基于CiteSpace可視化分析初步構建PBM教學模式

李圳平，王冬明，劉江燕

(湖北師范大學 化學化工學院，湖北 黃石 435002)

0 引言

PBL(Problem-Based Learning)是一種以問題為紐帶且貫穿整個教學過程，以小組合作形式將學生置于真實的問題情景之中，引導學生解決問題的一種教學模式，并在此過程中培養學生對知識的綜合運用能力、分析問題的能力，解決問題的能力及自主學習的能力[1]。這種教學模式充分體現了教師主導與學生主體相結合的教學原則，也實踐了建構主義學習理論，杜威的實用主義教育理論，布魯納的發現學習理論以及霍華德·加德納的多元智力理論[2,3]。PBL教學模式不同于傳統教學模式的呆板和僵化，更多體現的是一種思維的靈活，需要學生融入教學情境之中主動地獲取知識，用知識去解決問題，刺激學生的求知欲。但在應試教育的影響下，學生更多的是模仿標準答案——重視的是獲得答案，而不是在學習過程中用舊知解決問題從而獲得新知，因而會在未來的競爭中變得無所適從。如何有效地推動PBL教學模式的實施，達到預期的教學效果是PBL模式在教學實踐中必須解決的問題[3]。

思維導圖又可稱為腦圖或心智圖[4]，它是一種運用顏色、線條、文字和符號等將思維可視化的工具。思維導圖的框架結構與腦神經的結構類似，都是由一個中心點向四周發散，發散點又成為新的中心點向四周放射，使得整體形成一個發散且關聯的網絡[4]。思維導圖可以根據化學學科特點，將零碎的知識進行系統地整合，形象地表達，舉一反三，構建化學知識體系[5]。

PBL教學模式和思維導圖既有共性又有一些區別，但是兩者是不相違背的，因為兩者都是由單一的中心出發，能夠促進思維的發展和知識的建構，幫助學生實現知識的有意義學習[3]。PBL模式重在引導學生如何建構新的知識體系，而思維導圖則是直接呈現出學生所構建出的知識體系。如果能夠把兩者有效結合起來，將思維導圖的聯想、繪制、分析、調整滲透到PBL教學環節的全過程，不僅可以促進學生對知識的綜合運用，培養學生的各方面能力，滲透化學核心素養，還能增強學生學習化學的積極性，更好地去實踐PBL模式[3]。問題導圖(Problem -Based Map，簡稱 PBM)模式，即基于問題的學習(Problem -Based Learning，簡稱PBL)與思維導圖(Mind Map)的結合正是基于此而提出。

1 研究方法和數據來源

1.1 研究方法

本研究主要采用文獻分析法，輔以定量與定性分析相結合的研究方法，運用CiteSpace可視化分析軟件中的聚類分析方法的關鍵詞分析，結合CNKI的在線分析，顯示“基于問題的學習(Problem-Based Learning)”和“思維導圖(Mind Map)”分別關于國內化學教學研究的研究基礎和研究前沿。

本研究所采用的主要分析軟件是CiteSpace 5.5.R2 (64-bit)和Oringin8 Pro SR4.CiteSpace是Citation Space的簡稱，可翻譯為“引文空間”，是通過可視化手段呈現科學知識的結構、規律和分布情況的科學知識圖譜，它可對特定集合文獻進行共引、聚類及共現等分析，處理幫助研究者確定研究方向[6]。隨著不斷更新和運用，CiteSpace在信息分析領域中的地位和影響日益增大[6]。

1.2 數據來源

一般來說，期刊和碩博論文更能反映當前某一領域的研究前沿[7]。本研究以中國最大的中文學術期刊網中國知網CNKI為主要的數據來源，以碩博論文和期刊為數據庫，采用高級檢索方式分別檢索1)主題——“基于問題的學習”；或含“PBL”；并且：篇關摘——“化學”；并含“教學”。2)主題——“思維導圖”；并且：篇關摘——“化學”；并含“教學”。統計時間為2010年1月1日至2019年12月31日，檢索結果中去掉外文文獻，兩組分別得到的檢索數據是1)有814篇，2)有296篇。本文本均以Refworks格式導出備用，運用CiteSpace除重后的數據分別為1)有811篇，2)有295篇。

2 研究結果與分析

2.1 發文的年代分布

某領域文獻的時間分布和發表數量能在一定程度上反映該領域理論研究水平和實踐發展速度[8]。從圖1中可以看出，近十年來在化學教學上對思維導圖和PBL的研究總體來說呈逐年上升趨勢。

圖1 文獻發表時間分布

具體來看對于PBL在化學教學上的研究，這十年來呈現一種波動型上升趨勢，在2012年和2016年出現了兩個小高峰，從趨勢而言2020年可能會達到一個小臺階再往上升，從這里可以看出學界對于PBL這種模式的態度還是比較“曖昧”，既想研究這種模式從中培養出新一代的化學人才，但又礙于這種模式本身的特點——PBL所創設的問題都是劣構問題而非良構問題(1965 年Reitman將問題分為結構不良問題和結構良好問題，又可稱為劣構問題和良構問題，它包括已知條件、算子、目標狀態三個要素，這三個部分都明確的就是良構問題，只要有一個部分沒有明確界定的就是劣構問題[9])，因而對研究者在實踐中造成了較大的阻礙，也因PBL模式本身的特點，使其在當前教育背景下，具有較大的教學研究意義，造成了這種研究的“波動型”。而對于思維導圖在化學教學上的研究，近十年來總體呈上升趨勢，且在2017年及以后有較大幅度的上升，這與17版新課標的頒布有著極大的關聯。根據兩者的發表趨勢，預計未來在化學教學領域將會有更大的學術關注度和研究的空間。

2.2 學術研究熱點分析

在CiteSpace5.5.R2 (64-bit)功能與參數設置區中設置時間片(Time Slicing)為“2010～2019”，Years Per Slice#為“1”，節點類型(Node Type)選擇“keyword”，選擇標準(Selection Criteria)選擇Top N為50，根據需要進行適當剪裁(Pruning)，運行后得到合并網絡節點數(Merged network Nodes)為130，連線數(Links)為152，密度(Density)為0.0181的關鍵詞分析圖譜，如圖2所示。

節點顯示的是文獻中的關鍵詞在每個時間切片中選取被引次數最高的50個，節點數就是圖中關鍵詞的個數，同一篇文獻中出現的關鍵詞之間會形成連線，它們共同構成了這樣一個網絡結構[10]。在圖譜中，節點越大表示該關鍵詞出現的頻率越高，圖中的十字架大小也是同等的涵義。

從圖2中可以看出，由于在檢索時是以“基于問題的學習”或“PBL”且含“化學”和“教學”為限定條件的，因而“PBL”“問題”“化學”和“教學”出現的詞頻數較高，這些不是本文研究的焦點，將與之相關的剔除之后得到中介中心性較高且與本論文研究較為密切的關鍵詞：改革(0.41)、應用(0.25)、自主學習(0.14)、微課(0.12)、思維導圖(0.09)、效果(0.06)、翻轉課堂(0.04)、科研素質(0.03)、個性化學習(0.00)、核心素養(0.00)、合作學習(0.00)等。通過圖2可知，“PBL教學法”“PBL”“生物化學”“教學改革”“教學方法”等高頻關鍵詞的共現網絡代表了近十年來PBL模式在化學教學中的研究熱點，相對而言比較成熟，但在“合作學習”“核心素養”“個性化學習”“科研素質”“翻轉課堂”“思維導圖”等方面研究比較少，沒有較高的中介中心性(<0.1)，這也是未來PBL模式在化學教學中可與之共同研究的突破口，為PBL模式的研究提供一定的方向。

同樣在CiteSpace5.5.R2 (64-bit)功能與參數設置區中設置相同的參數，根據需要進行適當剪裁(Pruning)，運行后得到合并網絡節點數(Merged network Nodes)為46，連線數(Links)為45，密度(Density)為0.0435的關鍵詞分析圖譜，如圖3所示。

圖3 思維導圖在化學教學中的研究可視化分析

從圖3中可以看出，由于在檢索時是以“思維導圖”且含“化學”和“教學”為限定條件的，因而“思維導圖”“化學”和“教學”出現的詞頻數較高，這些同樣不是本文研究的焦點，將與之相關的剔除之后得到中介中心性較高且與本論文研究較為密切的關鍵詞：深度學習(0.41)、元素化合物(0.37)、實踐研究(0.16)、高效課堂(0.15)、核心素養(0.08)、應用(0.08)、翻轉課堂(0.00)、化學概念(0.00)、個性化學習(0.00)、三重表征(0.00)、可視化(0.00)等。通過圖3可知，“思維導圖”“化學教學”“高中化學”“生物化學”“初中化學”等高頻關鍵詞的共現網絡代表了近十年來思維導圖在化學教學中的研究熱點，且較為集中于“思維導圖”，但在“可視化”“三重表征”“個性化學習”“化學概念”“翻轉課堂”“應用”“核心素養”等方面研究比較少，沒有較高的中介中心性(<0.1)，這也是未來思維導圖在化學教學中可與之共同研究的突破口，為思維導圖的在化學教學上進一步研究提供一定的方向。

綜合圖2和圖3這兩個圖譜，可以確定本文研究的突破點，即將“基于問題的學習(Problem-Based Learning)”和“思維導圖(Mind Map)”相融合的關鍵點在于將其與“翻轉課堂”“個性化學習”以及“核心素養”關鍵詞共通納入研究范圍，才可實現問題導圖(Problem-Based Mapping，簡稱PBM)教學模式的構建，將PBL模式和思維導圖在化學教學上最大限度的去實踐。

3 “PBM”教學模式的構建

基于以上分析，以翻轉課堂作為“基于問題的學習(Problem-Based Learning)”和“思維導圖(Mind Map)”實踐的載體，從中可以落實核心素養，同時實現個性化教學。據此分別將其與“翻轉課堂”在中國知網上檢索，得到了幾種研究意義較大的教學模式，如周洪茜和劉丹提出的“基于思維導圖的翻轉課堂教學模式”[11]，吳建軍提出的“PBL化學教學模式”[12]、秦亞坤提出的“基于結構不良問題培養高中化學高階思維教學模型”[9]，結合翻轉課堂的設計流程[13]，初步構建“PBM”教學模式，如圖4.

圖4 問題導圖(Problem-Based Mapping，簡稱PBM)模式

3.1 課前——創設情境，拋出問題

PBL教學模式是將學生置于劣構問題情境之中，讓學生運用已有的知識探索得到新知的過程。因而教師準備的課前視頻必須有助于拋出中心問題，進而讓學生通過給出的輔助資料自主思考，分析問題，包括確定問題的類型，明確問題解決的條件，分析問題的各種可能性，逐一解決各個子問題，并分別提出相應的解決方案。為了能使這個過程高效地進行，拋出的情境問題應遵循生活化原則、答案多元化原則和知識豐富原則[12]。教師在課前準備的視頻就是為了創設問題情境，拋出中心問題。為了高效利用學生的時間，教師可以適當準備一些與中心問題相關的資料，先讓學生根據資料，在問題解析提出方案的過程并要求學生以思維導圖的形式展現出來。

3.2 課中——組建合作，分工解決

讓學習層次不同的學生組建合作式小組，一般是4～6人，每一組組員必須輪流代表發言之后才能重新組隊。先讓學生自主思考，再與組員進行交流，有利于培養學生思維的深刻性。教師可以在這個過程中從不同角度啟發學生，讓組內成員產生思維的碰撞，討論出幾個可行的方案，教師在此階段可以適當提示，助他們完善方案。在拓展思維、制定方案，搭建知識框架的過程中同樣要求學生以思維導圖的形式呈現。

3.3 課后——組間交流，整理總結

小組成員每一位都要參與問題的討論，最終在交給教師的作業中要包含自己個人的觀點，小組討論的方案，對比優缺點，反思自身的不足，根據個人的思維特質，以思維導圖的形式呈現對本節學習內容總結的一份簡潔報告。

4 結語

通過對“基于問題的學習(Problem-Based Learning)”和“思維導圖(Mind Map)”分別關于化學教學在國內的研究調查可知，關于PBL教學和思維導圖研究的較多，但將兩者結合起來研究的較少。問題導圖就是將PBL和思維導圖相互融合，兼具內在和外顯，相輔相成，既有益于學生的學，也有益于教師的教，兩者都能與翻轉課堂相結合，都能落實化學核心素養，實現個性化學習。本研究在新高考背景下，更具有實踐意義，既有利于鍛煉學生的思維，又能讓學生掌握高效學習的方法，同時對新手教師的教學具有極大的借鑒意義。