基于CiteSpace 知識圖譜探討儀器分析教學改革研究熱點及趨勢

潘加亮，張宏凱，杜 娟

（1.南方醫科大學 公共衛生學院 衛生檢測中心，廣州 510515；2.南方醫科大學 國家藥監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研究與技術開發活動具有舉足輕重的作用，被廣泛應用于生物醫藥、電子信息、石油化工、高端裝備、能源、節能環保、農業與食品、檢測服務及醫療等多個行業領域。當前，全球精密分析儀器研發和生產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發展，綜合實力顯著提升，然而，頂尖產品被美日德基本壟斷，高端科學儀器設備進口比例高達90%[1]。要突破瓶頸和困局，人才是關鍵。高等教育是向社會輸送高水平、高素質人才的關鍵途徑，為適應科學研究進步與產業高質量發展的新形勢，相關課程的設置、優化和教學改革顯得越來越迫切。其中，儀器分析可通過測量物質的物理或物理化學性質的參數及其變化，獲取物質的化學組成、成分含量及化學結構等信息，已成為認知微觀世界的重要技術手段，是眾多學科研究的“眼睛”。因此，儀器分析是一門非常重要的課程，在專科、本科課程體系中均有見開設，涉及理、工、農、林、醫藥和師范等多專業。通過剖析儀器分析教學改革研究的發展趨勢與前沿熱點，有助于優化儀器分析人才培養計劃，以適應和契合新時期國家教育戰略方針、科學研究重點、產業發展缺口[2]。

本研究基于文獻計量分析方法，對我國近二十年（2002—2023 年）儀器分析課程教學改革的發展進行了檢索、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，剖析國內儀器分析教學研究關注熱點的演變，為深化儀器分析課程的教學改革，推動教學效能提升提供參考。

一 數據來源與研究方法

（一）數據來源與檢索方法

本研究的檢索數據來自中國知網（China National Knowledge Infrastructure，CNKI）數據庫，涵蓋CNKI 收錄的學術期刊，檢索主題為儀器分析及教學改革、課程改革、教學研究、課程研究，檢索數據區間為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據。

（二）研究方法

本文采用文獻計量分析工具CiteSpace 6.2 R2，對儀器分析教學改革主題相關的科技文獻進行計量分析與可視化圖譜研究，通過統計分析發文數量、發文作者分布、發文機構分布情況，分析出儀器分析教學改革的整體研究態勢。同時，基于文獻關鍵詞的知識圖譜可視化分析，挖掘儀器分析課程教學在改革優化歷程中的研究熱點、關注趨勢。

（三）數據處理

發文量數據處理方面，對所檢索的文獻進行發文時間分布分析，以發文量為縱坐標，發文時間為橫坐標進行繪圖。

發文機構、發文作者數據處理方面，以發文量為衡量指標，對所檢索的文獻進行發文機構、發文作者的統計、排序。

研究熱點分析數據處理方面，以科技文獻關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，關鍵詞共現圖譜繪制參數包括以下幾方面。一是時間參數。時間區間為2002—2023，Slice Length=1。二是選擇標準。Selection Criteria 參數設定為G-index（k=20）、LRF=3.0、L/N=10、LBY=5、e=1.0。三是網格設定。Pruning 設定為Pathfinder。此外，在關鍵詞共現聚類的基礎上選擇“TimeZone View”，以相同參數繪制時間線圖譜。另外，選擇CiteSpace 的“Burst Detection”功能繪制突現詞圖譜（Burst Terms），突現詞篩選將γ 參數設置為0.4，Minimum Duration 參數設置為1。

二 研究結果與分析

（一）論文年發文量分析

根據發文量數據處理結果，如圖1 所示，2002—2023 年來儀器分析課程教學的相關研究論文發文量整體呈現為穩步增長趨勢。其中，2002—2011 年是儀器分析教學課程研究的活躍期，教學改革意識逐漸提高，發文數量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展規劃綱要（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研究相關的發文量均處于較高數量水平，教學改革處于平穩發展研究時期。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 年間相關研究的發文量呈下降趨勢。綜上，儀器分析學科的教學工作及改革研究于2002 年興起，近年來保持較高的研究熱度。

圖1 儀器分析教學改革研究歷年發文量分析

（二）發文機構分布分析

根據發文機構數據統計結果，鹽城工學院發文量排名首位（12 篇），湖南科技學院位居其后（11 篇），桂林理工大學、北京聯合大學以9 篇發文量并列第三。江蘇理工學院、東北農業大學、南方醫科大學、廣東海洋大學、第三軍醫大學、重慶三峽學院、鄭州大學、佛山科學技術學院、貴州大學、青島農業大學及河南大學以8 篇并列第四。整體上看，排名前十五的機構發文量分布較為均衡，主要為理工科院校及醫科院校，這些機構長期開設儀器分析課程，開展課程優化研究，在該課程的教學研究方面較為活躍。

（三）發文作者分布分析

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

（四）研究熱點分析

1 關鍵詞分析

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

圖2 儀器分析教學改革研究關鍵詞共現圖譜

圖3 儀器分析教學改革研究關鍵詞時間線圖譜

根據圖譜參數釋義，Modularity 和Silhouette 兩個參數用于評價聚類效果[4]，其中，Modularity 數值為0～1，大于0.3 則聚類效果顯著，數值越大聚類效果越好，Silhouette 參數用于評估聚類網絡同質性，該參數數值大于0.7 時則認定為聚類信度較高，數值越接近于1 網絡同質性越好。由圖3 結果可知，本研究聚類圖譜Modularity及Silhouette 參數數值分別為0.556 5 及0.867 1，充分表面關鍵詞共現網絡連接緊密、聚類社團結構顯著，可信度較高。時間線圖譜圖3 中的節點為突顯關鍵詞，關鍵詞在時間線圖譜分布的位置越靠左側，則該關鍵詞在論文中出現的年份越早[5]。綜合來看，儀器分析課程教學改革研究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且相關研究延續至今，可以發現，教學改革研究自2002 年興起逐步發展，初期研究熱點集中在實驗設施優化配置、課程融合至新建本科專業、教學體系設計、基本理論與實驗技術探討等方面。②2004—2011 年，與發文量激增趨勢相符，該期間大量聚類出現，研究主題逐漸豐富，研究熱點主要涵蓋了多個方面：分析化學實驗教學改革（包含儀器分析）、化學實驗改革內容（包含儀器分析）、化學學科教學內容背景下的儀器分析、多媒體及雙語等教學方法、教學模式與手段優化、高職高專儀器分析課程設計，以及儀器分析被納入多類專業課程設計（如醫學檢驗、化學工程、生物工程、中藥學、食品學和藥學等）等。③2012—2023 年，該領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，課程體系建設開展了進一步的優化，教改研究引入了校企合作、技能競賽、共訓教學、科教協同、多元融合和問卷調查等新模式，課程思政、新工科、職業標準內容整合等新思路涌現，翻轉課堂主題嶄露頭角，微課、“互聯網+”、仿真模擬、理實一體、微視頻和虛實結合等新技術開始應用于儀器分析教改研究中，創新成為該時期教改的重要特征。綜上，研究熱點呈現出初期圍繞基礎建設、中期主題范圍快速擴展、后期創新驅動改革的特點。

2 突現詞分析

突現詞分析可挖掘出某一時期內分析文獻中突現的關鍵詞，關鍵詞的突現強度在一定程度上將反映出相關主題的受關注程度[6]，據此了解該領域的研究前沿趨勢。排名前25 位的突現關鍵詞如突現詞圖譜（圖4）所示，圖譜中Year、Strength、Begin 和End 參數分別代表關鍵詞首次出現年份、突現強度、關鍵詞作為前沿的起始和終止年份。結果顯示，分時期來看，2002—2005 年，突現詞為“無機化學”，儀器分析初期更多是在無機化學專業或課程體系中進行教改探索；2003—2012 年，突現詞強度較高的關鍵詞包括“高職教育”“多媒體”“素質教育”“分析化學”“實驗教學”“化學學科”“化工專業”等，可見，儀器分析被作為化學學科相關專業的重要基礎課程，圍繞這一時期素質教育的要求，課程改革更為重視實驗教學，多媒體這一手段的應用成為前沿關注點，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”“課程教學”“創新”“能力培養”“實踐”為這一時期的突現關鍵詞，儀器分析作為食品專業中重要的專業課程，契合食品專業需求的教改研究開始受到關注。高職儀器分析課程的熱度持續至2015 年，教改研究與我國《高等職業教育發展五年規劃（2011—2015 年）》[7]政策具有良好的互動性。此外，創新、實踐、能力等課程目標導向的關注度提升；2017 年至今，“新工科”“高職院校”“工程認 證”“應 用型”“人才培養”“制藥工程”等前沿熱詞，體現出了近年來儀器分析課程在高職院校制藥工程等專業中的工程教育教學改革趨勢，其聚焦工程認證及新工科視角下開展應用型人才培養。“虛擬仿真”“翻轉課堂”等信息技術推動“教學模式”創新變革，更為靈活的教學模式進一步激發學生興趣，提升課程效能。該時期的關鍵詞“課程思政”突變強度最大，突現強度高達8.9，遠超其余所有關鍵詞，可見，課程思政是2020—2023 年廣受教學工作者關注的主題，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，形成協同效應”，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 儀器分析教學改革研究關鍵詞時間線圖譜

三 結束語

本文基于CNKI 數據庫中近二十年來儀器分析課程教學改革領域的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，明晰發文情況、作者、研究機構的分布態勢，剖析了關鍵詞聚類圖譜和演進路徑，并開展了關鍵詞突現分析。結果發現，該領域20 年來研究熱點的演進均是圍繞儀器分析學科的課程教學與實驗教學改革展開的，三個發展時期的研究熱點呈現出初期圍繞基礎建設、中期主題范圍快速擴展、后期創新驅動改革的特點，受到時代變遷、教育政策調整、技術涌現介入等要素的影響，研究熱點逐漸演進，聚焦工程認證及新工科視角下開展應用型人才培養、基于信息技術推動教學模式創新變革、基于課程思政的教學探索為近年來備受關注的研究前沿方向。目前，儀器分析課程不僅是化學相關專業的專業基礎課程，在醫學檢驗、化學工程、生物工程、中藥學、食品學和藥學等多類專業中開設，覆蓋高職高專、本科、研究生等不同層次，教學工作者長期的課程教學改革研究推動了儀器分析課程的不斷完善和發展。隨著教改研究推進，該課程將不斷通過引入新的技術手段和方法提高教學質量，尤其是實驗教學的質量；也將根據不同專業和培養層次的需求，差異化地發展；有望進一步匹配新時期國情戰略及教育理念，更好地滿足國家產業發展對人才培育的需求。