基于CiteSpace的化学科学探究研究可视化分析

吴晓红 康志宁 马英

摘要： 运用文献计量学的方法，以新课改后中国学术期刊出版总库（CNKI总库）中有关科学探究研究的文献为研究对象，对科学探究研究领域的发文量进行了统计分析，并利用CiteSpace可视化文献分析工具，从关键词共现网络和研究前沿时序等方面绘制知识图谱并进行可视化分析。以客观数据和图谱为依据，对化学科学探究研究的现状、热点及发展趋势进行分析、总结和反思，以期为化学科学探究的后續研究提供参考。

关键词： 科学探究研究； CiteSpace； 知识图谱； 可视化

文章编号： 10056629（2018）9002304 中图分类号： G633.8 文献标识码： B

1 引言

教育部于2001年颁布了《基础教育课程改革纲要（试行）》，开始施行新一轮的基础教育课程改革，在课程目标中明确提出了要改变传统的教学模式，针对教材开发与管理、教师教学过程等提出了新的要求，尤其提出了要倡导学生自主学习、实践探究，培养学生主动获取知识、解决问题及合作交流的能力。伴随着课改推进，《义务教育化学课程标准（2011年版）》（以下简称“2011年版”）中明确提出“科学探究是一种重要而有效的学习方式”，“义务教育阶段化学课程中的科学探究，是学生积极主动地获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动”。同样在最新发布的《普通高中化学课程标准（2017年版）》中将“科学探究与创新意识”列为化学学科核心素养的五个素养之一[1]。

利用CiteSpace III提供的科学知识图谱可视化分析技术，对新课改以来中国学术期刊出版总库（CNKI总库）中发表的有关化学科学探究的重要文献进行计量分析，力求通过知识图谱的形式展现化学科学探究研究的现状、热点及发展趋势等问题，以期为后续研究提供参考。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

研究数据源自中国学术期刊出版总库（CNKI总库），检索主题词： 化学，关键词： 科学探究，数据来源类别： 期刊论文、硕博论文、会议论文等，来源时间： 2001.6—2017.6，检索条件： 精确。对有关化学科学探究主题的论文进行高级文献检索，删去部分不符合要求的文献，获得自新课改以来发表有关科学探究的有效文献共1010篇。本文还针对主题词或关键词中的近义词、泛义词进行合并删除，以防其影响分析结果[2]。

2.2 研究方法

本研究运用计量学的方法，与早些年曾兵芳对《化学教学》和《中学化学教学参考》中1996—2005年十年内有关科学探究的文献统计分析中用到的文献研究方法稍有不同[3，4]，本文特点是采用逐渐兴起的计算机辅助文献信息计量分析法实现数据统计与分析，通过绘制科学图谱来展示化学科学探究研究自新课改以来（2001—2017年）的发展历程、研究热点与前沿趋势，用到的文献分析工具是文献计量工具（CiteSpace）软件。

CiteSpace信息可视化软件自引入到国内后，就广泛用于基于知识图谱的研究前沿与研究热点分析、关键词共现网络分析、科学知识图谱与引文分析学等[5]。

3 结果分析

3.1 文献年发文量分析

图1给出的是2001年至2017年期间各年关于科学探究研究的发文数量及发文趋势，从图中可以看出科学探究研究的发文数量经历了“快速增加—波动—下降”3个阶段。

2001年，教育部又印发了《义务教育化学课程标准（实验稿）》（以下简称“实验稿”），在实验稿中确立了“化学课程改革的重点： 以提高学生的科学素养为主旨；重视科学、技术与社会的相互联系；倡导以科学探究为主的多样化的学习方式”，另一方面强调了“科学探究是一种重要而有效的学习方式”。因此自2001年起关于化学科学探究研究的发文量迅速上升，伴随着新课改的推进，教育部组织专家对实验稿进行了修订，形成沿用至今的2011年版的义务教育课程标准，在新的课程标准中重点强调了科学探究在化学课程改革中的重要性。从发文量上看，2011年之后关于化学科学探究的研究热度依旧平稳增长，且在2013年时年发文量达到最大值。

但是自2014年之后，科学探究研究的发文数量突然呈下降趋势，笔者分析这主要是因为基础教育课程改革进入了新的阶段，也是《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010～2020年）》（简称《纲要》）落实的最后阶段。除此之外，教育部在2014年3月30日印发了《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》对教育行政部门和各级各类学校提出了新的要求，那就是要发展学生的核心素养，改进学科教学的育人功能。尤其在2016年9月中国学生发展核心素养研究成果正式发布后，教育的流行语排行榜中“核心素养”一直位列其中，也从一定程度上体现了研究的热度与教育部文件导向的关系。

3.2 关键词共现的研究热点分析

在计量学中通过对某一领域文献的高频关键词统计分析可以确定该领域的研究热点[6]。本研究使用CiteSpace III4.0.R5.SE，以关键词为节点，时间分区为1年，阀值为Top50perslice，采用最小生成树算法，绘制高频关键词共现网络，即科学探究研究热点知识图谱，结果如图2所示。

图中各个圆代表节点，共有关键词节点374个，节点间的连线代表关键词的关联，共有连线1291条。节点的大小表示关键词出现的频数多少，圆越大表示关键词出现频次越多，也说明该领域备受学者关注，且研究较为成熟。由关键词共现图谱可知，科学探究研究领域的相关热点关键词包括： 科学探究、化学教学、化学实验、初中化学、分科教学法、科学素养、实验教学、高中化学、新课程、探究活动等。

根据关键词共现图谱可以分析出哪些关键词在共现网络图中表现出较高的中心度，哪些关键词表现出较低的中心度。不难发现2001年至2017年新课改实施的这十多年间，学者们针对科学探究的研究较为关注的是科学探究、化学教学、化学实验、初中化学和分科教学法等较为基础的领域，这与当时基础教育课程的目标息息相关。除此之外，在2011年版的义务教育化学课程标准中提出化学课程中的科学探究是要求教师帮助学生“增进对科学探究的理解”“发展科学探究能力”“学习基本的实验技能”和“完成基础的化学实验”，由此可见义务教育化学课程标准对科学探究的内容和学习目标的这四个方面要求也是比较基础的。

但是，近几年基础教育课程改革进入了新的阶段，同时也是《纲要》落实的最后阶段，关于化学学科科学探究的研究也应该紧跟新课改、新时代的步伐，向着更深层次发展，2016年中国学生发展核心素养研究成果的发布对新的社会背景下的人才培养提出了新的要求，与此同时党和国家也呼吁要培养创新人才。然而，根据关键词共现图谱不难发现“科学素养”、“创新能力”和“自主学习”等关键词表现出了较低的中心度，所以我们应该紧跟化学教育新时代发展的步伐，聚焦“核心素养”、“创新能力”、“数字化实验”和“STEM”等前沿领域。

通过以上各方面的分析，可以看出有关化学科学探究的研究正在向着多元化、深层化的研究方向发展。纵观新课改以来的十余年，我国的化学教育研究与教学一直保持着紧密的结合。许多优秀的化学教育专家、教研员和教师植根于教学实践研究，在借鉴外国学科教育的经验和方法的同时积累了大量的本土化、原创性的研究成果，针对我国化学教育实践中存在的各种各样的问题，开展了多方面、多层次的深入研究，如围绕新课改提倡的科学探究和探究式教学的研究，促进学生发展的教学模式研究，针对化学教育测量与评价的研究，化学教育与信息技术整合的研究，化学教学技能的研究，化学史与化学史教育等。当然在这样的一个大背景下，围绕化学科学探究的研究也经历了观念层面、思想方法层面及操作技能层面等多维度、多层面的发展过程。

3.3 研究前沿关键词时序图谱

在图2的基础上，利用CiteSpaceIII分析科学探究研究领域文献的关键词在不同时间出现的情况，设置每个时间片，按时间片关键词TopN=50， TopN%=20%，统计了网络学习研究前沿关键词时序图谱如图3所示，从图中可以发现，在2003年《普通高中化学课程标准（实验稿）》发布前后，关于科学探究研究热点主要集中在“科学探究”、“化学教学”、“实验探究”和“探究活动”等。而在2011年《义务教育化学课程标准》发布之前，关于科学探究的研究热点主要集中在“探究能力”、“探究教学”和“探究思维”等。在此之后关于“科学本质观”、“创新实验”、“化学素养”、“核心素养”、“手持技术”和“数字化实验”等是近几年该领域学者们较为关注的话题。换句话说，随着化学课程与教学改革的推进，具有交互式、共享性、实时性和虚拟性等新特性的现代教学媒体的研发和推广速度也日益加快，而且在此过程中也越来越注重学生科学素养的发展，早在国际科学教育改革之初，其出发点就在于培养现代社会所需要的有科学素养的公民。

可见，从2001年新课改开始实施以来，有关化学科学探究的研究大致可以分为从关注科学探究过程，到关注科学探究能力，最后到关注信息化的几个阶段。研究内容涵盖了化学课程与教学论的各个分支领域，研究对象包含了课程、课堂、学生、教师、教材、试题，研究视角从哲学到化学、心理、技术，研究方法从定性到定量，呈现出多元化和多样化的研究趋势，拓宽了化学科学探究研究的视野和范围，为我国化学教育理论与教学实践提供了研究基础和方法论指导。

上述分析可以帮助教育管理部门、教育专家、教研人员和一线教师等更便捷地查阅、收集那些对该领域的研究较为成熟的文献，确定具有针对性的研究方向，或是制定相关理论在实践中的实施方案，及时了解、捕捉该领域的前沿动态，提高科学探究研究信息服务的时效性。

4 结论

笔者利用CiteSpace信息可视化软件，对新课改实施以来有关科学探究的文献进行了分析，得到如下结论和反思：

第一，通过文献年发文量分析，自2001年新课改实施以来，各级各类学校及教研室以教育部文件为导向，积极加入新课改的队伍中，对培养学生科学探究能力做出了重大贡献，无论是理论方面还是实践方面均取得了重大的成果。

第二，通过关键词共现的研究热点分析，阐述了有关化学科学探究的研究经历了从关注过程，到关注能力，最后到关注信息化的几个阶段。另外，在新的教育背景下，关于化学科学探究的研究应该从较为基础的研究领域向着具有化学教育新时代特征的领域发展。就目前，随着《普通高中化学课程标准（2017年版）》的发布，立足于发展学生化学学科核心素养的科学探究能力及其培养的研究和实践有待加强，结合学生年龄特点和学科特征的中学化学科学探究学习评价模式有待落实。

第三，通过研究前沿关键词时序图谱分析，可以发现不同时期教育背景下科学探究研究的热点，例如，随着化学课程与教学改革的推进，诸如“科学本质观”、“创新实验”、“化学素养”、“核心素养”、“手持技术”和“数字化实验”等成为了科学探究最新的研究领域。另外无论哪一个阶段的研究，都在强调科学探究不仅是教师教学的一种方式，还是学生学习的内容和目标，在中学化学课程中实施科学探究，不仅能帮助学生理解化学知识，增强对科学本质的理解，还可以有效的培养中学生解决实际问题的能力，树立科学的价值观，从而提高中学生的科学素养水平和终身学习能力。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 3～4.

[2]毕吉利， 吴晓红. 新课改以来中学化学有效教学研究综述[J]. 化学教学， 2017，（10）： 12～17.

[3]曾兵芳， 黄砾. 《中学化学教学参考》1996年～2005年科学探究研究文献统计分析[J]. 中学化学教学參考， 2006，（6）： 5～7.

[4]曾兵芳. 《化学教学》1996～2005年有关科学探究的文献统计分析[J]. 化学教学， 2006，（11）： 61～3.

[5]侯剑华， 胡志刚.CiteSpace软件应用研究的回顾与展望[J]. 现代情报， 2013，（4）： 99～103.

[6]陈悦， 陈超美， 刘则渊， 等. CiteSpace知识图谱的方法论功能[J]. 科学学研究， 2015，（2）： 242～253.