沈秀童，艾 陽

(1. 西南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 400715；2.青島科技大學(xué) 數(shù)理學(xué)院，山東 青島 266100)

新中國(guó)成立以來，我國(guó)基礎(chǔ)教育在不斷改革的過程中取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。化學(xué)作為一門基礎(chǔ)的自然科學(xué)，在促進(jìn)科技進(jìn)步和社會(huì)文明發(fā)展、提高人們的生活質(zhì)量等方面具有重要的價(jià)值?；瘜W(xué)教育作為學(xué)?？茖W(xué)教育的重要組成部分，與其他學(xué)科教育一樣，承擔(dān)著傳遞人類文明遺產(chǎn)、為國(guó)家發(fā)展培養(yǎng)人才的重要作用[1]。我國(guó)中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)在理論建構(gòu)和實(shí)踐探索方面取得了豐碩的成果，呈現(xiàn)出明顯的階段性特征[2]。通過探索新時(shí)代中學(xué)化學(xué)教學(xué)的方向和內(nèi)容，充分發(fā)揮化學(xué)課程的育人價(jià)值，對(duì)促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展具有重要意義。

自 20 世紀(jì) 50 年代開始，我國(guó)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)上產(chǎn)生過一系列探索。如 1952 年 3 月教育部頒布的 《中學(xué)暫行規(guī)程(草案)》提出，“中學(xué)的教育目標(biāo)是使學(xué)生得到現(xiàn) 代化科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和技能。”[3]同 年 12 月教育部頒發(fā)了以前蘇聯(lián)教學(xué)大綱為藍(lán)本編寫的 《中學(xué)化學(xué)教學(xué)大綱(草案)》，明確指出中學(xué)化學(xué)教學(xué)的基本任務(wù)是使學(xué)生獲得一定的、系統(tǒng)的 和鞏固的化學(xué)基本知識(shí)；使學(xué)生獲得計(jì)算、實(shí)驗(yàn)等基本技巧[4]。1978 年 1 月教育部頒布的《全日制十年制學(xué)校中學(xué)化學(xué)教學(xué)大綱(試行草案)》指出 “中學(xué)化學(xué)教學(xué)的目的是使學(xué)生牢固地、系統(tǒng)地掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。”[5]。借鑒國(guó)際科學(xué)教育改革經(jīng)驗(yàn)和對(duì)國(guó)內(nèi)中學(xué)化學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)研的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)國(guó)家基礎(chǔ)教育課程改革綱要精神的《全日制義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿)》于 2001 年 7 月正式出版[6]。2018 年 1 月，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 年版)》正式出版，明確提出以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨，并對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵和要求進(jìn)行了明確的說明。

而作為學(xué)術(shù)研究發(fā)展的重要力量碩博研究生，碩博畢業(yè)論文的主題代表了該行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，本文選取“中學(xué)化學(xué)教學(xué)”—為研究對(duì)象，因考慮到目前該方面的綜述文獻(xiàn)主要從理論研究方面進(jìn)行闡述，故本文采用數(shù)據(jù)挖掘的方法對(duì) 2020 年以前 CNKI 收錄的該主題方面的碩博論文進(jìn)行相關(guān)研究，為從另外一個(gè)角度了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀提供參考。

本文的其他部分組織結(jié)構(gòu)如下：第二部分，我們給出本文數(shù)據(jù)收集和研究的方法思路，第三部分給出本文對(duì)碩博論文發(fā)表時(shí)間、培養(yǎng)單位、基金資助、關(guān)鍵詞、論文題目、師生關(guān)系等方面的具體分析內(nèi)容，最后部分給出了相應(yīng)的結(jié)論。

1 數(shù)據(jù)收集與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

本文采集自 2020 年以前 CNKI 中國(guó)知網(wǎng)收錄的碩、博論文，以“中學(xué)化學(xué)教學(xué)”為主題詞進(jìn)行檢索，共搜索碩博論文 1724 篇，再將檢索得到的論文題目、作者、單位、發(fā)表年份、導(dǎo)師、關(guān)鍵詞等關(guān)鍵信息用 Excel 形式導(dǎo)出，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理和相關(guān)分析。

1.2 研究方法

區(qū)別于傳統(tǒng)綜述研究的視角來刻畫該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，本文擬采用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)來進(jìn)行以下處理分析，以便更加直觀清晰的得到該領(lǐng)域的相關(guān)信息。

1.2.1 共詞分析法

共詞分析法是通過基于內(nèi)容的分析技術(shù)，分析一對(duì)詞同時(shí)出現(xiàn)在同一文獻(xiàn)中次數(shù)，以此為聯(lián)系進(jìn)行分層聚類，形成共現(xiàn)矩陣，來揭示詞與詞之間的親疏關(guān)系，進(jìn)而表現(xiàn)它們所代表的主題和科目的結(jié)構(gòu)變化。本文主要對(duì)檢索文獻(xiàn)中的論文題目，關(guān)鍵詞，師生關(guān)系等進(jìn)行了共現(xiàn)分析。

1.2.2 數(shù)據(jù)可視化

數(shù)據(jù)可視化方法是一種借助于圖形化的方式，清晰有效地傳達(dá)與溝通數(shù)據(jù)信息的方法。本文將通過對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗后，利用折線圖、熱力圖等方式對(duì)文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)信息等進(jìn)行展現(xiàn)，起到一圖勝萬言的效果。

1.2.3 知識(shí)圖譜

知識(shí)圖譜是一種通過提取數(shù)據(jù)中的信息，對(duì)其分析相似性及測(cè)度的方法，利用可視化技術(shù)去挖掘、構(gòu)建、分析、繪制以及描述知識(shí)及其載體之間相互聯(lián)系。本文通過共詞分析得到關(guān)鍵詞、論文題目、師生關(guān)系的共現(xiàn)矩陣，然后使用知識(shí)圖譜的方式對(duì)相互之間的關(guān)系進(jìn)行了分析。

1.3 數(shù)據(jù)分析工具

采用如下工具來對(duì) 2.2 制定的研究方法加以實(shí)現(xiàn)。

1.3.1 Python 語言

本文使用的 Python 編輯器 Jupyter 網(wǎng)絡(luò)分析平臺(tái)對(duì)文獻(xiàn)信息進(jìn)行預(yù)處理，將關(guān)鍵詞、單位作者等高頻數(shù)據(jù)提取出來，并通過共現(xiàn)分析得到共現(xiàn)矩陣。另外也可以使用 Python 中Pyecharts 庫進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化等操作。

1.3.2 ROSTCM 軟件

推廣4 已知雙曲線過雙曲線外任意一點(diǎn)D作雙曲線的切線，若存在兩條切線，設(shè)切點(diǎn)為P,Q，過點(diǎn)D作直線l與雙曲線C交于不同的兩點(diǎn)M,N，過點(diǎn)M作與DQ平行的直線與直線PQ,QN交于點(diǎn)A,B，則A為線段BM的中點(diǎn).

ROSTCM 軟件作為文本分析研究平臺(tái)，具有強(qiáng)大的文本處理功能，可進(jìn)行有效的分詞處理，其中基于字符串匹配的分詞功能可將文本中無意義詞過濾，并將高頻詞提取形成共詞矩陣。本文將檢索到主題詞的論文題目整合到 txt 文本中，利用 ROSTCM 功能性分析中的分詞功能對(duì)論文標(biāo)題進(jìn)行分詞，然后利用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析功能對(duì)分詞后的數(shù)據(jù)生成論文題目共詞矩陣。

1.3.3 Ucinet 軟件

Ucinet 網(wǎng)絡(luò)分析集成軟件提供了大量的數(shù)據(jù)管理和轉(zhuǎn)化工具，包括一維與二維數(shù)據(jù)分析工具 NetDraw 等。通過將文獻(xiàn)中提取得到的共現(xiàn)矩陣導(dǎo)入 Ucinet 軟件生成.h 文件，用 NetDraw 工具生成 Network 社交網(wǎng)絡(luò)知識(shí)圖譜，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)存在關(guān)聯(lián)關(guān)系的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2 基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的中學(xué)化學(xué)教學(xué)研究現(xiàn)狀分析

2.1 論文時(shí)間分布

碩博士論文的數(shù)量是評(píng)價(jià)某領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵指標(biāo)，在一定程度上反映了該研究方向的研究水平和規(guī)律，描繪論文的數(shù)量分布曲線，為評(píng)估該領(lǐng)域所處的階段，預(yù)測(cè)未來發(fā)展趨勢(shì)和動(dòng)態(tài)具有十分重要的意義。對(duì)檢索到的“中學(xué)化學(xué)教學(xué)”主題詞的碩博論文發(fā)表時(shí)間繪制折線圖如圖 1 所示。

圖1 論文發(fā)布年份

由圖1分析論文發(fā)表的情況可知，從 2000 年起“中學(xué)化學(xué)教學(xué)”方面的碩博論文開始出現(xiàn)并呈快速上升的趨勢(shì)，在 2007 年到 2010 年的短暫下降之后，從 2010 年開始，論文數(shù)量再次出現(xiàn)增長(zhǎng)，并在 2017 年達(dá)到峰值。2017 年以后該方面的碩博畢業(yè)生開始逐年減少。隨著減少的趨勢(shì)漸漸消失，預(yù)計(jì)在未來幾年該主題的碩博論文將會(huì)仍然保持在較高水平。

2.2 培養(yǎng)單位情況

圖2 “中學(xué)化學(xué)教學(xué)”top10培養(yǎng)單位

培養(yǎng)領(lǐng)域的碩博士數(shù)目在一定程度上代表了科研機(jī)構(gòu)在該領(lǐng)域的研究實(shí)力，畢業(yè)生較多的單位在該領(lǐng)域通常具有較高的影響力?！爸袑W(xué)化學(xué)教學(xué)”主題共涉及 86 家培養(yǎng)單位，排名前 10 的培養(yǎng)單位如圖 2 和表 1 所示。

由圖2可知，在“中學(xué)化學(xué)教學(xué)”方面培養(yǎng)碩博士最多的單位是華中師范大學(xué)和華東師范大學(xué)，分別發(fā)文 169 篇和 113 篇。在論文的數(shù)量上遙遙領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)其他高校，培養(yǎng)的“中學(xué)化學(xué)”領(lǐng)域人才眾多，在該領(lǐng)域研究有豐碩的研究成果。

表 1 “中學(xué)化學(xué)教學(xué)”發(fā)文 top10 高校表

2.3 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

圖3 “中學(xué)化學(xué)教學(xué)”關(guān)鍵詞知識(shí)圖譜

論文的關(guān)鍵詞是整個(gè)文章的核心與凝練，是論文思想的高度概括和總結(jié)，高頻出現(xiàn)的關(guān)鍵詞則顯示出研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，因此對(duì)關(guān)鍵詞的數(shù)量及它們之間的共現(xiàn)分析可以發(fā)現(xiàn)該主題研究的現(xiàn)狀。首先利用Python該主題檢索到的4027個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，對(duì)其中出現(xiàn)次數(shù)排名前50的關(guān)鍵詞提取之后生成共現(xiàn)矩陣，利用Ucinet軟件和Pyechart畫出該主題關(guān)鍵詞知識(shí)圖譜(如圖3所示)以及近五年的關(guān)鍵詞熱力圖(如圖4所示)。其中知識(shí)圖譜中連線粗細(xì)表示關(guān)鍵詞之間聯(lián)系的緊密程度，點(diǎn)的大小表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)的次數(shù)，熱力圖中的數(shù)字代表該詞在該年份的數(shù)量排名。

圖4 “中學(xué)化學(xué)教學(xué)”關(guān)鍵詞熱力圖

在圖3中，化學(xué)作為出現(xiàn)頻次最高的關(guān)鍵詞除了與教學(xué)，中學(xué)化學(xué)等相近關(guān)鍵詞緊密聯(lián)系以外，還與研究、策略、實(shí)踐、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等有密切聯(lián)系，說明這些方面是該領(lǐng)域的主要研究方向。另外從圖4關(guān)鍵詞的熱力變化顯示，教學(xué)設(shè)計(jì)、高中化學(xué)、中學(xué)化學(xué)近幾年占有較高位次。

2.4 論文題目共現(xiàn)分析

論文標(biāo)題是一篇論文的核心部分，可以直觀展現(xiàn)出本篇論文所研究的主要內(nèi)容與方向，讓讀者可以迅速評(píng)定論文對(duì)自己是否產(chǎn)生幫助，因此對(duì)論文標(biāo)題進(jìn)行研究有十分重要的意義。

本文利用文本分析軟件ROSTCM將提取后的論文題目進(jìn)行分詞處理，在過濾掉無意義的詞后提取高頻詞形成共現(xiàn)矩陣，畫出的知識(shí)圖譜如圖5所示，圖譜中點(diǎn)的大小代表出現(xiàn)次數(shù)多少，線的粗細(xì)代表兩個(gè)詞之間的聯(lián)系程度。

圖5 “中學(xué)化學(xué)教學(xué)”標(biāo)題分詞知識(shí)圖譜

從圖5論文題目的分詞知識(shí)圖譜看出，該主題下的論文以基礎(chǔ)性研究為主，同時(shí)結(jié)合實(shí)踐，在創(chuàng)新性研究方面也有較多涉及。其中“研究”、“實(shí)驗(yàn)”，“實(shí)踐”、“探究”，“創(chuàng)新”、“策略”，“現(xiàn)狀”是常和主題結(jié)合的詞匯。

2.5 師生關(guān)系知識(shí)圖譜

導(dǎo)師是學(xué)生在研究過程中的關(guān)鍵指導(dǎo)，在該領(lǐng)域指導(dǎo)的畢業(yè)生數(shù)量在一定程度上體現(xiàn)了該導(dǎo)師在該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)地位，通過分析導(dǎo)師與學(xué)生之間的關(guān)聯(lián)性能刻畫出在某領(lǐng)域有影響力的學(xué)者。利用python預(yù)處理檢索到的數(shù)據(jù)，提取出主題詞下指導(dǎo)學(xué)生較多的導(dǎo)師，通過共現(xiàn)分析法形成共現(xiàn)矩陣，然后利用Ucinet構(gòu)建知識(shí)圖譜(指導(dǎo)畢業(yè)學(xué)生分別大于等于15名)如圖6所示，其中方塊表示學(xué)生，圓點(diǎn)表示導(dǎo)師。圓點(diǎn)的大小表示了導(dǎo)師指導(dǎo)學(xué)生的數(shù)量多少。

在圖6的高頻導(dǎo)師知識(shí)圖譜中，共有17位老師的學(xué)生數(shù)量大于等于15，在所有導(dǎo)師中，王后雄和畢華林兩位老師的圓點(diǎn)最大，分別有48條和44條線段與之相連，表示兩位老師在該領(lǐng)域較其他老師有較大影響力。此外鄭長(zhǎng)龍，馬宏佳分別指導(dǎo)了38篇和33篇碩博論文發(fā)表，表示他們二人在該領(lǐng)域也做出過突出貢獻(xiàn)。圖中王萍，劉程程，何永紅，王艷四人同時(shí)連接著兩位導(dǎo)師，說明在論文創(chuàng)作過程中得到過不同導(dǎo)師的指導(dǎo)。

圖6 “中學(xué)化學(xué)教學(xué)”高頻導(dǎo)師

3 結(jié)語

本文基于數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)2020年以前CNKI收錄的以“中學(xué)化學(xué)教學(xué)”為主題的碩博論文進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，通過數(shù)據(jù)可視化、共現(xiàn)分析、知識(shí)圖譜等方式對(duì)論文時(shí)間、單位、關(guān)鍵詞、題目關(guān)鍵詞、師生關(guān)系等方面進(jìn)行研究，從不同角度刻畫了該主題的研究現(xiàn)狀和未來趨勢(shì)。從分析中可以看出，“中學(xué)化學(xué)教學(xué)”呈現(xiàn)出階段性發(fā)展的規(guī)律，隨著國(guó)家對(duì)教育投入的不斷加大以及化學(xué)研究的不斷發(fā)展，該領(lǐng)域在未來仍具有良好的研究前景。華中師范大學(xué)和東北師范大學(xué)在該主題上具有較高水平。而王后雄和畢華林兩位老師培養(yǎng)出該領(lǐng)域大批的優(yōu)秀碩博畢業(yè)生，對(duì)中學(xué)化學(xué)教學(xué)的研究與發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。