基于CiteSpace的國(guó)內(nèi)HPS教育研究綜述

孫乃玥，劉 璐

（1.青島大學(xué)師范學(xué)院，山東 青島 266071；2.淮北師范大學(xué)師范學(xué)院，安徽 淮北 235000）

HPS教育是科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)的簡(jiǎn)稱(chēng)。自20世紀(jì)80年代起，HPS教育作為一種科學(xué)教育范式興起，主要倡導(dǎo)科學(xué)的人文情懷、理性判斷與實(shí)踐創(chuàng)新能力。在其深化發(fā)展過(guò)程中，HPS教育對(duì)提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、幫助學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)以及推動(dòng)我國(guó)科學(xué)教育課程改革起著重要作用。因此，選擇對(duì)HPS教育的相關(guān)文獻(xiàn)分析梳理，把握其整體發(fā)展脈絡(luò)，探究其研究熱點(diǎn)與未來(lái)演進(jìn)趨勢(shì)，以期推動(dòng)HPS教育的進(jìn)一步發(fā)展。

一、樣本來(lái)源與研究方法

（一）樣本來(lái)源

本次研究樣本來(lái)源為中國(guó)知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)，選擇高級(jí)檢索，文獻(xiàn)類(lèi)型選定期刊，時(shí)間跨度不限，檢索內(nèi)容輸入：主題=“HPS教育”，來(lái)源類(lèi)別選擇全部文獻(xiàn)，共檢索出126篇文獻(xiàn)。剔除與本研究相關(guān)度較小的非研究性文獻(xiàn)后，最終選取符合標(biāo)準(zhǔn)的110篇文獻(xiàn)進(jìn)行可視化分析。

（二）研究方法

借助陳超美博士開(kāi)發(fā)的CiteSpace V.5.5.R.5科學(xué)知識(shí)圖譜可視化軟件，對(duì)主題“HPS教育”進(jìn)行研究。CiteSpace是一款著眼于分析科學(xué)分析中蘊(yùn)含的潛在知識(shí)，在科學(xué)計(jì)量學(xué)、數(shù)據(jù)可視化背景下逐漸發(fā)展起來(lái)的引文可視化分析軟件。通過(guò)可視化的手段來(lái)呈現(xiàn)科學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況，其得到的可視化圖形稱(chēng)為“科學(xué)知識(shí)圖譜”［1］，通過(guò)解讀“科學(xué)知識(shí)圖譜”中的關(guān)鍵詞共現(xiàn)、關(guān)鍵詞聚類(lèi)、關(guān)鍵詞突現(xiàn)詞表等，得出主題“HPS教育研究”的研究熱點(diǎn)與研究前沿，在把握主題整體發(fā)展脈絡(luò)基礎(chǔ)上，為HPS教育研究發(fā)展現(xiàn)狀提出可行性建議。

二、研究結(jié)果分析

（一）HPS教育研究的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

1.文獻(xiàn)的產(chǎn)出趨勢(shì)

根據(jù)中國(guó)知網(wǎng)文獻(xiàn)產(chǎn)出數(shù)量繪制折線(xiàn)圖（如圖1），其中實(shí)線(xiàn)代表文獻(xiàn)的年產(chǎn)出趨勢(shì)。統(tǒng)計(jì)顯示，1996年起至2005年，HPS教育研究逐漸受到我國(guó)學(xué)者的關(guān)注。自2006年起，關(guān)于HPS教育研究的討論呈現(xiàn)明顯上升狀態(tài)，并在2019年達(dá)到高峰值16篇?？傮w而言，HPS教育研究文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)量處于持續(xù)波動(dòng)上升的趨勢(shì)，其發(fā)展可分為3個(gè)階段：理論萌芽階段（1996年至2005年）；實(shí)踐應(yīng)用階段（2006年至2016年）；模式創(chuàng)新階段（2017年至2020年）。

圖1 HPS教育文獻(xiàn)產(chǎn)出趨勢(shì)

2.期刊來(lái)源

期刊載文量體現(xiàn)文章發(fā)表的質(zhì)量特點(diǎn)，與文章來(lái)源領(lǐng)域密切相關(guān)。從載文量上看，《中學(xué)生物學(xué)》載文量6篇，占比5.5%，位居榜首。其余3家期刊載文量均保持在5篇，分別位居前4名，共占比13.5%。由此可見(jiàn)，主要期刊載文量均篇不超過(guò)5篇，占比小于10%，載文量過(guò)低。從影響因子看，排名前5的期刊綜合影響因子與復(fù)合影響因子均為0，可見(jiàn)其近幾年文章引用率普遍較低，文章質(zhì)量有待提高，來(lái)源期刊整體影響力較小。從發(fā)文期刊名稱(chēng)初步斷定，HPS教育研究主要集中在中學(xué)理科教育教學(xué)方面，反映了HPS教育研究涉及的主要研究領(lǐng)域在科學(xué)教育教學(xué)改革與教學(xué)策略的應(yīng)用上。具體情況見(jiàn)表1。

表1 “HPS教育”期刊來(lái)源分布

3.機(jī)構(gòu)分布

根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)量檢索，排名前5的機(jī)構(gòu)分別是安徽師范大學(xué)、天津師范大學(xué)、長(zhǎng)安大學(xué)、華中師范大學(xué)、西南大學(xué)。運(yùn)用CiteSpace V.5.5.R.5，對(duì)機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可視化。檢索顯示，長(zhǎng)安大學(xué)的發(fā)文主力為長(zhǎng)安大學(xué)政治與行政學(xué)院，共與其他機(jī)構(gòu)合作4次，位居第一。天津師范大學(xué)教師教育學(xué)院，作為天津師范大學(xué)的發(fā)文主力，與其他機(jī)構(gòu)合作3次，位居第二。可見(jiàn)，主題發(fā)文量主要集中在少部分機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)較松散，頻次過(guò)少，合作機(jī)構(gòu)之間聯(lián)系不緊密，且大部分機(jī)構(gòu)對(duì)于主題“HPS教育”研究持續(xù)關(guān)注度較小，多數(shù)研究停留在追求熱點(diǎn)的層面上，使得階段性比較明顯。具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 HPS教育機(jī)構(gòu)來(lái)源分布

（二）HPS教育研究的可視化分析結(jié)果

1.研究熱點(diǎn)分析

關(guān)鍵詞由十字形的節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)，其頻次由十字環(huán)大小標(biāo)識(shí)，某個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)越多，它的節(jié)點(diǎn)越大，也就說(shuō)明它是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)［］。運(yùn)行CiteSpace v.5.5.R.5，一共得到關(guān)鍵詞211個(gè)，關(guān)鍵詞連線(xiàn)數(shù)438個(gè)，網(wǎng)絡(luò)密度0.02。如圖2

圖2 HPS教育關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜

為避免重復(fù)性，在除去與檢索主題相關(guān)的關(guān)鍵詞（HPS教育）后，“HPS教育模式”、“教學(xué)設(shè)計(jì)”、“科學(xué)本質(zhì)”、“科學(xué)史”的引用十字環(huán)最大，反映了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。對(duì)熱點(diǎn)詞的出現(xiàn)，可以理解為HPS教育以科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)的三重身份融入到科學(xué)教育中，以理解科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)文化與適應(yīng)社會(huì)發(fā)展為目標(biāo)，以期普及科學(xué)教育，提高公眾科學(xué)素養(yǎng)。由此劃分為兩個(gè)層面：

一是理論支撐。HPS教育作為一種教育范式，在搭配實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中，要建立足夠強(qiáng)大的理論基礎(chǔ)指導(dǎo)實(shí)踐實(shí)施。這就要求，傳授者在教授相關(guān)科學(xué)知識(shí)過(guò)程中，基于建構(gòu)主義的理論，明確科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會(huì)學(xué)存在于HPS教育中的必要性。能夠找到傳授相應(yīng)階段的歷史背景，從歷史的觀(guān)點(diǎn)出發(fā)，幫助受眾學(xué)習(xí)相應(yīng)階段的科學(xué)事件與人物全貌，有意培養(yǎng)受眾的批判理性思考能力，從而更好地開(kāi)展符合社會(huì)發(fā)展的科學(xué)文化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)。

二是實(shí)踐應(yīng)用。主要實(shí)現(xiàn)方式是HPS教學(xué)模式在課堂中的應(yīng)用，表現(xiàn)為有規(guī)劃的教學(xué)設(shè)計(jì)。例如：根據(jù)英國(guó)科學(xué)教育專(zhuān)家?jiàn)W斯本和孟克提出的融入教學(xué)模式，理科教師有條理地將教學(xué)環(huán)節(jié)分步驟操作，實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育從娃娃抓起，促進(jìn)公眾理解科學(xué)，逐步推廣科學(xué)發(fā)展。

整體而言，HPS教育的研究熱點(diǎn)集中在運(yùn)用HPS教育模型，改革理科課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。以基本科學(xué)史料為背景，認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)為目標(biāo)，更新公眾傳統(tǒng)科學(xué)觀(guān)念，培養(yǎng)公眾科學(xué)素養(yǎng)。最終落腳點(diǎn)是對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)與科學(xué)素養(yǎng)的提高。

在關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜基礎(chǔ)上，運(yùn)用LLR算法對(duì)數(shù)據(jù)聚類(lèi)，對(duì)研究熱點(diǎn)進(jìn)一步分析。見(jiàn)圖3

圖3 HPS教育關(guān)鍵詞聚類(lèi)圖譜

該聚類(lèi)圖譜S值=0.5016（S＞0.3），Q值=0.6645（Q＞0.5），聚類(lèi)模塊值與聚類(lèi)平均輪廓值顯著，說(shuō)明結(jié)果合理，可供進(jìn)一步分析。由圖可知，該研究聚類(lèi)結(jié)果主要分為八大主題，對(duì)聚類(lèi)主題整合，得到聚類(lèi)結(jié)果如下：

（1）理論研究視角

聚類(lèi)由#0、#2、#6構(gòu)成。主要闡述HPS教育的三大核心內(nèi)容及其融入科學(xué)教育的必要性。主題子聚類(lèi)中包括“科學(xué)本質(zhì)”、“理論基礎(chǔ)”、“批判性思維”等關(guān)鍵詞。

首先，強(qiáng)調(diào)HPS教育三大理論內(nèi)容構(gòu)成的必要性。（袁維新，2010）分門(mén)別類(lèi)地闡述了科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會(huì)學(xué)是人們認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)的理論緣由。首先以美國(guó)《2061計(jì)劃》為例證代表，借以闡明科學(xué)史在科學(xué)教育中的重要性。其次，以《美國(guó)國(guó)家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》作為另一則例證代表，闡述了科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)社會(huì)學(xué)在科學(xué)教育中的關(guān)鍵角色。并提出三者結(jié)合后的HPS教育，能夠更全面地考察科學(xué)理論和科學(xué)實(shí)踐的局限性，以及科學(xué)的確定性和對(duì)這種確定性的突破之間的緊張關(guān)系等論點(diǎn)［2］，可以看出，HPS教育的三大核心內(nèi)容，為我國(guó)HPS教育本土化提供了科學(xué)教育課程改革的指導(dǎo)依據(jù)，體現(xiàn)了HPS教育追求的人文性、批判性與創(chuàng)新性。

其次，構(gòu)建交互的理論模型。HPS教育的實(shí)現(xiàn)方式是將成型的HPS教學(xué)模式結(jié)合實(shí)際情境，有效地融合到理科課堂教學(xué)，改變傳統(tǒng)教學(xué)中單傳輸科學(xué)知識(shí)的模式。目前我國(guó)探討的HPS教學(xué)理論模式主要有孟克和奧斯本提出的融入教學(xué)模式、琳達(dá)和杰姆斯的互動(dòng)式歷史小故事模式以及馬修斯的適度模式。主要通過(guò)觀(guān)察現(xiàn)象、模擬實(shí)驗(yàn)、設(shè)定假說(shuō)等實(shí)踐操作，促進(jìn)課堂互動(dòng)以及交互式的建構(gòu)科學(xué)知識(shí)，從而掌握科學(xué)文化知識(shí)，提升科學(xué)素養(yǎng)。

（2）教學(xué)實(shí)踐視角

聚類(lèi)由#1、#3、#4、#5構(gòu)成。主要研究HPS教育的教學(xué)實(shí)施操作，子聚類(lèi)包括“科學(xué)課程”、“實(shí)施策略”、“物理學(xué)科”等。該主題從實(shí)踐角度出發(fā)，探討HPS教育的具體操作運(yùn)用。［3］從反思性學(xué)習(xí)和元認(rèn)知的視角提出“引導(dǎo)式反思”教學(xué)方式。在對(duì)“引導(dǎo)式反思”教學(xué)方式進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上，分別從引導(dǎo)式反思教學(xué)如何融入科學(xué)探究、物理概念教學(xué)和物理規(guī)律教學(xué)三個(gè)視角對(duì)HPS教育進(jìn)行了探討。［4］將HPS教學(xué)模型融入中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，以《來(lái)自石油和煤的兩種基本化工原料》中的“苯”為例，運(yùn)用知識(shí)、思維方法、科學(xué)情感與態(tài)度“三管齊下”并行前進(jìn)的方式，結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的目標(biāo)要求，有機(jī)地滲透歷史、社會(huì)和哲學(xué)等方面內(nèi)容，并在概念、知識(shí)的推導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行HPS教育模擬體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生深入剖析教材概念，體會(huì)其中蘊(yùn)含的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)人文素養(yǎng)。［5］以上案例，均采用了我國(guó)目前廣泛使用的HPS教學(xué)模式——孟克和奧斯本的融入教學(xué)模式，包括提出問(wèn)題、引出觀(guān)念、學(xué)習(xí)歷史、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、總結(jié)評(píng)價(jià)幾個(gè)環(huán)節(jié)。運(yùn)用此模型，教師需基于學(xué)科史料為背景，通過(guò)小組實(shí)驗(yàn)合作的方式，在互動(dòng)中學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，更新教學(xué)觀(guān)念，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)，以此將HPS教育的三大核心內(nèi)容融入到教學(xué)實(shí)踐當(dāng)中。

（3）價(jià)值實(shí)現(xiàn)視角

聚類(lèi)由#7構(gòu)成。HPS教育在科學(xué)教育中的價(jià)值，體現(xiàn)在理論與實(shí)踐的雙重層面。HPS教育中科學(xué)史的學(xué)習(xí)，意在培養(yǎng)公眾的人文情懷與氣質(zhì)，體現(xiàn)的是人文價(jià)值?？茖W(xué)哲學(xué)的學(xué)習(xí)，意在培養(yǎng)公眾的理性思考能力，體現(xiàn)的是批判精神?？茖W(xué)社會(huì)學(xué)的學(xué)習(xí)，意在培養(yǎng)公眾結(jié)合實(shí)際實(shí)踐創(chuàng)新，體現(xiàn)的是創(chuàng)新的價(jià)值。因此，不論是理論的探討還是實(shí)踐的探究，HPS教育的核心內(nèi)容均載有價(jià)值。

整體而言，HPS教育的研究熱點(diǎn)整體集中在“HPS教育作為研究范式的邏輯理論探討”與“HPS教育的課程改革實(shí)施”兩大層面，主要表現(xiàn)方式是基于HPS教育視角下對(duì)理科課堂實(shí)際案例的探究。

2.研究前沿分析

突現(xiàn)詞代表著研究領(lǐng)域的前沿方向，反映研究領(lǐng)域的新興趨勢(shì)。運(yùn)用CiteSpace V.5.5.R.5軟件繪制突現(xiàn)詞表（如圖4）：

圖4 HPS教育突現(xiàn)詞表

據(jù)圖可知，HPS教育的突現(xiàn)詞較少，且2012年后呈現(xiàn)截?cái)酄顟B(tài)，直到2018年，“核心素養(yǎng)”作為突現(xiàn)詞開(kāi)始代表HPS教育研究領(lǐng)域的新趨勢(shì)。HPS教育中核心素養(yǎng)的培養(yǎng)主要體現(xiàn)在學(xué)科核心素養(yǎng)上。鐘啟泉提出核心素養(yǎng)是作為新時(shí)代期許的新人形象所勾勒的一幅“藍(lán)圖”，各門(mén)學(xué)科則是支撐這幅藍(lán)圖得以實(shí)現(xiàn)的“構(gòu)件”。［5］張四方，武迪迪基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的HPS教學(xué)實(shí)踐，在甲烷的教學(xué)中，運(yùn)用“歷史線(xiàn)”“活動(dòng)線(xiàn)”“知識(shí)線(xiàn)”等3條認(rèn)知與體驗(yàn)路線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)“稻草變黃金”科學(xué)本質(zhì)的理解，有效地將HPS教育與化學(xué)核心素養(yǎng)結(jié)合起來(lái)，提升化學(xué)的學(xué)科魅力。［6］由此可見(jiàn)，學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)于HPS教育價(jià)值的實(shí)現(xiàn)以及理科課程標(biāo)準(zhǔn)的修訂起著靈魂和綱領(lǐng)性作用，也是未來(lái)研究的熱門(mén)趨勢(shì)。

三、研究結(jié)論

據(jù)以上圖表分析結(jié)果得出，HPS教育研究持續(xù)度與研究質(zhì)量有待提升。

首先，主題發(fā)文機(jī)構(gòu)分布不均，發(fā)文量集中度整體較低，說(shuō)明多數(shù)機(jī)構(gòu)對(duì)于研究主題的持續(xù)度不高，研究?jī)?nèi)容僅符合一時(shí)的熱度，使得研究斷斷續(xù)續(xù)，沒(méi)有延續(xù)性發(fā)展，屬于截?cái)嗍窖芯浚写钊胩骄?。其次，期刊的載文量整體篇幅較低，整體影響因子不高，說(shuō)明文章發(fā)展趨勢(shì)有待進(jìn)一步關(guān)注，文章發(fā)布質(zhì)量有很大提升空間。由此，學(xué)者應(yīng)打破跟風(fēng)，突破舊觀(guān)念，深化主題研究，形成主題網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步提高研究質(zhì)量，更好地帶動(dòng)主題的研究前沿方向。

四、研究建議

（一）增強(qiáng)HPS教育的歷史底蘊(yùn)，促進(jìn)學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)

首先，郭小玲［7］在引導(dǎo)式反思HPS教育時(shí)，提到在我國(guó)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，僅對(duì)相應(yīng)學(xué)科史等內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)有一定的描述，未對(duì)HPS教育和科學(xué)本質(zhì)的理解作為課程顯性目標(biāo)進(jìn)行要求。其次，HPS教育主要研究目的是教師通過(guò)科學(xué)史的引導(dǎo)，以及相關(guān)科學(xué)事件與科學(xué)家的小故事，幫助學(xué)生理解理科課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，更新學(xué)生的學(xué)習(xí)觀(guān)念，訓(xùn)練學(xué)生批判能力與創(chuàng)新能力，從而更好地理解科學(xué)本質(zhì)。顯而易見(jiàn)，運(yùn)用具有標(biāo)準(zhǔn)限定的科學(xué)史是增強(qiáng)HPS教育深入發(fā)展的有利方式。許靜［8］指出美國(guó)哈佛大學(xué)一份基礎(chǔ)教育調(diào)查報(bào)告中顯示，科學(xué)是知識(shí)和價(jià)值的綜合體，這一綜合體組成了科學(xué)獨(dú)有的歷史與哲學(xué)思考。因此，在HPS教育中，運(yùn)用科學(xué)史加強(qiáng)科學(xué)教學(xué)是強(qiáng)有力的載體與手段，科學(xué)史的加強(qiáng)，促使科學(xué)教育教師不僅運(yùn)用邏輯思維講解公示定理，還能夠運(yùn)用科學(xué)史的發(fā)展探索人類(lèi)世界過(guò)去成就歷程，更好地幫助學(xué)生理解科學(xué)本質(zhì)的形成過(guò)程，形成科學(xué)的哲學(xué)思考，促進(jìn)社會(huì)的科學(xué)發(fā)展，更好地融合HPS教育教學(xué)。整體而言，在樹(shù)立學(xué)生歷史意識(shí)的同時(shí)，促進(jìn)科學(xué)本質(zhì)觀(guān)的進(jìn)步。

（二）切實(shí)關(guān)注HPS教育的三界融合，推動(dòng)學(xué)校科學(xué)教育體系發(fā)展

HPS教育意味著歷史學(xué)、社會(huì)學(xué)與哲學(xué)的三界結(jié)合。在目前學(xué)者研究的實(shí)踐教學(xué)案例分析文獻(xiàn)中，能夠發(fā)揮顯性教學(xué)載體的仍只是科學(xué)史，對(duì)于科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)的顯性實(shí)施內(nèi)容、有效量化三者彼此合作程度的標(biāo)準(zhǔn)以及如何實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的融合、判斷三者彼此影響發(fā)揮作用仍較少。張培富，賈林海［9］提出科學(xué)社會(huì)學(xué)邊緣化與非中心化問(wèn)題，認(rèn)為加強(qiáng)HPS教育三界的合作交流應(yīng)是國(guó)內(nèi)教育發(fā)展的一種長(zhǎng)久之計(jì)。在三界學(xué)科發(fā)展不均衡的情形下，倡導(dǎo)和普及各級(jí)教育科學(xué)體系中的HPS教育知識(shí)顯得尤為必要。這需要三界學(xué)者思想的交流碰撞，摒棄門(mén)戶(hù)之見(jiàn)，求同存異，采納兼容并包的跨學(xué)科思想，將HPS教育三界融合發(fā)展，以推進(jìn)學(xué)校教育科學(xué)體系的落實(shí)與實(shí)施，同時(shí)也是促進(jìn)HPS教育教學(xué)模式本土化和創(chuàng)新性利用，形成符合我國(guó)學(xué)生的科學(xué)教學(xué)模式的重要一環(huán)。我國(guó)HPS教育正值深化與內(nèi)化發(fā)展的階段，如若三界學(xué)者能夠促進(jìn)跨學(xué)科思想融合，那么必將推動(dòng)我國(guó)學(xué)校教育科學(xué)體系的完善與落實(shí)，促使我國(guó)科學(xué)教育事業(yè)的深遠(yuǎn)發(fā)展。