基于CiteSpace的化学学科核心素养研究展望

崔 凯,张伊伟,邓 婷,刘志强

1 问题的提出

随着《普通高中化学课程标准(2017版)》(以下简称“新课标”)和《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》的颁布,化学学科核心素养的概念内涵和内容结构得到进一步凝练和升华。化学学科核心素养是指学生通过化学教学实践而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力[1-2]。新课标颁布后,化学学科核心素养迅速引发了众多化学教育学者和一线教师的研究热潮。本研究借助CiteSpace软件对化学学科核心素养的相关文献进行可视化分析,期望发掘并分析该领域当前的研究热点及未来的发展趋势。

2 研究内容及方法

2.1 数据来源

以中国知网数据库(CNKI)为数据来源进行高级检索,以“化学学科核心素养”为关键词,来源类别选择“核心期刊”和“CSSCI”,手动剔除与研究主题不相符的文献,共搜索到期刊608篇。

其中,需要特别注意专业术语规范化的问题,早期研究中,学者多用“化学核心素养”一词进行概念表述。但是,新课标颁布后,化学核心素养的概念内涵得到规范化解读,并统一命名为“化学学科核心素养”。二者概念名称虽存在细微差异,但“化学学科核心素养”是化学核心素养的具体内容,都是化学学科在育人过程中的价值体现,都呈现着学科内涵和价值导向。在教学实践层面,二者含义较为接近,本研究不作区分。

2.2 研究方法

CiteSpace是Citation Space的简称,即“引文空间”。利用CiteSpace软件进行文献数据处理,通过生成多种文献分析图谱来展现某一研究领域的研究热点和发展趋势。启动CiteSpace5.8R3,将时间分区设为2015—2022年;分区时间间隔设置为1年;分析节点类型依次设置为“Author”“Institution”“Keyword”。其余按常规设置,得到相应知识图谱。

3 文献计量及作者分布图谱分析

3.1 文献计量图谱

年度发文数量是衡量化学学科核心素养研究热度与发展趋势的重要指标。图 1显示,以“化学学科核心素养”为关键词的研究性文献,在CNKI上的发文量随年代变化的关联情况。2016年度核心期刊发表的该主题的论文有6篇,随着新课标的发布,涉及化学学科核心素养的论文数量呈逐年增长趋势。自2017年开始,国内围绕化学学科核心素养研究的文献数量开始急剧增加。2018年检索出81篇,而2019年和2020年则达到了峰值,分别有131篇和138篇。经历了2021年短暂的发文低潮后,随着普通高中化学课程标准的修订,2022年和2023年又迎来了发文高潮。数据说明,在国家教育主管部门的顶层设计下,化学学科的育人目标和价值追求正在逐步具体化和深入化,化学学科核心素养的研究得到了国内众多教育研究者的关注,预计在未来一段时间内保持较高的研究热度,教研理论和实践成果会持续产出和共享。

图1 化学核心素养的文献计量图谱

3.2 作者分布图谱

通过分析研究领域内核心作者的相关数据,可以判断和预测该研究领域的热点和趋势。以普赖斯(Price)公式作为遴选核心作者的量化标准,其中 Nm是最高产作者发文量,以此计算入选核心作者发文量的最低标准 Ni,如公式(1)所示:

(1)

在该研究中,福建教育学院化学教育研究所的张贤龙是最高产作者,通过计算得出,入选核心作者发文量的最低标准为Ni值为3.26,即3篇。从数据表格分析发现,入选核心作者即发文量不少于3篇的作者共有33人,约占总作者人数的17.2%,发文量在两篇及以下的作者有158人。综上,当前开展普通高中阶段化学学科核心素养研究的作者数量虽多,但能长期稳定、系统全面地开展研究的教育工作者较为稀疏。

如图2,N=191,E=92,网络密度Density=0.0051。左上角参数N值越大,说明发文量越多,E代表节点间的相互联系,连线粗细代表彼此之间合作的紧密关系。观察核心作者的贡献图谱,可以看出:张贤金、吴新建、江合佩等学者形成了核心作者群;郑长龙、孙佳林和何鹏也具有紧密的合作关系。除此之外,朱鹏飞、王后雄、王磊等所处节点较大,说明发文量较多。总体来看,节点零散分布,鲜有连线交错,说明研究者合作程度一般,但部分节点较大,高产作者较多。

图2 发文作者分布图图谱

4 化学学科核心素养的研究趋势

追踪前沿科学热点是预测研究发展趋势的关键工作。关键词突现可视化分析可以综合分析某一研究领域的前沿聚焦热点和成果演进趋势。为了深度分析我国化学学科核心素养研究趋势,启动CiteSpace进行“Control Panel”进行参数设置,选择“Burstness”,得到关键词突现图谱(图3)。2016—2018年间,以“立德树人”“教育教学策略”为研究新兴热点,是教育研究者基于国家顶层政策,对化学核心素养育人目标的深度解读;2018—2020年期间,以“新高考”“深度学习”“普通高中”为研究新兴热点,普通高中部新课程标准的颁布,激发了教育研究者学习课程标准的热情,同时新课标所倡导的实践策略得到了学者们的普遍关注;2020—2022年期间,研究方向逐渐从理论层面的课标解读下沉到教学实践中的素养落地,诸如培养学生“模型认知”的科学思维方法成为一众学者颇具关注的共同研究热点。除此之外,关键词时间线图谱可以依据时间线将关键词依次铺开,反映在特定时间段内研究内容的变化趋势,图4表明,不同时期化学学科核心素养研究的关注点存在差异。基于关键词突现图谱和关键词时间线图谱分析,可以把当前化学学科核心素养的研究分为素养探索阶段、素养建构阶段、素养实践和评价阶段。

4.1 素养探索阶段(新课标颁布前)

2014年教育部颁布了《关于全面深化教育改革落实立德树人根本任务的意见》,2016年教育部委托“中国学生发展核心素养”课题研究并指出,中国学生核心素养分为三个方面、六大素养。但此阶段,学界对于化学学科的核心素养,一直没有得到较为统一的概念解读和内涵定义。化学学科核心素养的内涵是什么?教师如何进行学科素养教育?国内学界都没有一个系统、科学和正式的诠释。如图4所示,在多个聚类的2016年基点上,分别有聚类#1的“核心素养”、聚类#2的“关键能力”、聚类#3“学科内涵”、聚类#6的“立德树人”等关键词。不难发现,主要研究内容都是学者对顶层教育政策的宽泛解读和多重视角的个人认知。该阶段,学者们基于立德树人的根本任务,致力于真实厘清化学学科核心素养的具体内涵和体系结构。

4.2 素养建构阶段(课标颁布并修订,2018—2021年)

时代背景下,教育的本源在于培养创新型人才。顶层设计要求以立德树人为根本要求,充分发挥学科的育人价值。2018年,随着新课标的颁布,新“化学学科核心素养”的概念内涵和体系结构得到了确立,同时素养凝练为包括“宏观辨识与微观探析”在内的五个要素。该时期的研究热点如图所示,聚类#2中包含“实验探究”“问题解决”“深度学习”“真实情境”等关键词;聚类#5包含“模型认知”“证据推理”等;聚类#6显示了“课程标准”等关键词。课标的颁布,激发了学者们深入教研的新活力。该阶段,学者们主要对化学学科五大核心素养的内涵和结构进行了深入解读,其中以“证据推理”和“模型认知”能力居多,同时以学生视角出发的“深度学习”和“真实情境”等教学策略也显现出一定的研究热度。

4.3 素养实践和评价时期(2021年至今)

在课程改革的持续推进下,学科核心素养研究方向朝着真实情境下的素养实践和评价深入发展。如图所示,聚类#0中包含了“元素化学”“化学观念”;聚类#2中包含了“化学作业”;聚类#3中包含了“三重表征”“认知模型”;聚类#7和#8包含了“stem”和“课堂教学”等关键词。在这一阶段,学者们大量设计复杂环境下培养学生解决真实问题的课例研究,同时建构过程性、结果性相结合的素养评价体系,以响应新课标提倡的“教、学、评”一体化教学设计。该阶段研究成果丰硕,但仍有不足之处。诸如素养评价“贴标签”的特点,教学设计脱离实际情境;教学目标与化学学科核心素养的联系生搬硬套,未考虑教学内容和学情;多数研究为单课时的教学设计,单元、学期教学设计匮乏等等。

5 化学学科核心素养研究的热点主题

通过运用CiteSpace软件对关键词进行共现分析,同时计算关键词的频次和中心度,这是预测和判断研究热点的关键工作。应用CiteSpace软件对610篇文章进行分析,形成关键词共现网络,共析出245个节点、440条边,密度为 0.0147,如图5所示。表1为CiteSpace软件统计出的频次前10的关键词,出现频次最多的是“核心素养”,出现196次,因其是数据来源重要检索词,所以频次多属于正常现象。第二和第三是“教学设计”和“化学教学”,分别为52次和40次,反映了这两个关键词是当前研究领域中比较核心的内容。化学核心素养的培养是通过教学设计进行设计和实践的,故频次出现较高。中心度前10的关键词,除去“核心素养”重要检索词,“教学设计”和“化学教学”的中心度值较高。此外,结合频次来看,“证据推理”“真实情境”“科学探究”等出现的频次和中心度都较高。可以看出,为了培养学生的化学核心素养,众多教育工作者对“创设真实情境”“发散证据推理意识”“引导学生进行科学探究方法和思维”等方向产出了较多的教研成果。

表1 关键词频次、中心度情况统计

图5 关键词共线图谱

共词聚类分析可以把分析对象之间的共词网状关系简化为数目较少的聚类。 设置节点类型为关键词,运行 CiteSpace软件,生成了关键词聚类知识图谱,如图6所示。这些聚类反映出我国目前关于化学学科核心素养研究的热点问题,包括“真实情境”“教学策略”“科学探究”“课程标准”“学习理解”“教学设计”等8个聚类标签。

图6 关键词聚类图谱

基于上述可视化分析数据,大致可将我国化学学科核心素养研究归纳为“内涵和体系”“教学策略”“课例设计”“诊断和评价”四个主题领域。

5.1 化学学科核心素养的内涵和体系

研究者依据不同的理论视角对该领域进行了深入分析和讨论。主要从图谱中的聚类#0、#1和#5中,提炼出了关于化学学科核心素养内涵的研究内容。

研究初期,房宏结合国际组织和世界各国关于“素养”的定义,基于融入国情的“核心素养”的概念出发,解读了具有学科特征的“化学核心素养”的内涵。他提出了化学知识、思想、方法和观点是构成化学核心素养内容体系的重要元素。[3]朱鹏飞基于核心素养提出的时代背景,分析了联合国教科文组织、欧盟、新加坡、美国和我国台湾地区关于核心素养的内涵和价值取向,阐明了建构初步的化学核心素养体系的启示和思路。[4]

随着《普通高中化学课程标准(2017年版)》的颁布[7],提出化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”五个方面。《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》确立了五大核心素养在学科学习实践中的关键作用,“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”是在课程教学中,学习者需要掌握的学科思想和方法;“科学探究与创新意识”是培养学生在实践层面中要勇于创新,而“科学态度与社会责任”是进一步提高学生在化学学习中的价值追求。

此后,研究者从不同角度对化学核心素养的内涵和体系进行深入解读。李俊从整体观的视角审视了化学核心素养,并解读了五大素养特征。[5]毕华林认为化学学科核心素养是学科育人价值的集中体现,对核心素养育人价值进行了细致分析。[6]还有一些学者对五大核心素养的某一要素进行了细致的论证,以“证据推理与模型认知”这一要素居多。陈进前从化学能力模型和化学知识模型视角对“模型认知素养”进行内涵诠释。其中,能力模型包含了运用化学模型进行化学表征的能力、运用化学模型解释和论证的能力、运用化学模型预测和验证的能力、构建和优化化学模型的能力。知识模型又包含了运用化学认识模型将知识功能化、基于化学认识模型发展学生的自我评价、自我调控能力等。[7]

从已有研究中发现,《普通高中化学课程标准(2017年版)》颁布之前,学者们对内涵的探讨主要遵循“素养、核心素养、化学核心素养”三点一线的渐进式进阶解读。对化学学科核心素养的内涵解读主要包括学科知识、精神品质、实践途径、思维方式和育人价值等内容。而新课标颁布后,化学学科核心素养的概念内涵基本融合了此前学者们的重要观点,均致力于将化学的学科特征和价值与核心素养的育人功能进行有机结合。此后,学者们将研究方向更多地转向教学应用的层面,探究特定教学情境中单一化学学科核心素养的教学内涵和实施路径。

5.2 化学学科核心素养的教学策略

众多学者在研究化学学科核心素养的内涵和体系的同时,也对其在教学实践中的发展和培养进行了探究和总结。

研究初期,李鹏鸽将模型认知素养细分为模型理解、模型应用和模型构建三个层次,并整合POE教学策略落实素养培养。[8]赵春梅则将研究方向聚焦为高中新课标所倡导的“教学评一体化”政策,阐明了文件内涵,梳理了实践问题,结合“认识加碘盐”案例开展研究,并提出了指导性建议和策略。[9]王云生认为,化学学科核心素养要充分融入学科内容的各个方面,包括显性内容和隐形内容。同时,单元体系的规划要关注知识的同化和顺应,要形成结构化的知识体系。[10]化学是一门以实验为基础的学科,实验也是化学教学中的重要组成部分。孙佳林强调了实验在素养培养中的关键作用,他从认识层面、实践层面和价值追求层面出发,提出了化学实验和五大学科素养之间的内部联系,并给予了案例分析和指导策略。[11]高兴远提出在中国基础教育阶段建立STREAM教育体系,该理念下的中学化学教学能够很好地帮助学生进行知识的习得、能力的培养和化学学科核心素养的养成。[12]化学核心素养的教学策略主题领域中,学者们主要从教学内容、教学方法及策略、教学组织形式等方面进行了深入研究和探讨。

5.3 化学学科核心素养的课例设计

核心素养的内容载体是学科专业知识,培养学科核心素养要通过实践教学活动来落地。因此,化学课堂教学是培养学生化学学科核心素养的关键平台。

刘玉荣基于发展化学学科核心素养,设计了“沉淀溶解平衡”课时教学设计,将教学内容分为显性内容(课时学科知识)和隐形教学内容(素养形成知识)。同时,设计“情境线-知识逻辑线-任务线-素养线”递进式教学单元,将“可溶性钡盐工业生产”“肾结石病人饮食处方设计”等真实情境融入教学环节之中,使学生感受到真实性学习兴趣。[13]王星乔以水合离子为情境导入,引导学生在实验中发掘数据,并根据证据进行合理猜想和推测,培养学生“证据推理与模型认知”的核心素养。[14]于少华基于化学学科核心素养的培养要求,通过对北京市四所学校的学情调查,凝练出元素化合物的关键内容,并设计了落实核心素养全面发展的教学改进方案,效果突出。[15]

基于化学学科核心素养的教学设计,主要是开发典型的教学案例,根据课时的内容特点,创设真实教学情境,设计问题链启发教学,并安排承载素养培养的活动任务。这些经过精心研究和打磨的教学案例,为化学教育工作者在确定教学目标、组织教学内容、评价教学效果等方面提供实操性的借鉴和参考。研究者对如何在课堂上落实化学学科核心素养的课例研究较为繁多,成果丰富,但以单元形式进行整合设计的课例教学比较少,也极少看到相应的研究成果,同时针对化学学科课程建设的专题研究也比较匮乏。

5.4 化学学科核心素养的诊断和评价

新课标积极倡导实施“教、学、评”一体化,教学实践的诊断和评价可以不断反馈教学效果,指导、优化课堂教学。钟辉生认为,试题设计要深入考查学生解决实际问题的素养能力,要从“素养”“问题”“情境”“知识”四个要素中进行设计和考察。方弯弯等结合《课程标准》的水平划分及SOLO分类理论等构建了证据推理能力水平框架。赵景方等开发出针对“宏观辨识与微观探析”素养的测评工具并开展了实证研究。[16]杨砚宁从试卷结构、必备知识等方面对2020年和2021年化学高考江苏试卷进行分析,他认为素养导向的化学高考命题对教师提出了更高的要求,并倡导情境教学、深度学习、化学实验探究教学等方式,让学科素养真正在化学课堂中得到培养。[17]

化学学科核心素养既包含内在品格,也包含关键能力。这些素养有显性的特质,也有隐形的特质。如何对它们进行评价,就需要建构素养能力评价指标,将评价指标外显化是实施科学评价的前提,同时开发科学、高效的评价方式。目前学者主要对以考试为主体的“教学评”一体化评价方式进行了初步的研究,且所开发的测评工具仅涉及了化学学科核心素养的单一方面,以“证据推理与模型认知”测评较多。故在素养诊断和评价方面,诸如评价内容与评价方式,均需要进行更全面和深入地探索。

6 反思和展望

我国关于化学学科核心素养的研究正在处于极速发展时期,涌现出众多的领军人物和权威机构,在内涵解读和制度建构等方面都阐释出诸多具有现实意义的理论和观点,这是国际教育和我国教育改革浪潮下不断努力发展的结果。但不足之处依然存在,因此笔者进行总结和反思,并且对该领域未来发展进行展望。

6.1 链接多元主体交互合作,集智攻坚课改重点问题

研究发现,学者们没有形成紧密的协作团体,合作较为松散单一,研究内容较为孤立。如果能在高产作者和新起之秀之间加强合作,高等院校和基层教育之间建立平台,共建共享研究成果,将能促使化学学科核心素养的研究进阶发展。同时,一些课程改革的“棘手”问题可能被忽略,比如:教师群体的核心素养发展问题研究。实际上,化学教师从“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”的三维教学观念转变为基于化学学科核心素养为育人价值追求的课程理念,从理论理解到观念更新,从教学设计到教育实践,教师在每一环节都需要付出大量精力去学习与实践,课堂教学中也会遇到很多问题和困难。而课堂教学是素养培养的主阵地,教师缺乏学科核心素养的专业化教育,课堂教学无异于纸上谈兵。因此,化学教育研究领域的学者们需要加强彼此协同合作,不断发掘教育改革的核心问题,凝练素养发展的科学理论,将研究的重点聚焦于解决当前社会发展的重点问题。

6.2 实证研究提升教研新层次,学科交叉引领研究新风向

我国基础教育在学科体系、顶层决策等多方面已经表现出强烈的实证研究需要,但实际研究中实证研究有效供给明显不足。通过对关键词热点分析发现,以内涵要素解读与课例研究设计较多,实证研究较为缺乏。一方面,科学、系统的实证研究容易挖掘出教学实践中的隐形问题,应该鼓励开展行动研究、实验设计研究、混合式研究等方法,用实证数据去寻找其内在逻辑联系和规律,建构蕴含实际意义的育人体系。同时,数据的可获得性一定程度上影响着教育实证研究的发展,教育主管部门要注重基础教育数据的透明化和开放化,在符合顶层要求的基础上,帮助研究者快捷地获取研究领域中的教育数据是极为重要的。另一方面,理论层面的探讨也有待深入。新文科背景下,课程设计追求学科之间的交叉融合,教学要打破传统学科界限。加德纳的多元智力理论认为人的智力可以分为九种。那么基础教育中,化学教育就不能以孤立的、单一的智力类型去评价学生和学习效果。学科知识需要交叉,拥有学科背景的核心素养自然也需要融合。如何开发多学科素养交叉培养的路径,建构多学科素养融合评价的机制,共同实现基础教育立德树人、全面发展的育人目标,这是值得深入研究的。

6.3 开展系统化课程专题研究,打造广域化虚拟教研生态

教学设计是具有着多维度、可变性和可预设化等多重特征的活动系统设计,它的持续性发展是以教学理论扩充和完善作为内在动力。但从调查结果中发现,研究多以较为孤立的课时设计研究为主,缺乏系统的课程建设专题研究。课程专题建设应包含课程素材和资源的开发、课程内容的设计、教学实践的开展、学教评价一体化等完整的内容要素,但要形成科学、系统和全面的普通高中化学课程体系,这是一个渐进和长期的教学建设工程。为了加快推进课程建设,一方面,可以借鉴国内外的前沿研究成果,发掘具有内涵价值和实践意义的成果范例,进行本土化设计。另一方面,教育主管部门可以积极创新教师教研机制,联动研究领域内教研员、高校科研人员、基层教学人员和教学管理人员,构建自上而下、优势互补的广域化的虚拟教研室,促进课程建设分段化实施和研究成果实时化共享。虚拟教研室践行“一统二分三合”机制,研究课题统一确立,研究工作根据参与者的研究层次和工作地域进行合理安排,研究过程中出现的问题进行整合讨论,经验进行整合共享,成果进行整合转化。