2000年—2017年生物学科学探究研究的特征与趋势——基于CiteSpace的知识图谱分析

王骆欣 郑晓蕙

(华东师范大学教师教育学院 上海 200062)

1 引言

自2001年教育部颁布了《基础教育课程改革纲要(试行)》，开始施行第八次基础教育课程改革以来，明确提出促进学生学习方式的改变，变被动接受式学习为主动探究式学习，国内对于科学探究领域的研究得到了快速发展[1]。生物学作为自然科学中的一门基础学科，科学探究对于学习生物学至关重要。2001年颁布的《全日制义务教育生物课程标准(实验稿)》中将“科学探究”列为“具体内容标准”的一个主题，并正式提出了倡导探究式学习的理念，随后颁布的《普通高中生物课程标准(实验稿)》以及《义务教育生物学课程标准(2011年版)》继续强调了该理念，在最新发布的《普通高中生物学课程标准(2017年版)》中将“科学探究”列为生物学核心素养的四个要素之一。

本文对2000年以来中国学术期刊发表的有关生物学科学探究的研究成果进行数据可视化分析，通过知识图谱的形式展现生物学科学探究研究的热点主题及发展趋势等，以期为后续研究提供参考。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源 本文研究数据来自中国学术期刊出版总库(CNKI总库)，以主题词“生物”“科学探究”检索文献，数据来源类别包括期刊论文、硕博论文、会议论文等，来源时间从2000年1月—2017年12月。对有关生物学科学探究主题的论文进行高级文献检索，经过筛选删去部分不符合要求的文献，获得自21世纪来发表有关科学探究的有效文献共538篇。

2.2 研究方法 本文运用文献计量学并结合近年来兴起的科学知识图谱方法，通过绘制科学图谱来展示生物学科学探究研究自21世纪以来(2000—2017年)的发展历程、研究热点与前沿趋势。本文采用的文献分析工具是计算机辅助文献信息计量工具(CiteSpace)软件。CiteSpace可译为“引文空间”，是用于分析“科学分析中蕴含的潜在知识，并在科学计量学、数据和信息可视化背景下发展起来的一款引文可视化分析软件”[2]。

3 结果分析

3.1 文献年发文量统计 从2000年至2017年，有关生物学科学探究的研究发文量经历了三次明显上升(图1)。

图1 2000年—2017年生物科学探究领域发文量统计

2001年颁布的《全日制义务教育生物课程标准(实验稿)》一方面提出了“倡导探究性学习”，力图改变学生的学习方式，一方面将“科学探究”列为十大主题的第一个主题，并提出了科学探究的过程及基本要求。在随后颁布的《普通高中生物课程标准(实验稿)》中也将“倡导探究性学习”作为课程的基本理念，因此自2001年对科学探究的研究发文量迅速上升。伴随着新课改的推进，教育部在实验稿的基础上进行修订，于2011年颁布了《义务教育生物学课程标准(2011年版)》，再次强调了科学探究能力的培养，从发文量上可以看到发生了第二次的增长。2014年颁布的《教育部关于全面深化课程改革 落实立德树人根本任务的意见》制定了核心素养体系，科学探究作为提升学生核心素养的重要内容再次成为研究热点[3]，随后《普通高中生物学课程标准(2017年版)》将“科学探究”列为生物学核心素养的四个素养之一，因此发文量经历了第三次增长。

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[4]。将格式处理后的文献资料正确导入CiteSpace5.3.R4软件平台，时间跨度设置为2000—2017年，时间分区1年，节点类型选择关键词，阈值设定为Top 50 per slice，使用最小生成树算法，形成生物学科学探究研究热点知识图谱。成图显示，本研究Q值为0.455(>0.3)，S值为0.5298(>0.5)，说明数据来源较为科学可信。

通过关键词的词频分析(关键词出现频次的多少)和共词分析(关键词对在同一文献出现的次数，通过共现次数定它们的亲疏关系)，可以侦测一段时间内众多研究者共同关注的问题，即研究热点[5]。图2中用各个方块代表关键词节点，节点的大小代表关键词的词频，由关键词共现图谱可知，学者对于科学探究的研究热点关键词包括： 科学探究、探究性学习、高中生物、生物教学、探究能力、初中生物、核心素养、教学策略等。运用Citespace软件对关键词共现与聚类与主题词叠加，并将重要性排在前20位的关键词呈现在表1，结合二次文献检索发现，当前生物科学探究的研究主要包括以下几个方面：

第一，以生物学课程标准为研究导向。课程标准是教学的指导性文件，因此有关科学探究的研究在课程标准中的相关关键词出现频次较高，如“课程标准”“探究性学习”“科学素养”“核心素养”。第二，对科学探究内涵和目标的研究。科学探究的提出起源于国外的探究式教学，其目标既包含学生对科学探究思路和方法的理解，也包含了掌握科学探究的能力，如“探究能力”“探究式教学”“探究性学习”“比较研究”。第三，对科学探究实现途径的重视。科学探究的实现途径研究集中体现在课堂探究式教学的实践，以及在实验教学和活动课中的实践研究，如“教学策略”“实验教学”“探究活动”“生物实验”等关键词都有体现。

图2 2000年—2017年生物科学探究领域关键词共现图谱

表1 2000年—2017年生物科学探究领域高频关键词

3.3 研究主题演变和阶段划分 使用CiteSpace，可以通过词频分析找出高频关键词和突现词，提取研究热点；在此基础上绘制时区图谱(timezone)，从时间维度上来表现知识演进，综合分析图谱中的文献的更新和相互影响[4]，结合我国生物科学探究的研究现状，并咨询专家进行阶段划分；最后判断生物科学探究研究主题演化的整体特征，预测未来研究趋势。

图3为突现关键词及其起止年月。关键词突现度可以反映一段时间内影响力较大的研究领域[6]。在生物学科学探究文献关键词分析中得到6个突现词。分别为探究性学习、探究式教学、比较研究、教学模式、探究性教学、初中生物。从时间序列来看，探究性学习和探究式教学自2003年起作为突现词，这与2003年颁布的《普通高中生物课程标准(实验稿)》中“倡导探究性学习”的课程基本理念以及在实施建议案例一“寻找疯牛病的病原体”中提及的“探究式教学”相吻合。自2005年起，出现了许多对各国教材以及教学模式的比较研究，我国学者通过比较研究去探索科学探究在课堂教学中的实践途径。近年来，《义务教育生物学课程标准(2011年版)》的颁布使得研究重点转移到初中生物学课堂教学中。

图3 2000年—2017年生物科学探究领域突现关键词

在CiteSpace中使用时区视图(timezone)，按时间片关键词Top N=50统计了生物学科学探究研究前沿关键词时序图谱(图4)，我国生物学科学探究的研究大致可以分为以下三个阶段：

第一阶段(2000年—2003年)： 这一阶段研究热点主要集中在“探究性学习”“方法”“策略”“初中生物”“探究能力”“素质教育”“课程标准”等。2001年颁布的《全日制义务教育生物课程标准(实验稿)》倡导探究性学习、重视素质教育，学者通过探究性学习的理论和实施方式的研究，力图改变教师为中心的讲授方式，强调学生体验探究的过程和方法，以培养学生的创新能力。

第二阶段(2004年—2010年)： 这一阶段的研究热点主要集中在“探究性学习”“探究式教学”“高中生物”“探究活动”“实验教学”“教学模式”“比较研究”。由于《普通高中生物课程标准(实验稿)》的颁布，学者对高中生物的研究也逐渐兴起，新教材也投入使用。学者更关注科学探究的实施方式和在教材编制中的体现，大多以实验课和探究活动实现。另外，这一领域的研究逐渐走向国际，将国内外的教材和教学模式进行比较研究的文章逐渐增多。

第三阶段(2011年—)： 这一阶段的研究热点主要集中在“生物科学素养”“探究性教学”“生物科学史”“核心素养”“科学探究能力”“教学评价”“STSE教育”“案例分析”。《义务教育生物学课程标准(2011年版)》正式引入生物科学素养，并提出“科学探究既是科学家工作的基本方式，也是科学课程中重要的学习内容和有效的教学方式”，加入了控制变量、重复实验、图表分析等明确的科学探究方法[7]，因此对于科学探究的研究更注重实践，如在科学史中渗透科学探究的教学，对课堂教学的实例分析和现状调查，探究活动的实施效果评价以及在考试命题中的考查方式。自2014年《教育部关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》提出了核心素养，2017年《普通高中生物学课程标准(2017年版)》中将科学探究被作为生物学四大核心素养之一，学者多立足于培养核心素养的角度对科学探究的教学实践进行研究。

图4 2000年—2017年生物科学探究领域关键词共现时区图谱

4 结论

CiteSpace的分析显示了21世纪新课改以来，我国生物学科学探究研究演进的特点与规律。我国以生物学课程标准为主线，研究热点从科学探究的理论研究到教学策略的实践，从关注科学探究的过程，到关注科学探究能力，以及与社会技术的联系；研究对象包含了学生、教师、课程、课标、教材、试题；研究方法从定性到定量，呈现出多样化的研究趋势，拓宽了生物学科学探究研究的范围，为我国生物教育理论与教学实践提供了研究基础和方法论指导。