基于CiteSpace 知识图谱探讨仪器分析教学改革研究热点及趋势

潘加亮，张宏凯，杜 娟

（1.南方医科大学 公共卫生学院 卫生检测中心，广州 510515；2.南方医科大学 国家药监局化妆品安全评价重点实验室，广州 510515）

精密大型分析仪器在科学研究与技术开发活动具有举足轻重的作用，被广泛应用于生物医药、电子信息、石油化工、高端装备、能源、节能环保、农业与食品、检测服务及医疗等多个行业领域。当前，全球精密分析仪器研发和生产高地主要在欧洲以及日本、美国。近年来，我国高度重视精密分析仪器行业发展，综合实力显著提升，然而，顶尖产品被美日德基本垄断，高端科学仪器设备进口比例高达90%[1]。要突破瓶颈和困局，人才是关键。高等教育是向社会输送高水平、高素质人才的关键途径，为适应科学研究进步与产业高质量发展的新形势，相关课程的设置、优化和教学改革显得越来越迫切。其中，仪器分析可通过测量物质的物理或物理化学性质的参数及其变化，获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息，已成为认知微观世界的重要技术手段，是众多学科研究的“眼睛”。因此，仪器分析是一门非常重要的课程，在专科、本科课程体系中均有见开设，涉及理、工、农、林、医药和师范等多专业。通过剖析仪器分析教学改革研究的发展趋势与前沿热点，有助于优化仪器分析人才培养计划，以适应和契合新时期国家教育战略方针、科学研究重点、产业发展缺口[2]。

本研究基于文献计量分析方法，对我国近二十年（2002—2023 年）仪器分析课程教学改革的发展进行了检索、梳理分析，基于CiteSpace 文献计量软件，以知识图谱的手段开展仪器分析课程改革的研究趋势分析，剖析国内仪器分析教学研究关注热点的演变，为深化仪器分析课程的教学改革，推动教学效能提升提供参考。

一 数据来源与研究方法

（一）数据来源与检索方法

本研究的检索数据来自中国知网（China National Knowledge Infrastructure，CNKI）数据库，涵盖CNKI 收录的学术期刊，检索主题为仪器分析及教学改革、课程改革、教学研究、课程研究，检索数据区间为2002 年1月1 日至2023 年4 月11 日，共检索得到1 202 篇科技文献，作为研究热点计量分析与可视化知识图谱分析的底层数据。

（二）研究方法

本文采用文献计量分析工具CiteSpace 6.2 R2，对仪器分析教学改革主题相关的科技文献进行计量分析与可视化图谱研究，通过统计分析发文数量、发文作者分布、发文机构分布情况，分析出仪器分析教学改革的整体研究态势。同时，基于文献关键词的知识图谱可视化分析，挖掘仪器分析课程教学在改革优化历程中的研究热点、关注趋势。

（三）数据处理

发文量数据处理方面，对所检索的文献进行发文时间分布分析，以发文量为纵坐标，发文时间为横坐标进行绘图。

发文机构、发文作者数据处理方面，以发文量为衡量指标，对所检索的文献进行发文机构、发文作者的统计、排序。

研究热点分析数据处理方面，以科技文献关键词为聚类分析对象，使用CiteSpace 进行可视化知识图谱绘制处理，关键词共现图谱绘制参数包括以下几方面。一是时间参数。时间区间为2002—2023，Slice Length=1。二是选择标准。Selection Criteria 参数设定为G-index（k=20）、LRF=3.0、L/N=10、LBY=5、e=1.0。三是网格设定。Pruning 设定为Pathfinder。此外，在关键词共现聚类的基础上选择“TimeZone View”，以相同参数绘制时间线图谱。另外，选择CiteSpace 的“Burst Detection”功能绘制突现词图谱（Burst Terms），突现词筛选将γ 参数设置为0.4，Minimum Duration 参数设置为1。

二 研究结果与分析

（一）论文年发文量分析

根据发文量数据处理结果，如图1 所示，2002—2023 年来仪器分析课程教学的相关研究论文发文量整体呈现为稳步增长趋势。其中，2002—2011 年是仪器分析教学课程研究的活跃期，教学改革意识逐渐提高，发文数量2006 年后显著增长。2010 年，教育部明确提出“坚定不移地推进改革，聚精会神地谋划改革，扎扎实实地实施改革，使2010 年成为教育改革年”[3]，颁布实施《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》，可能受到教育改革强烈信号的影响，2011—2020年，该仪器分析课程教学研究相关的发文量均处于较高数量水平，教学改革处于平稳发展研究时期。自2020 年起，新冠病毒感染疫情逐渐蔓延全球，可能受此影响，2020—2022 年间相关研究的发文量呈下降趋势。综上，仪器分析学科的教学工作及改革研究于2002 年兴起，近年来保持较高的研究热度。

图1 仪器分析教学改革研究历年发文量分析

（二）发文机构分布分析

根据发文机构数据统计结果，盐城工学院发文量排名首位（12 篇），湖南科技学院位居其后（11 篇），桂林理工大学、北京联合大学以9 篇发文量并列第三。江苏理工学院、东北农业大学、南方医科大学、广东海洋大学、第三军医大学、重庆三峡学院、郑州大学、佛山科学技术学院、贵州大学、青岛农业大学及河南大学以8 篇并列第四。整体上看，排名前十五的机构发文量分布较为均衡，主要为理工科院校及医科院校，这些机构长期开设仪器分析课程，开展课程优化研究，在该课程的教学研究方面较为活跃。

（三）发文作者分布分析

根据发文作者分析结果，湖南科技学院袁先友教授，以及陆军军医大学张梦军、张惠静团队发文量并列排名首位（7 篇）。此外，浙江农林大学的郭明、周建钟和吴荣晖，佛山科学技术学院的陈忻和杨富国，东北农业大学的付颖和王宇昕，青岛农业大学的吕海涛，广东海洋大学的卢虹玉、上海海洋大学的毛芳，湖南科技大学的刘芳及重庆三峡学院的饶通德，均以5 篇并列第三。这些作者在致力提高仪器分析学科的课程质量与教学效能、开展教学研究方面较为活跃。

（四）研究热点分析

1 关键词分析

根据仪器分析教学改革相关文献关键词可视化知识图谱分析结果，关键词共现图谱（图2）显示，关键词节点共469 个、关键词连线共961 条，密度为0.008 8。其中，分区最大共被引次数（Largest CC）为436（92%），节点标识为1.0%。图谱圆圈的大小尺寸代表关键词频次，核心关键词为仪器分析、教学改革、实验教学、分析化学、课程改革、教学模式，与本文的研究主题相符。进一步结合关键词共现聚类时间线图谱（图3）结果，对研究热点及研究趋势进行解读。

图2 仪器分析教学改革研究关键词共现图谱

图3 仪器分析教学改革研究关键词时间线图谱

根据图谱参数释义，Modularity 和Silhouette 两个参数用于评价聚类效果[4]，其中，Modularity 数值为0～1，大于0.3 则聚类效果显著，数值越大聚类效果越好，Silhouette 参数用于评估聚类网络同质性，该参数数值大于0.7 时则认定为聚类信度较高，数值越接近于1 网络同质性越好。由图3 结果可知，本研究聚类图谱Modularity及Silhouette 参数数值分别为0.556 5 及0.867 1，充分表面关键词共现网络连接紧密、聚类社团结构显著，可信度较高。时间线图谱图3 中的节点为突显关键词，关键词在时间线图谱分布的位置越靠左侧，则该关键词在论文中出现的年份越早[5]。综合来看，仪器分析课程教学改革研究2002—2023 年来的研究热点及演变趋势如下。①2003 年前，前五类聚类主题出现且相关研究延续至今，可以发现，教学改革研究自2002 年兴起逐步发展，初期研究热点集中在实验设施优化配置、课程融合至新建本科专业、教学体系设计、基本理论与实验技术探讨等方面。②2004—2011 年，与发文量激增趋势相符，该期间大量聚类出现，研究主题逐渐丰富，研究热点主要涵盖了多个方面：分析化学实验教学改革（包含仪器分析）、化学实验改革内容（包含仪器分析）、化学学科教学内容背景下的仪器分析、多媒体及双语等教学方法、教学模式与手段优化、高职高专仪器分析课程设计，以及仪器分析被纳入多类专业课程设计（如医学检验、化学工程、生物工程、中药学、食品学和药学等）等。③2012—2023 年，该领域保持着较高的研究热度，而这段时期的教改研究主题呈精细化与集中化趋势，课程体系建设开展了进一步的优化，教改研究引入了校企合作、技能竞赛、共训教学、科教协同、多元融合和问卷调查等新模式，课程思政、新工科、职业标准内容整合等新思路涌现，翻转课堂主题崭露头角，微课、“互联网+”、仿真模拟、理实一体、微视频和虚实结合等新技术开始应用于仪器分析教改研究中，创新成为该时期教改的重要特征。综上，研究热点呈现出初期围绕基础建设、中期主题范围快速扩展、后期创新驱动改革的特点。

2 突现词分析

突现词分析可挖掘出某一时期内分析文献中突现的关键词，关键词的突现强度在一定程度上将反映出相关主题的受关注程度[6]，据此了解该领域的研究前沿趋势。排名前25 位的突现关键词如突现词图谱（图4）所示，图谱中Year、Strength、Begin 和End 参数分别代表关键词首次出现年份、突现强度、关键词作为前沿的起始和终止年份。结果显示，分时期来看，2002—2005 年，突现词为“无机化学”，仪器分析初期更多是在无机化学专业或课程体系中进行教改探索；2003—2012 年，突现词强度较高的关键词包括“高职教育”“多媒体”“素质教育”“分析化学”“实验教学”“化学学科”“化工专业”等，可见，仪器分析被作为化学学科相关专业的重要基础课程，围绕这一时期素质教育的要求，课程改革更为重视实验教学，多媒体这一手段的应用成为前沿关注点，此外，高职仪器分析课程的改革研究于2011 年开始备受重视；2013—2016 年，“高职”“食品专业”“课程教学”“创新”“能力培养”“实践”为这一时期的突现关键词，仪器分析作为食品专业中重要的专业课程，契合食品专业需求的教改研究开始受到关注。高职仪器分析课程的热度持续至2015 年，教改研究与我国《高等职业教育发展五年规划（2011—2015 年）》[7]政策具有良好的互动性。此外，创新、实践、能力等课程目标导向的关注度提升；2017 年至今，“新工科”“高职院校”“工程认 证”“应 用型”“人才培养”“制药工程”等前沿热词，体现出了近年来仪器分析课程在高职院校制药工程等专业中的工程教育教学改革趋势，其聚焦工程认证及新工科视角下开展应用型人才培养。“虚拟仿真”“翻转课堂”等信息技术推动“教学模式”创新变革，更为灵活的教学模式进一步激发学生兴趣，提升课程效能。该时期的关键词“课程思政”突变强度最大，突现强度高达8.9，远超其余所有关键词，可见，课程思政是2020—2023 年广受教学工作者关注的主题，研讨热度高涨。2019 年在全国高校思想政治工作会议上，习近平总书记指出“各类课程都要与思想政治理论课同向同行，形成协同效应”，此后各高校积极开展各类课程的课程思政研究，而仪器分析课程的课程思政研究也较快地启动[8]。

图4 仪器分析教学改革研究关键词时间线图谱

三 结束语

本文基于CNKI 数据库中近二十年来仪器分析课程教学改革领域的1 202 篇科技文献，开展研究热点计量分析与可视化知识图谱分析，明晰发文情况、作者、研究机构的分布态势，剖析了关键词聚类图谱和演进路径，并开展了关键词突现分析。结果发现，该领域20 年来研究热点的演进均是围绕仪器分析学科的课程教学与实验教学改革展开的，三个发展时期的研究热点呈现出初期围绕基础建设、中期主题范围快速扩展、后期创新驱动改革的特点，受到时代变迁、教育政策调整、技术涌现介入等要素的影响，研究热点逐渐演进，聚焦工程认证及新工科视角下开展应用型人才培养、基于信息技术推动教学模式创新变革、基于课程思政的教学探索为近年来备受关注的研究前沿方向。目前，仪器分析课程不仅是化学相关专业的专业基础课程，在医学检验、化学工程、生物工程、中药学、食品学和药学等多类专业中开设，覆盖高职高专、本科、研究生等不同层次，教学工作者长期的课程教学改革研究推动了仪器分析课程的不断完善和发展。随着教改研究推进，该课程将不断通过引入新的技术手段和方法提高教学质量，尤其是实验教学的质量；也将根据不同专业和培养层次的需求，差异化地发展；有望进一步匹配新时期国情战略及教育理念，更好地满足国家产业发展对人才培育的需求。