何淯鹛 葉建柱

(溫州大學(xué)物理與電子信息工程學(xué)院 浙江 溫州 325035)

1 引言

思維導(dǎo)圖是由英國著名心理學(xué)家托尼巴贊在19世紀(jì)70年代創(chuàng)立的一種思維工具和學(xué)習(xí)方法.近年來，思維導(dǎo)圖作為一種新型教學(xué)工具在教育界掀起一股熱潮，被教師們應(yīng)用到不同的學(xué)科教學(xué)當(dāng)中，研究其教學(xué)效用.物理學(xué)科當(dāng)然也不例外.

物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，對學(xué)生的抽象思維和形象思維能力要求較高.很多學(xué)生在建立物理模型、解決物理綜合性問題、透過物理現(xiàn)象挖掘物理本質(zhì)等方面的能力較弱.將思維導(dǎo)圖引入到物理教學(xué)，能有針對性地解決學(xué)生在這方面的困難.同時，物理是一門強(qiáng)調(diào)知識系統(tǒng)性與思維發(fā)散性的學(xué)科，與思維導(dǎo)圖放射性和結(jié)構(gòu)化的繪圖原則是相契合的.因此，思維導(dǎo)圖與物理學(xué)科貌似具有更密切的聯(lián)系，將思維導(dǎo)圖運(yùn)用到物理教學(xué)中潛藏著巨大的價值.物理學(xué)科的教育學(xué)者們都注意到了這點，在新課改的背景下，紛紛都將目光轉(zhuǎn)移到了思維導(dǎo)圖上，研究思維導(dǎo)圖在物理教學(xué)中的理論基礎(chǔ)、應(yīng)用價值，探討思維導(dǎo)圖下的新型物理教學(xué)模式并進(jìn)行了一系列實證研究.那么，經(jīng)過近年來的不斷努力，研究進(jìn)程到底如何了呢？

人們對于某個學(xué)科研究進(jìn)程的了解大多是基于文獻(xiàn)綜述，憑借個人的主觀判斷進(jìn)行總結(jié)歸納，較少采用量化的方法，讓全部的文獻(xiàn)說話.當(dāng)前，國際上正在流行的科學(xué)知識圖譜技術(shù)為我們提供了這樣的技術(shù)支持.知識圖譜能夠用直觀的圖像展示出最前沿領(lǐng)域和學(xué)科知識的信息匯聚點，從宏觀、中觀、微觀等不同層面來揭示一個領(lǐng)域或?qū)W科的發(fā)展概貌，使人們便于全面審視一個學(xué)科的結(jié)構(gòu)和研究熱點[1].本文正是借鑒這一方法，繪制出物理學(xué)科思維導(dǎo)圖的研究熱點知識圖譜，客觀和直觀地展示近年來我國該領(lǐng)域的研究成果.

2 研究方法

2.1 資料來源

首先，確定樣本.進(jìn)入中國知網(wǎng)(CNKI)，檢索主題詞為“物理思維導(dǎo)圖”的所有文獻(xiàn)，檢索時間為“2005-2017年”，共查閱到與主題相關(guān)的文獻(xiàn)346篇.其次，剔除其中不符合要求的文獻(xiàn)，如重復(fù)發(fā)表、會議記錄、雜文隨感等，共得到有效論文319篇.最后，對材料標(biāo)準(zhǔn)化處理，對論文的關(guān)鍵詞進(jìn)行格式和內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化，例如刪去沒有實際意義的動詞“優(yōu)化”，將“實踐教學(xué)”和“實踐性教學(xué)”統(tǒng)一為“實踐性教學(xué)”等.

2.2 研究工具

采用bicomb2.0 (Biliographic Item Co-Oc-currence Matrix Builder)書目共現(xiàn)分析系統(tǒng)和IBM19.0(statistical Product and Service Solu-tions)“統(tǒng)計產(chǎn)品與服務(wù)解決方案”軟件作為本研究的兩大基本研究工具.

3 研究過程

首先，確定高頻關(guān)鍵詞.使用bicomb2.0對319篇文章進(jìn)行關(guān)鍵詞提取，總共得到1 460個關(guān)鍵詞.導(dǎo)出出現(xiàn)頻次大于等于6的關(guān)鍵詞，得到前33位關(guān)鍵詞及他們的詞頻統(tǒng)計，即研究結(jié)果一.

其次，建立高頻關(guān)鍵詞共詞矩陣.共詞矩陣是一個對稱矩陣，主對角線上的數(shù)據(jù)表示關(guān)鍵詞與自身的共現(xiàn)頻次，即相關(guān)程度；非主對角線上單元格的數(shù)據(jù)代表兩個不同關(guān)鍵詞之間的共現(xiàn)頻次，如“思維導(dǎo)圖”與“初中物理”的共詞頻次為49，即表明這兩個關(guān)鍵詞共在49篇文獻(xiàn)中被同時使用[2].

再次，構(gòu)造相似矩陣.為適應(yīng)不同的多元統(tǒng)計方法對數(shù)據(jù)的要求，需要在共詞矩陣的基礎(chǔ)上利用Ochiai等值系數(shù)的方法構(gòu)造出相似矩陣：

Ochiai相似系數(shù)

其中，等值系數(shù)Eij的值在0～1之間，代表敘詞A和B共同出現(xiàn)的概率；Cij代表敘詞A和B在文獻(xiàn)中共同出現(xiàn)的頻次；Ci代表敘詞A在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻次；Cj代表敘詞B在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的頻次[2].

第四，轉(zhuǎn)換相異矩陣.由于相似矩陣中0值過多，統(tǒng)計時容易造成誤差，因此，采用1-相似矩陣的做法，生成相異矩陣，得到研究結(jié)果二.

第五，進(jìn)行高頻關(guān)鍵詞聚類分析.將詞篇矩陣導(dǎo)入到spss19.0中，使用系統(tǒng)聚類，生成關(guān)鍵詞的聚類樹圖，得到研究結(jié)果三.

第六，進(jìn)行多維尺度分析.運(yùn)用spss19.0對高頻關(guān)鍵詞相異系數(shù)矩陣進(jìn)行多維尺度分析，繪制出關(guān)鍵詞知識圖譜，得到研究結(jié)果四.

最后，結(jié)合聚類和知識圖譜對研究結(jié)果進(jìn)行分析和解釋.

4 研究結(jié)果與分析

4.1 高頻關(guān)鍵詞詞頻統(tǒng)計及分析

對319篇文章中的1 460個關(guān)鍵詞進(jìn)行詞頻統(tǒng)計分析，共抽取出33個高頻關(guān)鍵詞，其排序結(jié)果如表1所示.

表1 前33位高頻關(guān)鍵詞排序

從表1可初步了解我國近年來物理學(xué)科對于思維導(dǎo)圖的研究熱點和研究趨勢.詞頻統(tǒng)計結(jié)果初步表明，物理學(xué)科對于思維導(dǎo)圖的研究多圍繞教學(xué)應(yīng)用、復(fù)習(xí)解題、知識框架和物理思維等方面展開，且廣泛應(yīng)用于中等教育的實踐教學(xué)中.

4.2 高頻關(guān)鍵詞相異系數(shù)矩陣

在相異矩陣(表2)中，數(shù)值的大小表明對應(yīng)的兩個關(guān)鍵詞共同出現(xiàn)的頻率，數(shù)值越接近1，表明兩個關(guān)鍵詞一同出現(xiàn)的概率低；數(shù)值越接近零，表明兩個關(guān)鍵詞一同出現(xiàn)的概率高[3].

表2 高頻關(guān)鍵詞Ochiai系數(shù)相異矩陣(部分)

從表2可以看出，與“思維導(dǎo)圖”相關(guān)性較高的前三位關(guān)鍵詞分別是初中物理(0.564)、物理教學(xué)(0.629)、實踐性教學(xué)(0.637).基于表1的研究結(jié)果我們可進(jìn)一步得知，在諸多高頻關(guān)鍵詞中，“思維導(dǎo)圖”與“初中物理”“物理教學(xué)”“實踐性教學(xué)”一起出現(xiàn)的頻率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其與其他關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻率，這表明在已發(fā)表的文獻(xiàn)中，經(jīng)常論及思維導(dǎo)圖與初中物理實踐性教學(xué)的關(guān)系，也即將思維導(dǎo)圖運(yùn)用到初中物理實踐性教學(xué)的研究當(dāng)中.

4.3 高頻關(guān)鍵詞聚類分析

聚類分析是一種建立分類的多元統(tǒng)計分析方法，它能夠?qū)⒁慌兞扛鶕?jù)其諸多特征，在沒有先驗知識的情況下進(jìn)行自動分類[4]，較為相似的先分為一小類，若干相似的分為一大類，分類的結(jié)果在某種程度上反映了變量間的親疏關(guān)系.

根據(jù)關(guān)鍵詞聚類分析的原理，從圖1可以直觀地看出物理思維導(dǎo)圖研究高頻關(guān)鍵詞可以分為四大研究領(lǐng)域，具體分類如表3所示.

結(jié)合相應(yīng)文獻(xiàn)，對四大領(lǐng)域的研究內(nèi)容分析如下：

種類一為思維導(dǎo)圖在物理實踐性教學(xué)中的應(yīng)用研究，包含初中物理、實踐性教學(xué)、高中物理等10個關(guān)鍵詞.這類研究指明了思維導(dǎo)圖在物理實踐性教學(xué)中的作用和應(yīng)用意義.思維導(dǎo)圖能夠?qū)⒔虒W(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)得更加生動、具體，幫助教師明確教學(xué)思路，合理地進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，鞏固課堂教學(xué)，促進(jìn)課堂交流.同時探討了基于思維導(dǎo)圖的新型物理教學(xué)模式，可簡單表述為課前準(zhǔn)備、課中繪制、課后完善，內(nèi)容涉及概念教學(xué)、規(guī)律教學(xué)、實驗教學(xué)等，年級涉及初中和高中.并且對該教學(xué)模式展開實證研究，結(jié)果顯示，這種教學(xué)模式能切實落實三維目標(biāo)，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)成績，深受廣大一線教師和學(xué)生的喜歡，論證了將思維導(dǎo)圖應(yīng)用于物理教學(xué)的必要性和可行性.

種類二為思維導(dǎo)圖在解題中的應(yīng)用研究，是對思維導(dǎo)圖的應(yīng)用擴(kuò)展，包括解題思路、解題過程等7個關(guān)鍵詞.這類研究認(rèn)為，傳統(tǒng)的解題方式比較機(jī)械和死板，是單獨(dú)處理題目中的每個知識要素，對題目中相互聯(lián)系的知識點進(jìn)行分散處理，造成學(xué)生解不出題目的困擾.應(yīng)用思維導(dǎo)圖，有利于引導(dǎo)學(xué)生理清知識間的邏輯關(guān)系，準(zhǔn)確地搜索和定位相關(guān)知識，自主建構(gòu)物理模型，實現(xiàn)思維的可視化，從而形成清晰的解題思路，加快解題速度，提高解題能力.并提出了若干解題實例，例如電學(xué)計算、物理綜合性大題等.

種類三為思維導(dǎo)圖在輔助學(xué)生學(xué)習(xí)中的應(yīng)用研究，包括物理學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)能力等11個關(guān)鍵詞.這類文獻(xiàn)著重研究思維導(dǎo)圖對學(xué)生學(xué)習(xí)的幫助，提供了相關(guān)理論基礎(chǔ)，并對此做了實證研究.引導(dǎo)學(xué)生自主進(jìn)行思維導(dǎo)圖的繪制，包括記錄課堂內(nèi)容和整理知識點等，讓他們順應(yīng)自己的思考方式將知識點連接起來，這樣的做法一方面能加強(qiáng)學(xué)生自己對于所學(xué)知識的了解，便于記憶，另一方面，學(xué)生不再是知識的搬運(yùn)工，而是知識的組織者，學(xué)習(xí)過程變得豐富有趣，增強(qiáng)了自主學(xué)習(xí)的獨(dú)立性，突出學(xué)生的主體地位.

種類四為思維導(dǎo)圖對物理思維的培養(yǎng)，建立知識框架方面的研究，包括思維過程、知識的理解等5個關(guān)鍵詞.物理思維過程是把所觀察到的物理現(xiàn)象、物理事實、物理過程等在大腦中形成清晰的物理圖景，再反復(fù)加工，合理改造，去偽存真，把感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識的過程.思維導(dǎo)圖能幫助學(xué)生理清思維的脈絡(luò)，把抽象的思維過程形象化、可視化并固化下來，形成清晰的知識框架，建立完整的物理體系.同時，思維導(dǎo)圖有助于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，在思考問題時能沖破單向思維的束縛，從多方面多角度透過物理現(xiàn)象看到物理本質(zhì).

圖1 物理學(xué)科思維導(dǎo)圖研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞聚類圖

表3 高頻關(guān)鍵詞聚類結(jié)果

從樹形圖可以看出，思維導(dǎo)圖在物理實踐性教學(xué)中的應(yīng)用研究是當(dāng)前物理教學(xué)中對思維導(dǎo)圖進(jìn)行研究及應(yīng)用的最大熱點(種類一).想要了解研究動態(tài)和研究趨勢，還需對相異矩陣進(jìn)行多維尺度分析.

4.4 關(guān)鍵詞多維尺度分析

多維尺度分析是一種探索性的數(shù)據(jù)分析方法，它將含有多個變量的大型數(shù)據(jù)壓縮到一個低維空間，形成一個直觀的空間二維(或三維)圖形，以空間中的點表示變量之間的潛在規(guī)律性聯(lián)系.在spss19.0中，點擊“Multidimen-sional Scalin(ALSCAL)”，并選擇“從數(shù)據(jù)創(chuàng)建距離”，度量區(qū)間為“Euclidean”，標(biāo)準(zhǔn)化方法選擇Z得分.本研究采用相異矩陣進(jìn)行多維尺度分析，得到的分析結(jié)果如圖2[5]所示.

圖2 思維導(dǎo)圖研究熱點知識圖譜

在此二維坐標(biāo)圖中，各個關(guān)鍵詞所處的位置用小圓圈表示，關(guān)鍵詞關(guān)系越密切，它們所代表的圓圈距離越近，反之，則越遠(yuǎn)[6].經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，知識圖譜中點與點的聚集情況與聚類分析樹狀圖中研究領(lǐng)域的分類基本一致(允許有少數(shù)關(guān)鍵詞對應(yīng)的領(lǐng)域和聚類分析結(jié)果有出入).

根據(jù)戰(zhàn)略坐標(biāo)圖的解讀原則，從圖2可以看出，領(lǐng)域一具有較高的向心度，說明該領(lǐng)域與其他主題領(lǐng)域關(guān)系密切，在當(dāng)前整個研究領(lǐng)域中占有重要地位，是核心主題或者關(guān)注熱點，具有強(qiáng)大生命力，不易消失.但內(nèi)部關(guān)鍵詞間不夠緊密，說明研究不夠成熟，仍有進(jìn)一步挖掘的空間.領(lǐng)域二處于第三象限向第四象限過渡處，說明該領(lǐng)域有進(jìn)一步發(fā)展的可能.領(lǐng)域三處于第二象限，具有較高的軸密度，但向心度較低，說明該領(lǐng)域內(nèi)部聯(lián)系緊密，已經(jīng)自成一體被很好地研究過，是個比較成熟和獨(dú)立的研究領(lǐng)域，但可能由于發(fā)展到一定規(guī)模后沒有有效提升，已經(jīng)不是當(dāng)前學(xué)術(shù)界的研究熱點.領(lǐng)域四整體處于第三象限，向心度較低，內(nèi)部聯(lián)系不夠緊密，說明該領(lǐng)域處于整個研究領(lǐng)域的邊緣地位，相關(guān)的研究文獻(xiàn)不多，尚未得到研究學(xué)者們的足夠重視.

結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)并請教有關(guān)的專家，得出思維導(dǎo)圖在物理學(xué)科的研究動態(tài)是：由幫助學(xué)生學(xué)習(xí)(領(lǐng)域三)逐步過渡到指導(dǎo)物理實踐性教學(xué)(領(lǐng)域一)中去，在課堂教學(xué)方面的應(yīng)用越來越多.同時，如何將物理思維與思維導(dǎo)圖相融合，從而建立完善的知識結(jié)構(gòu)體系(領(lǐng)域四)，以及如何將思維導(dǎo)圖確實有效地落實到物理解題(領(lǐng)域二)中去，幫助學(xué)生解答物理難題仍然有進(jìn)一步的研究空間.

5 結(jié)論與展望

本研究利用bicomb2.0和spss19.0兩款軟件的相關(guān)功能，對我國2005年到2017年物理學(xué)科對思維導(dǎo)圖的研究進(jìn)行了定性和定量的分析，繪制了知識圖譜，比較直觀地了解了該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和研究熱點.主要圍繞四大領(lǐng)域：思維導(dǎo)圖在物理實踐性教學(xué)中的應(yīng)用，在物理解題方面的應(yīng)用，在輔助學(xué)生學(xué)習(xí)中的應(yīng)用以及在培養(yǎng)物理思維方面的應(yīng)用.其中在學(xué)習(xí)和教學(xué)方面的研究比較透徹和熱門，在

思維和解題中的應(yīng)用仍有進(jìn)一步研究的空間.

如何把物理變得簡單易懂，如何讓物理教學(xué)變得更生動愉悅，讓更多的學(xué)生喜歡物理，是物理教師們一直在思考的問題.思維導(dǎo)圖作為一種教學(xué)手段，能使物理教學(xué)變得更順利更輕松；作為一種學(xué)習(xí)手段，能使物理學(xué)習(xí)變得更容易更有趣；作為一種思維工具，能讓大腦在運(yùn)作時效率更高.這無疑會成為廣大教師們的教學(xué)幫手，在未來有更多施展拳腳的空間.本文通過對物理教學(xué)中思維導(dǎo)圖研究熱點的可視化分析，旨在總結(jié)當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，分析前沿動態(tài)，為未來的研究提供有力的理論支持和數(shù)據(jù)支撐，為未來的教育工作者指明研究方向.

參 考 文 獻(xiàn)

1 郭文斌,陳秋珠.特殊教育研究熱點知識圖譜.華東師范大學(xué)學(xué)報(教育科學(xué)版),2012(03):49～54

2 孫曉寧,儲節(jié)旺.近十年知識管理領(lǐng)域碩博士學(xué)位論文研究熱點分析——以共詞分析為方法.情報雜志,2012(06):85～90

3 郭婷,鄭穎.數(shù)據(jù)挖掘在國內(nèi)圖書情報領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀分析——基于文獻(xiàn)計量分析和共詞分析.情報科學(xué),2015(10):91～98

4 唐曉波,葉珍芳.國內(nèi)社會化媒體研究現(xiàn)狀——基于文獻(xiàn)計量分析.情報科學(xué),2015(12):135～141

5 孫曉寧,閆勵,張強(qiáng).科學(xué)知識圖譜在學(xué)科可視化研究中的應(yīng)用.圖書館,2014(05):87～91

6 祁占勇,陳鵬,張旸.中國教育政策學(xué)研究熱點的知識圖譜.教育研究,2016(08):47～56