摘 要：準確把握軟件技術輔助中學物理教學的現(xiàn)狀和研究熱點，對于中學物理教學有著重要的指導意義。根據CiteSpace和VOSviewer兩款軟件的可視化結果，從發(fā)文趨勢、作者及機構偶聯(lián)、關鍵詞突現(xiàn)等方面對軟件技術輔助中學物理教學的現(xiàn)狀與研究熱點進行剖析。研究發(fā)現(xiàn)，該領域正處于發(fā)展黃金期，但相關研究者和機構應加強合作，關注新興軟件技術的開發(fā)與應用。如何將這些新興軟件技術有效融入物理教學設計和實踐中，以提升學生的核心素養(yǎng)，成為當前的研究熱點。

關鍵詞：軟件技術；中學物理教學；研究熱點；可視化分析

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2024）12-0073-6

近年來，軟件技術的快速發(fā)展，尤其是在教育部《教育信息化２．０行動計劃》和《中國教育現(xiàn)代化２０３５》等政策的推動下，催生了各種新型教學手段和多功能的教學軟件。這些技術的不斷革新與物理課堂教學深度融合，吸引了眾多研究者的關注。然而，當前該領域的研究是否已經趨于飽和？相關研究者和研究機構的合作程度如何？當前及未來一段時間的研究熱點又是什么？為了解答這些問題，將使用ＣｉｔｅＳｐａｃｅ和ＶＯＳｖｉｅｗｅｒ兩款文獻計量工具，發(fā)揮二者的優(yōu)勢互補，對相關文獻進行發(fā)文量、作者合作、機構偶聯(lián)以及關鍵詞突現(xiàn)的分析。通過這些分析，旨在為研究者提供有價值的參考建議，以促進軟件技術在中學物理教學中的進一步應用與發(fā)展。

１ 研究設計

ＣｉｔｅＳｐａｃｅ和ＶＯＳｖｉｅｗｅｒ是當前較為熱門的兩款可視化文獻計量工具，而中國知網是國內最大的中文文獻數據庫。本文基于中國知網的數據，利用這兩款可視化工具進行統(tǒng)計分析，以明確研究趨勢和熱點。

１．１ 文獻檢索與篩選

軟件技術泛指在需求提出、系統(tǒng)開發(fā)到維護使用的全過程中所涉及的技術［１］。本研究所探討的“軟件技術輔助中學物理教學”主要包括依托軟件技術的教學方式，利用軟件技術開發(fā)的教學平臺，以及各種具體的教學軟件。

研究數據來源于中國知網，在檢索時，為確保涵蓋盡可能多的相關文獻，應使用寬泛的檢索詞［２］。經過多次探索，最終確定的檢索式為（ＳＵ％＝（‘中學物理’＋‘高中物理’＋‘初中物理’） ＯＲ ＴＩ％（‘中學物理’＋‘高中物理’＋‘初中物理’）） ＡＮＤ（ＳＵ％＝（‘軟件’＋‘軟件技術’） ＯＲ ＴＩ％（‘軟件’＋ ‘軟件技術’）），檢索日期為２０２３年４月１７日，共檢索到文獻８６０篇。隨后，兩名研究者Ａ、Ｂ獨立進行手動篩選，排除會議論文、作者信息不全、研究主題與軟件技術無關的文獻，以及重復文獻。最后，由第三名研究者Ｃ核對比較，確定符合標準的文獻共計６０２篇。

１．２ 研究思路與方法

研究采用可視化方法，將數據分別導入ＣｉｔｅＳｐａｃｅ和ＶＯＳｖｉｅｗｅｒ繪制可視化圖譜。這兩款軟件具備“圖”和“譜”的雙重特性，不僅能夠通過圖形將數據可視化呈現(xiàn)，還能以譜系的方式序列化表達，使結果的呈現(xiàn)更加直觀［３］。付健等從軟件功能算法的角度分析并指出，ＣｉｔｅＳｐａｃｅ基于時間的可視化方式有助于考察研究主題隨時間的變化；同時，其聚類算法能夠幫助研究者發(fā)現(xiàn)突現(xiàn)詞，從而探討熱點和把握研究方向［４］。宋秀芳等則比較了兩款軟件的可視化結果，指出在進行作者偶聯(lián)分析時，ＶＯＳｖｉｅｗｅｒ的分析結果與原數據的符合程度顯著高于ＣｉｔｅＳｐａｃｅ［５］。

基于上述分析，使用ＣｉｔｅＳｐａｃｅ繪制機構偶聯(lián)圖譜并尋找突現(xiàn)詞，客觀評述軟件技術輔助中學物理教學的研究趨勢和熱點；在考察作者發(fā)文及合作情況時，則基于ＶＯＳｖｉｅｗｅｒ生成的圖譜進行分析。

在ＣｉｔｅＳｐａｃｅ ６．２．Ｒ２中導入原始數據并轉化格式后，得到有效數據５９６條。時間劃分（Ｔｉｍｅ

Ｓｌｉｃｉｎｇ）設置為２０００年１月至２０２３年３月，時間切片（Ｙｅａｒｓ Ｐｅｒ Ｓｌｉｃｅ）為１年。在分析研究機構時，進行了數據清洗，例如將“西南師范大學”合并到“西南大學”，以最大程度確保分析結果的客觀性和準確性。

在利用ＶＯＳｖｉｅｗｅｒ１．６．１９進行作者分析時，依據普賴斯（Ｐｒｉｃｅ）公式［６］計算核心作者發(fā)文量N=0.749×■，其中η■為該領域最高產作者的發(fā)文數量。計算結果為N=１．４９８，向上取整為２，因此發(fā)文量大于等于2篇的作者可視為該研究領域的核心作者候選人，共５２人。

２ 可視化結果分析

導出軟件繪制的圖譜后，從年度發(fā)文量、作者及研究機構合作關系、關鍵詞等方面進行剖析。

２．１ 發(fā)文量趨勢

逐年發(fā)文量趨勢可以反映某一研究領域熱度的變化［７］，如圖１所示。結果顯示，在研究涵蓋的時間范圍內，關于軟件技術輔助中學物理教學的相關文獻最早發(fā)表于２０００年。２０００年至２００８年每年發(fā)文量在１至７篇之間浮動。自２００９年起，年度發(fā)文量有所增長；到２０１１年，相較于２００８年之前的發(fā)文量已經翻番。這一時期發(fā)文量的增長與我國互聯(lián)網的逐漸普及密切相關。

在２０１１年至２０１５年間，年發(fā)文量趨于穩(wěn)定。自２０１５年開始，互聯(lián)網技術呈現(xiàn)井噴式發(fā)展，軟件技術也借此東風蓬勃發(fā)展并應用于教學領域。在此期間，“互聯(lián)網＋教育”成為突現(xiàn)熱詞［８］。２０１６年至２０２０年，年發(fā)文量呈現(xiàn)出相對穩(wěn)定的指數型增長。盡管２０２１年開始增長速度有所減緩，但年發(fā)文量依然保持在歷史高位。

根據普賴斯的劃分，當前該領域的研究即將過渡到成熟階段，因此可以預測在未來一段時間，論文數量將保持較穩(wěn)定的線性增長［９］。由于文獻只檢索到２０２３年３月，因此當年節(jié)點用虛線連接，但不難推測２０２３年的發(fā)文量將保持高位，這表明在中學物理教學中引入軟件技術的研究前景良好。

２．２ 作者合作分析

根據１．２節(jié)計算得出的５２位核心作者候選人，共發(fā)文１１５篇，占總發(fā)文量的１９．３０％。根據普賴斯定律，該研究領域高產作者群尚未形成［１０］。在ＶＯＳｖｉｅｗｅｒ生成的作者共現(xiàn)疊加圖譜（圖２）中，以節(jié)點大小表示作者的發(fā)文量，相互有重疊或連線的節(jié)點表示這些作者之間存在合作關系，而冷暖色調則表示作者的發(fā)文年份。該圖譜側重于刻畫某位作者的發(fā)文量及發(fā)文時間。

通過分析圖譜可以發(fā)現(xiàn)，在軟件技術輔助中學物理教學的相關研究中，多數研究人員未形成長期、穩(wěn)定的合作關系。其中，陳林和王鵬的發(fā)文量均為４篇，而桑芝芳、李廣富、狄莉麗等７位作者的發(fā)文量均為３篇。從時間上看，以李廣富為代表的作者群在近一年內有文獻發(fā)表，分別以陳林和洪哲新為代表的2個作者群在近三年內有文獻發(fā)表。此外，潘文術、丁宗星等研究者也在近期積極參與該領域的研究。

在作者合作密度圖譜中（圖３），所在區(qū)域熱度越高的作者與其他研究者的合作關系越廣泛，圖譜側重于刻畫相關作者群的合作密切程度?？梢姡顝V富、彭朝陽、洪哲新等研究者之間存在較多的合作關系。在已形成的作者合作群中，以李廣富為代表的合作群發(fā)文最多，共計１１篇。然而，不同的作者群之間缺乏有效的溝通與合作，整體合作關系仍顯得比較零散。

２．３ 發(fā)文機構分析

機構共現(xiàn)疊加圖譜能夠呈現(xiàn)研究機構之間的合作情況，以及某一研究機構的發(fā)文量和發(fā)文時間。為了準確統(tǒng)計機構的發(fā)文情況，將下屬單位合并到一級單位，例如，將“陜西師范大學物理學與信息技術學院”合并為“陜西師范大學”。為便于解讀機構之間的合作情況，對節(jié)點位置進行了調整，同時將發(fā)文量僅有一篇且無合作關系的機構隱藏，機構標簽的閾值設為３。經處理后，繪制的圖譜如圖４所示，可以看到，絕大多數中學發(fā)文不足3篇。

圖４的網絡密度為０．００１１，表明該領域相關研究機構之間的合作并不密切。從圖中可以直觀地看出，合作關系幾乎只存在于中學與中學之間，與高校之間的合作數量很少，只有江蘇省句容市第三中學與安徽師范大學之間存在較穩(wěn)定的合作關系，而不同高校之間幾乎沒有合作。

從發(fā)文量來看，參與該項研究的中學數量雖然眾多，但多數僅發(fā)文一篇。發(fā)文量較多的機構均為高校，其中華中師范大學的發(fā)文量最高，達到２７篇，其次是南京師范大學和西南大學，各為１８篇。發(fā)文量達到１０篇的機構共有１１所，表１中列出了這些機構的發(fā)文詳情，線段表示時間的連續(xù)性，顏色越深表示對應年份研究頻率越高。

在發(fā)文時間方面，華中師范大學、西南大學、四川師范大學等院校的研究起步較早，且研究的持續(xù)性較好。南京師范大學在早期也有文獻發(fā)表，但近三年相關成果較少。值得注意的是，西南大學在近半年內有新的文獻發(fā)表。同時，寧夏大學在近兩年也開始關注該領域的研究。

從表１中機構突現(xiàn)時間來看，華中師范大學是最早在該領域集中研究的機構，且其突現(xiàn)持續(xù)時間也最長。西南大學自２０００年開始在該領域進行研究，目前正處于突現(xiàn)期。盡管寧夏大學的研究起步較晚，但它已成為當前重要的研究機構之一?？傮w來看，表１中列出的各高校在研究起步上雖然存在先后之分，但研究持續(xù)性均較好，且至今沒有中斷的情況。這與２．１節(jié)對研究階段的劃分相吻合，表明該研究正處于黃金期。

２．４ 關鍵詞突現(xiàn)分析

通過分析ＣｉｔｅＳｐａｃｅ提取的出現(xiàn)頻率突增的關鍵詞，可以考察研究領域的歷史演變，識別正在興起的研究新趨勢和涌現(xiàn)的新主題［１１］。對２０００年以來的研究進程提取突現(xiàn)強度Ｔｏｐ２０的關鍵詞，結果如表２所示。表中，加粗線段對應的年份為突現(xiàn)期。

ＣｉｔｅＳｐａｃｅ提供了三種對突現(xiàn)關鍵詞的排序方式：按突現(xiàn)開始時間、按突現(xiàn)持續(xù)時間和按突現(xiàn)強度。軟件默認的排序方式為按突現(xiàn)開始時間，這也是大多數文獻選取的方式。由于突現(xiàn)開始時間和持續(xù)時間可以通過圖形直觀表示，按突現(xiàn)強度降序排列，以結合突現(xiàn)強度對研究主題演變和前沿進行更全面的分析。

２０００—２００６年：突現(xiàn)詞包括多媒體、計算機輔助教學、物理課件等。此階段軟件技術輔助中學物理教學的研究處于起步階段，涉及的技術相對單一。２００３年后，開始出現(xiàn)有關網絡教學的研究，但其強度不高，未成為主流。

２００６—２０１０年：課程整合和虛擬實驗成為新的突現(xiàn)詞。課程整合的研究突現(xiàn)強度更高、持續(xù)時間更長，既包含學科內部的整合（如課程內容、學習方式以及課程資源的整合）［１２］，也涉及學科課程與信息技術之間的整合［１３］。本文分析的５９６篇文獻中，主要關注學科課程與信息技術之間的整合。此時，多媒體與計算機輔助教學仍處于突現(xiàn)期，表明研究者關注軟件技術對實際教學效果的改善。

２０１０—２０１６年：新的突現(xiàn)詞包括實驗數據處理和交互性，表明這一階段利用軟件技術提升實驗教學效果的研究逐步興起。這為２０１６年之后發(fā)文量的大幅增長奠定了基礎，與發(fā)文量趨勢分析結果相互印證。

２０１７年之后：隨著軟件技術的發(fā)展，越來越多的教學輔助手段為中學物理課堂提供支持，新的突現(xiàn)詞數量陡然增多。突現(xiàn)強度較高的關鍵詞包括核心素養(yǎng)、智能手機、可視化、微課和高中物理實驗。此階段研究者的關注點更為廣泛，軟件技術開始與新教育理念結合［１４］，以物理實驗和微課為基礎的研究成為主流，相關研究進入快速發(fā)展階段。智能手機作為功能豐富、集成度高的工具，已成為生活中不可或缺的組成部分。無論是攝像頭等硬件配置，還是Ｐｈｙｐｈｏｘ等軟件應用，將智能手機應用于中學物理教學是方便快捷且效果顯著的選擇［１５］。教學內容的可視化則是物理學習的重要手段，包括知識結構的可視化呈現(xiàn)和實驗數據的可視化處理［１６］。當前教學內容的可視化正處于突現(xiàn)期，值得研究者關注和思考。

直到２０２３年，依舊處于突現(xiàn)期的關鍵詞包括核心素養(yǎng)、可視化、教學策略、教學設計、高中物理實驗、ＧｅｏＧｅｂｒａ軟件和虛擬仿真軟件等。這表明，應用可視化、ＧｅｏＧｅｂｒａ、虛擬仿真軟件等軟件技術的主要目標是將其有效融入教學策略中，以提升學生的核心素養(yǎng)，這也成為當前及未來一段時間的研究熱點。然而，近年來新興的軟件技術種類繁多。在表２中列出的突現(xiàn)強度前２０位的關鍵詞中，屬于新興軟件技術的僅有可視化、微課、ＧｅｏＧｅｂｒａ軟件和虛擬仿真軟件等。這表明研究者們對其他新興軟件技術的關注還遠遠不夠。因此，可以預測，新型教學軟件的開發(fā)和應用將成為未來研究的熱點之一。

３ 結 論

在基于文獻計量學的研究中，使用ＣｉｔｅＳｐａｃｅ和ＶＯＳｖｉｅｗｅｒ兩款軟件對軟件技術輔助中學物理教學的相關文獻進行了可視化分析，包括發(fā)文量趨勢、作者合作情況、發(fā)文機構以及關鍵詞突現(xiàn)等方面。結果表明，軟件技術輔助中學物理教學的相關研究目前剛剛步入成熟階段，處于研究的黃金期。同時，基于分析結果，提出以下研究建議：

第一，加強交流合作，重視實證研究。

一方面，作者之間的合作尚顯不足，領域內高產作者群尚未形成，已形成的合作群體之間缺乏交流。相關研究者應重視加強合作，延長研究周期，持續(xù)關注該領域熱點的變化。另一方面，研究機構之間的合作也需加強。盡管發(fā)文量大、研究周期長的機構多為高校，但高校之間缺乏合作，各中學與高校之間也未能形成良好的合作關系，這表明高校的研究成果亟待在中學物理課堂中應用。研究者應結合本校及本班實際，強化實證取向，找到切實可行的應用方案，推進研究成果落地，研究內容也不應局限于單一課例。

第二，關注教育技術的發(fā)展，緊跟當下研究熱點。

隨著時代的發(fā)展，教育技術已成為現(xiàn)代教育不可或缺的手段［１７］，并在不斷更新與發(fā)展。一些相對老舊的技術（如多媒體課件的設計與應用）在２０１０年前已有大量研究成果，至２０１６年趨于飽和，顯然不再是研究熱點。研究者應關注當下熱門的教育技術，例如可視化教學，其具有圖像化、形象化、具體化、多元化等特征［１８］，能夠將隱形、抽象的知識變得顯性和具體，簡化學習過程，非常適合中學物理概念教學和模型建構，可作為未來研究的方向。

第三，關注新興軟件技術。

研究者們已開始重視將某些新興軟件（如ＧｅｏＧｅｂｒａ）應用于中學物理教學，但對測量分析軟件ＭＡＴＬＡＢ、虛擬實驗軟件ＮＯＢＯＯＫ，以及虛擬現(xiàn)實技術（ＶＲ）、元宇宙技術等的應用仍顯不足。因此，研究者可在未來加強對其他新興軟件技術的關注，圍繞物理學科核心素養(yǎng)的四個維度，探索軟件技術與教學理念的有效融合，提出既具創(chuàng)新性又切實可行的核心素養(yǎng)提升路徑。

當然，本文的研究仍存在諸多不足。例如，在檢索策略上尚需改進；所使用的分析工具也有局限性。未來，可結合ＵＣＩＮＥＴ、Ｂｉｃｏｍｂ、ＨｉｓｔＣｉｔｅ等軟件的可視化結果，對文獻進行對比分析。此外，未來研究可納入外文文獻進行分析，以提供更全面、客觀的建議。相信隨著越來越多的研究者關注并投入軟件技術輔助中學物理教學的研究，相關研究成果定能為物理課堂注入更多活力，使其洋溢著新技術的生機。

參考文獻：

［１］陳德第，李軸，庫桂生．國防經濟大辭典［Ｍ］． 北京：軍事科學出版社， ２００１：５７１－５７２．

［２］陳超美.ＣｉｔｅＳｐａｃｅⅡ：科學文獻中新趨勢與新動態(tài)的識別與可視化［Ｊ］．陳悅，侯劍華，梁永霞，譯．情報學報， ２００９（３）：４０１－４２１．

［３］柏安璇．２１世紀以來國內校本課程研究的回顧與展望——基于ＣｉｔｅＳｐａｃｅ的可視化分析［Ｊ］．貴州師范學院學報，２０１８，３４（１０）：７５－８４．

［４］付健，丁敬達． Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ和ＶＯＳｖｉｅｗｅｒ軟件的可視化原理比較［Ｊ］．農業(yè)圖書情報學報，２０１９，３１（１０）：３１－３７．

［５］宋秀芳，遲培娟．Ｖｏｓｖｉｅｗｅｒ與Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ應用比較研究［Ｊ］． 情報科學，２０１６，３４（７）：１０８－１１２，１４６．

［６］張子婷，鄭彥寧，袁芳．多指標核心作者識別方法研究［Ｊ］．現(xiàn)代情報，２０２０，４０（７）：１４４－１５１．

［７］蔣鑫，洪明．國際教育大數據研究的熱點、前沿和趨勢——基于ＷＯＳ數據庫的量化分析［Ｊ］．中國遠程教育， ２０１９（２）：２６－３８．

［８］蘇敏，喻國明．以人為本的成長邏輯：中國互聯(lián)網發(fā)展的第一個２５年——基于學術視角的Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ可視化分析［Ｊ］．遼寧大學學報（哲學社會科學版），２０１９，４７（６）：１２７－１４１．

［９］嚴青利，黃長形，白雪帆．循證醫(yī)學文獻增長規(guī)律的實證研究——以傳染病學循證醫(yī)學文獻的增長為例［Ｊ］．情報雜志，２００６（１１）：１４４－１４５．

［１０］李先躍．中國文化產業(yè)與旅游產業(yè)融合研究進展及趨勢——基于Ｃｉｔｅｓｐａｃｅ計量分析［Ｊ］．經濟地理， ２０１９，３９（１２）：２１２－２２０，２２９．

［１１］陳悅，陳超美，劉則淵，等． ＣｉｔｅＳｐａｃｅ知識圖譜的方法論功能［Ｊ］．科學學研究， ２０１５，３３（２）：２４２－２５３．

［１２］陳治鋒．新課標下基于課程整合的物理教學設計——以“聲音的特性”為例［Ｊ］．中學物理教學參考，２０２２，５１（２９）：４４－４６．

［１３］安愛平． 信息技術與物理課程的整合——基于網絡環(huán)境下的“聲音的特性”課例［Ｊ］．物理教師，２００６，27（６）：２３－２４．

［１４］蒙露蕓，王笑君．近十年來中外物理教育研究領域現(xiàn)狀及趨勢淺析［Ｊ］．物理教學，２０２１，４３（１０）：７５－７７．

［１５］洪葉，高雷．基于智能手機軟件Ｐｈｙｐｈｏｘ在中學物理實驗應用的研究——以“聲音的特性”為例［Ｊ］．物理教師， ２０２２，４３（１）：７０－７２，７６．

［１６］李春勝，鐘志鵬．高中物理實驗可視化：價值、路徑與實踐——以“帶電粒子在電場中的運動”為例［Ｊ］．物理教師，２０２３，４４（５）：５４－５７．

［１７］莊琪．互聯(lián)網環(huán)境下現(xiàn)代教育技術對于教育改革的價值分析——評《互聯(lián)網時代的現(xiàn)代教育技術教學改革》［Ｊ］．中國教育學刊，２０２２（１）：１３０．

［１８］董麗娜，鄭勤紅． 運用物理可視化教學培養(yǎng)學生高階思維能力——以“彈力”教學設計為例［Ｊ］．中學物理教學參考，２０２３，５２（８）：３０－３２．

（欄目編輯 賈偉堯）

收稿日期：2024-04-11

基金項目：遼寧省教育廳普通高等教育本科教學改革研究項目（838）；渤海大學中小學教學改革聯(lián)合研究項目（2024ZXX

JG02）；渤海大學研究生教育教學改革研究項目“《課例分析》課程多維資源庫建設及在提高專業(yè)學位研究生教學和分析能力中的應用”（YJG20230001）；渤海大學教學改革研究項目“課程思政指導下的《近代物理實驗》教學探究”（BHUX

JGB2022061）。

作者簡介：趙誠磊（1998-），男，碩士研究生，研究方向為中學物理教學。

*通信作者：張研研（1980-），女，副教授，主要從事中學和大學物理教學研究工作。