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        化學(xué)迷思概念研究熱點與趨勢
        ——基于CiteSpace知識圖譜分析

        2020-11-18 10:57:30令,關(guān)
        教育觀察 2020年35期
        關(guān)鍵詞:圖譜聚類概念

        常 令,關(guān) 明

        (新疆師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,新疆烏魯木齊,830054)

        一、研究背景

        迷思概念由我國臺灣學(xué)者對“misconception”英文單詞的前綴“mis”音譯和“conception”意譯翻譯而來。它是指學(xué)生在某一特定學(xué)科中對某事件、現(xiàn)象所持有的一些有別于目前科學(xué)家所公認(rèn)的想法或概念。[1]結(jié)合教學(xué)實踐,化學(xué)迷思概念是指學(xué)生在開始新的化學(xué)學(xué)習(xí)之前,在已有知識和生活經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,對化學(xué)現(xiàn)象、過程和規(guī)律進行自我建構(gòu)所形成的與科學(xué)界達成的共識存在偏差,可能不夠完備但并非完全錯誤的概念,或者是學(xué)生在做化學(xué)題、利用化學(xué)知識解決實際問題時容易出現(xiàn)概念理解錯誤、新舊概念混淆的情況。此外,化學(xué)迷思概念中的概念不僅僅是狹義的化學(xué)概念,它還包括具有高度抽象性的化學(xué)概念性知識及化學(xué)理論性知識等。迷思概念作為科學(xué)概念形成的原初狀態(tài),既是課堂教學(xué)的“生長點”,也是新舊知識間建構(gòu)的橋梁,其存在可能會妨礙學(xué)生對新知識的理解或與所學(xué)新知識結(jié)合生成新的迷思概念。[2]在教學(xué)過程中教師如果忽視這些迷思概念的形成將達不到預(yù)期的教學(xué)效果且不利于學(xué)生進行有意義的學(xué)習(xí)。教師通過探查學(xué)生頭腦中的迷思概念,充分了解學(xué)生已有概念之后進行教學(xué)設(shè)計以及開展教學(xué)將能顯著提高化學(xué)教學(xué)的有效性和針對性,幫助學(xué)生有效轉(zhuǎn)變迷思概念,實現(xiàn)迷思概念的解構(gòu)和科學(xué)的化學(xué)概念體系的建立,最終形成和發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。本研究將從文獻分析的角度研究CNKI數(shù)據(jù)庫中迷思概念的研究現(xiàn)狀、發(fā)展歷程以及未來的研究趨勢,結(jié)合CiteSpace的數(shù)據(jù)結(jié)果并研讀以往化學(xué)迷思概念領(lǐng)域的核心期刊文獻深入分析化學(xué)迷思概念研究的熱點與趨勢,以期為化學(xué)教育工作者開展化學(xué)迷思概念的相關(guān)研究提供借鑒。

        二、數(shù)據(jù)來源和方法

        (一)數(shù)據(jù)來源

        本研究選擇CNKI作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源,選擇“高級檢索”中的“主題”檢索,檢索條件為“迷思概念”,詞頻為“化學(xué)”,檢索時間為“2010年1月1日至2020年6月25日”,來源類別為“核心期刊”,共檢索得到35篇化學(xué)迷思概念相關(guān)文獻。

        (二)研究工具

        采用CiteSpace(5.0.R1)軟件繪制編程教育知識圖譜,從研究機構(gòu)來源、研究作者來源、合作情況和關(guān)鍵詞共現(xiàn)四個方面整體展現(xiàn)迷思概念研究現(xiàn)狀。

        三、研究結(jié)果分析

        (一)研究文獻發(fā)文量數(shù)據(jù)分析

        化學(xué)迷思概念發(fā)文數(shù)量可以表示該領(lǐng)域受關(guān)注的程度。CNKI檢索結(jié)果表明,迷思概念相關(guān)文獻的年度發(fā)表量波動幅度較大(圖1):2010—2011年,文獻數(shù)量顯著上升,在2011年達到最高;2012—2018年,文獻在小范圍內(nèi)波動;2019年文獻數(shù)量再次達到5篇,2020年已發(fā)表4篇?;瘜W(xué)迷思概念相關(guān)研究文獻從2018年開始逐年上升,表明最近幾年我國化學(xué)教育領(lǐng)域核心類期刊在持續(xù)關(guān)注迷思概念領(lǐng)域的研究。

        圖1 研究文獻發(fā)表數(shù)量趨勢圖

        (二)研究機構(gòu)

        通過CiteSpace繪制研究機構(gòu)知識貢獻圖譜。(圖2)從總體分析,各研究機構(gòu)之間較為分散,合作程度不密切;從局部分析,陜西師范大學(xué)化工學(xué)院、寧波大學(xué)教師教育學(xué)院、廣東廣州市協(xié)和中學(xué)、北京師范大學(xué)四個機構(gòu)研究較為活躍。在迷思概念領(lǐng)域較為權(quán)威的機構(gòu)還有香港大學(xué)教育學(xué)院、華東師范大學(xué)化學(xué)系、華南師范大學(xué)化學(xué)教學(xué)與資源研究所等。

        圖2 發(fā)文機構(gòu)共現(xiàn)知識圖譜

        (三)研究作者

        學(xué)科發(fā)展的方向和速度受學(xué)科領(lǐng)域核心作者的研究方向影響。根據(jù)賴普斯理論,核心作者的發(fā)文量應(yīng)滿足N=0.749(ηmax)1/2篇以上。其中,ηmax是研究領(lǐng)域內(nèi)發(fā)文最多作者的論文篇數(shù),以此計算入選核心作者發(fā)文量的最低標(biāo)準(zhǔn)N。統(tǒng)計發(fā)表在期刊上的迷思概念論文篇數(shù)后發(fā)現(xiàn),陜西師范大學(xué)的周青發(fā)文3篇,在發(fā)文量方面領(lǐng)先于其他作者。計算分析可得,核心作者的最低發(fā)文量N=1.297篇。從所有作者數(shù)據(jù)分析,發(fā)文量大于等于1.498篇的作者共有9人。由此看來,國內(nèi)研究迷思概念的學(xué)者比較少。通過CiteSpace對國內(nèi)研究迷思概念的作者進一步分析,選擇作者為節(jié)點繪制研究作者分布圖(圖3),對其分析后發(fā)現(xiàn)閆春更和周青在迷思概念研究領(lǐng)域發(fā)表文獻數(shù)目較多。孫可平主要聚焦迷思概念、認(rèn)知結(jié)構(gòu)、化學(xué)教材、教學(xué)設(shè)計與化學(xué)平衡等研究領(lǐng)域。從總體分析,研究迷思概念的學(xué)者之間合作較少;從局部分析,閆春更、周青、崔俊莉和魯春梅之間建立了緊密的合作關(guān)系。在迷思概念領(lǐng)域中具有重要影響力的學(xué)者還包括王存寬、鄧陽、王后雄、鄭長龍、徐志軍、麥裕華、錢揚義等,其研究領(lǐng)域主要涵蓋化學(xué)鍵、化學(xué)概念、教師教育和教學(xué)策略等。

        圖3 作者合作網(wǎng)絡(luò)圖譜

        (四)迷思概念關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

        關(guān)鍵詞作為一篇文章的高度概括,可以反映文章的主旨。關(guān)鍵詞的頻次、中心度等信息可以作為判斷某研究方向在領(lǐng)域內(nèi)是否為研究熱點的依據(jù),中心度體現(xiàn)關(guān)鍵詞在不同聚類之間的連接作用,當(dāng)前和未來的研究熱點可以參考關(guān)鍵詞與中心度來判斷。在CiteSpace中選擇節(jié)點類型為“關(guān)鍵詞”,繪制關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖譜(圖4),共析出97個節(jié)點、230條邊,密度為0.0494。

        圖4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

        表1 關(guān)鍵詞頻次排名

        表1為頻次排名前10位的關(guān)鍵詞。迷思概念出現(xiàn)24次,頻次最高;化學(xué)平衡出現(xiàn)8次,排名第二;概念轉(zhuǎn)變排名第三。這表明化學(xué)平衡和概念轉(zhuǎn)變相關(guān)的研究方向比較重要。另外,教學(xué)建議、教學(xué)策略、概念教學(xué)、化學(xué)鍵、高中化學(xué)等出現(xiàn)的頻次也較高,推斷學(xué)者也在關(guān)注這些關(guān)鍵詞所代表的研究方向。

        (五)關(guān)鍵詞的突現(xiàn)詞分析

        關(guān)鍵詞的突現(xiàn)詞分析可以得到各時間段的研究熱點。設(shè)置γ=0.3,Minimum Duration為1,獲得8個突現(xiàn)詞,分別是化學(xué)概念、勒夏特列原理、平衡移動、化學(xué)平衡常數(shù)、知識不足、學(xué)習(xí)進階、教學(xué)建議、三階試題,如圖5所示。

        圖5 關(guān)鍵詞突顯詞圖譜

        四、研究內(nèi)容總結(jié)與分析

        為探究各個主題的關(guān)系,揭示主題聚類分布情況,在CiteSpace中選擇節(jié)點類型為“關(guān)鍵詞”,在關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜的基礎(chǔ)上進行聚類分析,得出關(guān)鍵詞的聚類分析圖。本研究使用LLR算法進行聚類,最終統(tǒng)計出8個主題,圖譜分析模塊Q=0.6954>0.4,表明劃分的關(guān)鍵詞具有顯著相關(guān)性,平均輪廓值S=0.9137>0.05,表明聚類分析具有較高信度,如圖6所示。

        圖6 關(guān)鍵詞聚類的可視化圖譜

        聚類1是手持技術(shù)。此類研究主要聚焦于離子反應(yīng)、科學(xué)教育等方面。陳世明等列舉勒夏特列原理使用中易產(chǎn)生的迷思概念并進行深入分析,對質(zhì)疑勒夏特列原理的一些觀點提出不同看法,加深了對勒夏特列原理的理解。[3]孫影等以化學(xué)學(xué)科中核心概念,即化學(xué)家觀念(Perspectives of Chemists)為框架,運用項目反應(yīng)理論進行標(biāo)準(zhǔn)參照分析,描述和測量學(xué)生化學(xué)核心概念理解的發(fā)展進階。ChemQuery評價系統(tǒng)修正本身就是化學(xué)學(xué)科理解的學(xué)習(xí)進階開發(fā)過程,這一開發(fā)模式是科學(xué)教育中核心概念研究領(lǐng)域值得借鑒的模式和思路。[4]

        聚類2是化學(xué)平衡。此類研究聚焦于高中生、理科班等方面。鄧陽等詳述了二段式測驗題的類型、編制、施測和分析方法,并結(jié)合具體教學(xué)實例(化學(xué)平衡)討論如何利用二段式測驗診斷高三化學(xué)復(fù)習(xí)中學(xué)生的迷思概念。[5]黎夢麗等從迷思概念的測查、成因分析以及教學(xué)策略研究三個方面梳理了國外“化學(xué)平衡”主題的教學(xué)研究。已開發(fā)的教學(xué)策略包括概念轉(zhuǎn)變策略、模型教學(xué)策略、類比教學(xué)策略、論證式教學(xué)策略以及計算機教學(xué)策略等。[6]

        聚類3是化學(xué)鍵。此類研究聚焦于化學(xué)概念教學(xué)、電解質(zhì)等方面。王勇以小組合作為學(xué)習(xí)方式,通過對學(xué)生課前自主預(yù)習(xí)中提出的問題進行歸納、分類研究,以此為基礎(chǔ)設(shè)計平行性、模塊化、漸進式的教學(xué)任務(wù)來突破教學(xué)重、難點,并在課堂上運用互動課堂反饋系統(tǒng)及時測查學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。[7]

        聚類4是混合物。此類研究聚焦于紙筆測驗、二段式檢測工具等方面。張瑩設(shè)計化合物與混合物迷思概念的二段式檢測工具,分析遼西地區(qū)九年級學(xué)生化合物與混合物迷思概念的主要類型,并且從性別、所在地區(qū)等方面探討影響迷思概念的外在因素。[8]周禮等以“化學(xué)平衡的動態(tài)性”的認(rèn)知沖突圖的建立為例,呈現(xiàn)了相關(guān)的教學(xué)設(shè)計并提出了沖突圖教學(xué)的實施建議。[9]

        聚類5是概念轉(zhuǎn)變。此類研究聚焦于化學(xué)概念、建構(gòu)主義等方面。趙國敏等采用基于教學(xué)實據(jù)的研究策略,依據(jù)概念轉(zhuǎn)變的理論,探查了高中生電化學(xué)學(xué)習(xí)中的迷思概念,并在此基礎(chǔ)上,構(gòu)建了合理的教學(xué)模式且進行了相應(yīng)的教學(xué)設(shè)計,并運用于高二年級的課堂教學(xué)實踐,獲得了必要的教學(xué)證據(jù)和結(jié)果。[10]

        聚類6是臺灣地區(qū)。此類研究主要聚焦于研究方法、內(nèi)容分析等方面。陳凱梳理了國際權(quán)威期刊上研究物理化學(xué)教學(xué)的文獻,將其分為教科書研究、學(xué)習(xí)研究、教學(xué)研究、教師研究和教學(xué)媒體研究五類,并對其中核心成果進行評述,總結(jié)出國外物理化學(xué)課程與教學(xué)研究注重學(xué)習(xí)證據(jù)的收集和分析,注重教育研究方法的運用,并對未來高等化學(xué)教育研究提出了建議。[11]

        聚類7是物質(zhì)的量。此類研究主要聚焦于solo分類理論、思維發(fā)展水平等方面。張琨等通過編制信度、效度可靠的測量工具對高中生“物質(zhì)的量”概念群的理解水平進行測查,發(fā)現(xiàn)大部分學(xué)生主要處于部分理解并伴隨一定的誤解的理解水平,學(xué)生對各概念的理解均存在迷思概念,學(xué)生在“物質(zhì)的量”概念群中的迷思概念共計14條。[12]

        聚類8是反應(yīng)體系。此類研究主要聚焦于鐵離子溶液、階段隱喻等方面。王秀榮等通過選用不同濃度的FeCl3溶液與不同的金屬單質(zhì)反應(yīng),用實驗事實反駁了Fe3+溶液與金屬單質(zhì)反應(yīng)的階段隱喻,并分析了其中的迷思概念。[13]

        五、研究小結(jié)與啟示

        通過對國內(nèi)化學(xué)迷思概念相關(guān)研究的可視化分析,可以總結(jié)出迷思概念的研究主要包括迷思概念探查類、迷思概念轉(zhuǎn)化策略研究類、迷思概念綜述類和迷思概念探查工具這四類。對迷思概念的研究主要集中在對迷思概念的探查和迷思概念轉(zhuǎn)化策略的研究上,說明國內(nèi)的研究能夠結(jié)合具體的教學(xué)活動,較重視實際問題的解決。由于迷思概念成因較復(fù)雜且具有動態(tài)發(fā)展性、頑固性和隱蔽性等特征,教師要更加關(guān)注學(xué)生迷思概念的形成過程,減少學(xué)生迷思概念的生成,嘗試開發(fā)出更加多樣化且信效度高的診斷工具來探查學(xué)生的迷思概念。目前國外學(xué)者已經(jīng)開發(fā)出模型教學(xué)策略、論證式教學(xué)策略、概念轉(zhuǎn)變策略、計算機教學(xué)策略以及類比教學(xué)策略等較成熟的迷思概念轉(zhuǎn)變教學(xué)策略,國內(nèi)化學(xué)教育工作者可以在借鑒國外關(guān)于概念轉(zhuǎn)變策略的研究成果的基礎(chǔ)上,開發(fā)出更加適用于我國化學(xué)教學(xué)概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)策略。此外,建議今后各研究機構(gòu)及研究作者繼續(xù)加強跨機構(gòu)、跨領(lǐng)域合作與交流,提升迷思概念的研究水平;繼續(xù)關(guān)注中心度高的關(guān)鍵詞,在化學(xué)平衡、概念轉(zhuǎn)變、教學(xué)策略、研究方法、診斷工具等方面繼續(xù)開展研究。

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