化學迷思概念研究熱點與趨勢
——基于CiteSpace知識圖譜分析

常 令，關 明

(新疆師范大學化學化工學院，新疆烏魯木齊，830054)

一、研究背景

迷思概念由我國臺灣學者對“misconception”英文單詞的前綴“mis”音譯和“conception”意譯翻譯而來。它是指學生在某一特定學科中對某事件、現(xiàn)象所持有的一些有別于目前科學家所公認的想法或概念。[1]結合教學實踐，化學迷思概念是指學生在開始新的化學學習之前，在已有知識和生活經(jīng)驗的基礎上，對化學現(xiàn)象、過程和規(guī)律進行自我建構所形成的與科學界達成的共識存在偏差，可能不夠完備但并非完全錯誤的概念，或者是學生在做化學題、利用化學知識解決實際問題時容易出現(xiàn)概念理解錯誤、新舊概念混淆的情況。此外，化學迷思概念中的概念不僅僅是狹義的化學概念，它還包括具有高度抽象性的化學概念性知識及化學理論性知識等。迷思概念作為科學概念形成的原初狀態(tài)，既是課堂教學的“生長點”，也是新舊知識間建構的橋梁，其存在可能會妨礙學生對新知識的理解或與所學新知識結合生成新的迷思概念。[2]在教學過程中教師如果忽視這些迷思概念的形成將達不到預期的教學效果且不利于學生進行有意義的學習。教師通過探查學生頭腦中的迷思概念，充分了解學生已有概念之后進行教學設計以及開展教學將能顯著提高化學教學的有效性和針對性，幫助學生有效轉(zhuǎn)變迷思概念，實現(xiàn)迷思概念的解構和科學的化學概念體系的建立，最終形成和發(fā)展學生的化學核心素養(yǎng)。本研究將從文獻分析的角度研究CNKI數(shù)據(jù)庫中迷思概念的研究現(xiàn)狀、發(fā)展歷程以及未來的研究趨勢，結合CiteSpace的數(shù)據(jù)結果并研讀以往化學迷思概念領域的核心期刊文獻深入分析化學迷思概念研究的熱點與趨勢，以期為化學教育工作者開展化學迷思概念的相關研究提供借鑒。

二、數(shù)據(jù)來源和方法

(一)數(shù)據(jù)來源

本研究選擇CNKI作為基礎數(shù)據(jù)源，選擇“高級檢索”中的“主題”檢索，檢索條件為“迷思概念”，詞頻為“化學”，檢索時間為“2010年1月1日至2020年6月25日”，來源類別為“核心期刊”，共檢索得到35篇化學迷思概念相關文獻。

(二)研究工具

采用CiteSpace(5.0.R1)軟件繪制編程教育知識圖譜，從研究機構來源、研究作者來源、合作情況和關鍵詞共現(xiàn)四個方面整體展現(xiàn)迷思概念研究現(xiàn)狀。

三、研究結果分析

(一)研究文獻發(fā)文量數(shù)據(jù)分析

化學迷思概念發(fā)文數(shù)量可以表示該領域受關注的程度。CNKI檢索結果表明，迷思概念相關文獻的年度發(fā)表量波動幅度較大(圖1)：2010—2011年，文獻數(shù)量顯著上升，在2011年達到最高；2012—2018年，文獻在小范圍內(nèi)波動；2019年文獻數(shù)量再次達到5篇，2020年已發(fā)表4篇?；瘜W迷思概念相關研究文獻從2018年開始逐年上升，表明最近幾年我國化學教育領域核心類期刊在持續(xù)關注迷思概念領域的研究。

圖1 研究文獻發(fā)表數(shù)量趨勢圖

(二)研究機構

通過CiteSpace繪制研究機構知識貢獻圖譜。(圖2)從總體分析，各研究機構之間較為分散，合作程度不密切；從局部分析，陜西師范大學化工學院、寧波大學教師教育學院、廣東廣州市協(xié)和中學、北京師范大學四個機構研究較為活躍。在迷思概念領域較為權威的機構還有香港大學教育學院、華東師范大學化學系、華南師范大學化學教學與資源研究所等。

圖2 發(fā)文機構共現(xiàn)知識圖譜

(三)研究作者

學科發(fā)展的方向和速度受學科領域核心作者的研究方向影響。根據(jù)賴普斯理論，核心作者的發(fā)文量應滿足N=0.749(ηmax)1/2篇以上。其中，ηmax是研究領域內(nèi)發(fā)文最多作者的論文篇數(shù)，以此計算入選核心作者發(fā)文量的最低標準N。統(tǒng)計發(fā)表在期刊上的迷思概念論文篇數(shù)后發(fā)現(xiàn)，陜西師范大學的周青發(fā)文3篇，在發(fā)文量方面領先于其他作者。計算分析可得，核心作者的最低發(fā)文量N=1.297篇。從所有作者數(shù)據(jù)分析，發(fā)文量大于等于1.498篇的作者共有9人。由此看來，國內(nèi)研究迷思概念的學者比較少。通過CiteSpace對國內(nèi)研究迷思概念的作者進一步分析，選擇作者為節(jié)點繪制研究作者分布圖(圖3)，對其分析后發(fā)現(xiàn)閆春更和周青在迷思概念研究領域發(fā)表文獻數(shù)目較多。孫可平主要聚焦迷思概念、認知結構、化學教材、教學設計與化學平衡等研究領域。從總體分析，研究迷思概念的學者之間合作較少；從局部分析，閆春更、周青、崔俊莉和魯春梅之間建立了緊密的合作關系。在迷思概念領域中具有重要影響力的學者還包括王存寬、鄧陽、王后雄、鄭長龍、徐志軍、麥裕華、錢揚義等，其研究領域主要涵蓋化學鍵、化學概念、教師教育和教學策略等。

圖3 作者合作網(wǎng)絡圖譜

(四)迷思概念關鍵詞共現(xiàn)分析

關鍵詞作為一篇文章的高度概括，可以反映文章的主旨。關鍵詞的頻次、中心度等信息可以作為判斷某研究方向在領域內(nèi)是否為研究熱點的依據(jù)，中心度體現(xiàn)關鍵詞在不同聚類之間的連接作用，當前和未來的研究熱點可以參考關鍵詞與中心度來判斷。在CiteSpace中選擇節(jié)點類型為“關鍵詞”，繪制關鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡圖譜(圖4)，共析出97個節(jié)點、230條邊，密度為0.0494。

圖4 關鍵詞共現(xiàn)圖譜

表1 關鍵詞頻次排名

表1為頻次排名前10位的關鍵詞。迷思概念出現(xiàn)24次，頻次最高；化學平衡出現(xiàn)8次，排名第二；概念轉(zhuǎn)變排名第三。這表明化學平衡和概念轉(zhuǎn)變相關的研究方向比較重要。另外，教學建議、教學策略、概念教學、化學鍵、高中化學等出現(xiàn)的頻次也較高，推斷學者也在關注這些關鍵詞所代表的研究方向。

(五)關鍵詞的突現(xiàn)詞分析

關鍵詞的突現(xiàn)詞分析可以得到各時間段的研究熱點。設置γ=0.3，Minimum Duration為1，獲得8個突現(xiàn)詞，分別是化學概念、勒夏特列原理、平衡移動、化學平衡常數(shù)、知識不足、學習進階、教學建議、三階試題，如圖5所示。

圖5 關鍵詞突顯詞圖譜

四、研究內(nèi)容總結與分析

為探究各個主題的關系，揭示主題聚類分布情況，在CiteSpace中選擇節(jié)點類型為“關鍵詞”，在關鍵詞共現(xiàn)圖譜的基礎上進行聚類分析，得出關鍵詞的聚類分析圖。本研究使用LLR算法進行聚類，最終統(tǒng)計出8個主題，圖譜分析模塊Q=0.6954>0.4，表明劃分的關鍵詞具有顯著相關性，平均輪廓值S=0.9137>0.05，表明聚類分析具有較高信度，如圖6所示。

圖6 關鍵詞聚類的可視化圖譜

聚類1是手持技術。此類研究主要聚焦于離子反應、科學教育等方面。陳世明等列舉勒夏特列原理使用中易產(chǎn)生的迷思概念并進行深入分析，對質(zhì)疑勒夏特列原理的一些觀點提出不同看法，加深了對勒夏特列原理的理解。[3]孫影等以化學學科中核心概念，即化學家觀念(Perspectives of Chemists)為框架，運用項目反應理論進行標準參照分析，描述和測量學生化學核心概念理解的發(fā)展進階。ChemQuery評價系統(tǒng)修正本身就是化學學科理解的學習進階開發(fā)過程，這一開發(fā)模式是科學教育中核心概念研究領域值得借鑒的模式和思路。[4]

聚類2是化學平衡。此類研究聚焦于高中生、理科班等方面。鄧陽等詳述了二段式測驗題的類型、編制、施測和分析方法，并結合具體教學實例(化學平衡)討論如何利用二段式測驗診斷高三化學復習中學生的迷思概念。[5]黎夢麗等從迷思概念的測查、成因分析以及教學策略研究三個方面梳理了國外“化學平衡”主題的教學研究。已開發(fā)的教學策略包括概念轉(zhuǎn)變策略、模型教學策略、類比教學策略、論證式教學策略以及計算機教學策略等。[6]

聚類3是化學鍵。此類研究聚焦于化學概念教學、電解質(zhì)等方面。王勇以小組合作為學習方式，通過對學生課前自主預習中提出的問題進行歸納、分類研究，以此為基礎設計平行性、模塊化、漸進式的教學任務來突破教學重、難點，并在課堂上運用互動課堂反饋系統(tǒng)及時測查學生的學習效果。[7]

聚類4是混合物。此類研究聚焦于紙筆測驗、二段式檢測工具等方面。張瑩設計化合物與混合物迷思概念的二段式檢測工具，分析遼西地區(qū)九年級學生化合物與混合物迷思概念的主要類型，并且從性別、所在地區(qū)等方面探討影響迷思概念的外在因素。[8]周禮等以“化學平衡的動態(tài)性”的認知沖突圖的建立為例，呈現(xiàn)了相關的教學設計并提出了沖突圖教學的實施建議。[9]

聚類5是概念轉(zhuǎn)變。此類研究聚焦于化學概念、建構主義等方面。趙國敏等采用基于教學實據(jù)的研究策略，依據(jù)概念轉(zhuǎn)變的理論，探查了高中生電化學學習中的迷思概念，并在此基礎上，構建了合理的教學模式且進行了相應的教學設計，并運用于高二年級的課堂教學實踐，獲得了必要的教學證據(jù)和結果。[10]

聚類6是臺灣地區(qū)。此類研究主要聚焦于研究方法、內(nèi)容分析等方面。陳凱梳理了國際權威期刊上研究物理化學教學的文獻，將其分為教科書研究、學習研究、教學研究、教師研究和教學媒體研究五類，并對其中核心成果進行評述，總結出國外物理化學課程與教學研究注重學習證據(jù)的收集和分析，注重教育研究方法的運用，并對未來高等化學教育研究提出了建議。[11]

聚類7是物質(zhì)的量。此類研究主要聚焦于solo分類理論、思維發(fā)展水平等方面。張琨等通過編制信度、效度可靠的測量工具對高中生“物質(zhì)的量”概念群的理解水平進行測查，發(fā)現(xiàn)大部分學生主要處于部分理解并伴隨一定的誤解的理解水平，學生對各概念的理解均存在迷思概念，學生在“物質(zhì)的量”概念群中的迷思概念共計14條。[12]

聚類8是反應體系。此類研究主要聚焦于鐵離子溶液、階段隱喻等方面。王秀榮等通過選用不同濃度的FeCl3溶液與不同的金屬單質(zhì)反應，用實驗事實反駁了Fe3+溶液與金屬單質(zhì)反應的階段隱喻，并分析了其中的迷思概念。[13]

五、研究小結與啟示

通過對國內(nèi)化學迷思概念相關研究的可視化分析，可以總結出迷思概念的研究主要包括迷思概念探查類、迷思概念轉(zhuǎn)化策略研究類、迷思概念綜述類和迷思概念探查工具這四類。對迷思概念的研究主要集中在對迷思概念的探查和迷思概念轉(zhuǎn)化策略的研究上，說明國內(nèi)的研究能夠結合具體的教學活動，較重視實際問題的解決。由于迷思概念成因較復雜且具有動態(tài)發(fā)展性、頑固性和隱蔽性等特征，教師要更加關注學生迷思概念的形成過程，減少學生迷思概念的生成，嘗試開發(fā)出更加多樣化且信效度高的診斷工具來探查學生的迷思概念。目前國外學者已經(jīng)開發(fā)出模型教學策略、論證式教學策略、概念轉(zhuǎn)變策略、計算機教學策略以及類比教學策略等較成熟的迷思概念轉(zhuǎn)變教學策略，國內(nèi)化學教育工作者可以在借鑒國外關于概念轉(zhuǎn)變策略的研究成果的基礎上，開發(fā)出更加適用于我國化學教學概念轉(zhuǎn)變的教學策略。此外，建議今后各研究機構及研究作者繼續(xù)加強跨機構、跨領域合作與交流，提升迷思概念的研究水平；繼續(xù)關注中心度高的關鍵詞，在化學平衡、概念轉(zhuǎn)變、教學策略、研究方法、診斷工具等方面繼續(xù)開展研究。