趙露 王林

摘 要 準(zhǔn)確把握當(dāng)前國內(nèi)中學(xué)物理實驗教學(xué)的研究熱點和前沿問題對于中學(xué)物理教學(xué)有著重要的指導(dǎo)意義。本文以1990年到2015年中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫（CNKI）中涉及的中學(xué)物理實驗教學(xué)相關(guān)文獻為研究對象，運用科學(xué)計量軟件CiteSpace III進行可視化分析后繪制出中學(xué)物理實驗教學(xué)科學(xué)知識圖譜，通過相關(guān)文獻關(guān)鍵詞共引知識圖譜，找出了近25年來國內(nèi)中學(xué)物理實驗教學(xué)的研究熱點和前沿問題，通過圖譜分析可以發(fā)現(xiàn)突變值最大的共引關(guān)鍵詞依次為自制教具和電子白板。本研究結(jié)論對今后中學(xué)物理教師的物理實驗教學(xué)和研究具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞 物理實驗教學(xué) CiteSpace 知識圖譜 熱點問題 前沿領(lǐng)域

物理學(xué)是以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，一切理論都以實驗作為唯一的檢驗基準(zhǔn)。中學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容主要由三部分構(gòu)成：物理概念的形成，物理問題的解決，物理方法的應(yīng)用。單純靠理論知識的講授無法激起學(xué)生的共鳴，要讓學(xué)生靈活掌握并應(yīng)用所學(xué)物理知識，就必須借助于實驗。因此，在中學(xué)物理教學(xué)中，實驗占有尤為重要的地位。理清國內(nèi)中學(xué)物理實驗教學(xué)的研究熱點和前沿問題對中學(xué)物理實驗教學(xué)和研究有著重要的意義。

一、研究方法

1.數(shù)據(jù)來源

本文以2015年11月4日在中國知網(wǎng)（CNKI）中檢索的相關(guān)文獻為研究對象，檢索關(guān)鍵詞為“中學(xué)物理實驗教學(xué)”，共檢索到59601條文獻，由于時間跨度較大，選取1990年至2015年期間的相關(guān)文獻進行研究，通過刪除無關(guān)文獻等一系列整理，最終確定672篇文獻為本文研究的數(shù)據(jù)來源。

2.分析工具及圖譜生成

以美國費城德雷塞爾大學(xué)副教授、大連理工大學(xué)陳超美博士開發(fā)的信息可視化應(yīng)用軟件CiteSpace為分析工具，CiteSpace的核心功能是產(chǎn)生由多個文獻共被引網(wǎng)絡(luò)組合而成的一種獨特的共被引網(wǎng)絡(luò)[1]，以及自動生成的一些相關(guān)分析結(jié)果，通過對生成的知識圖譜進行分析，可獲得本研究領(lǐng)域的熱點問題和前沿變化趨勢。具體操作：（1）將CNKI中檢索到的文獻進行格式轉(zhuǎn)換。先將CNKI中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出為Refworks格式，然后利用CiteSpace3.9R4中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為CiteSpace3.9R4可處理的格式。（2）設(shè)定相關(guān)參數(shù)。間跨度（Time Slicing）設(shè)為1990年至2015年，時間分區(qū)（Years Per Slice）為1年；節(jié)點類型（Node Types）設(shè)為關(guān)鍵詞（Keyword）；閾值（c，cc，ccv）分別設(shè)為（3，3，20）、（3，3，20）、（3，3，20），c為最低被引次數(shù)，即關(guān)鍵詞滿足出現(xiàn)次數(shù)大于3次，cc為共被引次數(shù)，即關(guān)健詞共引次數(shù)大于3次，ccv為共引系數(shù)，即關(guān)鍵詞相似系數(shù)大于0.20。（3）生成關(guān)鍵詞共引知識圖譜：如圖1所示，最終得到的知識圖譜包含21個節(jié)點，34條連線。圖譜中節(jié)點環(huán)的大小表示頻次，外部帶有小圈的節(jié)點環(huán)表示具有高中介中心度的關(guān)鍵節(jié)點。中介中心度是測量某一節(jié)點被其他節(jié)點之間的最短路徑穿過的程度指標(biāo)，中介中心度高的節(jié)點對其他節(jié)點兩兩之間的聯(lián)系起到控制作用，體現(xiàn)了其在整個網(wǎng)絡(luò)中的重要地位[2]。

從圖1中可以看到該關(guān)鍵詞共引的知識圖譜模塊值Modularity Q=0.4494，Q>0.3，說明劃分出來的社團結(jié)構(gòu)是顯著的；平均輪廓值Mean Silhouette=0.6053，S>0.5，說明得到的聚類是合理的[3]。通過紫色外圈的標(biāo)注可以看出實驗教學(xué)的重要性及基礎(chǔ)性，之后將從共引關(guān)鍵詞的中心性和突變率兩個維度來分析中學(xué)物理實驗教學(xué)的熱點問題和發(fā)展前沿。

二、中學(xué)物理實驗教學(xué)領(lǐng)域的熱點和前沿分析

1.中學(xué)物理實驗教學(xué)研究的熱點問題

關(guān)鍵詞的頻度（Frequency）和中心性（Centrality）可以反映該領(lǐng)域發(fā)展路徑及熱點問題，表1列出了前20個關(guān)鍵詞的頻度、中心性等指標(biāo)，從表中可以看出，除了實驗教學(xué)、中學(xué)物理、中學(xué)物理教學(xué)等關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率相當(dāng)高之外，教學(xué)方法、自制教具、演示實驗、農(nóng)村中學(xué)、電子白板也有著較高的頻率，依此可以得出中學(xué)物理實驗教學(xué)方法的探討和農(nóng)村中學(xué)的物理實驗教學(xué)一直以來都是人們研究的熱點。

（1）中學(xué)物理實驗教學(xué)的模式和方法探討

實驗教學(xué)是中學(xué)物理教學(xué)的重要組成部分，尤其是新課程標(biāo)準(zhǔn)的實施，對于學(xué)生的探究能力和動手能力有了更明確的要求，這無疑提高了實驗在中學(xué)物理教學(xué)中的地位，而且實驗也是中、高考出題人極其重視的內(nèi)容，出于中國的應(yīng)試教育背景，執(zhí)教者在實驗教學(xué)上花費了不少心思，特別是物理實驗教學(xué)方法的探討，一只以來都備受研究著和執(zhí)教者的青睞。

①從驗證性實驗到探究性實驗的轉(zhuǎn)變

傳統(tǒng)的物理實驗主要以驗證性實驗為主，驗證性實驗是一種由步驟驅(qū)使的、針對已知的實驗結(jié)果而進行的教學(xué)活動，其實驗器材、實驗方案通常由教科書、實驗手冊或教師給定，實驗室提供[4]。實驗過程中，學(xué)生總是按照既定的步驟進行操作，這就淡化了實驗所具有的功能，無法達到強化知識的目的和學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。因而，一種新的物理實驗教學(xué)模式應(yīng)運而生——探究性實驗，探究性實驗充分考慮了學(xué)生的主體地位，學(xué)生利用教師的引導(dǎo)來進行思考、摸索，最終找到最佳的實驗方案。在這個學(xué)生主動獲取知識的過程中，其創(chuàng)造性思維得到充分發(fā)揮，同時也加深了對課本知識的理解和運用，使實驗真正服務(wù)于課堂，服務(wù)于學(xué)生。

②中學(xué)物理實驗教學(xué)常用方法

目前國內(nèi)大部分中學(xué)物理實驗教學(xué)都借助于一種或多種教學(xué)媒介，在有效組織實驗課的同時，使用電子白板、動畫、網(wǎng)絡(luò)、虛擬仿真等技術(shù)穿插于課堂中來使抽象的物理知識變?yōu)榫唧w的物理現(xiàn)象，不僅激發(fā)了學(xué)生的興趣，而且調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使課堂更為生動；同時，富有趣味的演示實驗也會使學(xué)生產(chǎn)生濃厚的興趣，演示實驗要盡量貼近學(xué)生生活，能使學(xué)生產(chǎn)生共鳴，這樣才能起到事半功倍的效果。

（2）農(nóng)村中學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀及思考

農(nóng)村中學(xué)的物理實驗教學(xué)也是人們關(guān)注的焦點。由于農(nóng)村地區(qū)實驗器材缺乏、師資條件有限[5]，物理實驗的教學(xué)已出現(xiàn)實施不到位的現(xiàn)象。因此，有些教師開始探討低成本物理實驗開發(fā)，教師應(yīng)該具備一定的實驗素質(zhì)，能夠依據(jù)地方特色和現(xiàn)有條件開發(fā)一些貼近學(xué)生日常生活的小實驗，根據(jù)學(xué)生的實際情況組織實驗活動，這樣不僅充分發(fā)揮了實驗的功能，有效地緩解了實驗器材不足所帶來的影響，同時也提高了中學(xué)教師自身的專業(yè)技能。

2.中學(xué)物理實驗教學(xué)研究的前沿領(lǐng)域

在CiteSpace軟件繪制出的知識圖譜中，突變詞是指在較短時間內(nèi)出現(xiàn)較多或使用頻次增長率明顯提高的詞。通過繪制Top20的關(guān)鍵詞的突變值圖2（Citation Bursts）、圖3（Citation History）可以分析出中學(xué)物理實驗教學(xué)領(lǐng)域的前沿動態(tài)，對研究者的研究和執(zhí)教者的教學(xué)都有著非常重要的意義。圖2、圖3中可以看出突變值最大的共引關(guān)鍵詞依次為自制教具和電子白板。

（1）自制教具在中學(xué)物理實驗教學(xué)中的突出地位

自制教具是教師和學(xué)生為改進教學(xué)方法，就地取材、自己設(shè)計制作的教具，是教師自身科學(xué)知識與教學(xué)經(jīng)驗、操作技能的結(jié)晶[6]。鑒于我國目前中學(xué)物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀，自制教具既可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力、開闊學(xué)生思維，也是解決當(dāng)前實驗儀器不足的有效途徑，因此執(zhí)教者在教學(xué)過程中能夠根據(jù)實際情況親自動手制作一些教具已經(jīng)成為了一項不可缺少的技能。新課程教學(xué)大綱明確提出：“要發(fā)動學(xué)生和老師一起自制教具?！彼?，自制教具的過程也是師生互動、共同進步的過程，這對于教師和學(xué)生的發(fā)展都有著深刻的意義。

自制教具具有針對性強，見效快的特征，因此它具有強大的生命力。在大力推行的過程中，應(yīng)注意帶著啟發(fā)性、經(jīng)濟性、可靠性、可觀性這四點要求進行自制教具的設(shè)計。在設(shè)計自制教具時應(yīng)遵循這樣的原則：做大一點、使用信手可得的材料、結(jié)構(gòu)簡單、能進行鮮明的演示、教育目標(biāo)恰當(dāng)、做好一點[7]。

（2）電子白板在中學(xué)物理實驗教學(xué)中的作用

從2012年開始，研究者開始探索將電子白板與中學(xué)物理實驗教學(xué)相結(jié)合，交互式電子白板是一種由計算機控制并與投影儀相連接的觸感式白板，交互式電子白板系統(tǒng)有四個組成要素：計算機、投影儀、相關(guān)應(yīng)用軟件以及電子白板，使用者可以通過點觸或非點觸的筆操作白板來控制計算機[8]。利用電子白板的交互功能能夠使教師和學(xué)生之間產(chǎn)生更多的互動，提高課堂效率。而且執(zhí)教者可以將不易操作的物理實驗拍成視頻，插入電子白板課件中進行播放，從而達到教學(xué)目標(biāo)。但是目前中學(xué)教師對于電子白板的使用，僅限于一些表面的功能，沒有充分利用其交互功能，這是需要進行改善的。

三、結(jié)論

本文通過對國內(nèi)1990年到2015年中學(xué)物理實驗教學(xué)的相關(guān)文獻進行梳理、分析，概括出了該領(lǐng)域的研究熱點和發(fā)展走向。實驗在中學(xué)物理教學(xué)過程中占據(jù)著重要的地位，探究性實驗的出現(xiàn)在物理實驗教學(xué)的海洋中掀起了巨大的波浪，在中學(xué)物理實驗教學(xué)中執(zhí)教者應(yīng)多設(shè)計探究性實驗，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和發(fā)散思維，同時，充分利用身邊的資源進行教具設(shè)計，通過自制教具、電子白板等的使用來抓住課堂。研究者也應(yīng)在今后的研究中來完善自制教具的設(shè)計和信息技術(shù)與物理實驗課程的整合，讓物理實驗和信息技術(shù)成為中學(xué)課堂的好幫手。

參考文獻

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[8] F.Saltan，K.Arslan，K.A New Teacher Tool，Interactive White Boards：A Meta Analysis.In I. Gibson et al.（Eds.），Proceedings of Society for Information Technology & Teacher Education International Conference 2009. Chesapeake，VA：AACE，2009.pp.2115～2120.

[作者：趙露（1992-），女，山西呂梁人，寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院在讀碩士研究生；王林（1959-），男，寧夏銀川人，寧夏大學(xué)物理電氣信息學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師。]

【責(zé)任編輯 孫曉雯】