基于共詞分析的國內外中學化學線上教學研究

王新新 黃海陽

（1.江蘇省南通田家炳中學 江蘇 南通 226001；2.北京師范大學人工智能學院 北京 100875）

化學是一門古老的實踐科學，也是人類認識自然、改造自然的重要工具。此外，作為高考考試科目，化學的重要性毋庸置疑。互聯(lián)網(wǎng)在20世紀中后期誕生，自2007年美國可汗學院成立以來，已經(jīng)悄然改變了傳統(tǒng)教學。2012 年，線上教學開始進入教育元年。2017 年，我國國務院印發(fā)了《國家教育事業(yè)“十三五”規(guī)劃》，提出了大力推動“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的業(yè)態(tài)發(fā)展。次年，教育部推出了《教育信息化2.0行動計劃》，強調深化信息技術與課堂教學的融合。后來，疫情的出現(xiàn)迫使線上教學被緊急實踐。因此，對于中學化學的線上教學的研究變得尤為重要。

近年來，許多學者對中學化學線上教學進行了大量實踐研究。為了順應實證研究的趨勢，拓寬國際視野，吸取國外優(yōu)秀的教學經(jīng)驗，本文采用共詞分析方法，對國內外2012 年至2022 年間的相關文獻進行了定性和定量研究。通過整理國內外線上化學教學的發(fā)展軌跡、研究熱點和走向，理性分析了我國中學化學線上教學的成果及不足，為完善國內相關研究提供數(shù)據(jù)參考。

一、前期準備

數(shù)據(jù)來源:中文文獻（包括學位論文）選自中國知網(wǎng)（CNKI），英文文獻來自Web of Science（WOS）的核心合集。CNKI以“化學”并含“線上”并含“中等教育”或“中學”或“高中”或“初中”為主題詞進行搜索，并勾選了同義詞擴展選項。WOS 主題詞設定“chemistry”并含“online education”并含“high school”或“secondary education”或“middle school”或“junior school”。檢索時間為2012年至2022 年，通讀文獻后，人工篩選獲得中文文獻251篇，英文文獻105篇。

共詞分析法是分析一組詞在同篇文獻中兩兩出現(xiàn)的次數(shù)，通常選用主題詞或關鍵詞，通過詞的頻次高低來揭示背后學科或主題間的親疏關系，進而挖掘該研究領域的熱點、前沿及趨勢。［1］本文通過Cite Space 軟件統(tǒng)計了國內外近十年的相關文獻，對關鍵詞進行共現(xiàn)分析、聚類分析和年度分析，將分析結果可視化。［2］

二、數(shù)據(jù)處理

1.關鍵詞共現(xiàn)分析

關鍵詞是一篇文章的核心概括和高度凝練，對多篇文獻的關鍵詞進行統(tǒng)計分析，可初步揭示該研究領域的熱點。本文對251篇中文文獻和105篇英文文獻的關鍵詞進行共現(xiàn)分析，見圖1。

圖1 2012-2022年線上化學教學研究的共現(xiàn)圖譜（a）國內和（b）國外

圖1 分別得到234 個關鍵詞和469 條線段以及205個關鍵詞和956條線段。每個節(jié)點的大小代表對應關鍵詞出現(xiàn)頻率的高低，節(jié)點間的連線表示共現(xiàn)程度，即關鍵詞間的聯(lián)系（連線越粗表明共現(xiàn)程度越大）。圖1（a）中網(wǎng)絡密度（0.0172）小于圖1（b）（0.0457），說明國內中學化學線上教學研究網(wǎng)絡間的聯(lián)系并不密集，尚需完善。由于所得關鍵詞并非全部顯示實質性內容，選取前20個關鍵詞排序。結合高中心性（數(shù)值>0.1證明在研究中具有重大影響力）鎖定研究熱點:從研究對象角度，國內分為高中化學和初中化學；而國外研究對象包括小學科學、初中化學、高中化學、本科以及普通民眾。此外，國內研究內容側重化學教學、線上教學、微課以及線上線下等，國外則強調教育、科學、基于計算機的學習及影響等。

2.關鍵詞聚類分析

為了深度剖析關鍵詞間的相關性，更加全面地掌握研究熱點，繼續(xù)對關鍵詞進行聚類分析，聚類圖譜見圖2。左上角參數(shù)Q為模塊值，越接近1 模塊的獨立性越顯著，通常大于0.3；S為平均輪廓值，越接近1證明同質性越強，一般要大于0.5。圖2（a）中Q=0.6512、S=0.9105，圖2（b）中Q=0.6144、S=0.8683，說明聚類效果明顯且合理。鑒于size>10，可信度高，因此選取國內前8 個、國外前6 個聚類。通過對各聚類的相近關鍵詞探析，提煉出國內外主題各4個。

圖2 2012-2022年線上化學教學研究的聚類圖譜（a）國內和（b）國外

（1）國內研究主題分析

主題1:圍繞課堂教學的研究。包括化學學科素養(yǎng)、教學模式、有機化學、化學教學實驗等關鍵詞。立足化學學科素養(yǎng)，研究者們積極探索新型教學模式，包括MiniQuest 教學模式、BOPPPS 教學模式、SPOC 混合教學模式等；案例研究側重在有機化學與實驗教學方面。［3］

主題2:圍繞線上線下教學的研究。包括微課、翻轉課堂、教學目標、教學研究、實施策略等關鍵詞。鑒于傳統(tǒng)授課的時空局限性和線上教學的單一性，線上線下教學被廣泛開展，包括積極探索、廣泛實踐、完善優(yōu)化以及普適常態(tài)。［4］例如將釘釘、學習通、iPad 及虛擬實驗等與線下化學教學深度融合；根據(jù)化學知識分類的不同，探索不同的技術融合方式；在線翻轉課堂的研究等。

通過對部分職業(yè)院校教師調查和分析，目前教師在教科研能力主要兩種傾向，第一種傾向是認為自己只要上好課就行了，高不可攀的教科研與自己關系不大，有這種認識的大多數(shù)是普通專業(yè)教師；第二種傾向是想致力于提升自己教科研綜合能力，但找不到交流合作培訓的平臺，持這種觀點的教師基本都是骨干教師、專業(yè)帶頭人。

主題3:圍繞線上教學思考的研究。包括大數(shù)據(jù)、智慧課堂、以問促學、學習氛圍、深度學習等關鍵詞。在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”時代背景下，研究多為思考如何讓教學效果最大化。［5］初中階段的思考在營造良好的學習氛圍，激發(fā)學生學習興趣；高中階段則更注重宏微結合、深度學習、打造優(yōu)質教學課堂等。［6］

主題4:圍繞化學知識的研究。包括高考改革、化學知識、化學實驗、化學復習、思維導圖等關鍵詞。國內學者的研究注重化學知識的系統(tǒng)化鋪展，包括構建知識網(wǎng)絡圖、建立題庫、基于信息技術手段構建復習課堂等。［7］

（2）國外研究主題分析

主題1:以學生為中心的網(wǎng)絡化教學。包括學生態(tài)度、探究式教學、教學指導、技術強化學習、知識整合等關鍵詞。基于以學生為本的教育理念，開發(fā)多種交互式軟件、游戲項目，提升學生的信息技術能力和自我學習能力。此外，還關注技術化教學對學生的影響，重視網(wǎng)絡化教學下的殘疾學生。［8］

主題2:被研究群體和線上教學的研究。包括初中科學、高中、大學、終身學習、成人學習、學習策略等關鍵詞。研究對象涉及學生和各級教育工作者以及民眾。對于學生，尊重其學習主體地位；對于教師，關注其自我效能感，加強教師教學軟硬件的培訓，推動中學與高校的合作等；［9］關于民眾，積極推廣化學教育視頻，注重提升全民化學素養(yǎng)。［10］

主題3:多學科融合的線上教學。包括數(shù)學技能、生物學、概念理解、診斷評估、信心等關鍵詞。研究包括:利用數(shù)學、物理等學科工具輔助化學教學；舉辦學科合作項目幫助學生深刻理解化學知識；組織趣味活動提升學生的化學學科素養(yǎng)。

主題4:基于互聯(lián)網(wǎng)的線上教學。包括遠程實驗室、學習環(huán)境、實體建模、學生實驗等關鍵詞。互聯(lián)網(wǎng)作為一種普遍的教學工具，為學生提供了更加靈活和多樣化的學習方式。例如，引入虛擬現(xiàn)實技術（VR）和增強現(xiàn)實技術（AR），建立遠程實驗室，利用計算機程序建模，采用Facebook、谷歌或Java 工具等深入教學。［11］

對比國內外各熱點主題，發(fā)現(xiàn)國內外在技術深度融合教學方面給予了足夠的重視。但也略有差異:國內線上化學教學研究涉獵廣泛:包括創(chuàng)新教學模式，變更教學策略，具體教學方法，反思教學實踐，整合教學知識等。其中，線上線下教學模式是國內研究的重點。同時研究關注教育均衡和教育公平，例如開展信息技術手段變革農村教育。國外線上化學教學研究呈現(xiàn)多學科融合的繁榮態(tài)勢，重視跨學段的合作，主要體現(xiàn)在高校與中學間的交流合作。并且充分考慮到信息化背景下教師的信息素養(yǎng)和教學行為，以及現(xiàn)行環(huán)境下對學生學習思維和學習態(tài)度的影響。

3.關鍵詞年度分析

通過年度分析可重點把握研究趨勢。2013 年開始，國內外中學化學線上教學研究趨熱。國內相關研究2017年后驟增，國外各時期增幅較為平緩。

2015年國內出現(xiàn)微課程、翻轉課堂走進教學課堂的第一篇文獻；兩年后《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》的提出使“互聯(lián)網(wǎng)+教育”研究繁榮發(fā)展，探索線上線下混合教學成為新熱點。2020 年以后受疫情影響，線上化學教學的研究被推上高峰。鑒于國內相關研究起步比國外晚，綜合國情考慮，線上教學是今后的研究熱點。

2013 年起國外廣泛關注學生的科學素養(yǎng)。2016年基于互聯(lián)網(wǎng)的學習受到研究者更多的關注，思考方向在如何為殘疾學生提供學習便利，怎樣使學生在“玩”中學。之后多學科融合教學的熱度有所提升。后面疫情迫使教學在線上開展，熱點轉為應對、完善線上教學。但研究焦點依舊在學生身上，例如追蹤技術化教學下對學生的影響等。因此，學生是國外線上教學今后的研究熱點。

三、研究結論與展望

通過采用Cite Space軟件對國內外十年來中學化學線上教學的研究進行量化分析。結果表明:國內外線上化學教學的研究涉獵廣泛，但是國外的研究視角更加多元化，重視跨學科、跨學段的合作等。研究均尊重學生的主體地位，旨在提升學生的學科素養(yǎng)。國內更關注學生的概念理解，對教學知識的研究呈現(xiàn)系統(tǒng)化的鋪展；國外對知識本身的研究更自由隨性。研究均強調實證研究，評價體系多元化。國內外均喜歡采用問卷調查、數(shù)據(jù)監(jiān)測等方式，傾向用數(shù)據(jù)說話。對比國內外研究的差異，本文對我國中學化學線上教學研究提出以下展望:

1.重視技術參與教學下的師生研究

利用信息技術手段和互聯(lián)網(wǎng)資源強化教學是研究的共同目標。但是現(xiàn)行環(huán)境下學生對線上化學課程接受度的相關研究并不多。例如學生對線上化學課程教學的整體評價、學生使用線上教學的頻率、學生對傳統(tǒng)化學教學和線上化學教學方式的比較等。后續(xù)研究可借助分析學生作業(yè)、調查問卷、訪談小組及大數(shù)據(jù)監(jiān)控等方式，深度剖析技術化教學方式下學生的態(tài)度及學生受到的影響，從而使教學更好地從學生角度出發(fā)。此外，教師在教學中扮演著非常重要的角色，國內對教師的研究多為課堂教學時的提及，疏于對教師本體的研究，包括教師的信息素養(yǎng)、對線上教學的接受度、使用線上教學的原因和技術化教學下的自我效能感等。

2.加強不同學段間的協(xié)作

不同學段間的團隊協(xié)作是我國線上化學教學研究的薄弱方向。通過多學段協(xié)作，可以培養(yǎng)學生的合作精神和創(chuàng)新能力，為其今后的學習和工作打下基礎。筆者認為有必要加強大學與中學間的專業(yè)對話，例如進行化學研究合作或者設計化學實驗等，這樣可以使學生在不同背景受啟發(fā)從而獲得不同的經(jīng)驗和想法。此外，還可以在線上平臺上開設討論區(qū)或論壇，讓不同學段的學生可以進行在線交流和互動，分享經(jīng)驗和知識，共同解決化學學習中的難題。與此同時，學校可借助在線平臺建立一對一互助小組，發(fā)展借力打力，以高帶低，以優(yōu)帶新的新型互助小組模式。

3.加強不同學科間的協(xié)作

著名科學家錢三強指出，我們正進入一個交叉科學的時代，加強跨學科協(xié)作可以拓寬學生的視野和應用能力，提高其綜合能力和創(chuàng)新能力。教師的教學過程應注意突破學科壁壘，滲透多學科融合思想，并鼓勵學生自主轉換學習思維。首先，教師可以與生物、物理、數(shù)學等其他學科的教師合作，探討學科間的關聯(lián)和應用，通過教學資源共享，課程整合，提供更豐富的知識和實踐案例。其次，化學教師也可以和其他學科的教師一起上跨學科活動課，這樣可以增加學生對化學知識應用場景的理解，提高學生的學習興趣和參與度。最后，化學老師還可以定期組織線上討論，讓學生進行跨學科、多方位的討論和合作，提高學生的綜合素養(yǎng)。

4.加強推進新興領域的發(fā)展

國內外線上化學研究涉獵均廣，但是一些新興領域尚處于起步階段。為了提高學生的創(chuàng)新實踐能力，為國家培養(yǎng)出更具有競爭力的化學人才，化學教學宜與新興領域相結合。例如將VR融合到化學實驗可定格現(xiàn)象不明顯、轉瞬即逝的實驗，進而幫助學生更好地掌握化學知識。利用虛擬實驗室可以讓學生在線上進行實驗操作和探究，減少實驗操作安全風險的同時還能解決學生實驗時空受限等困擾。此外，化學教學可以引入數(shù)據(jù)分析的方法和工具，幫助學生更好地理解和應用化學知識，同時提高學生的數(shù)據(jù)分析和處理能力。由于我國學生群體基數(shù)大，發(fā)展難度大，整體看化學結合新興領域的探究仍是遵循“低成本、高性能”的原則，后續(xù)研究應得到橫向鋪展和縱向延伸。