分析化學教材，除了傳統的內容分析和經驗總結等，還廣泛涉及調查法、實驗法等多種研究方法。從總體上看，盡管國外研究相對國內較少，但其研究方法論建設與研究方法的創新與多元化方面表現較好，國內研究則在涉及范圍與研究深廣度上表現較好。

4.2 研究展望

國內中學化學教材也存在尚需進一步關注的問題：

4.2.1 已有研究領域的深入探索

國內研究涉及體系結構、內容選定與設計、知識呈現方式、使用與處理、評價與比較等多個領域，逐漸發展形成了各自概念體系與研究框架，同時也出現不同領域涉及范圍交叉、邊界模糊的問題。因此今后相關研究有必要對此做進一步分析，劃定范圍，明確關注重點及核心任務，促進各領域深入發展。

另外，以下問題也值得作進一步深入探索： 如何建構出動態、多維的化學教材研究框架，為研究提供科學實用的工具;如何把握好研究國際化與本土化的關系，進一步拓展研究的國際化視野，同時保持本土特色;如何增強研究成果實用性，促進其有效轉化為教學應用;動態視角下，如何以學生作為切入點進行化學教材使用研究，探索化學教材編寫、使用與評價間動態關系等。

4.2.2 新興研究領域的拓展

社會網絡圖譜的邊緣節點揭示了化學教材研究趨勢，如化學學科核心素養、STS教育等相關研究。另外，隨著近年來跨學科教育、智能化教育、立體化教材建設等新興領域的興起，中學化學教材研究存在回應不及時的問題，而這一問題在國內研究中表現更為突出。未來研究一方面要融合新興領域深化拓展研究主題，例如立體化教材建設與實踐應用、智能化背景下化學教材的轉型等研究;另一方面要加強跨學科溝通交流，拓寬視角，創新研究方法，結合時代背景和現實需求進行理論突破和實踐創新，凸顯教材研究的多學科性。以上這些新興話題雖偶有涉及，但并未有大量研究對此進行深入探討，因此研究者可以以這些邊緣主題為切入點擴展研究深廣度。

4.2.3 創新研究方法，擴展研究視角

國外研究方法相較國內更為豐富，研究視角更加多元化： 除文本分析法等傳統研究方法外，還廣泛跨學科遷移應用符號學、話語分析等方法展開研究;不僅涉及教材本身，還特別從學生使用教材角度或結合最新科研成果開展研究;既有對教材體系結構等外顯要素的研究，也包括對教材傳遞方法、培養思維等內隱要素的關注。國內研究則相對較少，研究層次較淺，研究方法不夠豐富，未來研究應注意創新遷移運用其他社會科學研究方法，擴展研究動態視角，加強對教材內隱要素的關注。

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