英国《化学教育研究与实践》研究热点与前沿的可视化分析

孙美勤　陈凯　林佳依

摘要： 借助CiteSpace从研究热点和研究前沿两个方面对英国《化学教育研究与实践》期刊上刊载的2008～2018年的561篇文献进行分析，绘制了关键词聚类知识图谱以及关键词突现分析图，直观地展现了这一时间段内国际化学教育的研究热点与研究前沿。研究結果表明热点主要集中于教师专业发展、教学范式、概念教学以及科学思维培养，评价在国际化学教育领域处于重要的研究地位，关注学生学习技能的培养将是未来研究的重点内容。

关键词： 国际化学教育; CiteSpace; 知识图谱; 研究热点; 化学教育研究与实践

文章编号： 1005-6629（2020）03-0011-07

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1  研究背景

化学教育是一个位于教育科学和化学之间的交叉领域，其研究涉及教育学、心理学、社会学等多个视角。现如今，化学教育已发展成一个越来越受关注的独立、成熟的学术研究领域[1]。

化学教育领域最有影响力的国际期刊是美国化学会出版的《化学教育》（Journal of Chemical Education，以下简称JCE）和英国皇家化学学会出版的《化学教育研究与实践》（Chemistry Education Research and Practice，以下简称CERP）[2]。国内学者对美国JCE期刊研究较多，如王敏、马宏佳[3]，徐泓[4]研究了JCE上化学实验活动专栏，王学坦[5]研究了JCE上与中学化学有关的生活化实验。但是关注CERP期刊的文献目前只有两篇： 朱玉军、王磊[6]对CERP上2010～2014年有关大学化学教育的20篇论文从研究范式、研究主题、理论基础、研究方法、研究对象等方面做元分析，归纳出国外大学化学教育的研究特点，为我国高等教育领域的学科教育实证研究提供指引。袁宁[7]从发文数量、作者区域、作者单位、作者合作程度以及论文内容五个角度对2009～2018年CERP期刊上中国作者发表的论文进行统计分析，展现我国化学教育的国际化程度及其特点。

相比较而言，JCE属于SCI收录期刊，论文多以学科研究为背景的教学应用;CERP是SSCI收录期刊，教育研究特色更加浓郁，尤其注重基于证据的化学教育研究。CERP每一期刊发文章数量较少，单篇论文篇幅较长，能够较为全面系统地展现研究细节。因此，本文借助CiteSpace软件分析CERP文献，从研究热点和研究前沿两个方面考察2008～2018年期间英国《化学教育研究与实践》的研究近况，试图揭示该期刊文献的知识图谱，以此彰显国际化的化学教育研究特点，为我国的化学教育研究提供新思路、新视角与新方法。

2  研究设计

本研究的框架如图1所示，首先将WOS核心合集中2008～2018年Chemistry Education Research and Practice期刊上经过筛选与去重得到的561篇文献作为研究样本，然后运行Citespace5.3R3进行国家分析、机构分析、文献共被引分析、关键词聚类分析以及关键词

图1  研究实施框架

突现性分析，根据得到的数据与图谱，有针对性地选择经典文献进行阅读，对结果进行详细的解读与分析。

3  结果与分析

3.1  研究热点分析

关键词分析可以用来研究领域的发展动向和研究热点，出现频率较高或者中介中心度较高的关键词代表研究者在一段时间内共同关注的话题，即研究热点[8]。运用CiteSpace软件绘制关键词共现网络。采用普赖斯公式M=0.749（Nmax）1/2（M为高频关键词最低频次，Nmax为研究主题关键词频次最高值）确定高频关键词的阈值。在本研究中，最高词频为科学（science），Nmax=164，则M≈10，将高频关键词最低频次确定为10，凡词频大于等于10次的关键词均确定为高频关键词，据此共获得53个高频关键词，如表1所示。

频次在40次及以上的关键词共计16个。除去科学、化学以及科学教育这三个意义比较宽泛的关键词，我们可以初步认为国际化学教育主要围绕“化学三重表征”“概念教学”和“教师教育”几个热点展开。

仅靠高频关键词无法揭示各个研究热点之间的联系，因此在关键词共现网络基础上采用对数似然率算法进行关键词聚类分析，得到关键词聚类知识图谱如图2所示。模块值（Q）和平均轮廓值（S）是评判图谱绘制效果的两个重要指标，Q=0.476（>0.3），意味着划分出来的社团结构是显著的;S=0.5688（>0.5），意味着聚类是合理的。最大的聚类以#0标注，共有11个聚类，代表着11种国际化学教育研究主题，包括教师赋权增能（聚类#0 teacher empowerment）、物质（聚类#1 matter）、教学预测（聚类#2 predictor）、教学实施（聚类#3 implementation）、电化学（聚类#4 electrochemistry）、教师教育（聚类#5 teacher education）、学习（聚类#6 learn）、思考（聚类#7 thinking）、高中化学教师（聚类#8 high school chemistry teachers）、儿童教育（聚类#9 childhood education）、自信（#10 confidence）。

图2  关键词聚类知识图谱

从图2可以看出，2008～2018年国际化学教育研究文献丰富，但研究主题相对比较分散。结合可视化分析结果、表1的高频关键词的统计以及对已有文献的系统化阅读与梳理，可以将国际化学教育研究热点概括为以下4个方面。

3.1.1  教师专业发展

教师专业发展包括聚类#0教师赋权增能、聚类#5教师教育、聚类#8高中化学教师和#10自信。教师的专业化发展日渐成为世界各国的关注热点，芬兰赫尔辛基大学的化学教师教育项目实施了一种新颖的专业发展课程模式，强调以证据为基础的教师教育，目标是培养熟练掌握各自领域教学技能，了解自己作为教育者的责任以及始终保持其专业能力的教师。模式一共分为三个阶段，分别是五年的职前教育、三年教师教育以及在职的终身化学教师教育[9]。迈阿密大学和大峡谷州立大学设计了针对高中化学教师专业发展的目标探究（TI）模型——以化学研究经验、探究材料改编和行动研究作为三项核心经验，试图将专业发展的研究驱动特征纳入到一个连贯、严谨、深入的项目中，并对该模型进行了为期2.5年的试点研究，研究结果表明TI模型提高了高中化学教师的探究教学质量，促进了教师的专业化发展[10]。

然而在这个多元化的时代，教师的发展仅依靠外在力量是远远不够的，促进教师自身主动的发展成为教师专业发展的新方向。教师赋权增能是通过赋予教师权力，让教师在实践中发现自己的潜力与局限性，更好地发展自己的专业能力，是教师专业快速发展的重要途径。弗拉赫蒂（A. Flaherty）等开展了研究生教学助理项目，探索了增加研究生的心理授权感是否会影响他们对自我教学形象和教学行为的感知程度。研究结果表明，研究生所经历的心理授权水平为他们感知自我教学形象和行为带来了相当大的积极贡献[11]。教师对专业的认同以及对自己能力的肯定无疑能够增强自主发展的动机，帮助教师培养自我效能也是促进教师专业发展的有效途径之一。罗恩·布朗德（Ron Blonder）等开设了一门专业发展的课程，教授高中化学教师使用免费的Movie Maker视频编辑软件，增强教师现代技术的使用能力，帮助教师树立应对信息化潮流带来的教学形式改革的信心[12]。

3.1.2  教学范式研究

教学范式包括聚类#2教学预测和聚类#3教学实施。教学范式是对教学这一复杂活动的概括性解释，是某个时期或阶段教学综合特征的体现，它既包含了教学理论与研究方法，也包含了教学模式、学习策略以及教学评价方式等[13]。格雷戈里乌斯（R. Ma. Gregorius）研究了学生在传统课堂和基于动画的学科知识开发系统的翻转课堂下表现的差异。结果表明，总体来看处于翻转课堂环境下学生表现得更加优异，但是也有一部分学生并不适合翻转课堂的教学方法，这值得研究者的深思，不应该对新的教学方法趋之若鹜，而要结合学生的具体情况优化自己的教学方法。同时研究也发现如果长时间采用新的教学方法后又采用传统的讲授型教学方法则不利于学生的学习[14]。图格斯·甘特（Tugˇe Günter）等研究了在基于问題学习的教学方法和讲授式教学方法下，学生学习“电化学”知识的差异。采用测试与访谈的方法发现学生对基于问题学习的教学方法具有明显的倾向性，学习效果更好[15]。此外情境教学、技术增强学习等教学模式也是国际化学教育研究的关注视角。

3.1.3  概念教学研究

概念教学包括聚类#1物质和聚类#4电化学。化学概念是化学现象和化学事实的概括化与抽象化的思维形式，建构主义理论认为教师只有了解各阶段学生的概念结构，才能够帮助学生形成合理的化学知识结构[16]。学生在学习新知识前头脑中往往存在前概念，这些前概念可能是正确的，也可能是错误的。概念转变文本是一种基于概念转变途径的教学材料，确定了特定主题常见的迷思概念，解释了产生迷思概念的原因并提供了科学概念，能够很好地消除学生的迷思概念。格鲁特·森德（Gulten Sendur）等开发了9个概念转变文本，采用实验组与对照组进行对比研究，发现概念转变文本能够有效地帮助学生理解烯烃的概念[17]。罗恩·布朗德（Ron Blonder）等采用了一系列的教学方法，如基于游戏的教学、多媒体辅助教学、模型辅助学习、基于项目的学习、故事叙述法来帮助学生理解与纳米技术有关的两个概念，并通过访谈试图找出更有利于教授纳米技术这一主题的教学方法，研究结果表明绝大多数教学方法都有良好的教学效果，“纳米效应模拟”和“立方体游戏”两种教学方法在学生看来不具体，不利于纳米概念的理解[18]。

3.1.4  科学思维培养

科学思维包括聚类#6学习、聚类#7思考和聚类#9儿童教育。科学教育改革的一个主要目标是培养学生的批判性思维、提问能力、系统性思考、决策与问题解决能力[19]，试图改变以往重视基础知识和基本技能的传授，着力于培养建立在证据与逻辑推理基础上的科学理性思维。科学写作启发式教学是一种结合了写作、探究、协作和反思的教学方法，斯蒂芬森（N. S. Stephenson）等利用加州批判性思维技能测试研究学习普通化学的大一新生在科学写作启发式教学与传统教学两种方法下批判性思维的差异，研究结果表明，科学写作启发式教学更有利于培养学生的批判性思维能力[20]。基于问题的学习方式在若干实践中被证明有利于提高学生的高阶认知、问题解决能力以及合作能力，帕查瑞·琼坤（Patcharee Chonkaew）等利用思维能力测试、科学学习态度测试、课堂观察和半结构化访谈工具研究了基于问题学习的STEM教育在培养学生分析思维能力上的成效，研究结果表明，该教学方法有利于培养学生的分析思维能力[21]。

3.2  研究前沿分析

关键词分析只能分析出一段时间内主导的研究内容，往往会忽视一些正在兴起的研究领域。Citespace中提供的突现检测算法，能够完全识别出突然涌现的关键词，挖掘更深层次的变化。突现性关键词（Burst Detection）指短时间内发生跃迁现象的关键词，突现性的数值越高，说明该关键词在该时间段内出现的频次变化率越高，反映了研究领域的转变方向[22]。对关键词做突现性检测（结果如图3所示），有18个关键词有很强的突现性，在一定程度上代表了国际化学教育的研究前沿。

图3  关键词突现分析

图3中，黑色线段代表突现词的突现年段，表示特定年份研究的增长点。评价（assessment）是18个关键词中突现强度最高的，达到6.8722，在2008～2011年间使用频次骤增。学习（learn）和技能（skill）两个关键词出现时间最晚，从2016年开始引起化学教育工作者的广泛关注，反映了教学理念从关注教师的教向学生的学的转变，是未来化学教育研究的重点。

3.2.1  强度最强的突现词： 评价

评价可分为诊断性评价、形成性评价以及总结性评价。传统的教学过于注重学生学习结果，倾向于总结性评价，忽视了学生是发展中的个体。在为学生发展而教的教育理念下，诊断性评价和形成性评价越来越受到教育者的关注。诊断性评价也称教学前评价，是教师在教育活动开始前或教育活动进行中，通过一定方式发现学生学习中存在的问题，分析问题产生的原因，从而改进并调整教学[23]。詹姆斯·尼亚奇瓦亚（James M. Nyachwaya）等利用开放式绘图工具对110名大一新生进行有关物质微粒性质概念调查，发现几乎所有学生都可以正确配平化学方程式，但是大多数学生在绘制概念图时出现问题，尤其是离子方程式[24]。形成性评价又称过程性评价，是在教学过程中即时、动态、多次对学生实施的评价，注重及时反馈，用以强化和改进学生的学习[25]。例如翻译为课堂交流系统、个人响应系统的Clickers就是一种形成性评价工具，教师应用这种工具促进学生合作，学生可以通过Clickers技术提供即时反馈。教师根据学生反馈，选择显示学生反应的直方图，及时给予学生评价。研究表明，要使Clickers辅助教学效果良好，教师的侧重点不在于技术，而应该放在学生對技术的使用和接受上[26]。

3.2.2  出现时间最晚的突现词： 学习技能

近年来，“以学生为中心的学习”是教育教学改革的重要趋势，强调学生在教学过程中的主体地位，以发展学生的可迁移技能为重要的导向，培养有效学习者。可迁移技能通常包括解决问题、批判性思维交流、团队合作、时间管理、独立学习、计算能力和信息技术等[27]。奥巴马签署的《每一个学生成功法案》（Every Student Succeeds Act）提出要面向每一个学生培养高阶技能[28]，高阶技能是一种知识基础之上的、超越知识的能力，是实现学生自主发展的前提。伽尼（Ghani）以概念图作为评估工具，借助实验室学习活动对电解概念的理解进行教学干预，通过前测和后测这一定量的研究方法，结合出声思维报告定性研究方法，发现该教学对学生理解电解概念有积极的影响，并能提高学生的高阶思维技能[29]。学习方式与学生技能的培养有着密不可分的联系，同伴学习可以用作增强团队合作、培养批判性思维交流和改善学生学习态度的有用且易于实施的工具。同伴学习中存在话语论证，运用图尔敏论证模式，研究者可以观察到学生在协作学习模式下的论证结构模型。雷皮彻（Repice）通过分析学生如何进行对话以及在同伴主导的小组环境中共同解决问题的方式，发现学生在小组中使用调节性语言来促进讨论，交换信息并管理自己和其他小组成员的学习;由同伴主导的小型学习小组的参与者彼此之间练习“对话科学”，以揭示对化学知识和词汇的共同理解的发展;学生的交流方式可以揭示他们对复杂问题解决过程的关注，从而共同解决问题;学生很少进行更深层的意义讨论，但在公开提问和概念性解释时学生的参与性明显提高[30]。

4  结论与启示

4.1  主要结论

从高频关键词、关键词聚类知识图谱可以看出CERP研究热点主要集中于教师专业发展、教学范式、概念教学以及对学生科学思维的培养。从关键词的突现性检测得到的18个突现关键词来看，评价在国际化学教育领域处于重要的研究地位，而学生学习技能的培养作为最晚出现的突现关键词将是未来研究者关注的重点。

4.2  研究启示

4.2.1  对于国内化学课程教学启示

基于CERP的实证研究成果，国际化学教育很注重教师的专业发展，以学生的思维培养和可迁移技能的获得作为重心，概念教学为着眼点，通过教学方法的改革与创新，融入多元化的评价方式，不断促进学生在知识和能力层面上最大化发展。在教师教育上，除了长期的专业课程培训以及不定期的研讨会，还通过赋予教师权力，充分挖掘教师的潜力，增强自我效能感，促进教师自主性的专业发展。教师专业素养得到提升，才能推动整个教学质量的提升。在教学观念上，概念转变始终是化学教学的着力点，发现和澄清迷思概念，跳出化学学科关注“大概念”和实施“跨学科观念”教学，都有利于指导未来化学教学的重要方向。在教学方法上，要充分认识化学学科知识三重表征特色，教师基于问题开展教学，以训练学科思维为目标，突出学生的主动学习，有助于学科核心素养构建。在教育评价上，改变传统单一的总结性评价方式，关注学生发展的动态性，采用诊断性评价、形成性评价以及总结性评价相结合的多元化评价手段，进行科学合理的评价。

4.2.2  对于国内化学教育研究启示

研究对象上，既要关注学生的学，也要关注教师自身的专业发展。教育大计，教师为本，促进教师的专业化发展，是实现学生能力培养的必要途径。学生作为学习的主体，发现并掌握学生化学学习的认知过程，是优化学生化学学习的重要手段。研究内容上，重视对概念教学的研究，发现学生学习化学的迷思概念，帮助学生厘清概念，形成清晰的化学知识结构。教学不单单是知识的传授，更要采取有效的教学手段帮助学生获得可迁移技能。研究方法上，我国化学教育亟需大力推动实证研究，应用具有一定信效度的研究工具，用数据或者实验事实说话，使研究结果更具有说服力，也更具备推广价值。此外，学习CERP，注意定量与定性研究相结合，对研究问题进行多方面的解读，形成更全面的理解。

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