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PRPER 中國元素文獻(xiàn)分析

2023-04-29 00:44:03張彧瑞朱廣天
物理與工程 2023年4期
關(guān)鍵詞:文獻(xiàn)分析中國元素

張彧瑞 朱廣天

摘 要 2005 年創(chuàng)刊的PHYSICAL REVIEW PHYSICS EDUCATION RESEARCH(PRPER)一直是國際上物理教育研究領(lǐng)域的權(quán)威期刊。本文聚焦于具有中國元素的物理教育研究在PRPER的呈現(xiàn)情況,統(tǒng)計了PRPER于2005年至2022年發(fā)表的文章共計1034篇,從中整理出含有中國元素的105篇文章,利用文獻(xiàn)分析的方法,從中國作者、中國高校、中國樣本、發(fā)文數(shù)量變化、研究領(lǐng)域分布及代表性工作等方面,對這些文章進(jìn)行了全面梳理,并從中總結(jié)了近年來中國物理教育研究發(fā)展的特點。數(shù)據(jù)顯示,PRPER創(chuàng)刊伊始中國作者發(fā)表文章的數(shù)量較少,進(jìn)入2012年后,發(fā)文數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢,有越來越多的綜合性高校的物理教學(xué)和科研團(tuán)隊投入到物理教育研究中,研究范圍囊括評估、研究方法、課程與教學(xué)、問題解決、認(rèn)知與心理、概念理解、認(rèn)識論、態(tài)度和信念等多個方面,且具備持續(xù)產(chǎn)出的能力。

關(guān)鍵詞 PRPER;中國元素;文獻(xiàn)分析;研究發(fā)展特點

1 研究背景

雖然物理教育研究(PER)的相關(guān)研究起步很早,但直至1999 年,美國物理學(xué)會AmericanPhysical Society (APS)才正式宣布把物理教育研究納入物理學(xué)研究領(lǐng)域,并于2005年在物理評論系列期刊中增設(shè)了子刊“物理評論特別話題—物理教育研究”(Physical Review Special Topics—Physics Education Research,簡稱為PRSTPER),為PER領(lǐng)域的學(xué)者發(fā)表學(xué)術(shù)成果提供了獨立渠道。2016年,該子刊更名為“物理評論—物理教育研究” (Physical Review Physics Education Research,簡稱為PRPER)[1]。本文中不對更名前后的期刊進(jìn)行區(qū)分,均以PRPER作為該系列期刊的名稱。

PRPER 一經(jīng)創(chuàng)刊就成為國際上物理教育研究領(lǐng)域的權(quán)威期刊,吸引了很多物理教育研究領(lǐng)域的學(xué)者投稿。近年來,隨著物理教育研究在中國日益發(fā)展,涌現(xiàn)出一大批中國學(xué)者在PRPER上發(fā)表自己的學(xué)術(shù)成果,提高了中國物理教育研究在國際上的影響力。本文聚焦于具有中國元素的物理教育研究在PRPER 的呈現(xiàn)情況,統(tǒng)計了PRPER 于2005 年至2022 年發(fā)表的文章共計1034篇,從中整理出含有中國元素的105篇文章(包含一篇關(guān)于中日韓研究者可以使用本國語言注明姓名的期刊聲明),利用文獻(xiàn)分析的方法,從中國作者、中國單位(高校等)、中國樣本、發(fā)文數(shù)量變化、研究領(lǐng)域分布及代表性工作等方面,對這些文章進(jìn)行了全面梳理,并從中總結(jié)了近年來中國物理教育研究發(fā)展的特點。

2 中國元素的描述統(tǒng)計

本節(jié)中,我們將從中國作者、中國單位、中國樣本、發(fā)文數(shù)量等方面,對PRPER自2005年創(chuàng)刊至2022年10月所發(fā)表的文章進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。

2.1 中國作者

我們在統(tǒng)計中主要是基于作者的姓名而非所持有的護(hù)照類型來對“中國作者”進(jìn)行界定。如圖1所示,截至2022年10月,在PRPER 發(fā)表文章的中國作者人數(shù)已經(jīng)達(dá)到93人,累計發(fā)表文章共計104篇,作者發(fā)文數(shù)量統(tǒng)計如表1所示。93人中有30位作者發(fā)表文章的數(shù)量為兩篇或兩篇以上,其中有3人發(fā)表超過10篇文章(含10篇)。文章數(shù)量名列三甲的學(xué)者均在美國俄亥俄州立大學(xué)(The Ohio State University)工作,分別是包雷老師(Lei Bao)發(fā)表19 篇文章,丁林老師(LinDing)發(fā)表17篇文章,以及韓靜老師(Jing Han)發(fā)表10篇文章。作者發(fā)文數(shù)量按照首次發(fā)文時間的排序結(jié)果如圖1所示。

在PRPER創(chuàng)刊早期(2005—2011年)發(fā)表文章的中國作者主要是在美國工作和學(xué)習(xí)的華人學(xué)者,首篇中國作者文章是由Lei Bao等人于2006年2月2日發(fā)表的有關(guān)學(xué)生力學(xué)的評估模型研究[2];2012年之后,開始有中國國內(nèi)從事物理教育研究的學(xué)者在PRPER發(fā)表文章。而此后,隨著物理教育研究影響力的擴(kuò)大,有越來越多在中國高校從事物理教學(xué)與科研的團(tuán)隊開展了物理教育研究方面的工作。例如,2020年和2021年,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士(Guang-Can Guo)帶領(lǐng)的團(tuán)隊連續(xù)發(fā)表了兩篇關(guān)于量子力學(xué)教育研究的論文,分別是關(guān)于偏微分方程和束縛態(tài)散射態(tài)方面學(xué)習(xí)困難的研究[3-4]。最近,也涌現(xiàn)了很多國內(nèi)高校物理教育專業(yè)研究生在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,在PRPER發(fā)表了高質(zhì)量文章。

2.2 中國單位

我們在統(tǒng)計中,將位于中國大陸和港澳臺地區(qū)的各級學(xué)校和機(jī)構(gòu)界定為“中國單位”。正如上文所提到的,早期在PRPER發(fā)表文章的中國學(xué)者均在美國高校工作或?qū)W習(xí)。2012年,華東師范大學(xué)的朱廣天老師(Guangtian Zhu)[5-6]發(fā)表了關(guān)于量子力學(xué)方面學(xué)生學(xué)習(xí)困難和學(xué)習(xí)工具的文章,這是PRPER首篇以中國高校為第一單位發(fā)表的文章。到目前為止,共有39篇(41.94%)文章由在中國單位工作的學(xué)者研究發(fā)表,其中包括華南師范大學(xué)、華東師范大學(xué)、北京師范大學(xué)等21所高校。中國高校的發(fā)文數(shù)量分布如圖2所示,從圖中可以看出,發(fā)表文章數(shù)量名列前茅的高校主要以師范類院校為主,發(fā)文最多的單位是華南師范大學(xué),共計發(fā)表10篇文章,華東師范大學(xué)共計發(fā)表8篇文章排名第二,北京師范大學(xué)發(fā)表5篇文章排名第三。

除高校外,還有一些中學(xué)或地方教育單位也在PRPER 上發(fā)表了物理教育研究工作。2018年,臺北市和平中學(xué)Ching-Sui Hung[7]等人研究了十年級學(xué)生對物理問題表述形式(數(shù)字和符號)的解決能力;2019年末,江蘇省張家港市教育局Ying Nie[8]等人將半長度電磁概念測試和全長度電磁概念測試進(jìn)行比較;2022年江蘇省鎮(zhèn)江實驗學(xué)校Xiangqun Zhang[9]等人對高中生電路概念知識整合進(jìn)行了研究。

2.3 中國樣本

早期在PRPER上出現(xiàn)的中國作者所寫的論文中,研究對象主要是這些作者所在的美國高校的學(xué)生或教師。2013年,北京師范大學(xué)的張萍老師(Ping Zhang)[10]等人發(fā)表了首篇以中國學(xué)生為樣本的文章。隨著物理教育研究在中國進(jìn)一步發(fā)展,研究對象也從大學(xué)生逐步擴(kuò)展到中學(xué)生和中學(xué)物理教師,例如2021年賈澤皓(Zehao Jia)[11]等人對剛?cè)肼毜闹袑W(xué)物理老師進(jìn)行了流體力學(xué)概念測試,2022年李秋曄(Qiuye Li)[12]等人在廣東省一所學(xué)校展開了在職教師預(yù)測該校中學(xué)生解題情況的眼動實驗研究。值得注意的是,PRPER上還出現(xiàn)了其他國家的學(xué)者在分析本國物理教育現(xiàn)狀時使用中國樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行對比研究的現(xiàn)象,例如印度學(xué)者M(jìn)ashood[13]等人在2019年的研究中與中國學(xué)生物理成績水平進(jìn)行了橫向?qū)Ρ龋偨Y(jié)了“影子教育”(課后教育)在印度和中國等國家流行的情況。

2.4 發(fā)文數(shù)量

PRPER 自創(chuàng)刊以來歷年中國作者和國內(nèi)高校發(fā)文數(shù)量變化如圖3所示。通過分析歷年中國作者發(fā)文數(shù)量變化,我們可以發(fā)現(xiàn),創(chuàng)刊伊始中國作者發(fā)表文章的數(shù)量很少,甚至有些年份沒有中國作者發(fā)刊。進(jìn)入2012年后,發(fā)文數(shù)量呈現(xiàn)震蕩上升趨勢,2013年是第一個發(fā)文高峰期,這一年共有9篇文章登上PRPER,2019年至2021年是第二個發(fā)文高峰期,2021年中國作者在PRPER發(fā)表了16篇論文,是歷年來的最高值,也體現(xiàn)了中國高校在物理教育研究領(lǐng)域具有可持續(xù)性產(chǎn)出的能力。

3 研究領(lǐng)域分布

根據(jù)McDermott [14]和Docktor [15]等學(xué)者對物理教育研究領(lǐng)域的劃分以及作者文章的關(guān)鍵詞,本文將104篇文章按照9個一級主題和28個二級主題進(jìn)行歸納分類,結(jié)果如表2所示。

由于很多文章都是橫跨多領(lǐng)域的綜合性文章,所以本文在分類時按照文章的主要內(nèi)容劃分一級主題。中國作者的研究熱點領(lǐng)域主要分布在評估、課程與教學(xué)、概念理解,尤其是評估工具的開發(fā)與驗證的研究、評估模型的建立與驗證方向。以下我們將對各個一級主題中的一些代表性工作加以介紹。

3.1 評估

評估作為可以準(zhǔn)確了解學(xué)生學(xué)習(xí)知識水平情況的手段,一直是物理教育研究領(lǐng)域的熱點。評估方面的研究主要包括評估工具的開發(fā)與驗證,評估模型的建立,以及評估實施條件等。中國作者通過自主開發(fā)評估工具或改進(jìn)已有的概念量表(如力學(xué)概念測試FCI,簡明電磁學(xué)測試BEMA等),對力學(xué)、電磁學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、量子力學(xué)等多個物理學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行了評估研究。例如,Rui Dai[16]等人開發(fā)了一套用于測試學(xué)生對光干涉的理解程度的評估工具,可以有效幫助教師理解學(xué)生學(xué)習(xí)光干涉時的給概念框架。

評估工具的實施條件會干預(yù)評估有效性,LinDing[17]等人發(fā)現(xiàn)時間、是否有獎勵等因素都會顯著影響測試結(jié)果,需要嚴(yán)格控制測試的實施條件。而在評估模型的建立與驗證方面,Lei Bao[18]等人對美國多所大學(xué)學(xué)生的知識水平與其教學(xué)量的關(guān)系建立了數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)模型,并總結(jié)了教學(xué)類型等因素對學(xué)生學(xué)習(xí)水平的影響。

3.2 課程與教學(xué)

課程與教學(xué)改革一直是物理教師和物理教育研究者們積極探索的領(lǐng)域。為了進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量,Lin Ding[19]等人比較了物質(zhì)與相互作用(theMatter and Interactions,M&I)和傳統(tǒng)內(nèi)容教學(xué)改革(pedagogically-reformed-traditional-content,PRTC)這兩種力學(xué)課程改革形式的教學(xué)情況,并在學(xué)習(xí)后用FCI進(jìn)行測試,發(fā)現(xiàn)兩種課程學(xué)生在不同概念上表現(xiàn)出了不同優(yōu)勢。ZhongzhouChen[20]等人使用多媒體學(xué)習(xí)模塊(MLMs)作為“課前作業(yè)”,旨在讓學(xué)生在聽課前做好準(zhǔn)備,從而提高學(xué)生課堂效率。在實驗教學(xué)方面,Bei Cai[21]等人對學(xué)生分別進(jìn)行引導(dǎo)式和開放式實驗探究引導(dǎo),發(fā)現(xiàn)學(xué)生在設(shè)計實驗過程中更容易提高實驗水平。而在教學(xué)材料的拓展上,F(xiàn)u-Kwun Hwang[22]等人開設(shè)了一門關(guān)于諾貝爾獎與科學(xué)本質(zhì)的課程,提出了在物理學(xué)課堂上應(yīng)用諾貝爾獎故事這一教學(xué)想法。Dehui Hu[23]等人則創(chuàng)設(shè)了6種認(rèn)識論游戲,旨在讓學(xué)生了解到專業(yè)知識真實應(yīng)用的場景,從而提高指導(dǎo)開發(fā)新的指導(dǎo)方法。

3.3 問題解決

如何有效解決在物理教學(xué)過程中遇到的具體問題,是物理學(xué)習(xí)中必要的環(huán)節(jié)。在如何利用腳手架幫助具有前序知識基礎(chǔ)的學(xué)生解決新問題方面,Shih-Yin Lin[24]等人以高斯定律為例,展示了在數(shù)學(xué)公式和圖形表示之間轉(zhuǎn)換的方法。DehuiHu[25-26]等人在兩篇文章中分別探索了微分和積分在物理問題解決過程中的應(yīng)用情況。ZhongzhouChen[27]等人則著重討論了畫圖在問題解決過程中的作用。

3.4 認(rèn)知與心理

學(xué)習(xí)過程可以被看作是認(rèn)知的過程,在認(rèn)知過程中遷移、元認(rèn)知、表征、新手專家等都可以幫助學(xué)生構(gòu)建認(rèn)知結(jié)構(gòu),從而更好地掌握學(xué)科知識。

Ching-Sui Hung[28]等人對比了學(xué)生在運用數(shù)字和符號這兩種表征形式解決物理問題的表現(xiàn),發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生認(rèn)為符號型問題比數(shù)字型問題更難。Hong-Syuan Wang[29]等人在光學(xué)課程中引入了元認(rèn)知支架,在復(fù)雜的任務(wù)中有效提高學(xué)生對數(shù)據(jù)解釋和圖表的理解。

3.5 概念理解

對物理概念的理解是學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ),TaoTu[30-31]等人通過對學(xué)生學(xué)習(xí)量子力學(xué)偏微分方程應(yīng)用、束縛態(tài)和散射態(tài)過程中出現(xiàn)的困難進(jìn)行調(diào)查研究,并對這些困難的解決提出了可能解釋,對教學(xué)提出了可能存在的意義;而Zehao Jia[32]等人對新手教師在流體力學(xué)的水平進(jìn)行了調(diào)查,不僅發(fā)現(xiàn)部分教師對流體力學(xué)一些常見誤區(qū),也發(fā)現(xiàn)了物理教師所持有的一些未在文章中出現(xiàn)過的新的流體力學(xué)概念混淆。根據(jù)對概念理解的困難調(diào)查,一些學(xué)者針對這些困難開發(fā)了學(xué)習(xí)工具或構(gòu)建了知識結(jié)構(gòu)框架,例如Guangtian Zhu[6]等人基于概念理解調(diào)查開發(fā)了量子力學(xué)交互式學(xué)習(xí)教程(QuILT),幫助提高學(xué)生對概念的理解。

3.6 認(rèn)識論、態(tài)度和信念

在物理教學(xué)過程中,無論是教師、學(xué)生還是助教的認(rèn)識論、態(tài)度和信念,都可能影響教學(xué)效果。Jiuqing Zhao[33]等人專門研究了學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度與學(xué)生學(xué)習(xí)程度的關(guān)系,并證實二者間存在關(guān)聯(lián)。Ping Zhang[34]等人則針對職前教師的物理學(xué)認(rèn)識論進(jìn)行了調(diào)查,討論了認(rèn)識論對從學(xué)生到教師的角色轉(zhuǎn)變的影響。

3.7 教育技術(shù)

隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展,物理教育領(lǐng)域不僅僅再局限于傳統(tǒng)研究方法,新型研究儀器極大地推動了技術(shù)與心理研究結(jié)合的研究進(jìn)展。Chao-Jung Wu[35]等人使用眼動儀記錄了高知識水平學(xué)生和低知識水平學(xué)生在任務(wù)中的眼球運動行為,提出了高知識水平的學(xué)習(xí)者可能通過使用更容易的表征以達(dá)到更深入理解的猜測。Qiuye Li[12]等人通過眼動儀分析教師眼球運動行為的差異,探討了預(yù)測組教師在被要求從學(xué)生的角度解決問題時,可以更多考慮到學(xué)生的想法,并在不同領(lǐng)域中審查信息的現(xiàn)象。Jie Yang[36]等人則使用機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測學(xué)生在物理課上的表現(xiàn),用于更好地分配教育資源。

3.8 社會性因素

物理教育除了不僅與學(xué)校、學(xué)生等因素息息相關(guān),也受到政策、性別等社會性因素影響。XiaomingZhai[37]等人討論了中國通過提高待遇吸引優(yōu)秀教師扎根鄉(xiāng)村的政策,認(rèn)為“胡蘿卜加大棒”模式達(dá)到了既定目標(biāo)。Jia Luo[38]等人理性探討了在物理學(xué)入門學(xué)科中,女性主動參與率極低,性別不平等現(xiàn)象仍然存在,呼吁促進(jìn)所有學(xué)生公平和舒適的參與。

3.9 研究方法

早期PRPER上大多數(shù)內(nèi)容是關(guān)于直接面向?qū)W生和學(xué)習(xí)的物理教育研究工作,而對于研究方法本身的探討較少。Lin Ding[39]討論了三種常用的定量類型的關(guān)鍵原則,呼吁更多的學(xué)者關(guān)注到物理教育定量研究領(lǐng)域。除此之外,Lin Ding[40]等人還闡述了使用測試?yán)碚?、因子分析、聚類分析、項目反?yīng)理論和模型分析多項選擇題,并舉例說明了它們在物理教育研究中的應(yīng)用。

4 國內(nèi)物理教育研究選題與PRPER 論文選題趨勢對比

根據(jù)張海龍等人[41]對2021年人大復(fù)印資料《中學(xué)物理教與學(xué)》轉(zhuǎn)載論文的一級主題統(tǒng)計結(jié)果,課程與教學(xué)這一主題(包含實驗教學(xué)、教學(xué)材料等多個二級主題)的文章超過半數(shù),其次為評估相關(guān)的文章,這一點與中國學(xué)者在PRPER上發(fā)表的文章選題有類似的趨勢(參考前文表2)。為了更好體現(xiàn)國內(nèi)物理教育研究選題與PRPER 論文選題的共性與差異,我們統(tǒng)計了2021—2022年所有在《物理教師》和《物理與工程》兩本期刊上發(fā)表的物理教育相關(guān)的文章,使用軟件CiteSpace[42]進(jìn)行了關(guān)鍵詞分析,結(jié)果如圖4和圖5所示。

《物理教師》主要聚焦于中學(xué)物理教育研究內(nèi)容,2021年1月至2022年12月的兩年間,共計發(fā)表物理教育研究方面的文章666篇,其中關(guān)鍵詞“核心素養(yǎng)”出現(xiàn)的頻次為88次,排名第一;排名第二和第三的關(guān)鍵詞則分別是“科學(xué)思維”和“深度學(xué)習(xí)”,分別出現(xiàn)了35次和26次,且每個關(guān)鍵詞之間都具有較為緊密的聯(lián)系。而《物理與工程》則更多聚焦于大學(xué)物理層面的物理教育研究內(nèi)容,2021年1月至2022年12月的兩年間,排名第一的關(guān)鍵詞“大學(xué)物理”出現(xiàn)了56次,排名第二和第三的關(guān)鍵詞則分別是“課程思政”和“教學(xué)改革”,分別出現(xiàn)了44次和17次。

而PRPER排名靠前的關(guān)鍵詞包含的范圍較豐富,例如排名第一的關(guān)鍵詞“science(科學(xué))”出現(xiàn)了47次,以及排名第二和第三的關(guān)鍵詞則分別是“students(學(xué)生)”和“knowledge(知識)”,分別出現(xiàn)了32次和22次。值得關(guān)注的是,近兩年,PRPER在 “women(女性)”“gender(性別)”“scienceidentity(科學(xué)身份)”等社會性因素上有較多的關(guān)鍵詞聚焦,而相應(yīng)的關(guān)鍵詞在國內(nèi)的物理教育期刊文章較少出現(xiàn)。

2022年,邢紅軍老師等人[43-44]采用實證研究的方法,對國內(nèi)物理教學(xué)論學(xué)者的發(fā)文情況進(jìn)行了分析。研究表明,國內(nèi)物理教學(xué)論方向的研究者在進(jìn)入專業(yè)研究階段之后,往往先從課程教學(xué)和物理概念理解等具體問題上開展研究工作,此后逐漸增強自身的理論建構(gòu)能力,能夠運用認(rèn)知心理學(xué)等知識研究解釋物理教育現(xiàn)象,最終能夠提出原創(chuàng)性理論,融入國際物理教育研究成果。這一趨勢,也與中國學(xué)者在PRPER上發(fā)文主題的時間分布情況相符。我們將PRPER 創(chuàng)刊以來含有中國元素的一級主題發(fā)文數(shù)量按年份進(jìn)行了劃分,如圖7所示,可以看出,評估、課程教學(xué)、概念理解等主題,一直以來都是中國學(xué)者在PRPER上發(fā)文的主要領(lǐng)域。而教育技術(shù)領(lǐng)域和社會性因素(如教育政策、性別差異等)領(lǐng)域研究雖然起步較晚,但近年來的發(fā)文數(shù)有穩(wěn)定增長的趨勢,也值得各位物理教師和物理教育研究者關(guān)注。

5 結(jié)語

本文聚焦于具有中國元素的物理教育研究在PRPER的呈現(xiàn)情況,利用文獻(xiàn)分析的方法,從中國作者、中國高校、中國樣本、發(fā)文數(shù)量變化、研究領(lǐng)域分布及代表性工作等方面,對這些文章進(jìn)行了全面梳理。統(tǒng)計結(jié)果顯示,近年來,中國物理教育研究工作在PRPER 上的發(fā)文數(shù)量呈現(xiàn)上升趨勢,共有93位中國學(xué)者在PRPER 上發(fā)表過104篇文章。早期在PRPER 發(fā)文的國內(nèi)單位以師范大學(xué)為主,但現(xiàn)在已有越來越多在綜合性大學(xué)的物理學(xué)家和物理教師投身到物理教育研究的工作中,且研究范圍囊括多個領(lǐng)域,體現(xiàn)了國內(nèi)物理教育研究的可持續(xù)發(fā)展趨勢。

參 考 文 獻(xiàn)

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