教学设计研究文献的量化与引文可视化分析

摘 要：本研究以Web of Science数据库为文献来源，采用引文图谱可视化分析法对以教学设计为主题的研究文献进行了统计分析，理清了过去三十多年教学设计研究领域文献的时间分布、研究活跃地区、研究机构、载文期刊及重要文献；然后利用引文图谱分析软件HistCite绘制了教学设计研究文献的引文编年图，结合引文编年图分析了教学设计研究的演进路径和发展轨迹；最后，总结并预测了该领域的发展趋势。研究发现，以教学设计为主题的学术研究虽然出现时间并不长，但其相关研究发展较快，并且出现了较为经典的综述性文章，认知负荷理论与教学设计紧密相关，与教学设计相关的其它学科的研究成果有力促进了该领域的发展。

关键词：教学设计；引文可视化分析；引文编年图；演进路径；发展趋势；HistCite

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1671-7503（2013）13/15-0045-06

一、背景

教学设计是作为教者，基于对学生和教学任务的分析，而对教学目标、教学方法、教学材料、教学进度、课程评估等做出系统设计的一门学科。教学设计者经常使用教学技术以改进教学。近年来，随着多媒体技术的快速发展和教育教学改革的不断深入，有关教学设计的研究正逐渐成为教育相关领域的重要研究课题。

二、样本与方法

1.样本选择

以Web of Science数据库中的三个子库（SCI-E指科学引文索引扩展版，SSCI为社会科学引文索引，A & HCI为艺术与人文科学引文索引< Arts & Humanities Citation Index >）为文献来源，检索策略为“主题=（"instructional design"）OR主题=（"teaching design"）OR主题=（"instruction design"） OR 主题=（"teaching plan"）”，鉴于2013年的文献数据并不完整，故时间跨度设为2013年之前的所有年份，共检索到符合条件的文献记录1403篇（检索日期为2013年4月18日），文献数据集的出版时间分布为1982-2012年。设置输出记录方式为“摘要+全记录（包含引用的参考文献）”，将结果保存为纯文本格式。

2.研究方法

本研究采用引文图谱可视化分析方法，借助HistCite软件实现。HistCite（History of Cite）意为引文历史，或叫引文图谱分析软件。该软件系SCI发明人，美国著名情报学家和科学计量学家尤金·加菲尔德（Eugene Garfield）开发，能够用图示方式展示某一领域不同文献之间的关系，可以快速帮助研究者绘制一个领域的发展历史，定位某领域的重要文献，以及最新重要文献。[1]

三、结果与分析

将数据导入HistCite软件，对1982-2012年教学设计研究领域已发表文献的时间、国家（地区）、研究机构、载文期刊和被引频次、引文编年图等指标进行统计分析，结果如下。

1.时间分布

按年产量（Yearly output）统计教学设计研究文献的年度时间分布情况，结果如图1。

由图1可以看出，WOS中有记载的最早对教学设计进行学术研究的文献始于1982年，发文量总体呈现逐年递增趋势。1992年以前，以教学设计为主题研究文献每年的发文量基本都在十篇左右，1992-2008年维持在数十篇以内，2009年后的这几年每年发文量都在百篇以上，2012年的发文量更是达到一个高峰，有150篇之多。研究文献量的增长在一定程度上说明大家对此研究领域的关注度越来越高。

2.国家（地区）分布

对研究教学设计的国家（地区）分布进行分析，可以找出其研究的活跃地区。在HistCite中将文献按国家（Country）统计可以发现，过去31年内以教学设计为主题的1403篇研究文献分布在56个国家（地区），其中，未署国家（地区）的文献达到266篇，发文量排名前十四位的国家（地区）如表1所示（TLCS：Total Local Citation Score为本数据集，即1043篇文献中的总被引次数，TGLS：Total Global Citation Score为WOS中的总被引次数）。就发文量而言，美国稳居第一，远超过其他国家，其发文量甚至超过其后十个国家（地区）发文量的总和，占总发文量的39.06%。荷兰和澳大利亚分居二、三位，它们的发文量远不及美国，但澳大利亚的TLCS值最高，这说明澳大利亚学者的研究得到了教学设计领域最多的引用和关注。前十五个国家（地区）发文量共计1128篇，占总发文量的80.4%。中国排第十四位，发文量和被引次数都很低，还不及中国台湾地区。

3.研究机构分布

进一步对发表教学设计文献的研究机构进行统计，发文量排前八位的如表2所示（其中未署名研究机构的有33篇）。就发文量而言，荷兰开放大学（Open Univ Netherlands）最多，高达48篇，澳大利亚新南威尔士大学（Univ New S Wales）和英国开放大学（Open Univ）分居二、三位，美国的亚利桑那州立大学（Arizona State Univ）、宾夕法尼亚州立大学（Penn State Univ）和荷兰的马斯特里赫特大学（Maastricht Univ）同为21篇，并列第七位。如果看文献的被引次数，无论是TLCS值还是TGCS值，澳大利亚新南威尔士大学远超过其他研究机构，这说明了澳大利亚新南威尔士大学研究学者在教学设计领域的高影响力。

4.载文期刊分布

31年间共有418种期刊发表过以教学设计为主题的文献，“文献量（N）≥20”的期刊共计10种，结果如表3，它们的合计载文量为544篇，占总量的38.77%。其中，《教育技术研究与发展》（Educational Technology Research and Development）载文量最高，为172篇，占总发文量的12.26%，该期刊的TLCS和TGCS值也都最高，这说明在教学设计研究领域，该杂志所发的文献不仅发文量最大，而且受认可程度最高，同时，被其它相关研究领域专家引用和关注也最多。《教育技术研究与发展》创刊于1953年，是国外教育技术领域具有较高影响力的期刊之一。该期刊分为两个版块，教育技术研究部分关注技术与教学设计在教育中的应用，包括基础教育、高等教育、成人教育和教育培训。教育技术发展版块关注各种教学技术与学习环境的设计、实施、评价与管理，以经验为基础的形成性评价、基于理论的教学设计，还有将新技术应用于教学发展中的文章尤其受青睐。

5.重要文献统计

LCS（Local Citation Score）是某篇文献在当前数据集中被引用次数，它反映了某文献在某领域的受关注程度，通过文献的LCS可以快速定位一个领域的经典文献。为了找出教学设计研究领域的高影响力重要文献，在HistCite中将所有文献记录按LCS降序排列，其中，LCS≥33的10篇文献如表4所示。其中，GCS（Global Citation Score）表示文献在Web of Science中的被引用次数。每一篇研究文献都有一个编号，如表4中的文献编号列，这个在后面引文编年分析部分会用到。

6.引文编年分析

利用HistCite的Graph Maker功能，以LCS count为条件，设定节点数（Limit）为31（鉴于时间跨度为31年，故选择31作为引文编年图中能出现的节点数），绘制教学设计研究文献的引文编年图，以期找出教学设计研究领域的核心文献、研究演进路径、热点，并对该领域的研究前沿和发展趋势做出预测，结果如图2所示。

图2显示了教学设计研究领域影响力最高的31篇文献的发表时间、发展过程和互引关系。图的左侧显示了文献的发表年份，与年份平行的带数字圆圈表示一篇文献，同一行的圆圈，左边圆圈代表的文献发表时间要早于右边，圆圈中的数字为文献的编号（如上表4中的文献编号列），圆圈大小与文献的LCS值成正比。例如：编号为265的文献，该文献发表于1998年，其LCS值最大，因此，它外面的圆圈也最大，圆圈周围出来的箭头表示该文献被后来的研究者引用情况。通过文献间的互引关系，很容易找到教学设计研究的演进路径。

如图2所示，最早出现的节点54来自1990年，该节点由Tripp SD和Bichelmeyer B共同撰写，名为“快速原型：一种替代性教学设计策略（Rapid prototyping：an alternative instructional design strategy）”。文章两位作者均来自美国堪萨斯大学教育技术中心（Instructional Technology Center， University of Kansas）。在文中，作者指出快速原型是一种已在软件工程中成功应用的设计方法，考虑到软件设计和教学设计之间的相似性，作者提出可将快速原型作为一种可行的教学设计模型，特别适用于基于计算机的教学。此外，作者指出当时的设计理论为快速原型在软件设计中的成功使用提供了合理的解释，并且也支持这样的观点，快速原型适用于教学设计。文章提供了快速原型的使用指南并列举可能的注意事项和综合标准[2]。54号文献的LCS值为20，排在所有教学设计研究文献的第二十一位。

按照时间顺序梳理教学设计研究文献的引文编年图不难发现，教学设计研究在1992年出现一个重要节点105，它是由澳大利亚新南威尔士大学（Univ New S Wales）的两位教授Chandler P和Sweller J 于1992年6月发表在《英国教育心理学杂志》（British Journal of Educational Psychology）上的名为“注意分离效应作为教学设计的一个要素”（The split-attention effect as a factor in the design of instruction）的文章。作者在文中指出，认知负荷理论已经表明，许多传统的教学模式之所以效率低，那是因为它们包含了外部的认知活动，而这些活动对学习是有干扰的。注意力分离效应为不恰当认知活动导致不良教学设计提供了例证。作者通过两个实验表明：许多既包括图片信息又包括文字信息的教学材料经常一起呈现，这两种信息适当整合有利于学习，但学生同时注意两个或更多信息来源，也会使工作记忆负荷加重，导致注意分散、学习质量下降。因此，注意分离效应是教学设计过程中必须考虑的要素[3]。由于该文献的研究成果是基于实验报告，得出的结论自然比较有说服力，再加上其发表时间较早，故其被后来者争相引用也就不足为奇，这也致使该文的LCS值高达41。

进一步对教学设计引文编年图进行分析，可以看到，在随后的1994和1997年又分别出现一个重要节点。1994年的节点为129。该节点文献同样由Sweller J和Chandler P合著，题名“为什么有些材料难学（Why some material is difficult to learn）”。文中的实验报告基于以下与认知过程有关的假设：①鉴于工作记忆容量的有限性，为了高效利用长期记忆，图式获取与自动化是较高层次认知活动中主要学习机制；②工作记忆能同时加工的信息数量是有限的；③有联系的信息在被同化吸收时也必须能产生相互作用；④学习期间，认知负荷的来源有内部和外部之分，内部认知负荷依赖材料的内在难度——有多少组成成分和它们之间是如何相互影响的；⑤当材料的组成成分很多，且它们之间的相互作用很复杂时，内部认知负荷就很高；⑥相反，当材料不复杂时，例如，当材料中每个成分能够被单独学习时，内部的认知负荷就很低；⑦外部认知负荷依赖教学信息的设计方式——材料组织的方式和呈现的方式。当信息设计得不是很好时，学习者必须从事无关或无效的认知加工，当信息设计良好时，外部认知负荷减少到最小。这些假设是认知负荷理论的基本观点，对内部与外部认知负荷的分析可以很好地改善教学设计，提高教学效果。[4]

1997年的节点为227号研究文献，该文由TindallFord S、Chandler P和Sweller J合著，名为“什么情况下双感觉通道会好于单个通道（When two sensory modes are better than one）”。可以看出，该文三位作者中有两位曾合著过之前的105和129文献，因此，文章引用上述两篇文献自然在情理之中。他们的研究基于这样一个假设，使用双通道（如：听觉文本和视觉图表）要好于单个通道（如：视觉文本和视觉图表）展示教学材料的学习效果。通道效应可能要归因于工作记忆容量的有限性，研究从认知负载理论的视角探讨了这种效应的影响。作者利用三个实验佐证了文章的假设，学习者学习融合了听觉文本和视觉图表教学材料的效果明显要好于传统的只是使用单一视觉通道呈现的学习材料。正是基于此，教学设计尤其是多媒体教学中，需要特别注意认知负荷理论的影响和启示。[5]随后的1998年出现两个重要节点247和265也都引用了这篇文献的部分观点。

节点247号文献由Kalyuga S、Chandler P和Sweller J 撰写，名为“专业知识水平与教学设计（Levels of expertise and instructional design）”。认知负荷理论基于这样的假设，为了提高学习效果，在组织信息时应尽可能剔除任何给工作记忆带来的负荷。作者假定合适的组织形式可能取决于学习者的专业知识水平，不太熟练的学习者在认识一个图表时，为了减轻认知负荷，他可能需要图表和与之相关的文本信息同时呈现。而对于富有经验的学习者而言，只需单独图表就足够了，图表周围的文字反而会增加其认知负荷。作者通过三个实验结果告诉读者，随着学习者专业知识水平的提高，教学设计过程中可以逐渐剔除图表周围的文本信息，这样做不仅不会降低学习效果，反而可以减轻其认知负荷[6]。247号于1998年3月份发表，随后9月份发表的265号文献在引用105、129和227号文献的基础上，也部分引用了247号文献的观点。

265号文献名为“认知结构与教学设计（Cognitive architecture and instructional design）”，由Sweller J、Van Merrienboer JJG和Paas FGWC合著。该文是一篇综述，它回顾分析之前几年对认知负荷理论与教学设计研究的基础上，指出为提高学习效果，认知负荷理论已被教学设计者用在信息的呈现上。鉴于人类工作记忆容量的有限性，教学设计者也设计了许多新奇的教学过程以帮助学习者在减轻认知负荷的同时，促进其图式建构。[7]该文献比较分析之前研究的综述性质使得其中的观点不仅较为全面，而且认识也更为深刻，这使得它被后来学者更多地应用和关注，成为所有文献中LCS值最高的一篇文献。LCS值分居二、三位的两篇文献436和438是2003年出现的两个重要节点。

436号文献由Paas F、Renkl A和Sweller J合著，名为“认知负荷理论与教学设计：最新发展（Cognitive load theory and instructional design： Recent developments）”。该文也是一篇综述性文献，它回顾分析了之前几年认知负荷理论研究领域的高影响力学者发表的核心文章的观点，梳理了其研究演进路径，在此基础上，探讨了认知负荷理论在教学设计中的应用模式与途径[8]。438号文献名为“专业知识反转效应（The expertise reversal effect）”的文章。文献由Kalyuga S、Ayres P、Chandler P 和Sweller J合著。作者在文中指出，新的信息呈现给学习者时，它必然会进入到学习者的工作记忆，同时调用长期记忆中已有的图式对信息进行加工处理，而人的工作记忆的容量是有限的，因此，必须对新信息的呈现方式进行良好的设计以降低工作记忆的负荷，从而提高学习效率和效果。在已有的教学设计实践中业已存在多种减轻认知负荷的方法。然而，也有充分的证据显示这些方法、技巧的效果非常依赖学习者的专业知识水平。可能有些方法对没有经验的学习者会产生很好效果，但对于富有经验的学习者却没有效果，甚至会产生负作用，作者将这种现象称为专业知识的反转效应。作者通过文献回顾分析了已有研究中存在的专业知识反转效应，并对导致该现象的原因进行了剖析。[9]

距今最近，LCS值又较高的节点是2007年的748，该文献由Schnotz W和Kurschner C合著，名为“认知负荷理论再审视（A reconsideration of cognitive load theory）”。文章指出，过去十年，认知负荷理论通过为教学设计提供指导深深影响了教育心理学，许多实证研究将其作为理论框架，对此，最近的一项研究分析揭示了与此理论有关的一些根本性的概念问题。为了说明某些实证结果，该理论允许多种看似矛盾的差异和可能性的存在，这也使得人们开始怀疑对此理论各种各样的概括。文章通过分析不同类型认知负荷之间存在的概念性区别调查了这些理论性问题。文章强调，认知负荷的减轻有时也可能削弱而不是增强学习效果。作者分别从维果茨基最近发展区概念和隐性学习研究的视角重新审视了认知负荷理论。任务绩效和学习被认为是相关的，但其过程却有本质性区别。所有这些结论都是基于该理论最新发展和实证研究与教学实践的成果。[10]

从引文编年图中可以看出，以教学设计为主题的研究虽然出现时间并不长，但其相关研究发展较快，并且出现了较为经典的综述性文章。从近几年高被引文献的内容上看，研究主要集中在认知负荷理论及其对教学设计影响上，同时有哪些类型的认知负荷，教学设计过程中如何进行组织信息以减轻学习者的认知负荷，快速原型如何应用在教学设计中等问题也是研究的热点，且大多实证研究都表明教学设计与认知负荷理论密切相关，所以，教学设计过程中必须要考虑该因素的影响。可以预见，随着多媒体教育技术的不断发展和人们越来越意识到教学设计对教育效果的影响，有关教学设计的研究必将越来越深入和丰富，个案研究，相关学科对教学设计的借鉴与影响或许会成为未来的研究趋势或方向之一。

[参考文献]

[1] Garfield E. Historiographic mapping of knowledge domains literature[J].Journal of Information Science，2004，30（2）：119-145.

[2] Tripp SD，Bichelmeyer B.Rapid prototyping：an alternative instructional design strategy[J].Educational TechnologyResearchand Development，1990，38（1）：31-44.

[3] Chandler P， Sweller J. The split-attention effect asa factor in the design of instruction[J]. BritishJournal of Educational Psychology，1992， 62： 233-246.

[4] Sweller J， Chandler P. Why some material is difficult tolearn[J].Cognition and Instruction，1994，12（3）： 185-233.

[5] Tindallford S，Chandler P， Sweller J. When two sensorymodes are better than one[J].Journal of ExperimentalPsychology-Applied，1997，3（4）：257-287.

[6] Kalyuga S，Chandler P，Sweller J.Levels of expertise andinstructional design[J].Human Factors，1998，40（1）： 1-17.

[7] Sweller J， Van Merrienboer JJG， Paas FGWC. Cognitivearchitecture and instructional design[J].EducationalPsychologyReview，1998， 10 （3）： 251-296.

[8] Paas F， Renkl A， Sweller J. Cognitive load theory andinstructional design： Recent developments[J]. EducationalPsychologist，2003，38（1）：1-4.

[9] Kalyuga S，Ayres P，Chandler P，Sweller J. The expertisereversal effect[J]. EducationalPsychologist，2003，38（1）：23-31.

[10] Schnotz W，Kurschner C.A reconsideration of cognitiveloadtheory[J].Educational Psychology Review，2007，19（4）：469-508.