化学迷思概念研究热点与趋势——基于CiteSpace知识图谱分析

常 令，关 明

(新疆师范大学化学化工学院，新疆乌鲁木齐，830054)

一、研究背景

迷思概念由我国台湾学者对“misconception”英文单词的前缀“mis”音译和“conception”意译翻译而来。它是指学生在某一特定学科中对某事件、现象所持有的一些有别于目前科学家所公认的想法或概念。[1]结合教学实践，化学迷思概念是指学生在开始新的化学学习之前，在已有知识和生活经验的基础上，对化学现象、过程和规律进行自我建构所形成的与科学界达成的共识存在偏差，可能不够完备但并非完全错误的概念，或者是学生在做化学题、利用化学知识解决实际问题时容易出现概念理解错误、新旧概念混淆的情况。此外，化学迷思概念中的概念不仅仅是狭义的化学概念，它还包括具有高度抽象性的化学概念性知识及化学理论性知识等。迷思概念作为科学概念形成的原初状态，既是课堂教学的“生长点”，也是新旧知识间建构的桥梁，其存在可能会妨碍学生对新知识的理解或与所学新知识结合生成新的迷思概念。[2]在教学过程中教师如果忽视这些迷思概念的形成将达不到预期的教学效果且不利于学生进行有意义的学习。教师通过探查学生头脑中的迷思概念，充分了解学生已有概念之后进行教学设计以及开展教学将能显著提高化学教学的有效性和针对性，帮助学生有效转变迷思概念，实现迷思概念的解构和科学的化学概念体系的建立，最终形成和发展学生的化学核心素养。本研究将从文献分析的角度研究CNKI数据库中迷思概念的研究现状、发展历程以及未来的研究趋势，结合CiteSpace的数据结果并研读以往化学迷思概念领域的核心期刊文献深入分析化学迷思概念研究的热点与趋势，以期为化学教育工作者开展化学迷思概念的相关研究提供借鉴。

二、数据来源和方法

(一)数据来源

本研究选择CNKI作为基础数据源，选择“高级检索”中的“主题”检索，检索条件为“迷思概念”，词频为“化学”，检索时间为“2010年1月1日至2020年6月25日”，来源类别为“核心期刊”，共检索得到35篇化学迷思概念相关文献。

(二)研究工具

采用CiteSpace(5.0.R1)软件绘制编程教育知识图谱，从研究机构来源、研究作者来源、合作情况和关键词共现四个方面整体展现迷思概念研究现状。

三、研究结果分析

(一)研究文献发文量数据分析

化学迷思概念发文数量可以表示该领域受关注的程度。CNKI检索结果表明，迷思概念相关文献的年度发表量波动幅度较大(图1)：2010—2011年，文献数量显著上升，在2011年达到最高；2012—2018年，文献在小范围内波动；2019年文献数量再次达到5篇，2020年已发表4篇。化学迷思概念相关研究文献从2018年开始逐年上升，表明最近几年我国化学教育领域核心类期刊在持续关注迷思概念领域的研究。

图1 研究文献发表数量趋势图

(二)研究机构

通过CiteSpace绘制研究机构知识贡献图谱。(图2)从总体分析，各研究机构之间较为分散，合作程度不密切；从局部分析，陕西师范大学化工学院、宁波大学教师教育学院、广东广州市协和中学、北京师范大学四个机构研究较为活跃。在迷思概念领域较为权威的机构还有香港大学教育学院、华东师范大学化学系、华南师范大学化学教学与资源研究所等。

图2 发文机构共现知识图谱

(三)研究作者

学科发展的方向和速度受学科领域核心作者的研究方向影响。根据赖普斯理论，核心作者的发文量应满足N=0.749(ηmax)1/2篇以上。其中，ηmax是研究领域内发文最多作者的论文篇数，以此计算入选核心作者发文量的最低标准N。统计发表在期刊上的迷思概念论文篇数后发现，陕西师范大学的周青发文3篇，在发文量方面领先于其他作者。计算分析可得，核心作者的最低发文量N=1.297篇。从所有作者数据分析，发文量大于等于1.498篇的作者共有9人。由此看来，国内研究迷思概念的学者比较少。通过CiteSpace对国内研究迷思概念的作者进一步分析，选择作者为节点绘制研究作者分布图(图3)，对其分析后发现闫春更和周青在迷思概念研究领域发表文献数目较多。孙可平主要聚焦迷思概念、认知结构、化学教材、教学设计与化学平衡等研究领域。从总体分析，研究迷思概念的学者之间合作较少；从局部分析，闫春更、周青、崔俊莉和鲁春梅之间建立了紧密的合作关系。在迷思概念领域中具有重要影响力的学者还包括王存宽、邓阳、王后雄、郑长龙、徐志军、麦裕华、钱扬义等，其研究领域主要涵盖化学键、化学概念、教师教育和教学策略等。

图3 作者合作网络图谱

(四)迷思概念关键词共现分析

关键词作为一篇文章的高度概括，可以反映文章的主旨。关键词的频次、中心度等信息可以作为判断某研究方向在领域内是否为研究热点的依据，中心度体现关键词在不同聚类之间的连接作用，当前和未来的研究热点可以参考关键词与中心度来判断。在CiteSpace中选择节点类型为“关键词”，绘制关键词共现网络图谱(图4)，共析出97个节点、230条边，密度为0.0494。

图4 关键词共现图谱

表1 关键词频次排名

表1为频次排名前10位的关键词。迷思概念出现24次，频次最高；化学平衡出现8次，排名第二；概念转变排名第三。这表明化学平衡和概念转变相关的研究方向比较重要。另外，教学建议、教学策略、概念教学、化学键、高中化学等出现的频次也较高，推断学者也在关注这些关键词所代表的研究方向。

(五)关键词的突现词分析

关键词的突现词分析可以得到各时间段的研究热点。设置γ=0.3，Minimum Duration为1，获得8个突现词，分别是化学概念、勒夏特列原理、平衡移动、化学平衡常数、知识不足、学习进阶、教学建议、三阶试题，如图5所示。

图5 关键词突显词图谱

四、研究内容总结与分析

为探究各个主题的关系，揭示主题聚类分布情况，在CiteSpace中选择节点类型为“关键词”，在关键词共现图谱的基础上进行聚类分析，得出关键词的聚类分析图。本研究使用LLR算法进行聚类，最终统计出8个主题，图谱分析模块Q=0.6954>0.4，表明划分的关键词具有显著相关性，平均轮廓值S=0.9137>0.05，表明聚类分析具有较高信度，如图6所示。

图6 关键词聚类的可视化图谱

聚类1是手持技术。此类研究主要聚焦于离子反应、科学教育等方面。陈世明等列举勒夏特列原理使用中易产生的迷思概念并进行深入分析，对质疑勒夏特列原理的一些观点提出不同看法，加深了对勒夏特列原理的理解。[3]孙影等以化学学科中核心概念，即化学家观念(Perspectives of Chemists)为框架，运用项目反应理论进行标准参照分析，描述和测量学生化学核心概念理解的发展进阶。ChemQuery评价系统修正本身就是化学学科理解的学习进阶开发过程，这一开发模式是科学教育中核心概念研究领域值得借鉴的模式和思路。[4]

聚类2是化学平衡。此类研究聚焦于高中生、理科班等方面。邓阳等详述了二段式测验题的类型、编制、施测和分析方法，并结合具体教学实例(化学平衡)讨论如何利用二段式测验诊断高三化学复习中学生的迷思概念。[5]黎梦丽等从迷思概念的测查、成因分析以及教学策略研究三个方面梳理了国外“化学平衡”主题的教学研究。已开发的教学策略包括概念转变策略、模型教学策略、类比教学策略、论证式教学策略以及计算机教学策略等。[6]

聚类3是化学键。此类研究聚焦于化学概念教学、电解质等方面。王勇以小组合作为学习方式，通过对学生课前自主预习中提出的问题进行归纳、分类研究，以此为基础设计平行性、模块化、渐进式的教学任务来突破教学重、难点，并在课堂上运用互动课堂反馈系统及时测查学生的学习效果。[7]

聚类4是混合物。此类研究聚焦于纸笔测验、二段式检测工具等方面。张莹设计化合物与混合物迷思概念的二段式检测工具，分析辽西地区九年级学生化合物与混合物迷思概念的主要类型，并且从性别、所在地区等方面探讨影响迷思概念的外在因素。[8]周礼等以“化学平衡的动态性”的认知冲突图的建立为例，呈现了相关的教学设计并提出了冲突图教学的实施建议。[9]

聚类5是概念转变。此类研究聚焦于化学概念、建构主义等方面。赵国敏等采用基于教学实据的研究策略，依据概念转变的理论，探查了高中生电化学学习中的迷思概念，并在此基础上，构建了合理的教学模式且进行了相应的教学设计，并运用于高二年级的课堂教学实践，获得了必要的教学证据和结果。[10]

聚类6是台湾地区。此类研究主要聚焦于研究方法、内容分析等方面。陈凯梳理了国际权威期刊上研究物理化学教学的文献，将其分为教科书研究、学习研究、教学研究、教师研究和教学媒体研究五类，并对其中核心成果进行评述，总结出国外物理化学课程与教学研究注重学习证据的收集和分析，注重教育研究方法的运用，并对未来高等化学教育研究提出了建议。[11]

聚类7是物质的量。此类研究主要聚焦于solo分类理论、思维发展水平等方面。张琨等通过编制信度、效度可靠的测量工具对高中生“物质的量”概念群的理解水平进行测查，发现大部分学生主要处于部分理解并伴随一定的误解的理解水平，学生对各概念的理解均存在迷思概念，学生在“物质的量”概念群中的迷思概念共计14条。[12]

聚类8是反应体系。此类研究主要聚焦于铁离子溶液、阶段隐喻等方面。王秀荣等通过选用不同浓度的FeCl3溶液与不同的金属单质反应，用实验事实反驳了Fe3+溶液与金属单质反应的阶段隐喻，并分析了其中的迷思概念。[13]

五、研究小结与启示

通过对国内化学迷思概念相关研究的可视化分析，可以总结出迷思概念的研究主要包括迷思概念探查类、迷思概念转化策略研究类、迷思概念综述类和迷思概念探查工具这四类。对迷思概念的研究主要集中在对迷思概念的探查和迷思概念转化策略的研究上，说明国内的研究能够结合具体的教学活动，较重视实际问题的解决。由于迷思概念成因较复杂且具有动态发展性、顽固性和隐蔽性等特征，教师要更加关注学生迷思概念的形成过程，减少学生迷思概念的生成，尝试开发出更加多样化且信效度高的诊断工具来探查学生的迷思概念。目前国外学者已经开发出模型教学策略、论证式教学策略、概念转变策略、计算机教学策略以及类比教学策略等较成熟的迷思概念转变教学策略，国内化学教育工作者可以在借鉴国外关于概念转变策略的研究成果的基础上，开发出更加适用于我国化学教学概念转变的教学策略。此外，建议今后各研究机构及研究作者继续加强跨机构、跨领域合作与交流，提升迷思概念的研究水平；继续关注中心度高的关键词，在化学平衡、概念转变、教学策略、研究方法、诊断工具等方面继续开展研究。