學科知識圖譜及其構建機理

孫雨生，彭夢媛，劉 濤

（湖北工業大學經濟與管理學院，湖北武漢 430068）

1 研究背景

伴隨“雙一流”建設和“雙萬計劃”縱深推進，學科治理體系和治理能力現代化需求不斷提升，高校學科作為高校教學、科研及社會服務能力提升的重要基礎，其建設地位愈加凸顯。當前我國學科建設整體雖取得一定成效，但仍需提升高校學科方向明晰性、學科布局合理性、學術氛圍濃厚度、學科梯隊完善性、學科基地健全性、學科成果優質度等，亟須深度理解并科學評估學科建設，避免學科間內涵同質化、資源配置失衡等問題。

傳統相關研究多基于同行評議、問卷調查、文獻綜述等定性方法，從教學、科研、人才培養、社會服務等宏觀視角統計分析學科建設外部特征，雖能部分揭示學科建設質量及其顯性特征，但難以有效揭示學科微觀聯系、靜態結構和演化規律，也無法充分挖掘學科發展歷程及規律、把握學科發展特征及本質、預測學科發展前沿及演化；另外，如楊淵鋆等［1］、萬昊等［2］在研究均指出，還存在結論主觀且封閉、工作量大且低效、文獻量少且低質等問題，嚴重影響評估結果信效度與易理解性、學科建設決策效果。因此，亟須用新型分析方法和工具深度分析體現學科建設水平、質量、前沿的系列科研成果，以高效直觀、全面客觀揭示微觀學科主體及其聯系、中觀交流主體及其結構、宏觀知識主題及其演化特征，以彌補傳統評估方法不足。在此形勢下，學科知識圖譜應運而生。學科知識圖譜運用可視化技術轉化海量抽象學科知識為直觀形象統計型、關聯型知識圖譜［3］，生動揭示學科橫向關聯結構、縱向發展脈絡并立體反映學科知識體系［4］，以便精準把握學科建設著力點，合理配置學科建設資源進而提升學科競爭力。

現有學科知識圖譜成果多用特定方法和工具構建、挖掘和分析特定學科及領域具體問題知識單元之間的聯系和演化規律。此外，部分學者按需構建學科知識圖譜：如湯建民［5］、魏瑞斌［6］等聚焦于學科發展測評、機構資源分配及學科布局，以輔助學科建設優化；伍國勇等［7］、黃薇［8］、吾司曼等［9］通過學科服務方向明確、價值倍增、效率提高來提升學科服務質量；何超［10］、張勇等［11］、蔣禹飛等［12］以教學先進化、可視化、智慧化賦能課程教學改進，但多因研究工具與方法不科學、研究內容與解析不全面、學科建設理論研究不充分等，難以深度揭示學科建設內涵及規律，不能有效輔助學科建設決策。為此，本文研究學科知識圖譜類型及其構建機理，輔助深入分析并揭示學科建設內涵及規律，從而為政府、高校決策提供參考。

2 學科建設與學科知識圖譜

2.1 學科建設

2.1.1 內涵與價值

就內涵而言，學科建設是高校遵循學科發展規律，面向政府、產業、學者、學生等主體的價值需求，結合自身教學和科研實際，以提升人才培養、社會服務質量為宗旨，基于行為維度的學科組織形態建構學科教學、科研體制，以有序化、規范化重構與重組知識活動并提供服務，基于空間維度的學科活動形態開展知識創新活動以組織與建構知識，基于時間維度的學科知識形態演化構建系統知識體系以分化與豐富學科內涵及應用的復雜系統工程［13］。就價值而言，學科建設對接政府戰略、高校定位、產業發展和學者需求，豐富學科內涵、提升學科水平，以促進學科發展并輔助提升高校學科研究、人才培養、社會服務質量。

2.1.2 要素及其關系

學科建設要素涉及學科方向、布局、環境、梯隊、基地、課題等，各要素互聯形成學科生態系統（見圖1）。其中，學科方向建設為基礎，遵循前沿性、可行性原則，以學科特色、交叉方向、新生長點凝練為導向，明晰學科方向；學科布局建設為思路，遵循戰略性、特色性原則，橫向以基于高校間相同學科實力強弱設置學位點為導向，縱向以高校內基礎、新興、交叉學科分布規劃學科資源為導向，優化學科布局；學科環境建設為保障，遵循創新性、自主性原則，以學科設備配置、學科交流合作為導向，營造學科環境；學科梯隊建設為核心，遵循學術性、層次性原則，以梯隊質量提升、結構調整為導向，配置學科梯隊、引領學科前沿；學科基地建設為支撐，遵循優勢性、協同性原則，以學科戰略定位、結構優化、資源配置為導向，部署學科基地，營造學科環境，組建學科梯隊，孵化學科課題；學科課題建設為突破口，遵循適標性、校本性原則，以學科課題立項、成果產出、人才培養為導向，明確課題方向，更好地組建學科梯隊和配置學科資源。

圖1 學科建設要素間關系

2.2 學科知識圖譜

2.2.1 內涵與價值

學科知識圖譜以可視化技術為手段，以學科期刊、文獻、作者、機構、基金、關鍵詞等為對象，以學科理論與知識體系為核心，以學科畫像與知識發現為目的［14］，綜合運用引文分析、多元統計分析、社會網絡分析等方法并遵循數據檢索、處理和分析以及圖譜構建和解析流程處理紛繁復雜學科對象信息［15］7-9，以可視化知識圖譜揭示學科發展歷程與知識結構關系。學科知識圖譜可用于輔助分析學科發展歷程及規律、學科發展特征及結構、學科知識共享及傳播、學科發展前沿及演化，探究學科建設現狀及發展趨勢，以便各相關主體采取系列措施有針對性地提升學科建設水平。

2.2.2 類型及關系

學科知識圖譜按學科建設內涵分為學科流派、學科交流和學科脈絡圖譜，均以學科文獻為核心，其相互關系如圖2 所示。學科流派圖譜以學科文獻所屬期刊載文量、作者發文量、機構發文量、基金立項量以及期刊影響因子、被引半衰期、被引頻次、篇均被引頻次等指標初步界定核心期刊、文獻、作者、機構、基金：基于引文分析揭示學科流派的成果特征，基于共被引或共現分析和社會網絡分析揭示學科核心知識單元及其相互之間交叉、滲透、衍生、融合等引證關系，并通過多元統計分析或聚類分析揭示學科靜態結構及流派共同體。學科交流圖譜以微觀作者、中觀機構、宏觀地域（國家）層面的合作群體、規模、強度等特征分析學科流派圖譜中核心作者、機構及所屬地域（國家）間網狀關系，從空間維度基于引文分析揭示學科成果分布差異，基于社會網絡分析揭示研究主體間知識融合與傳播，輔助學科知識融合、信息傳播、資源配置和學術氛圍營造。學科脈絡圖譜以學科流派圖譜中學科文獻關鍵詞中心性、密度、頻次，從時間維度基于詞頻分析發現學科文獻高頻關鍵詞，基于共現分析分別融合社會網絡分析、聚類分析來識別學科知識間關系和結構，揭示學科主題結構、知識脈絡演化歷程和路徑以及研究熱點和前沿，輔助明確學科方向、規劃學科布局。

圖2 學科知識圖譜類型及關系

3 學科知識圖譜構建基礎

3.1 構建目標

學科知識圖譜構建旨在從學科建設要素間關系視角，依托數據挖掘、信息處理、知識計量、網絡分析、可視化技術量化分析學科文獻并立體展現學科全貌、歷程與趨勢［10］，以揭示學科潛在結構、機構科研規模、分析學科合作網絡、評估學者學術地位，探測學科演化趨勢和追蹤學科前沿課題等，輔助學科建設決策，進而滿足政府戰略制定、高校學科統籌、學者科學研究需求。具體而言，輔助政府分配學科財政資金、部署高校學科學位點、優化地域（國家）間合作機制、制定學科課題指南，以便形成學科體系；輔助高校強化自身學科特色、組建高水平學科隊伍、規劃配置學科資源、舉辦學科交流活動、構建合作交流平臺，以便構建學科共同體并提升學科質量；輔助學者引領學科發展方向、聚焦學科前沿課題，加強學者及學術群體間交流、產出學科優質成果，以便參與主流學科群體并進行學科創新。

3.2 構建原則

為提升學科知識圖譜的全面性、普適性以及學科建設決策支持度，在數據檢索環節注重數據來源全面安全，選取時效性強、可靠度高的數據。同時，參考孫小欣［16］、劉靜［17］的研究，在數據預處理環節應注重規范格式轉換、剔除冗余數據，以提升數據一致性及使用高效性，并選擇能夠反映研究目標支持度和處理簡潔度的知識單元，以橫向共現、縱向引證關系界定單元關系構建的合理性。此外，遵循數據標準性和簡潔性原則進行數據處理，并通過易操作的、適用的方法和工具開展數據分析。最后，學科知識圖譜構建注重流程普適性、步驟規范性、類型多樣性、圖譜易懂性，在圖譜解析環節注重解析建構性、結論科學性［18］。

3.3 構建思路

遵循上述構建目標及原則，學科知識圖譜構建思路如圖3 所示。首先，以美國的科學引文索引（SCI）、社會科學引文索引（SSCI）、WoS 數據庫和我國的中文社會科學引文索引（CSSCI）、中國科學引文數據庫（CSCD）和中國知網（CNKI）數據庫等為數據源檢索學科數據，并參考肖明［15］7的做法進行數據預處理；其次，選擇學科期刊、文獻、作者、機構、基金、關鍵詞等知識單元并構建單元關系；再次，參考劉敏娟［19］的方法進行引文、共被引、共現、多元統計、社會網絡等數據分析，并參考肖明［15］8的研究選取適用的計量分析和可視化工具構建學科知識圖譜；最后，對學科知識圖譜進行分析。

圖3 學科知識圖譜構建思路

4 學科流派圖譜構建機理

4.1 學科期刊圖譜

學科期刊是學科成果重要交流載體，其質量直接影響學科知識傳播廣度和深度。學科期刊圖譜涉及期刊共被引網絡圖譜、期刊多維尺度圖譜，常用于揭示學科核心期刊、學科間關系以及學科結構類型。分析核心期刊內容可輔助學者明晰學科方向，明確學科性質、特征、關系、結構、演化規律，以立體建構學科知識體系，并通過揭示學科所處發展階段以及與其他學科協同關系和高校學科定位等，輔助政府統籌學位點、高校配置學科資源以優化學科布局。具體而言，首先，通過引文分析統計期刊載文量、被引頻次、影響因子、被引半衰期等指標揭示學科重要期刊，其中期刊平均被引半衰期越長，學科被替代性越弱、研究難度越大［10］；其次，通過重要期刊間共被引頻次構建共被引矩陣，結合共被引、聚類、社會網絡分析構建期刊共被引網絡圖譜，并依托節點、連線、中心性等特征及指標揭示核心期刊間關系并推斷學科間關系，或基于共被引矩陣結合相關性、因子、多維尺度分析等多元統計分析構建期刊多維尺度圖譜，通過期刊相關性劃分學科期刊群進而明確學科結構等；最后，基于各時段圖譜內容分析相關學科類別、結構、關聯度、關注度等，以追溯高質量學科主題演化規律。

4.2 學科文獻圖譜

學科文獻是學科知識源流和成果的主要表現形式，文獻間引證關系體現學科知識累積性、連續性、繼承性［10］。學科文獻圖譜主要是文獻共被引聚類網絡圖譜，常用于揭示學科核心文獻和知識基礎，輔助學者培養學科素養、遴選學科文獻、梳理學科脈絡、申請學科課題，同時用于分析學科研究突破口，輔助學者發現學科新生長點。具體而言，通過引文分析統計文獻共被引頻次、找到高被引文獻，基于高被引文獻間共被引關系構建文獻共被引聚類網絡圖譜，并依托節點及共被引年份、中心性等特征揭示核心文獻和知識基礎，最后分析文獻共被引聚類網絡圖譜時區視圖，結合知識基礎、核心文獻內容揭示知識源流演化歷程以發現學科突破口［20］。

4.3 學科作者圖譜

學科作者是學科知識創造、傳播與踐行主體，其水平與結構決定高校學科地位、聲譽和發展方向。學科作者圖譜涉及作者共被引網絡圖譜和學術群體多維尺度圖譜，常用于揭示核心作者和主流學術群。分析和明確學科核心作者和主流學術群研究方向能夠輔助學者追蹤學科前沿，推動高校人才引進、學科梯隊組建及其質量提升和結構優化［21］。具體而言，通過引文分析統計作者被引頻次，發現高被引作者，基于高被引作者間共被引關系構建共被引矩陣，并結合共被引、社會網絡分析構建作者共被引網絡圖譜，同時依托中心性、密度等指標揭示核心作者間關系疏密，或結合作者共被引、多元統計分析構建學術群體多維尺度圖譜，聚集研究方向相似作者形成科學共同體，以揭示主流學術群和特色分支流派等。

4.4 學科機構圖譜

學科機構是學術交流、人才聚集、成果形成依托。學科機構圖譜涉及機構共現網絡圖譜和機構共現學科圖譜，常用于揭示核心機構和機構學科分布。分析核心機構學科實力、梯隊水平等，能夠輔助政府戰略部署學位點；同時，分析機構內學科分布和建設路徑，能夠推動高校特色化配置人才、設備、資金等學科資源。具體而言，首先，通過引文分析統計機構發文量、被引頻次、篇均被引頻次等指標發現高產機構，然后基于高產機構間共現關系構建共現矩陣，結合共現分析、社會網絡分析構建機構共現網絡圖譜，并依托節點、中心性等特征及指標發現核心機構，最后基于不同時段機構文獻所屬學科間共現關系，結合共現分析、社會網絡、聚類分析構建機構學科共現圖譜并依托節點、學科關聯度、中心性等特征及指標，分析機構內學科分布［22］。

4.5 學科基金圖譜

學科基金是學科建設經費重要保障，支撐學科演化、學科研究和人才培養。學科基金圖譜涉及基金共現圖譜、課題關鍵詞共現網絡圖譜，常用于揭示學科重要基金和學科前沿動態。追蹤學科前沿問題有利于超前部署重要基金，輔助學者產出優質成果；而分析學科發展潛力、基金資助特征（如分布、力度、對象等），可輔助政府優化學科基金資助規模和結構。具體而言，首先，基于學科文獻中基金共現關系構建共現矩陣，結合共現分析、社會網絡分析構建基金共現圖譜，并依托資助課題數、中心性等特征及指標發現學科重要基金；其次，按地域、機構、作者分類統計歷年基金資助數量、經費及對象揭示學科基金資助規模、增速、比重等特征［23］，進而分析學科發展潛力［24］；最后，基于重要基金所資助課題中高頻關鍵詞共現關系構建共現矩陣，結合共現分析、社會網絡分析構建學科基金資助課題高頻關鍵詞共現網絡圖譜，并依托節點、連線特征揭示學科研究熱點與前沿。

5 學科交流圖譜構建機理

5.1 學科作者合作圖譜

學科作者合作直接反映學科成熟度，間接保證學科成果質量。學科作者合作圖譜主要是作者合作網絡圖譜，?；趯W科交叉性，結合學科作者合作強度與規模輔助高校有針對性地舉辦學科會議以形成學術交流群體，推動學科梯隊間深度交流合作。具體而言，通過引文分析統計作者發文量等指標發現高產作者，基于高產作者間共現關系，結合共現分析、社會網絡分析構建作者合作網絡圖譜，并依托合作作者數、連線特征和作者中心度、合作度、合作密度等指標揭示學科作者間合作規模和強度［25］。

5.2 學科機構合作圖譜

學科機構合作有利于機構間開放協同創新以及學科成果的落地轉化。學科機構合作圖譜主要是機構共現網絡圖譜，常基于學科機構間合作關系及其合作對象特征，幫助高校追蹤學科發展狀態及動態，發現合作機遇及構建合作平臺，加強學科合作及跨域創新。具體而言，通過引文分析統計機構發文量發現高產機構，基于高產機構間共現關系，結合共現分析、社會網絡分析構建機構共現網絡圖譜，并依托連線、中心性、密度等特征及指標揭示學科機構間合作關系、規模、強度等特征。

5.3 學科地域（國家）合作圖譜

學科地域（國家）合作揭示學科宏觀合作關系及特征，以推動學科的跨域協同創新。學科地域（國家）合作圖譜主要是地域（國家）學科合作網絡圖譜，?；趯W科發展地域差異及合作關系分析其所處階段及成因，輔助政府優化學科跨域合作政策及機制、營造學科跨域交流氛圍、提升學科影響力［26］。具體而言，通過引文分析統計作者、機構所屬地域（國家）發文量，揭示學科發展地域差異，并基于地域（國家）發文間共現關系，結合共現分析、社會網絡分析構建地域（國家）學科合作網絡圖譜，依托節點、連線等特征揭示學科發達地域（國家）及合作關系。

6 學科脈絡圖譜構建機理

6.1 學科主題結構圖譜

廓清學科主題結構可發現學科核心研究主題、主干分支結構。學科主題結構圖譜涉及關鍵詞聚類圖譜，?；趯W科主題結構、學科間關系構建學科知識體系，分析學科建設內容和相關學科，輔助政府學科學位點規劃及布局。具體而言，基于詞頻分析不同時段學科文獻關鍵詞發現高頻關鍵詞，并基于高頻關鍵詞間共現關系構建共詞矩陣，結合共現分析、聚類分析和社會網絡分析構建關鍵詞聚類圖譜，依托節點及其類別、連線等特征揭示學科主題結構［27］，同時根據其所屬學科推斷學科間關系。

6.2 學科研究熱點圖譜

學科研究熱點及其演化可揭示學科知識演化軌跡，發現新興生長點。學科研究熱點圖譜主要是學科文獻關鍵詞共現網絡圖譜，常基于國家、地區、高校間學科研究熱點差異輔助高校分析學科建設階段及差異原因、明確學科建設方向［20］；同時基于學科研究熱點及其演化揭示學科學術動態和趨勢，為學者選擇課題研究方向提供參考。具體而言，基于詞頻分析期刊文獻關鍵詞以發現高頻關鍵詞，并基于不同時段高頻關鍵詞共現關系構建共詞矩陣，結合共現分析、社會網絡分析構建關鍵詞共現網絡圖譜，依托節點、連線、密度、中心性等特征及指標揭示學科研究熱點及其演化。

6.3 學科研究前沿圖譜

學科研究前沿揭示學科前沿主題和研究趨勢。學科研究前沿圖譜?；趯W科主題演化趨勢及研究前沿，輔助學者判斷研究方向、找準切入點，明確學科方向，同時有利于政府制定學科建設戰略、發布課題指南，促進學科課題建設。具體而言，基于引文分析統計近年學科文獻被引頻次發現高被引文獻，然后分析文獻各時段關鍵詞，結合共現分析、聚類分析構建前沿關鍵詞時區圖譜，統計各時段研究前沿關鍵詞以揭示研究主題演化趨勢，或基于關鍵詞共現聚類圖譜的聚類向心度和密度指標構建戰略坐標圖以揭示學科研究前沿［28］。

7 結論與討論

7.1 研究結論

學科建設要素涉及學科方向、布局、環境、梯隊、基地、課題建設并關聯形成學科生態系統；學科知識圖譜分為學科流派圖譜、學科交流圖譜、學科脈絡圖譜，能夠協同輔助學科建設決策。就構建機理而言，學科流派圖譜涉及學科期刊圖譜、文獻圖譜、作者圖譜、機構圖譜和基金圖譜；學科交流圖譜包括學科作者合作圖譜、學科機構合作圖譜和學科地域（國家）合作圖譜；學科脈絡圖譜涉及學科主題結構圖譜、學科研究熱點圖譜和學科研究前沿圖譜。學科知識圖譜構建應遵循選取的數據具有時效性強、可靠度高并按照標準性和簡潔性處理數據，知識單元能夠體現研究目標支持度和處理簡潔度，以及流程普適性、步驟規范性、類型多樣性、圖譜易懂性等原則，通過立體展現學科全貌、歷程與趨勢，輔助學科相關決策、統籌建設和研究需求。

7.2 不足與展望

本研究對學科知識圖譜的研究整體還處于機理分析階段，后續可利用人工智能、深度學習等新一代信息技術設計基于多源數據、融合多方法及工具的學科知識圖譜并進行實證分析；此外，還可納入課程建設、招生就業、師資隊伍建設等人才培養和學科建設體系相關內容構建完善的定性定量混合評估方案，進一步有效支持學科建設決策。