高校實驗室安全研究的可視化分析

武珂超，金星龍，王曉艷

（天津理工大學a.環境科學與安全工程學院，b.化學化工學院，天津300384）

高校實驗室是進行學生培養、科研的重要場所。同時，高校實驗室資源日益開放，進入實驗室的人員數量和流動性增強、實驗用房的限制，使得實驗室安全工作面臨越來越多的問題。高校實驗室會因化學品處理不當而引起的失火、爆炸事故[1-2]，學生也會因為暴露在細菌或其他生物下受到感染[3]，2018年12月26日，北京交通大學環境工程實驗室發生的爆炸事故[4]。為此，在2019年1月10日教育部辦公廳發布《關于進一步加強高校教學實驗室安全檢查工作的通知》，2019年3月25日，教育部辦公廳發布《關于做好2019年度高等學校科研實驗室安全工作的通知》[5]。目前，教育部和各省市對全國高校的實驗室安全進行重點排查，嚴格把控，各高校積極組織自查，清除隱患。

為了解高校實驗室安全現狀和方向，文章采用可視化分析軟件繪制出“高校實驗室安全”知識譜圖，進行現狀和熱度分析，為實驗室安全理論研究與實踐應用提供數據支持。文章以期刊論文作為數據源，對其從關鍵詞、作者、機構等多個維度進行文獻計量分析和對比。此外，還分析了逐漸凸顯領域的研究現狀和發展情況。

1 數據與方法

文中所用研究數據是以“高校實驗室安全”為關鍵詞進行檢索，截止發表時間為2019年12月16日，從CNKI和Web of Science核心合集2個數據庫進行搜索。2個時間跨度分別為1994~2019和1998~2019。CNKI共檢索“高校實驗室安全”文獻合計1 972篇，“高校實驗室安全教育”文獻591篇；從Web of Science核心合集檢索英文文獻747篇。

文中主要采用荷蘭萊頓大學Nee Jan van Eckh和Ludo Waltman開發的VOSviewer軟件對所選取的文獻進行知識譜圖共現分析，該軟件主要針對文獻計量網絡進行分析以構建可視化網絡圖譜，最終實現對科學研究的結構和動態發展的深層次、全面認知。根據研究內容在VOSviewer軟件中調節閾值、時間跨度等參數進行可視化處理，對所呈現的聚類、時間和密度知識譜圖進行分析[6-8]。

2 實驗室安全研究動態分析

2.1 文獻計量分析

2個數據庫中有關“高校實驗室安全研究”的發文量均呈增長態勢。其中，CNKI發文量1994~2007年前發文量相對較少，2004年之前每年發文量屈指可數。2008年后開始迅速增長，2019年發文量最多，達376篇，而Web of Science發文量呈平穩增長趨勢。文獻及文件年發表趨勢從圖1中可分析看出，2008年以后高校實驗室安全逐漸成為研究熱點。為了解政府文件與發文量之間的聯系，對2019年以前政府文件量進行統計。從2004年開始，有關高校實驗室安全的政府文件逐漸增加，2017~2019年3年間政府發文量最多，也促進了學者的關注和研究。

圖1 文獻及文件年發表趨勢Fig.1 Annual publication trend of literature and documents

采用SPSS軟件對2個數據庫年發文量相關性如表1所示。從表1中可以分析出，2個數據庫關于“高校實驗室研究”的論文發表量呈顯著性相關，相關系數為0.945，并且在0.010水平上顯著相關。另外，雙側顯著性值小于0.001，說明兩者之間不相關的概率小于0.001。

表1 2個數據庫年發文量相關性Tab.1 Correlation analyses of the annual volume of the two databases

本文對CNKI發文量和中國政府文件量相關性分析，如表2所示。從表2中可分析出，在關于高校實驗室安全研究中，文獻發表量與我國政府文件發布量呈顯著性相關，相關系數為0.788，在0.010水平上顯著相關。雙側顯著性值小于0.001，兩者之間相關概率小于0.001。同時表明兩者之間為正相關性，即安全法規文件促進了實驗室安全研究。

表2 CNKI發文量和中國政府文件量相關性分析Tab.2 Analyses of the correlation between the number of CNKI documents and the number of Chinese government documents

2.2 文獻關鍵詞共現分析

通過關鍵詞詞頻數量統計可以了解某一領域的研究現狀。利用VOSviewer軟件生成關鍵詞共現可視化圖，通過參數閾值調節選擇最小共引量為8次及以上的關鍵詞進行共現分析，圖2中圓圈表示文章中關鍵詞名稱節點，節點間的連線表示不同關鍵詞之間的共現關系。節點越大說明此關鍵詞受關注程度越大，連線越粗說明關鍵詞之間聯系強度越大。文中以CNKI數據庫檢索出的1 972篇文獻進行關鍵詞共現分析，圖2為CNKI中高校實驗室安全關鍵詞共現時間譜圖。可以看出管理體系的構建與模式、化學實驗室、研究生群體及管理措施逐漸成為高校實驗室安全研究新的熱點。CNKI高校實驗室安全研究關鍵詞共現分析如表3所示，分析出關于安全管理的出現次數最大，與其他關鍵詞的聯系強度也最大，可以得出安全管理體系仍然是實驗室安全研究的重要領域。同時可以得出安全管理、高校實驗室、實驗室安全是高校實驗室研究中的核心，安全教育和對策研究等開始凸顯。

圖2 CNKI中高校實驗室安全關鍵詞共現時間譜圖Fig.2 Co-occurrence and time spectrum of university laboratory safety keywords in CNKI

表3 CNKI高校實驗室安全研究關鍵詞共現分析Tab.3 Key words co-occurrence analyses of university laboratory safety research in CNKI

根據CNKI發文量，以2000年、2007年、2014年和2019年4個年份為時間刻點，CNKI中高校實驗室安全研究遷移密度譜如圖3所示。可分析看出高校實驗室安全研究內容逐漸豐富；從單一的實驗室公共基礎設施安全，逐漸遷移為安全管理研究，隨后對其進行深層次研究，并對不同實驗室的危險特性進行研究。在整條時間線上安全管理一直是高校實驗室安全研究的重點。

圖3 CNKI中高校實驗室安全研究遷移密度譜Fig.3 Transfer density spectra of laboratory safety research in CNKI

以Web of Science數據庫檢索出的747篇文獻進行關鍵詞共現分析，圖4為Web of Science高校實驗室安全關鍵詞共現和時間譜。從圖4中分析看出實效研究成為近幾年國外的熱點，結合表4 Web of Scinence高校實驗室安全研究關鍵詞共現分析，分析得出安全、有效性和管理為國外關于高校實驗室安全研究的核心。安全出現次數最多，總聯系強度也最大，國外高校實驗室安全研究是圍繞“安全”開展。

圖4 Web of Science高校實驗室安全關鍵詞共現和時間譜Fig.4 Co-occurrence and time spectrum university laboratory safety keywords in Web of Science

表4 Web of Science高校實驗室安全研究關鍵詞共現分析Tab.4 Key words co-occurrence analyses of of university laboratory safety research in Web of Science

以2000年、2007年、2014年和2019年4個年份為時間刻點，Web of Science中高校實驗室安全研究遷移密度譜如圖5所示。可以得出2007年以前對醫學實驗安全研究較多，之后高校實驗室安全研究開始多樣化發展。實驗室安全和安全管理在2000年和2014年間研究較多，從圖5（c）中可分析出，這個階段對安全文化開始增加研究，從圖5（d）中可分析出，2015年以后安全教育和實效研究逐漸成為重點方向。

圖5 Web of Science中高校實驗室安全研究遷移密度譜Fig.5 Transfer density spectra of university laboratory safety research in Web of Science

對比兩個數據庫關鍵詞分析結果，CNKI文獻研究更傾向于縱向研究，例如在安全管理領域，行政管理機制、管理體系和管理模式等部分的研究。Web of Science的研究更傾向于橫向研究，進行不同實驗室（CNKI關于化學實驗室研究最多）對策措施有效性以及風險評估等更發散的研究。

2.3 作者合著分析

高校實驗室安全研究作者合著譜如圖6所示。圖6（a）為CNKI作者合著時間圖，以一位作者最少發表5篇文限量為閾值，對作者合著進行分析。結果顯示馮建躍作者的發文量最多，共有18篇文獻，其次為金海萍、阮俊、郭萬喜均發表10篇文章，且關聯強度均不為0，說明各作者之間均有關系。圖6（b）為Web of Science作者合著時間譜圖，以一位作者最少發表3篇文限量為閾值，因為其他作者之間基本沒有關聯度，導致圖6（b）中呈現7位關聯度較強的作者。可以看出3位作者BELLECCI C、MALIZIA A和GAUDIO P在近幾年對高校實驗室安全研究方面有所進展。根據分析結果，CNKI數據庫作者合著關聯程度高于Web of Science核心合集的作者合著關聯度。

圖6 高校實驗室安全研究作者合著譜Fig.6 Co-author spectra of safety studies in university laboratories?

2.4 Web of Science核心合集其他元素可視化分析

表5為高校實驗室安全研究國家發文量與聯系強度分析，從表5中可分析出美國發文量最多，與其他國家的關聯度最大，其次為德國。高校實驗室安全研究國家發文時間譜如圖7所示。可以分析看出，近期中國、印度、埃及和挪威在Web of Science發表過有關這方面研究的論文，對實驗室安全的研究較多。

表5 高校實驗室安全研究國家發文量與聯系強度分析Tab.5 An analysis of the quantity of national papers and the intensity of contact in laboratory safety research of colleges and universities

圖7 高校實驗室安全研究國家發文時間譜Fig.7 National publication time spectrum of laboratory safety research in universities

文獻研究機構分布可以反映不同研究機構在該領域的研究實力以及所處的地位。高校實驗室安全研究機構發文量與聯系強度分析，如表6所示。可分析出，被引次數最多的機構為密歇根大學，而與其他機構關聯度最強的為哈佛大學。以一個機構最小發文閾值為5，生成高校實驗室安全研究機構密度譜如圖8所示，可分析出密歇根大學和杜克大學是當前高校實驗室安全研究領域的領軍機構。

圖8 高校實驗室安全研究機構密度譜Fig.8 Density spectrum of safety research institute in university laboratory

表6 高校實驗室安全研究機構發文量與聯系強度分析Tab.6 Analysis on the quantity of documents issued and the intensity of contact in the laboratory safety research institutions of colleges and universities

2.5 CNKI高校實驗室安全教育可視化分析

多數高校的本科課程中缺乏實驗室安全教育[9]，并且在高校發生事故的潛在原因是學生沒有在實驗室安全的環境中接受安全教育[10]。圖9為高校實驗室安全教育時間譜，從圖中可分析出在高校實驗室安全研究中關鍵詞“實驗室安全”、“安全管理”、“安全教育”等研究密度較大。

圖9 高校實驗室安全教育時間譜Fig.9 Time spectrum of safety education in university laboratory

“信息化”、“研究生”、“安全檢查”、“體系構建”、“高校化學實驗室”、“科研實驗室”、“實驗教學”等關鍵詞出現在近兩年研究中，研究生群體的實驗室安全教育成為一個研究重點。研究生群體中包括本科生未進行實驗室安全學習的學生，或較長時間未進行安全教育培訓。實驗室安全信息化教育成為安全教育的一個重要方式，教育信息化更滿足學生對現代科技體驗的需求，也更貼合現代化科技的發展。并且已有研究表明使用移動虛擬現實工具的參與者能夠將所呈現的安全知識轉移到現實世界中[11-12］。保證實驗室安全的重要手段就是對實驗室和進入實驗室人員的安全檢查，對學生進行實驗室安全教育可以將安全檢查的內容包括進去。

3 結論

1）關于高校實驗室安全的發文量呈現逐年遞增趨勢，且CNKI的發文增長率明顯大于Web of Science；CNKI論文在2008年后顯著增加，其發文量與政府文件量顯著相關，說明我國研究學者和國家對高校實驗室安全的關注度增加；Web of Science增加速度緩慢，CNKI和Web of Science關于高校實驗室安全的論文年發表量顯著相關。

2）國內關于高校實驗室安全研究中管理體系的構建與模式、化學實驗室、研究生群體及管理措施等逐漸成為高校實驗室安全研究新的熱點；Web of Science中，實驗室安全的實效問題成為研究熱點。

3）CNKI在關于高校實驗室安全的研究更傾向于縱向研究，以安全管理為主線；而Web of Science的研究更傾向于橫向研究，以安全為核心發散性研究。

4）CNKI數據庫作者合著關聯程度高于Web of Science核心合集的作者合著關聯度。

5）美國是在Web of Science發表關于高校實驗室安全論文量最多的國家，與其他國家的關聯強度也最大，基本涉及其他國家所研究的領域；密歇根大學（Michigan）和杜克大學（Duke）是高校實驗室安全研究領域的領軍機構。

6）高校研究生群體成為需要進行實驗室安全教育的重要對象；高校實驗室安全教育信息化成為現代教育的主流方向。