基于CiteSpace可視化的化學思維研究熱點分析

范帆 李一梅

摘要：化學思維是學生在化學學習中形成的一種具有化學學科特色的思維方式，通過化學思維培養，讓學生可以更好理解物質世界。利用中國知網數據庫對國內有關化學思維研究的文獻進行統計分析；將有關數據導入到CiteSpace軟件中進行可視化分析，并探尋研究熱點及趨勢。發現化學思維研究在中學化學教學中的應用是當前的熱點及趨勢，化學思維在深度學習和實際生產生活中所起的作用是當前化學思維研究中的前沿問題。

關鍵詞：化學思維；CiteSpace；文獻計量；可視化分析

文章編號：10056629（2023）06002006中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

化學思維可以幫助學生更加深入的了解化學知識，形成認識物質的一般方法?；瘜W學科核心素養中“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”等要求包含了化學思維的特點^［1］。許多學者在對化學思維的含義、分類、形成，以及化學思維的培養相關的教學設計等方面做了分析及研究。雖有些學者針對“化學思維”研究進行文獻綜述，對于化學思維的相關文獻未見有可視化分析?；诳梢暬治龅奈墨I綜述可以清晰地展現出該研究的發展脈絡與當前發展熱點。因此，本文以科學知識圖譜的形式，對化學思維的研究熱點進行統計分析，展現近20年來國內學者對化學思維的研究及發展趨勢，為進一步發展和研究化學思維及應用提供借鑒。

1 有關化學思維

1.1 化學思維定義

思維是一個內在的過程，是一種指向問題解決的間接和概括的認知過程^［2］?；瘜W思維是學生在化學學習過程中，通過對物質的組成、性質、結構、變化和相互聯系的研究，所形成的一種特殊認知過程的思維活動^［3］。通過這種思維活動，學生可以像化學家一樣進行思考，解決在化學學習中遇到的困難，引發學生進行深層次的思考，促進高階思維的發展。在化學教學過程中，引導學生在化學學習中通過推理、驗證等方法形成化學思維，可以幫助學生深入理解化學學科本質，同時將化學思維運用于生活當中，有利于學生解決真實情境問題，達到培養和提高學生化學學科核心素養的目的。

1.2 化學思維結構

不同學者從不同的角度出發，分別闡述了化學思維的組成結構。國外學者在化學思維結構的研究中，普遍注重化學思維的目的性與工具性。Banks等（2015）從實際應用角度提出了化學思維框架由六部分組成，分別是化學特性、結構性質關系、化學因果關系、化學機理、化學控制、收益成本風險^［4］。Talanquer（2021）認為化學思維是理解物質世界并對其產生作用的強大工具，化學思維是多面的，為支持“多面化學思維”的發展，提出了六個推理維度，分別是粒度、維度、框架、基礎、模式和焦點^［5］。

國內學者對化學思維結構的研究較為細化，從化學實驗思維以及化學創造性思維等方面對化學思維結構進行劃分。鄧永財（2004）提出中學化學實驗思維能力由化學實驗思維的內容和材料、思維的過程和方法、思維的結果以及思維的品質、監控、行為習慣等6個主要要素構成^［6］。司馬蘭等（2010）在化學學科能力的基本理論問題研究中將化學思維能力概括為五項：應用能力、創造能力、三維想象能力、評價能力和計算能力^［7］。

可見，國外學者較為注重化學思維帶來的收益等現實作用，對于國內外學者來說，則更注重在教學中提高化學思維。無論是國外還是國內學者對化學思維結構的研究都包含三個方面，分別是化學學科特色、化學問題解決過程以及思維的結果。結構決定性質是化學常識，對于化學思維研究來說也是如此，化學思維結構如何，影響化學思維如何指導人們認識、學習化學。目前對于化學思維結構仍沒有相對統一的說法，對化學思維結構研究也仍在持續進行中。

2 數據來源與研究方法、工具

可視化分析方法是通過可視化工具促進分析推理的一種方法。在可視化分析中，通過可視化工具獲取大量數據，經過數據分析將研究領域的組成結構、研究熱點以及發展趨勢等方面以可視化的方式呈現出來，以此將研究領域的發展動態清晰展現出來。因而本文采用文獻計量法和可視化分析方法，通過CiteSpace軟件演繹化學思維研究的演進路徑，提供經典文章，為后續研究提供借鑒。

文獻數據主要來源于中國知網（CNKI）數據庫，為了查全查準有關化學思維研究的文獻，在中國知網中使用高級檢索方法，檢索途徑設為“主題”“分類號”和時間限定進行布爾邏輯組配檢索，其中檢索主題設為“化學思維”，分類號設為“G633.8”，檢索時間設為“2002～2022年（近20年）”，通過篩選，將會議通知、習題以及其他無關文獻刪除之后，共得到精確檢索結果4614篇文獻量。

利用CiteSpace 6.1R1，軟件與中國知網數據庫相結合進行分析，對有關化學思維研究的文獻進行提取，并且對近20年來國內外化學思維的相關研究進行可視化分析，具體對關鍵詞進行共現和突現分析，探尋國內外有關化學思維這一領域的研究熱點及趨勢。

3 化學思維研究的文獻統計分析

文獻統計分析是通過數學統計方法來描述文獻的數量變化及其變化規律的一種分析方法^［8］。通過分析化學思維研究文獻的時間與空間分布，找出化學思維研究文獻發表數量的變化規律，可以看出這個研究主題的發展現狀以及興衰起伏。

利用中國知網中檢索了近20年有關化學思維的研究文章，統計顯示，2002～2022年國內發表化學思維相關文獻4614篇（截止到2022年8月），其中會議論文111篇，學位論文359篇，期刊論文4144篇，國內有關“化學思維”研究的發文量趨勢如圖1所示。

從圖中可以看出，早在2002～2008年期間，我國對于化學思維的研究正處于起步階段，發文量相對較少，在這一時期，化學與思維的聯系較為密切，研究者們已經注意到在化學課程中培養學生思維的重要性。在2008～2014年，化學思維在我國的研究蓬勃發展起來，文章的增長速度較快，在2012年舉辦首屆“新課程中學化學思維課堂教學研究及實踐成果交流會議”之后，我國對化學思維的研究的發文量一直處于持續上升階段。2014年至今對于化學思維的研究熱度一直在增加，在2017版普通高中化學課程標準頒布之后，新版課程標準在課程目標、課程內容（強調在實驗過程中的高級思維過程、發展學生思維能力等）、學業質量水平等方面均提到化學學習中的思維方式?；谠诨瘜W學科中對思維方式的重視，更多的學者對化學思維的研究更加關注，研究文獻處于急劇上升趨勢。

總體來看，國內化學思維研究的熱度在持續上升，有關化學思維的理論研究處于平穩上升階段，從圖中看近兩年的曲線有所下降，可能有兩方面的原因：一是最新文獻收錄的滯后；二是通過梳理近兩年文章發現，有關化學思維研究的文章的關鍵詞逐漸出現分歧，不僅包含化學思維涵義、結構等研究，還演化為化學批判性思維、化學高階思維、化學推理思維等方面的研究，說明化學思維的研究領域在不斷拓展，未來會向更深層次的方向進行研究。

4 化學思維研究熱點與演進趨勢分析

通過研究熱點與演進趨勢分析可以看出一個研究領域的前進方向。借助CiteSpace軟件對國內化學思維研究熱點與演進趨勢進行分析，梳理研究現狀與研究脈絡，可為后續研究提供參考。

4.1 化學思維研究熱點分析

將中國知網收集的數據以Refworks格式導出保存。將其導入CiteSpace6.0R1軟件，對文獻數據進行關鍵詞聚類分析，結果如圖2所示。該圖譜的Q=0.4511>0.3，S=0.7878>0.7，因此該聚類譜圖可信。

由圖2可知，共得到12個聚類，分別是#0高中化學、#1化學思維、#2化學解題、#3思維品質、#4核心素養、#5思維能力、#6化學實驗、#7思維障礙、#8思維導圖、#9化學教學、#10思維模型以及#11初中化學。由于這些聚類詞有重復、相近的詞語，因此，對這12大聚類進行歸類。#0高中化學、#9化學教學、#11初中化學，這些關鍵詞表明化學思維研究在教學中應用較多，因此將這些關鍵詞歸為第一類即化學思維在教學中的應用研究；通過梳理文獻發現有關核心素養關鍵詞的文章多數將培養化學思維作為促進化學學科核心素養的一種方式，因此將#4核心素養歸為第二類即化學思維對化學學科核心素養的促進研究；#2化學解題、#6化學實驗、#8思維導圖這三個關鍵詞均為化學思維的培養方法，因此將它們歸為第三類即化學思維的培養方法研究；最后將#3思維品質、#5思維能力、#7思維障礙、#10思維模型歸為第四類即化學思維系統研究。由于“化學思維”是研究主題，因此“化學思維”這一關鍵詞在統計分析中出現的頻率非常高，因此在聚類分析中不作解釋。

為了進一步探討分析化學思維研究，選取關鍵詞中心性排名靠前的10個關鍵詞（剔除了初中化學、高中化學、學生培養等與化學思維培養沒有直接關聯的詞），如表1所示。

從表1中化學思維研究的關鍵詞可以看出，在化學思維研究中較為注重三方面的研究，分別是化學思維培養方法研究、化學思維與核心素養之間的關系研究、思維類型及其高階思維研究。綜合以上分析，化學思維的相關研究主要有以下四個方面，分別是“化學思維在教學中的應用研究”“化學思維對化學學科核心素養的促進研究”“化學思維的培養方法研究”以及“化學思維系統研究”。

4.1.1 化學思維在教學中的應用研究

化學思維的研究大多聚焦在中等化學教育教學領域中，許多學者針對化學思維的培養進行了教學設計以及教學實踐研究。李曉、王后雄等人認為化學符號可以促進化學思維能力的發展，化學用語類符號幫助學生建構化學概念與知識，化學實驗儀器類符號促進學生對實驗儀器原理的認識，化學模型類符號與化學問題相互作用促進空間思維能力、問題解決能力以及邏輯思維能力等的提升^［9］。經志俊、李明星基于觀念建構進行教學設計，通過實驗探究突出思維特征，在發展思維的過程中建構觀念，從而使學生自主建構核心概念^［10］。楊先通、王強認為化學實驗的課堂教學應將培養學生的創造性思維作為重要目標，基于DIIEE模型即“發現解釋設想實驗改進”模式，構建了培養學生化學創造性思維的化學課堂教學模式，讓學生基于真實問題情境，發現問題，解釋問題，進行頭腦風暴，再基于條件優化方案，進行實驗探究，最后反思總結，提高思維水平^［11］。

由此可見化學思維的研究逐步從理論走向實踐。在教學應用中，通過一系列手段提高化學思維最終目的體現在化學核心觀念的構建和提高學生的問題解決能力中，在這一過程中探究性實驗是必不可缺的方法。在教學過程中，教師要有意識地根據實際情況，依據教學標準，引導學生在發現問題、質疑問題、解決問題的過程中提高化學思維能力，認識化學物質變化的根本規律。

4.1.2 化學思維對化學學科核心素養的促進研究

新版課程標準頒布以后，化學思維與化學學科核心素養之間關系的研究受到研究者的關注。吳俊明認為化學思維是化學學科核心素養的核心成分和基本保證，可以幫助學生形成正確概念，發展化學能力，養育必備品格^［12］。孫重陽認為化學思維是學習化學知識所必備的基本思維能力，在化學思維的指導下，學生可以形成化學思維能力，在新的情境下能夠通過邏輯推理與分析形成證據推理與模型認知的化學學科核心素養^［13］。劉存芳、楊鳳陽等人將化學思維作為評價化學學科核心素養的一級指標，又在化學思維下設置二級指標，從分析假設、推理論證以及探究創新三個方面來評價化學思維能力，這與布魯姆的教育目標分類學中對高階思維能力的劃分一致^［14］。

思維的發展同時意味著能力的提升。無論是宏觀辨識與微觀探析還是證據推理與模型認知以及變化觀念與平衡思想等核心素養，簡單來說都是在化學學習中形成的一種獨有的思維方式。由此看來化學思維是養成化學學科核心素養的基石，培養與提高化學思維是促進化學學科核心素養的重要途徑，同時化學思維的提高是印證化學學科核心素養形成的重要條件。

4.1.3 化學思維的培養方法研究

當前，對于化學思維的培養方法主要有三種，分別是化學解題、化學實驗以及思維導圖，所以將以上聚類詞歸為一類。在傳統的化學教學中，教師通常采用題海戰術來幫助學生鞏固化學知識，強化記憶。

一些學者提出利用思維導圖或假設的方法來幫助學生完成解題，在解題過程中培養學生的思維能力。也有學者提出利用不同的方法解決問題即一題多解的方式來打破思維定勢?？偟膩碚f，利用化學習題培養化學思維是一種行之有效且簡單易行的方式，但在使用中要注意習題質量，挑選具有思維性的習題。

實驗是一種動手與動腦相結合的教學方式，可將知識轉化成技能，將技能轉化成能力，而實驗設計能力就是最具創造性的部分，極大地體現出了學生所具備的創新思維^［15］。通過化學實驗，學生對認識化學物質的思路有更加清晰的理解，在預測現象、進行實驗、實驗驗證的過程中形成化學思維。思維導圖模擬人腦思維運作方式，利用層次圖展示不同層次的主題關系，促使人類左右腦同時發揮思維記憶作用，以脈絡狀分別延伸，最終形成樹狀思維^［16］。

由于中學學習的化學知識繁雜，涉及到多個化學研究領域，將思維導圖應用到化學學習當中，學生可以根據一個知識點進行輻射性的思考，將認識思路進行整理，找到不同物質之間的關聯，對物質的性質以及轉化有更深層次的理解。同時許多研究者也通過打造思維型化學課堂，以達到訓練學生思維、促進學生深度學習的目的。

4.1.4 化學思維系統研究

化學思維系統主要包括化學思維品質、化學思維能力、化學思維障礙以及化學思維模型四個方面。吳星、梅婷婷等人在化學思維品質方面進行相關研究，認為化學思維品質具有化學學科的個性化內容，主要包括思維的靈活性、深刻性、獨創性、批判性以及敏捷性五個方面，并且化學學習興趣以及化學學業成績等因素與化學思維品質存在顯著相關^［17］。

提升化學思維能力有助于學生理解化學概念，培養化學邏輯思維能力。如陸軍提到化學思維能力直接影響觀察、實驗和問題解決等其他能力的實踐結果。培養化學思維能力應加強一般思維的訓練，重視三維表征教學，注意課程知識之間的遞進關系^［18］。錢華總結了化學思維障礙的表現及突破方法，化學思維障礙具體表現在化學思維的膚淺性、呆板性以及消極性，若要突破化學思維障礙，需激發學習化學的興趣、應用開放性的試題和題目變式、誘導學生暴露原有觀念從而培養思維的嚴密性，減少思維定勢的影響^［19］?；瘜W思維模型的建立能夠為化學教學以及化學學習提供便利，為今后化學思維的培養提供參考。宋詩鵬與宮麗江借助系統思維建立了系統化學思維模型，主要有五個步驟，分別是明確概念、確定分配、辨析層次、設計情景活動和反思總結以促進系統化學思維模型的建立^［20］。

通過抓取關鍵詞，發現有關化學思維研究中，較為注重的有創新思維、發散思維、逆向思維以及高階思維四個方面。發散思維的最終目的是提升學生的創造能力，即發散思維是促進創造思維發展的一種手段。逆向思維是解決問題的一種思維方式，是提高問題解決能力和反思總結能力的一種有效手段。在思維水平中包含分析、評價、創造三種高階思維能力，因此歸根結底，提升化學思維能力是思維的進階，即培養提升高階思維能力。

4.2 化學思維研究趨勢分析

對國內化學思維研究進行突現分析，突現詞是指在集中一段時間內大量爆發的關鍵詞，如果關鍵詞的突現沒有一直持續，說明該關鍵詞所代表的研究方向持續了一段時間，并沒有成為未來發展的趨勢。因此截取了自2018年以來突現強度大且突現一直持續至今的關鍵詞，用以預測化學思維研究的發展趨勢，如表2。

從表2中可以看出突現強度最大的關鍵詞為“核心素養”，化學思維能夠提升學生化學思想觀念建構以及化學問題解決等能力，促進化學學科核心素養的形成，“模型認知”是化學學科核心素養中的一個重要素養，養成化學思維，通過分析推理等方法建立認知模型是一個重要途徑。因此化學思維與核心素養之間的關系一直是研究的熱點問題。

近年來在國內化學思維的研究已經進入到實踐階段，且目前仍在繼續進行。深度學習需要教師與學生全身心地參與到課堂中，在化學教學中，培養學生的化學思維，使學生深入理解化學學科本質，全身心投入化學學習中，這與深度學習理論不謀而合。

從以上分析中可得，在國內化學思維研究中，化學思維的研究逐漸進入了實踐階段。在理論研究中深度學習以及化學學科核心素養的養成是當前的研究熱點。

5 結論與展望

經以上分析可得，當前化學思維研究主要側重于中等化學教育，對于將化學思維應用于現實生活中則少有提及，但是國內的化學思維研究范圍較為廣泛，研究方式多樣，對化學思維的內涵、結構、培養方法等方面進行了系統性研究?；瘜W思維如何促進學生思維能力提升，促進化學學科核心素養的養成已經成為當前研究熱點。其次，化學思維的應用研究即化學思維在實際生產生活中的應用是今后的研究方向。最后，化學思維研究的方向始終與核心素養以及化學課程標準相一致，深度學習與化學思維之間的聯系以及高階思維的培養也是當前的研究前沿。若要實現深度學習，就要進行思維教學，培養學生良好的思維方式。希望未來研究可以提供更多有關構建培養化學思維的教學模式以及評價化學思維的工具等方面的成果，為教育實踐研究提供更多的理論支持。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［S］. 北京：人民教育出版社，2020：3～4.

［2］汪圣安. 思維心理學［M］. 上海：華東師范大學出版社，1992：2～3.

［3］［12］吳俊明. 關注化學思維 研究化學思維［J］. 化學教學，2020， （3）：3～10，49.

［4］BANKS G，CLINCHOT M，CULLIPHER S，et al. Uncovering chemical thinking in students' decision making：a Fuel-Choice scenario ［J］. Journal of Chemical Education，2015，92（10）：1610～1618.

［5］LANDA I，WESTBROEK H，JANSSEN F，et al. Scientific perspectivism in Secondary-School chemistry education integrating concepts and skills in chemical thinking ［J］. Science & Education，2020，29（5）：1361～1388.

［6］鄧永財. 試論中學化學實驗思維能力的結構與構建［J］. 課程·教材·教法，2004， （10）：53～58.

［7］司馬蘭，王后雄，王敏. 化學學科能力的基本理論問題研究［J］. 中國考試，2010， （5）：3～11.

［8］邱均平. 文獻統計方法及其應用［J］. 圖書情報知識，1987， （1）：27～30.

［9］李曉，王后雄，毛齊明. 化學符號對化學思維能力發展的教學功能研究［J］. 化學教育，2013，34（10）：36～38.

［10］經志俊，李明星. 凸顯化學思維特征 順勢建構化學觀念——基于觀念建構的“離子反應及其發生的條件”課堂教學設計［J］. 化學教與學，2014， （1）：11～14.

［11］楊先通，王強. 基于DIIEE模型培養創造性思維的化學課堂教學設計——以“水的凈化”為例［J］. 化學教學，2021， （7）：52～56.

［13］孫重陽. 哲學視野下的化學核心素養現狀分析與培養策略研究［J］. 中學化學教學參考，2018， （Z1）：5～8.

［14］劉存芳，楊鳳陽，劉民利等. 高中化學核心素養評價指標體系的建構［J］. 化學教與學，2019， （7）：2～5.

［15］李堅強. 初中化學實驗教學中培養學生創新思維能力研究［J］. 當代家庭教育，2022， （5）：32～35.

［16］張麗. 思維導圖在有機化學實驗教學中的應用［J］. 化學工程與裝備，2022， （1）：272～273，20.

［17］吳星，梅婷婷，呂琳. 高中生化學思維品質發展現狀研究［J］. 化學教育，2016，37（1）：45～51.

［18］陸軍. 化學思維及其能力培養［J］. 中小學教師培訓，2018， （6）：61～65.

［19］錢華. 淺談中學生化學思維障礙的表現及突破［J］. 化學教學，2010， （3）：25～29.

［20］宋詩鵬，宮麗紅. 中學教學中系統化學思維模型的建立——以化學反應速率影響因素為例［J］. 林區教學，2019， （2）：93～94.