《中学物理教与学》样态、主题与趋势研究（1998—2021）

摘   要：自本世纪初我国实施新一轮基础教育课程改革以来，我国中学物理教与学研究取得了丰硕成果。为全面反映中学物理教与学研究的整体样态，运用Bicomb、CiteSpace、VOSviewer等可视化分析软件，对1998—2021年人大复印报刊资料《中学物理教与学》转载的3889篇期刊论文进行文献计量分析，可视化呈现近二十余年来我国中学物理教与学研究的主题、数量特征及其类群结构。研究认为，已有研究主要集中在中学物理学科育人的理论与途径、中学物理知识与测评研究、中学物理实验研究、指向物理学科核心素养的教学研究四大领域;中学物理教与学未来研究将在课程标准、教材修订与使用、考试评价，以及信息技术与物理教学融合、学习进阶与深度学习、高阶思维培养的探索与实践方面持续聚焦。

关键词：中学物理;物理教与学;研究主题;文献计量;可视化分析

中图分类号：G633.7 文献标识码：A    文章编号：1003-6148（2022）2-0072-6

自本世纪初我国新一轮基础教育课程改革实施以来，迄今已逾二十载。我国中学物理教与学研究取得了丰硕成果。为全面反映我国中学物理教与学研究的学术成果与本土特色，本研究基于文献计量学展开分析，可视化呈现20余年来我国中学物理教与学本土化研究的整体样态，并根据其数量特征、类群结构特征呈现其关键主题及发展趋势，以期提供有益启示与参考。

1    数据获取与研究方法

1.1    研究数据来源

对某一研究领域学术期刊论文进行统计分析通常是获取该领域研究前沿样态的可靠的便捷途径。中国人民大学书报资料中心编辑出版的复印报刊资料《中学物理教与学》（以下简称《中学物理教与学》）是我国唯一的中学物理教育领域二次转载全文资料汇编，具有样本覆盖范围广、转载信息全、遴选标准高等特点[1]，能较全面地反映我国中学物理教与学研究的整体样态。本研究选取近20余年来（1998年1月—2021年11月）《中学物理教与学》转载的中学物理教与学研究的相关论文作为研究对象。其具体获取步骤为：第一，从“人大复印报刊资料全文数据库”获取历年转载论文题目、作者、期刊等信息，该数据库尚未更新的但已转载论文的信息则通过查询纸质《中学物理教与学》期刊获得;第二，在“中国知网”（CNKI）期刊全文数据库中通过人工检索的方式逐一搜索、查询所转载论文信息，以获取该论文的具体题录信息，包括题名、作者及单位、发表期刊、关键词、摘要、发表时间、主要内容等;第三，导出转载论文信息文本数据，剔除信息不全、短评广告等非研究性文献信息后，最终得到3889篇有效的《中学物理教与学》转载论文，作为中学物理教与学研究的样本文献数据（以下简称“样本文献”）。

1.2    研究方法与工具

通常学术研究都需回应“研究什么内容”“研究得如何”“趋势如何发展”等问题，中学物理教与学研究亦不例外。知识图谱是在图书情报科学领域近年来兴起的研究方法，是通过将信息科学、应用数学、信息可视化技术、共现分析等相结合，呈现具体学术领域的研究热点、发展趋势、前沿内容及领域知识结构等的方法[2]。本研究运用共现分析系统软件Bicomb2.0[3]、CiteSpace软件[4]、VOSviewer可视化图谱制作软件[5]，可实现关键词共现分析、突现词分析，并生成可视化图谱。此外，还使用SPSS 23.0、Excel 2016等软件辅助分析，使中学物理教与学研究的整体现状、关键主题及其发展趋势得以直观呈现。

2    中学物理教与学研究的知识图谱

2.1    中学物理教与学研究的高频关键词

提取研究文献的高频关键词是绘制某一研究领域知识图谱的必要前提。运用CiteSpace软件对3889篇中学物理教与学研究样本文献进行关键词提取，共得到关键词750余个，截取其中词频阈值大于35的高频关键词共24个，并计算其中心性，如表1所示。

2.2    中学物理教与学研究的趋势图谱

分析中学物理教与学研究主题的演进趋势利于发现本领域研究热点的变迁。运用CiteSpace的突变词探测（Burst Detection）功能，生成中学物理教与学研究的高频关键词突现史图谱，能够反映出1998年到2021年间我国中学物理教与学领域研究热点的突现演变情况。限于篇幅，本研究仅呈现近五年中学物理教与学领域研究突现热点关键词，主要有核心概念、教学研究、核心素养、物理观念、学习进阶、物理思想、科学思维、深度学习、创新、教材、大概念、单元设计、高阶思维、实验教学等，如表2所示。

2.3    中学物理教与学研究的关键词共现图谱

对中学物理教与学研究进行关键词共现，可有效分析该领域的发展动向和热点主题的聚焦程度。运用VOSviewer分析词频，得出中学物理教与学领域词频最高、范围最广的关键术语，以时间发展顺序得到关键词共现网络时序图，如图1所示。该图至少反映了两方面含义：一方面，中学物理教与学研究主题主要分布在初中与高中的物理教学、教学设计、物理实验、物理概念与规律、物理学科核心素养培养等关键领域;另一方面，中学物理教与学领域新兴研究主题趋势是在向物理学科核心素养、学习进阶、深度学习、科学思维、大概念、单元设计、高阶思维培养等方面延伸，这与表2所示内容高度一致。

3    中学物理教与学研究的关键领域与趋势

通过关键词中心度等指标分析中学物理教与学领域相关研究，利用VOSviewer软件生成的聚类密度主题图如图2所示，具有子群密度、结构、相对位置等固定的特征。该图以不同颜色呈现出四个不同聚类的关键主题领域，关键主题之下的相关子主题分类呈现，颜色相同区越明亮代表聚类主题密度越大，表明该领域相关研究主题的受关注程度越高。

基于对中学物理教与学研究的基本情况、趋势图谱、共现网络图谱和聚类主题密度图谱的分析结果，以及对相关中学物理教与学研究文献进行深入阅读，笔者将中学物理教与学研究的关键主题领域归纳为“中学物理学科育人的理论与途径”“中学物理知识与测评研究”“中学物理实验研究”和“指向物理学科核心素养的教学研究”四个方面。

3.1    中学物理学科育人的理论与途径

该主题领域包括“物理教学”“物理现象”“中学物理”“高中物理课程”“物理教师”“物理学家”“物理教育”“原始物理问题”等高频关键词，分别从学理和实践层面展开对中学物理教与学的研究。

世纪之交，一场以发展学生素质的物理教学大讨论成为我国实施新一轮基础教育课程改革的前奏曲。从中学物理学科育人作用看，中学物理能发展学生科学文化素养、科学思维品质、思想品德[6]，而探索性实验在培养学生创造性思维能力方面有着显著作用[7]。从物理教学实现育人的途径看，可以通过物理教学中学生完整的知识建构来提高问题解决能力[8]，可以通过问题驱动的教学策略促进学生创造性思维培养[9]，可以在真实情境中开展有效的生态化物理教学[10]，用体现“活”物理的原始物理问题培养学生科学思维和物理能力[11]。模型建构的探究教学方法可提升学生对模拟化物理模型和理想化物理模型的学习成效[12]。应当注重物理学科育人价值的探索与发掘，如美育在激发学生物理学习动机，促进学生深刻理解物理规律，培养科学求真等价值观念，深刻体会科学思想与体会科学发现乐趣等方面具有重要作用[13]。基于物理学科核心素养培养发掘教材中育人元素，引导学生深度体会教材内容所承载的育人功用[14]。未来中学物理教与学研究将在落实“立德树人”根本任务的大背景下，持续深入研究物理学科教学参与全过程、全方位育人的理论与实践。

物理课程标准的修订与颁布，是二十余年来中学物理课程改革的关键节点。如《普通高中物理课程标准（2017年版）》的颁布，在原有课程标准的基础上，其理念、目标、内容、评价等维度均有较大变化[15]，引发了近年来关于学科核心素养的物理教与学研究热潮。课程改革的顺利实施与教师专业素养息息相关，因此，基于核心素养培育物理教师专业素养的相关研究颇受关注。有学者指出，中学物理教师学科教学知识的发展呈非线性、螺旋性、动态性等特点[16]，物理教师教学研究关键能力应包括质疑与反思能力、创新思维、理论应用能力等[17]。诚然，当前物理学科核心素养视域下教师专业能力发展相关研究取得了系列进展，但绝大部分研究限于概念探讨或质性分析，而核心素养视角下教师专业能力发展、学生学业水平发展的实证研究较少，这将是未来中学物理教与学研究中不可或缺的部分。此外，在未来“5G”万物互联的时代背景下，IT技术对培养学生物理核心素养教育实践的支撑性研究，如大数据人工智能时代移动学习等支持下的育人模式及教法的变革研究，也将成为中学物理教与学研究的新兴领域。

3.2    中学物理知识与测评研究

该主题领域包含“牛顿第二定律”“圆周运动”“自由落体运动”“重力势能”“机械能守恒定律”“动量守恒定律”“匀加速直线运动”“平抛运动”“匀强磁场”“物理试题”“物理习题”等高频关键词，表明研究者对中学物理知识规律与相关试题的研究也颇为关注。

教科书是最常用的重要教学资源之一，对促进学生发展至关重要。教材编写的依据是课程标准，我国课程标准与教材呈现出“一标多本”的特点，对二者的一致性研究可为提升教材编写质量提供重要参考。凸显科学思维，是《普通高中物理课程标准（2017年版）》相比以往课标的一个显著特征，有研究者通过对“人教版”新高中物理教科书研究发现，该版本教科书能够较为全面地呈现各种物理思维方法，重视引导学生自主思考、自我构建知识，通过栏目、旁批等突出思维培养[18]。也有研究发现，我国教科书在科学本质表征数量的维度覆盖度方面更加广泛，内容的明确性逐渐增强，但准确性有待提高[19]。从教材中涉及的实验看，我国高中教材设计的物理实验内容广而浅，建议适度提高实验内容深度，尤其在验证性与探究性学生实验方面应予以加强，以使物理实验能更加有效地促进学生科学探究能力的发展[20]。不难发现，我国物理教科书相关研究日益增多，但大多涉及的是2017年及以前的版本，对《普通高中物理课程标准（2017年版）》颁布之后相应的物理教科书研究偏少。

此外，测评与试题研究也一直是学者、教师关注的另一重要议题。高考物理试题不仅具有科学性、严谨性、规范性、人文性等特征，也具备导向性、激励性特征[21]，而且能够考查学生的问题意识、评价意识、联想意识、迁移意识、特材意识、替换意识、综合意识等[22]。新高考背景下，高考对学生学业水平的考查与课标要求的一致性问题尤其重要，而试题内容与课标要求水平方面可能存在偏差[23]。从“减负”背景下来看教材习题难度，已有研究表明我国高中物理教科书中所编习题无论是数量或是难度方面，均不是导致学生学业负担增加之主要原因[24]。此外，基于学业水平测试和考试评价的研究，无论是研究文献的数量还是质量，近年来均有大幅度提升。限于篇幅，本文不再一一列举。总之，基于学科核心素养的学业水平测评、高考试题研究是中学物理教与学研究领域热度不减的主题，未来研究也将在这些方面持续聚焦。

3.3    中学物理实验研究

该主题领域包括“物理实验”“演示实验”“平面镜”“打点计时器”“欧姆定律”“滑动变阻器”“电流表”“电压表”“定值电阻”“自制教具”等高频关键词，反映出中学物理常见的几何光学、运动学和电磁学实验研究颇受关注，演示实验和创新自制教具也备受青睐。

一方面，演示实验因取材便捷、内容新奇、使用灵活、形式多样、现象直观等特点[25]，对提升学生观察能力和科学思维品质有重要作用;另一方面，在长达数十年物理实验及其创新实践过程中，我国学者经多年研究，发展出不同体系的本土化研究成果，并体现出鲜明的时代特色[26]。实验探究教学要求实事求是，坚决向虚假的探究说“不”，客观处理实验数据，合理处理探究教学中的不可预测因素[27]。物理实验需要精心设计与改进，应该通过物理实验的训练、归纳、探究、应用等方式改进物理教学[28]。物理实验教学中所运用的组合法、移植法、缺点列举法、逆向构思法等实验创新方法，对物理实验改进与中学生创新实践有重要的指导意义[29]，如共振演示[30]、摩擦力演示实验[31]、电容器演示实验[32]、电流做功与能量转化关系的演示实验[33]、简易偏振观察仪制作与演示[34]、测定直流电动机效率实验的改良[35]、自制微动力发电机[36]等。物理实验教学的设计应更加“生活化”，并融合STSE教育内容选编物理作业以激发学生学习物理的动机[37]，物理实验能力着重表现在实验操作、条件控制、实验现象及数据的记录与处理、结果表达及运用结论解决实际问题的能力等[38]。对于物理实验评价，有研究提出转纸笔测试的传统评价方式为操作测验评价，以提高实验能力评价的准确性[39]。物理实验教学研究取得了长足进展，涉及物理实验难点问题的攻克、创新实验设计、学生实验操作能力评价等多方面，而未来研究将进一步关注在物理实验的评价中如何测评学生的学科核心素养水平，如何在实验中考查“立德树人”的元素与物理学科全方面育人的效果，以及如何相对独立地将物理实验考评结果合理纳入合格性考试、等级性考试之中。