近十年我国绿色化学教育研究热点可视化分析

李娜娜 莫尊理

摘要：对中国知网（CNKI）中检索到的2009-2019年的3613篇关于绿色化学文献作为数据来源，利用Bicomb2.01、Uci-net6和vosviewer软件对我国绿色化学栽文关键词进行可视化分析，提取出研究热点主题，直观明了地显示近十年我国绿色化学及绿色化学教育的研究热点、热点主题的分布特征及深层次结构，为绿色化学教育的研究进程和发展趋势提供参考。

关键词：绿色化学;绿色化学教育;研究热点;可视化分析

文章编号：1008-0546（2021）02-0002-07 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.02.001

绿色化学是21世纪化学学科发展的重要方向之一，它强调从源头上消除污染，从根本上确保清洁无污染生产，从而对环境的治理从治标转向治本。绿色化学是传统化学基础内容的革新，除了设计对环境友好并符合原子经济的绿色产品外，同时利用信息技术和科技手段，处理人与自然的关系，寻求技术进步和环境保护的共赢。1990年绿色化学兴起，为化学教育注入了新的活力。經过多国政府和产学研各界合作，逐步确立了绿色化学的12条原则、原子经济、绿色化学5R原则，绿色化学教育进入萌芽期。美国首次将绿色化学教育理念与“STS教育”和“2061计划”融入到化学教育，绿色化学教育开始在美国基础化学教育中渗透和实施。1995年，中国科学院化学部确定了《绿色化学与技术》的院士咨询课题，高校开始推动绿色化学的发展。1999年，我国开始基础教育改革，绿色化学进入中学化学课程。经过近30年的发展，绿色化学体系已经初步形成。化学作为核心科技，沿着传统化学一绿色化学一循环经济化学一可持续性化学的轨迹进阶，与化工、农业、材料、医学、建筑等学科交叉发展。目前对于绿色化学和绿色化学教育，哪些研究主题是热点，未来有哪些研究主题可能成为热点，呈现怎样的趋势，对绿色化学教育的开展具有重要的借鉴意义。因此，运用可视化技术对绿色化学的载文进行分析，探析近10年来我国绿色化学和绿色化学教育的研究热点及其内在特征。

一、数据来源及处理

1.数据来源

数据全部来自于CNKI数据库。CNKI作为我国地区、机构、学术、学科、项目及成果评价与评审的重要依据，是权威性的引文信息源。基于CNKI的高级检索方式，载文年限限定为2009-2019年，检索主题为“绿色化学”“绿色化学教育”“绿色化学教育研究”，获取3821篇相关文献，其中“中国学术期刊网络出版总库”中有2317篇文献，“教育期刊”818篇，“中国博士学位论文全文数据库”中有文献111篇，“中国优秀硕士学位论文全文数据库”中有文献367篇，“重要会议论文全文数据库”中有197篇文献，“中国重要报纸全文数据库”中有11篇文献，除去会议和报纸文献共计3613篇文献。

2.数据处理

可视化分析综合运用计算机图形学、图像等技术，将采集的不可见或难以显示的数据映射为可感知的图形或符号等，其目的是以更直观的方式洞悉蕴含在数据中的现象和规律。本文采用Bibcom2.01对载文的作者、机构、学科、基金和关键词等信息进行提取并统计。运用Ucinet6对关键词进行频次分析、共词网络分析和热点主题与作者分析。用VOSviewer进行聚类分析，分析研究热点的种类。

二、研究结果与分析

1.绿色化学文献年份分布、研究层次、发文机构情况分析

（1）绿色化学文献近10年发文量分布

近10年绿色化学文献年度分布趋势如图1所示。2009-2019年期间，发文量是一个曲折上升的过程，到2016年发文量突增到446篇，可能因为2015年3月，中共中央政治局会议审议通过《关于加快推进生态文明建设的意见》，首次提出了“绿色化”的概念，到2016年5月，联合国环境大会发布了《绿水青山就是金山银山：中国生态文明战略与行动》，指出以“绿水青山就是金山银山”为导向的中国生态文明战略。政策性文件的发布使更多的学者认识到了绿色化学的重要性，成为研究的热点且发文量增多。直至2019年又出现了上升的趋势，发文量为460篇，相比2009年多出了154篇。随着环境保护理念和绿色化学的发展，预计2020年发文量会保持稳定或持续上升的趋势。

（2）绿色化学文献研究层次频率分析

采用内容分析法将上述3613篇文献的研究层次进行归类，研究层次的统计分析能较好地反映绿色化学研究的领域范围，统计各文献研究层次出现的频次，如图2。其中社科类的文献占比较小，而基础教育研究与中等职业教育以及工程技术研究出现的频次较多，这也能说明基础研究的重要性以及自然科学研究的紧迫性。自2012年颁布《国家职业技能标准编制技术规程》以来，加强职业人才队伍的建设已是大势所趋，为贯彻落实党的十九大关于“大规模开展职业技能培训”“建设知识型、技能型、创新型劳动者大军”的要求，对2012年颁布的《国家职业技能标准编制技术规程》进行了修订，印发《国家职业技能标准编制技术规程（2018年版）》。2019年1月国务院印发了《国家职业教育改革实施方案》，总体要求与目标是坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，把职业教育摆在教育改革创新和经济发展更突出的位置。职业技能教育更是受到了社会的广泛关注。因此，绿色化学的研究主要集中于职业教育和基础教育，表明需要进一步加强高等教育领域中绿色化学的教育和新型技术融于绿色化学的研究方向。

（3）绿色化学文献发文机构分析

对近十年绿色化学文献作者所在的机构进行分析，可以发现我国绿色化学领域的主要研究力量。我国绿色化学研究的作者来自全国各个省市的中学、高等院校和研究所等机构，分布广泛，但不均匀。对绿色化学论文的第一作者所属机构进行统计分析，如表1。

由表1可知，发文量最多的是中、高职院校，其次是高等院校和中学，教育机构的仅有399人发文。这说明我国绿色化学研究领域作者机构具有广泛性和相对稳定性。广泛性体现在我国中等、高等教育单位分布广，而高职院校是近几年国家大力发展和加强的一个领域。绿色化学教育的研究中主力军是中、高职院校的老师，为我国绿色化学教育发展做出了突出贡献。相对稳定性体现在该领域的研究者主要是由职校、高校师生和中学老师构成。

图3表明，“阻垢机理”的频次最高，为727次，其次是“综合素质”，频次为130次，频次在41-125次以上的有“中等化学教育”“中等职业学校”“中学化学”“中学化学教学”“中学化学实验”“资源循环”和“综合化学实验”;频次在21-39次的有“有机化学实验”“原子经济性”和“应用实践”等13个关键词;频次在14-20次的有“演示实验”“药物化学实验”和“医学院校”等17个关键词。可见，近10年来我国绿色化学研究热点呈现由理念层面逐步深入到实际改革和应用研究的特点，这反映了绿色化学研究的迫切性和时代性，绿色化学和绿色化学教育越来越受到研究者的关注。

频次分析只是从数量上显现了我国绿色化学研究热点，研究热点之间的关系需进行共词分析。运行Ucinet6绘制高频关键词共词网络图谱（见图4）。图中节点的位置和大小可以反映该节点的影响力，节点越靠近中心、节点越大说明该节点的影响力越大。

图4表明，“绿色化学”的节点最大且处于整个网络的中心位置。“实验教学”“绿色化”“高等教育质量”“高中化学”“化学实验”“环境保护”“微型化学实验”“教学改革”和“创新能力”的节点也比较大，位置接近网络中心，说明这些节点的影响力比较大。

3.研究热点聚类分析

共词分析只表征了研究热点外在的显性联系，其内在的隐性联系需要进行聚类分析。聚类分析可以将一个学科内的重要关键词加以分类，从而归纳出该学科的热点主题。通过VOSviewer软件绘制绿色化学文献的高频关键词聚类图谱（见图5）。

图5显示，75个高频关键词大致分为7个聚类：聚类1为绿色化学教学研究，聚类2为绿色化学实验研究，聚类3为绿色化学的内容研究，聚类4为绿色化学实验案例研究，聚类5为核心素养培养研究，聚类6为绿色化学工艺研究，聚类7为创新性人才培养研究，这7大聚类构成了我国绿色化学研究热点的主题。绿色化学文献的7个聚类主题彼此独立又相互联系，通过主题的研究可以全景式地对绿色化学的研究现状和热点进行全面的认识。

（1）绿色化学教育研究

绿色化学教育研究主要包括“绿色化学理念”“实验教学”“策略”“渗透”“高校化学实验教学”和“中等职业学校”等关键词。绿色化学教育顺应了化学学科发展的新价值观，是可持续发展思想在化学领域的实现。通过聚类分析，绿色化学教育主要研究的是国内外发展的现状、途径和措施;高校、高职和中职的绿色化教学在制药专业、生物技术专业、食品加工业、能源制造业、基础医学专业、化工生产中的绿色化的渗透等。在高等教育体系深化改革背景下，基于绿色化学理念，结合高职化学教育情况和现代化学行业的发展，通过创新化学教育内容，以此来促进高职绿色化学教育的高效發展。除此之外，绿色化学教育还包括绿色化学与环境保护意识的培养，STSE（科学、技术、社会、环境）教育与绿色化学教育。Astrid Steele等人将伦理规范和STSE理念融入到绿色化学教育，探讨之间的内在关系，扩大了绿色化学教育研究的内容。通过绿色化学教育逐步形成绿色化学观念，即包括可持续发展观、绿色化学价值观、化学的科学发展观和环境和谐道德观4个方面。

（2）绿色化学实验研究

绿色化学实验研究主要包括“绿色化学”“实验改进”“实验绿色化”和“环境保护”等关键词。绿色化学实验主要包含物理化学实验、精细化工实验、药物化学实验、有机实验、综合化学实验等，在化学实验教学中引入绿色化学的理念势在必行。例如，王红等人，在有机化学实验教学绿色化改革的研究中，根据大学有机化学实验教学的特点，结合长期的教学实践，从传统实验内容的改进、微量或半微量实验的推行、综合实验项目的开发和绿色化实验技术的应用等4个方面人手，对有机化学实验教学进行了深入的研究和改革。为全面实施有机化学实验教学的绿色化奠定了基础。化学实验的绿色化体现在，将反应物和生成物中，毒性大、对环境造成污染的物质去除或找替代物;实验试剂用量采取微量化;合理运用多媒体、可视化和虚拟仿真等技术进行实验。强化实验安全意识，形成绿色化学的观念。我国需要对各个层次学校的化学实验进行改进创新，重视环境保护问题，需要将“绿色化学”的理念落实到实验中，使实验安全和环境保护有所保障。绿色化学的提出对改革化学实验教学带来了新的活力，在绿色化学思想下，应用预防化学污染的新思想和新技术进行实验改革，从而形成全新的化学实验方式。

（3）绿色化学内容研究

绿色化学内容研究主要包括“绿色化学实验”“实验室安全管理”“废弃物处理”和“可持续发展”等关键词。通过聚类分析，我国绿色化学研究的内容主要包括无机、有机化学基础知识;绿色化学反应的研究，主要涵盖对环境友好的化学工艺和“原子经济反应”，环境友好产品，如生成物废物的零排放、易降解的无毒代谢物和废弃物的回收处理;绿色催化剂的使用，采用生物催化剂和酶催化剂，减少副产品和环境污染;研究新的合成技术，如有机电合成、医药合成和不对称合成等，着力推进我国绿色新能源和新技术的研发。近几年高校化学实验室安全体系的构建受到关注，提出在遵循绿色化学12个基本原则的基础上进行科研实验，设计安全的实验方法，选用无害的化学试剂和缓和的实验条件进行实验。同时，安全管理者在与实验人员进行充分沟通的基础上，引导建立适当的安全管理体系，加强实验人员的安全常识教育，才能从源头上实现化学实验室的安全化和绿色化。掌握绿色化学的基本内容和研究方向，对我们绿色化学的发展、环境保护和可持续发展有重要意义。

（4）绿色化学实验设计研究

绿色化学实验设计研究主要包括“微型化学实验”“实验设计”和“实验教学改革”等关键词。化学实验的绿色化是培养学生绿色化学理念的重要途径，关于化学实验的绿色化，需要在实验过程中遵循绿色化实验“5R”原则。微型化实验、小量一半微量实验、微波化学实验、计算机辅助绿色化实验设计等都是绿色化学的重要组成部分，微型化实验产生的“三废”量少，提高了实验的安全性，减少了对环境的污染。基础实验有些不但消耗原料，新生成的产物也是废弃物，对环境造成一定污染，通过组合实验，将单一实验设计成系列实验，实验产品和实验原料循环利用，渗透绿色化学思想，增强环保意识。利用多媒体进行仿真实验探究，对一些装置复杂，危险性大、反应周期长，常规实验无法进行的实验可以通过仿真实验演示，预防污染物的产生，减少试剂的浪费。例如，钱扬义团队研究的主要方向有“数字化手持技术化学实验与远程化学实验”，数字化实验的设计体现了绿色化学的理念，弥补了传统实验的不足。

（5）核心素养培养研究

核心素养培养研究主要包括“科学素养”“化学核心素养”和“化学实验”等关键词。提高学生的创新精神和科学素养一直以来都是为世界各国科学教育领域所关注和研究的问题，同时也是各国科学课程标准当中切实落实的课程目标。在化学学科核心素养中，“科学态度与社会责任”素养对化学实验的价值取向作了更明晰的定位，尊重科学伦理道德，注重实验的“绿色化”设计，对发展学生核心素养有重要作用。绿色化学教育是培养未来人才具有社会责任感的重要途径，每个人都应该认識和赞美化学对社会和生活发展的重大贡献，关注化学与生活中的热点问题。与此同时，要了解化学与环境之间的关系，权衡利弊做出决策，在化学反应原理、化学技术的应用中要始终坚持“绿色化”的观念。

（6）绿色化学工艺研究

绿色化学工艺研究，主要包括“教学改革”“绿色意识”和“节能减排”等关键词。绿色化学工艺、技术主要涉及化工原料的改革，新型催化剂和催化技术的研究。我国的绿色催化发展较前沿，如李灿院士主要从事催化材料、催化反应和催化光谱表征方面的研究，并致力于太阳能光催化制氢以及太阳能光伏电池材料的研究，并在2014年获得中国催化成就奖;陈钰团队研究绿色且高效的电池和电催化反应。绿色电催化的关键因素之一在于选择绿色电解质和合成绿色化的电极材料，符合可持续发展的基本要求;尹双凤等人认为光催化技术将绿色的太阳能转化为化学能，是解决能源短缺与环境污染问题最有潜力的绿色手段之一，受到了全球研究者的广泛关注。绿色化工还研究生产工艺的改造，如制碱工业、建筑材料、化肥农药、精细化工、食品、染料、药品、化妆品、涂料、新型溶剂技术、零排放工艺等化工领域的改革创新。新的绿色化工技术促进产业的发展和绿色化学工程工业园区的建设研究。挥发性有机物（VOCs）是目前影响我国大气环境质量的关键污染物之一，工业园区已成为中国最主要的VOCs排放源，化工园区的VOCs控制至关重要。因此，要实现化工生产的绿色化，需要借助社会、技术创新、经济发展、环境保护等方面的推动支持，从工艺和设备双管齐下，大力研究和开发减少或消除污染的绿色工程技术。今后绿色化与清洁生产工艺技能应朝着节能、环保的方向快速发展。化学与生命活动、材料研发、信息技术、能源利用、资源开发、环境保护等领域向绿色化方向发展。

（7）创新性人才培养研究

创新性人才培养研究，主要包括“应用型人才”等关键词。21世纪已经逐渐步入“绿色化”时代，大力发展绿色化学工业是时代的需求，培养绿色化学工业所需要的专门人才是当务之急。提倡培养具有可持续发展理念的技术型创新性人才，如具有相关化学学科综合理论，掌握绿色化学和清洁化工生产过程，具有环境化学和环境相关的材料化学的知识，利用现代科技进行创新、推动化学工业科技进步的的复合型化学高级专门人才。高校在化学教学中研究绿色化学的创新应用，能够在一定程度上提升化学教学质量，促进学生成长为社会可持续发展需要的人才。总之，创新性人才，应具有绿色化学、绿色化工艺生产的理论基础和综合实践技能，具备应用新技术的技能，同时具备开发新产品和新工艺的创新思维。

三、结论与展望

近十年我国绿色化学研究热点众多，这些热点大体可归为七个主题：绿色化学教学研究、绿色化学实验研究、绿色化学的内容研究、绿色化学实验案例研究、核心素养培养研究、绿色化学工艺研究、创新性人才培养研究。这七个主题形成了相互交织的“矩阵”，这表明我国绿色化学研究呈现全方位和多层次的特点。研究热点有汇聚力、号召力和吸引力。我国绿色化学在催化体系、反应和工艺、绿色产品和电光化学，逐渐形成绿色化学技术网络，主要服务的领域有绿色反应、绿色产品、可再生资源转换、新能源的利用和污染物的处理。同时从研究团队的建设方面看，我国绿色化学是以中、高职和高校为主要阵地。在高校、中高职院校和中学形成了一批对绿色化学有兴趣的研究者，并培养了具有绿色化学素养的研究群体。

随着全球性环境污染问题的日益加剧，能源、资源急剧减少，“绿色化学”已成为21世纪化工技术的重要科技前沿和化学研究的热点，是化学学科发展的必然趋势。但我国绿色化学教育中绿色化学知识渗透不够、绿色化学教育措施有限，绿色化学缺乏评价性研究。因此将“环境影响评价法”与教育部、国家环保总局下达的“关于加强高等学校实验室排污管理的通知”（教技[2005]3号）要求相结合。将环境影响评价法的规定贯彻到化学教学体系中。对化学教学进行评价，是新形势下绿色化学发展的必然要求，研究科学严谨的绿色化评价体系刻不容缓。从研究内容看，绿色化学的研究不均衡。绿色化学文献中绿色化学实验研究的比例占了62%，利用数字化技术和虚拟仿真实验的研究逐年增多，因此可能产生的伦理问题和环境问题研究较少。随着绿色化学的发展，只有把绿色化学的思想融入到化学教育中，对各个层级尤其是大中学校的学生进行绿色化学教育，才能发挥其应有的作用。绿色化学教育是新时期各学段教育发展的重要课题，绿色化学教育的开展是新时期化学教育改革的重要“抓手”。让化学充满绿色，是现代化化工发展以及化学教育的发展方向，在可持续发展观念下实现绿色化学教育，是我国教育体系中化学学科的新航标。