高校实验室研究热点及演进可视化研究

严佩升 曹阜孝

摘   要：实验室是高校建设的一个重要组成部分，随着高等教育改革的不断深化，实验室作为培养学生能力和传授知识的重要环节而被日益重视。基于CiteSpace软件对《实验室研究与探索》近10年的9370篇论文的分析，生成知识图谱，凸显实验室问题的科学知识结构，通过对关键词进行聚类分析，提取出国内实验室问题研究的四大热点主题：实验（实践）教学及改革、实验室管理问题、基于网络的虚拟实验室研究、创新人才的培养，分析各大主题的演化过程，以期为提升实验室的建设和改革提供新的思路。

关键词：实验室  研究热点  可视化分析  CiteSpace方法

中图分类号：G647                                   文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）11（b）-0228-03

摘   要：实验室是高校建设的一个重要组成部分，随着高等教育改革的不断深化，实验室作为培养学生能力和传授知识的重要环节而被日益重视。基于CiteSpace软件对《实验室研究与探索》近10年的9370篇论文的分析，生成知识图谱，凸显实验室问题的科学知识结构，通过对关键词进行聚类分析，提取出国内实验室问题研究的四大热点主题：实验（实践）教学及改革、实验室管理问题、基于网络的虚拟实验室研究、创新人才的培养，分析各大主题的演化过程，以期为提升实验室的建设和改革提供新的思路。

关键词：实验室  研究热点  可视化分析  CiteSpace方法

中图分类号：G647                                   文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）11（b）-0228-03

1  研究方法及样本选取

1.1 研究方法

为了揭示高校实验室建设管理的现状、特点和发展趋势，本文采用文献计量的方法，运用CiteSpace软件进行可视化分析，使学术界对高校实验室多年来的研究成果通过知识谱图的形式呈现，提取高校实验室研究的主题变迁和热点领域，并探索其演变规律。

1.2 样本的选取情况

本文以CNKI（中国全文期刊数据库）数据库为检索平台，在平台的“高级检索”中以“期刊”作为检索库，在“来源期刊”中设定为《实验室研究与探索》，不限定起止年限的情况下，共检索到17520篇文献，本文以该期刊近10年左右发表的文献为研究对象，将时间设定为2009—2018年进行精确检索，得到9740篇检索结果。剔除10年间刊登的各类实验中心介绍、实验室展示、征订单、任务访谈、写作小常识、名人名言、新年贺词、实验体会、摘录、撰稿规范、导读、学术会议信息、通讯等非学术性文章194条，在保证研究的可行度的基础上，最后获得有效文献9370条，并以此作为分析样本。

1.3 合作作者及合作机构的共现图谱分析研究

在CiteSpace软件中设定Node Types为“Author + Institution”，Top设为50，对实验室研究问题进行合作机构与作者共现分析，获得共现知识图谱，显示上海交通大学聚类最突出，上海交通大学电子信息与工程学院节点最大，说明该机构是研究实验室问题较为核心和权威的机构。其次，电子科技大学机械电子工程学院、吉林大学仪器科学与电气工程学院、国防科技大学、中北大学测试技术重点实验室、陆军军官学院训练部、青岛大学、大连理工大学工程装备结构分析国家重点实验室、湖南科技学院等节点相对较大，说明这些高校也是这一领域的主要阵地。同时，各机构节点周围分布着作者节点，其中河海大学的朱昌平，上海交通大学刘昭、蔡海燕、姜建民、夏有为，湖南科技大学李文、电子科技大学胡天友、陆军军官学院徐晓慧、米良，中北大学李杰、刘俊、同济大学大学王磊等是这些研究机构的中坚力量和主力军。另外，作者之间连线的粗细反映作者合作的频次，从图谱看，同一机构的作者间连线较粗较明显，但不同机构之间的作者少有连线，说明对于实验室问题的研究缺乏机构的合作交流，未能在该研究领域形成高水平的核心作家群，呈现各自为阵的特点。

1.4 关键词词频统计及共现图谱分析

文章的关键词有呈现文章主题的功能，关键词出现的频率能有效反映该领域的研究热点[1]。通过CiteSpace对样本文献的统计分析，并将相同词义的关键词归并，将出现频次靠前的关键词作为实验室研究的热点关键词（见表1）。剔除“实验室”这一与题目一致的关键词后，“实验教学”、“实践教学”作为相近关键词组排在前两位，“教学改革”作为实验室研究的出发点排在第三，“创新能力”作为实验室研究的落脚点排在第四，其次依次為“实验室建设”、“人才培养”、“实验室管理”、“教学模式”、“高校”等关键词位居前十位。从这些高频关键词基本能看出实验室研究的热点。

在关键词共现谱图中，关键词节点的大小代表其出现频次的高低，关键词之间的连线的粗细代表二者共现频次的多寡，共现图谱能较为直观的展现关键词的分布及关系。在图谱中，“实验教学”的节点呈现的年轮最多，节点最大，说明在该研究领域出现的实践较早，此外，“实践教学”、“创新能力”、“实验室建设”“教学改革”等关键词的节点外围的紫色边框代表这些主题仍是当前的研究热点。

表1中各关键词节点的中心性能展现某节点相对于中心节点的“权力”大小问题[2]。除“实验室”外，“实验教学”、“教学改革”、“人才培养”“创新能力”、“实践教学”、“实验室管理”、“教学模式”、“实验平台”、“实践能力”等关键词的中心性依次排在前十位，可见高频关键词也是中心性较高的关键词，只是在排序上并不完全一致。其中“实验教学”和“教学改革”是中心性最高的两个关键词，同时也是学术界对实验室研究的两条重要路径。

1.5 关键词聚类分析视图下的可视化分类

聚类分析是共词分析常用的方法，通过将共同出现频次高的关键词聚在一起形成群组，使组内的关键词相似性大，组间关键词的差异性较大[3]。一组聚类可以反映一个阶段中研究的热点，在运用CiteSpace软件完成关键词共现分析后，利用软件的自动聚类功能，用直线区分不同的聚类，并从施引文献的标题中提取聚类命名术语（见图1），分别为“实践教学”、“实验室建设”、“labview”（虚拟仪器）、“实验教学改革”，综合考虑四种聚类的主题分类结果，并考虑聚类的科学性和可行性，根据每个关键词群组的内容和聚焦点，提取出关于实验室研究的四大热点主题，分别为实验（实践）教学及改革、实验室管理问题、基于网络的虚拟实验室研究、创新人才的培养等。从图1可见，虽划定了聚类团组，但个团组之间仍有复杂的连线，说明各群组之间也联系密切。

2  实验室研究的热点主题分析

根据前文对实验室研究进行的知识图谱分析，进一步剖析关键词聚类分析的结果，将呈现的4种聚类综合考虑其内部标签、聚类的科学性和合理性，提取出实验室问题研究的四大热点主题：实验（实践）教学及改革、实验室管理问题、基于网络的虚拟实验室研究、创新人才的培养。

2.1 实验（实践）教学及改革

在实验（实践）教学方面主要从三个方向进行研究：一是，从实验（实践）教学体系方面探讨改革，比如分阶段分专业设计实验（实践）教学，独立设置实验教学中心，重视实验基本技能的训练，将部分联系较强的实验进行适当合并形成综合性的实验课程等;二是，对实验课教学内容和方法进行改革，比如，分阶段进行教学内容的安排，采取开放式实验教学，培养学生独立思考和动手的能力，从实验的实用性出发，在掌握基本知识的基础上不断更新实验内容，与时俱进，借助新的教学辅助设备不断改进教学方式等;三是，改进实验（实践）课程的考核方式，注重过程性评价，实验课程的成绩由多部分构成，使量化更加科学合理。

2.2 实验室管理问题

实验室管理工作是实验室工作的关键，也是实验室工作的中心内容，更是实验教学的重要前提与根本保证[4]。对于实验室管理问题的研究目前主要涉及四大内容：一是，对实验师资队伍的管理问题，师资队伍结构、师资素质、培养培训等;二是，对实验室安全的管理，实验仪器设备的安全、保障配套、使用过程的安全问题、实验者的安全意识等;三是，对实验仪器使用过程的管理，主要从提高仪器的利用率、借助网络实现对仪器的使用和管理、建立实验测试中心等方面研究;四是，对实验员的管理，采用传帮带、导师制等方式。

2.3 基于网络的虚拟实验室研究

所谓虚拟实验室，即利用现有的数学建模技术、计算机仿真技术、多媒体技术、虚拟现实技术等构建一个用软件来模拟硬件设备进行实验的运行在计算机上的实验室[5]。现阶段虚拟实验室的研究方向主要是虚拟实景、多人协作的虚拟实验室、基于网络运用云计算技术。虚拟实验室必将因其巨大的应用前景而受到越来越多的重视。

2.4 创新人才的培养

实验教学是学生开展创新活动的重要教学环节。教学知识在实验教学中得以巩固，创新情感得以提升，创新意志不断升华，研究实验教学在创新人才培养中效果的提升，加强创新人才培养工作，推動实验室建设的转型升级，进而改进和提升实验教学水平，切实提高学生的创新素养。

3  结语

基于CiteSpace软件进行可视化分析，描绘了近10年国内实验室研究的知识图谱，提取出实验室问题研究的四大热点主题，分别是实验（实践）教学及改革、实验室管理问题、基于网络的虚拟实验室研究、创新人才的培养，并对各大主题进行了讨论。总体来看，国内实验室研究还存在一些有待深化的地方，一是，该领域没能形成高水平的核心作者群体，学者间各自为阵，联系较少，不能凝聚力量持续深入研究，对实验室问题起到的实际作用甚微;二是，对实验室问题缺乏理论的研究，难以提出更富实践指导意义的建议。

参考文献

[1] 庞博.我国农民工社会养老保险“碎片化”现状及对策研究[D].河北大学，2012.

[2] 杨刚.国际有氧耐力训练研究现状与热点分析[J].首都体育学院学报，2015，27（4）：354-358+363.

[3] 张红春，卓越.国内社会保障研究的知识图谱与热点主题———基于文献计量学共词分析的视角[J].公共管理学报，2011，（4）：111-121+128.

[4] 阿力木江·阿布都拉，罗依扎·瓦哈甫.高校实验室管理综述[J].安徽农学通报，2013，19（11）：141-143.

[5] 刘世伟，田世鹏，甘涛，蒋婷，杨明翰.虚拟实验室的研究与应用现状综述[J].物联网技术，2016，6（9）：82-83.