基于CiteSpace的化学教材研究可视化分析

宋倩雯 李猛 谢俊

关键词：化学教材;教材研究;CiteSpace;可视化分析

1研究背景

教材是依据课程标准编制的教学规范用书，是学生获得系统的基础知识，循序渐进地进行学习的主要资源和工具，也是教师进行教学的主要依据。随着新一轮的课程改革，教材也进行了更新。陆军对2005-2011年的124篇关于化学教科书的研究文献进行了综述。在中国知网以篇名“化学教材”或“化学教科书”，发表时间“2003.1.1- 2020.6.15”进行检索，共有1332篇文献。CiteSpace是一款信息可视化软件，它主要基于共引分析理论和寻径网络算法等，对特定领域的文献进行计量，以探寻出学科领域演化的关键路径及其知识拐点。基于CiteSpace分析近20年化学教材研究的热点及不同阶段的发展趋势和前沿，对化学教材的研究进行梳理和反思，为学者继续开展化学教材的研究提供参考和启示。

2研究思路

为确保原始数据准确，剔除关于中职、高职和大学化学教材等相关文献，得到1118篇文献以refworks的格式导出，用CiteSpace5.6.R5进行数据转换后，进行关键词共现分析、关键词突现分析，得出研究结论并进行反思，研究思路见图1。

3化学教材的可视化分析

3.1关键词共现分析

当两个或两个以上的关键词在同一篇文献中出现时，称为关键词共现。关键词共现知识图谱有利于我们分析研究的热点。运用Citespace软件设置相应的参数和阈值，生成关键词共现知识图谱，见图2。

关键词的共现分析中有两个重要指标：频次和中心性。生成的共现图谱中网络节点数量为207，节点之间的连线数量264。知识图谱中的节点代表研究的关键词，节点越大，表明此关键词共现频次越高、受关注的程度越大，说明其为该领域的研究热点。根据图2可以看出化学教材、高中化学、初中化学、比较研究、化学知识、化学史、人教版等是研究热点。研究涉及的主要版本是人教版，涉及的学段主要是高中，其次是初中。中心性反映了研究热点间转换的关键节点，中心性数值越大，表明该关键词在研究热点演变中发挥了关键作用，一般认为中心性大于0.1的节点比较重要。导出中心性大于0.1的关键词，见表1。分析可知，关键词的中心性和频率整体符合正相关的关系，例如化学教学、化学知识、人教版、教材、科学本质等。但也有一些反例，例如：创新、开放性、核心概念等。这些关键词的中心性高，说明它们重要，但频次不高说明研究者关注较少，在今后的研究中需加强关注。

导出关键词频次表格，剔除未展现实质研究信息的词语。将意思相近的关键词合并，例如将比较研究和比较合并为比较研究。将频次大于等于5的关键词与两位高中化学高级教师进行详细梳理和反复斟酌后聚类汇总如表2所示。在此基础上，对相关的经典文献进行阅读，进一步进行文本分析。

3.1.1内容研究

教材的内容研究主要集中在化学实验、化学知识、化学史、习题上。其一，化学实验的研究主要关注国内教材中的实验改进和國外教材中的实验。有学者针对实验改进中的问题，提出全面理解教材编写意图、明确改进实验的教学作用、坚定实验改进的简约化等七项回归途径，也有学者对国外教材中的实验进行研究，期望对我国化学教材中实验的编制提供参考。其二，化学知识的研究主要关注显性知识和隐性知识。对显性知识的研究主要集中在化学方程式、物质的量、氧化还原反应、元素及其化合物、化学平衡、元素周期律上，对隐性知识的研究相对较少，有研究对鲁科版必修化学教材中插图的隐性知识进行了统计分析，提出了插图中隐性知识的外显化、情境化和直观化等教学策略。其三，化学史的研究主要关注化学史内容融入化学教材的分析。有学者指出应从内容素材的选择、编排顺序和呈现方式等方面综合考虑化学史的编排。其四，教材习题的研究大多集中在习题数量、类型、栏目、难度以及习题与课程标准一致性上。有研究利用韦伯一致性分析工具对初中教材中的习题与课程标准进行了分析。其五，教材栏目的研究主要包括两个方面：一是关于国内教材栏目呈现，二是对国外化学教材栏目的介绍。

总体来看，关于教材的内容研究成果最为丰富。但也有一些不足之处，比如关于高中化学知识的研究主要集中在必修教材的内容上，如：物质的量、氧化还原反应、元素周期律、元素化合物知识、化学键等，对选修教材的内容研究相对较少。对教材显性知识的研究较多，对隐性知识的研究较少。

3.1.2比较研究

比较研究是化学教材研究的主要方法，教材的比较研究主要包括三个方向：一是国内外化学教材的比较研究，研究对象主要为美国和德国的化学教材等，这些国家均为发达国家，渗透在教材中的教育思想和理念值得我国借鉴。教材是深层结构和表层结构的统一，大多数的研究内容是教材的表层结构，如功能模块、语言文字、图和表等，对深层结构的研究较少。

二是国内不同版本化学教材的比较研究，包含不同版本教材的横向比较和同版本新旧教材的纵向比较。研究对象主要为高中人教版、苏教版和鲁科版化学教材，研究内容有知识编排、习题、栏目、插图、表格、实验探究等。有学者构建了教材分析模型，依据分析模型对整本教材的内容选择、组织和呈现进行比较，结果表明鲁科版教材内容最丰富，难度和深度也是最大的。

三是国内化学教材的演变研究，研究对象为我国近代出版的中学化学教材，研究内容有STS、实验、插图等。有研究对近代中学化学教材的出版特点与内容变迁进行了梳理，指出要拓展化学教材的研究来源，提高研究深度以及关注“本土化”发展。

总体来看，关于化学教材的比较研究主要是国内外化学教材的比较，其次是国内不同版本教材的横向比较，相对较少的是新旧教材的纵向比较和国内化学教材的演变研究，研究者主要关注教材的表层结构，对教材的深层结构研究相对较少。

3.1.3使用研究

化学教材的使用研究主要围绕“科学素养”和“化学教学”两方面展开，包含两个方向：一是对教材微观结构的使用研究。研究主要针对某一具体章节内容进行教学设计或提出教学策略和教学建议，如有研究以饱和溶液的概念为例分析了教师使用教材的不同层次水平，探索创造性使用化学教材，构建化学优质课堂，提高化学教学效益的教学策略。有研究对新旧化学教材中科学探究各栏目的数量、内容及组织形式等进行统计分析，提出用心研读课标与教材、精心设计探究活动和加强学生基础实验的教学建议，从而提升学生的科学素养。同时有研究者认为应打破“圣经式”的教材观，须“因时因地因人”对教材进行二次开发，以便于知识的内化，提高课堂效率，减轻学生的负担。

二是对教材使用情况的调查研究。对使用情况进行调查有利于了解教材的使用情况以及在使用过程中出现的问题，提高化学教学的质量。有研究者对人教版化学必修教材“科学视野”栏目使用现状进行调查分析，指出要将该栏目纳入教学的整体设计，发挥其培养学生科学素养的教学功能。

总体来看，教材的使用研究主要是从教师的角度展开，研究方法有经验总结法、问卷调查法、访谈法等。其中一线教师是研究的中坚力量，为实践层面的研究积累了宝贵的实战经验和素材。

3.1.4编制研究

教材是依据课程标准编制的、系统反映学科内容的教学用书，课程标准是教材编制研究的基础。教材的编制研究包含两方面：一是编写者对教材的编写思路进行解读，通过解读可以为一线教师理解设计理念，掌握内容变化，展开教学提供帮助。人教社化学编辑室对人教版高中化学必修和选修教材的编写进行了一系列的解读分析，如王晶对《普通高中教科书·化学必修》进行了简析，指出新教材以继承、发展、创新为基本指导思想，从学科本质出发构建体系结构，精编内容和呈现方式，优化栏目功能，体现和落实化学学科核心素养，彰显学科育人价值。

二是研究者对教材内容研究后提出编写或修订意见。对教材内容的编写修订提出意见有利于教材的不断发展和完善。有研究者对德国教材《今日化学》中核心概念的编写进行研究，提出“选择真实的情境并一以贯之，突出图像的直观作用使抽象内容具体化，充分运用实验活动助力概念形成”等编写意见。洪天慧基于对高中三个版本教材中“物质的量”内容编写以及教学中存在的问题的分析，提出新的编写方案。

总体来看，教材的编制研究有助于教材的发展，研究人员以教材编写者和一线教师为主，研究的方法主要有内容分析法和经验总结法，定量的方法相对较少，对具体内容编写的研究需全面深入。

3.2关键词突现分析

关键词突现（burst）是指在一段时间内关键词使用频次突然增高，表明在该段时间内受到研究学者的广泛关注，对突现词分析可以掌握该研究领域的研究热点、前沿以及发展趋势。关键词突现图谱见图3，根据突现词的年份和特点，将近二十年来的化学教材研究主要分为三个阶段。

第一阶段（2003-2007年）：2001年6月《基础教育课程改革纲要（试行）》出臺，标志着新一轮的基础教育课程改革开启，“课程改革”的突现强度为2. 9729，成为研究的热点。教材是课程目标和内容的具体体现，也是教师教学的主要依据，学生学习的主要资源，在课程改革中占有重要地位。2003年教育部颁布了《普通高中化学课程标准（实验）》，依据新课程标准编制的三个版本化学教材2004年秋季开始在山东省、广东省、海南省和宁夏回族自治区四个试验区进行教学试验，由此展开了化学教材的研究热潮，“化学教材”的突现强度为12. 7655，是突现强度最强的关键词。新课改强调要改变过于注重知识传授的倾向，从突现图谱中可以看出在课程改革的初期“化学知识”“化学方程式”“化学实验”是这段时间研究的热点和趋势，在2003-2007年间更多的还是关于对教材中化学知识的研究。

第二阶段（2008-2016年）：美国于1989年发表了《面向全体美国人的科学》，1995年发布了《美国国家科学教育标准》等科学教育文件，将科学素养视为科学教育的最终培养目标，并且十分重视科学教育领域核心概念和共通科学概念的学习与理解对促进个体科学素养发展的重要作用。中国公民科学素养不容乐观，提高中国公众的科学素养迫在眉睫，随着改革的深入进行，《义务教育化学课程标准（2011年版）》出版，要求教材的编制要以提高学生的科学素养为主旨，倡导科学探究的学习方式。“课程标准”在这段时间突现强度达到了3. 574，研究者从具体化学知识的研究转移到了“科学素养”和“化学概念”上，说明改革取得了一定的成果。这一阶段关于化学教材的研究符合新课改的目标，从教知识到让学生主动学习、学会学习，形成正确的价值观。新课改强调教师既是教材的使用者，也是教材的建设者和课程资源的开发者，2014-2016年，“二次开发”“教材研究”成为研究的热点，说明研究者开始创造性地使用教材。

第三阶段（2017-2020年）：2017年《普通高中化学课程标准（2017年版）》颁布，新课程标准以发展化学学科核心素养为主旨，设置满足学生多元发展需求的高中化学课程，选择体现基础性和时代性的化学课程内容，重视开展素养为本的教学，倡导基于化学学科核心素养的评价。基于《普通高中化学课程标准（2017年版）》编制的人教版、苏教版、鲁科版高中化学教材出版并陆续在全国开始使用，“高中化学教材”的突现强度3. 4951，突现时间从2016年持续到了2020年，成为当前化学教材的研究的热点和前沿，化学教材研究的热点方法是突现强度为3. 3261的“比较研究”，通过对不同版本化学教材的横向、纵向比较研究，可以为一线教师选择教学内容，实施教材内容提供参考依据，通过对国内外的化学教材进行比较研究，可以为我国化学教材的编写提供参考意见。研究的热点内容是突现强度为4. 1014的“习题”，好的习题是教材的点睛之笔，不仅可以巩固知识，还有助于培养化学学科核心素养，教师也能根据反馈情况及时调整教学。这一阶段研究者主要关注基于新课标编制的高中化学教材的研究。

4研究结论和反思

4.1研究结论

從关键词共现分析来看，化学教材的研究高中阶段多于初中阶段，研究的版本主要为人教版。化学教材的研究的热点主要集中在四个方面：一是教材的内容研究，主要集中在化学实验、化学知识、化学史、习题、栏目上;二是教材的比较研究，主要有国内与国外化学教材的比较研究，国内不版本化学教材的比较研究和国内化学教材的演变研究;三是教材的使用研究，有对教材微观结构的使用研究和对教材使用情况的调查研究;四是教材的编制研究，有编写者对教材的编写思路过程进行解读，也有研究者对具体内容进行研究后提出编写或修订的意见。

从关键词突现分析来看，近20年来的化学教材研究主要分为3个阶段：第一阶段（2003-2007年）重点关注教材中的化学知识;第二阶段（2008-2016年）重点关注科学素养、核心概念，教材的二次开发;第三阶段（2017 -2020年）重点关注基于新课标编写的高中化学教材。

4.2研究反思

4.2.1均衡各阶段各版本的教材研究

从关键词共现分析来看，化学教材的研究高中阶段多于初中阶段，人教版多于其他版本，对不同阶段不同版本化学教材的研究存在着不均衡的现象。初中阶段是化学的启蒙阶段，要鼓励研究者参与到初中化学教材的研究中，不同版本的教材有着各自的特点和优势，研究者对不同版本的化学教材进行研究，有利于教材的不断发展和完善。

4.2.2加强对选修教材的研究

高中化学教材的内容研究主要集中在必修教材上，如：物质的量、氧化还原反应、元素周期律、元素化合物知识、化学键等，对选修教材《物质的结构与性质》《化学反应原理》《有机化学基础》的研究相对较少。选修教材的内容较为抽象难度大，学生学习起来比较困难，且其是大学学习的基础，因此，未来需加强对选修教材的研究。

4.2.3丰富教材的研究视角

教材的使用者主要是教师和学生，对教材进行研究，最终目的是能更好地促进教师的教和学生的学。目前多数研究都是站在教师的角度进行的，可以丰富教材的研究视角，从学生的角度看如何使用好教材更好地自主学习.在阅读和使用教材的过程中存在什么问题，在实际学习中，教材的使用情况如何。这些课题都来源于实践，研究和解决好这些课题，有利于教材的修订和完善，更有利于实际教学。