基于CiteSpace的化學(xué)教材研究可視化分析

宋倩雯 李猛 謝俊

關(guān)鍵詞：化學(xué)教材;教材研究;CiteSpace;可視化分析

1研究背景

教材是依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)編制的教學(xué)規(guī)范用書，是學(xué)生獲得系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識，循序漸進(jìn)地進(jìn)行學(xué)習(xí)的主要資源和工具，也是教師進(jìn)行教學(xué)的主要依據(jù)。隨著新一輪的課程改革，教材也進(jìn)行了更新。陸軍對2005-2011年的124篇關(guān)于化學(xué)教科書的研究文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述。在中國知網(wǎng)以篇名“化學(xué)教材”或“化學(xué)教科書”，發(fā)表時間“2003.1.1- 2020.6.15”進(jìn)行檢索，共有1332篇文獻(xiàn)。CiteSpace是一款信息可視化軟件，它主要基于共引分析理論和尋徑網(wǎng)絡(luò)算法等，對特定領(lǐng)域的文獻(xiàn)進(jìn)行計量，以探尋出學(xué)科領(lǐng)域演化的關(guān)鍵路徑及其知識拐點?；贑iteSpace分析近20年化學(xué)教材研究的熱點及不同階段的發(fā)展趨勢和前沿，對化學(xué)教材的研究進(jìn)行梳理和反思，為學(xué)者繼續(xù)開展化學(xué)教材的研究提供參考和啟示。

2研究思路

為確保原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，剔除關(guān)于中職、高職和大學(xué)化學(xué)教材等相關(guān)文獻(xiàn)，得到1118篇文獻(xiàn)以refworks的格式導(dǎo)出，用CiteSpace5.6.R5進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析、關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析，得出研究結(jié)論并進(jìn)行反思，研究思路見圖1。

3化學(xué)教材的可視化分析

3.1關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

當(dāng)兩個或兩個以上的關(guān)鍵詞在同一篇文獻(xiàn)中出現(xiàn)時，稱為關(guān)鍵詞共現(xiàn)。關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜有利于我們分析研究的熱點。運用Citespace軟件設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)和閾值，生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識圖譜，見圖2。

關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析中有兩個重要指標(biāo)：頻次和中心性。生成的共現(xiàn)圖譜中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量為207，節(jié)點之間的連線數(shù)量264。知識圖譜中的節(jié)點代表研究的關(guān)鍵詞，節(jié)點越大，表明此關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次越高、受關(guān)注的程度越大，說明其為該領(lǐng)域的研究熱點。根據(jù)圖2可以看出化學(xué)教材、高中化學(xué)、初中化學(xué)、比較研究、化學(xué)知識、化學(xué)史、人教版等是研究熱點。研究涉及的主要版本是人教版，涉及的學(xué)段主要是高中，其次是初中。中心性反映了研究熱點間轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵節(jié)點，中心性數(shù)值越大，表明該關(guān)鍵詞在研究熱點演變中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，一般認(rèn)為中心性大于0.1的節(jié)點比較重要。導(dǎo)出中心性大于0.1的關(guān)鍵詞，見表1。分析可知，關(guān)鍵詞的中心性和頻率整體符合正相關(guān)的關(guān)系，例如化學(xué)教學(xué)、化學(xué)知識、人教版、教材、科學(xué)本質(zhì)等。但也有一些反例，例如：創(chuàng)新、開放性、核心概念等。這些關(guān)鍵詞的中心性高，說明它們重要，但頻次不高說明研究者關(guān)注較少，在今后的研究中需加強(qiáng)關(guān)注。

導(dǎo)出關(guān)鍵詞頻次表格，剔除未展現(xiàn)實質(zhì)研究信息的詞語。將意思相近的關(guān)鍵詞合并，例如將比較研究和比較合并為比較研究。將頻次大于等于5的關(guān)鍵詞與兩位高中化學(xué)高級教師進(jìn)行詳細(xì)梳理和反復(fù)斟酌后聚類匯總?cè)绫?所示。在此基礎(chǔ)上，對相關(guān)的經(jīng)典文獻(xiàn)進(jìn)行閱讀，進(jìn)一步進(jìn)行文本分析。

3.1.1內(nèi)容研究

教材的內(nèi)容研究主要集中在化學(xué)實驗、化學(xué)知識、化學(xué)史、習(xí)題上。其一，化學(xué)實驗的研究主要關(guān)注國內(nèi)教材中的實驗改進(jìn)和國外教材中的實驗。有學(xué)者針對實驗改進(jìn)中的問題，提出全面理解教材編寫意圖、明確改進(jìn)實驗的教學(xué)作用、堅定實驗改進(jìn)的簡約化等七項回歸途徑，也有學(xué)者對國外教材中的實驗進(jìn)行研究，期望對我國化學(xué)教材中實驗的編制提供參考。其二，化學(xué)知識的研究主要關(guān)注顯性知識和隱性知識。對顯性知識的研究主要集中在化學(xué)方程式、物質(zhì)的量、氧化還原反應(yīng)、元素及其化合物、化學(xué)平衡、元素周期律上，對隱性知識的研究相對較少，有研究對魯科版必修化學(xué)教材中插圖的隱性知識進(jìn)行了統(tǒng)計分析，提出了插圖中隱性知識的外顯化、情境化和直觀化等教學(xué)策略。其三，化學(xué)史的研究主要關(guān)注化學(xué)史內(nèi)容融入化學(xué)教材的分析。有學(xué)者指出應(yīng)從內(nèi)容素材的選擇、編排順序和呈現(xiàn)方式等方面綜合考慮化學(xué)史的編排。其四，教材習(xí)題的研究大多集中在習(xí)題數(shù)量、類型、欄目、難度以及習(xí)題與課程標(biāo)準(zhǔn)一致性上。有研究利用韋伯一致性分析工具對初中教材中的習(xí)題與課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分析。其五，教材欄目的研究主要包括兩個方面：一是關(guān)于國內(nèi)教材欄目呈現(xiàn)，二是對國外化學(xué)教材欄目的介紹。

總體來看，關(guān)于教材的內(nèi)容研究成果最為豐富。但也有一些不足之處，比如關(guān)于高中化學(xué)知識的研究主要集中在必修教材的內(nèi)容上，如：物質(zhì)的量、氧化還原反應(yīng)、元素周期律、元素化合物知識、化學(xué)鍵等，對選修教材的內(nèi)容研究相對較少。對教材顯性知識的研究較多，對隱性知識的研究較少。

3.1.2比較研究

比較研究是化學(xué)教材研究的主要方法，教材的比較研究主要包括三個方向：一是國內(nèi)外化學(xué)教材的比較研究，研究對象主要為美國和德國的化學(xué)教材等，這些國家均為發(fā)達(dá)國家，滲透在教材中的教育思想和理念值得我國借鑒。教材是深層結(jié)構(gòu)和表層結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一，大多數(shù)的研究內(nèi)容是教材的表層結(jié)構(gòu)，如功能模塊、語言文字、圖和表等，對深層結(jié)構(gòu)的研究較少。

二是國內(nèi)不同版本化學(xué)教材的比較研究，包含不同版本教材的橫向比較和同版本新舊教材的縱向比較。研究對象主要為高中人教版、蘇教版和魯科版化學(xué)教材，研究內(nèi)容有知識編排、習(xí)題、欄目、插圖、表格、實驗探究等。有學(xué)者構(gòu)建了教材分析模型，依據(jù)分析模型對整本教材的內(nèi)容選擇、組織和呈現(xiàn)進(jìn)行比較，結(jié)果表明魯科版教材內(nèi)容最豐富，難度和深度也是最大的。

三是國內(nèi)化學(xué)教材的演變研究，研究對象為我國近代出版的中學(xué)化學(xué)教材，研究內(nèi)容有STS、實驗、插圖等。有研究對近代中學(xué)化學(xué)教材的出版特點與內(nèi)容變遷進(jìn)行了梳理，指出要拓展化學(xué)教材的研究來源，提高研究深度以及關(guān)注“本土化”發(fā)展。

總體來看，關(guān)于化學(xué)教材的比較研究主要是國內(nèi)外化學(xué)教材的比較，其次是國內(nèi)不同版本教材的橫向比較，相對較少的是新舊教材的縱向比較和國內(nèi)化學(xué)教材的演變研究，研究者主要關(guān)注教材的表層結(jié)構(gòu)，對教材的深層結(jié)構(gòu)研究相對較少。

3.1.3使用研究

化學(xué)教材的使用研究主要圍繞“科學(xué)素養(yǎng)”和“化學(xué)教學(xué)”兩方面展開，包含兩個方向：一是對教材微觀結(jié)構(gòu)的使用研究。研究主要針對某一具體章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計或提出教學(xué)策略和教學(xué)建議，如有研究以飽和溶液的概念為例分析了教師使用教材的不同層次水平，探索創(chuàng)造性使用化學(xué)教材，構(gòu)建化學(xué)優(yōu)質(zhì)課堂，提高化學(xué)教學(xué)效益的教學(xué)策略。有研究對新舊化學(xué)教材中科學(xué)探究各欄目的數(shù)量、內(nèi)容及組織形式等進(jìn)行統(tǒng)計分析，提出用心研讀課標(biāo)與教材、精心設(shè)計探究活動和加強(qiáng)學(xué)生基礎(chǔ)實驗的教學(xué)建議，從而提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。同時有研究者認(rèn)為應(yīng)打破“圣經(jīng)式”的教材觀，須“因時因地因人”對教材進(jìn)行二次開發(fā)，以便于知識的內(nèi)化，提高課堂效率，減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)。

二是對教材使用情況的調(diào)查研究。對使用情況進(jìn)行調(diào)查有利于了解教材的使用情況以及在使用過程中出現(xiàn)的問題，提高化學(xué)教學(xué)的質(zhì)量。有研究者對人教版化學(xué)必修教材“科學(xué)視野”欄目使用現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查分析，指出要將該欄目納入教學(xué)的整體設(shè)計，發(fā)揮其培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)功能。

總體來看，教材的使用研究主要是從教師的角度展開，研究方法有經(jīng)驗總結(jié)法、問卷調(diào)查法、訪談法等。其中一線教師是研究的中堅力量，為實踐層面的研究積累了寶貴的實戰(zhàn)經(jīng)驗和素材。

3.1.4編制研究

教材是依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)編制的、系統(tǒng)反映學(xué)科內(nèi)容的教學(xué)用書，課程標(biāo)準(zhǔn)是教材編制研究的基礎(chǔ)。教材的編制研究包含兩方面：一是編寫者對教材的編寫思路進(jìn)行解讀，通過解讀可以為一線教師理解設(shè)計理念，掌握內(nèi)容變化，展開教學(xué)提供幫助。人教社化學(xué)編輯室對人教版高中化學(xué)必修和選修教材的編寫進(jìn)行了一系列的解讀分析，如王晶對《普通高中教科書·化學(xué)必修》進(jìn)行了簡析，指出新教材以繼承、發(fā)展、創(chuàng)新為基本指導(dǎo)思想，從學(xué)科本質(zhì)出發(fā)構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)，精編內(nèi)容和呈現(xiàn)方式，優(yōu)化欄目功能，體現(xiàn)和落實化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，彰顯學(xué)科育人價值。

二是研究者對教材內(nèi)容研究后提出編寫或修訂意見。對教材內(nèi)容的編寫修訂提出意見有利于教材的不斷發(fā)展和完善。有研究者對德國教材《今日化學(xué)》中核心概念的編寫進(jìn)行研究，提出“選擇真實的情境并一以貫之，突出圖像的直觀作用使抽象內(nèi)容具體化，充分運用實驗活動助力概念形成”等編寫意見。洪天慧基于對高中三個版本教材中“物質(zhì)的量”內(nèi)容編寫以及教學(xué)中存在的問題的分析，提出新的編寫方案。

總體來看，教材的編制研究有助于教材的發(fā)展，研究人員以教材編寫者和一線教師為主，研究的方法主要有內(nèi)容分析法和經(jīng)驗總結(jié)法，定量的方法相對較少，對具體內(nèi)容編寫的研究需全面深入。

3.2關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞突現(xiàn)（burst）是指在一段時間內(nèi)關(guān)鍵詞使用頻次突然增高，表明在該段時間內(nèi)受到研究學(xué)者的廣泛關(guān)注，對突現(xiàn)詞分析可以掌握該研究領(lǐng)域的研究熱點、前沿以及發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖譜見圖3，根據(jù)突現(xiàn)詞的年份和特點，將近二十年來的化學(xué)教材研究主要分為三個階段。

第一階段（2003-2007年）：2001年6月《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》出臺，標(biāo)志著新一輪的基礎(chǔ)教育課程改革開啟，“課程改革”的突現(xiàn)強(qiáng)度為2. 9729，成為研究的熱點。教材是課程目標(biāo)和內(nèi)容的具體體現(xiàn)，也是教師教學(xué)的主要依據(jù)，學(xué)生學(xué)習(xí)的主要資源，在課程改革中占有重要地位。2003年教育部頒布了《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》，依據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)編制的三個版本化學(xué)教材2004年秋季開始在山東省、廣東省、海南省和寧夏回族自治區(qū)四個試驗區(qū)進(jìn)行教學(xué)試驗，由此展開了化學(xué)教材的研究熱潮，“化學(xué)教材”的突現(xiàn)強(qiáng)度為12. 7655，是突現(xiàn)強(qiáng)度最強(qiáng)的關(guān)鍵詞。新課改強(qiáng)調(diào)要改變過于注重知識傳授的傾向，從突現(xiàn)圖譜中可以看出在課程改革的初期“化學(xué)知識”“化學(xué)方程式”“化學(xué)實驗”是這段時間研究的熱點和趨勢，在2003-2007年間更多的還是關(guān)于對教材中化學(xué)知識的研究。

第二階段（2008-2016年）：美國于1989年發(fā)表了《面向全體美國人的科學(xué)》，1995年發(fā)布了《美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》等科學(xué)教育文件，將科學(xué)素養(yǎng)視為科學(xué)教育的最終培養(yǎng)目標(biāo)，并且十分重視科學(xué)教育領(lǐng)域核心概念和共通科學(xué)概念的學(xué)習(xí)與理解對促進(jìn)個體科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的重要作用。中國公民科學(xué)素養(yǎng)不容樂觀，提高中國公眾的科學(xué)素養(yǎng)迫在眉睫，隨著改革的深入進(jìn)行，《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》出版，要求教材的編制要以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為主旨，倡導(dǎo)科學(xué)探究的學(xué)習(xí)方式。“課程標(biāo)準(zhǔn)”在這段時間突現(xiàn)強(qiáng)度達(dá)到了3. 574，研究者從具體化學(xué)知識的研究轉(zhuǎn)移到了“科學(xué)素養(yǎng)”和“化學(xué)概念”上，說明改革取得了一定的成果。這一階段關(guān)于化學(xué)教材的研究符合新課改的目標(biāo)，從教知識到讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)、學(xué)會學(xué)習(xí)，形成正確的價值觀。新課改強(qiáng)調(diào)教師既是教材的使用者，也是教材的建設(shè)者和課程資源的開發(fā)者，2014-2016年，“二次開發(fā)”“教材研究”成為研究的熱點，說明研究者開始創(chuàng)造性地使用教材。

第三階段（2017-2020年）：2017年《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》頒布，新課程標(biāo)準(zhǔn)以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，設(shè)置滿足學(xué)生多元發(fā)展需求的高中化學(xué)課程，選擇體現(xiàn)基礎(chǔ)性和時代性的化學(xué)課程內(nèi)容，重視開展素養(yǎng)為本的教學(xué)，倡導(dǎo)基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的評價?；凇镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》編制的人教版、蘇教版、魯科版高中化學(xué)教材出版并陸續(xù)在全國開始使用，“高中化學(xué)教材”的突現(xiàn)強(qiáng)度3. 4951，突現(xiàn)時間從2016年持續(xù)到了2020年，成為當(dāng)前化學(xué)教材的研究的熱點和前沿，化學(xué)教材研究的熱點方法是突現(xiàn)強(qiáng)度為3. 3261的“比較研究”，通過對不同版本化學(xué)教材的橫向、縱向比較研究，可以為一線教師選擇教學(xué)內(nèi)容，實施教材內(nèi)容提供參考依據(jù)，通過對國內(nèi)外的化學(xué)教材進(jìn)行比較研究，可以為我國化學(xué)教材的編寫提供參考意見。研究的熱點內(nèi)容是突現(xiàn)強(qiáng)度為4. 1014的“習(xí)題”，好的習(xí)題是教材的點睛之筆，不僅可以鞏固知識，還有助于培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，教師也能根據(jù)反饋情況及時調(diào)整教學(xué)。這一階段研究者主要關(guān)注基于新課標(biāo)編制的高中化學(xué)教材的研究。

4研究結(jié)論和反思

4.1研究結(jié)論

從關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析來看，化學(xué)教材的研究高中階段多于初中階段，研究的版本主要為人教版。化學(xué)教材的研究的熱點主要集中在四個方面：一是教材的內(nèi)容研究，主要集中在化學(xué)實驗、化學(xué)知識、化學(xué)史、習(xí)題、欄目上;二是教材的比較研究，主要有國內(nèi)與國外化學(xué)教材的比較研究，國內(nèi)不版本化學(xué)教材的比較研究和國內(nèi)化學(xué)教材的演變研究;三是教材的使用研究，有對教材微觀結(jié)構(gòu)的使用研究和對教材使用情況的調(diào)查研究;四是教材的編制研究，有編寫者對教材的編寫思路過程進(jìn)行解讀，也有研究者對具體內(nèi)容進(jìn)行研究后提出編寫或修訂的意見。

從關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析來看，近20年來的化學(xué)教材研究主要分為3個階段：第一階段（2003-2007年）重點關(guān)注教材中的化學(xué)知識;第二階段（2008-2016年）重點關(guān)注科學(xué)素養(yǎng)、核心概念，教材的二次開發(fā);第三階段（2017 -2020年）重點關(guān)注基于新課標(biāo)編寫的高中化學(xué)教材。

4.2研究反思

4.2.1均衡各階段各版本的教材研究

從關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析來看，化學(xué)教材的研究高中階段多于初中階段，人教版多于其他版本，對不同階段不同版本化學(xué)教材的研究存在著不均衡的現(xiàn)象。初中階段是化學(xué)的啟蒙階段，要鼓勵研究者參與到初中化學(xué)教材的研究中，不同版本的教材有著各自的特點和優(yōu)勢，研究者對不同版本的化學(xué)教材進(jìn)行研究，有利于教材的不斷發(fā)展和完善。

4.2.2加強(qiáng)對選修教材的研究

高中化學(xué)教材的內(nèi)容研究主要集中在必修教材上，如：物質(zhì)的量、氧化還原反應(yīng)、元素周期律、元素化合物知識、化學(xué)鍵等，對選修教材《物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》《化學(xué)反應(yīng)原理》《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》的研究相對較少。選修教材的內(nèi)容較為抽象難度大，學(xué)生學(xué)習(xí)起來比較困難，且其是大學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，因此，未來需加強(qiáng)對選修教材的研究。

4.2.3豐富教材的研究視角

教材的使用者主要是教師和學(xué)生，對教材進(jìn)行研究，最終目的是能更好地促進(jìn)教師的教和學(xué)生的學(xué)。目前多數(shù)研究都是站在教師的角度進(jìn)行的，可以豐富教材的研究視角，從學(xué)生的角度看如何使用好教材更好地自主學(xué)習(xí).在閱讀和使用教材的過程中存在什么問題，在實際學(xué)習(xí)中，教材的使用情況如何。這些課題都來源于實踐，研究和解決好這些課題，有利于教材的修訂和完善，更有利于實際教學(xué)。