基于CiteSpace可视化分析初步构建PBM教学模式

李圳平，王冬明，刘江燕

(湖北师范大学 化学化工学院，湖北 黄石 435002)

0 引言

PBL(Problem-Based Learning)是一种以问题为纽带且贯穿整个教学过程，以小组合作形式将学生置于真实的问题情景之中，引导学生解决问题的一种教学模式，并在此过程中培养学生对知识的综合运用能力、分析问题的能力，解决问题的能力及自主学习的能力[1]。这种教学模式充分体现了教师主导与学生主体相结合的教学原则，也实践了建构主义学习理论，杜威的实用主义教育理论，布鲁纳的发现学习理论以及霍华德·加德纳的多元智力理论[2,3]。PBL教学模式不同于传统教学模式的呆板和僵化，更多体现的是一种思维的灵活，需要学生融入教学情境之中主动地获取知识，用知识去解决问题，刺激学生的求知欲。但在应试教育的影响下，学生更多的是模仿标准答案——重视的是获得答案，而不是在学习过程中用旧知解决问题从而获得新知，因而会在未来的竞争中变得无所适从。如何有效地推动PBL教学模式的实施，达到预期的教学效果是PBL模式在教学实践中必须解决的问题[3]。

思维导图又可称为脑图或心智图[4]，它是一种运用颜色、线条、文字和符号等将思维可视化的工具。思维导图的框架结构与脑神经的结构类似，都是由一个中心点向四周发散，发散点又成为新的中心点向四周放射，使得整体形成一个发散且关联的网络[4]。思维导图可以根据化学学科特点，将零碎的知识进行系统地整合，形象地表达，举一反三，构建化学知识体系[5]。

PBL教学模式和思维导图既有共性又有一些区别，但是两者是不相违背的，因为两者都是由单一的中心出发，能够促进思维的发展和知识的建构，帮助学生实现知识的有意义学习[3]。PBL模式重在引导学生如何建构新的知识体系，而思维导图则是直接呈现出学生所构建出的知识体系。如果能够把两者有效结合起来，将思维导图的联想、绘制、分析、调整渗透到PBL教学环节的全过程，不仅可以促进学生对知识的综合运用，培养学生的各方面能力，渗透化学核心素养，还能增强学生学习化学的积极性，更好地去实践PBL模式[3]。问题导图(Problem -Based Map，简称 PBM)模式，即基于问题的学习(Problem -Based Learning，简称PBL)与思维导图(Mind Map)的结合正是基于此而提出。

1 研究方法和数据来源

1.1 研究方法

本研究主要采用文献分析法，辅以定量与定性分析相结合的研究方法，运用CiteSpace可视化分析软件中的聚类分析方法的关键词分析，结合CNKI的在线分析，显示“基于问题的学习(Problem-Based Learning)”和“思维导图(Mind Map)”分别关于国内化学教学研究的研究基础和研究前沿。

本研究所采用的主要分析软件是CiteSpace 5.5.R2 (64-bit)和Oringin8 Pro SR4.CiteSpace是Citation Space的简称，可翻译为“引文空间”，是通过可视化手段呈现科学知识的结构、规律和分布情况的科学知识图谱，它可对特定集合文献进行共引、聚类及共现等分析，处理帮助研究者确定研究方向[6]。随着不断更新和运用，CiteSpace在信息分析领域中的地位和影响日益增大[6]。

1.2 数据来源

一般来说，期刊和硕博论文更能反映当前某一领域的研究前沿[7]。本研究以中国最大的中文学术期刊网中国知网CNKI为主要的数据来源，以硕博论文和期刊为数据库，采用高级检索方式分别检索1)主题——“基于问题的学习”；或含“PBL”；并且：篇关摘——“化学”；并含“教学”。2)主题——“思维导图”；并且：篇关摘——“化学”；并含“教学”。统计时间为2010年1月1日至2019年12月31日，检索结果中去掉外文文献，两组分别得到的检索数据是1)有814篇，2)有296篇。本文本均以Refworks格式导出备用，运用CiteSpace除重后的数据分别为1)有811篇，2)有295篇。

2 研究结果与分析

2.1 发文的年代分布

某领域文献的时间分布和发表数量能在一定程度上反映该领域理论研究水平和实践发展速度[8]。从图1中可以看出，近十年来在化学教学上对思维导图和PBL的研究总体来说呈逐年上升趋势。

图1 文献发表时间分布

具体来看对于PBL在化学教学上的研究，这十年来呈现一种波动型上升趋势，在2012年和2016年出现了两个小高峰，从趋势而言2020年可能会达到一个小台阶再往上升，从这里可以看出学界对于PBL这种模式的态度还是比较“暧昧”，既想研究这种模式从中培养出新一代的化学人才，但又碍于这种模式本身的特点——PBL所创设的问题都是劣构问题而非良构问题(1965 年Reitman将问题分为结构不良问题和结构良好问题，又可称为劣构问题和良构问题，它包括已知条件、算子、目标状态三个要素，这三个部分都明确的就是良构问题，只要有一个部分没有明确界定的就是劣构问题[9])，因而对研究者在实践中造成了较大的阻碍，也因PBL模式本身的特点，使其在当前教育背景下，具有较大的教学研究意义，造成了这种研究的“波动型”。而对于思维导图在化学教学上的研究，近十年来总体呈上升趋势，且在2017年及以后有较大幅度的上升，这与17版新课标的颁布有着极大的关联。根据两者的发表趋势，预计未来在化学教学领域将会有更大的学术关注度和研究的空间。

2.2 学术研究热点分析

在CiteSpace5.5.R2 (64-bit)功能与参数设置区中设置时间片(Time Slicing)为“2010～2019”，Years Per Slice#为“1”，节点类型(Node Type)选择“keyword”，选择标准(Selection Criteria)选择Top N为50，根据需要进行适当剪裁(Pruning)，运行后得到合并网络节点数(Merged network Nodes)为130，连线数(Links)为152，密度(Density)为0.0181的关键词分析图谱，如图2所示。

节点显示的是文献中的关键词在每个时间切片中选取被引次数最高的50个，节点数就是图中关键词的个数，同一篇文献中出现的关键词之间会形成连线，它们共同构成了这样一个网络结构[10]。在图谱中，节点越大表示该关键词出现的频率越高，图中的十字架大小也是同等的涵义。

从图2中可以看出，由于在检索时是以“基于问题的学习”或“PBL”且含“化学”和“教学”为限定条件的，因而“PBL”“问题”“化学”和“教学”出现的词频数较高，这些不是本文研究的焦点，将与之相关的剔除之后得到中介中心性较高且与本论文研究较为密切的关键词：改革(0.41)、应用(0.25)、自主学习(0.14)、微课(0.12)、思维导图(0.09)、效果(0.06)、翻转课堂(0.04)、科研素质(0.03)、个性化学习(0.00)、核心素养(0.00)、合作学习(0.00)等。通过图2可知，“PBL教学法”“PBL”“生物化学”“教学改革”“教学方法”等高频关键词的共现网络代表了近十年来PBL模式在化学教学中的研究热点，相对而言比较成熟，但在“合作学习”“核心素养”“个性化学习”“科研素质”“翻转课堂”“思维导图”等方面研究比较少，没有较高的中介中心性(<0.1)，这也是未来PBL模式在化学教学中可与之共同研究的突破口，为PBL模式的研究提供一定的方向。

同样在CiteSpace5.5.R2 (64-bit)功能与参数设置区中设置相同的参数，根据需要进行适当剪裁(Pruning)，运行后得到合并网络节点数(Merged network Nodes)为46，连线数(Links)为45，密度(Density)为0.0435的关键词分析图谱，如图3所示。

图3 思维导图在化学教学中的研究可视化分析

从图3中可以看出，由于在检索时是以“思维导图”且含“化学”和“教学”为限定条件的，因而“思维导图”“化学”和“教学”出现的词频数较高，这些同样不是本文研究的焦点，将与之相关的剔除之后得到中介中心性较高且与本论文研究较为密切的关键词：深度学习(0.41)、元素化合物(0.37)、实践研究(0.16)、高效课堂(0.15)、核心素养(0.08)、应用(0.08)、翻转课堂(0.00)、化学概念(0.00)、个性化学习(0.00)、三重表征(0.00)、可视化(0.00)等。通过图3可知，“思维导图”“化学教学”“高中化学”“生物化学”“初中化学”等高频关键词的共现网络代表了近十年来思维导图在化学教学中的研究热点，且较为集中于“思维导图”，但在“可视化”“三重表征”“个性化学习”“化学概念”“翻转课堂”“应用”“核心素养”等方面研究比较少，没有较高的中介中心性(<0.1)，这也是未来思维导图在化学教学中可与之共同研究的突破口，为思维导图的在化学教学上进一步研究提供一定的方向。

综合图2和图3这两个图谱，可以确定本文研究的突破点，即将“基于问题的学习(Problem-Based Learning)”和“思维导图(Mind Map)”相融合的关键点在于将其与“翻转课堂”“个性化学习”以及“核心素养”关键词共通纳入研究范围，才可实现问题导图(Problem-Based Mapping，简称PBM)教学模式的构建，将PBL模式和思维导图在化学教学上最大限度的去实践。

3 “PBM”教学模式的构建

基于以上分析，以翻转课堂作为“基于问题的学习(Problem-Based Learning)”和“思维导图(Mind Map)”实践的载体，从中可以落实核心素养，同时实现个性化教学。据此分别将其与“翻转课堂”在中国知网上检索，得到了几种研究意义较大的教学模式，如周洪茜和刘丹提出的“基于思维导图的翻转课堂教学模式”[11]，吴建军提出的“PBL化学教学模式”[12]、秦亚坤提出的“基于结构不良问题培养高中化学高阶思维教学模型”[9]，结合翻转课堂的设计流程[13]，初步构建“PBM”教学模式，如图4.

图4 问题导图(Problem-Based Mapping，简称PBM)模式

3.1 课前——创设情境，抛出问题

PBL教学模式是将学生置于劣构问题情境之中，让学生运用已有的知识探索得到新知的过程。因而教师准备的课前视频必须有助于抛出中心问题，进而让学生通过给出的辅助资料自主思考，分析问题，包括确定问题的类型，明确问题解决的条件，分析问题的各种可能性，逐一解决各个子问题，并分别提出相应的解决方案。为了能使这个过程高效地进行，抛出的情境问题应遵循生活化原则、答案多元化原则和知识丰富原则[12]。教师在课前准备的视频就是为了创设问题情境，抛出中心问题。为了高效利用学生的时间，教师可以适当准备一些与中心问题相关的资料，先让学生根据资料，在问题解析提出方案的过程并要求学生以思维导图的形式展现出来。

3.2 课中——组建合作，分工解决

让学习层次不同的学生组建合作式小组，一般是4～6人，每一组组员必须轮流代表发言之后才能重新组队。先让学生自主思考，再与组员进行交流，有利于培养学生思维的深刻性。教师可以在这个过程中从不同角度启发学生，让组内成员产生思维的碰撞，讨论出几个可行的方案，教师在此阶段可以适当提示，助他们完善方案。在拓展思维、制定方案，搭建知识框架的过程中同样要求学生以思维导图的形式呈现。

3.3 课后——组间交流，整理总结

小组成员每一位都要参与问题的讨论，最终在交给教师的作业中要包含自己个人的观点，小组讨论的方案，对比优缺点，反思自身的不足，根据个人的思维特质，以思维导图的形式呈现对本节学习内容总结的一份简洁报告。

4 结语

通过对“基于问题的学习(Problem-Based Learning)”和“思维导图(Mind Map)”分别关于化学教学在国内的研究调查可知，关于PBL教学和思维导图研究的较多，但将两者结合起来研究的较少。问题导图就是将PBL和思维导图相互融合，兼具内在和外显，相辅相成，既有益于学生的学，也有益于教师的教，两者都能与翻转课堂相结合，都能落实化学核心素养，实现个性化学习。本研究在新高考背景下，更具有实践意义，既有利于锻炼学生的思维，又能让学生掌握高效学习的方法，同时对新手教师的教学具有极大的借鉴意义。