近十年我國綠色化學教育研究熱點可視化分析

李娜娜 莫尊理

摘要：對中國知網（CNKI）中檢索到的2009-2019年的3613篇關于綠色化學文獻作為數據來源，利用Bicomb2.01、Uci-net6和vosviewer軟件對我國綠色化學栽文關鍵詞進行可視化分析，提取出研究熱點主題，直觀明了地顯示近十年我國綠色化學及綠色化學教育的研究熱點、熱點主題的分布特征及深層次結構，為綠色化學教育的研究進程和發展趨勢提供參考。

關鍵詞：綠色化學;綠色化學教育;研究熱點;可視化分析

文章編號：1008-0546（2021）02-0002-07 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.02.001

綠色化學是21世紀化學學科發展的重要方向之一，它強調從源頭上消除污染，從根本上確保清潔無污染生產，從而對環境的治理從治標轉向治本。綠色化學是傳統化學基礎內容的革新，除了設計對環境友好并符合原子經濟的綠色產品外，同時利用信息技術和科技手段，處理人與自然的關系，尋求技術進步和環境保護的共贏。1990年綠色化學興起，為化學教育注入了新的活力。經過多國政府和產學研各界合作，逐步確立了綠色化學的12條原則、原子經濟、綠色化學5R原則，綠色化學教育進入萌芽期。美國首次將綠色化學教育理念與“STS教育”和“2061計劃”融入到化學教育，綠色化學教育開始在美國基礎化學教育中滲透和實施。1995年，中國科學院化學部確定了《綠色化學與技術》的院士咨詢課題，高校開始推動綠色化學的發展。1999年，我國開始基礎教育改革，綠色化學進入中學化學課程。經過近30年的發展，綠色化學體系已經初步形成。化學作為核心科技，沿著傳統化學一綠色化學一循環經濟化學一可持續性化學的軌跡進階，與化工、農業、材料、醫學、建筑等學科交叉發展。目前對于綠色化學和綠色化學教育，哪些研究主題是熱點，未來有哪些研究主題可能成為熱點，呈現怎樣的趨勢，對綠色化學教育的開展具有重要的借鑒意義。因此，運用可視化技術對綠色化學的載文進行分析，探析近10年來我國綠色化學和綠色化學教育的研究熱點及其內在特征。

一、數據來源及處理

1.數據來源

數據全部來自于CNKI數據庫。CNKI作為我國地區、機構、學術、學科、項目及成果評價與評審的重要依據，是權威性的引文信息源。基于CNKI的高級檢索方式，載文年限限定為2009-2019年，檢索主題為“綠色化學”“綠色化學教育”“綠色化學教育研究”，獲取3821篇相關文獻，其中“中國學術期刊網絡出版總庫”中有2317篇文獻，“教育期刊”818篇，“中國博士學位論文全文數據庫”中有文獻111篇，“中國優秀碩士學位論文全文數據庫”中有文獻367篇，“重要會議論文全文數據庫”中有197篇文獻，“中國重要報紙全文數據庫”中有11篇文獻，除去會議和報紙文獻共計3613篇文獻。

2.數據處理

可視化分析綜合運用計算機圖形學、圖像等技術，將采集的不可見或難以顯示的數據映射為可感知的圖形或符號等，其目的是以更直觀的方式洞悉蘊含在數據中的現象和規律。本文采用Bibcom2.01對載文的作者、機構、學科、基金和關鍵詞等信息進行提取并統計。運用Ucinet6對關鍵詞進行頻次分析、共詞網絡分析和熱點主題與作者分析。用VOSviewer進行聚類分析，分析研究熱點的種類。

二、研究結果與分析

1.綠色化學文獻年份分布、研究層次、發文機構情況分析

（1）綠色化學文獻近10年發文量分布

近10年綠色化學文獻年度分布趨勢如圖1所示。2009-2019年期間，發文量是一個曲折上升的過程，到2016年發文量突增到446篇，可能因為2015年3月，中共中央政治局會議審議通過《關于加快推進生態文明建設的意見》，首次提出了“綠色化”的概念，到2016年5月，聯合國環境大會發布了《綠水青山就是金山銀山：中國生態文明戰略與行動》，指出以“綠水青山就是金山銀山”為導向的中國生態文明戰略。政策性文件的發布使更多的學者認識到了綠色化學的重要性，成為研究的熱點且發文量增多。直至2019年又出現了上升的趨勢，發文量為460篇，相比2009年多出了154篇。隨著環境保護理念和綠色化學的發展，預計2020年發文量會保持穩定或持續上升的趨勢。

（2）綠色化學文獻研究層次頻率分析

采用內容分析法將上述3613篇文獻的研究層次進行歸類，研究層次的統計分析能較好地反映綠色化學研究的領域范圍，統計各文獻研究層次出現的頻次，如圖2。其中社科類的文獻占比較小，而基礎教育研究與中等職業教育以及工程技術研究出現的頻次較多，這也能說明基礎研究的重要性以及自然科學研究的緊迫性。自2012年頒布《國家職業技能標準編制技術規程》以來，加強職業人才隊伍的建設已是大勢所趨，為貫徹落實黨的十九大關于“大規模開展職業技能培訓”“建設知識型、技能型、創新型勞動者大軍”的要求，對2012年頒布的《國家職業技能標準編制技術規程》進行了修訂，印發《國家職業技能標準編制技術規程（2018年版）》。2019年1月國務院印發了《國家職業教育改革實施方案》，總體要求與目標是堅持以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，把職業教育擺在教育改革創新和經濟發展更突出的位置。職業技能教育更是受到了社會的廣泛關注。因此，綠色化學的研究主要集中于職業教育和基礎教育，表明需要進一步加強高等教育領域中綠色化學的教育和新型技術融于綠色化學的研究方向。

（3）綠色化學文獻發文機構分析

對近十年綠色化學文獻作者所在的機構進行分析，可以發現我國綠色化學領域的主要研究力量。我國綠色化學研究的作者來自全國各個省市的中學、高等院校和研究所等機構，分布廣泛，但不均勻。對綠色化學論文的第一作者所屬機構進行統計分析，如表1。

由表1可知，發文量最多的是中、高職院校，其次是高等院校和中學，教育機構的僅有399人發文。這說明我國綠色化學研究領域作者機構具有廣泛性和相對穩定性。廣泛性體現在我國中等、高等教育單位分布廣，而高職院校是近幾年國家大力發展和加強的一個領域。綠色化學教育的研究中主力軍是中、高職院校的老師，為我國綠色化學教育發展做出了突出貢獻。相對穩定性體現在該領域的研究者主要是由職校、高校師生和中學老師構成。

圖3表明，“阻垢機理”的頻次最高，為727次，其次是“綜合素質”，頻次為130次，頻次在41-125次以上的有“中等化學教育”“中等職業學校”“中學化學”“中學化學教學”“中學化學實驗”“資源循環”和“綜合化學實驗”;頻次在21-39次的有“有機化學實驗”“原子經濟性”和“應用實踐”等13個關鍵詞;頻次在14-20次的有“演示實驗”“藥物化學實驗”和“醫學院校”等17個關鍵詞。可見，近10年來我國綠色化學研究熱點呈現由理念層面逐步深入到實際改革和應用研究的特點，這反映了綠色化學研究的迫切性和時代性，綠色化學和綠色化學教育越來越受到研究者的關注。

頻次分析只是從數量上顯現了我國綠色化學研究熱點，研究熱點之間的關系需進行共詞分析。運行Ucinet6繪制高頻關鍵詞共詞網絡圖譜（見圖4）。圖中節點的位置和大小可以反映該節點的影響力，節點越靠近中心、節點越大說明該節點的影響力越大。

圖4表明，“綠色化學”的節點最大且處于整個網絡的中心位置。“實驗教學”“綠色化”“高等教育質量”“高中化學”“化學實驗”“環境保護”“微型化學實驗”“教學改革”和“創新能力”的節點也比較大，位置接近網絡中心，說明這些節點的影響力比較大。

3.研究熱點聚類分析

共詞分析只表征了研究熱點外在的顯性聯系，其內在的隱性聯系需要進行聚類分析。聚類分析可以將一個學科內的重要關鍵詞加以分類，從而歸納出該學科的熱點主題。通過VOSviewer軟件繪制綠色化學文獻的高頻關鍵詞聚類圖譜（見圖5）。

圖5顯示，75個高頻關鍵詞大致分為7個聚類：聚類1為綠色化學教學研究，聚類2為綠色化學實驗研究，聚類3為綠色化學的內容研究，聚類4為綠色化學實驗案例研究，聚類5為核心素養培養研究，聚類6為綠色化學工藝研究，聚類7為創新性人才培養研究，這7大聚類構成了我國綠色化學研究熱點的主題。綠色化學文獻的7個聚類主題彼此獨立又相互聯系，通過主題的研究可以全景式地對綠色化學的研究現狀和熱點進行全面的認識。

（1）綠色化學教育研究

綠色化學教育研究主要包括“綠色化學理念”“實驗教學”“策略”“滲透”“高校化學實驗教學”和“中等職業學校”等關鍵詞。綠色化學教育順應了化學學科發展的新價值觀，是可持續發展思想在化學領域的實現。通過聚類分析，綠色化學教育主要研究的是國內外發展的現狀、途徑和措施;高校、高職和中職的綠色化教學在制藥專業、生物技術專業、食品加工業、能源制造業、基礎醫學專業、化工生產中的綠色化的滲透等。在高等教育體系深化改革背景下，基于綠色化學理念，結合高職化學教育情況和現代化學行業的發展，通過創新化學教育內容，以此來促進高職綠色化學教育的高效發展。除此之外，綠色化學教育還包括綠色化學與環境保護意識的培養，STSE（科學、技術、社會、環境）教育與綠色化學教育。Astrid Steele等人將倫理規范和STSE理念融入到綠色化學教育，探討之間的內在關系，擴大了綠色化學教育研究的內容。通過綠色化學教育逐步形成綠色化學觀念，即包括可持續發展觀、綠色化學價值觀、化學的科學發展觀和環境和諧道德觀4個方面。

（2）綠色化學實驗研究

綠色化學實驗研究主要包括“綠色化學”“實驗改進”“實驗綠色化”和“環境保護”等關鍵詞。綠色化學實驗主要包含物理化學實驗、精細化工實驗、藥物化學實驗、有機實驗、綜合化學實驗等，在化學實驗教學中引入綠色化學的理念勢在必行。例如，王紅等人，在有機化學實驗教學綠色化改革的研究中，根據大學有機化學實驗教學的特點，結合長期的教學實踐，從傳統實驗內容的改進、微量或半微量實驗的推行、綜合實驗項目的開發和綠色化實驗技術的應用等4個方面人手，對有機化學實驗教學進行了深入的研究和改革。為全面實施有機化學實驗教學的綠色化奠定了基礎。化學實驗的綠色化體現在，將反應物和生成物中，毒性大、對環境造成污染的物質去除或找替代物;實驗試劑用量采取微量化;合理運用多媒體、可視化和虛擬仿真等技術進行實驗。強化實驗安全意識，形成綠色化學的觀念。我國需要對各個層次學校的化學實驗進行改進創新，重視環境保護問題，需要將“綠色化學”的理念落實到實驗中，使實驗安全和環境保護有所保障。綠色化學的提出對改革化學實驗教學帶來了新的活力，在綠色化學思想下，應用預防化學污染的新思想和新技術進行實驗改革，從而形成全新的化學實驗方式。

（3）綠色化學內容研究

綠色化學內容研究主要包括“綠色化學實驗”“實驗室安全管理”“廢棄物處理”和“可持續發展”等關鍵詞。通過聚類分析，我國綠色化學研究的內容主要包括無機、有機化學基礎知識;綠色化學反應的研究，主要涵蓋對環境友好的化學工藝和“原子經濟反應”，環境友好產品，如生成物廢物的零排放、易降解的無毒代謝物和廢棄物的回收處理;綠色催化劑的使用，采用生物催化劑和酶催化劑，減少副產品和環境污染;研究新的合成技術，如有機電合成、醫藥合成和不對稱合成等，著力推進我國綠色新能源和新技術的研發。近幾年高校化學實驗室安全體系的構建受到關注，提出在遵循綠色化學12個基本原則的基礎上進行科研實驗，設計安全的實驗方法，選用無害的化學試劑和緩和的實驗條件進行實驗。同時，安全管理者在與實驗人員進行充分溝通的基礎上，引導建立適當的安全管理體系，加強實驗人員的安全常識教育，才能從源頭上實現化學實驗室的安全化和綠色化。掌握綠色化學的基本內容和研究方向，對我們綠色化學的發展、環境保護和可持續發展有重要意義。

（4）綠色化學實驗設計研究

綠色化學實驗設計研究主要包括“微型化學實驗”“實驗設計”和“實驗教學改革”等關鍵詞。化學實驗的綠色化是培養學生綠色化學理念的重要途徑，關于化學實驗的綠色化，需要在實驗過程中遵循綠色化實驗“5R”原則。微型化實驗、小量一半微量實驗、微波化學實驗、計算機輔助綠色化實驗設計等都是綠色化學的重要組成部分，微型化實驗產生的“三廢”量少，提高了實驗的安全性，減少了對環境的污染。基礎實驗有些不但消耗原料，新生成的產物也是廢棄物，對環境造成一定污染，通過組合實驗，將單一實驗設計成系列實驗，實驗產品和實驗原料循環利用，滲透綠色化學思想，增強環保意識。利用多媒體進行仿真實驗探究，對一些裝置復雜，危險性大、反應周期長，常規實驗無法進行的實驗可以通過仿真實驗演示，預防污染物的產生，減少試劑的浪費。例如，錢揚義團隊研究的主要方向有“數字化手持技術化學實驗與遠程化學實驗”，數字化實驗的設計體現了綠色化學的理念，彌補了傳統實驗的不足。

（5）核心素養培養研究

核心素養培養研究主要包括“科學素養”“化學核心素養”和“化學實驗”等關鍵詞。提高學生的創新精神和科學素養一直以來都是為世界各國科學教育領域所關注和研究的問題，同時也是各國科學課程標準當中切實落實的課程目標。在化學學科核心素養中，“科學態度與社會責任”素養對化學實驗的價值取向作了更明晰的定位，尊重科學倫理道德，注重實驗的“綠色化”設計，對發展學生核心素養有重要作用。綠色化學教育是培養未來人才具有社會責任感的重要途徑，每個人都應該認識和贊美化學對社會和生活發展的重大貢獻，關注化學與生活中的熱點問題。與此同時，要了解化學與環境之間的關系，權衡利弊做出決策，在化學反應原理、化學技術的應用中要始終堅持“綠色化”的觀念。

（6）綠色化學工藝研究

綠色化學工藝研究，主要包括“教學改革”“綠色意識”和“節能減排”等關鍵詞。綠色化學工藝、技術主要涉及化工原料的改革，新型催化劑和催化技術的研究。我國的綠色催化發展較前沿，如李燦院士主要從事催化材料、催化反應和催化光譜表征方面的研究，并致力于太陽能光催化制氫以及太陽能光伏電池材料的研究，并在2014年獲得中國催化成就獎;陳鈺團隊研究綠色且高效的電池和電催化反應。綠色電催化的關鍵因素之一在于選擇綠色電解質和合成綠色化的電極材料，符合可持續發展的基本要求;尹雙鳳等人認為光催化技術將綠色的太陽能轉化為化學能，是解決能源短缺與環境污染問題最有潛力的綠色手段之一，受到了全球研究者的廣泛關注。綠色化工還研究生產工藝的改造，如制堿工業、建筑材料、化肥農藥、精細化工、食品、染料、藥品、化妝品、涂料、新型溶劑技術、零排放工藝等化工領域的改革創新。新的綠色化工技術促進產業的發展和綠色化學工程工業園區的建設研究。揮發性有機物（VOCs）是目前影響我國大氣環境質量的關鍵污染物之一，工業園區已成為中國最主要的VOCs排放源，化工園區的VOCs控制至關重要。因此，要實現化工生產的綠色化，需要借助社會、技術創新、經濟發展、環境保護等方面的推動支持，從工藝和設備雙管齊下，大力研究和開發減少或消除污染的綠色工程技術。今后綠色化與清潔生產工藝技能應朝著節能、環保的方向快速發展。化學與生命活動、材料研發、信息技術、能源利用、資源開發、環境保護等領域向綠色化方向發展。

（7）創新性人才培養研究

創新性人才培養研究，主要包括“應用型人才”等關鍵詞。21世紀已經逐漸步入“綠色化”時代，大力發展綠色化學工業是時代的需求，培養綠色化學工業所需要的專門人才是當務之急。提倡培養具有可持續發展理念的技術型創新性人才，如具有相關化學學科綜合理論，掌握綠色化學和清潔化工生產過程，具有環境化學和環境相關的材料化學的知識，利用現代科技進行創新、推動化學工業科技進步的的復合型化學高級專門人才。高校在化學教學中研究綠色化學的創新應用，能夠在一定程度上提升化學教學質量，促進學生成長為社會可持續發展需要的人才。總之，創新性人才，應具有綠色化學、綠色化工藝生產的理論基礎和綜合實踐技能，具備應用新技術的技能，同時具備開發新產品和新工藝的創新思維。

三、結論與展望

近十年我國綠色化學研究熱點眾多，這些熱點大體可歸為七個主題：綠色化學教學研究、綠色化學實驗研究、綠色化學的內容研究、綠色化學實驗案例研究、核心素養培養研究、綠色化學工藝研究、創新性人才培養研究。這七個主題形成了相互交織的“矩陣”，這表明我國綠色化學研究呈現全方位和多層次的特點。研究熱點有匯聚力、號召力和吸引力。我國綠色化學在催化體系、反應和工藝、綠色產品和電光化學，逐漸形成綠色化學技術網絡，主要服務的領域有綠色反應、綠色產品、可再生資源轉換、新能源的利用和污染物的處理。同時從研究團隊的建設方面看，我國綠色化學是以中、高職和高校為主要陣地。在高校、中高職院校和中學形成了一批對綠色化學有興趣的研究者，并培養了具有綠色化學素養的研究群體。

隨著全球性環境污染問題的日益加劇，能源、資源急劇減少，“綠色化學”已成為21世紀化工技術的重要科技前沿和化學研究的熱點，是化學學科發展的必然趨勢。但我國綠色化學教育中綠色化學知識滲透不夠、綠色化學教育措施有限，綠色化學缺乏評價性研究。因此將“環境影響評價法”與教育部、國家環保總局下達的“關于加強高等學校實驗室排污管理的通知”（教技[2005]3號）要求相結合。將環境影響評價法的規定貫徹到化學教學體系中。對化學教學進行評價，是新形勢下綠色化學發展的必然要求，研究科學嚴謹的綠色化評價體系刻不容緩。從研究內容看，綠色化學的研究不均衡。綠色化學文獻中綠色化學實驗研究的比例占了62%，利用數字化技術和虛擬仿真實驗的研究逐年增多，因此可能產生的倫理問題和環境問題研究較少。隨著綠色化學的發展，只有把綠色化學的思想融入到化學教育中，對各個層級尤其是大中學校的學生進行綠色化學教育，才能發揮其應有的作用。綠色化學教育是新時期各學段教育發展的重要課題，綠色化學教育的開展是新時期化學教育改革的重要“抓手”。讓化學充滿綠色，是現代化化工發展以及化學教育的發展方向，在可持續發展觀念下實現綠色化學教育，是我國教育體系中化學學科的新航標。