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        我國2010-2020年物理教育研究的主題及趨勢*

        2022-07-05 01:56:10王曼曼米帥帥岳慶煬桂維玲
        物理通報(bào) 2022年7期
        關(guān)鍵詞:中學(xué)物理物理文章

        王曼曼 米帥帥 岳慶煬 桂維玲

        (山東師范大學(xué)物理與電子科學(xué)學(xué)院 山東 濟(jì)南 250358)

        物理是一個(gè)引領(lǐng)科技發(fā)展的學(xué)科[1].物理學(xué)科的學(xué)習(xí)能夠從科學(xué)知識(shí)、科學(xué)方法、科學(xué)精神與態(tài)度、科學(xué)應(yīng)用等4個(gè)方面為學(xué)生面向未來的生活和工作做準(zhǔn)備,幫助學(xué)生養(yǎng)成終身發(fā)展所需的必備品格與關(guān)鍵能力[2].因此,物理教育必須得到包括物理教育研究人員以及一線教師的重視.那么我國物理教育都在研究哪些主題?在可預(yù)見的未來我國的物理教育研究將會(huì)有什么樣的趨勢呢?本文針對(duì)我國2010-2020年物理教育研究的主題及趨勢進(jìn)行了研究.

        1 研究問題

        學(xué)術(shù)期刊可以反映相關(guān)學(xué)科的研究水平和研究趨勢[3].探索和分析中學(xué)物理教學(xué)的研究成果,可以更好地掌握中學(xué)物理教學(xué)研究的最新動(dòng)態(tài),對(duì)有效指導(dǎo)中學(xué)物理教學(xué)具有重要意義[4].因此,近年來不少研究人員采用分析學(xué)術(shù)期刊摘要等內(nèi)容的文獻(xiàn)計(jì)量法對(duì)物理教育研究的期刊內(nèi)容進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析以獲取我國物理教育的熱點(diǎn)與趨勢.除了文獻(xiàn)計(jì)量方法之外,不少研究人員也采用了內(nèi)容分析法對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)資料進(jìn)行歸類、整理、統(tǒng)計(jì),以獲取物理教育研究的熱點(diǎn)以及趨勢.

        雖然目前的研究人員主要采用了文獻(xiàn)計(jì)量方法以及內(nèi)容分析方法來獲取物理教育研究的熱點(diǎn)以及趨勢,得到我國物理教育在該主題的發(fā)展?fàn)顩r,但不可否認(rèn)的是,內(nèi)容分析法的解讀過程存在不可避免的主觀性和研究對(duì)象的單一性,因此分析結(jié)果往往被認(rèn)為是隨機(jī)的、難以證實(shí)的,因而缺乏普遍性[5].而文獻(xiàn)計(jì)量法多是根據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)或關(guān)鍵詞的詞頻匯總結(jié)果來獲取我國物理教育研究的熱點(diǎn),用詞頻變化趨勢或者突變詞來反映我國物理教育研究的發(fā)展趨勢.該過程避免了內(nèi)容分析法解讀過程中存在的主觀性和研究對(duì)象的單一性,能夠得出更為客觀可信的結(jié)論[6].但需要指出的是,共現(xiàn)分析只是簡單地描述了高頻關(guān)鍵詞聚集結(jié)果和分布特征,缺乏相應(yīng)語義關(guān)系的揭示,而相同的共現(xiàn)詞對(duì)在不同的文獻(xiàn)中共現(xiàn)可能是由于它們之間不同的語義關(guān)系導(dǎo)致的,這也就意味著相同的詞對(duì)在不同的文獻(xiàn)中共現(xiàn)時(shí),可能具有不同的意義,但在共詞分析時(shí)卻未考慮這一不同質(zhì)問題[7].因此,根據(jù)句子語義可以更好地確定我國物理教育研究的熱點(diǎn)和趨勢.

        LDA (Latent Dirichlet Allocation) 主題模型屬于自然語言處理中主題挖掘的典型模型,可以從文本語料庫中抽取潛在的主題,提供一個(gè)量化研究主題的方法,這種方法目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各類主題發(fā)現(xiàn)中,如熱點(diǎn)挖掘、主題演化、趨勢預(yù)測等[8],其最主要的功能是抽取出文本的語義主題,可以直接用于文本主題挖據(jù)[9].因此本文使用LDA主題建模對(duì)我國2010-2020年中學(xué)物理教育研究的主題和趨勢進(jìn)行可視化分析,以便解決下列兩個(gè)問題:

        (1)近10年我國中學(xué)物理教育研究涉及了哪些主題?

        (2)近10年我國物理教育研究主題呈現(xiàn)的趨勢是什么?

        2 研究方法與實(shí)施

        2.1 數(shù)據(jù)來源

        本文所選擇的數(shù)據(jù)均為在2010-2020年間被“北京大學(xué)中文核心”所收錄過的關(guān)于中學(xué)物理教育的期刊所包含的文章.包括《中學(xué)物理》《中學(xué)物理教學(xué)參考》《物理教學(xué)》《物理教師》4本期刊.對(duì)于一篇期刊文章來說,文章的摘要能反映文章的研究目的、內(nèi)容、方法和結(jié)果等重要信息[10],因此,本文以4本期刊在2010-2020年發(fā)表的全部文章摘要作為本文的文本數(shù)據(jù).在所獲得的文本數(shù)據(jù)中剔除會(huì)議通知、征稿通知、各類測試題目及答案解析、無文章摘要等期刊文章,最終獲得有效期刊論文共26 659篇.

        2.2 統(tǒng)計(jì)分析

        本文將檢索到的所有期刊文章的摘要作為文本挖掘的語料庫.文本挖掘首先需要對(duì)語料庫進(jìn)行必要的預(yù)處理,包括刪除特殊符號(hào)[11],刪除停止詞(百度停止詞列表[12]),刪除低頻詞匯等,以應(yīng)用于LDA主題建模的文檔詞頻矩陣構(gòu)建.

        基于LDA模型的文本挖掘,主要存在兩個(gè)步驟,分別是主題數(shù)目選擇以及主題理解.本文利用對(duì)數(shù)似然值(loglikelihood)的變化作為確定主題數(shù)的方法.在本文中,當(dāng)主題數(shù)目為16時(shí),變化趨勢趨于平緩.因此本文將16確定為最佳主題數(shù),即近10年來我國物理教育研究共有16個(gè)主題.選取每個(gè)主題前20個(gè)關(guān)鍵詞和對(duì)該主題貢獻(xiàn)最大的前10篇文章確定每個(gè)主題的研究內(nèi)容,根據(jù)每年發(fā)表該主題文章數(shù)作局部曲線回歸,得到我國物理教育主題變化趨勢.

        3 研究結(jié)果

        3.1 主題建模結(jié)果

        在完成LDA主題建模之后會(huì)得到主題-文檔矩陣和主題-關(guān)鍵詞矩陣,即每篇文章屬于哪一個(gè)主題和每個(gè)主題所包含的所有關(guān)鍵詞,表1為主題-關(guān)鍵詞表(前20個(gè)).

        表1 主題-關(guān)鍵詞

        續(xù)表1

        LDA主題建模只能得到主題個(gè)數(shù)和每個(gè)主題所包含的關(guān)鍵詞是什么,并不能得到每個(gè)主題的名稱是什么,我們可以根據(jù)每個(gè)主題所包含的關(guān)鍵詞和關(guān)鍵詞之間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系確定每個(gè)主題是什么.為了更好地理解主題的內(nèi)涵,我們找到了對(duì)該主題貢獻(xiàn)較大的前10篇文章,結(jié)合前10篇文章的內(nèi)容更好地確定主題.

        3.2 各主題文章數(shù)目變化

        在完成主題建模后,查看每篇文章的主題歸屬,對(duì)每年發(fā)表該主題的文章數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,根據(jù)每年發(fā)表該主題文章數(shù)作局部曲線回歸,得到近10年我國中學(xué)物理教育主題變化趨勢,具體如圖1所示.

        圖1 近10年我國中學(xué)物理教育主題變化趨勢

        圖中橫坐標(biāo)代表文章發(fā)表的年份,縱坐標(biāo)代表每年發(fā)表文章的數(shù)量,每一條曲線代表每個(gè)主題根據(jù)每年的文章數(shù)作的回歸線,在每一條線的上下兩邊有與線顏色相同的點(diǎn),這些點(diǎn)代表每年的實(shí)際發(fā)文量,點(diǎn)在豎直方向上到回歸曲線的距離代表真實(shí)值與預(yù)測值的差距,即反映了擬合過程中的不確定性,點(diǎn)在豎直方向上到回歸曲線的距離越小,代表回歸線擬合的效果越準(zhǔn)確.根據(jù)各主題趨勢的變化規(guī)律,大致可以將16個(gè)主題分為4種類型:先快速增長后快速下降型(主題11、主題3)、先緩慢增長后快速下降型(主題16、主題13)、穩(wěn)定增長型(主題4)、先緩慢增長后緩慢下降型(主題1、主題2、主題4、主題5、主題6、主題7、主題8、主題9主題10、主題12、主題14、主題15).

        4 研究結(jié)論

        4.1 2010—2020年我國物理教育研究主題

        對(duì)于每個(gè)主題的理解,大致可以分為兩步.首先根據(jù)關(guān)鍵詞的詞義對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行分類,通過關(guān)鍵詞之間的內(nèi)在聯(lián)系,對(duì)主題的研究內(nèi)容有一個(gè)大致的判斷;然后再去閱讀對(duì)主題貢獻(xiàn)較大的前10篇文章,總結(jié)這些文章的主要內(nèi)容.最終結(jié)合關(guān)鍵詞之間的內(nèi)在聯(lián)系和文章內(nèi)容確定主題的研究內(nèi)容.以主題1為例,主題1的關(guān)鍵詞可以分為3類.

        第1類:“高考”“試”“復(fù)習(xí)”“考”“考試”“高”“分”“試卷”“競賽”,這些詞都是與考試有關(guān).

        第2類:“題”“解”“題目”“命題”“近”“江蘇”,這些詞都是與考試題有關(guān).

        第3類:“考查”“分析”“要求”“綜合”“選擇”,這些詞都是與評(píng)價(jià)有關(guān).

        根據(jù)對(duì)關(guān)鍵詞的分類和詞之間的內(nèi)在聯(lián)系,大致可以判斷主題1是對(duì)中考和高考試題的研究.對(duì)主題1研究內(nèi)容有了大致判斷之后,再去閱讀對(duì)主題1貢獻(xiàn)較大的前10篇文章,其主要內(nèi)容為對(duì)平拋運(yùn)動(dòng)與斜面、曲面相結(jié)合問題歸類例析[13],在高考題中運(yùn)動(dòng)合成分解方法在復(fù)合場中的應(yīng)用[14],對(duì)高考物理卷中某個(gè)題的分析討論[15],對(duì)物理競賽中某個(gè)題的討論與分析[16],對(duì)高考試卷中和物理競賽中某個(gè)題解法的再探析[17~19],對(duì)于某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的分析討論[20,21].綜上,可得主題1的研究內(nèi)容為:高考試題研究,對(duì)高考試題命題特點(diǎn)、考查學(xué)生方式進(jìn)行分析研究.采用同樣的方法去理解其他主題的內(nèi)容,16個(gè)主題所研究的內(nèi)容如下:

        主題1:高考試題研究.對(duì)高考物理試題命題特點(diǎn)、考查方式進(jìn)行研究.

        主題2:物理解題思想.使用微元法、極限法、圖像法等思想方法解決物理問題.

        主題3:學(xué)生思維培養(yǎng).在物理教學(xué)中如何發(fā)揮教師主導(dǎo)作用從而更好地培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì),包括創(chuàng)造性思維、批判性思維.

        主題4:核心素養(yǎng).如何結(jié)合教學(xué)內(nèi)容培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng).

        主題5:生活中的物理.在實(shí)際生活中例如各種運(yùn)動(dòng)、舞蹈、技術(shù)體現(xiàn)了哪些物理原理.

        主題6:物理課堂模式改革.為了提高物理課堂效率而對(duì)物理課堂模式進(jìn)行改革.

        主題7:物理概念教學(xué).對(duì)概念教學(xué)進(jìn)行優(yōu)化進(jìn)而提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解.

        主題8:教學(xué)反思.教師在上完一節(jié)課(新課教學(xué)、習(xí)題課、試卷評(píng)講課)之后,根據(jù)學(xué)生的課堂表現(xiàn)或者作業(yè)情況及時(shí)進(jìn)行反思.

        主題9:物理教材.對(duì)物理教材中所包含的物理學(xué)史、某一節(jié)不同版本教材的編排、教材中插圖等教材內(nèi)容的研究.

        主題10:物理現(xiàn)象分析.基于物理知識(shí)分析常見的物理現(xiàn)象,例如對(duì)聲學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)部分所出現(xiàn)的回音現(xiàn)象、物態(tài)變化、衍射現(xiàn)象等現(xiàn)象進(jìn)行分析研究.

        主題11:高效課堂.教師應(yīng)用什么樣的教學(xué)策略,提高課堂教學(xué)效率打造高效課堂.

        主題12:課程改革.基于課程改革對(duì)于學(xué)生、物理教學(xué)的思考.

        主題13:電路及電磁場問題.對(duì)電路及電磁場問題的研究分析.

        主題14:物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn).對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)以提高實(shí)驗(yàn)的精確度.

        主題15:激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).在教學(xué)過程中尊重學(xué)生的主體地位,引起學(xué)生的興趣,使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí).

        主題16:力學(xué)問題.針對(duì)各種球體運(yùn)動(dòng)過程中運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析和研究.

        4.2 2010—20120年我國物理教育研究主題變化趨勢

        根據(jù)圖1,我們大致可以將近10年我國物理教育研究分為兩個(gè)階段.

        階段一:各主題的研究增長期(2010-2015年),在這一段時(shí)間內(nèi),各主題的發(fā)文量都呈現(xiàn)增長狀態(tài).究其原因,2010年我國頒布《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020》(以下簡稱《綱要》),其對(duì)于當(dāng)前及今后一段時(shí)期內(nèi)教育的工作方針做出了“優(yōu)先發(fā)展,育人為本,改革創(chuàng)新,促進(jìn)公平,提高質(zhì)量”的整體規(guī)劃[22].《綱要》的頒布推動(dòng)了我國教育事業(yè)的發(fā)展,因此在這一階段我國學(xué)者對(duì)于我國物理教育各方面的研究都呈現(xiàn)上升趨勢.其中對(duì)主題1高考試題研究、主題13電路及電磁場問題、主題16力學(xué)問題在這一段時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他主題.所以在這一階段主題1高考試題研究、主題13電路及電磁場問題、主題16力學(xué)問題為我國物理教育研究的熱點(diǎn).對(duì)這一階段我國物理教育研究的熱點(diǎn)進(jìn)一步分析可知:在這一階段注重研究高考的命題特點(diǎn),如何考查,而力學(xué)、電場、磁場問題是高考常見題型[23].可以看出在2010-2015年我國物理教育比較注重培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)試、做題能力.隨著改革的進(jìn)一步深化和各地減輕學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)呼聲的高漲,全國多地中小學(xué)開展高效課堂的研究與實(shí)踐[24],這就促使對(duì)主題11高效課堂和主題3學(xué)生思維培養(yǎng)的研究相對(duì)于其他主題增長較快,在2015年左右對(duì)主題11高效課堂和主題3學(xué)生思維培養(yǎng)的研究熱度超過主題1、主題13,使主題16、主題11和主題3成為研究的熱點(diǎn).此外,在物理課程改革中,通過對(duì)物理實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)不僅可以提高教師的創(chuàng)新思維,還可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),提高學(xué)生的核心素養(yǎng)[25],這就使得對(duì)主題14對(duì)物理實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的研究在這一階段同樣快速增長,但對(duì)其研究熱度并未超過主題11、主題16、主題3,當(dāng)2015年之后對(duì)主題3和主題16的研究熱度快速下降.在2016年左右主題11和主題14成為我國的教育熱點(diǎn).

        階段二:除主題4外其他各主題的研究下降期(2015-2020).自2003年教育部發(fā)布普通高中課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)稿至2013年已經(jīng)指導(dǎo)我國普通高中課程改革10余年,面對(duì)經(jīng)濟(jì)、科技的迅猛發(fā)展和社會(huì)生活的深刻變化,普通高中課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)稿還有一些不相適應(yīng)和亟待改進(jìn)之處[26].自2014年始《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》修訂組 (以下簡稱“修訂組”) 對(duì)2003年頒布的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn) (實(shí)驗(yàn)稿) 》 (以下簡稱《實(shí)驗(yàn)稿》) 進(jìn)行了修訂,本次修訂注重落實(shí)物理課程育人價(jià)值,以核心素養(yǎng)為主導(dǎo)[27].因此在這一階段僅對(duì)主題4核心素養(yǎng)的研究一直呈現(xiàn)不斷上升狀態(tài),對(duì)其他主題的研究都呈現(xiàn)下降趨勢.其中基于對(duì)課堂教學(xué)困境與問題解決的需求,需要將一些現(xiàn)代技術(shù)(如DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn))融入物理課堂[28],因此對(duì)于主題6物理課堂模式改革研究在2015-2017年快速增長.《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017)》正式提出了注重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng),也就是注重學(xué)生能力的培養(yǎng),因此對(duì)主題6課堂教學(xué)模式改革的研究也逐漸下降.此外由于強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)而不僅僅是培養(yǎng)學(xué)生的解題能力和解題思維,導(dǎo)致對(duì)主題1高考試題研究、主題13電路及電磁場問題、主題16力學(xué)問題的研究快速下降,所以在2015-2020年我國物理教育研究的熱點(diǎn)是對(duì)核心素養(yǎng)的研究,預(yù)計(jì)在接下來的一段時(shí)間內(nèi),我國物理教育研究的熱點(diǎn)可能還是對(duì)核心素養(yǎng)的研究.

        5 研究建議

        本研究基于上述研究結(jié)論,針對(duì)未來物理教育研究主題提出以下相關(guān)建議.

        (1)要結(jié)合自身特點(diǎn)

        我國教育部印發(fā)的課程標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的改革文件指導(dǎo)著未來我國基礎(chǔ)教育課程改革的實(shí)踐,對(duì)我國的物理教育研究起著指導(dǎo)作用.但是在緊跟這些課程文件的同時(shí)也要結(jié)合本地或者本學(xué)校、本班級(jí)的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)改革或者研究.

        (2)多個(gè)主題應(yīng)同時(shí)發(fā)展

        從上述研究結(jié)論可以看出,在我國2017版課程標(biāo)準(zhǔn)頒布之后,物理教育對(duì)核心素養(yǎng)的研究快速增長,而其他研究均呈現(xiàn)下降趨勢.核心素養(yǎng)體現(xiàn)在物理教育的方方面面,應(yīng)該將對(duì)核心素養(yǎng)的研究與其他主題相結(jié)合.

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