袁 琳,孫敬姝,蓋學敏

(吉林大學 物理學院，吉林 長春 130012)

近年來，物理演示實驗內(nèi)容隨著科學技術(shù)的進步不斷地推陳出新，并在教學實踐探索中延伸出了更多的研究方向，開拓出了更加廣闊的研究領(lǐng)域. 回溯并分析一定時期內(nèi)該領(lǐng)域研究成果的知識脈絡及發(fā)展歷程，有利于調(diào)整和確立物理演示實驗未來的研究方向，起到“彰往而知來”的作用. 通過Citespace軟件構(gòu)建物理演示實驗的科學知識圖譜，繪制、挖掘、分析和顯示過去一段時間內(nèi)物理演示實驗研究的熱點、時間線等要素及其相互關(guān)系，有助于了解和預測該領(lǐng)域的科學前沿和動態(tài)，挖掘開辟新的未知領(lǐng)域，進而為后續(xù)的物理演示實驗研究和教學提供參考和研究方向.

1 數(shù)據(jù)收集、研究工具與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

在中國知網(wǎng)的數(shù)據(jù)庫中，設定檢索條件：關(guān)鍵詞和主題為物理演示實驗；檢索時間：2007—2017年. 檢索結(jié)果共有492條，除去會議通知、會議紀要、報紙、碩士論文，剩余期刊和會議論文共423條，將這部分文獻的標題、關(guān)鍵詞、作者信息和摘要等數(shù)據(jù)導出為可以被Citespace識別的reforks格式，便于進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理與分析.

1.2 研究工具

Citespace是由美國Drexel University信息科學與技術(shù)學院教授陳超美博士應用Java語言開發(fā)的一款信息可視化軟件，建立在共引分析理論基礎上，利用尋徑網(wǎng)絡等算法，對一定限定條件下收集的特定領(lǐng)域內(nèi)的大量文獻進行統(tǒng)計，以期探索出該領(lǐng)域研究重點、熱點的演化路徑與節(jié)點，并通過多種可視化圖譜和表格形成對學科或主題演化的潛在動力機制和發(fā)展前沿的分析與探測，實現(xiàn)從知識基礎到研究前沿的映射[1].

1.3 研究方法

將知識圖譜和文獻信息計量學結(jié)合，采用詞頻分析、聚類分析、社會網(wǎng)絡分析、時間線視圖分析法對時間分區(qū)等參量進行設定后運行程序[2]，得到物理演示實驗相關(guān)研究的各項分析圖譜，分析研究機構(gòu)、關(guān)鍵詞等的相似性和測度，顯示物理演示實驗研究領(lǐng)域的研究基礎和研究前沿.

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 物理演示實驗研究作者分析

作者群體的狀況集中體現(xiàn)了學科科研實踐的趨向，是某一學科領(lǐng)域科研活動的縮影之一，通過對作者群體進行研究，可以把握學科科研活動的深度和廣度，對于科研活動的管理、組織、協(xié)調(diào)和引導都有積極的意義[3]. 由表1可以得出結(jié)論:在2007—2017年間，各研究者的發(fā)文量總數(shù)較少且個體相互之間差距較小，最大發(fā)文量為3篇的作者有7位，個人發(fā)文的年限并沒有成線性關(guān)系且發(fā)文年限相對集中，即其研究并沒有保持長久的持續(xù)性. 2007—2010年間，整體發(fā)文章總數(shù)處于急速上升階段，并于2010年達到了峰值，隨后數(shù)值逐步下降，但近2年又有所回升，目前正處于物理演示實驗研究的上升期.

表1 研究作者統(tǒng)計表

圖1是通過最小樹法得到的物理演示實驗研究作者知識圖譜，圖譜中節(jié)點之間的連線較少且中心性小，結(jié)果表明：各研究作者之間合作關(guān)系不明顯，多為獨立研究，且現(xiàn)有學者合作關(guān)系主要以“學緣”關(guān)系為主，具體表現(xiàn)為師生或者同事之間的聯(lián)合；少有跨區(qū)域、跨學校的“地緣”合作.

圖1 物理演示實驗研究作者知識圖譜

2.2 物理演示實驗作者機構(gòu)分析

作者機構(gòu)統(tǒng)計能夠顯示哪些研究機構(gòu)走在特定領(lǐng)域的研究前沿[4]. 選擇Institution為Citespace節(jié)點，得到如圖2所示的物理演示實驗作者機構(gòu)知識圖譜.

圖2 物理演示實驗作者機構(gòu)知識圖譜

圖2中的各個節(jié)點分別代表不同作者所在的研究機構(gòu)，節(jié)點標簽的大小取決于出現(xiàn)頻次的高低[5]. 圖2的數(shù)據(jù)顯示，整體格局分布比較分散，各研究機構(gòu)基本都是孤立的點，同一地區(qū)內(nèi)的研究機構(gòu)也沒有交集，頻次最高為5的研究機構(gòu)為黑龍江科技學院數(shù)力系，其次是頻次為4的安徽科技學院理學院，圖2中顯示的其他研究機構(gòu)如哈爾濱工業(yè)大學物理系、華東師范大學物理系、吉林大學物理學院等也是研究物理演示實驗中不可或缺的力量. 總結(jié)可知物理演示實驗的研究多在各大高校中進行，物理演示實驗研究和應用范圍具有一定的可擴展性，除物理學以外的專業(yè)也可以采用演示實驗的方式進行教學及研究.

2.3 物理演示實驗研究熱點分析

詞頻分析法是利用能夠解釋或表達文獻核心內(nèi)容的關(guān)鍵詞或主題詞在某一研究領(lǐng)域文獻中出現(xiàn)的頻次高低，確定該領(lǐng)域研究熱點和發(fā)展動向的文獻計量方法[6]. Citespace中的Term來源是文章的關(guān)鍵詞部分，運行結(jié)果得到如圖3所示的物理演示實驗研究熱點知識圖譜.

圖3 物理演示實驗研究熱點知識圖譜

圖3中節(jié)點代表物理演示實驗相關(guān)文獻的聚類，如物理演示實驗的節(jié)點最大，證明收集的文獻數(shù)據(jù)中，該詞匯出現(xiàn)的頻次越多，即針對該部分的研究量最大；節(jié)點位置位于中心表明其在該研究領(lǐng)域中處于核心地位. 由圖3可知：大學物理是演示實驗研究中比重較大的部分，遠高于中學物理演示實驗；節(jié)點圓環(huán)標識中，可根據(jù)內(nèi)部的顏色和寬度表示各時段內(nèi)節(jié)點內(nèi)容出現(xiàn)的頻數(shù)；凸顯點代表新興研究領(lǐng)域. 節(jié)點間的連線能夠體現(xiàn)出共現(xiàn)關(guān)系，連線的粗細程度反映共現(xiàn)強度，連線顏色對應該節(jié)點首次共現(xiàn)的時間，根據(jù)連線顏色變化顯示其隨時間發(fā)展變化情況[7]. 其中，深色節(jié)點如“演示實驗”具有較高的中心性，可有效連接網(wǎng)絡中的其他節(jié)點，起承接作用，屬于關(guān)鍵節(jié)點.

經(jīng)過聚類后，得到圖4，聚類頻次最高的詞是“演示實驗”，這與本次研究的檢索式一樣，不參與后續(xù)討論. 剔除“演示實驗”后得到的聚類頻次較高、中心性較高的關(guān)鍵詞有：大學物理、教學效果、實驗教學、教學改革、思維能力、教學模式等，這些關(guān)鍵詞主要可以被分為理論與時間兩大類，隨后研究重點逐步轉(zhuǎn)向了創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力方面的研究. 圖4中突增率最高的詞為物理實驗、物理現(xiàn)象、教學模式和實驗演示，說明這些方面的發(fā)展勢頭較猛，是物理演示實驗研究過程中在某一時間段內(nèi)受到關(guān)注最多的領(lǐng)域，即研究重點，具有一定的研究價值. 在后續(xù)的研究中，可以針對這些研究重點，結(jié)合創(chuàng)新知識進行再研究.

在同一聚類標簽下，包括許多被劃分的同類詞匯，見表2.

圖4 物理演示實驗研究熱點聚類圖

表2 聚類標簽下具體分類詞匯

續(xù)表2

圖譜由最中心的物理演示實驗逐漸演化出了整個研究體系,且主要分為2類:一類是自主研制儀器或者改進、設計實驗等的設計類論文，一類是課程與教學論方面的理論研究. 研究認為若詞匯的中心性超過0.1，則說明其有較強的影響力，即該詞的承上啟下作用越大，也證明了研究熱點之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系越強. 對應表3可探悉出現(xiàn)有研究的知識邏輯演進脈絡，圍繞演示實驗、物理演示實驗、大學物理、實驗教學、教學效果、教學改革、大學物理教學展開的研究為其主要內(nèi)容，在這些研究熱點之外，對其他主題的關(guān)注度也有待提高.

表3 熱點關(guān)鍵詞統(tǒng)計表

2.4 物理演示實驗時間線視圖分析

時間線視圖5主要側(cè)重于聚類之間的關(guān)系和單個聚類中文獻的歷史跨度[8]. 圖5中橫向坐標軸代表被收集文獻的發(fā)表時間，即2007—2017年，縱軸表示物理演示實驗聚類的節(jié)點. 引文年輪的顏色對應引文時間，年輪的厚度與該時間段內(nèi)引文數(shù)成正比. 如圖5所示，縱向分析結(jié)果與上述聚類圖分析結(jié)果一致. 橫向分析可以發(fā)現(xiàn)，早期物理演示實驗關(guān)注的焦點主要集中在“物理演示實驗”上，隨實踐發(fā)展，逐步向“教學改革”、“教學模式”過渡. 近年來，“素質(zhì)教育”、“創(chuàng)新”、“教學設計”則成為學者們重視的研究領(lǐng)域，這是從關(guān)注課程本身到關(guān)注學生發(fā)展的觀念轉(zhuǎn)化，也是研究前沿的演進方向的轉(zhuǎn)變.

圖5 物理演示實驗時間線視圖知識圖譜

2.5 不足之處

本研究也存在不足，其主要原因在于：數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)，由于該數(shù)據(jù)庫沒有開放引文部分，所以缺乏引文方面的深入分析. 在具體操作時，數(shù)據(jù)檢索的全面性、Citespace的參量選取和閾值設定等方面有一定的主觀性. 此外，CNKI收錄的文獻有限，不能完全代表物理演示實驗發(fā)展的狀況.

3 結(jié)論與建議

通過繪制以物理演示實驗為主題論文的各類可視化圖譜，以圖譜方式揭示了物理演示實驗的科研整體狀況. 得出如下結(jié)論與建議：

1)10年間每年發(fā)表的文獻總數(shù)在10～30篇，略有起伏但總體較為平緩，發(fā)表論文總數(shù)較少，對于物理演示實驗方面的研究有待增加.

2)通過對研究者分析，發(fā)現(xiàn)各研究者的研究多建立在“學緣”基礎上，相互之間聯(lián)系較少，建議增強校際合作，集思廣益.

3)通過作者機構(gòu)知識圖譜可知，高校為目前物理演示實驗研究的核心機構(gòu)團隊，也有部分中學教師參與研究. 此種情況下，建議增加中學生和中學教師走進大學物理演示實驗基地等活動的開展，實現(xiàn)中學物理和大學物理更好銜接.

4)分析標引詞和關(guān)鍵詞聚類結(jié)果發(fā)現(xiàn)，頻次和中心性排名前20的關(guān)鍵詞集中在物理演示實驗教學領(lǐng)域，但是較為籠統(tǒng)，多是理論方面的研究，建議微觀與宏觀相結(jié)合，從整體的教學模式、教學設計到具體課堂如何教學、實驗如何設計等都要結(jié)合時代背景和技術(shù)條件進行創(chuàng)新與整合.

5)分析物理演示實驗文獻的時間線視圖，可以了解研究主題隨時間變化的情況. 物理演示實驗領(lǐng)域早期研究的熱點集中在教師的教上，現(xiàn)在逐漸轉(zhuǎn)移到學生的學上，強調(diào)能力的培養(yǎng)而不只是知識的傳授，對學生創(chuàng)新精神、動手能力、觀察能力等的培養(yǎng)具有一定的積極意義.

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