馬善恒 王后雄

摘要： 以中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫核心期刊收錄的259篇有關(guān)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的論文為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用相關(guān)軟件對(duì)其主題聚類及研究的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行可視化分析。為促使數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在我國(guó)基礎(chǔ)教育中的進(jìn)一步發(fā)展，提出拓寬研究思路，著眼“人是如何學(xué)習(xí)的”;拓展研究領(lǐng)域，開展深度教學(xué)。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字化實(shí)驗(yàn); 人本主義; 構(gòu)建學(xué)習(xí)力; 主題聚類; 可視化分析

文章編號(hào)： 1005-6629（2021）03-0019-05

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1? 引言

“以教育現(xiàn)代化支撐國(guó)家現(xiàn)代化”“以教育信息化推動(dòng)教育現(xiàn)代化”是我國(guó)教育事業(yè)發(fā)展的重要定位和重要策略。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)（DIS）是使用由數(shù)據(jù)采集器、傳感器、計(jì)算機(jī)及相關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件等構(gòu)成的集數(shù)據(jù)采集、處理于一體的新型實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?shù)字化實(shí)驗(yàn)因其能夠?qū)⒂嘘P(guān)的理科抽象知識(shí)，以曲線表征的方式直觀表現(xiàn)出來，從而逐漸被引入到課堂教學(xué)中，這是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所不具備的特征。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是信息技術(shù)在中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的有效使用，也是中學(xué)科學(xué)實(shí)驗(yàn)面向現(xiàn)代化，提升實(shí)驗(yàn)層次，加速實(shí)現(xiàn)中學(xué)教學(xué)向國(guó)際接軌的一條途徑[1～3]。

2? 數(shù)據(jù)來源及研究方法

基于文獻(xiàn)計(jì)量進(jìn)行可視化分析技術(shù)是近年來國(guó)際上一項(xiàng)新興的研究方法和工具，本文利用陳超美教授開發(fā)的可視化分析軟件CiteSpace，通過對(duì)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)信息的可視化處理，探測(cè)某一學(xué)科或領(lǐng)域的熱點(diǎn)主題及其演進(jìn)，展現(xiàn)我國(guó)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的基本結(jié)構(gòu)和發(fā)展脈絡(luò)[4，5]。

以中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，文獻(xiàn)分類目錄選為“社會(huì)科學(xué)Ⅱ輯”，檢索關(guān)鍵詞為“數(shù)字化實(shí)驗(yàn)”或“數(shù)字實(shí)驗(yàn)”或“手持技術(shù)”或“DIS”或“掌上實(shí)驗(yàn)室”，來源類別為“核心期刊”，搜索時(shí)間為2019年10月21日，剔除廣告、通知等不相關(guān)文獻(xiàn)，將遴選出的259篇有關(guān)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的論文界定為數(shù)據(jù)源。運(yùn)用BICOMB軟件進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)提取，對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的文獻(xiàn)數(shù)量等進(jìn)行計(jì)量分析，并使用CiteSpace軟件繪出數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜[6]，以動(dòng)態(tài)、量化的方式對(duì)近年來我國(guó)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行可視性分析，探尋數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的熱點(diǎn)主題及其演化態(tài)勢(shì)，這對(duì)于透視我國(guó)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的發(fā)展、演進(jìn)與趨勢(shì)具有重要意義。

3? 研究論文的統(tǒng)計(jì)分析

中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫核心期刊收錄了259篇有關(guān)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的論文，對(duì)應(yīng)的年度統(tǒng)計(jì)如圖1。

由圖1可以看出，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究發(fā)展可粗略地分為三個(gè)階段： 2004～2007年的醞釀期，2008～2012年的徘徊期，2013～2019年的快速發(fā)展期。年代發(fā)文快速增長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)呈現(xiàn)出受政策的影響較為明顯，2012年3月教育部發(fā)布了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011～2020年）》，這無疑是2013年數(shù)字化實(shí)驗(yàn)論文發(fā)表數(shù)量突增的主要原因。2015年教育部辦公廳發(fā)表了《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意? ??見（征求意見稿）》，這對(duì)于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)方面的研究也產(chǎn)生了持續(xù)的影響，使得2016、 2017年發(fā)文數(shù)持續(xù)增加。

4? 國(guó)內(nèi)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的主題聚類和演進(jìn)分析

4.1? 主題聚類分析

為更清晰地洞悉國(guó)內(nèi)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域，使用CiteSpace軟件進(jìn)行聚類分析[7]，形成4個(gè)聚類主題，分別是手持技術(shù)、實(shí)驗(yàn)探究、宏觀表征、教學(xué)設(shè)計(jì)，現(xiàn)就含關(guān)鍵詞較多的前三個(gè)聚類主題進(jìn)行逐一分析。關(guān)鍵詞主題聚類圖譜見圖2，關(guān)鍵詞聚類分析結(jié)果見表1。

4.1.1? 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的價(jià)值功能研究

主題領(lǐng)域1主要對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的價(jià)值功能展開研究，著重在物理、化學(xué)、生物等學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)上發(fā)揮著獨(dú)特功能，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維、核心素養(yǎng)、學(xué)習(xí)進(jìn)階等能力或素養(yǎng)的有效提升。科學(xué)思維不僅是學(xué)生在認(rèn)識(shí)和解決科學(xué)問題時(shí)采用的方式、方法，也是在實(shí)際問題的認(rèn)識(shí)和解決過程中對(duì)思維方法的內(nèi)化以及學(xué)生思考問題時(shí)的思維心向和品質(zhì);同時(shí)科學(xué)學(xué)科的教學(xué)目標(biāo)正逐步從“培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α毕颉芭囵B(yǎng)科學(xué)思維”進(jìn)行遷移并不斷挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式[8，9]。相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)弱化了實(shí)驗(yàn)操作，可以引導(dǎo)學(xué)生集中精力思考探究的思路、方法與策略，為實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)提供了更多的思維空間，拓展了研究?jī)?nèi)容，利于學(xué)生創(chuàng)新思維、學(xué)習(xí)進(jìn)階等能力的有效提升，充分體現(xiàn)了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的價(jià)值功能[10]。

4.1.2? 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用領(lǐng)域研究

主題領(lǐng)域2關(guān)注數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的應(yīng)用領(lǐng)域，在開展研究性學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)探究上數(shù)字化實(shí)驗(yàn)發(fā)揮著無可比擬的作用。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)融入研究性學(xué)習(xí)，不僅有助于學(xué)習(xí)者更多地參與思考、分析、討論與反思等更高級(jí)認(rèn)知水平的學(xué)習(xí)（尤其是合作學(xué)習(xí)）活動(dòng)中，同時(shí)，它能作為一種較有力的認(rèn)知工具激發(fā)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知沖突，并幫助學(xué)習(xí)者不斷克服頭腦中某些錯(cuò)誤概念或相異構(gòu)想，以不斷完善對(duì)學(xué)科概念的科學(xué)建構(gòu)[11]。同時(shí)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的深度，在實(shí)驗(yàn)探究中，促進(jìn)學(xué)生思維能力、探究能力的提高[12]。

4.1.3? 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)變革認(rèn)知方式的研究

主題領(lǐng)域3關(guān)注數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在提升學(xué)習(xí)者認(rèn)知方式上所做的改變。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，為更好地適應(yīng)新課標(biāo)，錢揚(yáng)義等基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)及自動(dòng)生成曲線的技術(shù)背景，于2009年首次提出化學(xué)“曲線表征”的定量分析方法，構(gòu)建了“四重表征”教學(xué)模式（TetraRepresentation Teaching Model），包括宏觀表征、微觀表征、符號(hào)表征、曲線表征。“四重表征”模式引導(dǎo)學(xué)生從本質(zhì)上理解概念、反應(yīng)本質(zhì)和實(shí)驗(yàn)原理，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知方式的提升[13]。針對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用，潘洪濤等提出了3個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式： 促進(jìn)認(rèn)知模式、促進(jìn)學(xué)習(xí)模式、基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的探究教學(xué)模式，并提出了基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)模型[14]。

4.2? 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究演進(jìn)分析

使用CiteSpace軟件分析數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的熱點(diǎn)主題的時(shí)間線圖，可呈現(xiàn)十六年來數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究相關(guān)領(lǐng)域前沿知識(shí)圖譜，從中可找出研究趨勢(shì)[15]。在CiteSpace軟件中設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)和閾值，得到46個(gè)節(jié)點(diǎn)、93條連線構(gòu)成的國(guó)內(nèi)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究前沿知識(shí)圖譜，如圖3所示。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容研究經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段，演變過程中研究更加深入和多元化。根據(jù)研究發(fā)展的趨勢(shì)，可以大致分為三個(gè)階段。

第一階段為起步階段（2007年以前），此階段的核心關(guān)鍵詞是手持技術(shù)和傳感器。湯躍明、錢揚(yáng)義等將國(guó)外流行的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)引入我國(guó)，他們尋找或創(chuàng)建可供支撐的理論模型，介紹數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的組成及其特點(diǎn)，分析了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)科學(xué)教育的影響及幫助[16～18]。該階段以理論介紹為主，如鄧峰創(chuàng)建了適用于實(shí)驗(yàn)探究的“6S”模式和適用于課題研究的“10C”模式[19]。因研究時(shí)間尚短，該階段的理論研究還不夠深入，但為后續(xù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的開發(fā)研究提供了較好的鋪墊。

第二階段為穩(wěn)步發(fā)展階段（2008～2012年），此階段的核心關(guān)鍵詞是研究性學(xué)習(xí)、科學(xué)探究、四重表征等。該階段以案例研究為主，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)被引入到研究性學(xué)習(xí)中。案例研究落實(shí)在常規(guī)教學(xué)模式的創(chuàng)新和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)上，依托于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的研究性學(xué)習(xí)和科學(xué)探究活動(dòng)在該階段逐漸開展起來。

第三階段為快速發(fā)展階段（2013年至今），此階段的核心關(guān)鍵詞是探究實(shí)驗(yàn)、科學(xué)思維、學(xué)習(xí)進(jìn)階等。該階段仍以數(shù)字化實(shí)驗(yàn)案例研究為主，但研究的深度和廣度進(jìn)一步得到提升，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與翻轉(zhuǎn)課堂、微課等多種教學(xué)模式的整合越來越多地出現(xiàn)在教學(xué)中，核心素養(yǎng)、學(xué)習(xí)進(jìn)階、科學(xué)思維、多元化理論等也逐漸成為數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域[20]。

綜上所述，不同的階段有不同的發(fā)展重心，總體發(fā)展階段以順應(yīng)和促進(jìn)人的認(rèn)知發(fā)展為目的，圖4中可以清晰地呈現(xiàn)各研究階段與國(guó)內(nèi)研究者對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)認(rèn)知需求之間的關(guān)系。2007年之前系數(shù)字化實(shí)驗(yàn)從國(guó)外引入我國(guó)的初始階段，對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)并不了解，該階段以理論介紹為主，嘗試將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與中學(xué)物理、化學(xué)、生物的學(xué)科教學(xué)相融合，整體研究深入程度并不高。經(jīng)歷數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與我國(guó)中學(xué)教學(xué)初步融合之后，2008～2012年數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在我國(guó)的發(fā)展進(jìn)入了穩(wěn)步發(fā)展階段，這個(gè)階段以數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與中學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)學(xué)科結(jié)合的案例開發(fā)為主，越來越多的中學(xué)教師將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)融入到相關(guān)教學(xué)中來。經(jīng)過一段時(shí)間案例研究后，對(duì)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的研究越來越深入。2013年以后雖仍以案例開發(fā)為主，但研究深度和廣度與之前不可同日而語，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)被賦予了越來越多的期望，核心素養(yǎng)、高階思維等思維或能力的提升被越來越多地融入到數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的研究中來，為二十一世紀(jì)“人的全面發(fā)展”提供支撐。

5? 結(jié)論與啟示

通過對(duì)我國(guó)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的整體研究現(xiàn)狀分析，對(duì)我國(guó)基礎(chǔ)教育的發(fā)展，尤其未來研究方向提出以下思考。

目前數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究的主流依然是以相關(guān)技術(shù)如何應(yīng)用于教育領(lǐng)域，尚未做到“以人為本”，較少?gòu)娜说膶W(xué)習(xí)方式進(jìn)行研究[21，22]。具體來說，國(guó)內(nèi)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的研究還是以案例研究為主，缺乏依托于教育學(xué)、心理學(xué)知識(shí)的實(shí)證研究，缺少在科學(xué)教育中應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)后對(duì)學(xué)生的認(rèn)知情況（如概念、定律的理解）和學(xué)習(xí)能力（如圖像分析、數(shù)據(jù)處理等）所產(chǎn)生影響的研究。教學(xué)的主體是學(xué)生，而恰恰缺乏學(xué)生運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)時(shí)的心理機(jī)制的研究[23～25]，未來應(yīng)更加注重?cái)?shù)字化實(shí)驗(yàn)這方面的研究，同時(shí)將心理學(xué)、教育學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)理論融入其中，會(huì)使得研究成果更加具有說服力。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在自然科學(xué)、技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域?qū)Υ龠M(jìn)學(xué)生概念的理解，對(duì)學(xué)生科學(xué)探究能力等方面的培養(yǎng)起著重要作用，把先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)整合到基礎(chǔ)教育的STEM教學(xué)中可作為未來研究的方向。同時(shí)，要達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目標(biāo)，必須尋求數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與基礎(chǔ)教育課程的有效整合，探索應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)從“學(xué)習(xí)實(shí)用技術(shù)”到“適用技術(shù)學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變也是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步應(yīng)用發(fā)展的方向[26]。同時(shí)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與核心素養(yǎng)、學(xué)習(xí)進(jìn)階、科學(xué)思維、多元化理論等概念或理論的融合研究，開展深度教學(xué)，仍將是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)未來研究的重心。

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