基于CiteSpace 知識圖譜探討儀器分析教學(xué)改革研究熱點及趨勢

潘加亮，張宏凱，杜 娟

（1.南方醫(yī)科大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院 衛(wèi)生檢測中心，廣州 510515；2.南方醫(yī)科大學(xué) 國家藥監(jiān)局化妝品安全評價重點實驗室，廣州 510515）

精密大型分析儀器在科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)活動具有舉足輕重的作用，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥、電子信息、石油化工、高端裝備、能源、節(jié)能環(huán)保、農(nóng)業(yè)與食品、檢測服務(wù)及醫(yī)療等多個行業(yè)領(lǐng)域。當(dāng)前，全球精密分析儀器研發(fā)和生產(chǎn)高地主要在歐洲以及日本、美國。近年來，我國高度重視精密分析儀器行業(yè)發(fā)展，綜合實力顯著提升，然而，頂尖產(chǎn)品被美日德基本壟斷，高端科學(xué)儀器設(shè)備進口比例高達90%[1]。要突破瓶頸和困局，人才是關(guān)鍵。高等教育是向社會輸送高水平、高素質(zhì)人才的關(guān)鍵途徑，為適應(yīng)科學(xué)研究進步與產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新形勢，相關(guān)課程的設(shè)置、優(yōu)化和教學(xué)改革顯得越來越迫切。其中，儀器分析可通過測量物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)的參數(shù)及其變化，獲取物質(zhì)的化學(xué)組成、成分含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)等信息，已成為認知微觀世界的重要技術(shù)手段，是眾多學(xué)科研究的“眼睛”。因此，儀器分析是一門非常重要的課程，在?？啤⒈究普n程體系中均有見開設(shè)，涉及理、工、農(nóng)、林、醫(yī)藥和師范等多專業(yè)。通過剖析儀器分析教學(xué)改革研究的發(fā)展趨勢與前沿?zé)狳c，有助于優(yōu)化儀器分析人才培養(yǎng)計劃，以適應(yīng)和契合新時期國家教育戰(zhàn)略方針、科學(xué)研究重點、產(chǎn)業(yè)發(fā)展缺口[2]。

本研究基于文獻計量分析方法，對我國近二十年（2002—2023 年）儀器分析課程教學(xué)改革的發(fā)展進行了檢索、梳理分析，基于CiteSpace 文獻計量軟件，以知識圖譜的手段開展儀器分析課程改革的研究趨勢分析，剖析國內(nèi)儀器分析教學(xué)研究關(guān)注熱點的演變，為深化儀器分析課程的教學(xué)改革，推動教學(xué)效能提升提供參考。

一 數(shù)據(jù)來源與研究方法

（一）數(shù)據(jù)來源與檢索方法

本研究的檢索數(shù)據(jù)來自中國知網(wǎng)（China National Knowledge Infrastructure，CNKI）數(shù)據(jù)庫，涵蓋CNKI 收錄的學(xué)術(shù)期刊，檢索主題為儀器分析及教學(xué)改革、課程改革、教學(xué)研究、課程研究，檢索數(shù)據(jù)區(qū)間為2002 年1月1 日至2023 年4 月11 日，共檢索得到1 202 篇科技文獻，作為研究熱點計量分析與可視化知識圖譜分析的底層數(shù)據(jù)。

（二）研究方法

本文采用文獻計量分析工具CiteSpace 6.2 R2，對儀器分析教學(xué)改革主題相關(guān)的科技文獻進行計量分析與可視化圖譜研究，通過統(tǒng)計分析發(fā)文數(shù)量、發(fā)文作者分布、發(fā)文機構(gòu)分布情況，分析出儀器分析教學(xué)改革的整體研究態(tài)勢。同時，基于文獻關(guān)鍵詞的知識圖譜可視化分析，挖掘儀器分析課程教學(xué)在改革優(yōu)化歷程中的研究熱點、關(guān)注趨勢。

（三）數(shù)據(jù)處理

發(fā)文量數(shù)據(jù)處理方面，對所檢索的文獻進行發(fā)文時間分布分析，以發(fā)文量為縱坐標(biāo)，發(fā)文時間為橫坐標(biāo)進行繪圖。

發(fā)文機構(gòu)、發(fā)文作者數(shù)據(jù)處理方面，以發(fā)文量為衡量指標(biāo)，對所檢索的文獻進行發(fā)文機構(gòu)、發(fā)文作者的統(tǒng)計、排序。

研究熱點分析數(shù)據(jù)處理方面，以科技文獻關(guān)鍵詞為聚類分析對象，使用CiteSpace 進行可視化知識圖譜繪制處理，關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜繪制參數(shù)包括以下幾方面。一是時間參數(shù)。時間區(qū)間為2002—2023，Slice Length=1。二是選擇標(biāo)準。Selection Criteria 參數(shù)設(shè)定為G-index（k=20）、LRF=3.0、L/N=10、LBY=5、e=1.0。三是網(wǎng)格設(shè)定。Pruning 設(shè)定為Pathfinder。此外，在關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類的基礎(chǔ)上選擇“TimeZone View”，以相同參數(shù)繪制時間線圖譜。另外，選擇CiteSpace 的“Burst Detection”功能繪制突現(xiàn)詞圖譜（Burst Terms），突現(xiàn)詞篩選將γ 參數(shù)設(shè)置為0.4，Minimum Duration 參數(shù)設(shè)置為1。

二 研究結(jié)果與分析

（一）論文年發(fā)文量分析

根據(jù)發(fā)文量數(shù)據(jù)處理結(jié)果，如圖1 所示，2002—2023 年來儀器分析課程教學(xué)的相關(guān)研究論文發(fā)文量整體呈現(xiàn)為穩(wěn)步增長趨勢。其中，2002—2011 年是儀器分析教學(xué)課程研究的活躍期，教學(xué)改革意識逐漸提高，發(fā)文數(shù)量2006 年后顯著增長。2010 年，教育部明確提出“堅定不移地推進改革，聚精會神地謀劃改革，扎扎實實地實施改革，使2010 年成為教育改革年”[3]，頒布實施《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》，可能受到教育改革強烈信號的影響，2011—2020年，該儀器分析課程教學(xué)研究相關(guān)的發(fā)文量均處于較高數(shù)量水平，教學(xué)改革處于平穩(wěn)發(fā)展研究時期。自2020 年起，新冠病毒感染疫情逐漸蔓延全球，可能受此影響，2020—2022 年間相關(guān)研究的發(fā)文量呈下降趨勢。綜上，儀器分析學(xué)科的教學(xué)工作及改革研究于2002 年興起，近年來保持較高的研究熱度。

圖1 儀器分析教學(xué)改革研究歷年發(fā)文量分析

（二）發(fā)文機構(gòu)分布分析

根據(jù)發(fā)文機構(gòu)數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，鹽城工學(xué)院發(fā)文量排名首位（12 篇），湖南科技學(xué)院位居其后（11 篇），桂林理工大學(xué)、北京聯(lián)合大學(xué)以9 篇發(fā)文量并列第三。江蘇理工學(xué)院、東北農(nóng)業(yè)大學(xué)、南方醫(yī)科大學(xué)、廣東海洋大學(xué)、第三軍醫(yī)大學(xué)、重慶三峽學(xué)院、鄭州大學(xué)、佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院、貴州大學(xué)、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)及河南大學(xué)以8 篇并列第四。整體上看，排名前十五的機構(gòu)發(fā)文量分布較為均衡，主要為理工科院校及醫(yī)科院校，這些機構(gòu)長期開設(shè)儀器分析課程，開展課程優(yōu)化研究，在該課程的教學(xué)研究方面較為活躍。

（三）發(fā)文作者分布分析

根據(jù)發(fā)文作者分析結(jié)果，湖南科技學(xué)院袁先友教授，以及陸軍軍醫(yī)大學(xué)張夢軍、張惠靜團隊發(fā)文量并列排名首位（7 篇）。此外，浙江農(nóng)林大學(xué)的郭明、周建鐘和吳榮暉，佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院的陳忻和楊富國，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)的付穎和王宇昕，青島農(nóng)業(yè)大學(xué)的呂海濤，廣東海洋大學(xué)的盧虹玉、上海海洋大學(xué)的毛芳，湖南科技大學(xué)的劉芳及重慶三峽學(xué)院的饒通德，均以5 篇并列第三。這些作者在致力提高儀器分析學(xué)科的課程質(zhì)量與教學(xué)效能、開展教學(xué)研究方面較為活躍。

（四）研究熱點分析

1 關(guān)鍵詞分析

根據(jù)儀器分析教學(xué)改革相關(guān)文獻關(guān)鍵詞可視化知識圖譜分析結(jié)果，關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜（圖2）顯示，關(guān)鍵詞節(jié)點共469 個、關(guān)鍵詞連線共961 條，密度為0.008 8。其中，分區(qū)最大共被引次數(shù)（Largest CC）為436（92%），節(jié)點標(biāo)識為1.0%。圖譜圓圈的大小尺寸代表關(guān)鍵詞頻次，核心關(guān)鍵詞為儀器分析、教學(xué)改革、實驗教學(xué)、分析化學(xué)、課程改革、教學(xué)模式，與本文的研究主題相符。進一步結(jié)合關(guān)鍵詞共現(xiàn)聚類時間線圖譜（圖3）結(jié)果，對研究熱點及研究趨勢進行解讀。

圖2 儀器分析教學(xué)改革研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

圖3 儀器分析教學(xué)改革研究關(guān)鍵詞時間線圖譜

根據(jù)圖譜參數(shù)釋義，Modularity 和Silhouette 兩個參數(shù)用于評價聚類效果[4]，其中，Modularity 數(shù)值為0～1，大于0.3 則聚類效果顯著，數(shù)值越大聚類效果越好，Silhouette 參數(shù)用于評估聚類網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性，該參數(shù)數(shù)值大于0.7 時則認定為聚類信度較高，數(shù)值越接近于1 網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性越好。由圖3 結(jié)果可知，本研究聚類圖譜Modularity及Silhouette 參數(shù)數(shù)值分別為0.556 5 及0.867 1，充分表面關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接緊密、聚類社團結(jié)構(gòu)顯著，可信度較高。時間線圖譜圖3 中的節(jié)點為突顯關(guān)鍵詞，關(guān)鍵詞在時間線圖譜分布的位置越靠左側(cè)，則該關(guān)鍵詞在論文中出現(xiàn)的年份越早[5]。綜合來看，儀器分析課程教學(xué)改革研究2002—2023 年來的研究熱點及演變趨勢如下。①2003 年前，前五類聚類主題出現(xiàn)且相關(guān)研究延續(xù)至今，可以發(fā)現(xiàn)，教學(xué)改革研究自2002 年興起逐步發(fā)展，初期研究熱點集中在實驗設(shè)施優(yōu)化配置、課程融合至新建本科專業(yè)、教學(xué)體系設(shè)計、基本理論與實驗技術(shù)探討等方面。②2004—2011 年，與發(fā)文量激增趨勢相符，該期間大量聚類出現(xiàn)，研究主題逐漸豐富，研究熱點主要涵蓋了多個方面：分析化學(xué)實驗教學(xué)改革（包含儀器分析）、化學(xué)實驗改革內(nèi)容（包含儀器分析）、化學(xué)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容背景下的儀器分析、多媒體及雙語等教學(xué)方法、教學(xué)模式與手段優(yōu)化、高職高專儀器分析課程設(shè)計，以及儀器分析被納入多類專業(yè)課程設(shè)計（如醫(yī)學(xué)檢驗、化學(xué)工程、生物工程、中藥學(xué)、食品學(xué)和藥學(xué)等）等。③2012—2023 年，該領(lǐng)域保持著較高的研究熱度，而這段時期的教改研究主題呈精細化與集中化趨勢，課程體系建設(shè)開展了進一步的優(yōu)化，教改研究引入了校企合作、技能競賽、共訓(xùn)教學(xué)、科教協(xié)同、多元融合和問卷調(diào)查等新模式，課程思政、新工科、職業(yè)標(biāo)準內(nèi)容整合等新思路涌現(xiàn)，翻轉(zhuǎn)課堂主題嶄露頭角，微課、“互聯(lián)網(wǎng)+”、仿真模擬、理實一體、微視頻和虛實結(jié)合等新技術(shù)開始應(yīng)用于儀器分析教改研究中，創(chuàng)新成為該時期教改的重要特征。綜上，研究熱點呈現(xiàn)出初期圍繞基礎(chǔ)建設(shè)、中期主題范圍快速擴展、后期創(chuàng)新驅(qū)動改革的特點。

2 突現(xiàn)詞分析

突現(xiàn)詞分析可挖掘出某一時期內(nèi)分析文獻中突現(xiàn)的關(guān)鍵詞，關(guān)鍵詞的突現(xiàn)強度在一定程度上將反映出相關(guān)主題的受關(guān)注程度[6]，據(jù)此了解該領(lǐng)域的研究前沿趨勢。排名前25 位的突現(xiàn)關(guān)鍵詞如突現(xiàn)詞圖譜（圖4）所示，圖譜中Year、Strength、Begin 和End 參數(shù)分別代表關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)年份、突現(xiàn)強度、關(guān)鍵詞作為前沿的起始和終止年份。結(jié)果顯示，分時期來看，2002—2005 年，突現(xiàn)詞為“無機化學(xué)”，儀器分析初期更多是在無機化學(xué)專業(yè)或課程體系中進行教改探索；2003—2012 年，突現(xiàn)詞強度較高的關(guān)鍵詞包括“高職教育”“多媒體”“素質(zhì)教育”“分析化學(xué)”“實驗教學(xué)”“化學(xué)學(xué)科”“化工專業(yè)”等，可見，儀器分析被作為化學(xué)學(xué)科相關(guān)專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，圍繞這一時期素質(zhì)教育的要求，課程改革更為重視實驗教學(xué)，多媒體這一手段的應(yīng)用成為前沿關(guān)注點，此外，高職儀器分析課程的改革研究于2011 年開始備受重視；2013—2016 年，“高職”“食品專業(yè)”“課程教學(xué)”“創(chuàng)新”“能力培養(yǎng)”“實踐”為這一時期的突現(xiàn)關(guān)鍵詞，儀器分析作為食品專業(yè)中重要的專業(yè)課程，契合食品專業(yè)需求的教改研究開始受到關(guān)注。高職儀器分析課程的熱度持續(xù)至2015 年，教改研究與我國《高等職業(yè)教育發(fā)展五年規(guī)劃（2011—2015 年）》[7]政策具有良好的互動性。此外，創(chuàng)新、實踐、能力等課程目標(biāo)導(dǎo)向的關(guān)注度提升；2017 年至今，“新工科”“高職院?！薄肮こ陶J 證”“應(yīng) 用型”“人才培養(yǎng)”“制藥工程”等前沿?zé)嵩~，體現(xiàn)出了近年來儀器分析課程在高職院校制藥工程等專業(yè)中的工程教育教學(xué)改革趨勢，其聚焦工程認證及新工科視角下開展應(yīng)用型人才培養(yǎng)?！疤摂M仿真”“翻轉(zhuǎn)課堂”等信息技術(shù)推動“教學(xué)模式”創(chuàng)新變革，更為靈活的教學(xué)模式進一步激發(fā)學(xué)生興趣，提升課程效能。該時期的關(guān)鍵詞“課程思政”突變強度最大，突現(xiàn)強度高達8.9，遠超其余所有關(guān)鍵詞，可見，課程思政是2020—2023 年廣受教學(xué)工作者關(guān)注的主題，研討熱度高漲。2019 年在全國高校思想政治工作會議上，習(xí)近平總書記指出“各類課程都要與思想政治理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”，此后各高校積極開展各類課程的課程思政研究，而儀器分析課程的課程思政研究也較快地啟動[8]。

圖4 儀器分析教學(xué)改革研究關(guān)鍵詞時間線圖譜

三 結(jié)束語

本文基于CNKI 數(shù)據(jù)庫中近二十年來儀器分析課程教學(xué)改革領(lǐng)域的1 202 篇科技文獻，開展研究熱點計量分析與可視化知識圖譜分析，明晰發(fā)文情況、作者、研究機構(gòu)的分布態(tài)勢，剖析了關(guān)鍵詞聚類圖譜和演進路徑，并開展了關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域20 年來研究熱點的演進均是圍繞儀器分析學(xué)科的課程教學(xué)與實驗教學(xué)改革展開的，三個發(fā)展時期的研究熱點呈現(xiàn)出初期圍繞基礎(chǔ)建設(shè)、中期主題范圍快速擴展、后期創(chuàng)新驅(qū)動改革的特點，受到時代變遷、教育政策調(diào)整、技術(shù)涌現(xiàn)介入等要素的影響，研究熱點逐漸演進，聚焦工程認證及新工科視角下開展應(yīng)用型人才培養(yǎng)、基于信息技術(shù)推動教學(xué)模式創(chuàng)新變革、基于課程思政的教學(xué)探索為近年來備受關(guān)注的研究前沿方向。目前，儀器分析課程不僅是化學(xué)相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在醫(yī)學(xué)檢驗、化學(xué)工程、生物工程、中藥學(xué)、食品學(xué)和藥學(xué)等多類專業(yè)中開設(shè)，覆蓋高職高專、本科、研究生等不同層次，教學(xué)工作者長期的課程教學(xué)改革研究推動了儀器分析課程的不斷完善和發(fā)展。隨著教改研究推進，該課程將不斷通過引入新的技術(shù)手段和方法提高教學(xué)質(zhì)量，尤其是實驗教學(xué)的質(zhì)量；也將根據(jù)不同專業(yè)和培養(yǎng)層次的需求，差異化地發(fā)展；有望進一步匹配新時期國情戰(zhàn)略及教育理念，更好地滿足國家產(chǎn)業(yè)發(fā)展對人才培育的需求。