秦曉陽(yáng)，李建彬，胡象嶺

(曲阜師范大學(xué)物理學(xué)系，山東 曲阜 273165)

作為創(chuàng)造力基礎(chǔ)的科學(xué)思維，被視為科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的核心，它是從科學(xué)視角對(duì)客觀事物本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式。而科學(xué)推理作為一種高級(jí)思維形式，是科學(xué)思維的重要組成部分，它跟模型建構(gòu)、科學(xué)論證、質(zhì)疑創(chuàng)新等一起構(gòu)成科學(xué)思維的要素[1]。學(xué)生科學(xué)推理能力的發(fā)展，對(duì)科學(xué)思維能力的發(fā)展乃至科學(xué)素養(yǎng)的形成均具有重要意義。對(duì)科學(xué)推理能力發(fā)展及其影響因素、培養(yǎng)策略、測(cè)評(píng)等問(wèn)題的研究，無(wú)論于課程的編制、實(shí)施還是評(píng)價(jià)都具有重要參考價(jià)值，對(duì)旨在落實(shí)“立德樹(shù)人”根本任務(wù)、發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐及其變革具有重要啟示意義。

自20世紀(jì)60年代以來(lái)，科學(xué)推理已成為國(guó)外心理學(xué)、教育學(xué)研究的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。近些年來(lái)，科學(xué)推理能力的研究受到國(guó)際科學(xué)教育領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，心理學(xué)研究與科學(xué)教育研究的交叉成為科學(xué)推理研究的一個(gè)新趨向。但在國(guó)內(nèi)，對(duì)科學(xué)推理的研究尚未引起科學(xué)教育界的足夠重視，尚缺乏系統(tǒng)、深入的探討。研究擬從科學(xué)計(jì)量學(xué)的角度，借助可視化分析軟件，分析近20年國(guó)際科學(xué)推理研究的進(jìn)展與趨勢(shì)，以期為我國(guó)科學(xué)推理研究提供參考，促進(jìn)國(guó)內(nèi)科學(xué)教育研究與國(guó)際接軌。

一 研究方法

科學(xué)計(jì)量學(xué)是采用數(shù)學(xué)方法計(jì)量科學(xué)研究的成果，描述科學(xué)體系的結(jié)構(gòu)，分析科學(xué)系統(tǒng)的內(nèi)在運(yùn)行機(jī)制，揭示科學(xué)發(fā)展的時(shí)空特征，進(jìn)而找出科學(xué)活動(dòng)規(guī)律性的一門學(xué)科[2]?？茖W(xué)知識(shí)圖譜為科學(xué)計(jì)量分析提供了可視化分析方法?？茖W(xué)知識(shí)圖譜工具有很多，研究使用的是HistCite和CiteSpace兩款分析軟件。HistCite是由美國(guó)著名的情報(bào)學(xué)家和科學(xué)計(jì)量學(xué)家、SCI創(chuàng)始人加菲爾德(Garfield E)等開(kāi)發(fā)的一款引文圖譜分析軟件[3]。它能夠用直觀的圖示展示某一領(lǐng)域不同文獻(xiàn)之間的關(guān)系，從而快速定位該領(lǐng)域的重要文獻(xiàn)。但該軟件存在如引文編年圖顏色單一、不能呈現(xiàn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間的共被引關(guān)系強(qiáng)度等不足。而由美國(guó)華裔學(xué)者陳超美開(kāi)發(fā)的CiteSpace恰好彌補(bǔ)了上述不足[4]。該軟件采用共現(xiàn)分析、引文分析等計(jì)量學(xué)方法，分析文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中的作者、機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞、參考文獻(xiàn)等關(guān)鍵信息，并可用圖譜的方式顯示分析結(jié)果，從而呈現(xiàn)科學(xué)知識(shí)的發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系。

在科學(xué)知識(shí)圖譜可視化分析中，文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量直接影響分析結(jié)果的可靠性。因此，使用該方法最為關(guān)鍵的是獲取高質(zhì)量的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。SSCI(Social Sciences Citation Index)即社會(huì)科學(xué)引文索引，由美國(guó)科學(xué)信息研究所創(chuàng)建，是國(guó)際公認(rèn)的進(jìn)行社會(huì)科學(xué)論文統(tǒng)計(jì)分析和評(píng)價(jià)的大型檢索工具。研究選擇Web of Science(WOS)核心合集中的SSCI數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)檢索來(lái)源。檢索時(shí)，采用主題檢索，檢索詞為“Scientific Reasoning”，選定的時(shí)間范圍是1996年至2017年，文章類型選擇的是“article”，共檢索得到SSCI期刊論文368篇(數(shù)據(jù)庫(kù)更新時(shí)間為2018年3月9日)。剔除168篇與科學(xué)推理研究不相關(guān)的文獻(xiàn)，使用WOS的文獻(xiàn)導(dǎo)出功能將200篇文獻(xiàn)的“全記錄與引用的參考文獻(xiàn)”數(shù)據(jù)導(dǎo)出，作為研究的分析數(shù)據(jù)。

二 發(fā)文量與學(xué)術(shù)期刊

(一)發(fā)文量

近20年科學(xué)推理研究的年度發(fā)文量的折線圖如圖1所示。觀察發(fā)現(xiàn)，對(duì)于科學(xué)推理的研究整體上可分為兩個(gè)階段：1996—2008年的年度發(fā)文量較低，均未超過(guò)7篇；2008年后，對(duì)于科學(xué)推理的研究開(kāi)始活躍，年度發(fā)文量都不低于10篇，其中2013年、2015年達(dá)到20余篇。2008年后發(fā)文量明顯增多，經(jīng)過(guò)分析有以下原因：一是由于2009年上海學(xué)生首次參加由經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)主持進(jìn)行的第四次國(guó)際學(xué)生評(píng)估項(xiàng)目(PISA)測(cè)試，并在閱讀、數(shù)學(xué)和科學(xué)素養(yǎng)三項(xiàng)評(píng)價(jià)中均取得了首位的成績(jī)，由此引發(fā)了國(guó)內(nèi)外教育界的廣泛關(guān)注；二是美國(guó)“國(guó)家教育進(jìn)展評(píng)估”(National Assessment of Educational Progress, NAEP)及“國(guó)際教育成績(jī)?cè)u(píng)估協(xié)會(huì)”(International Association for the Evaluation of Education Achievement, IEA)的報(bào)道中指出:幾乎所有國(guó)家參與的學(xué)生在科學(xué)推理上的表現(xiàn)，都存在一致偏好男生的性別差異，這種差異在高分段表現(xiàn)得更為明顯，且這種差異隨學(xué)生年級(jí)的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)[5]。以上原因均導(dǎo)致關(guān)于科學(xué)推理能力的國(guó)際比較研究顯著增加。2013年也是一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，發(fā)文量也呈明顯增加的趨勢(shì)，2013年經(jīng)合組織公布了全球65個(gè)國(guó)家和地區(qū)的2012年P(guān)ISA測(cè)試結(jié)果，國(guó)際學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)測(cè)評(píng)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果成為各國(guó)科學(xué)教育改革的重要參考依據(jù)，也推動(dòng)了各國(guó)研究者對(duì)科學(xué)推理發(fā)展的進(jìn)一步研究。

(二)學(xué)術(shù)期刊

以發(fā)文數(shù)量和全球引用次數(shù)(Total Global Citation Score,簡(jiǎn)稱“TGCS”)為指標(biāo)，通過(guò)HistCite得到科學(xué)推理研究產(chǎn)量和被引次數(shù)前10名的期刊，見(jiàn)表1。兩個(gè)榜單中，教育類的期刊均占大多數(shù)，并且主要集中在科學(xué)教育領(lǐng)域，心理學(xué)等領(lǐng)域也對(duì)科學(xué)推理的研究有所涉及。

圖1 1996年至2017年科學(xué)推理研究年度發(fā)文量

高產(chǎn)期刊高被引期刊序號(hào)期刊數(shù)量TGCS序號(hào)期刊數(shù)量TGCS1INTERNATIONAL JOURNAL OF SCIENCE EDUCATION《國(guó)際科學(xué)教育》121051CHILD DEVELOPMENT《兒童發(fā)展》43972JOURNAL OF RESEARCH IN SCIENCE TEACHING《科學(xué)教學(xué)研究雜志》122092DEVELOPMENTAL PSYCHOLOGY《發(fā)展心理學(xué)》53423RESEARCH IN SCIENCE EDUCATION《科學(xué)教育研究》7493JOURNAL OF RESEARCH IN SCIENCE TEACHING《科學(xué)教學(xué)研究雜志》122094PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS-PHYSICS EDUCATION RESEARCH《物理評(píng)論特刊———物理教育研究》6694COGNITION AND INSTRUCTION《認(rèn)知與教育》31125DEVELOPMENTAL PSYCHOLOGY《發(fā)展心理學(xué)》53425COGNITIVE SCIENCE《認(rèn)知科學(xué)》21066INSTRUCTIONAL SCIENCE《教育科學(xué)》5436INTERNATIONAL JOURNAL OF SCIENCE EDUCATION《國(guó)際科學(xué)教育》121057INTERNATIONAL JOURNAL OF SCIENCE AND MATHEMATICS EDUCATION《國(guó)際科學(xué)與數(shù)學(xué)教育》5107COGNITIVE DEVELOPMENT《認(rèn)知發(fā)展》41048JOURNAL OF SCIENCE EDUCATION AND TECHNOLOGY《科學(xué)教育與技術(shù)》5188SCIENCE EDUCATION《科學(xué)教育》5849SCIENCE EDUCATION《科學(xué)教育》5849JOURNAL OF PERSONALITY AND SOCIAL PSYCHOLOGY《人格與社會(huì)心理學(xué)》37510SYNTHESE(綜合)54610PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS-PHYSICS EDUCATION RESEARCH《物理評(píng)論特刊———物理教育研究》669

三 代表性學(xué)術(shù)共同體與學(xué)者影響力

(一)研究機(jī)構(gòu)

利用HistCite對(duì)科學(xué)推理研究的高產(chǎn)和高被引機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到高產(chǎn)和高被引前10名的機(jī)構(gòu)，見(jiàn)表2。

表2左側(cè)列出的前10位高產(chǎn)機(jī)構(gòu)中有7個(gè)位于美國(guó)，另外2個(gè)位于中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)，1個(gè)位于荷蘭。右側(cè)列出的全球引用次數(shù)前10位的高產(chǎn)機(jī)構(gòu)，皆地處美國(guó)。排在高產(chǎn)和高被引機(jī)構(gòu)榜單第一位的都是美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)。同時(shí)排在高產(chǎn)和高被引機(jī)構(gòu)榜單前10位的，還有美國(guó)的哥倫比亞大學(xué)、威斯康星大學(xué)、亞利桑那州立大學(xué)。中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)兩所大學(xué)雖然在高產(chǎn)機(jī)構(gòu)中占有一席之地，但是在文獻(xiàn)的被引情況方面，與美國(guó)高校的差距還是很大。

表2 科學(xué)推理研究高產(chǎn)和高被引機(jī)構(gòu)

(二)研究者

利用CiteSpace繪制作者共被引網(wǎng)絡(luò)(見(jiàn)圖2)，并基于分析數(shù)據(jù)列出前10位的高被引和高中介中心性作者(見(jiàn)圖2、表3)，以確定在科學(xué)推理研究中的重要研究者。

圖2 作者共被引網(wǎng)絡(luò)

高被引作者高中介中心性作者序號(hào)被引頻次作者序號(hào)中介中心性作者197Kuhn D10.20Klaczynski P A256Klahr D20.18Klahr D353Schauble L30.16Duschl R A446Zimmerman C40.14Kuhn D545Lawson A E50.14Inhlder B632Koslowski B60.12Lawson A E729Piaget J70.12Stanovich K E828Carey S80.09Zohar A927Sodian B90.08Brown A L1026Chinn C A100.06Siegler R S

被引頻次是衡量作者重要性和影響力的重要指標(biāo)，在圖2中用節(jié)點(diǎn)的大小來(lái)表征。在科學(xué)推理研究中，被引頻次居于前10位的研究者分別是Kuhn D、Klahr D、Schauble L、Zimmerman C、Lawson A E、Koslowski B、Piaget J、Carey S、Sodian B、Chinn C A。

如果某位研究者是將不同研究領(lǐng)域連接起來(lái)的關(guān)鍵人物，那么我們就稱該研究者具有中介中心性，這也是反應(yīng)作者重要性的一項(xiàng)指標(biāo)，在作者共被引網(wǎng)絡(luò)中用節(jié)點(diǎn)邊緣的紫色圓圈來(lái)表示。利用CiteSpace提取WOS數(shù)據(jù)庫(kù)中作者被引頻次、中介中心性等信息，發(fā)現(xiàn)Klaczynski P A、Klahr D、Duschl R A、Kuhn D、Inhlder B、Lawson A E、Stanovich K E、Zohar A、Brown A L、Siegler R S等具有高中介中心性，是科學(xué)推理研究中整合不同研究?jī)?nèi)容的關(guān)鍵研究者。上述研究者中，Kuhn D、Klahr D、Lawson A E等既是高被引作者，又具有高中介中心性，是科學(xué)推理研究領(lǐng)域的核心研究者。

四 研究熱點(diǎn)分析

利用CiteSpace進(jìn)行關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，做出關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)區(qū)圖(見(jiàn)圖3)。時(shí)區(qū)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按照關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)的時(shí)間排布，位置越靠左表明該關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)的時(shí)間越早。圖3中，關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)的大小表示某一關(guān)鍵詞與其他關(guān)鍵詞共現(xiàn)次數(shù)的多少，反應(yīng)了對(duì)該關(guān)鍵詞的研究熱度。節(jié)點(diǎn)色調(diào)的冷暖對(duì)應(yīng)著關(guān)鍵詞在文獻(xiàn)中出現(xiàn)的時(shí)間。與作者中介中心性相似，具有中介中心性的關(guān)鍵詞亦由節(jié)點(diǎn)邊緣的紫色圓圈標(biāo)出。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)看，具有中介中心性的關(guān)鍵詞在網(wǎng)絡(luò)中起著連接不同關(guān)鍵詞的橋梁作用，同樣能表征該關(guān)鍵詞的重要性。由于加入了時(shí)間尺度，科學(xué)推理研究熱點(diǎn)關(guān)鍵詞的演進(jìn)脈絡(luò)就在圖中展現(xiàn)出來(lái)。

圖3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)區(qū)圖

從圖3可以看出，近20年科學(xué)推理研究中，共現(xiàn)次數(shù)最多的關(guān)鍵詞是此次研究的主題詞scientific reasoning(科學(xué)推理)，但“科學(xué)推理”作為關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)的時(shí)間是2000年。查閱原始文獻(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2000年前的文章雖然沒(méi)有將“科學(xué)推理”列為關(guān)鍵詞，但“科學(xué)推理”出現(xiàn)在文章的標(biāo)題或摘要中，都是有關(guān)科學(xué)推理的文獻(xiàn)。由圖3可見(jiàn)，目前已經(jīng)形成的出現(xiàn)頻次較高的10個(gè)關(guān)鍵詞分別是knowledge(知識(shí))、science(科學(xué))、skill(技能)、thinking(思維)、student(學(xué)生)、inquiry(探究)、biology(生物學(xué)科)、education(教育)、children(兒童)、instruction(教學(xué))等，且這些關(guān)鍵詞都具有中介中心性。

將10個(gè)高頻關(guān)鍵詞大致分為五類，能夠反映近二十年科學(xué)推理研究主要集中在五大研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。結(jié)合對(duì)二次檢索的關(guān)鍵性文獻(xiàn)的分析，五大研究熱點(diǎn)領(lǐng)域的具體表現(xiàn)如下：

1.對(duì)學(xué)科中科學(xué)推理的研究，包括科學(xué)、生 物學(xué)科等關(guān)鍵詞，涉及對(duì)與科學(xué)有關(guān)的學(xué)科中學(xué)生科學(xué)推理能力的研究、理科學(xué)生科學(xué)推理能力的發(fā)展研究，以及學(xué)生的科學(xué)推理與生物學(xué)中的概念理解、知識(shí)應(yīng)用的聯(lián)系等方面。如Rivet A E等以164名八年級(jí)和九年級(jí)學(xué)生為被試，借助被試圍繞地球科學(xué)物理模型進(jìn)行的類比推理活動(dòng)，評(píng)估他們的科學(xué)推理能力[6]。Zeineddin A等考察大學(xué)理科學(xué)生的認(rèn)識(shí)論信念(EC)與科學(xué)推理能力之間的關(guān)系，同時(shí)將先驗(yàn)知識(shí)作為一個(gè)干預(yù)變量，結(jié)果表明：大學(xué)理科學(xué)生的先驗(yàn)知識(shí)和認(rèn)識(shí)論信念之間沒(méi)有相互作用；認(rèn)識(shí)論信念越高，科學(xué)推理的質(zhì)量就越高；當(dāng)認(rèn)識(shí)論信念較弱時(shí)，先驗(yàn)知識(shí)對(duì)科學(xué)推理的影響更強(qiáng)[7]。再如Treagust D根據(jù)學(xué)生對(duì)遺傳學(xué)的理解情況開(kāi)發(fā)了評(píng)估工具，并利用其對(duì)三所西澳中學(xué)的學(xué)生在遺傳學(xué)中進(jìn)行的科學(xué)推理進(jìn)行了評(píng)估[8]。Mil M H W V等的研究中提出了分子建模機(jī)制——為細(xì)胞行為構(gòu)建分子水平解釋的科學(xué)推理框架，以益于學(xué)生將分子知識(shí)與細(xì)胞、器官和生物體的現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)[9]。

2.對(duì)以學(xué)生為主體的科學(xué)推理能力測(cè)量的研究，包括學(xué)生、兒童等關(guān)鍵詞，涉及對(duì)各個(gè)年齡段學(xué)生、兒童科學(xué)推理能力水平的測(cè)試、科學(xué)推理能力存在個(gè)體差異的原因等。如Moore J C等利用Lawson科學(xué)推理能力測(cè)試卷(LCTSR)，對(duì)比STEM(科學(xué)，技術(shù)，工程和數(shù)學(xué))專業(yè)和非STEM專業(yè)的學(xué)生的科學(xué)推理能力，發(fā)現(xiàn)非STEM專業(yè)的學(xué)生LCTSR得分平均低于STEM專業(yè)的學(xué)生，基于測(cè)試情況對(duì)非STEM專業(yè)的學(xué)生在物理基礎(chǔ)課程中展現(xiàn)的科學(xué)推理能力進(jìn)行了研究[10]。Mayer D等為對(duì)小學(xué)生的科學(xué)推理能力進(jìn)行評(píng)估和建模，研究了55名四年級(jí)學(xué)生在科學(xué)推理的四個(gè)方面(理解科學(xué)的本質(zhì)、理解理論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和解釋數(shù)據(jù))的表現(xiàn)，研究結(jié)果也有助于解釋小學(xué)生的科學(xué)推理能力存在個(gè)體差異的原因[11]。如Legare C H在其研究中闡述了兒童的解釋和探索能力與科學(xué)推理能力的發(fā)展之間的關(guān)系，為兒童的科學(xué)教育提供了有價(jià)值的參考[12]。Piekny J等于2013年研究了223名兒童(4歲到13歲)的科學(xué)推理能力中生成假設(shè)、實(shí)驗(yàn)和證據(jù)評(píng)估能力的發(fā)展，并討論了研究結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)幼兒科學(xué)教育概念的意義[13]。

3.對(duì)科學(xué)推理能力與知識(shí)水平、批判性思維等之間關(guān)系的研究，包括知識(shí)、思維等關(guān)鍵詞，主要涉及概念性知識(shí)、科學(xué)知識(shí)等與學(xué)生的科學(xué)推理能力之間的關(guān)系，以及科學(xué)推理與科學(xué)思維能力的培養(yǎng)與提高問(wèn)題等。Keys C W通過(guò)研究探索科學(xué)推理、概念性知識(shí)與模型建構(gòu)之間的關(guān)系，研究表明，對(duì)于需要大量概念性知識(shí)支持的活動(dòng)來(lái)說(shuō)，科學(xué)推理對(duì)于構(gòu)建精確的科學(xué)模型而言非常重要[14]。Thull S等研究了67名6-8年級(jí)小學(xué)生的科學(xué)知識(shí)和科學(xué)推理成績(jī)之間的關(guān)系，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)科學(xué)知識(shí)和科學(xué)推理成績(jī)之間存在高度相關(guān)，科學(xué)知識(shí)是三個(gè)年級(jí)階段的學(xué)生在科學(xué)推理方面存在差異的一個(gè)重要因素[15]。再如Halpern D F等研究了“ARA行動(dòng)”——一種可以用來(lái)培養(yǎng)批判性思維和科學(xué)推理能力的電腦學(xué)習(xí)游戲，主要探討學(xué)生如何通過(guò)這款有價(jià)值的“學(xué)習(xí)工具”來(lái)學(xué)習(xí)科學(xué)推理的技巧，以提高批判性思維能力和科學(xué)推理能力[16]。Russ R S等以一節(jié)二年級(jí)科學(xué)課為例，研究如何使課堂評(píng)價(jià)更有利于提高學(xué)生的科學(xué)推理能力，結(jié)果表明教師在教學(xué)中注重對(duì)自然現(xiàn)象的因果機(jī)制進(jìn)行解釋，而不僅是基于教科書(shū)對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，將會(huì)有益于學(xué)生科學(xué)思維和科學(xué)能力的發(fā)展[17]。

4.對(duì)科學(xué)教育和教學(xué)中科學(xué)推理的研究，包括教育、教學(xué)等關(guān)鍵詞，涉及科學(xué)推理能力的發(fā)展在科學(xué)教育中的重要性、教學(xué)對(duì)學(xué)生科學(xué)推理能力水平的影響等問(wèn)題。如Osborne J在其研究中指出，學(xué)生缺乏科學(xué)推理的良好模型和評(píng)估這種高級(jí)認(rèn)知能力的專業(yè)知識(shí)，是21世紀(jì)科學(xué)教育所面臨的挑戰(zhàn)之一，研究中提出了一個(gè)科學(xué)推理的模型以促進(jìn)科學(xué)教育的發(fā)展[18]。Gropen J等通過(guò)對(duì)學(xué)齡前兒童科學(xué)推理能力中假設(shè)檢驗(yàn)等能力的研究，發(fā)現(xiàn)執(zhí)行功能(EF)對(duì)其發(fā)展起著重要的作用[19]。再如Garcia-Mila M研究了課堂中任務(wù)目標(biāo)對(duì)學(xué)生討論質(zhì)量的影響，發(fā)現(xiàn)教學(xué)中并非所有的課堂討論任務(wù)都能夠促進(jìn)學(xué)生科學(xué)推理能力的發(fā)展[20]。Lazonder A W等研究了直接教學(xué)和間接教學(xué)兩種教學(xué)方法對(duì)兒童科學(xué)推理能力中變量控制能力的影響，研究發(fā)現(xiàn)直接教學(xué)和將任務(wù)進(jìn)行細(xì)分都有助于兒童對(duì)變量控制策略(CVS)的學(xué)習(xí)和運(yùn)用[21]。

5.對(duì)有關(guān)提高學(xué)生科學(xué)推理能力的研究，包括技能、探究等關(guān)鍵詞，涉及教師技能水平對(duì)學(xué)生科學(xué)推理技能的影響的研究，以及關(guān)注探究活動(dòng)對(duì)學(xué)生科學(xué)推理能力的影響等問(wèn)題。Laius A等研究了科學(xué)教師的合作能力以及專業(yè)水平對(duì)學(xué)生的推理技能和科學(xué)創(chuàng)造技能等的影響，研究表明教師合作能力和專業(yè)水平的提高，將有助于學(xué)生科學(xué)推理能力的提高[22]。再如Beck C W等通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，基于探究的生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)室課程有助于學(xué)生自信心和科學(xué)推理能力的提高，但自信心的增加與科學(xué)推理能力的提高并沒(méi)有顯著的相關(guān)關(guān)系[23]。Lombard F E等[24]對(duì)探究式學(xué)習(xí)中有利于學(xué)生科學(xué)推理能力發(fā)展的“好問(wèn)題”的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，給教師提出了幾點(diǎn)建議：如問(wèn)題要由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，探究過(guò)程和師生互動(dòng)要充分等。

隨著研究的深入，科學(xué)推理研究不斷涌現(xiàn)新的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞。從關(guān)鍵詞共現(xiàn)時(shí)區(qū)圖可以得到各個(gè)熱點(diǎn)關(guān)鍵詞的演進(jìn)脈絡(luò)。由圖3發(fā)現(xiàn)1996—1999年科學(xué)推理研究的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞主要有知識(shí)、科學(xué)、兒童、課堂、方法、實(shí)驗(yàn)等；2000—2002年間的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞主要集中在成績(jī)、先驗(yàn)知識(shí)等方面；2003—2004年間的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞變?yōu)楦拍钷D(zhuǎn)變、科學(xué)教育、學(xué)生觀念等；2005年的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞有科學(xué)思維、認(rèn)知發(fā)展、學(xué)齡前兒童、信息、類比推理、任務(wù)、搜集、具體操作階段、組織等；2007年的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞有物理學(xué)科等。與近十年的科學(xué)推理研究發(fā)文量明顯增多相對(duì)應(yīng)，2008年左右起分化出大量熱點(diǎn)關(guān)鍵詞。2008—2009年間的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞主要聚集在思維、學(xué)生、青少年、表示、個(gè)體差異、因果推理、設(shè)計(jì)等；2010年間的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞主要有技能、教學(xué)、探究性學(xué)習(xí)、框架、模擬等；2011—2012年的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞有探究、教育、習(xí)得等；2013—2014年熱點(diǎn)關(guān)鍵詞主要有討論、能力、表現(xiàn)、小學(xué)、學(xué)校、發(fā)現(xiàn)、語(yǔ)境、推斷、解釋等；從2015—2017年的關(guān)鍵詞共現(xiàn)來(lái)看，科學(xué)推理研究熱點(diǎn)關(guān)鍵詞有進(jìn)一步分化的趨勢(shì)，較新的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞有話語(yǔ)、課程、共變、社會(huì)性科學(xué)問(wèn)題、決策、模型等。

五 研究進(jìn)展與前沿分析

如果兩篇文獻(xiàn)同時(shí)被多篇文獻(xiàn)引用，那么這兩篇文獻(xiàn)之間就存在著共被引關(guān)系。共被引文獻(xiàn)的主題具有一定的相似性，因此我們可以通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的共被引分析來(lái)探析文獻(xiàn)內(nèi)容的相關(guān)程度。利用CiteSpace繪制文獻(xiàn)時(shí)間線視圖共被引網(wǎng)絡(luò)，從文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞中來(lái)提取名詞性術(shù)語(yǔ)對(duì)聚類進(jìn)行命名，得到默認(rèn)的聚類命名為使用LLR算法得到的命名結(jié)果，共得到39個(gè)聚類。由于聚類數(shù)目過(guò)多，CiteSpace只呈現(xiàn)了最大的4個(gè)聚類，如圖4所示。圖中一條水平線表示一個(gè)聚類，顯示了聚類的文獻(xiàn)數(shù)量與時(shí)間跨度，文獻(xiàn)節(jié)點(diǎn)的大小表示文獻(xiàn)的共被引次數(shù)的多少。但4個(gè)聚類又不是完全獨(dú)立的，會(huì)通過(guò)某些文獻(xiàn)建立起聯(lián)系，這些文獻(xiàn)具有中介中心性，圖中用紫色外圈標(biāo)識(shí)。借助這些信息，就可以探索科學(xué)推理研究的主要研究?jī)?nèi)容及其發(fā)展進(jìn)程與演進(jìn)趨勢(shì)。

由圖4可見(jiàn)，近段時(shí)間以來(lái)，科學(xué)推理研究有4個(gè)主要的文獻(xiàn)共被引聚類主題，分別是Causal reasoning(因果推理)、Biology(生物學(xué)科)、Lower achieving classroom(低年級(jí)課堂)和Prior knowledge(先驗(yàn)知識(shí))。為進(jìn)一步探索四個(gè)聚類的具體含義，提取了四個(gè)聚類的標(biāo)簽信息，見(jiàn)表4、圖4。

圖4 文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)時(shí)間線視圖

聚類序號(hào)大小平均年份標(biāo)簽值Label (LLR)0282007causal reasoning(因果推理),cognitive development(認(rèn)知發(fā)展),physics(物理學(xué)科),biology(生物學(xué)科),content learning(內(nèi)容學(xué)習(xí))1192009biology(生物學(xué)科),content learning(內(nèi)容學(xué)習(xí)),score(成績(jī)),infor-mation(信息),higher education(高等教育)6102012lower achieving classroom(低年級(jí)課堂),experimentation(實(shí)驗(yàn)),school children(學(xué)齡兒童),mokken scale analysis(Mokken規(guī)模分析),dynamic assessment(動(dòng)態(tài)評(píng)估)1142004prior knowledge(先驗(yàn)知識(shí)),design(設(shè)計(jì)),framework(框架),inquiry learning(探究性學(xué)習(xí)),computer simulation(計(jì)算機(jī)模擬)

結(jié)合圖4和表4，這4個(gè)聚類主題的具體表現(xiàn)如下：

1.Causal reasoning(因果推理)。這4類研究中，因果推理的研究文獻(xiàn)數(shù)量最多、持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)，影響力最大。與該領(lǐng)域相關(guān)的關(guān)鍵詞有認(rèn)知發(fā)展、物理學(xué)科、生物學(xué)科、內(nèi)容學(xué)習(xí)等。因果推理能力的測(cè)量和其對(duì)科學(xué)推理能力的影響一直是該方面的重要內(nèi)容。如Zimmerman C對(duì)關(guān)于兒童科學(xué)推理能力發(fā)展的已有研究進(jìn)行了回顧和綜述，其中對(duì)有關(guān)科學(xué)推理能力因果機(jī)制的文獻(xiàn)進(jìn)行了論證分析，強(qiáng)調(diào)了因果推理能力對(duì)中小學(xué)學(xué)生科學(xué)思維的影響和在科學(xué)推理能力發(fā)展過(guò)程中的重要性[25]；Kuhn D對(duì)《需要提高什么才能達(dá)到熟練的科學(xué)思維》的研究表明，具有較強(qiáng)的因果推理能力，是成熟的科學(xué)思維的重要表現(xiàn)[26]；Croker S等研究了真實(shí)的任務(wù)環(huán)境中兒童的科學(xué)推理能力，討論了證據(jù)、參與者的信念和因果機(jī)制的知識(shí)對(duì)檢驗(yàn)假設(shè)策略產(chǎn)生的影響[27]。結(jié)果表明，語(yǔ)境和先驗(yàn)知識(shí)在兒童的科學(xué)推理中起著重要的作用。因果推理能力的提高措施也是這方面研究的重要內(nèi)容，如2012年Legare C H的研究表明，對(duì)矛盾沖突的解釋是驅(qū)動(dòng)兒童因果認(rèn)知的重要機(jī)制[28]。

2.Biology(生物學(xué)科)?？茖W(xué)推理與生物學(xué)科聯(lián)系非常緊密，研究熱度和影響力僅次于因果推理的研究。科學(xué)推理在生物學(xué)科中涉及到的有內(nèi)容學(xué)習(xí)、成績(jī)、信息、高等教育等。如Duncan R G等研究了學(xué)生在學(xué)習(xí)分子遺傳學(xué)的概念方面的知識(shí)時(shí)，如何消除錯(cuò)誤理解概念對(duì)科學(xué)推理能力培養(yǎng)產(chǎn)生的阻礙[29]；Mil M H W V等提出為細(xì)胞行為構(gòu)建分子水平解釋的科學(xué)推理框架，這種分子建模機(jī)制有助于學(xué)生將分子知識(shí)與細(xì)胞、器官和生物體的現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)[9]。Thompson E D等測(cè)試了學(xué)生的ACT數(shù)學(xué)考試(ACT-M)成績(jī)和Lawson科學(xué)推理能力課堂測(cè)試(SR)成績(jī)，評(píng)估了用兩項(xiàng)成績(jī)預(yù)測(cè)學(xué)生的一門生物學(xué)入門專業(yè)課程學(xué)習(xí)成果的有效性，邏輯回歸分析結(jié)果表明，可以用兩項(xiàng)成績(jī)來(lái)有效地預(yù)測(cè)學(xué)生在這門課中的學(xué)習(xí)成果，研究結(jié)果將有助于這門課程的開(kāi)展[30]。

3.Lower achieving classroom(低年級(jí)課堂)。相比于“因果推理”和“生物學(xué)科”，“低年級(jí)課堂”是一個(gè)新興的聚類主題并延續(xù)至今，近年來(lái)對(duì)低年級(jí)課堂中學(xué)生科學(xué)推理能力的研究引起了廣泛的關(guān)注，成為科學(xué)推理研究的前沿主題。該領(lǐng)域的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞有實(shí)驗(yàn)、學(xué)齡兒童、Mokken規(guī)模分析、動(dòng)態(tài)評(píng)估等。相關(guān)研究有：Mayer D等對(duì)55名四年級(jí)學(xué)生在科學(xué)推理的四個(gè)方面(理解科學(xué)的本質(zhì)、理解理論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和解釋數(shù)據(jù))的表現(xiàn)進(jìn)行了研究，并對(duì)這些學(xué)生的科學(xué)推理能力進(jìn)行了評(píng)估和建模，研究結(jié)果將有助于解釋小學(xué)生的科學(xué)推理能力存在個(gè)體差異的原因[11]。Piekny J等對(duì)共223名4歲到13歲的兒童的科學(xué)推理能力進(jìn)行了研究，主要研究了生成假設(shè)能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰妥C據(jù)評(píng)估能力的發(fā)展，并討論了研究結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)幼兒科學(xué)教育概念的意義[13]。Kuhn J T等對(duì)性別、科學(xué)推理能力和學(xué)習(xí)成績(jī)(科學(xué)和語(yǔ)言成績(jī))之間的關(guān)系進(jìn)行了多層次分析，分析結(jié)果表明，女孩在語(yǔ)言方面的表現(xiàn)優(yōu)于男孩，男孩在科學(xué)和推理方面表現(xiàn)出色[31]；且科學(xué)推理能力的測(cè)量結(jié)果可以用來(lái)預(yù)測(cè)科學(xué)成績(jī)，而語(yǔ)言成績(jī)則更多得受性別等因素的影響。

4.Prior knowledge(先驗(yàn)知識(shí))。關(guān)于“先驗(yàn)知識(shí)”的研究主要集中在2004—2008年之間，近期的研究熱度有所減弱。該領(lǐng)域涉及到的有設(shè)計(jì)、框架、探究性學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)模擬等。Zeineddin A等對(duì)大學(xué)理科學(xué)生的認(rèn)識(shí)論信念(EC)與科學(xué)推理能力之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，過(guò)程中將先驗(yàn)知識(shí)作為了一個(gè)干預(yù)變量，研究結(jié)果顯示：大學(xué)理科學(xué)生的先驗(yàn)知識(shí)和認(rèn)識(shí)論信念之間沒(méi)有相互作用；認(rèn)識(shí)論信念越高，科學(xué)推理的質(zhì)量就越高；當(dāng)認(rèn)識(shí)論信念較弱時(shí)，先驗(yàn)知識(shí)對(duì)科學(xué)推理的影響更強(qiáng)[7]。Croker S等在對(duì)真實(shí)任務(wù)環(huán)境中兒童的科學(xué)推理能力進(jìn)行研究時(shí)，發(fā)現(xiàn)先驗(yàn)知識(shí)在兒童的科學(xué)推理中起著重要的作用[27](見(jiàn)表5)。

表5 科學(xué)推理研究領(lǐng)域突現(xiàn)文獻(xiàn)

對(duì)共被引文獻(xiàn)進(jìn)行突發(fā)主題檢測(cè)，在一段時(shí)間內(nèi)受到重視的文獻(xiàn)用具備高突現(xiàn)性的節(jié)點(diǎn)表示，通過(guò)顯示這些節(jié)點(diǎn)的共被引歷史，可以查詢這些文獻(xiàn)的被引年度分布以及突發(fā)性出現(xiàn)的年份。從文獻(xiàn)被引突現(xiàn)的時(shí)間、趨勢(shì)以及突現(xiàn)值高低的角度，來(lái)深度剖析科學(xué)推理研究領(lǐng)域的前沿文獻(xiàn)，將研究前沿劃分為增強(qiáng)型研究前沿、漸微型研究前沿和最新型研究前沿三種不同類型。

圖5 增強(qiáng)型研究前沿節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)被引歷史

(1)增強(qiáng)型研究前沿。所謂增強(qiáng)型研究前沿，是指具備高突現(xiàn)性且被引頻次整體處于上升趨勢(shì)的節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)所反映的研究主題。通過(guò)對(duì)增強(qiáng)型研究前沿節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)的被引歷史折線圖(如圖5)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)第一個(gè)增強(qiáng)型研究前沿節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)是位于突現(xiàn)值第一位、“因果推理”聚類主題下的Zimmerman C發(fā)表的《中小學(xué)科學(xué)思維能力的發(fā)展》一文[25]。文章對(duì)關(guān)于實(shí)驗(yàn)技能、證據(jù)評(píng)估、因果推理和自我指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)(SDE)的兒童科學(xué)推理發(fā)展進(jìn)行研究的大量文獻(xiàn)進(jìn)行綜述，經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，這些研究特別關(guān)注有關(guān)自然和社會(huì)世界的概念和理論的思維形成和兒童的推理技巧等問(wèn)題，最后研究者在分析的基礎(chǔ)上對(duì)“孩子們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)科學(xué)”和“認(rèn)知發(fā)展研究如何為科學(xué)教學(xué)和學(xué)習(xí)提供信息”闡述了觀點(diǎn)。這篇綜述性文獻(xiàn)是科學(xué)推理研究領(lǐng)域的重要知識(shí)基礎(chǔ)文獻(xiàn)。

第二個(gè)增強(qiáng)型研究前沿的文獻(xiàn)是Strand-cary M于2008年發(fā)表的《發(fā)展基礎(chǔ)科學(xué)技能：教學(xué)有效性與途徑獨(dú)立性》，這篇文章位于突現(xiàn)值的第四位。變量控制策略(Control of Variables Strategy)，簡(jiǎn)稱CVS策略，是科學(xué)推理中的一項(xiàng)重要的學(xué)習(xí)策略[32]。Klahr和Nigam在早期的研究中考察了CVS的直接教學(xué)和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)在直接教學(xué)條件下的學(xué)生更可能掌握CVS策略，而且在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和做出有效推斷方面成績(jī)更佳[33]。在發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)條件下，只有百分之二十三的學(xué)生能夠掌握CVS策略，且所有掌握這一策略的學(xué)生，無(wú)論學(xué)習(xí)條件如何，在遷移任務(wù)中的得分都較高。Strand-cary M探討了不同教學(xué)類型對(duì)中學(xué)科學(xué)中“變量控制策略”(CVS)的掌握的影響，研究得出了兩個(gè)主要結(jié)果，這兩個(gè)結(jié)果都復(fù)制和部分?jǐn)U展了Klahr和Nigam在早期的研究工作。首先在這三個(gè)年級(jí)的水平上，在顯性條件下學(xué)習(xí)CVS的孩子掌握的水平比在探索性條件下要高。其次，同樣重要的是，掌握了CVS策略的學(xué)生在遷移任務(wù)中的表現(xiàn)要更好。

突現(xiàn)值位于第七位、在“先驗(yàn)知識(shí)”聚類主題下的《真實(shí)世界中的科學(xué)推理：先驗(yàn)信念的影響》是第三個(gè)增強(qiáng)型研究前沿節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)，其于2011年由Croker S等發(fā)表[34]。文章在現(xiàn)實(shí)世界的口腔健康背景下研究了先驗(yàn)知識(shí)等對(duì)科學(xué)推理信念的影響。研究中，給予參與者假設(shè)檢驗(yàn)任務(wù)并要求他們解釋自己的答案，研究者向參與者提供的信息與他們自己的信念一致或不一致。最后通過(guò)考慮因果變量的合理性來(lái)解釋參與者在這些任務(wù)上的表現(xiàn)。變量控制策略用于檢驗(yàn)證據(jù)與參與者的信念和因果機(jī)制知識(shí)一致的情況下的假設(shè)。相反，當(dāng)證據(jù)與參與者的信念不一致時(shí)，兒童選擇操縱可能導(dǎo)致積極健康結(jié)果的行為。研究結(jié)果表明，語(yǔ)境和先驗(yàn)知識(shí)相互作用，在兒童的科學(xué)推理中發(fā)揮著重要作用。

結(jié)合對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)內(nèi)容的分析，發(fā)現(xiàn)隨著對(duì)科學(xué)推理能力測(cè)驗(yàn)的不斷發(fā)展、國(guó)際比較的不斷深入，對(duì)個(gè)體進(jìn)行科學(xué)推理的任務(wù)情境、技巧及其影響因素的研究，逐漸成為科學(xué)推理研究領(lǐng)域的增強(qiáng)型研究前沿。

(2)漸弱型研究前沿。如圖6，一些具備高突現(xiàn)性的節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)被引頻次雖整體處于下降趨勢(shì)，但這些文獻(xiàn)所反映的研究主題仍具有較高的研究熱度，構(gòu)成了漸弱型研究前沿。

圖6 漸弱型研究前沿節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)被引歷史

第一個(gè)漸弱型研究前沿的節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)是1996年Schauble L發(fā)表的《知識(shí)豐富背景下科學(xué)推理的發(fā)展》，突現(xiàn)值位于第二位。在這項(xiàng)科學(xué)推理發(fā)展的研究中，10名5至6年級(jí)的兒童(5名男孩和5名女孩)和10名非大學(xué)生進(jìn)行了6個(gè)半小時(shí)的實(shí)驗(yàn)，以探索2個(gè)物理科學(xué)領(lǐng)域的因果結(jié)構(gòu)[35]。在每項(xiàng)任務(wù)完成2小時(shí)后，兩個(gè)年齡組都表現(xiàn)出對(duì)內(nèi)容的理解以及生成和解釋證據(jù)的策略的變化。一般來(lái)說(shuō)，成年人的表現(xiàn)優(yōu)于孩子。單獨(dú)的有效策略和正確的信念都不足以保證成功，這表明無(wú)論是作為一般歸納領(lǐng)域還是作為特定領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)都可能有所簡(jiǎn)化。

漸弱型研究前沿的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)是《理論與證據(jù)：科學(xué)推理的發(fā)展》，由Koslowski B于1996年發(fā)表，突現(xiàn)值位于第三位[36]。在這篇文章中，Koslowski B提供了一個(gè)新的研究項(xiàng)目的基礎(chǔ)，以便更完整地描述科學(xué)推理、問(wèn)題解決和因果關(guān)系?？扑孤宸蛩够竽懙嘏u(píng)了許多目前經(jīng)典的研究，并提出了一系列令人信服的論點(diǎn)，并在過(guò)去十年里進(jìn)行了一系列詳盡的實(shí)驗(yàn)。文章描述了一項(xiàng)研究，該研究著眼于人們對(duì)科學(xué)推理中有價(jià)值的證據(jù)類型的信念，并研究這些信念是如何隨著年齡而改變的。主要關(guān)注的是實(shí)際科學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)戰(zhàn)略。報(bào)告了兩種一般類型的研究，一種是關(guān)于假設(shè)檢驗(yàn)，另一種是關(guān)于假設(shè)修正(人們?nèi)绾翁幚碜C據(jù)不符合給定解釋的證據(jù))?？扑孤宸蛩够J(rèn)為，當(dāng)科學(xué)推理在運(yùn)作上被定義為正確的表現(xiàn)包括關(guān)注協(xié)變和忽視理論或機(jī)制的考慮時(shí)，那么Ss通常被視為從事有缺陷的推理，而事實(shí)上，他們的推理在科學(xué)上是合法的。既不依靠協(xié)變也不依靠理論就不構(gòu)成成功的公式。既不依賴共同變異，也不依賴?yán)碚?，這就是成功的公式。

Kuhn D在1997年發(fā)表的《約束或控制指標(biāo)?發(fā)展心理學(xué)與科學(xué)教育》是漸弱型研究前沿的第三個(gè)節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)，突現(xiàn)值位于第六位，屬于“因果推理”聚類主題[37]。Metz于1995年發(fā)表的文獻(xiàn)中批評(píng)“以發(fā)展為基礎(chǔ)”的科學(xué)課程不恰當(dāng)?shù)叵拗屏丝茖W(xué)教學(xué)的活動(dòng)，這些活動(dòng)與真正的科學(xué)探究幾乎沒(méi)有相似之處，她認(rèn)為這是一種更有效的科學(xué)教育模式。Kuhn D在文章中反思了梅茨的建議，考慮發(fā)展心理學(xué)的研究和理論是否能夠?yàn)榭茖W(xué)教育者追求梅茨所倡導(dǎo)的方向提供依據(jù)，并提出了一個(gè)“指南”而非“約束”的模型，來(lái)說(shuō)明發(fā)展心理學(xué)如何為科學(xué)教育者的努力提供依據(jù)。

(3)最新型研究前沿。如圖7，2012年以來(lái)發(fā)表，且具有高突現(xiàn)性的節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)所反映的研究主題構(gòu)成了最新研究前沿。最新型研究前沿的第一個(gè)節(jié)點(diǎn)是《兒童早期和中期的科學(xué)推理:領(lǐng)域一般證據(jù)評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)和假設(shè)生成技能的發(fā)展》，由Piekny J于2013年所作，突現(xiàn)值位于第五位。該研究的主要目的是對(duì)小學(xué)階段的科學(xué)推理進(jìn)行廣泛的評(píng)估和建模[13]。155名四年級(jí)學(xué)生在最近開(kāi)發(fā)的20種紙筆項(xiàng)目上進(jìn)行了測(cè)試，這些項(xiàng)目涉及科學(xué)推理的四個(gè)不同組成部分(理解科學(xué)的本質(zhì)、理解理論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和解釋數(shù)據(jù))。Rasch的研究證實(shí)了，科學(xué)推理項(xiàng)目形成了一個(gè)可靠的量表。數(shù)據(jù)分析表明，除了一般的認(rèn)知能力(智力、閱讀能力)、問(wèn)題解決能力和空間能力之外，還可以預(yù)測(cè)科學(xué)推理項(xiàng)目的表現(xiàn)，從而有助于解釋小學(xué)生科學(xué)推理能力的個(gè)體差異。Piekny J的這項(xiàng)研究將有助于后人更好得進(jìn)行科學(xué)推理測(cè)量、預(yù)測(cè)等研究，并有助于進(jìn)一步解釋科學(xué)推理能力的個(gè)體差異等問(wèn)題，有助于采取措施促進(jìn)學(xué)生科學(xué)推理能力的發(fā)展。

圖7 最新型研究前沿節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)被引歷史

Mayer D等于2014年發(fā)表的《小學(xué)生科學(xué)推理:評(píng)價(jià)與認(rèn)知能力的關(guān)系》，位于突現(xiàn)值第八位，是最新型研究前沿的第二個(gè)節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)[11]。文章以Klahr的科學(xué)發(fā)現(xiàn)作為雙重搜索模型，調(diào)查過(guò)程包括三個(gè)認(rèn)知組成部分：假設(shè)生成，實(shí)驗(yàn)和證據(jù)評(píng)估。主要研究了：“何時(shí)出現(xiàn)評(píng)估完美共變、不完全共變和非共變證據(jù)的能力”“實(shí)驗(yàn)何時(shí)出現(xiàn)”“假設(shè)生成技能何時(shí)出現(xiàn)”和“這些能力是否在童年時(shí)期同步發(fā)展”幾個(gè)問(wèn)題，對(duì)共有223名五個(gè)年齡組的兒童(從4.0歲到13.5歲)展開(kāi)了調(diào)查。研究結(jié)果表明，科學(xué)推理的三個(gè)認(rèn)知成分是異步出現(xiàn)的?？茖W(xué)推理的發(fā)展始于能夠處理明確的數(shù)據(jù)，進(jìn)展到對(duì)模糊數(shù)據(jù)的解釋，并導(dǎo)致根據(jù)證據(jù)的充分性靈活地進(jìn)行假設(shè)。當(dāng)兒童理解了證據(jù)的模糊程度與假設(shè)的置信水平之間的關(guān)系時(shí)，區(qū)分確定性和不確定性實(shí)驗(yàn)的能力將隨之提高。最后簡(jiǎn)要討論了這些結(jié)果對(duì)幼兒科學(xué)教育概念設(shè)計(jì)的影響。

六 研究結(jié)論與啟示

近20年來(lái)，被SSCI收錄的科學(xué)推理研究文章有200篇。從文章的時(shí)間分布來(lái)看，2008年以來(lái)科學(xué)推理的研究整體來(lái)看比較活躍。從期刊分布看，高產(chǎn)和高被引期刊主要集中在科學(xué)教育領(lǐng)域，其次涉及的還有心理學(xué)等領(lǐng)域。

高產(chǎn)和高被引機(jī)構(gòu)大多位于美國(guó)。Kuhn D、Klahr D、Lawson A E等是該研究領(lǐng)域的核心作者，對(duì)科學(xué)推理的研究做出了很大的貢獻(xiàn)。中國(guó)大陸的機(jī)構(gòu)與作者無(wú)論是發(fā)文量還是被引次數(shù)均未進(jìn)入榜單前十名，與美國(guó)相比差距仍然非常大。

基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析，發(fā)現(xiàn)科學(xué)推理能力研究具有較強(qiáng)中心性和較高出現(xiàn)頻次的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞為知識(shí)、科學(xué)、技能、思維、學(xué)生、探究、生物學(xué)科、教育、兒童、教學(xué)等，近年來(lái)科學(xué)推理研究呈現(xiàn)出熱點(diǎn)關(guān)鍵詞不斷分化的特點(diǎn)，分化出話語(yǔ)、課程、共變、社會(huì)性科學(xué)問(wèn)題、決策、模型等新的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞。

基于文獻(xiàn)共被引分析，發(fā)現(xiàn)因果推理、生物學(xué)科、低年級(jí)課堂和先驗(yàn)知識(shí)是科學(xué)推理研究的4個(gè)主要文獻(xiàn)共被引聚類主題，其中因果推理和生物學(xué)科兩個(gè)方面的文獻(xiàn)數(shù)量較多、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，低年級(jí)課堂是當(dāng)前的研究前沿。關(guān)于先驗(yàn)知識(shí)的研究主要集中在2004—2008年之間，近期的研究熱度有所減弱。

綜合分析以上所得的研究結(jié)果，對(duì)我國(guó)接下來(lái)的科學(xué)推理研究有幾點(diǎn)啟示：

(一)加強(qiáng)對(duì)科學(xué)推理的有關(guān)理論和發(fā)展的研究

正如前文分析，對(duì)科學(xué)推理能力及其發(fā)展中的影響因素等的研究，依舊是當(dāng)前國(guó)際研究的熱點(diǎn)與前沿問(wèn)題。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)對(duì)科學(xué)推理的研究還未形成一定規(guī)模，在這其中較多的是關(guān)于科學(xué)推理能力測(cè)評(píng)以及關(guān)于科學(xué)推理研究綜述的文章。接下來(lái)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)科學(xué)推理有關(guān)理論和發(fā)展的研究，這將有助于從根本出發(fā)，提高我國(guó)中小學(xué)生的科學(xué)推理水平和科學(xué)素養(yǎng)。

(二)促進(jìn)科學(xué)推理研究跨學(xué)科探索

經(jīng)過(guò)前面的分析發(fā)現(xiàn)，除在心理學(xué)領(lǐng)域有關(guān)科學(xué)推理的研究受到廣泛關(guān)注之外，生物、物理、數(shù)學(xué)等學(xué)科中學(xué)生科學(xué)推理能力的發(fā)展等問(wèn)題也是目前該領(lǐng)域的研究的熱點(diǎn)。我國(guó)目前對(duì)這方面的研究還不夠深入，如何在多學(xué)科的綜合探究與實(shí)踐過(guò)程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、更全面地促進(jìn)學(xué)生科學(xué)推理能力的提高，需要進(jìn)行更多得探索。

(三)推進(jìn)STS教育理念背景下關(guān)于科學(xué)推理能力的研究

通過(guò)對(duì)近年來(lái)發(fā)表且具有高突現(xiàn)性的文獻(xiàn)的內(nèi)容分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)科學(xué)推理能力發(fā)展的特點(diǎn)進(jìn)行研究，并進(jìn)行總結(jié)從中得到啟示，將其應(yīng)用于科學(xué)教育，使其有助于科學(xué)教育的發(fā)展，成為當(dāng)前最新的科學(xué)研究前沿。在全球化的背景下，在這個(gè)科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展的時(shí)代，正確認(rèn)識(shí)科學(xué)教育的目標(biāo)、內(nèi)容、方法以及與之相關(guān)的教育政策和資源等問(wèn)題，將關(guān)乎到一個(gè)國(guó)家的發(fā)展。美國(guó)歷來(lái)重視科學(xué)教育，隨著對(duì)科學(xué)教育的不斷探索，取得了一些豐碩的成果。我國(guó)自20世紀(jì)80年代中期引進(jìn)了有關(guān)STS教育的理論，并對(duì)大學(xué)、中學(xué)和小學(xué)的STS教育進(jìn)行了理論和實(shí)踐的研究。南京大學(xué)于2012年舉辦了國(guó)際科學(xué)教育研討會(huì)。目前，我國(guó)在積極借鑒科學(xué)教育經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，也需結(jié)合本國(guó)實(shí)際進(jìn)行科學(xué)推理的研究，以期對(duì)我國(guó)教育的改革積累經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高。