《集美大学学报》：近20年科学推理研究的进展与趋势——基于WOS数据库SSCI论文的可视化分析（曲阜师范大学物理学系：秦晓阳、李建彬、胡象岭）

以SSC收录的1996一2017年科学推理研究的200篇文献为研究对象,运用HistCite和CiteSpace软件,从科学计量学的角度对文献数据进行可视化分析。

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第20卷第3 集美大学学报 2019年5月 Journal of Jimei University May,2019 近20年科学推理研究的进展与趋势基于WOS数据库SSCI论文的可视化分析秦晓阳,李建彬,胡象岭 (曲阜师范大学物理学系,山东曲阜273165) [摘要]以ssCI收录的1996-2017年科学推理研究的200篇文献为研究对象,运用 Histcite和 CiteSpace 软件,从科学计量学的角度对文献数据进行可视化分析。结果发现:2008年以来关于科学推理的研究相比之前较为活跃;高产和高被引期刊主要集中在科学教育领域,高产和高被引机构大多位于美国, Kuhn d、 Klahr D、 Lawson e等是该研究领域的核心作者;知识、科学、技能、思维、学生、探究、生物学科、教育、儿童、教学等是科学推理研究岀现频次较高、中介中心性较强的热点关键词,近年来又分化出话语、课程、共变、社会性科学问题、决策、模型等新的热点关键词;因果推理、生物学科、低年级课堂和先验知识是科学推理研究的4个主要文献共被引聚类主题,其中因果推理和生物学科两个方面的文献数量较多、持续时间较长,低年级课堂是当前的研究前沿,关于先验知识的研究主要集中在2004-2008年之间,近期的研究热度有所减弱。 [关键词]科学推理;SSCl;科学教育;可视化分析 [中图分类号]G650文献标识码]A[文章编号]1671-6493(2019)03-0041-15 作为创造力基础的科学思维,被视为科学学科借助可视化分析软件,分析近20年国际科学推理研核心素养的核心,它是从科学视角对客观事物本质究的进展与趋势,以期为我国科学推理研究提供参属性、内在规律及相互关系的认识方式。而科学推考,促进国内科学教育研究与国际接轨理作为一种高级思维形式,是科学思维的重要组成部分,它跟模型建构、科学论证、质疑创新等一起研究方法构成科学思维的要素1。学生科学推理能力的发科学计量学是采用数学方法计量科学研究的成展,对科学思维能力的发展乃至科学素养的形成均果,描述科学体系的结构,分析科学系统的内在运具有重要意义。对科学推理能力发展及其影响因行机制,揭示科学发展的时空特征,进而找出科学素、培养策略、测评等问题的研究,无论于课程的活动规律性的一门学科。科学知识图谱为科学编制、实施还是评价都具有重要参考价值,对旨在计量分析提供了可视化分析方法。科学知识图谱工落实“立德树人”根本任务、发展学生核心素养具有很多,研究使用的是 Histcite和 CiteSpace两款的教学实践及其变革具有重要启示意义。分析软件。 Hist cite是由美国著名的情报学家和科自20世纪60年代以来,科学推理已成为国外学计量学家、SCI创始人加菲尔德( Garfield E)等理学、教育学研究的一个重要研究领域。近些年开发的一款引文图谱分析软件。它能够用直观来,科学推理能力的研究受到国际科学教育领域的的图示展示某一领域不同文献之间的关系,从而快广泛关注,心理学研究与科学教育研究的交叉成为速定位该领域的重要文献。但该软件存在如引文编科学推理研究的一个新趋向。但在国内,对科学推年图颜色单一、不能呈现关键节点之间的共被引关理的研究尚未引起科学教育界的足够重视,尚缺乏系强度等不足。而由美国华裔学者陈超美开发的系统、深入的探讨。研究拟从科学计量学的角度, CiteSpace恰好弥补了上述不足。该软件采用共收稿日期]2018-10-23 [作者简介]秦晓阳(1995—),女,山东淄博人,曲阜师范大学在读硕土研究生,主要研究方向为物理课程与教学。胡象岭(1963—),男,山东汶上人,曲阜师范大学教授,主要研究方向为课程与教学论、科学教育

第２０卷第３期集美大学学报Ｖｏｌ􀆰 ２０Ｎｏ􀆰 ３２０１９年５月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉｍｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＭａｙ，２０１９［收稿日期］２０１８－１０－２３［作者简介］秦晓阳（１９９５— ），女，山东淄博人，曲阜师范大学在读硕士研究生，主要研究方向为物理课程与教学。胡象岭（１９６３— ），男，山东汶上人，曲阜师范大学教授，主要研究方向为课程与教学论、科学教育。近２０年科学推理研究的进展与趋势 ———基于ＷＯＳ数据库ＳＳＣＩ论文的可视化分析秦晓阳，李建彬，胡象岭（曲阜师范大学物理学系，山东曲阜２７３１６５）［摘要］以ＳＳＣＩ收录的１９９６—２０１７年科学推理研究的２００篇文献为研究对象，运用ＨｉｓｔＣｉｔｅ和ＣｉｔｅＳｐａｃｅ软件，从科学计量学的角度对文献数据进行可视化分析。结果发现：２００８年以来关于科学推理的研究相比之前较为活跃；高产和高被引期刊主要集中在科学教育领域，高产和高被引机构大多位于美国，ＫｕｈｎＤ、ＫｌａｈｒＤ、ＬａｗｓｏｎＡＥ等是该研究领域的核心作者；知识、科学、技能、思维、学生、探究、生物学科、教育、儿童、教学等是科学推理研究出现频次较高、中介中心性较强的热点关键词，近年来又分化出话语、课程、共变、社会性科学问题、决策、模型等新的热点关键词；因果推理、生物学科、低年级课堂和先验知识是科学推理研究的４个主要文献共被引聚类主题，其中因果推理和生物学科两个方面的文献数量较多、持续时间较长，低年级课堂是当前的研究前沿，关于先验知识的研究主要集中在２００４－２００８年之间，近期的研究热度有所减弱。［关键词］科学推理；ＳＳＣＩ；科学教育；可视化分析［中图分类号］Ｇ６５０［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７１－６４９３（２０１９）０３－００４１－１５作为创造力基础的科学思维，被视为科学学科核心素养的核心，它是从科学视角对客观事物本质属性、内在规律及相互关系的认识方式。而科学推理作为一种高级思维形式，是科学思维的重要组成部分，它跟模型建构、科学论证、质疑创新等一起构成科学思维的要素［１］。学生科学推理能力的发展，对科学思维能力的发展乃至科学素养的形成均具有重要意义。对科学推理能力发展及其影响因素、培养策略、测评等问题的研究，无论于课程的编制、实施还是评价都具有重要参考价值，对旨在落实 “立德树人” 根本任务、发展学生核心素养的教学实践及其变革具有重要启示意义。自２０世纪６０年代以来，科学推理已成为国外心理学、教育学研究的一个重要研究领域。近些年来，科学推理能力的研究受到国际科学教育领域的广泛关注，心理学研究与科学教育研究的交叉成为科学推理研究的一个新趋向。但在国内，对科学推理的研究尚未引起科学教育界的足够重视，尚缺乏系统、深入的探讨。研究拟从科学计量学的角度，借助可视化分析软件，分析近２０年国际科学推理研究的进展与趋势，以期为我国科学推理研究提供参考，促进国内科学教育研究与国际接轨。一研究方法科学计量学是采用数学方法计量科学研究的成果，描述科学体系的结构，分析科学系统的内在运行机制，揭示科学发展的时空特征，进而找出科学活动规律性的一门学科［２］。科学知识图谱为科学计量分析提供了可视化分析方法。科学知识图谱工具有很多，研究使用的是ＨｉｓｔＣｉｔｅ和ＣｉｔｅＳｐａｃｅ两款分析软件。ＨｉｓｔＣｉｔｅ是由美国著名的情报学家和科学计量学家、ＳＣＩ创始人加菲尔德（ＧａｒｆｉｅｌｄＥ）等开发的一款引文图谱分析软件［３］。它能够用直观的图示展示某一领域不同文献之间的关系，从而快速定位该领域的重要文献。但该软件存在如引文编年图颜色单一、不能呈现关键节点之间的共被引关系强度等不足。而由美国华裔学者陈超美开发的ＣｉｔｅＳｐａｃｅ恰好弥补了上述不足［４］。该软件采用共

42 集美大学学报第20卷现分析、引文分析等计量学方法,分析文献数据中量明显增多,经过分析有以下原因:一是由于的作者、机构、关键词、参考文献等关键信息,并2009年上海学生首次参加由经济合作与发展组织可用图谱的方式显示分析结果,从而呈现科学知识(OECD)主持进行的第四次国际学生评估项目的发展进程与结构关系 (PISA)测试,并在阅读、数学和科学素养三项评在科学知识图谱可视化分析中,文献数据的质价中均取得了首位的成绩,由此引发了国内外教育量直接影响分析结果的可靠性。因此,使用该方法界的广泛关注;二是美国“国家教育进展评估” 最为关键的是获取高质量的文献数据。SSCI(So-( National Assessment of Educational progress,NAEP) cial Sciences Citation Index)即社会科学引文索引,及“国际教育成绩评估协会”( International associ- 由美国科学信息研究所创建,是国际公认的进行社 ation for the Evaluation of education Achievement, 会科学论文统计分析和评价的大型检索工具。研究TA)的报道中指出:几乎所有国家参与的学生在选择 Web of science(WOS)核心合集中的SsCI数科学推理上的表现,都存在一致偏好男生的性别差据库作为数据检索来源。检索时,采用主题检索,异,这种差异在高分段表现得更为明显,且这种差检索词为“ Scientific reasoning”,选定的时间范围异随学生年级的增长而增长③。以上原因均导致是1996年至2017年,文章类型选择的是“ari-关于科学推理能力的国际比较研究显著增加。2013 cle'”,共检索得到ssCI期刊论文368篇(数据库年也是一个重要节点,发文量也呈明显增加的趋更新时间为2018年3月9日)。剔除168篇与科学势,2013年经合组织公布了全球65个国家和地区推理研究不相关的文献,使用wOS的文献导出功的2012年PSA测试结果,国际学生科学素养测评能将200篇文献的“全记录与引用的参考文献的数据分析结果成为各国科学教育改革的重要参考数据导出,作为研究的分析数据依据,也推动了各国研究者对科学推理发展的进一二发文量与学术期刊步研究 (二)学术期刊 (一)发文量以发文数量和全球引用次数( Total Global Ci-- 近20年科学推理研究的年度发文量的折线图 tation score,简称“TGCS”)为指标,通过如图1所示。观察发现,对于科学推理的研究整体 Histcite得到科学推理研究产量和被引次数前10名上可分为两个阶段:1996-2008年的年度发文量的期刊,见表1。两个榜单中,教育类的期刊均占较低,均未超过7篇;2008年后,对于科学推理大多数,并且主要集中在科学教育领域,心理学等的研究开始活跃,年度发文量都不低于10篇,其领域也对科学推理的研究有所涉及。中2013年、2015年达到20余篇。2008年后发文图11996年至2017年科学推理研究年度发文量投稿网址:htp:∥/ xuebaobangong jmu.ed.cn/jkb

集美大学学报第２０卷投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ｘｕｅｂａｏｂａｎｇｏｎｇ􀆰 ｊｍｕ􀆰 ｅｄｕ􀆰 ｃｎ／ｊｋｂ／现分析、引文分析等计量学方法，分析文献数据中的作者、机构、关键词、参考文献等关键信息，并可用图谱的方式显示分析结果，从而呈现科学知识的发展进程与结构关系。在科学知识图谱可视化分析中，文献数据的质量直接影响分析结果的可靠性。因此，使用该方法最为关键的是获取高质量的文献数据。ＳＳＣＩ（Ｓｏ⁃ ｃｉａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＣｉｔａｔｉｏｎＩｎｄｅｘ）即社会科学引文索引，由美国科学信息研究所创建，是国际公认的进行社会科学论文统计分析和评价的大型检索工具。研究选择ＷｅｂｏｆＳｃｉｅｎｃｅ（ＷＯＳ）核心合集中的ＳＳＣＩ数据库作为数据检索来源。检索时，采用主题检索，检索词为 “ＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅａｓｏｎｉｎｇ”，选定的时间范围是１９９６年至２０１７年，文章类型选择的是 “ ａｒｔｉ⁃ ｃｌｅ”，共检索得到ＳＳＣＩ期刊论文３６８篇（数据库更新时间为２０１８年３月９日）。剔除１６８篇与科学推理研究不相关的文献，使用ＷＯＳ的文献导出功能将２００篇文献的 “全记录与引用的参考文献” 数据导出，作为研究的分析数据。二发文量与学术期刊（一）发文量近２０年科学推理研究的年度发文量的折线图如图１所示。观察发现，对于科学推理的研究整体上可分为两个阶段：１９９６—２００８年的年度发文量较低，均未超过７篇；２００８年后，对于科学推理的研究开始活跃，年度发文量都不低于１０篇，其中２０１３年、２０１５年达到２０余篇。２００８年后发文量明显增多，经过分析有以下原因：一是由于２００９年上海学生首次参加由经济合作与发展组织（ＯＥＣＤ）主持进行的第四次国际学生评估项目（ＰＩＳＡ）测试，并在阅读、数学和科学素养三项评价中均取得了首位的成绩，由此引发了国内外教育界的广泛关注；二是美国 “国家教育进展评估” （ＮａｔｉｏｎａｌＡｓｓｅｓｓｍｅｎｔｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎａｌＰｒｏｇｒｅｓｓ，ＮＡＥＰ）及 “国际教育成绩评估协会” （ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｓｓｏｃｉ⁃ ａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎＡｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔ，ＩＥＡ）的报道中指出：几乎所有国家参与的学生在科学推理上的表现，都存在一致偏好男生的性别差异，这种差异在高分段表现得更为明显，且这种差异随学生年级的增长而增长［５］。以上原因均导致关于科学推理能力的国际比较研究显著增加。２０１３年也是一个重要节点，发文量也呈明显增加的趋势，２０１３年经合组织公布了全球６５个国家和地区的２０１２年ＰＩＳＡ测试结果，国际学生科学素养测评的数据分析结果成为各国科学教育改革的重要参考依据，也推动了各国研究者对科学推理发展的进一步研究。（二）学术期刊以发文数量和全球引用次数（ＴｏｔａｌＧｌｏｂａｌＣｉ⁃ ｔａｔｉｏｎＳｃｏｒｅ，简称 “ ＴＧＣＳ ”）为指标，通过ＨｉｓｔＣｉｔｅ得到科学推理研究产量和被引次数前１０名的期刊，见表１。两个榜单中，教育类的期刊均占大多数，并且主要集中在科学教育领域，心理学等领域也对科学推理的研究有所涉及。图１１９９６年至２０１７年科学推理研究年度发文量４２

第3期秦晓阳,等:近20年科学推理研究的进展与趋势 43 表1科学推理能力研究的高产和高被引期刊高产期刊高被引期刊序号期刊数量TCCS序号期刊数量TGCS INTERNATIONAL JOURNAL OF SCIENCE EDUCATION 121051 CHILD DEVELOPMENT 《儿童发展》 4397 《国际科学教育》 JOURNAL OF RESEARCH IN SCIENCE TEACHING 122092 DEVELOPMENTAL PSYCHOLOGY 《科学教学研究杂志》《发展心理学》 RESEARCH IN SCIENCE EDUCATION JOURNAL OF RESEARCH 《科学教育研究》 CIENCE TEACHING 科学教学研究杂志》 PHYSICAL REVIEW SPECIAL TOPICS- PHYSIC COGNITION AND INSTRUCTION EDUCATION RESEARCH 《认知与教育》《物理评论特刊——物理教育研究》 DEVELOPMENTAL PSYCHOLOGY 《发展心理学》 5 COGNITIVE SCIENCE 《认知科学》 NSTRUCTIONAL SCIENCE INTERNATIONAL JOURNAl 教育科学》 OF SCIENCE EDUCATION 《国际科学教育》 INTERNATIONAL JOURNAL OF SCIENCE AND MATHEMATICS 5 7 COGNITIVE DEVELOPMENT 4104 EDUCATION 《认知发展》《国际科学与数学教育》 JOURNAL OF SCIENCE EDUCATION AND TECHNOLOGY SCIENCE EDUCATION 《科学教育与技术》《科学教育》 NCE EDUCATION JOURNAL OF PERSONALITY 《科学教育》 5849 AND SOCIAL PSY CHOLOGY 人格与社会心理学》 PHYSICAL REVIEW SPECIAL SYNTHESE(综合) TOPICS-PHYSICS EDUCATION RESEARCH 《物理评论特刊——物理教育研究》三代表性学术共同体与学者影于美国,另外2个位于中国台湾地区,1个位于荷响力兰。右侧列出的全球引用次数前10位的高产机构, 皆地处美国。排在高产和高被引机构榜单第一位的 (一)研究机构都是美国卡耐基梅隆大学。同时排在高产和高被引利用HiCi对科学推理研究的高产和高被引机构榜单前10位的,还有美国的哥伦比亚大学、威机构进行统计,得到高产和高被引前10名的机构,斯康星大学、亚利桑那州立大学。中国台湾地区两见表2。所大学虽然在高产机构中占有一席之地,但是在文表2左侧列出的前10位高产机构中有7个位献的被引情况方面,与美国高校的差距还是很大。投稿网址:htp:∥/ xuebaobangong jmu.ed.cn/jkb

第３期秦晓阳，等：近２０年科学推理研究的进展与趋势投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ｘｕｅｂａｏｂａｎｇｏｎｇ􀆰 ｊｍｕ􀆰 ｅｄｕ􀆰 ｃｎ／ｊｋｂ／表１科学推理能力研究的高产和高被引期刊高产期刊高被引期刊序号期刊数量ＴＧＣＳ序号期刊数量ＴＧＣＳ１ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＣＩＥＮＣＥＥＤＵＣＡＴＩＯＮ《国际科学教育》１２１０５１ＣＨＩＬＤＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ《儿童发展》４３９７２ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＲＥＳＥＡＲＣＨＩＮＳＣＩＥＮＣＥＴＥＡＣＨＩＮＧ《科学教学研究杂志》１２２０９２ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＡＬＰＳＹＣＨＯＬＯＧＹ《发展心理学》５３４２３ＲＥＳＥＡＲＣＨＩＮＳＣＩＥＮＣＥＥＤＵＣＡＴＩＯＮ《科学教育研究》７４９３ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＲＥＳＥＡＲＣＨＩＮＳＣＩＥＮＣＥＴＥＡＣＨＩＮＧ《科学教学研究杂志》１２２０９４ＰＨＹＳＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷＳＰＥＣＩＡＬＴＯＰＩＣＳ－ＰＨＹＳＩＣＳＥＤＵＣＡＴＩＯＮＲＥＳＥＡＲＣＨ《物理评论特刊———物理教育研究》６６９４ＣＯＧＮＩＴＩＯＮＡＮＤＩＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ《认知与教育》３１１２５ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＡＬＰＳＹＣＨＯＬＯＧＹ《发展心理学》５３４２５ＣＯＧＮＩＴＩＶＥＳＣＩＥＮＣＥ《认知科学》２１０６６ＩＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＡＬＳＣＩＥＮＣＥ《教育科学》５４３６ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＣＩＥＮＣＥＥＤＵＣＡＴＩＯＮ《国际科学教育》１２１０５７ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＭＡＴＨＥＭＡＴＩＣＳＥＤＵＣＡＴＩＯＮ《国际科学与数学教育》５１０７ＣＯＧＮＩＴＩＶＥＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ《认知发展》４１０４８ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＣＩＥＮＣＥＥＤＵＣＡＴＩＯＮＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ《科学教育与技术》５１８８ＳＣＩＥＮＣＥＥＤＵＣＡＴＩＯＮ《科学教育》５８４９ＳＣＩＥＮＣＥＥＤＵＣＡＴＩＯＮ《科学教育》５８４９ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＰＥＲＳＯＮＡＬＩＴＹＡＮＤＳＯＣＩＡＬＰＳＹＣＨＯＬＯＧＹ《人格与社会心理学》３７５１０ＳＹＮＴＨＥＳＥ（综合）５４６１０ＰＨＹＳＩＣＡＬＲＥＶＩＥＷＳＰＥＣＩＡＬＴＯＰＩＣＳ－ＰＨＹＳＩＣＳＥＤＵＣＡＴＩＯＮＲＥＳＥＡＲＣＨ《物理评论特刊———物理教育研究》６６９三代表性学术共同体与学者影响力（一）研究机构利用ＨｉｓｔＣｉｔｅ对科学推理研究的高产和高被引机构进行统计，得到高产和高被引前１０名的机构，见表２。表２左侧列出的前１０位高产机构中有７个位于美国，另外２个位于中国台湾地区，１个位于荷兰。右侧列出的全球引用次数前１０位的高产机构，皆地处美国。排在高产和高被引机构榜单第一位的都是美国卡耐基梅隆大学。同时排在高产和高被引机构榜单前１０位的，还有美国的哥伦比亚大学、威斯康星大学、亚利桑那州立大学。中国台湾地区两所大学虽然在高产机构中占有一席之地，但是在文献的被引情况方面，与美国高校的差距还是很大。４３

集美大学学报第２０卷投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ｘｕｅｂａｏｂａｎｇｏｎｇ􀆰 ｊｍｕ􀆰 ｅｄｕ􀆰 ｃｎ／ｊｋｂ／表２科学推理研究高产和高被引机构高产机构高被引机构序号机构数量ＴＧＣＳ序号机构数量ＴＧＣＳ１ＣａｒｎｅｇｉｅＭｅｌｌｏｎＵｎｉｖ（卡耐基梅隆大学，美国）８３８４１ＣａｒｎｅｇｉｅＭｅｌｌｏｎＵｎｉｖ（卡耐基梅隆大学，美国）８３８４２ＮａｔｌＣｈｉａｏＴｕｎｇＵｎｉｖ（台湾交通大学，中国台湾）６６９２ＵｎｉｖＣａｌｉｆＤａｖｉｓ（加州大学戴维斯分校，美国）３２８５３ＣｏｌｕｍｂｉａＵｎｉｖ（哥伦比亚大学，美国）５１１１３ＵｎｉｖＷｉｓｃｏｎｓｉｎ（威斯康星大学，美国）５２１８４ＯｈｉｏＳｔａｔｅＵｎｉｖ（俄亥俄州立大学，美国）５１７４ＩｎｓｔＥｃｏｓｙｓｔＳｔｕｄｉｅｓ（生态研究所，美国）２１２９５ＳｔａｎｆｏｒｄＵｎｉｖ（斯坦福大学，美国）５６０５ＭＩＴ（麻省理工学院，美国）２１１７６ＵｎｉｖＴｗｅｎｔｅ（特温特大学，荷兰）５５２６ＣｏｌｕｍｂｉａＵｎｉｖ（哥伦比亚大学，美国）５１１１７ＵｎｉｖＷｉｓｃｏｎｓｉｎ（威斯康星大学，美国）５２１８７ＡｒｉｚｏｎａＳｔａｔｅＵｎｉｖ（亚利桑那州立大学，美国）４９９８ＡｒｉｚｏｎａＳｔａｔｅＵｎｉｖ（亚利桑那州立大学，美国）４９９８ＰｅｎｎＳｔａｔｅＵｎｉｖ（宾夕法尼亚州立大学，美国）２９１９ＮａｔｌＴａｉｗａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖ（台湾师范大学，中国台湾）４１８９ＩｎｓｔＣｏｍｍｕｎｉｔｙＲｅｓ（社区研究所，美国）１８２１０ＵｎｉｖＴｅｘａｓＡｕｓｔｉｎ（德克萨斯大学奥斯汀分校，美国）４５３１０ＮｏＩｌｌｉｎｏｉｓＵｎｉｖ（伊利诺伊大学，美国）２８２（二）研究者利用ＣｉｔｅＳｐａｃｅ绘制作者共被引网络（见图２），并基于分析数据列出前１０位的高被引和高中介中心性作者（见图２、表３），以确定在科学推理研究中的重要研究者。图２作者共被引网络４４

第３期秦晓阳，等：近２０年科学推理研究的进展与趋势投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ｘｕｅｂａｏｂａｎｇｏｎｇ􀆰 ｊｍｕ􀆰 ｅｄｕ􀆰 ｃｎ／ｊｋｂ／表３科学推理研究高被引和高中介中心性作者高被引作者高中介中心性作者序号被引频次作者序号中介中心性作者１９７ＫｕｈｎＤ１０􀆰 ２０ＫｌａｃｚｙｎｓｋｉＰＡ２５６ＫｌａｈｒＤ２０􀆰 １８ＫｌａｈｒＤ３５３ＳｃｈａｕｂｌｅＬ３０􀆰 １６ＤｕｓｃｈｌＲＡ４４６ＺｉｍｍｅｒｍａｎＣ４０􀆰 １４ＫｕｈｎＤ５４５ＬａｗｓｏｎＡＥ５０􀆰 １４ＩｎｈｌｄｅｒＢ６３２ＫｏｓｌｏｗｓｋｉＢ６０􀆰 １２ＬａｗｓｏｎＡＥ７２９ＰｉａｇｅｔＪ７０􀆰 １２ＳｔａｎｏｖｉｃｈＫＥ８２８ＣａｒｅｙＳ８０􀆰 ０９ＺｏｈａｒＡ９２７ＳｏｄｉａｎＢ９０􀆰 ０８ＢｒｏｗｎＡＬ１０２６ＣｈｉｎｎＣＡ１００􀆰 ０６ＳｉｅｇｌｅｒＲＳ被引频次是衡量作者重要性和影响力的重要指标，在图２中用节点的大小来表征。在科学推理研究中，被引频次居于前１０位的研究者分别是ＫｕｈｎＤ、ＫｌａｈｒＤ、ＳｃｈａｕｂｌｅＬ、ＺｉｍｍｅｒｍａｎＣ、ＬａｗｓｏｎＡＥ、ＫｏｓｌｏｗｓｋｉＢ、ＰｉａｇｅｔＪ、ＣａｒｅｙＳ、ＳｏｄｉａｎＢ、ＣｈｉｎｎＣＡ。如果某位研究者是将不同研究领域连接起来的关键人物，那么我们就称该研究者具有中介中心性，这也是反应作者重要性的一项指标，在作者共被引网络中用节点边缘的紫色圆圈来表示。利用ＣｉｔｅＳｐａｃｅ提取ＷＯＳ数据库中作者被引频次、中介中心性等信息，发现ＫｌａｃｚｙｎｓｋｉＰＡ、ＫｌａｈｒＤ、ＤｕｓｃｈｌＲＡ、ＫｕｈｎＤ、ＩｎｈｌｄｅｒＢ、ＬａｗｓｏｎＡＥ、ＳｔａｎｏｖｉｃｈＫＥ、ＺｏｈａｒＡ、ＢｒｏｗｎＡＬ、ＳｉｅｇｌｅｒＲＳ等具有高中介中心性，是科学推理研究中整合不同研究内容的关键研究者。上述研究者中，ＫｕｈｎＤ、ＫｌａｈｒＤ、ＬａｗｓｏｎＡＥ等既是高被引作者，又具有高中介中心性，是科学推理研究领域的核心研究者。四研究热点分析利用ＣｉｔｅＳｐａｃｅ进行关键词共现分析，做出关键词共现时区图（见图３）。时区的网络结构按照关键词首次出现的时间排布，位置越靠左表明该关键词首次出现的时间越早。图３中，关键词节点的图３关键词共现时区图４５

集美大学学报第20卷大小表示某一关键词与其他关键词共现次数的多制——为细胞行为构建分子水平解释的科学推理框少,反应了对该关键词的研究热度。节点色调的冷架,以益于学生将分子知识与细胞、器官和生物体暖对应着关键词在文献中出现的时间。与作者中介的现象联系起来。中心性相似,具有中介中心性的关键词亦由节点边 2.对以学生为主体的科学推理能力测量的研缘的紫色圆圈标出。从网络结构看,具有中介中心究,包括学生、儿童等关键词,涉及对各个年龄段性的关键词在网络中起着连接不同关键词的桥梁作学生、儿童科学推理能力水平的测试、科学推理能用,同样能表征该关键词的重要性。由于加入了时力存在个体差异的原因等。如 Moore C等利用间尺度,科学推理研究热点关键词的演进脉络就在 Lawson科学推理能力测试卷( LCTSR),对比图中展现出来。 STEM(科学,技术,工程和数学)专业和非从图3可以看出,近20年科学推理研究中,STEM专业的学生的科学推理能力,发现非STEM 共现次数最多的关键词是此次研究的主题词 scien-专业的学生 LCTSR得分平均低于STEM专业的学 tific reasoning(科学推理),但“科学推理”作为生,基于测试情况对非STEM专业的学生在物理基关键词首次出现的时间是2000年。查阅原始文献础课程中展现的科学推理能力进行了研究。数据发现,2000年前的文章虽然没有将“科学推 Maver D等为对小学生的科学推理能力进行评估和理”列为关键词,但“科学推理”出现在文章的建模,研究了55名四年级学生在科学推理的四个标题或摘要中,都是有关科学推理的文献。由图3方面(理解科学的本质、理解理论、设计实验和可见,目前已经形成的出现频次较高的10个关键解释数据)的表现,研究结果也有助于解释小学词分别是 knowledge(知识)、 science(科学)、生的科学推理能力存在个体差异的原因。如Ie sk诅l(技能)、 thinking(思维)、 student(学生)、 gare C H在其研究中阐述了儿童的解释和探索能力 nquiry(探究)、 biology(生物学科)、 education与科学推理能力的发展之间的关系,为儿童的科学 (教育)、 children(儿童)、 instruction(教学)等,教育提供了有价值的参考]。 Piekny J等于2013年且这些关键词都具有中介中心性。研究了223名儿童(4岁到13岁)的科学推理能力将10个高频关键词大致分为五类,能够反映中生成假设、实验和证据评估能力的发展,并讨论近二十年科学推理研究主要集中在五大研究热点领了研究结果对设计幼儿科学教育概念的意义[吲域。结合对二次检索的关键性文献的分析,五大研 3.对科学推理能力与知识水平、批判性思维究热点领域的具体表现如下等之间关系的研究,包括知识、思维等关键词,主 1.对学科中科学推理的研究,包括科学、生要涉及概念性知识、科学知识等与学生的科学推理物学科等关键词,涉及对与科学有关的学科中学生能力之间的关系,以及科学推理与科学思维能力的科学推理能力的硏究、理科学生科学推理能力的发培养与提高问题等。 Keys C W通过研究探索科学展研究,以及学生的科学推理与生物学中的概念理推理、概念性知识与模型建构之间的关系,研究表解、知识应用的联系等方面。如 Rivet A E等以明,对于需要大量概念性知识支持的活动来说,科 164名八年级和九年级学生为被试,借助被试围绕学推理对于构建精确的科学模型而言非常重要。地球科学物理模型进行的类比推理活动,评估他们ThuS等研究了67名6-8年级小学生的科学知识的科学推理能力。 Zeineddin a等考察大学理科和科学推理成绩之间的关系,研究结果发现科学知学生的认识论信念(EC)与科学推理能力之间的识和科学推理成绩之间存在高度相关,科学知识是关系,同时将先验知识作为一个干预变量,结果表三个年级阶段的学生在科学推理方面存在差异的明:大学理科学生的先验知识和认识论信念之间没个重要因素。再如 Halpern D F等研究了“ARA 有相互作用;认识论信念越高,科学推理的质量就行动” 种可以用来培养批判性思维和科学越高;当认识论信念较弱时,先验知识对科学推理推理能力的电脑学习游戏,主要探讨学生如何通过的影响更强。再如 Treagust d根据学生对遗传学这款有价值的“学习工具”来学习科学推理的技的理解情况开发了评估工具,并利用其对三所西澳巧,以提高批判性思维能力和科学推理能力。中学的学生在遗传学中进行的科学推理进行了评 Russ s等以一节二年级科学课为例,研究如何使估。 MiI v等的研究中提出了分子建模机课堂评价更有利于提高学生的科学推理能力,结投稿网址:htp:∥/ xuebaobangong jmu.ed.cn/jkb

集美大学学报第２０卷投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ｘｕｅｂａｏｂａｎｇｏｎｇ􀆰 ｊｍｕ􀆰 ｅｄｕ􀆰 ｃｎ／ｊｋｂ／大小表示某一关键词与其他关键词共现次数的多少，反应了对该关键词的研究热度。节点色调的冷暖对应着关键词在文献中出现的时间。与作者中介中心性相似，具有中介中心性的关键词亦由节点边缘的紫色圆圈标出。从网络结构看，具有中介中心性的关键词在网络中起着连接不同关键词的桥梁作用，同样能表征该关键词的重要性。由于加入了时间尺度，科学推理研究热点关键词的演进脉络就在图中展现出来。从图３可以看出，近２０年科学推理研究中，共现次数最多的关键词是此次研究的主题词ｓｃｉｅｎ⁃ ｔｉｆｉｃｒｅａｓｏｎｉｎｇ（科学推理），但 “科学推理” 作为关键词首次出现的时间是２０００年。查阅原始文献数据发现，２０００年前的文章虽然没有将 “科学推理” 列为关键词，但 “科学推理” 出现在文章的标题或摘要中，都是有关科学推理的文献。由图３可见，目前已经形成的出现频次较高的１０个关键词分别是ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ（知识）、ｓｃｉｅｎｃｅ（科学）、ｓｋｉｌｌ（技能）、ｔｈｉｎｋｉｎｇ（思维）、ｓｔｕｄｅｎｔ（学生）、ｉｎｑｕｉｒｙ（探究）、ｂｉｏｌｏｇｙ（生物学科）、ｅｄｕｃａｔｉｏｎ（教育）、ｃｈｉｌｄｒｅｎ（儿童）、ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ（教学）等，且这些关键词都具有中介中心性。将１０个高频关键词大致分为五类，能够反映近二十年科学推理研究主要集中在五大研究热点领域。结合对二次检索的关键性文献的分析，五大研究热点领域的具体表现如下：１．对学科中科学推理的研究，包括科学、生物学科等关键词，涉及对与科学有关的学科中学生科学推理能力的研究、理科学生科学推理能力的发展研究，以及学生的科学推理与生物学中的概念理解、知识应用的联系等方面。如ＲｉｖｅｔＡＥ等以１６４名八年级和九年级学生为被试，借助被试围绕地球科学物理模型进行的类比推理活动，评估他们的科学推理能力［６］。ＺｅｉｎｅｄｄｉｎＡ等考察大学理科学生的认识论信念（ＥＣ）与科学推理能力之间的关系，同时将先验知识作为一个干预变量，结果表明：大学理科学生的先验知识和认识论信念之间没有相互作用；认识论信念越高，科学推理的质量就越高；当认识论信念较弱时，先验知识对科学推理的影响更强［７］。再如ＴｒｅａｇｕｓｔＤ根据学生对遗传学的理解情况开发了评估工具，并利用其对三所西澳中学的学生在遗传学中进行的科学推理进行了评估［８］。ＭｉｌＭＨＷＶ等的研究中提出了分子建模机制———为细胞行为构建分子水平解释的科学推理框架，以益于学生将分子知识与细胞、器官和生物体的现象联系起来［９］。２．对以学生为主体的科学推理能力测量的研究，包括学生、儿童等关键词，涉及对各个年龄段学生、儿童科学推理能力水平的测试、科学推理能力存在个体差异的原因等。如ＭｏｏｒｅＪＣ等利用Ｌａｗｓｏｎ科学推理能力测试卷（ＬＣＴＳＲ），对比ＳＴＥＭ（科学，技术，工程和数学）专业和非ＳＴＥＭ专业的学生的科学推理能力，发现非ＳＴＥＭ专业的学生ＬＣＴＳＲ得分平均低于ＳＴＥＭ专业的学生，基于测试情况对非ＳＴＥＭ专业的学生在物理基础课程中展现的科学推理能力进行了研究［１０］。ＭａｙｅｒＤ等为对小学生的科学推理能力进行评估和建模，研究了５５名四年级学生在科学推理的四个方面（理解科学的本质、理解理论、设计实验和解释数据）的表现，研究结果也有助于解释小学生的科学推理能力存在个体差异的原因［１１］。如Ｌｅ⁃ ｇａｒｅＣＨ在其研究中阐述了儿童的解释和探索能力与科学推理能力的发展之间的关系，为儿童的科学教育提供了有价值的参考［１２］。ＰｉｅｋｎｙＪ等于２０１３年研究了２２３名儿童（４岁到１３岁）的科学推理能力中生成假设、实验和证据评估能力的发展，并讨论了研究结果对设计幼儿科学教育概念的意义［１３］。３．对科学推理能力与知识水平、批判性思维等之间关系的研究，包括知识、思维等关键词，主要涉及概念性知识、科学知识等与学生的科学推理能力之间的关系，以及科学推理与科学思维能力的培养与提高问题等。ＫｅｙｓＣＷ通过研究探索科学推理、概念性知识与模型建构之间的关系，研究表明，对于需要大量概念性知识支持的活动来说，科学推理对于构建精确的科学模型而言非常重要［１４］。ＴｈｕｌｌＳ等研究了６７名６－８年级小学生的科学知识和科学推理成绩之间的关系，研究结果发现科学知识和科学推理成绩之间存在高度相关，科学知识是三个年级阶段的学生在科学推理方面存在差异的一个重要因素［１５］。再如ＨａｌｐｅｒｎＤＦ等研究了 “ＡＲＡ行动” ———一种可以用来培养批判性思维和科学推理能力的电脑学习游戏，主要探讨学生如何通过这款有价值的 “学习工具” 来学习科学推理的技巧，以提高批判性思维能力和科学推理能力［１６］。ＲｕｓｓＲＳ等以一节二年级科学课为例，研究如何使课堂评价更有利于提高学生的科学推理能力，结４６

第3期秦晓阳,等:近20年科学推理研究的进展与趋势 47 果表明教师在教学中注重对自然现象的因果机制进2003—2004年间的热点关键词变为概念转变、科行解释,而不仅是基于教科书对学生的课堂表现进学教育、学生观念等;2005年的热点关键词有科行评价,将会有益于学生科学思维和科学能力的发学思维、认知发展、学龄前儿童、信息、类比推展理、任务、搜集、具体操作阶段、组织等;2007 4.对科学教育和教学中科学推理的研究,包年的热点关键词有物理学科等。与近十年的科学推括教育、教学等关键词,涉及科学推理能力的发展理研究发文量明显增多相对应,2008年左右起分在科学教育中的重要性、教学对学生科学推理能力化出大量热点关键词。2008-2009年间的热点关水平的影响等问题。如 Osborne J在其研究中指出,键词主要聚集在思维、学生、青少年、表示、个体学生缺乏科学推理的良好模型和评估这种高级认知差异、因果推理、设计等;2010年间的热点关键能力的专业知识,是21世纪科学教育所面临的挑词主要有技能、教学、探究性学习、框架、模拟战之一,研究中提出了一个科学推理的模型以促进等;2011—2012年的热点关键词有探究、教育科学教育的发展。 Grope J等通过对学龄前儿习得等;2013-2014年热点关键词主要有讨论童科学推理能力中假设检验等能力的研究,发现执能力、表现、小学、学校、发现、语境、推断、解行功能(EF)对其发展起着重要的作用。再如释等;从2015-2017年的关键词共现来看,科学 Garcia- Mila m研究了课堂中任务目标对学生讨论推理研究热点关键词有进一步分化的趋势,较新的质量的影响,发现教学中并非所有的课堂讨论任务热点关键词有话语、课程、共变、社会性科学问都能够促进学生科学推理能力的发展。 Lazonder题、决策、模型等。 AW等研究了直接教学和间接教学两种教学方法对儿童科学推理能力中变量控制能力的影响,研究五研究进展与前沿分析发现直接教学和将任务进行细分都有助于儿童对变如果两篇文献同时被多篇文献引用,那么这两量控制策略(CVs)的学习和运用2。篇文献之间就存在着共被引关系。共被引文献的主 5.对有关提高学生科学推理能力的研究,包题具有一定的相似性,因此我们可以通过对文献的括技能、探究等关键词,涉及教师技能水平对学生共被引分析来探析文献内容的相关程度。利用科学推理技能的影响的研究,以及关注探究活动对 citeSpace绘制文献时间线视图共被引网络,从文学生科学推理能力的影响等问题。 Laius a等研究献的关键词中来提取名词性术语对聚类进行命名, 了科学教师的合作能力以及专业水平对学生的推理得到默认的聚类命名为使用LLR算法得到的命名技能和科学创造技能等的影响,研究表明教师合作结果,共得到39个聚类。由于聚类数目过多, 能力和专业水平的提高,将有助于学生科学推理能 CiteSpace只呈现了最大的4个聚类,如图4所示。力的提高(2。再如 Beck c w等通过研究发现,基图中一条水平线表示一个聚类,显示了聚类的文献于探究的生态学实验室课程有助于学生自信心和科数量与时间跨度,文献节点的大小表示文献的共被学推理能力的提高,但自信心的增加与科学推理能引次数的多少。但4个聚类又不是完全独立的,会力的提高并没有显著的相关关系3。 Lombard Fe通过某些文献建立起联系,这些文献具有中介中心等2对探究式学习中有利于学生科学推理能力发性,图中用紫色外圈标识。借助这些信息,就可以展的“好问题”的设计进行了研究,给教师提出探索科学推理研究的主要研究内容及其发展进程与了几点建议:如问题要由简单到复杂,探究过程和演进趋势。师生互动要充分等。由图4可见,近段时间以来,科学推理研究有随着研究的深入,科学推理研究不断涌现新的4个主要的文献共被引聚类主题,分别是Caus 热点关键词。从关键词共现时区图可以得到各个热 reasoning(因果推理)、 Biology(生物学科)、Low- 点关键词的演进脉络。由图3发现1996-1999年 er achieving classroom(低年级课堂)和Pior 科学推理研究的热点关键词主要有知识、科学、儿 knowledge(先验知识)。为进一步探索四个聚类的童、课堂、方法、实验等;2000-2002年间的热具体含义,提取了四个聚类的标签信息,见表4 点关键词主要集中在成绩、先验知识等方面;图4。投稿网址:htp:∥/ xuebaobangong jmu.ed.cn/jkb

第３期秦晓阳，等：近２０年科学推理研究的进展与趋势投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ｘｕｅｂａｏｂａｎｇｏｎｇ􀆰 ｊｍｕ􀆰 ｅｄｕ􀆰 ｃｎ／ｊｋｂ／果表明教师在教学中注重对自然现象的因果机制进行解释，而不仅是基于教科书对学生的课堂表现进行评价，将会有益于学生科学思维和科学能力的发展［１７］。４．对科学教育和教学中科学推理的研究，包括教育、教学等关键词，涉及科学推理能力的发展在科学教育中的重要性、教学对学生科学推理能力水平的影响等问题。如ＯｓｂｏｒｎｅＪ在其研究中指出，学生缺乏科学推理的良好模型和评估这种高级认知能力的专业知识，是２１世纪科学教育所面临的挑战之一，研究中提出了一个科学推理的模型以促进科学教育的发展［１８］。ＧｒｏｐｅｎＪ等通过对学龄前儿童科学推理能力中假设检验等能力的研究，发现执行功能（ＥＦ）对其发展起着重要的作用［１９］。再如Ｇａｒｃｉａ－ＭｉｌａＭ研究了课堂中任务目标对学生讨论质量的影响，发现教学中并非所有的课堂讨论任务都能够促进学生科学推理能力的发展［２０］。ＬａｚｏｎｄｅｒＡＷ等研究了直接教学和间接教学两种教学方法对儿童科学推理能力中变量控制能力的影响，研究发现直接教学和将任务进行细分都有助于儿童对变量控制策略（ＣＶＳ）的学习和运用［２１］。５．对有关提高学生科学推理能力的研究，包括技能、探究等关键词，涉及教师技能水平对学生科学推理技能的影响的研究，以及关注探究活动对学生科学推理能力的影响等问题。ＬａｉｕｓＡ等研究了科学教师的合作能力以及专业水平对学生的推理技能和科学创造技能等的影响，研究表明教师合作能力和专业水平的提高，将有助于学生科学推理能力的提高［２２］。再如ＢｅｃｋＣＷ等通过研究发现，基于探究的生态学实验室课程有助于学生自信心和科学推理能力的提高，但自信心的增加与科学推理能力的提高并没有显著的相关关系［２３］。ＬｏｍｂａｒｄＦＥ等［２４］对探究式学习中有利于学生科学推理能力发展的 “好问题” 的设计进行了研究，给教师提出了几点建议：如问题要由简单到复杂，探究过程和师生互动要充分等。随着研究的深入，科学推理研究不断涌现新的热点关键词。从关键词共现时区图可以得到各个热点关键词的演进脉络。由图３发现１９９６—１９９９年科学推理研究的热点关键词主要有知识、科学、儿童、课堂、方法、实验等；２０００—２００２年间的热点关键词主要集中在成绩、先验知识等方面；２００３—２００４年间的热点关键词变为概念转变、科学教育、学生观念等；２００５年的热点关键词有科学思维、认知发展、学龄前儿童、信息、类比推理、任务、搜集、具体操作阶段、组织等；２００７年的热点关键词有物理学科等。与近十年的科学推理研究发文量明显增多相对应，２００８年左右起分化出大量热点关键词。２００８—２００９年间的热点关键词主要聚集在思维、学生、青少年、表示、个体差异、因果推理、设计等；２０１０年间的热点关键词主要有技能、教学、探究性学习、框架、模拟等；２０１１—２０１２年的热点关键词有探究、教育、习得等；２０１３—２０１４年热点关键词主要有讨论、能力、表现、小学、学校、发现、语境、推断、解释等；从２０１５—２０１７年的关键词共现来看，科学推理研究热点关键词有进一步分化的趋势，较新的热点关键词有话语、课程、共变、社会性科学问题、决策、模型等。五研究进展与前沿分析如果两篇文献同时被多篇文献引用，那么这两篇文献之间就存在着共被引关系。共被引文献的主题具有一定的相似性，因此我们可以通过对文献的共被引分析来探析文献内容的相关程度。利用ＣｉｔｅＳｐａｃｅ绘制文献时间线视图共被引网络，从文献的关键词中来提取名词性术语对聚类进行命名，得到默认的聚类命名为使用ＬＬＲ算法得到的命名结果，共得到３９个聚类。由于聚类数目过多，ＣｉｔｅＳｐａｃｅ只呈现了最大的４个聚类，如图４所示。图中一条水平线表示一个聚类，显示了聚类的文献数量与时间跨度，文献节点的大小表示文献的共被引次数的多少。但４个聚类又不是完全独立的，会通过某些文献建立起联系，这些文献具有中介中心性，图中用紫色外圈标识。借助这些信息，就可以探索科学推理研究的主要研究内容及其发展进程与演进趋势。由图４可见，近段时间以来，科学推理研究有４个主要的文献共被引聚类主题，分别是Ｃａｕｓａｌｒｅａｓｏｎｉｎｇ（因果推理）、Ｂｉｏｌｏｇｙ（生物学科）、Ｌｏｗ⁃ ｅｒａｃｈｉｅｖｉｎｇｃｌａｓｓｒｏｏｍ（低年级课堂）和Ｐｒｉｏｒｋｎｏｗｌｅｄｇｅ（先验知识）。为进一步探索四个聚类的具体含义，提取了四个聚类的标签信息，见表４、图４。４７

48 集美大学学报第20卷 #O causal reasoning (2( #1 biology GREENHOOTAFA2004F00:KDE #6 lower achieving classroom #11 prior knowledge WILHHMN#故{20LA0NAw2o0 图4文献共被引网络时间线视图表4科学推理研究共被引文献聚类分析聚类序号大小平均年份标签值 Label (LLr) (物婴学uig(因果推理). cognitive development(认知发展),p aural 2009 biology(生物学科), content learning(内容学习), score(成绩), infor mation(信息), higher education(高等教育) lower achieving classroon(低年级课堂), experimentation(实验), school 龄儿童), mokken scale analysis( Mokken规模分析), dvnamic assessment(动态评估) 2004 prior knowledge(先验知识), design(设计), framework(框架), inquiry 结合图4和表4,这4个聚类主题的具体表现力的提高措施也是这方面研究的重要内容,如如下 2012年 Legare c h的研究表明,对矛盾冲突的解 1. Causal reasoning(因果推理)。这4类研究释是驱动儿童因果认知的重要机制2。中,因果推理的研究文献数量最多、持续时间最 2. biology(生物学科)。科学推理与生物学长,影响力最大。与该领域相关的关键词有认知发科联系非常紧密,研究热度和影响力仅次于因果推展、物理学科、生物学科、内容学习等。因果推理理的研究。科学推理在生物学科中涉及到的有内容能力的测量和其对科学推理能力的影响一直是该方学习、成绩、信息、高等教育等。如 Duncan R G 面的重要内容。如 Zimmerman c对关于儿童科学推等研究了学生在学习分子遗传学的概念方面的知识理能力发展的已有研究进行了回顾和综述,其中对时,如何消除错误理解概念对科学推理能力培养产有关科学推理能力因果机制的文献进行了论证分生的阻碍; MiI HwV等提出为细胞行为构析,强调了因果推理能力对中小学学生科学思维的建分子水平解释的科学推理框架,这种分子建模机影响和在科学推理能力发展过程中的重要性;制有助于学生将分子知识与细胞、器官和生物体的 khnD对《需要提高什么才能达到熟练的科学思现象联系起来。 Thompson E D等测试了学生的维》的研究表明,具有较强的因果推理能力,是ACT数学考试(ACT-M)成绩和 Lawson科学推成熟的科学思维的重要表现; Croker s等研究理能力课堂测试(SR)成绩,评估了用两项成绩了真实的任务环境中儿童的科学推理能力,讨论了预测学生的一门生物学入门专业课程学习成果的有证据、参与者的信念和因果机制的知识对检验假设效性,逻辑回归分析结果表明,可以用两项成绩来策略产生的影响。结果表明,语境和先验知识有效地预测学生在这门课中的学习成果,研究结果在儿童的科学推理中起着重要的作用。因果推理能将有助于这门课程的开展投稿网址:htp:∥/ xuebaobangong jmu.ed.cn/jkb

集美大学学报第２０卷投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ｘｕｅｂａｏｂａｎｇｏｎｇ􀆰 ｊｍｕ􀆰 ｅｄｕ􀆰 ｃｎ／ｊｋｂ／图４文献共被引网络时间线视图表４科学推理研究共被引文献聚类分析聚类序号大小平均年份标签值Ｌａｂｅｌ（ＬＬＲ）０２８２００７ｃａｕｓａｌｒｅａｓｏｎｉｎｇ（因果推理），ｃｏｇｎｉｔｉｖｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ（认知发展），ｐｈｙｓｉｃｓ（物理学科），ｂｉｏｌｏｇｙ（生物学科），ｃｏｎｔｅｎｔｌｅａｒｎｉｎｇ（内容学习）１１９２００９ｂｉｏｌｏｇｙ（生物学科），ｃｏｎｔｅｎｔｌｅａｒｎｉｎｇ（内容学习），ｓｃｏｒｅ（成绩），ｉｎｆｏｒ⁃ ｍａｔｉｏｎ（信息），ｈｉｇｈｅｒｅｄｕｃａｔｉｏｎ（高等教育）６１０２０１２ｌｏｗｅｒａｃｈｉｅｖｉｎｇｃｌａｓｓｒｏｏｍ（低年级课堂），ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ（实验），ｓｃｈｏｏｌｃｈｉｌｄｒｅｎ（学龄儿童），ｍｏｋｋｅｎｓｃａｌｅａｎａｌｙｓｉｓ（Ｍｏｋｋｅｎ规模分析），ｄｙｎａｍｉｃａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ（动态评估）１１４２００４ｐｒｉｏｒｋｎｏｗｌｅｄｇｅ（先验知识），ｄｅｓｉｇｎ（设计），ｆｒａｍｅｗｏｒｋ（框架），ｉｎｑｕｉｒｙｌｅａｒｎｉｎｇ（探究性学习），ｃｏｍｐｕｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ（计算机模拟）结合图４和表４，这４个聚类主题的具体表现如下：１．Ｃａｕｓａｌｒｅａｓｏｎｉｎｇ（因果推理）。这４类研究中，因果推理的研究文献数量最多、持续时间最长，影响力最大。与该领域相关的关键词有认知发展、物理学科、生物学科、内容学习等。因果推理能力的测量和其对科学推理能力的影响一直是该方面的重要内容。如ＺｉｍｍｅｒｍａｎＣ对关于儿童科学推理能力发展的已有研究进行了回顾和综述，其中对有关科学推理能力因果机制的文献进行了论证分析，强调了因果推理能力对中小学学生科学思维的影响和在科学推理能力发展过程中的重要性［２５］；ＫｕｈｎＤ对《需要提高什么才能达到熟练的科学思维》的研究表明，具有较强的因果推理能力，是成熟的科学思维的重要表现［２６］；ＣｒｏｋｅｒＳ等研究了真实的任务环境中儿童的科学推理能力，讨论了证据、参与者的信念和因果机制的知识对检验假设策略产生的影响［２７］。结果表明，语境和先验知识在儿童的科学推理中起着重要的作用。因果推理能力的提高措施也是这方面研究的重要内容，如２０１２年ＬｅｇａｒｅＣＨ的研究表明，对矛盾冲突的解释是驱动儿童因果认知的重要机制［２８］。２．Ｂｉｏｌｏｇｙ（生物学科）。科学推理与生物学科联系非常紧密，研究热度和影响力仅次于因果推理的研究。科学推理在生物学科中涉及到的有内容学习、成绩、信息、高等教育等。如ＤｕｎｃａｎＲＧ等研究了学生在学习分子遗传学的概念方面的知识时，如何消除错误理解概念对科学推理能力培养产生的阻碍［２９］；ＭｉｌＭＨＷＶ等提出为细胞行为构建分子水平解释的科学推理框架，这种分子建模机制有助于学生将分子知识与细胞、器官和生物体的现象联系起来［９］。ＴｈｏｍｐｓｏｎＥＤ等测试了学生的ＡＣＴ数学考试（ＡＣＴ－Ｍ）成绩和Ｌａｗｓｏｎ科学推理能力课堂测试（ＳＲ）成绩，评估了用两项成绩预测学生的一门生物学入门专业课程学习成果的有效性，逻辑回归分析结果表明，可以用两项成绩来有效地预测学生在这门课中的学习成果，研究结果将有助于这门课程的开展［３０］。４８

第3期秦晓阳,等:近20年科学推理研究的进展与趋势 49 3. Lower achieving classroom(低年级课堂)。语言方面的表现优于男孩,男孩在科学和推理方面相比于“因果推理”和“生物学科”,“低年级课表现出色{3;且科学推理能力的测量结果可以用堂”是一个新兴的聚类主题并延续至今,近年来来预测科学成绩,而语言成绩则更多得受性别等因对低年级课堂中学生科学推理能力的研究引起了广素的影响。泛的关注,成为科学推理研究的前沿主题。该领域 4. Prior knowledge(先验知识)。关于“先验的热点关键词有实验、学龄儿童、 Mokken规模分知识”的研究主要集中在2004-—2008年之间,近析、动态评估等。相关研究有: Mayer D等对55期的研究热度有所减弱。该领域涉及到的有设计、名四年级学生在科学推理的四个方面(理解科学框架、探究性学习、计算机模拟等。 Zeineddin a 的本质、理解理论、设计实验和解释数据)的表等对大学理科学生的认识论信念(EC)与科学推现进行了研究,并对这些学生的科学推理能力进行理能力之间的关系进行了研究,过程中将先验知识了评估和建模,研究结果将有助于解释小学生的科作为了一个干预变量,研究结果显示:大学理科学学推理能力存在个体差异的原因。 Piekny J等对生的先验知识和认识论信念之间没有相互作用;认共23名4岁到13岁的儿童的科学推理能力进行识论信念越高,科学推理的质量就越高;当认识论了研究,主要研究了生成假设能力、实验能力和证信念较弱时,先验知识对科学推理的影响更强。据评估能力的发展,并讨论了研究结果对设计幼儿 Croker s等在对真实任务环境中儿童的科学推理能科学教育概念的意义。 Kuhn J T等对性别、科力进行研究时,发现先验知识在儿童的科学推理中学推理能力和学习成绩(科学和语言成绩)之间起着重要的作用((见表5) 的关系进行了多层次分析,分析结果表明,女孩在表5科学推理研究领域突现文献序号作者文献名年份被引频次突现值 The development of scientific thinking skills in elementary and middle school 2007 5.68 中小学科学思维能力的发展 The development of scientific reasoning in Schauble knowledge-rich contexts 3.87 知识丰富背景下科学推理的发展 Theory and evidence: The development of Koslowski B cientific reasoning 理论与证据:科学推理的发展 Developing elementary science skills: Instructional trand-cary M effectiveness and path independence 2008 发展基础科学技能:教学有效性与途径独立性 Scientific reasoning in early and middle childhood The development of domain-general evidence evaluation mentation. and h ation skills 儿童早期和中期的科学推理:领域一般证据评价实验和假设生成技能的发展 Guideposts? Developmental nd science education 约束或控制指标?发展心理学与科学教育 cientific re a real-world context. The Croker s effect of prior belief and outcome on childrens 真实世界中的科学推理:先验信念的影响 Scientific reasoning in elementary school children Assessment and relations with 2014 1.97 小学生科学推理:评价与认知能力的关系投稿网址:htp:∥/ xuebaobangong jmu.ed.cn/jkb

第３期秦晓阳，等：近２０年科学推理研究的进展与趋势投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ｘｕｅｂａｏｂａｎｇｏｎｇ􀆰 ｊｍｕ􀆰 ｅｄｕ􀆰 ｃｎ／ｊｋｂ／３．Ｌｏｗｅｒａｃｈｉｅｖｉｎｇｃｌａｓｓｒｏｏｍ（低年级课堂）。相比于 “因果推理” 和 “生物学科”， “低年级课堂” 是一个新兴的聚类主题并延续至今，近年来对低年级课堂中学生科学推理能力的研究引起了广泛的关注，成为科学推理研究的前沿主题。该领域的热点关键词有实验、学龄儿童、Ｍｏｋｋｅｎ规模分析、动态评估等。相关研究有：ＭａｙｅｒＤ等对５５名四年级学生在科学推理的四个方面（理解科学的本质、理解理论、设计实验和解释数据）的表现进行了研究，并对这些学生的科学推理能力进行了评估和建模，研究结果将有助于解释小学生的科学推理能力存在个体差异的原因［１１］。ＰｉｅｋｎｙＪ等对共２２３名４岁到１３岁的儿童的科学推理能力进行了研究，主要研究了生成假设能力、实验能力和证据评估能力的发展，并讨论了研究结果对设计幼儿科学教育概念的意义［１３］。ＫｕｈｎＪＴ等对性别、科学推理能力和学习成绩（科学和语言成绩）之间的关系进行了多层次分析，分析结果表明，女孩在语言方面的表现优于男孩，男孩在科学和推理方面表现出色［３１］；且科学推理能力的测量结果可以用来预测科学成绩，而语言成绩则更多得受性别等因素的影响。４．Ｐｒｉｏｒｋｎｏｗｌｅｄｇｅ（先验知识）。关于 “先验知识” 的研究主要集中在２００４—２００８年之间，近期的研究热度有所减弱。该领域涉及到的有设计、框架、探究性学习、计算机模拟等。ＺｅｉｎｅｄｄｉｎＡ等对大学理科学生的认识论信念（ＥＣ）与科学推理能力之间的关系进行了研究，过程中将先验知识作为了一个干预变量，研究结果显示：大学理科学生的先验知识和认识论信念之间没有相互作用；认识论信念越高，科学推理的质量就越高；当认识论信念较弱时，先验知识对科学推理的影响更强［７］。ＣｒｏｋｅｒＳ等在对真实任务环境中儿童的科学推理能力进行研究时，发现先验知识在儿童的科学推理中起着重要的作用［２７］（见表５）。表５科学推理研究领域突现文献序号作者文献名年份被引频次突现值１ＺｉｍｍｅｒｍａｎＣＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｔｈｉｎｋｉｎｇｓｋｉｌｌｓｉｎｅｌｅｍｅｎｔａｒｙａｎｄｍｉｄｄｌｅｓｃｈｏｏｌ中小学科学思维能力的发展２００７２１５􀆰 ６８２ＳｃｈａｕｂｌｅＬＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅａｓｏｎｉｎｇｉｎｋｎｏｗｌｅｄｇｅ⁃ｒｉｃｈｃｏｎｔｅｘｔｓ知识丰富背景下科学推理的发展１９９６１０３􀆰 ８７３ＫｏｓｌｏｗｓｋｉＢＴｈｅｏｒｙａｎｄｅｖｉｄｅｎｃｅ：Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅａｓｏｎｉｎｇ理论与证据：科学推理的发展１９９６６３􀆰 ５６４Ｓｔｒａｎｄ⁃ｃａｒｙＭＤｅｖｅｌｏｐｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔａｒｙｓｃｉｅｎｃｅｓｋｉｌｌｓ：Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｌｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｐａｔｈｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ发展基础科学技能：教学有效性与途径独立性２００８５２􀆰 ６８５ＰｉｅｋｎｙＪＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅａｓｏｎｉｎｇｉｎｅａｒｌｙａｎｄｍｉｄｄｌｅｃｈｉｌｄｈｏｏｄ：Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｄｏｍａｉｎ⁃ｇｅｎｅｒａｌｅｖｉｄｅｎｃｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ａｎｄｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｋｉｌｌｓ儿童早期和中期的科学推理：领域一般证据评价、实验和假设生成技能的发展２０１３５２􀆰 ４７６ＫｕｈｎＤＣｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｏｒＧｕｉｄｅｐｏｓｔｓ？ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｌＰｓｙｃｈｏｌｏｇｙａｎｄＳｃｉｅｎｃｅＥｄｕｃａｔｉｏｎ约束或控制指标？发展心理学与科学教育１９９７４２􀆰 ３６７ＣｒｏｋｅｒＳＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅａｓｏｎｉｎｇｉｎａｒｅａｌ⁃ｗｏｒｌｄｃｏｎｔｅｘｔ：Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐｒｉｏｒｂｅｌｉｅｆａｎｄｏｕｔｃｏｍｅｏｎｃｈｉｌｄｒｅｎ’ ｓｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓ⁃ｔｅｓｔｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ真实世界中的科学推理：先验信念的影响２０１１７２􀆰 ０１８ＭａｙｅｒＤＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃｒｅａｓｏｎｉｎｇｉｎｅｌｅｍｅｎｔａｒｙｓｃｈｏｏｌｃｈｉｌｄｒｅｎ：Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔａｎｄｒｅｌａｔｉｏｎｓｗｉｔｈｃｏｇｎｉｔｉｖｅａｂｉｌｉｔｉｅｓ小学生科学推理：评价与认知能力的关系２０１４４１􀆰 ９７４９

集美大学学报第20卷对共被引文献进行突发主题检测,在一段时间引突现的时间、趋势以及突现值高低的角度,来深内受到重视的文献用具备高突现性的节点表示,通度剖析科学推理研究领域的前沿文献,将研究前沿过显示这些节点的共被引历史,可以査询这些文献划分为增强型研究前沿、渐微型研究前沿和最新型的被引年度分布以及突发性出现的年份。从文献被研究前沿三种不同类型。 ZIMMERMAN C STRAND-CARY M, 2008 CROKER S, 2011 频次年份图5增强型研究前沿节点文献被引历史 (1)增强型研究前沿。所谓增强型研究前沿,在设计实验和做出有效推断方面成绩更佳。在是指具备高突现性且被引频次整体处于上升趋势的发现学习条件下,只有百分之二十三的学生能够掌节点文献所反映的硏究主题。通过对增强型硏究前握CVS策略,且所有掌握这一策略的学生,无论沿节点文献的被引历史折线图(如图5)进行分学习条件如何,在迁移任务中的得分都较高。析,发现第一个增强型硏究前沿节点文献是位于突 Strand- cary M探讨了不同教学类型对中学科学中现值第一位、“因果推理”聚类主题下的 Zimmer--“变量控制策略”(CVS)的掌握的影响,研究得 manC发表的《中小学科学思维能力的发展》出了两个主要结果,这两个结果都复制和部分扩展文。文章对关于实验技能、证据评估、因果推了 Klahr和 Nigam在早期的研究工作。首先在这三理和自我指导实验(SDE)的儿童科学推理发展进个年级的水平上,在显性条件下学习CVS的孩子行研究的大量文献进行综述,经过分析发现,这些掌握的水平比在探索性条件下要高。其次,同样重研究特別关注有关自然和社会世界的概念和理论的要的是,掌握了CVS策略的学生在迁移任务中的思维形成和儿童的推理技巧等问题,最后研究者在表现要更好。分析的基础上对“孩子们如何学习科学”和“认突现值位于第七位、在“先验知识”聚类主知发展研究如何为科学教学和学习提供信息”阐题下的《真实世界中的科学推理:先验信念的影述了观点。这篇综述性文献是科学推理硏究领域的响》是第三个增强型硏究前沿节点文献,其于重要知识基础文献。 201年由 Croker s等发表叫。文章在现实世界的第二个增强型研究前沿的文献是 Strand-cary口腔健康背景下硏究了先验知识等对科学推理信念 M于2008年发表的《发展基础科学技能:教学有的影响。研究中,给予参与者假设检验任务并要求效性与途径独立性》,这篇文章位于突现值的第四他们解释自己的答案,研究者向参与者提供的信息位。变量控制策略( Control of Variables Strategy),与他们自己的信念一致或不一致。最后通过考虑因简称CⅤS策略,是科学推理中的一项重要的学习果变量的合理性来解释参与者在这些任务上的表策略。 Klahr和 Nigam在早期的研究中考察了现。变量控制策略用于检验证据与参与者的信念和 CVS的直接教学和发现学习的结果,研究发现在直因果机制知识一致的情况下的假设。相反,当证据接教学条件下的学生更可能掌握CⅤS策略,而且与参与者的信念不一致时,儿童选择操纵可能导致投稿网址:htp:∥/ xuebaobangong jmu.ed.cn/jkb

集美大学学报第２０卷投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ｘｕｅｂａｏｂａｎｇｏｎｇ􀆰 ｊｍｕ􀆰 ｅｄｕ􀆰 ｃｎ／ｊｋｂ／对共被引文献进行突发主题检测，在一段时间内受到重视的文献用具备高突现性的节点表示，通过显示这些节点的共被引历史，可以查询这些文献的被引年度分布以及突发性出现的年份。从文献被引突现的时间、趋势以及突现值高低的角度，来深度剖析科学推理研究领域的前沿文献，将研究前沿划分为增强型研究前沿、渐微型研究前沿和最新型研究前沿三种不同类型。图５增强型研究前沿节点文献被引历史（１）增强型研究前沿。所谓增强型研究前沿，是指具备高突现性且被引频次整体处于上升趋势的节点文献所反映的研究主题。通过对增强型研究前沿节点文献的被引历史折线图（如图５）进行分析，发现第一个增强型研究前沿节点文献是位于突现值第一位、 “因果推理” 聚类主题下的Ｚｉｍｍｅｒ⁃ ｍａｎＣ发表的《中小学科学思维能力的发展》一文［２５］。文章对关于实验技能、证据评估、因果推理和自我指导实验（ＳＤＥ）的儿童科学推理发展进行研究的大量文献进行综述，经过分析发现，这些研究特别关注有关自然和社会世界的概念和理论的思维形成和儿童的推理技巧等问题，最后研究者在分析的基础上对 “孩子们如何学习科学” 和 “认知发展研究如何为科学教学和学习提供信息” 阐述了观点。这篇综述性文献是科学推理研究领域的重要知识基础文献。第二个增强型研究前沿的文献是Ｓｔｒａｎｄ－ｃａｒｙＭ于２００８年发表的《发展基础科学技能：教学有效性与途径独立性》，这篇文章位于突现值的第四位。变量控制策略（ＣｏｎｔｒｏｌｏｆＶａｒｉａｂｌｅｓＳｔｒａｔｅｇｙ），简称ＣＶＳ策略，是科学推理中的一项重要的学习策略［３２］。Ｋｌａｈｒ和Ｎｉｇａｍ在早期的研究中考察了ＣＶＳ的直接教学和发现学习的结果，研究发现在直接教学条件下的学生更可能掌握ＣＶＳ策略，而且在设计实验和做出有效推断方面成绩更佳［３３］。在发现学习条件下，只有百分之二十三的学生能够掌握ＣＶＳ策略，且所有掌握这一策略的学生，无论学习条件如何，在迁移任务中的得分都较高。Ｓｔｒａｎｄ－ｃａｒｙＭ探讨了不同教学类型对中学科学中 “变量控制策略” （ＣＶＳ）的掌握的影响，研究得出了两个主要结果，这两个结果都复制和部分扩展了Ｋｌａｈｒ和Ｎｉｇａｍ在早期的研究工作。首先在这三个年级的水平上，在显性条件下学习ＣＶＳ的孩子掌握的水平比在探索性条件下要高。其次，同样重要的是，掌握了ＣＶＳ策略的学生在迁移任务中的表现要更好。突现值位于第七位、在 “先验知识” 聚类主题下的《真实世界中的科学推理：先验信念的影响》是第三个增强型研究前沿节点文献，其于２０１１年由ＣｒｏｋｅｒＳ等发表［３４］。文章在现实世界的口腔健康背景下研究了先验知识等对科学推理信念的影响。研究中，给予参与者假设检验任务并要求他们解释自己的答案，研究者向参与者提供的信息与他们自己的信念一致或不一致。最后通过考虑因果变量的合理性来解释参与者在这些任务上的表现。变量控制策略用于检验证据与参与者的信念和因果机制知识一致的情况下的假设。相反，当证据与参与者的信念不一致时，儿童选择操纵可能导致５０

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