鄧浩儀 張軍朋

(華南師范大學(xué)物理與電信工程學(xué)院 廣東 廣州 510000)

物理核心素養(yǎng)是由“物理觀念”“科學(xué)思維”“實(shí)驗(yàn)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”4個要素構(gòu)成[1]，其中，科學(xué)思維是核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容，主要包括模型建構(gòu)、科學(xué)推理、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等要素.因此，物理科學(xué)思維在國內(nèi)引起了廣泛的討論，成為教育領(lǐng)域研究的熱點(diǎn).那么，國內(nèi)物理課程視角下的科學(xué)思維研究現(xiàn)狀如何？有哪些研究熱點(diǎn)？如何進(jìn)一步深入研究？

鑒于此，本研究利用CiteSpace對國內(nèi)有關(guān)物理課程科學(xué)思維的論文進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和可視化分析，以期了解當(dāng)前國內(nèi)物理課程科學(xué)思維的研究熱點(diǎn)，呈現(xiàn)其研究趨勢，進(jìn)而總結(jié)當(dāng)前研究存在的問題及建議，為我國研究學(xué)者提供有價值的參考依據(jù).

1 研究設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)，采用高級檢索，檢索條件表達(dá)式為“主題=科學(xué)思維OR主題=模型建構(gòu)OR主題=科學(xué)推理OR主題=科學(xué)論證OR主題=質(zhì)疑創(chuàng)新AND主題=物理課程OR(題名=科學(xué)思維OR題名=模型建構(gòu)OR題名=科學(xué)推理OR題名=科學(xué)論證OR題名=質(zhì)疑創(chuàng)新OR題名=物理課程) (模糊匹配)”.檢索后共有494篇，篩掉會議論文和英文文獻(xiàn)后剩下的489篇作為本研究的樣本.

1.2 研究方法及工具

本研究使用的分析工具是陳美超開發(fā)的CiteSpace，利用其繪制出知識圖譜，用于分析科學(xué)思維的發(fā)展趨勢和動向[2].

2 結(jié)果與分析

2.1 研究現(xiàn)狀分析

2.1.1 時間分布特征

本研究對收集到的文獻(xiàn)按照年份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到圖1所示的發(fā)表年度趨勢.從圖1可以看出，我國關(guān)于科學(xué)思維的研究在1999—2016年的發(fā)文量都比較少.在2017年，我國開始頒布新課標(biāo)后，關(guān)于科學(xué)思維的發(fā)文量出現(xiàn)明顯的突增.可見，自2017年以來，國內(nèi)開始關(guān)注科學(xué)思維，如今處于從起步階段轉(zhuǎn)為發(fā)展階段.

圖1 國內(nèi)物理課程視角下的科學(xué)思維的發(fā)文量年度分布

2.1.2 核心作者及合作網(wǎng)絡(luò)分析

對作者進(jìn)行共現(xiàn)分析，得到作者合作圖譜，如圖2所示，網(wǎng)絡(luò)共由266個節(jié)點(diǎn)和124條鏈路組成，密度為0.003 5，說明網(wǎng)絡(luò)密度不高，未形成緊密聯(lián)系的合作網(wǎng)絡(luò).由圖2可知，僅形成2～3個聯(lián)系比較緊密的團(tuán)隊(duì)，彭振生、王桂英、王聞琦和李莉來自宿州學(xué)院，有緊密聯(lián)系.另外，馬亞鵬、廖伯琴、于海波、熊建文等人在該領(lǐng)域也較為活躍.

圖2 作者合作圖譜

2.1.3 研究機(jī)構(gòu)分析

在CiteSpace生成的機(jī)構(gòu)合作的科學(xué)知識圖譜(如圖3所示)中，可以看出共有232個機(jī)構(gòu)，48條連線，密度為0.001 8，合作關(guān)系不太密切,合作主要集中在同一個省份或同一個學(xué)校中.研究覆蓋面較廣，涵蓋多個直轄市或省份，如北京、江蘇、浙江、陜西等.其中合作頻率較高的有西南大學(xué)、云南師范大學(xué)、南京師范大學(xué)、東北師范大學(xué)、華中師范大學(xué)、安徽師范大學(xué)，大部分為師范院校，可見師范類的高校更關(guān)注科學(xué)思維，在研究方面具有主導(dǎo)性.

圖3 研究論文機(jī)構(gòu)合作分布圖譜

2.2 研究熱點(diǎn)分析

2.2.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜分析

關(guān)鍵詞提供了文章核心內(nèi)容的信息，因此,可以利用關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)來查看某個知識領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[3,4].通過同義詞合并，刪減無義詞后，利用軟件分析，得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜網(wǎng)絡(luò)(如圖4所示)，由299個節(jié)點(diǎn)和475條連線組成.節(jié)點(diǎn)大小表示相應(yīng)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次的多少，節(jié)點(diǎn)越大，代表關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次越多.每個節(jié)點(diǎn)的大小與對應(yīng)關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻率成正比.

從圖4可以看出，頻次較高的是“核心素養(yǎng)”“物理教學(xué)”“科學(xué)思維”“教學(xué)策略”“新課標(biāo)”“教學(xué)模式”等.由此可以看出，當(dāng)前研究熱點(diǎn)聚焦在教學(xué)中的策略和模式.

圖4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

2.2.2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)詞頻統(tǒng)計(jì)分析

按照關(guān)鍵詞出現(xiàn)的頻次大小進(jìn)行排序，選取頻次前12的關(guān)鍵詞，整理如表1所示.

表1 關(guān)鍵詞頻次表

接下來將根據(jù)表1的關(guān)鍵詞頻率，并在相關(guān)文獻(xiàn)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，總結(jié)出國內(nèi)物理課程科學(xué)思維的研究熱點(diǎn)主要為以下3個方面：

(1)科學(xué)思維的教材分析研究

許多學(xué)者從科學(xué)思維的角度研究分析教材內(nèi)容，顯化教材中的科學(xué)思維.目前，國內(nèi)針對科學(xué)思維而進(jìn)行的教材研究可以分成以下兩類.第一類是科學(xué)思維在教材中的定性分析.由于國內(nèi)教材的科學(xué)思維通常隱含在物理概念、規(guī)律和方法等內(nèi)容當(dāng)中，導(dǎo)致不同的學(xué)者對教材的定性分析切入的角度各有不同，如在教材的欄目、習(xí)題、實(shí)驗(yàn)中挖掘模型建構(gòu)的要素或科學(xué)方法，解釋其如何培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)能力和掌握科學(xué)方法[5～7].第二類是科學(xué)思維在教材中的定量分析.一些學(xué)者對教材蘊(yùn)含的核心素養(yǎng)進(jìn)行界定與統(tǒng)計(jì)，而科學(xué)思維僅作為其中一個要素.也有學(xué)者對不同教材中科學(xué)思維的要素進(jìn)行定量比較從而提出教學(xué)建議與教材編寫建議[8,9].從現(xiàn)有的文獻(xiàn)中，我們可以發(fā)現(xiàn)科學(xué)思維在教材中的研究還不夠深入，大部分還停留在定性分析，受主觀因素影響較大；而定量研究中可以利用的評價工具比較缺乏.

(2)科學(xué)思維的物理教學(xué)研究

1)科學(xué)思維培養(yǎng)的教學(xué)模式

基于教學(xué)的內(nèi)容不同，學(xué)者們自行開發(fā)了一系列的教學(xué)模式，并將其運(yùn)用在教學(xué)過程或者教學(xué)設(shè)計(jì)當(dāng)中，并應(yīng)用于實(shí)踐當(dāng)中.主要有3種教學(xué)模式.

第一種模式是基于模型建構(gòu)的教學(xué)模式[10].首先，創(chuàng)設(shè)情境，引入概念，為建立模型做好準(zhǔn)備工作.接著是“思維加工，形成概念”階段，進(jìn)行模型建立與分析.最后鞏固深化，學(xué)生可以驗(yàn)證自己頭腦中的模型是否可以解決類似的問題.

第二種教學(xué)模式是“五環(huán)”教學(xué)模式(如圖5所示)[11].有學(xué)者將其模式應(yīng)用在高一的6種主要物理課型中[12]，并進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)這種方式可以培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，但是也存在局限性，如教師容易將模式僵化，自主性不強(qiáng)的學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)不足等問題.

圖5 “五環(huán)”教學(xué)模式結(jié)構(gòu)圖

第三種是5E教學(xué)模式.5E教學(xué)模式由5個環(huán)節(jié)構(gòu)成——參與、探究、解釋、遷移和評價(如圖6所示).主要是通過探究的方式，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，也要將新舊知識結(jié)合，進(jìn)行合理外推[13].

圖6 5E教學(xué)模式

2)科學(xué)思維培養(yǎng)的教學(xué)策略

通過閱讀文獻(xiàn)，關(guān)于科學(xué)思維培養(yǎng)的教學(xué)策略可以分為3類.

首先是問題與情境下的任務(wù)驅(qū)動.融合問題與任務(wù)的情境驅(qū)動運(yùn)用廣泛且高效，起到啟發(fā)誘導(dǎo)的作用.在情境方面，不同學(xué)者會創(chuàng)設(shè)不同的情境，如生活情境、實(shí)驗(yàn)情境、物理學(xué)史情境等情境[14～20]，幫助學(xué)生理解抽象的知識.在問題方面，通過分析課標(biāo)、教材、學(xué)情來確定教學(xué)目標(biāo)從而確定核心問題，接著以一系列階梯型的問題鏈的形式進(jìn)行設(shè)問，培養(yǎng)學(xué)生探究問題的思維[21].

其次是物理學(xué)史滲透.物理學(xué)史的滲透通常用在含有經(jīng)典的物理實(shí)驗(yàn)的物理課程當(dāng)中，大部分學(xué)者會選用自由落體運(yùn)動、牛頓第一定律等課例來進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)或者實(shí)證[22～26].通過講述歷史故事、使用多媒體材料或者演示歷史等方式，對研究問題的不同觀點(diǎn)進(jìn)行思考與思想的碰撞，從而達(dá)成科學(xué)思維教育.

最后是問題解決.有學(xué)者將近年的高考題進(jìn)行歸類和尋找共性，將題目中的文字信息轉(zhuǎn)化為真實(shí)情境和物理模型，促進(jìn)學(xué)生模型建構(gòu)的能力.再對問題進(jìn)行改編，讓學(xué)生進(jìn)行求解，培養(yǎng)學(xué)生的分析推理、綜合能力，讓學(xué)生在解題過程中掌握物理規(guī)律和方法[27].也有學(xué)者提出針對解答中的錯誤來培養(yǎng)思維的縝密性，還可以通過優(yōu)化習(xí)題的情境，創(chuàng)設(shè)開放性的問題，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑意識[28].

(3)科學(xué)思維的評價研究

1)科學(xué)思維的層次與水平劃分

在高中階段，大部分學(xué)者按照課標(biāo)進(jìn)行劃分，也有學(xué)者結(jié)合文獻(xiàn)，與專家、一線教師討論后將其進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)的劃分，提出科學(xué)思維能力的表現(xiàn)框架[29].在初中階段，有學(xué)者借鑒新課標(biāo)的水平劃分，對照《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》中有關(guān)科學(xué)思維的描述，將科學(xué)思維分解為情境轉(zhuǎn)換、現(xiàn)象分析、證據(jù)意識、質(zhì)疑創(chuàng)新4個要素，并劃分為初級、中級、高級3個水平[30].

2)關(guān)于評價方式

主要方法是問卷調(diào)查和訪談.其中問卷調(diào)查主要是通過試題和被試者的作答情況來進(jìn)行判斷與評價，有學(xué)者就是利用高考題或者平時的測驗(yàn)題目挑選出來進(jìn)行測試[29～31]，也有學(xué)者自行設(shè)計(jì)題目[32]，但是這類測試很難有效排除學(xué)生物理知識的掌握程度和粗心導(dǎo)致失誤對物理思維能力測量的干擾.訪談則主要是對測試后的學(xué)生和教師進(jìn)行訪談，了解科學(xué)思維的培養(yǎng)困難和成因.

3)命題方式

在命題類型方面，大部分研究包括選擇題、計(jì)算題、簡答題、材料題等多種類型.在命題的內(nèi)容方面，根據(jù)命題面對的對象不同，分為學(xué)生和教師兩類.關(guān)于學(xué)生層面的調(diào)查問卷是從科學(xué)思維的4個要素進(jìn)行考核，從而了解學(xué)生科學(xué)思維的現(xiàn)狀和程度水平.關(guān)于教師層面的調(diào)查問卷主要分為新課標(biāo)中科學(xué)思維的認(rèn)識水平以及理解程度、對學(xué)生科學(xué)思維能力的實(shí)際培養(yǎng)情況、對科學(xué)思維教學(xué)策略的認(rèn)識與傾向3種內(nèi)容.

3 研究結(jié)論與展望

3.1 研究結(jié)論

近年來，與國內(nèi)物理課程科學(xué)思維相關(guān)的文章持續(xù)增長，越來越受到關(guān)注，具有相當(dāng)大的發(fā)展空間.然而根據(jù)作者、機(jī)構(gòu)合作的共現(xiàn)分析可知，作者和機(jī)構(gòu)合作不緊密，較為孤立.根據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析可知，目前研究主要呈現(xiàn)3大熱點(diǎn)：第一，對教材中有關(guān)科學(xué)思維的內(nèi)容從定性逐漸過渡到定量研究；第二，關(guān)于物理教學(xué)中如何滲透科學(xué)思維，涌現(xiàn)多種教學(xué)模式與教學(xué)策略；第三，科學(xué)思維的評價研究開始不斷促進(jìn)發(fā)展，但是開發(fā)的量表較少.

3.2 展望

3.2.1 科學(xué)思維的教材分析上

在教材分析上，國內(nèi)研究更側(cè)重于質(zhì)性分析，分析的內(nèi)容多樣，但是學(xué)者們通常結(jié)合案例進(jìn)行說明，容易停留在表層，研究深度不夠，帶有作者的主觀思想.在定量的分析上，學(xué)者們注重核心素養(yǎng)的整體測量，但科學(xué)思維鮮有突出獨(dú)特之處，提煉與總結(jié)較為寬泛.此外，可以發(fā)現(xiàn)對教材進(jìn)行評價的量表較少.教材是知識的載體，若能開發(fā)關(guān)于評價教材的評價工具，對教材有更深入的研究，有助于教師更好地進(jìn)行科學(xué)思維的培養(yǎng).

3.2.2 科學(xué)思維的教學(xué)研究上

從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來看，專門針對科學(xué)思維提出的策略、模式較少.這是因?yàn)榭茖W(xué)思維隱含在物理觀念、科學(xué)探究等內(nèi)容和形式當(dāng)中.文獻(xiàn)中的模式大部分與案例結(jié)合來介紹，給了教師一定的參考策略.但這些案例較少進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證，另外具有局限性，教師不易進(jìn)行模式的選擇.因此，可以繼續(xù)推進(jìn)可實(shí)施的科學(xué)思維教學(xué)模式的進(jìn)程，將科學(xué)思維滲透在教學(xué)當(dāng)中.學(xué)者、機(jī)構(gòu)之間可以將研究成果進(jìn)行交流與轉(zhuǎn)化，促進(jìn)教學(xué)研究.

3.2.3 科學(xué)思維的評價研究上

目前，科學(xué)思維的評價研究缺乏一定的系統(tǒng)性.當(dāng)前國內(nèi)聚焦于現(xiàn)狀研究，利用問卷、訪談的形式進(jìn)行調(diào)查，評價單一.因此，應(yīng)該采用多種方式來評價學(xué)生的科學(xué)思維，例如增加自評類的問卷調(diào)查，可以結(jié)合學(xué)生通過量表描述自己的行為習(xí)慣和思維習(xí)慣進(jìn)行分析.此外，對科學(xué)思維影響因素的實(shí)踐調(diào)查較為缺乏，未來可考慮從這方面進(jìn)行拓展.