基于CiteSpace的國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)的可視化研究

摘" 要：人工智能教育是推動教育高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐，本科院校順應(yīng)時代趨勢并提升本科教學(xué)實效對于促進高校一流化建設(shè)具有重要意義。文章采用CiteSpace工具，對國內(nèi)2013—2023年間的人工智能賦能本科教學(xué)相關(guān)文獻進行可視化分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該領(lǐng)域發(fā)展迅速，研究熱點圍繞技術(shù)應(yīng)用、智慧教育、高等教育體系與教學(xué)改革、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與人才培養(yǎng)展開；研究主題經(jīng)歷了萌芽初探、技術(shù)引入、深度融合與擴展、應(yīng)用與反思四個演化階段；研究前沿包含元宇宙、數(shù)智時代、高質(zhì)量發(fā)展等方面的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：人工智能；本科教學(xué)；可視化分析

中圖分類號：TP391.4" 文獻標識碼：A" 文章編號：2096-4706（2024）23-0116-06

Research on Visualization of Domestic Artificial Intelligence Empowered Undergraduate Teaching Based on CiteSpace

HU Jiaqi

（Shenzhen University Library， Shenzhen" 518060， China）

Abstract： Artificial Intelligence education is an important support for promoting high-quality educational development. It is significant for undergraduate universities to adapt to the trends of the times and enhance the practical effectiveness of undergraduate teaching for facilitating the first-class university construction. This paper employs the CiteSpace tool to conduct the visual analysis of domestic literature related to the Artificial Intelligence empowered undergraduate teaching from 2013 to 2023. The results indicate that this field is developing rapidly， with the research hotspots focusing on technology application， smart education， higher education system and teaching reform， and innovation， entrepreneurship and talent cultivation. The research themes have gone through four evolutionary stages of germination and initial exploration， technology introduction， deep integration and expansion， and application and reflection. The research frontiers include the metaverse， the era of digital intelligence， and high-quality development and other content.

Keywords： Artificial Intelligence; undergraduate teaching; visual analysis

0" 引" 言

人工智能（Artificial Intelligence， AI）的快速發(fā)展帶來了全球新一輪科技革命，尤其是生成式人工智能ChatGPT的問世，正以前所未有的力度重塑著教育教學(xué)的生態(tài)面貌和秩序結(jié)構(gòu)。黨的二十大報告指出，要深入實施科教興國戰(zhàn)略，全面提高人才自主培養(yǎng)質(zhì)量，加快建設(shè)高質(zhì)量教育體系，本科教育作為高等教育的基礎(chǔ)和根本，要加快實現(xiàn)內(nèi)涵式發(fā)展，提高對新時代背景的適應(yīng)能力。2022年8月，教育部和科技部等六部門聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快場景創(chuàng)新以人工智能高水平應(yīng)用促進經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確提出要在教育領(lǐng)域持續(xù)挖掘人工智能應(yīng)用場景機會[1]。如何將新一代人工智能與本科教育進行深度融合，已經(jīng)成為本科院校重點關(guān)注的時代性主題。鑒于此，本文借助CiteSpace軟件，對國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)領(lǐng)域相關(guān)文獻進行梳理，從定量綜合視角展示該領(lǐng)域研究的整體框架和基本發(fā)展脈絡(luò)，提煉并呈現(xiàn)該領(lǐng)域研究的研究特征、關(guān)注熱點及演化歷程，以期為后續(xù)的深入研究與應(yīng)用實踐提供參考。

1" 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本文數(shù)據(jù)來源于中國知網(wǎng)CNKI數(shù)據(jù)庫，為保證研究數(shù)據(jù)的高質(zhì)量、科學(xué)性和權(quán)威性，選取北大核心、CSSCI以及CSCD等高水平期刊，以專業(yè)檢索式“SU=（'人工智能'+'AI'）*（'本科'+'大學(xué)'）*（'教學(xué)'+'教育'）”進行檢索，時間范圍限定為2013—2023年，檢索日期為2024年9月3日，檢索結(jié)果共490篇文獻。為保證文獻準確性，對檢索結(jié)果進行人工篩選，剔除其中的會議通知、新聞報道及弱相關(guān)的文獻后，最終獲得有效數(shù)據(jù)298篇。

本研究采用CiteSpace 6.2 R4軟件對文獻進行定量和可視化分析，這是由陳超美教授開發(fā)的一款文獻計量可視化工具，通過共引分析理論和尋徑網(wǎng)絡(luò)算法等繪制科學(xué)知識圖譜，可以探尋領(lǐng)域的演化機制與發(fā)展前沿[2]。

2" 文獻基本特征分析

2.1" 發(fā)文年代分布

2013—2023年十年間與人工智能賦能本科教學(xué)相關(guān)的國內(nèi)研究發(fā)文量如圖1所示。從發(fā)文數(shù)量看，該領(lǐng)域的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段。2013—2016年，發(fā)文量較少，國內(nèi)對于人工智能在本科教學(xué)中的應(yīng)用處于探索階段。2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[3]，呼吁利用智能技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，引發(fā)更多學(xué)者關(guān)注，2017—2019年發(fā)文量急速上升，該領(lǐng)域進入高速發(fā)展階段。2020—2023年，發(fā)文數(shù)量保持穩(wěn)定，研究維持在較高關(guān)注度上，學(xué)者不斷在本科教育領(lǐng)域持續(xù)挖掘人工智能的應(yīng)用場景和機會，領(lǐng)域發(fā)展逐漸進入平穩(wěn)提升階段。

2.2" 機構(gòu)合作情況

為了解國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的機構(gòu)發(fā)文表現(xiàn)和合作情況，運行CiteSpace軟件，節(jié)點設(shè)置為“Institution”，Years Per Slice設(shè)定為“1”，生成機構(gòu)共現(xiàn)知識圖譜，如圖2所示。圖中節(jié)點大小代表機構(gòu)發(fā)文數(shù)量，節(jié)點之間的連線表示機構(gòu)共同發(fā)文次數(shù)，反映其合作強度。

從圖譜的整體分布來看，共含有181個節(jié)點，162條合作連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.009 9。機構(gòu)之間的合作密度較低，結(jié)構(gòu)松散，沒有合作機構(gòu)的獨立節(jié)點較多，缺乏大規(guī)模、穩(wěn)定的科研合作網(wǎng)絡(luò)。從合作類型看，高校與高校，以及高校內(nèi)部學(xué)院之間的合作類型較為普遍，例如以北京師范大學(xué)教育學(xué)部、北京大學(xué)教育學(xué)院、北京大學(xué)教育學(xué)院學(xué)習(xí)科學(xué)實驗室為中心的最大合作網(wǎng)絡(luò)。從發(fā)文數(shù)量看，科研產(chǎn)出能力較強的重要節(jié)點有北京師范大學(xué)教育學(xué)部、北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院、天津大學(xué)教育學(xué)院、華東師范大學(xué)課程與教學(xué)研究所、西南大學(xué)教育學(xué)部、佛羅里達灣岸大學(xué)教育學(xué)院等。從機構(gòu)類型看，多為高水平的師范教育院校，此外，如中國工程院、北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院等理工類機構(gòu)也是人工智能賦能本科教學(xué)研究的參與主體。

2.3" 作者合作情況

通過分析作者合作網(wǎng)絡(luò)可以發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域的代表性作者和核心研究力量，將節(jié)點設(shè)置為“Author”，得到圖3所示的國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)研究的作者共現(xiàn)圖譜。

圖3中包含227個作者節(jié)點，181條合作連線，網(wǎng)絡(luò)密度為0.007 1。從合作規(guī)模來看，多為同一機構(gòu)內(nèi)的小規(guī)模合作團隊，各個研究群體之間的分布比較松散，合作較為局限，未形成大規(guī)模的合作網(wǎng)絡(luò)和核心作者群。

節(jié)點大小代表作者發(fā)文數(shù)量，其中最大的作者節(jié)點有四個，是該領(lǐng)域的代表性學(xué)者，分別為唐玉溪、何偉光、劉進和王建華。學(xué)者最高發(fā)文量僅有四篇，還未形成具有較高科研生產(chǎn)能力的學(xué)者群體。查看重要節(jié)點的詳細信息，發(fā)現(xiàn)唐玉溪和何偉光合作緊密，論文均由兩人合著完成，研究主要圍繞國外著名高校的智能教育案例展開，探索一流大學(xué)智能時代下的教育發(fā)展模式及創(chuàng)新路徑[4-6]；劉進團隊探討了人工智能時代下大學(xué)教師流動行為[7]、學(xué)科建設(shè)等問題[8]；王建華等從創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)轉(zhuǎn)型與未來工作世界視角分析了人工智能技術(shù)影響下的大學(xué)自我革新[9-10]?？梢钥闯?，這些代表性學(xué)者不僅關(guān)注人工智能技術(shù)層面的應(yīng)用，更重視技術(shù)背后的大學(xué)教育理念、制度設(shè)計以及人才培養(yǎng)模式的深刻變革。

3" 研究熱點與演化趨勢

3.1" 研究熱點分析

3.1.1" 基于關(guān)鍵詞共現(xiàn)的熱點分析

高頻關(guān)鍵詞能夠映射出某一領(lǐng)域內(nèi)研究工作者關(guān)注的熱點話題。將節(jié)點類型設(shè)置為“key word”，生成國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)研究文獻的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜，如圖4所示。其中，關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次大于等于5的高頻關(guān)鍵詞如表1所示。

從圖4和表1可以看出，關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次最高的是“人工智能”，高達116次，其他節(jié)點較大的高頻關(guān)鍵詞包括“人才培養(yǎng)”“高等教育”“大數(shù)據(jù)”“地平線報告”“教育技術(shù)”等。這些關(guān)鍵詞涵蓋了從教育目標、教育層次、技術(shù)支撐、未來趨勢到具體實踐等多個方面，研究內(nèi)容層次豐富。值得注意的是，高頻關(guān)鍵詞“生成式人工智能”首現(xiàn)年份為2023年，說明其一經(jīng)出現(xiàn)短時間內(nèi)就引起了國內(nèi)學(xué)者大量關(guān)注，是當(dāng)前研究領(lǐng)域內(nèi)的焦點議題。

中介中心性是衡量關(guān)鍵詞在節(jié)點網(wǎng)絡(luò)中重要性的指標，中心性的數(shù)值愈高，意味著該關(guān)鍵詞在網(wǎng)絡(luò)中的媒介能力越強，中心性大于等于0.1的節(jié)點被稱作中心節(jié)點。“人工智能”“人才培養(yǎng)”“高等教育”“新工科”的中介中心性均大于0.1，是國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)研究的核心主題。人工智能技術(shù)為高等教育的人才培養(yǎng)目標帶來新的變革和機會，新工科是工程教育在人工智能時代應(yīng)對新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命和新經(jīng)濟模式的戰(zhàn)略設(shè)想與選擇[11]。

3.1.2" 基于關(guān)鍵詞聚類的熱點分析

聚類分析法以共詞分析為基礎(chǔ)，可以將復(fù)雜的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)簡化為直觀的少數(shù)群組關(guān)系圖，從而有效揭示研究熱點[12]。在關(guān)鍵詞共現(xiàn)的基礎(chǔ)上，提取出國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)研究的10個重要聚類，如圖5所示。聚類模塊值Q = 0.645 5（大于0.5），平均輪廓值S = 0.868 4（大于0.7），聚類結(jié)果合理。通過分析10個聚類的具體內(nèi)容，該領(lǐng)域的研究熱點大致可分為四方面展開：

1）技術(shù)驅(qū)動與教學(xué)模式創(chuàng)新（“#0人工智能”“#3學(xué)習(xí)分析”“#6教育技術(shù)”）。關(guān)鍵詞包括高質(zhì)量發(fā)展、技術(shù)賦能、個性化學(xué)習(xí)、元宇宙、開放教育、數(shù)字化轉(zhuǎn)型、個性化教學(xué)、開放大學(xué)、在線學(xué)習(xí)、慕課、智力工具等，主要關(guān)注技術(shù)如何驅(qū)動教學(xué)模式的創(chuàng)新，包括利用人工智能、學(xué)習(xí)分析技術(shù)和現(xiàn)代教育技術(shù)手段來提升教學(xué)質(zhì)量，實現(xiàn)個性化教學(xué)和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

2）智慧教育與學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建（“#2大數(shù)據(jù)”“#7生成式人工智能”）。關(guān)鍵詞包括實踐教學(xué)、倫理批判、智慧學(xué)習(xí)環(huán)境、世界構(gòu)建、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)、人機協(xié)同、倫理問題等，聚焦于構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，利用技術(shù)手段來優(yōu)化學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑，促進學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)的提升。

3）高等教育體系與教學(xué)改革（“#1高等教育”“#4新工科”“#8教學(xué)改革”）。關(guān)鍵詞包括教育數(shù)字化、遠程教育、產(chǎn)教融合、技術(shù)應(yīng)用、雙一流、教育信息化、內(nèi)涵發(fā)展、專業(yè)布局、創(chuàng)新教學(xué)法等，涉及高等教育體系的整體變革和教學(xué)改革，旨在提升高等教育的整體質(zhì)量和適應(yīng)性。

4）創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與人才培養(yǎng)（“#5創(chuàng)客”“#9信息技術(shù)”）。關(guān)鍵詞包括機器人、教學(xué)模式、學(xué)習(xí)空間、課程體系、創(chuàng)新技能教育、功能定位、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、內(nèi)容分析等，側(cè)重于研究如何利用信息技術(shù)和創(chuàng)客教育模式來培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)業(yè)能力，以及如何通過優(yōu)化課程體系和學(xué)習(xí)空間來提升學(xué)生的創(chuàng)新技能。

3.2" 研究演化分析

為了展示國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)文獻的研究主題在時間維度上的演進過程，運用CiteSpace的時區(qū)視圖功能（Timezone）繪制關(guān)鍵詞共線時區(qū)視圖圖譜，如圖6所示。從主題來看，國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)的研究主要經(jīng)歷四個時期：

1）萌芽與初探期（2013—2015年）。該時期的研究相對較少，國內(nèi)幾乎沒有專門針對人工智能賦能本科教學(xué)的文獻。但從2014年開始，學(xué)習(xí)分析作為關(guān)鍵詞出現(xiàn)，學(xué)習(xí)分析的核心是對教育數(shù)據(jù)進行分析和預(yù)測，目的是利用數(shù)據(jù)挖掘和建模技術(shù)增強學(xué)生對教與學(xué)的理解并提供個性化教育[13]。這表明國內(nèi)研究者開始關(guān)注數(shù)據(jù)驅(qū)動的教育理念，為后續(xù)的人工智能應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2）技術(shù)引入與探索期（2016—2017年）。該時期人工智能、機器學(xué)習(xí)、創(chuàng)客、機器人等關(guān)鍵詞開始頻繁出現(xiàn)，表明國內(nèi)研究者開始將具體的技術(shù)手段引入教育領(lǐng)域，并探索其在本科教學(xué)中的應(yīng)用。同時，智慧教育、教育技術(shù)、大數(shù)據(jù)等概念也逐漸受到關(guān)注，顯示出技術(shù)賦能教育的趨勢。

3）深度融合與擴展期（2018—2021年）。國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)的研究呈現(xiàn)出深度融合不斷擴展的特點。個性化學(xué)習(xí)、新工科、STEM教育、人才培養(yǎng)模式、教學(xué)改革等關(guān)鍵詞的出現(xiàn)，表明研究者開始將人工智能技術(shù)深度融入本科教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，并探索其對學(xué)生學(xué)習(xí)成效和教學(xué)模式的影響。同時，跨學(xué)科、交叉融合等概念也逐漸受到重視，表明研究者開始關(guān)注不同學(xué)科領(lǐng)域之間的融合。

4）應(yīng)用與反思期（2022—2023年）。該時期國內(nèi)相關(guān)研究已取得一定成果，研究者開始關(guān)注技術(shù)應(yīng)用的實際效果和潛在問題。關(guān)鍵詞如跨學(xué)科、高質(zhì)量發(fā)展、人工智能倫理等，表明研究者不僅關(guān)注技術(shù)的應(yīng)用，還開始深入思考技術(shù)如何促進教育的高質(zhì)量發(fā)展，以及如何解決技術(shù)帶來的倫理和社會問題。此外，元宇宙、交互式人工智能、數(shù)字化轉(zhuǎn)型等前沿概念的出現(xiàn)，也體現(xiàn)了研究者對未來教育技術(shù)發(fā)展趨勢的思考。

3.3" 研究前沿分析

突變詞是指短時間內(nèi)出現(xiàn)頻次相對于以往展現(xiàn)出顯著增長趨勢的關(guān)鍵詞集合，反映了研究領(lǐng)域中的局部動態(tài)變化，可用于揭示領(lǐng)域內(nèi)的研究前沿[2]。通過CiteSpace的突變檢測功能（Burstness）獲得國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)研究的Top20高突變性關(guān)鍵詞，如圖7所示。

從突變強度來看，排名前三的關(guān)鍵詞為“智能教育”“機器人”“教育技術(shù)”。其中，“智能教育”作為人工智能技術(shù)與本科教學(xué)融合的基礎(chǔ)概念，具有最高的突變強度，其突變開始年份為2019年，標志著該時間點國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)研究正式成為學(xué)界關(guān)注重點。從突變持續(xù)時間來看，“機器人”“教育信息化”“教育技術(shù)”突變時間較長。其中，“機器人”“教育技術(shù)”突變強度高且持續(xù)時間長，不僅反映了這兩個研究方向的持續(xù)影響力，也體現(xiàn)了人工智能賦能本科教學(xué)領(lǐng)域中技術(shù)賦能的重要性。從最新年份的突變詞來看，“元宇宙”“數(shù)智時代”“數(shù)字化轉(zhuǎn)型”“高質(zhì)量發(fā)展”是當(dāng)前國內(nèi)研究工作的前沿方向。

4" 結(jié)" 論

通過對國內(nèi)人工智能賦能本科教學(xué)研究文獻的計量和可視化分析，本文揭示了國內(nèi)該領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀、研究熱點、演化趨勢及研究前沿。主要結(jié)論如下：

1）領(lǐng)域發(fā)展迅速，2017年開始發(fā)文數(shù)量顯著增長，研究在近年來保持了穩(wěn)定的關(guān)注度。

2）機構(gòu)合作較為松散，尚未形成穩(wěn)定的科研合作網(wǎng)絡(luò)，高水平師范院校貢獻顯著。學(xué)者合作較為局限，表現(xiàn)出小規(guī)模特點，從學(xué)者發(fā)文量來看，還未形成具有較高科研生產(chǎn)能力的學(xué)者群體。未來應(yīng)進一步強化機構(gòu)間的交流合作，鼓勵學(xué)者跨領(lǐng)域、跨機構(gòu)合作，拓寬研究視野，提升整體科研實力。

3）研究熱點多元化，技術(shù)應(yīng)用與教學(xué)創(chuàng)新并重，主要圍繞技術(shù)驅(qū)動與教學(xué)模式創(chuàng)新、智慧教育與學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建、高等教育體系與教學(xué)改革、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)與人才培養(yǎng)四個方面展開。

4）研究演化趨勢明顯，研究主題在時間維度上經(jīng)歷了四個階段。隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用的深入，研究內(nèi)容逐漸從理念初探轉(zhuǎn)向深度融合與反思，關(guān)注人工智能技術(shù)在本科教學(xué)應(yīng)用中的實際效果和潛在問題。

5）研究前沿聚焦未來教育技術(shù)發(fā)展趨勢，關(guān)注生成式人工智能、元宇宙、數(shù)智時代、高質(zhì)量發(fā)展等新興概念。同時開始重視技術(shù)倫理與社會問題，體現(xiàn)了研究的全面性和前瞻性。

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作者簡介：胡佳琪（1996—），女，漢族，江西吉安人，助理館員，碩士，研究方向：學(xué)科服務(wù)與文獻計量。