基于共词分析的国内外中学化学教材研究述评

梁一帆 占小红

摘要：对1272篇中文文献及277篇英文文献进行共词分析，通过聚类分析和社会网络分析刻画研究主题及其结构，发现研究整体呈现出涉及范围广、主题突出的特点。在研究主题上，国内外均较为关注对化学教材内容属性的分析与评价，重视横向与纵向比較研究，而课程实施过程中的化学教材开发与教学设计研究是国内特有的研究重点。在研究深广度和方法上，国内化学教材研究深广度较好，但在研究方法的多样化以及整合新兴领域等方面略显不足。今后中学化学教材研究应注重研究方法的创新，明确各领域的重点与核心任务，在整合立体化教材等新兴领域推动研究向纵深发展。

关键词：中学化学教材; 共词分析; 比较研究; 研究热点; 发展趋势

文章编号：10056629（2021）11001308

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

1 研究背景

教材优化与创新是课程改革的基础性工作之一，《全国大中小学教材建设规划（2019—2022年）》明确教材建设是国家事权[1]。为强化教材研究，为未来研究和发展提供参考和启示，需要对教材研究发展历程作梳理和总结。

近年来，中学化学教材研究成果丰硕。微观视角下，对教材结构、内容及其呈现方式进行探讨;宏观视角下，对教材进行横向及纵向比较研究，或就教材评价与开发展开探索。不过，已有关于中学化学教材研究综述较少，且以质性分析为主，难以准确全面把握全局和概况[2～4]，在一定程度上制约着研究向更高层面发展，限制了化学教材体系建设的发展与创新。为全面回顾与总结国内外中学化学教材研究情况，本研究利用共词分析方法，从整体上把握中学化学教材研究现状和热点趋势，了解国内与国际研究之间的互动关系及个性特征，为今后相关研究提供参考和依据。

2 研究方法

共词分析法是一种以名词性术语两两在同一文献中出现次数为基础进行聚类分析的内容分析法，利用该方法可以探查术语间的亲疏关系，进而提炼某一领域的研究热点、趋势和研究主题[5]。某术语在一研究领域出现次数较多，则为该领域的研究热点;一对术语在同一文献中出现，则这对术语在主题内容上存在一定联系，共现次数越多联系越紧密，由此形成共词关系网络，通过聚类分析可绘制“知识图谱”，直观展示研究热点和趋势。本文利用该方法对相关文献关键词共现情况进行统计分析，探索研究主题与热点前沿。

本研究的英文文献来源为Web of Science核心合集数据库，检索策略是： TS=（chemistry textbook OR chemistry teaching material） AND TS=（middle school OR high school OR senior school OR secondary school OR junior high school）;中文文献来源为中国学术文献网络出版总库（CNKI），检索主题词为“化学教材”“化学教科书”，检索条件为“精确”，来源类别选择“北大核心”（主要包括《化学教学》《化学教育》）和“CSSCI”。此外补充检索了《中学化学教学参考》和学位论文。中英文文献检索统计时间范围均为1991～2020年，检索日期截至2020年11月28日。通过人工筛选，删去与研究主题完全不相关的广告、征文通知等文献，获得中文学术期刊论文781篇、学位论文491篇和英文文献277篇。将中英文样本文献题录信息分别以NoteFirst和纯文本文件格式导出。

3 数据处理与分析

3.1 文献年代分析

解读文献数量随年份变化，可以明晰某一研究领域的发展阶段和研究热度增减。图1为近三十年国内外中学化学教材研究文献数量随年份变化折线图，可以发现研究总体呈上升趋势。当然，国内外研究关注度也会受课程改革和教材修订等事件影响，出现较为明显的波动。

根据图1， 2001年前是我国中学化学教材研究的起步期，文献数量较少，关注度较低。2001年后，国家启动第八次基础教育课程改革，教材政策由“一纲一本”转向“一纲多本”[6]，出现多版本化学教材，引发研究热潮，期间文献数量虽有波动，但整体呈明显上升趋势。2012年后，随着初高中化学教材发布与修订，加之全国各省市陆续完成了新课程的首批实施，研究者结合实践经验提出使用反馈与建议，研究迎来高峰，随后关注度有所下降，逐渐趋于稳定。

近三十年来，随着国际范围内以培养学生科学素养为核心理念的科学教育改革浪潮兴起，以美国为首的发达国家相继制定改革方案、更新课程内容，国外研究者也更加重视对化学教材的研究，特别是美国1996年《国家科学教育标准》和2013年《下一代科学教育标准》发布后主流教材的改编与再版，教材研究分别在随后几年内有一定幅度的增长。

3.2 关键词提取与共词矩阵构建

关键词简要概括了论文的主题、内容和主要研究方法。通过对关键词统计分析可以分别总结出国内外中学化学教材研究领域的主题。

3.2.1 筛选高频关键词

利用BICOMB软件对样本文献关键词出现频率作统计，中英文文献关键词总量分别达5391和801个。由于所统计的关键词并非完全是受控的检索关键词，故进行了人工筛选，以保证分析准确性和合理性。首先合并近义词，如将“比较研究”“对比研究”合并为“比较研究”;其次将部分下位词合并至相应上位词中，避免关键词过于分散无法进行有效共词分析，如以“gender”替代“women”“gender equity”;第三，删去无法反映实质性内容的关键词，如“analysis”。综合考虑分析效果，最终确定中英文高频词频次阈值分别为113和50（具体如表1所示）。除主题检索词外，国内外文献中排名靠前的高频关键词均涉及化学史研究、教材比较研究、科学素养内容研究等。此外，国内还涉及课程标准与教材、教材呈现方式等，国外则尤其关注科学本质和迷思概念等。

3.2.2 建立共词矩阵

统计高频关键词所得共词矩阵、相异矩阵是共词分析的数据基础。利用BICOMB软件分别形成国内外文献高频词共词矩阵（详见表2和表3）。共词矩阵第一列和第一行均表示高频关键词，矩阵数值表示两关键词共现频次。使用Ochiia系数将共词矩阵转换为相异矩阵[7]。因篇幅限制，此处略去相异矩阵。

3.3 研究主题提炼——聚类分析

对共词矩阵进行聚类分析可以将关键词分组，从而提炼某领域的研究主题[8]。将相异矩阵分别导入SPSS中进行聚类分析，以树状图形式输出分析结果。如图2所示，纵轴表示高频关键词，横轴数字表示关键词间的距离，距离越近则关系越紧密、相关度越高，如图2（a）中的“课程标准”和“一致性”。

3.3.1 国内中学化学教材研究主题分析

根据图2（a），国内中学化学教材研究可提炼出以下四个研究主题：

（1） 教材内容与课程标准一致性的研究。包括课程标准、一致性、化学学科核心素养等关键词。该主题主要是针对教材内容的选定与编写是否与课程标准要求相一致，是否注重科学方法的渗透，以及如何反映课程标准所提出的化学学科核心素养培养目标等问题的研究[9，10]。

（2） 教材的横向与纵向比较研究与教材体系建设的研究。包括教材结构体系、中国、美国等关键词。文献具体涉及对国内各版本教材或与美国等国家教材结构体系和内容编排的比较分析，系统总结经验、形成启示，促进对教材结构体系和内容编排认识及其转化的研究[11]。

（3） 围绕教材栏目设置、呈现方式等的教材分析与评价研究。包括呈现方式、教材插图、评价等关键词。主要从教材功能和价值定位出发，从教育学、心理学、文化学、社会学、历史学等多学科角度研究教材内容为教学服务的属性和特征等，研究主要内容包括教材内容组织和呈现方式、栏目设置合理与教学中的可行性、教材插图合理性等[12]。

（4） 课程实施过程中的化学教材开发与教学设计研究。包括二次开发、教学设计、活动与探究等关键词。具体探讨对教材内容的解读，依据课程标准对化学教材进行二次开发的内涵、途径和方法及相关实践等方面[13，14]。

3.3.2 国外中学化学教材研究主题分析

根据图2（b），国外中学化学教材研究也可提炼出四个研究主题：

（1） 课程改革导向的化学教材研究。该主题以课程重点、课程改革、科学素养等关键词为代表。主要涉及课程改革对教材的影响，分析相关教材内容对学生科学素养的培养等方面[15，16]。

（2） 教材内容的选择、组织和表达研究。研究关注教材内容的更新变化及其与化学科学研究前沿的联系;集中于认识论、教学论、心理学等取向来把握“教材”转变为“学材”应具备的特征，并聚焦于教材微观与视觉表征、概念建构、思维过程或方法设计、可读性等微观层面，深入研究学生在使用教材时会遇到的学习困难;此外还涉及教材编制理论和教材开发应用的认识与实践研究[17，18]。

（3） 整合多学科视角的教材编制研究。该主题以科学教材、系统功能语言学、公民教育等关键词为代表。关注化学教材建设的理论基础研究，以相关学科最新理论为支持，形成整合多学科视角的教材编制理论和体系结构，厘清课程、教材、教学体系的关系及其发展逻辑等[19，20]。

（4） 化学教材创新与立体化建设研究。该主题以开放式教科书、教材使用等关键词为代表。这一领域的研究不仅关注利用信息化技术手段优化化学教材形式或根据特定需求对教材功能、形态、价值等方面的挖掘，谋求新型教材的创新和发展，同时又审慎地展开相应教学试验和推广实践，整合教材评价对这些非传统教材的质量和应用效果进行评测研究[21，22]。

由上述分析可知，教材内容属性的分析与评价研究、横向与纵向比较研究在国内外均受到了相当程度的重视。相较而言，国内研究更关注课程实施过程中的化学教材开发与教学设计研究等方面;而国外多从学生角度切入，注重基于语言学、心理学等对迷思概念、学习困难和教材立体化建设等方面进行探索。

3.4 研究热点与趋势分析——社会网络图谱辨别

为进一步把握研究热点及趋势，将共词矩阵导入Netdraw软件制作社会网络图谱[图3（a）和（b）]，解读图谱关键特征可以把握该领域的研究核心及发展方向。图谱的每个节点都表示一个关键词，节点间关系线和方向箭头表示节点间的关系和紧密程度;节点面积越大、位置越靠近中心，即为该领域研究热点，而边缘节点即为今后研究方向[23]。

为避免分析的主观性，对图谱描述节点地位和网络关系图属性的关键要素做精细化解读，包括图谱整体属性和节点中心性分析。

3.4.1 整体属性分析

网络整体密度描述图谱各节点间关系的紧密程度和网络整体的集中趋势，密度值越大则该领域研究越集中;建立在两节点间“一般化距离”基础上的凝聚力指数越大，则该整体网络越具有凝聚力[24]。将共词矩阵作二值化处理，计算国内外网络整体密度值分别是0.1699和0.1208，凝聚力指数分别是0.581和0.459，均相对较大，这说明该领域关键词间联系较为紧密，研究集中性较好。

3.4.2 中心性分析

节点中心性指图谱中每个关键词在网络中的地位，是衡量整个社会网络图谱中心化程度的重要指标，分为度数中心度、中介中心度和接近中心度。在本文中，度数中心度表示某个关键词与其他词是否共同出现在一篇文献中;中介中心度是测量网络中某个關键词影响其他词共同出现在一篇文献中能力大小的指标;接近中心度表示两个关键词共现的机率大小[25]。度数中心度高的节点代表当前研究热点;而中介中心度高而度数中心度和接近中心度低的节点代表研究发展趋势。

计算所有节点的三个中心度并按照数值降序排序，如表4所示。国内三个中心度均较高的是化学教材、比较研究、高中化学教材、高中化学、人教版等，国外则包括化学教材、化学史、科学素养、教材分析等，它们既是过去和当前研究的热点，也是今后研究持续关注的方面;另外，国内化学学科核心素养、技术素养、内容编排等关键词，国外开放式教科书、概念理解、视觉表征等关键词，中介中心度高而度数中心度和接近中心度低，代表今后研究的发展趋势。

3.4.3 国内外中小学化学教材研究热点与趋势的比较分析

分析发现，中学化学教材研究逐渐受到重视，未来可能会从以静态内容属性研究、横向与纵向比较研究为主逐步过渡到多视角、多层次的教材建设和实践研究，研究内容更加深入、更具针对性。比较来看，化学学科核心素养导向的教材内容和栏目编排、课后习题编制，教材使用等方面的研究将会成为国内研究的焦点，而开放式教科书设计、基于认知心理的概念构建、化学教材中的公民教育等将会成为国外研究的热点。

4 结论与展望

4.1 研究结论

本研究基于共词分析法，结合聚类分析及社会网络分析对近三十年国内外中学化学教材研究情况与热点趋势进行了量化分析。研究发现： 国内外中学化学教材研究涉及范围较广，已成为教育研究领域的重要组成部分，呈现出以下特征：

4.1.1 研究内容集中，研究视角多元

国内外相关研究涉及化学教材结构体系、知识内容、呈现方式、处理与使用、比较与评价等方面，覆盖范围较广，研究内容丰富深入，已形成相关理论基础和主题聚类。大部分研究均围绕特定主题，对化学教材展开系统深入研究，如教材插图、课后习题编写、教材隐性功能挖掘等均有所涉及，研究问题内涵丰富。化学教材研究视角多元化，特别是国外部分研究从促进学生学习角度出发，不仅关注知识内容、习题活动，也对教材传递观念与方法给予充分关照，重视知识的价值取向，兼顾教材显性要素与隐性要素的研究。

4.1.2 内容分析和比较研究是主要的研究话题，但研究重点有所更新

化学教材内容选定与编排分析、横向与纵向比较研究始终是教材研究的关注焦点，但研究重点不断更新变化。近年来，化学学科核心素养、三重表征、STS教育等成为教材内容分析的新兴研究视角;而教材横向与纵向比较研究则更加深入具体，角度更加微观，重视教材比较的实践与应用性，注重为教材改革与编写提供实质性建议，如教材栏目或习题等的国际比较。

4.1.3 强调实证主义研究范式，研究方法多元化

国内外中学化学教材研究总体上呈实证主义研究范式。已有研究立足实际，以教学应用为关注重点，对化学教材展开多维度分析与比较，从而为其使用和修订提供丰富素材，为教材体系建设提供科学有效的研究支撑;另外，研究重视教材研究方法论建设和研究方法多元化，强调使用多种方法全面系统分析化学教材，除了传统的内容分析和经验总结等，还广泛涉及调查法、实验法等多种研究方法。从总体上看，尽管国外研究相对国内较少，但其研究方法论建设与研究方法的创新与多元化方面表现较好，国内研究则在涉及范围与研究深广度上表现较好。

4.2 研究展望

国内中学化学教材也存在尚需进一步关注的问题：

4.2.1 已有研究领域的深入探索

国内研究涉及体系结构、内容选定与设计、知识呈现方式、使用与处理、评价与比较等多个领域，逐渐发展形成了各自概念体系与研究框架，同时也出现不同领域涉及范围交叉、边界模糊的问题。因此今后相关研究有必要对此做进一步分析，划定范围，明确关注重点及核心任务，促进各领域深入发展。

另外，以下问题也值得作进一步深入探索： 如何建构出动态、多维的化学教材研究框架，为研究提供科学实用的工具;如何把握好研究国际化与本土化的关系，进一步拓展研究的国际化视野，同时保持本土特色;如何增强研究成果实用性，促进其有效转化为教学应用;动态视角下，如何以学生作为切入点进行化学教材使用研究，探索化学教材编写、使用与评价间动态关系等。

4.2.2 新兴研究领域的拓展

社会网络图谱的边缘节点揭示了化学教材研究趋势，如化学学科核心素养、STS教育等相关研究。另外，随着近年来跨学科教育、智能化教育、立体化教材建设等新兴领域的兴起，中学化学教材研究存在回应不及时的问题，而这一问题在国内研究中表现更为突出。未来研究一方面要融合新兴领域深化拓展研究主题，例如立体化教材建设与实践应用、智能化背景下化学教材的转型等研究;另一方面要加强跨学科沟通交流，拓宽视角，创新研究方法，结合时代背景和现实需求进行理论突破和实践创新，凸显教材研究的多学科性。以上这些新兴话题虽偶有涉及，但并未有大量研究对此进行深入探讨，因此研究者可以以这些边缘主题为切入点扩展研究深广度。

4.2.3 创新研究方法，扩展研究视角

国外研究方法相较国内更为丰富，研究视角更加多元化： 除文本分析法等传统研究方法外，还广泛跨学科迁移应用符号学、话语分析等方法展开研究;不仅涉及教材本身，还特别从学生使用教材角度或结合最新科研成果开展研究;既有对教材体系结构等外显要素的研究，也包括对教材传递方法、培养思维等内隐要素的关注。国内研究则相对较少，研究层次较浅，研究方法不够丰富，未来研究应注意创新迁移运用其他社会科学研究方法，扩展研究动态视角，加强对教材内隐要素的关注。

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