高校实验室安全研究的可视化分析

武珂超，金星龙，王晓艳

（天津理工大学a.环境科学与安全工程学院，b.化学化工学院，天津300384）

高校实验室是进行学生培养、科研的重要场所。同时，高校实验室资源日益开放，进入实验室的人员数量和流动性增强、实验用房的限制，使得实验室安全工作面临越来越多的问题。高校实验室会因化学品处理不当而引起的失火、爆炸事故[1-2]，学生也会因为暴露在细菌或其他生物下受到感染[3]，2018年12月26日，北京交通大学环境工程实验室发生的爆炸事故[4]。为此，在2019年1月10日教育部办公厅发布《关于进一步加强高校教学实验室安全检查工作的通知》，2019年3月25日，教育部办公厅发布《关于做好2019年度高等学校科研实验室安全工作的通知》[5]。目前，教育部和各省市对全国高校的实验室安全进行重点排查，严格把控，各高校积极组织自查，清除隐患。

为了解高校实验室安全现状和方向，文章采用可视化分析软件绘制出“高校实验室安全”知识谱图，进行现状和热度分析，为实验室安全理论研究与实践应用提供数据支持。文章以期刊论文作为数据源，对其从关键词、作者、机构等多个维度进行文献计量分析和对比。此外，还分析了逐渐凸显领域的研究现状和发展情况。

1 数据与方法

文中所用研究数据是以“高校实验室安全”为关键词进行检索，截止发表时间为2019年12月16日，从CNKI和Web of Science核心合集2个数据库进行搜索。2个时间跨度分别为1994~2019和1998~2019。CNKI共检索“高校实验室安全”文献合计1 972篇，“高校实验室安全教育”文献591篇；从Web of Science核心合集检索英文文献747篇。

文中主要采用荷兰莱顿大学Nee Jan van Eckh和Ludo Waltman开发的VOSviewer软件对所选取的文献进行知识谱图共现分析，该软件主要针对文献计量网络进行分析以构建可视化网络图谱，最终实现对科学研究的结构和动态发展的深层次、全面认知。根据研究内容在VOSviewer软件中调节阈值、时间跨度等参数进行可视化处理，对所呈现的聚类、时间和密度知识谱图进行分析[6-8]。

2 实验室安全研究动态分析

2.1 文献计量分析

2个数据库中有关“高校实验室安全研究”的发文量均呈增长态势。其中，CNKI发文量1994~2007年前发文量相对较少，2004年之前每年发文量屈指可数。2008年后开始迅速增长，2019年发文量最多，达376篇，而Web of Science发文量呈平稳增长趋势。文献及文件年发表趋势从图1中可分析看出，2008年以后高校实验室安全逐渐成为研究热点。为了解政府文件与发文量之间的联系，对2019年以前政府文件量进行统计。从2004年开始，有关高校实验室安全的政府文件逐渐增加，2017~2019年3年间政府发文量最多，也促进了学者的关注和研究。

图1 文献及文件年发表趋势Fig.1 Annual publication trend of literature and documents

采用SPSS软件对2个数据库年发文量相关性如表1所示。从表1中可以分析出，2个数据库关于“高校实验室研究”的论文发表量呈显著性相关，相关系数为0.945，并且在0.010水平上显著相关。另外，双侧显著性值小于0.001，说明两者之间不相关的概率小于0.001。

表1 2个数据库年发文量相关性Tab.1 Correlation analyses of the annual volume of the two databases

本文对CNKI发文量和中国政府文件量相关性分析，如表2所示。从表2中可分析出，在关于高校实验室安全研究中，文献发表量与我国政府文件发布量呈显著性相关，相关系数为0.788，在0.010水平上显著相关。双侧显著性值小于0.001，两者之间相关概率小于0.001。同时表明两者之间为正相关性，即安全法规文件促进了实验室安全研究。

表2 CNKI发文量和中国政府文件量相关性分析Tab.2 Analyses of the correlation between the number of CNKI documents and the number of Chinese government documents

2.2 文献关键词共现分析

通过关键词词频数量统计可以了解某一领域的研究现状。利用VOSviewer软件生成关键词共现可视化图，通过参数阈值调节选择最小共引量为8次及以上的关键词进行共现分析，图2中圆圈表示文章中关键词名称节点，节点间的连线表示不同关键词之间的共现关系。节点越大说明此关键词受关注程度越大，连线越粗说明关键词之间联系强度越大。文中以CNKI数据库检索出的1 972篇文献进行关键词共现分析，图2为CNKI中高校实验室安全关键词共现时间谱图。可以看出管理体系的构建与模式、化学实验室、研究生群体及管理措施逐渐成为高校实验室安全研究新的热点。CNKI高校实验室安全研究关键词共现分析如表3所示，分析出关于安全管理的出现次数最大，与其他关键词的联系强度也最大，可以得出安全管理体系仍然是实验室安全研究的重要领域。同时可以得出安全管理、高校实验室、实验室安全是高校实验室研究中的核心，安全教育和对策研究等开始凸显。

图2 CNKI中高校实验室安全关键词共现时间谱图Fig.2 Co-occurrence and time spectrum of university laboratory safety keywords in CNKI

表3 CNKI高校实验室安全研究关键词共现分析Tab.3 Key words co-occurrence analyses of university laboratory safety research in CNKI

根据CNKI发文量，以2000年、2007年、2014年和2019年4个年份为时间刻点，CNKI中高校实验室安全研究迁移密度谱如图3所示。可分析看出高校实验室安全研究内容逐渐丰富；从单一的实验室公共基础设施安全，逐渐迁移为安全管理研究，随后对其进行深层次研究，并对不同实验室的危险特性进行研究。在整条时间线上安全管理一直是高校实验室安全研究的重点。

图3 CNKI中高校实验室安全研究迁移密度谱Fig.3 Transfer density spectra of laboratory safety research in CNKI

以Web of Science数据库检索出的747篇文献进行关键词共现分析，图4为Web of Science高校实验室安全关键词共现和时间谱。从图4中分析看出实效研究成为近几年国外的热点，结合表4 Web of Scinence高校实验室安全研究关键词共现分析，分析得出安全、有效性和管理为国外关于高校实验室安全研究的核心。安全出现次数最多，总联系强度也最大，国外高校实验室安全研究是围绕“安全”开展。

图4 Web of Science高校实验室安全关键词共现和时间谱Fig.4 Co-occurrence and time spectrum university laboratory safety keywords in Web of Science

表4 Web of Science高校实验室安全研究关键词共现分析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个年份为时间刻点，Web of Science中高校实验室安全研究迁移密度谱如图5所示。可以得出2007年以前对医学实验安全研究较多，之后高校实验室安全研究开始多样化发展。实验室安全和安全管理在2000年和2014年间研究较多，从图5（c）中可分析出，这个阶段对安全文化开始增加研究，从图5（d）中可分析出，2015年以后安全教育和实效研究逐渐成为重点方向。

图5 Web of Science中高校实验室安全研究迁移密度谱Fig.5 Transfer density spectra of university laboratory safety research in Web of Science

对比两个数据库关键词分析结果，CNKI文献研究更倾向于纵向研究，例如在安全管理领域，行政管理机制、管理体系和管理模式等部分的研究。Web of Science的研究更倾向于横向研究，进行不同实验室（CNKI关于化学实验室研究最多）对策措施有效性以及风险评估等更发散的研究。

2.3 作者合著分析

高校实验室安全研究作者合著谱如图6所示。图6（a）为CNKI作者合著时间图，以一位作者最少发表5篇文限量为阈值，对作者合著进行分析。结果显示冯建跃作者的发文量最多，共有18篇文献，其次为金海萍、阮俊、郭万喜均发表10篇文章，且关联强度均不为0，说明各作者之间均有关系。图6（b）为Web of Science作者合著时间谱图，以一位作者最少发表3篇文限量为阈值，因为其他作者之间基本没有关联度，导致图6（b）中呈现7位关联度较强的作者。可以看出3位作者BELLECCI C、MALIZIA A和GAUDIO P在近几年对高校实验室安全研究方面有所进展。根据分析结果，CNKI数据库作者合著关联程度高于Web of Science核心合集的作者合著关联度。

图6 高校实验室安全研究作者合著谱Fig.6 Co-author spectra of safety studies in university laboratoriesѲ

2.4 Web of Science核心合集其他元素可视化分析

表5为高校实验室安全研究国家发文量与联系强度分析，从表5中可分析出美国发文量最多，与其他国家的关联度最大，其次为德国。高校实验室安全研究国家发文时间谱如图7所示。可以分析看出，近期中国、印度、埃及和挪威在Web of Science发表过有关这方面研究的论文，对实验室安全的研究较多。

表5 高校实验室安全研究国家发文量与联系强度分析Tab.5 An analysis of the quantity of national papers and the intensity of contact in laboratory safety research of colleges and universities

图7 高校实验室安全研究国家发文时间谱Fig.7 National publication time spectrum of laboratory safety research in universities

文献研究机构分布可以反映不同研究机构在该领域的研究实力以及所处的地位。高校实验室安全研究机构发文量与联系强度分析，如表6所示。可分析出，被引次数最多的机构为密歇根大学，而与其他机构关联度最强的为哈佛大学。以一个机构最小发文阈值为5，生成高校实验室安全研究机构密度谱如图8所示，可分析出密歇根大学和杜克大学是当前高校实验室安全研究领域的领军机构。

图8 高校实验室安全研究机构密度谱Fig.8 Density spectrum of safety research institute in university laboratory

表6 高校实验室安全研究机构发文量与联系强度分析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高校实验室安全教育可视化分析

多数高校的本科课程中缺乏实验室安全教育[9]，并且在高校发生事故的潜在原因是学生没有在实验室安全的环境中接受安全教育[10]。图9为高校实验室安全教育时间谱，从图中可分析出在高校实验室安全研究中关键词“实验室安全”、“安全管理”、“安全教育”等研究密度较大。

图9 高校实验室安全教育时间谱Fig.9 Time spectrum of safety education in university laboratory

“信息化”、“研究生”、“安全检查”、“体系构建”、“高校化学实验室”、“科研实验室”、“实验教学”等关键词出现在近两年研究中，研究生群体的实验室安全教育成为一个研究重点。研究生群体中包括本科生未进行实验室安全学习的学生，或较长时间未进行安全教育培训。实验室安全信息化教育成为安全教育的一个重要方式，教育信息化更满足学生对现代科技体验的需求，也更贴合现代化科技的发展。并且已有研究表明使用移动虚拟现实工具的参与者能够将所呈现的安全知识转移到现实世界中[11-12］。保证实验室安全的重要手段就是对实验室和进入实验室人员的安全检查，对学生进行实验室安全教育可以将安全检查的内容包括进去。

3 结论

1）关于高校实验室安全的发文量呈现逐年递增趋势，且CNKI的发文增长率明显大于Web of Science；CNKI论文在2008年后显著增加，其发文量与政府文件量显著相关，说明我国研究学者和国家对高校实验室安全的关注度增加；Web of Science增加速度缓慢，CNKI和Web of Science关于高校实验室安全的论文年发表量显著相关。

2）国内关于高校实验室安全研究中管理体系的构建与模式、化学实验室、研究生群体及管理措施等逐渐成为高校实验室安全研究新的热点；Web of Science中，实验室安全的实效问题成为研究热点。

3）CNKI在关于高校实验室安全的研究更倾向于纵向研究，以安全管理为主线；而Web of Science的研究更倾向于横向研究，以安全为核心发散性研究。

4）CNKI数据库作者合著关联程度高于Web of Science核心合集的作者合著关联度。

5）美国是在Web of Science发表关于高校实验室安全论文量最多的国家，与其他国家的关联强度也最大，基本涉及其他国家所研究的领域；密歇根大学（Michigan）和杜克大学（Duke）是高校实验室安全研究领域的领军机构。

6）高校研究生群体成为需要进行实验室安全教育的重要对象；高校实验室安全教育信息化成为现代教育的主流方向。