观察 | 国际科学教育中科学实践研究的热点与趋势——基于近10年国际科学教育文献的CiteSpace分析

作者：侯捷 林长春（通讯作者）／重庆师范大学科技教育与传播研究中心

自2011年美国发布的《K—12年级科学教育框架：实践、跨学科概念和核心概念》中提出“实践”的概念，“科学实践”逐渐出现在研究者的视野中。2013年美国发布《新一代科学教育标准》进一步具体给出了科学实践的内容标准。本研究以作为一种教学理念的科学实践为研究对象，应用CiteSpace软件研究工具，对Web of Science上的“科学实践”相关主题文献进行分析研究，洞察其国际研究的热点及发展趋势，以期能为我国中小学科学教育的相关研究与改革实践提供一定的借鉴。

本研究以“Web of Science核心合集”作为数据库来源，使用的文献检索方式的主题 =（“science practice”OR“scientific practice”OR“NGSS practice”OR“Science and engineering practice”OR“inquiry practice”），检索日期为2012年至2022年，最终检索到符合条件的文献有288篇。运用CiteSpace对获取的288条文献记录数据进行筛选处理，去除重复文献29篇、丢弃文献55篇，最终获得可用于分析的文献233篇。

国际科学教育中科学实践研究文献的时空分布

年际分布

对科学实践研究文献发布量进行统计分析可知，国际科学教育科学实践研究大致可分为2个阶段：萌芽阶段（2012—2014年），相关文献发表数量较少；平稳发展阶段（2015—2022年），文献发表量明显增多，且每年的文献发表量处于稳定状态。这与《K—12框架》与《新一代科学教育标准》都提出科学实践有关。整体上看，当前的国际科学教育中科学实践研究处于稳步上升的趋势。

地区分布

运用CiteSpace对科学实践研究地域进行可视化分析，发现涉及科学实践研究的国家和地区共有25个。其中，美国作为科学实践研究的提倡者与先行者，其发文量遥遥领先于其他国家和地区，共计163篇，其中心度为0.62，以绝对优势位居第一；西班牙、德国、英国及荷兰等欧洲国家对该领域的研究成果较多；以韩国、中国、土耳其、以色列、新加坡为主的亚洲国家在科学实践研究方面也取得一定的研究成果。

国际科学教育中的科学实践研究热点与趋势

研究热点

通过关键词词频分析和共现分析可挖掘该领域的研究热点，运用CiteSpace对科学实践研究的关键词进行可视化分析，结合二次文献检索发现，2012年以来，国际科学教育中的科学实践研究热点领域主要包括如下4个方面。

科学实践的理解与参与　主要集中于对科学实践的理解研究，以及将科学实践融入课程的教学设计研究两方面。其中对科学实践的理解研究包括促进学生、教师及校长等对科学实践的理解，从而支持学生与教师更好地参与科学实践；将科学实践融入科学课程的教学设计研究包括职前科学教师与在职科学教师的教学设计研究、科学实践评估研究，以及探究教学等研究。

科学实践的具体内容　国际科学教育中的科学实践研究更加关注其某一具体内容，如开发和使用模型、参与基于证据的论证等。其中对模型的研究包括开发工具、构建模型，以及运用模型支持论证实践，从而支持学生更好地参与科学实践；对论证的研究包括启发式科学写作方法、论据驱动的探究教学模式（ADI教学模式）等方法与模式的运用，以及对学生口头和书面等论证能力的培养。

科学实践的资源利用　主要包括两方面，一是课堂科学实践中的技术运用，主要集中在利用技术促进课堂科学实践顺利开展，例如运用技术设备创设真实的科学实践情境、创建模型时利用技术开发工具等；二是课外科学实践平台的建设及资源的运用，课外科学实践平台主要包括科学实践社区、非正式科学场所（包括自然公园、科技场馆和科学中心）等。

科学教师的专业发展　教师的专业发展是促进科学教育发展的关键因素，同时也是促进科学实践更好地融入科学教学的关键因素。该研究包括专业发展对科学教师及学生的影响、科学教师专业发展与培训，其培训方式包括线下讲座、教研等方式，还包括线上培训课程、虚拟社区等。

研究趋势

运用CiteSpace软件进行突现词分析可以探测某一领域的研究前沿。运行CiteSpace得到具有高突现值的13个节点突现词，结合其对应的原始文献及突现词的演变情况，将国际科学教育中的科学实践研究趋势大致分为3个阶段。

第1阶段：科学实践的教学实施研究　最初的2013年，科学实践研究主要集中在“驱动性探究”（driven inquiry）、“学校科学”（school science）、“脚手架”（scaffold）、“概念转变”（conceptual change）、“解释”（explanation）等，主要研究以现象、解释、论证、模型等驱动探究从而促使学生参与科学实践，在学校科学教育中给学生提供参与科学实践的脚手架，在科学实践中帮助学生进行概念转变等。

第2阶段：科学实践的作用实证研究　2014年出现新的突现词“态度”（attitude）、“参与度”（engagement），主要关注参与科学实践对学生科学态度及科学成就的影响；2017年起更加关注科学实践与科学素养的关系，如科学实践如何提高科学素养等。

第3阶段：科学实践的影响因素研究　2015年起更加关注复杂系统对科学实践的支持，主要专注系统论对科学实践的影响及其发挥的作用，包括学校系统中工作设施、教学和管理制度等对科学实践的支持等。自2018年起，研究者注重立足于《新一代科学教育标准》对科学实践进行研究，包括研究信息技术、科学实践教学设计及自我效能感对科学实践的影响与支持等。

研究启示

正确认识科学实践的本质与价值　科学实践是美国最新科学教育改革的重要内容和发展方向，是对美国《国家科学教育标准》提出的科学探究的发展，对培养青少年的STEM素养具有重要价值。正确认识科学实践的本质与价值是实施与研究科学实践的重要基础，从以上数据分析也可以看出，作为世界强国之首，美国的相关研究发文量及研究机构数量已然表明了该研究领域的价值，同时国际研究现状及趋势也表明了该研究领域的重要性。

积极推进科学实践的研究与实践　近年来，我国对科学教育越来越重视，《全民科学素质行动规划纲要（2021—2035）》《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》（2023）等文件的发布，都表明了科学教育作为提高全民科学素质，尤其是实现我国科技高水平自立自强，提高国家综合竞争力的重要支撑，已经在国家战略层面上强调和逐步落实。在新修订的2022年版义务教育科学、物理、化学、生物学课程标准中的“课程目标”部分都提出了“探究实践”这一内容，且都作为核心素养的重要维度，标志着科学实践成为我国科学（理科）课程改革的新方向。如何在课堂教学中有效开展科学实践，提高学生的科学探究能力及工程与技术实践能力，是当前我国科学教育理论与实践亟待解决的新问题。当前尤其是要研究在新义务教育科学课程标准的要求下，科学实践活动如何设计与开展、科学实践能力如何培养与评估，从而全面提高青少年的科学核心素养。

不断丰富科学实践的教学资源　有效实施科学实践活动需要系统化的优质教学资源支撑，其中包括校内资源与校外资源。校内资源包括提供先进的实验室及技术设备、合理利用教学手段等（如用VR技术进行互动、展示仿真的实物模型等）；校外资源如科学实践社区、非正式科学场所（包括自然公园、科技场馆和科学中心）等。

提供与科学实践相关的人力支持　多方人力协同支持是开展中小学科学实践的必要条件。首先，科学教师作为不可或缺的要素，承担着开展科学实践的主力军作用，需要不断提高自己的科学教育理论修养及科学实践指导能力，因此开展科学教师的专业培训十分重要。通过这种途径，科学教师在获得科学实践的知识与技能的同时，增强对自身身份的认同感，从而提高科学实践活动指导的执行力。其次，科学家进校园，开展“大手拉小手”青少年科学实践活动，学生与科学家进行近距离接触，不仅可以激发学生对科学家的敬仰之情，还可以通过讲述科学家的自身事迹及科普宣传使学生意识到科学与实际生活的联系，对科学来源于生活又走向生活的感受更加真实。此外，各行各业的科技工作者也可参与其中，例如邀请科技工作者进校讲学，使学生初步了解各行各业的情况，从而使学生初步具备职业生涯规划的意识，以及意识到公民的社会参与及社会责任，真正认识到科学实践与社会发展的紧密联系。

参考文献

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[4] Kevin Cherbow, Megan T McKinley, Katherine L McNeill, Rebecca Lowenhaupt. An analysis of science instruction for the science practices: Examining coherence across system levels and components in current systems of science education in K））—8 schools[J]. Science Education. 2020(1):1-33.

本文系重庆市教育科学“十三五”规划2020年度规划重点课题“科学教育专业本科生STEM课程整合能力及其培养研究”（编号：2020-GX-010）；教育部首批新文科研究与改革实践项目“融合STEM教育理念的科学教育本科专业课程体系及教材建设研究与实践”（编号：2021070064）成果

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内容编辑 | 孟想

创作来源 | 《中国科技教育》

一校 | 孟想

复校 | 刘科

终校 | 朱志安