国际职前科学教师研究的知识图谱分析

摘   要：文章借助CiteSpace软件针对Web of Science数据库中2000年以来的相关文献，聚焦职前科学教师的研究文献制作知识图谱。发现相关研究关注职前科学教师科学素养，包括学科知识、认知层面，也关注课程开发对职前科学教师发展的促进。大多文献注重课程落实效果的证据挖掘，多篇应用实验法论证教师教育领域教学方法或教学策略的有效性;处理数据方法并不追求新颖、复杂的数理统计技术，而更加看重研究问题的实践意义;此外，国外对科学教师教育的关注点不再是表面的教学技能训练，而是学科知识和科学思维的提升。围绕职前科学教师主题的研究以实证研究为主，其中质性研究方法居多。

关键词：职前科学教师 知识图谱 研究热点 CiteSpace

一、研究背景

科学是人类认识世界的途径，科学素养水平决定着公民的思维方式和行为方式，是实施创新驱动发展战略的基础，是国家综合国力的体现，直接关系着一个国家和民族未来的发展。对中学生科学、技术、工程和数学（STEM）教育学习态度调查研究发现，中国中学生对未来可能从事理工科领域职业的意愿不强烈，对学科教师的喜爱会影响学习者学习态度甚至职业趋向[1]，科学教育的质量很大程度上与科学教师的水平相关，科学教师的专业发展既需要政策的支持，也需要学术界研究的推动。

科学教育起源于西方，我国的科学教师教育可汲取国际研究成果，促进我国相关学者对科学教师发展和职前培养的深层思考;也可以借鉴外国的研究范式和研究工具，开展基于证据的本土化研究活动。

笔者收录的我国职前科学教师研究的中文文献进行统计，发现近20年以来，我国研究职前科学教师的中文期刊论文201篇、学位论文353篇。此外，借助知网文献计量工具快速分析，发现我国近年研究职前科学教师的视角大多关注学校或院系层面的教学实践经验总结或改革愿景、职前教育的课程设置、师范生教育实习、职前科学教师课堂教学策略。实证研究成果主要集中在学科教学知识（PCK）的水平探究。

虽然已有多篇综述系统呈现国外科学教师教育研究进展，但是没有专门聚焦职前科学教师的研究。本文旨在对职前科学教师相关研究的主要机构、代表人物、代表作品、研究热点与前沿进行定量考查和可视化分析，通过关键词聚类确定职前科学教师研究的热点领域，探究目前研究焦点，以便国内学者借鉴。

二、概念界定

职前教师主要有以下三类：一是师范院校为主培养的中小学学科教育专业的在校生;二是有意愿从事教师职业并且正在参加职前培训的大学毕业生;三是尚未成为教师但已经获得教师资格证的社会人士。本文关注的职前科学教师主要指第一类，涉及专业领域包括物理、化学、生物、地理、科学教育等学科的职前教师。

科学知识图谱分析是科学计量学重要的研究方法之一，该方法以科学知识为计量研究对象、研究显示科学知识的发展进程与结构关系并以图形呈现。[2]本文基于Web of Science（WOS）检索平台收录的职前科学教师研究文献进行计量和可视化分析，绘制该领域的知识图谱，呈现2000年以来国际职前科学教师研究的主要热点、趋势与走向。

三、研究设计

（一）数据来源

本研究选择WOS的核心集合作为文献检索的来源，设定检索表达式如下：TI=（pre-service science teacher OR prospective science teacher） or TI=（pre-service chemistry teacher OR prospective chemistry teacher） or TI=（pre-service physics teacher OR prospective physics teacher） or TI=（pre-service biology teacher OR prospective biology teacher） or TI=（pre-service geography teacher OR prospective geography teacher），时间跨度为2000—2021年，截至2022年4月14日，共检索到1134篇文献。设定文献类型为文章（article）后，共检索到723篇。其中，部分文章的文献类型既被认定为文章，也被认定为其他形式，包括30篇书籍章节（book chapters）、18篇网络首发（early access）、7篇会议论文（proceeding papers）。本研究将723篇文献TXT格式的完整书目作为分析数据的来源，包括标题、作者、摘要、关键词、参考文献和来源出版物等。

（二）分析工具

本研究采用文献计量法，选用的可视化分析工具为CiteSpaceⅤ。CiteSpace是陈超美博士开发的引文网络可视化工具，通过Java语言对共现网络进行可视化，绘制本研究的合作作者可视图、关键词共现图、关键词聚类图。其次，对于知识图谱上的重要节点进行文献追踪，分析节点背后隐藏的信息。此外，结合WOS提供的数据绘制图表，进行年度发文量趋势分析，对相关领域的期刊刊登量和核心作者、机构、国家或地区排序并分析。

四、研究结果与讨论

（一）文献年度数量分析

统计2000—2021年的WOS核心合集数据所检索的相关文献数量，得到图1所示的逐年变化趋势，可以看出职前科学教师文献总体产出量情况，反映职前科学教师研究变化的趋势。

职前科学教师研究发展趋势可分为三个阶段，第一阶段（2000—2008年）为起步期，每年的发文量不超过11篇;第二阶段（2009—2016年）平均年刊载量约34篇，可见职前科学教师研究在该阶段受到了国际学者的关注;第三阶段（2016—2021年）进入爆发期，2017年国际期刊相关领域研究的发文量达77篇，2020年刊文达到99篇，可见针对职前科学教师主题的研究受到更多关注。

（二）期刊刊载分析

期刊刊载分布能够反映一定主题研究领域的主要学术阵地。[3]统计发现，2000年以来，职前科学教师文献主要分布在205种权威期刊上，表1列出了载文量排名前5位的SSCI收录期刊。

除了表1列举的期刊之外，《科学教育》（Science Education）、《国际科学与数学教育》（International Journal of Science and Mathemtics Education）等期刊也刊登了较多关于职前科学教师研究的文章。

JBSE以波罗的海冠名，主要刊发爱沙尼亚、拉脱维亚、立陶宛三个国家的科学教育研究，每年出版6期。期刊较多关注学习概念、教学、学习环境和目标的主题[4]，强调实证范式。英国科学教育学术期刊IJSE每年出版18期，关注学前、中小学到高等教育的教与学，常常针对理论研究与教学实践之间的差距提供基于实证的意见，也提倡科学教育与多学科融合[5][6]。英国的CERP是国际上化学教育研究领域唯一被SSCI数据库收录的期刊，每年出版4期。该期刊多基于证据研究职前化学教师教育。澳大利亚的RSE主要关注与科学教育相关的学前教育、中小学教育和高等教育，也涉及工作场所和生活中的非正式学习。EJMSTE是在2005年创办的月刊，关注科学、数学、工程、技术教育。

（三）核心作者分析

对文献作者及其发布文献数量关系进行分析，既可以发现一定主题的高产作者，也可以作为判断研究共同体形成状况的重要依据[7]。在CiteSpace中对作者进行可视化分析，节点为作者名称，其大小代表发文数量，标签文字大小代表中心性，节点之间的结则表示作者合作关系[8]。通过图2，可以看出节点分散，节点之间的关联性不强，可见该领域研究缺少广泛的合作关系。

对WOS收录的期刊中发文量最高的五位作者（见表2）的研究成果进行分析，可以了解研究的前沿主题。埃尔杜兰是牛津大学教授，发表的8篇关于职前科学教师的论文主要集中在近三年。她的研究兴趣包括职前科学教师的科学本质（Nature of Science）[9][10]、认知和信念[11][12]。艾迪尼兹教授是土耳其田纳西大学的教授，关注职前化学教师对科学知识理解、教学技能的发展、 PCK和整合技术的学科教学知识（TPACK）发展。土耳其大学的博兹教授和艾迪尼兹教授合作密切[13][14]，研究兴趣涉及职前化学教师的TPACK发展[15]以及教学信念[16][17][18]。德国莱布尼兹科学与数学教育研究所的克雷尔教授关注职前科学教师的科学推理能力评估[19][20]，并注重他们的科学本质观教育[21]。

（四）国家或地区发文量统计

关注发文作者所属的国家或地区可以衡量国家或地区的科研产出绩效情况，反映科研产出的地区分布。表3为职前科学教师研究发文量较多的国家和地区的统计。

由表3可以发现，土耳其、美国、西班牙、澳大利亚、印度尼西亚、韩国是在本领域发文量35篇及以上的国家。除了学者个人研究兴趣，成果的集中产出离不开国家对科学教育的重视。本文以排名前2位的国家和亚洲排名最高的国家之一为例，介绍其促进科学教育与科学教师教育的举措。土耳其在本主题领域研究成果丰硕和其重视职前教师培养密不可分，近年来土耳其对科学教师教育进行改革，提高教师教育工作的质量，倡导师范生主动学习，深刻理解科学概念、教育概念，强化教学技能[22]。2000年经济、教育都比较落后的土耳其在世界银行、国际货币基金组织、经济合作与发展组织等国际机构指导下，积极改善正规教育;为了更好融入欧盟延长了义务教育的年限，倡导以核心素养作为终身学习的基础[23]。2012年土耳其立法决定将义务教育年限从8个增加到12个，努力提高教育质量和参与率[24]，提倡年青人应该接受完整的中等教育——对科学教师的需求量有所提升[25]，在一定程度上促进了职前科学教师教育的变革与研究。此外，土耳其专门设立了《欧亚数学、科学与技术教育》（Eurasia Journal of Mathematics， Science and Technology Education）（SSCI来源期刊）、《土耳其科学教育》（Journal of Turkish Science Education）、《土耳其教师教育》（Turkish Journal of Teacher Education）期刊，为科学教育研究、科学教师专业发展提供较高的学术平台。重视科学教育和科学教师教育，使土耳其学生在国际学生评价项目（PISA）和国际数学与科学学习趋势项目（TIMSS）测试中的科学成绩保持稳定。此外，2021年世界知识产权组织（WIPO）公布的全球创新指数（GII）排行显示，土耳其在西亚和北非地区排名第四，排名大幅度上升。

美国科学教育一直走在国际前列，不遗余力地改革使其科学教育研究充满生命力。近年来陆续出台的重要政策，为科技发展做保障。2012年的《K-12科学教育框架：实践、通用概念与核心概念》和2013年《下一代科学教育标准》，对国际科学教育改革影响巨大。此外，2020年国家科学教师协会（NSTA）后修订的《科学教师培养标准》更加关注职前科学教师的学科内容知识，补充对科学本质和科学文化的要求，强化对工程和技术、交叉概念、学科观念的理解，突出学习进阶规律在职前科学教师培养中的应用。此外，该版《标准》在学科教学法、学习环境、安全、对学生学习的影响等维度都做出相应的改动，以学术研究支持科学教师培养。[26]

在有关国际科学测试（PISA，TIMSS）中，韩国学生取得了较好的成绩[27]。1949 年，《韩国教育法》颁布，明确规定了科学教育的内容，提出要“培养学生的探究精神和科学思考力”，特别规定要重视“科学教育、实业教育和师范教育”。1973 年，韩国提出科学立国政策，提倡“全民科学化”，强调科学教育振兴国家[28]。1991 年，韩国政府又实施 G7 计划，通过培养青少年的科学探究能力来实现“科技立国”。自此，加强科学技术教育成为韩国的重要战略。1999 年韩国教育部门制定了科学教育国家标准，标准包括 6 个部分：教育目标、学校课程、科学教学、教师、教育环境和评价。科学教育在韩国经济发展中发挥了巨大作用，以立法的形式为中小学科学教育提供政策保障，在培养体制、课程设置、培养目标、职后培训等多方面采取措施确保科学教师的素质，对职前科学教师的研究也给予了强有力的支持。[29]