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基于 CiteSpace 的生物学深度学习研究的可视化分析刘杨1肖翔鹏2苗琳琳3(1 陕西师范大学生命科学学院西安710119;2 长沙麓山国际实验学校长沙410006;3 山东省青岛第六十八中学青岛266071)摘要本文以中国知网(CNKI)数据库收录的 94 篇与中学生物学深度学习相关的学术论文为数据来源，以 CiteSpace 可视化分析软件为研究工具，梳理生物学深度学习领域的时空分布、热点共现与研究脉络。结果显示，近年来该领域发文量逐年增长;研究热点关注于学科核心素养的培养、促进深度学习、深度教学;研究前沿集中于设计策略、实验教学、核心素养。关键词中学生物学深度学习研究热点文献计量2018 年 10 月，教育部等六部门发布的关于实施基础学科拔尖学生培养计划 2 0 的意见 中明确提出“促进学生自主深度学习、建构知识体系、形成多维能力”，足见深度学习作为一种创新学习方式的重要性。深度学习(Deep Learning)的概念是针对浅层学习提出的，是指学习者在理解新的知识的基础上，对复杂概念进行建构，并形成相关的解决实际问题的能力1。深度学习强调深层次的认知过程，追求学习的持续性，以促进学习者的全面发展。中学生物学概念丰富，经常因为应试而导致学生学习仅仅停留在浅层，缺少思维方式的形成与强化。经过查阅文献发现，深度学习正成为教育研究的热点。基于此，笔者基于文献计量学方法对中学生物学深度学习的研究脉络进行可视化分析，以期为中学生物学教师研究与实践深度学习提供借鉴。1研究方法1 1数据来源笔者在中国知网(CNKI)数据库利用高级检索功能，以“生物学深度学习”为主题检索期刊，时间截至 2022 年 6 月，选择“中等教育”学科，经过筛选并排除无关文献，共检索获取相关文献 94 篇。1 2分析方法本研究主要使用文献可视化分析软件 CiteSpace 进行数据分析。CiteSpace 软件具有对文献数据进行图谱化分析的功能。本研究主要使用了该软件关键词共现、关键词突现及关键词聚类等功能。2研究结果及分析2 1年发文量分析文献的时间分布可以展现研究的发展趋势，并预测未来的发展导向。笔者经过对各文献发文年份进行统计，绘制出中学生物学深度学习文献年度分布图(图 1)。由于 2022 年发文量暂不确定，故不做分析。可以看出，发文始见于 2010 年，此后经历了几年研究空白期，但 2017 年后发文量呈现逐年增长的趋势，并在 2020 年至今呈现快速增长。查阅相关文献发现，教育部颁布的 普通高中生物学课程标准(2017 年版)提出了生物学学科核心素养。学生深度学习能力的发展与其学科素养的培育密切相关2，这促进了教师更多地关注深度学习理论。2 2高产机构分析通过对高产机构的分析，可以了图 1中学生物学深度学习研究发文量年度分布解中学生物学深度学习研究领域学术资源分布情况。据统计，共有86 个机构研究并发文。发文量在2 篇及以上的机构共有 11 个。在这 11 个机构中，高校及中学均有发文，高校均为师范院校，另外部分中学研究产出丰富。其中，发文量最多的为东北师范大学教育学部，为 4篇。从初次发文年份来看，发文量较多的机构初次发文年份均在5 年以内，再次表明深度学习近年来正逐步成为研究热点。从发文地区来看，江苏省的中学最为突出。2 3文献互引网络分析通过文献互引网络的可视化分析，可以较直观地展现文献研究主题的关系网络。以 CNKI 中文献互引网络分析功能进行可视化分析，生成文献互引网络图谱(图 2)。图 2 中每一个点代表一篇文献，点越大代表被引次数越多，点与点之间的连线代表文献之间存在引用。图 2检索文献互引网络分析对被引频次前 5 的文献进行标注并统计(表 1)，5篇文献被引量均达到了 15 次以上。其中，“深度学习理念下的有效教学设计例谈”被引量最高，检索发现，19生物学教学2023 年(第 48 卷)第 5 期该文献发文时间较早(2010 年)，引用该文献多为深度学习相关研究的硕士学位论文(52 篇)。此外，其余 4篇被引量较高的文献，发文年份均在 5 年内，且均在网络中处于较中心地位。其中，“促进深度学习的中学生物学教学策略”3 位于互引网络的核心，对于相关研究具有深远的影响。表 1检索文献中被引量前 5 文献一览表第一作者文献名称发文年份被引量点 1龚雷雨深度学习理念下的有效教学设计例谈201062点 2吴举宏促进深度学习的中学生物学教学策略201755点 3孟凡龙生命观念视域下的生物学大概念深度学习实践201919点 4朱晓燕深度学习理论在发展学生生物学学科核心素养中的实践201917点 5安云彦生物学核心素养视角下深度学习的构建2020152 4文献关键词分析关键词是反映文献核心研究内容的扼要阐述，CiteSapce 关键词共现功能可展现该领域研究热点及其相互联系。经过关键词共现分析，保留出现频次在 2 次及以上的关键词，得到关键词共现图谱(图 3)。图 3 中每个节点均代表一个关键词，节点及字体越大表示关键词出现频次越多;节点间连线表示关键词存在共现，连线越粗表示关键词间共现频率越高。对关键词相关数据进行整理，得到关键词一览表(表2)。其中，中心性表示某关键词与其他关键词的联系及其重要性。图 3中学生物学深度学习关键词共现图谱表 2中学生物学深度学习出现频次2 关键词一览表关键词频次中心性出现年份关键词频次中心性出现年份深度学习761 262010单元教学30 022020高中生物学270 632017概念教学30 032020核心素养200 372018模型建构30 012019实验教学100 32018教学策略30 012017初中生物学90 172019设计策略202010教学设计70 162019科学思维20 022019复习教学60 162019光合作用202020生物学50 082018论证式教学20 022020科学史教学40 082017表观遗传20 022021生命观念40 042019单元设计20 052021生物学教学40 012017探究实验20 012020高阶思维40 032019跨学科20 012020深度教学40 09201529生物学教学2023 年(第 48 卷)第 5 期可见，除去作为文献检索词的“深度学习”外，出现频次最高的关键词为“高中生物学”。“初中生物学”出现频次仅为“高中生物学”三分之一，联系到高中新课标已颁布 4 年有余，为研究提供了丰富的指引;“核心素养”的高频出现表明教师在如何利用深度学习培养学科核心素养有着许多研究;“实验教学”“复习教学”“科学史教学”“单元教学”及“概念教学”等关键词表明许多研究将深度学习与具体的教学内容、方法相结合，产出了众多成果。笔者对各个关键词出现的文献进行研读，总结了以下三个中学生物学深度学习研究的要点。其一，关注生物学学科核心素养的达成。新课标中概括的学科核心素养是学科育人价值的核心体现，培养学科核心素养是落实立德树人过程中不可或缺的一环。以此为指导，许多研究者开始着手将深度学习与培养学科核心素养相结合，“核心素养”出现频次仅次于“深度学习”与“高中生物学”。对于学科核心素养四个具体方面的培养也有不少更具体的研究。其二，以促进学生深度学习为导向。“教学设计”“教学策略”“设计策略”等关键词的高频出现表明如何促进深度学习一直是教师关心的问题。其中，关于促进学生深度学习的文献始见于学案问题的设计策略4，文章提出了基于深度学习的学案问题设计应注重问题的系统性、应用性及适切性。此后，对于促进深度学习的研究文献层出不穷，如创设深度学习情境5、形成深度学习评价6 以及运用教具促进深度学习7 等。与此同时，深度学习理念融合到教师教学中，指向了对深度教学的研究。其三，以深度学习为基础的深度教学。学生作为深度学习的主体，同时也是教学中“学”的主体。教师作为教学的主导者，务必要促进学生更有效、更高效地学习。因此以深度学习为基础进行教学也成为了研究热点之一，并依托深度学习理论指向了对“深度教学”的研究。其中，“实验教学”与“复习教学”研究最多。实验教学需要学生在学习实验理论后，自行动手参与实践，这与深度学习倡导的将知识迁移到情境中的理念相契合;复习教学需要学生形成生物学知识的整体框架，进行融汇整合，这亦与深度学习强调的对知识的完整理解和深刻学习的理念相契合。2 5研究前沿演进基于图 3 并利用 CiteSpace 时序图谱功能，可展现该研究领域文献的关键词在时间线上的分布情况(图略)。此外，利用 CiteSpace 关键词突现功能可以较好呈现研究趋势及新兴热点(图 4)。其中，“设计策略”在时序图谱与关键词突现图中均最早(2010 年)出现。此时深度学习理论被应用于图 4中学生物学深度学习关键词突现图中学教学不久，教育学者对于深度学习研究处于起步阶段，如何将深度学习结合到教学设计中，是一些研究关心的问题。2015 年，“深度教学”作为突变词出现，如何丰富教学的层次成为热点。新课标对于如何落实课程标准给出了一系列教学建议。第一点建议便指出“教师在制订每个单元、每节课(或活动)的教学计划时，都要全面考虑核心素养任务的针对性落实和有效完成”，以此为指引，众多研究者将深度学习理论与核心素养的达成相结合，“核心素养”成为时序图谱中的重要关键词，“生命观念”也成为突变词。此外，其他研究热点，如“实验教学”与新课标给出的第四点教学建议“加强和完善生物学实验教学”相契合;“科学史教学”与第七点建议“注重生物科学史和科学本质的学习”相契合。3结论与反思基于 CiteSpace 可视化分析，笔者对国内中学生物学深度学习有关研究文献分析结论与反思如下:第一，通过文献年发文量、发文机构分析，可见许多高校及中学以新课标为指引，对深度学习进行了诸多研究，发文量在近五年出现了显著的增长，产出颇丰，为教师提供了丰富的教学参考。第二，文献互引网络、关键词分析表明，近年来对于学科核心素养的培养已成为中学生物学深度学习的研究热点。但对于核心素养四个方面内容的研究产出呈现差异，科学探究、社会责任的文献较少，有待进一步研究。此外，初中新课标的颁布，核心素养与高中存在些许差异，亦有待研究。第三，研究前沿表明，对于深度学习在实验教学、科学史教学及情境教学方面研究较多。这与新课标提出的教学建议相符合，而在教学建议中也有几点研究较少，如注重科学本质的学习、注意学科间联系等，有待更多的研究。(基金项目:陕西省教育科学“十四五”规划 2022年度课题“陕西省初中生生物学科系统思维的测评研究”，No SGH22Q258;2022 年度陕西教师发展研究计划项目课题“陕西基础教育 三个课堂 评价模型的构39生物学教学2023 年(第 48 卷)第 5 期“酶”相关概念的解析赵锦程1孟昭来2(1 内蒙古北方重工业集团有限公司第三中学包头014030;2 黑龙江省大庆市大庆中学大庆163712)摘要本文对“酶活性”“酶促反应速率”“酶活力单位”等概念进行了详细说明和易错点解析，旨在帮助教师和学生深层次理解概念。关键词酶活力酶促反应速率酶活力单位酶的比活力“酶”是高中生物学的重要内容，在必修和选修内容中均有涉及，在这部分内容的学习过程中，有很多含义相近的概念一直困扰着教师和学生，如“酶活性”“酶活力”“酶促反应速率”“酶活力单位”等。1酶活力(酶活性)与酶促反应速率酶活力又称酶活性，是指酶催化一定化学反应的能力。酶活性的高低可以用在一定条件下，酶所催化的某一化学反应的反应速度来表示。酶促反应速率就是指酶催化某一反应的速度。一般用单位时间内、单位体积中反应物的减少量或产物的增加量来表示。虽然“酶活力”用“酶促反应速率”来表示，但是这也是两个不同的概念。酶促反应速率受到诸多因素的影响，如温度、pH、酶浓度、底物浓度、产物浓度等。而酶活力是指酶催化一定化学反应的能力，这种能力指的是特定条件下的酶促反应速率，这里的特定条件是指底物足量(底物浓度足够大)、pH 和温度保持恒定且最适(温度一般是 25)、产物对反应速率无影响(产物浓度极小)。所以在实践中，测定酶活力时，必须使用酶促反应初始阶段的速度，这是因为在反应的开始阶段，反应速率基本维持不变，随着反应时间的延长，反应速率逐渐下降。反应开始阶段，可以认为底物的量充足，产物的量极少，产物不会抑制反应;随着反应时间延长，底物逐渐消耗，产物逐渐增多，从而抑制了反应的进行，反应速率下降。2酶活力单位2 1酶活力单位是衡量酶活力大小的单位人教版高中生物学教材选修 1生物技术实践 中提到“酶活力单位”一词，并定义为“1 个酶活力单位是指在温度为 25，其他反应条件，如 pH 等均为最适的情况下，在 1 min 内转化 1 mmol 的底物所需要的酶量1。”部分教师和学生按照定义认为:“酶活力单位越小，1 min 转化 1 mmol 的底物所需要的酶量就越少，酶活力就越高”。出现这种错误理解的原因是，将“酶活力单位”一词错误理解为一个描述酶的特征的概念，而事实上这个词的重点在“单位”二字上，“酶活力单位”是酶活力大小的单位，就像“米”是长度大小的单位一样。单位是衡量某个量大小的统一标准，生活中一般不会有“某个量的单位越大，这个量就越大或越小”的表述方式。2 2酶活力单位有多种定义下面简单介绍几种酶活力单位的定义。国际单位(IU)，在规定条件下(25、pH 和底物浓度等最适)，1 min 内催化 1 mol 底物转化的酶量为一个酶活力单位2，即 1 IU=1 mol/min。Katal 单位(简称 Kat)，在规定条件下(25、pH 和底物浓度等最适)，1 s 内催化 1 mol 底物转化的酶量为一个酶活力单位2，即 1Kat=1mol/s。Kat 单位与国际单位之间的转化关系为，1 Kat=1 mol/s=60 mol/min=60106mol/min=6107IU。习惯单位(U)，在生活中，人们往往根据实际需要自定义酶活力的单位，如蛋白酶的酶活力单位可以定义为，在规定条件下(25、pH 和底物浓度等最适)，1 min 内蛋白酶催化酪蛋白产生 1 g 酪氨酸的酶量，即1 U=1 g/min。所以在使用“酶活力单位”一词时，首先应该说明，建与应用”，No 2022JSY003;2023 年度陕西省哲学社会科学研究专项课题“陕西省青少年科学素质的测评与提升策略研究”，No 2023QN0057)主要参考文献1 郭华 深度学习及其意义 J 课程教材教法，2016，36(11):25322 康淑敏 基于学科素养培育的深度学习研究J 教育研究，2016，37(7):1111183 吴举宏 促进深度学习的中学生物学教学策略J 生物学教学，2017，42(10):18204 张登华 促进学生深度学习的学案问题设计策略J 生物学教学，2017，42(7):20225 俞丽萍 深度学习视野下课堂互动的优化策略J 生物学教学，2016，41(2):22236 徐汛峰，付雷 基于深度学习的高中生物学单元学习目标及评价设计 以“生物的进化”为例J 生物学教学，2020，45(8):12167 田海 运用教具促进初中学生的深度学习J 生物学教学，2020，45(10):2930 49生物学教学2023 年(第 48 卷)第 5 期