面向基礎和交叉學科的科研戰略發展熱點研究

李峰 馬芳珍 劉雅瓊 張春紅 肖瓏

摘要 準確把握學科研究熱點和發展趨勢，對科研人員的研究和管理者的決策具有重大意義。圖書館從提供個性化服務的角度出發，圍繞國家戰略需求和國際學科前沿，以文獻計量方法為基礎，充分利用圖書館的多種數字資源和分析工具，整合分析和綜合解讀大量相關文獻，提供針對具體研究方向的一系列基礎和交叉學科的科研戰略熱點分析方法.為學校職能部門參與的教育部重大項目提供決策支持服務，為學科發展支持方向、資金投入決策和人力資源配置提供依據。這項工作著眼于學科的戰略規劃，緊密圍繞學校的核心工作，體現了圖書館在轉型發展中的服務創新，彰顯了圖書館價值。

關鍵詞 基礎和交叉學科 戰略發展 熱點研究 文獻計量 多角度 多平臺

分類號 G353.1

DOI

10.16603/j.issn1002 -1027.2018.02.006

1 學科熱點研究的重要意義

在深入實施創新驅動發展戰略和國務院《關于深化中央財政科技計劃（專項、基金等）管理改革的方案》（國發[2014] 64號）的大背景下，圍繞國家戰略需求和國際學科前沿，凝練和規劃重大創新項目和優先支持方向，對基礎科學前沿、面向重大需求的科學問題、交叉學科領域優先支持方向進行戰略研究，是高等學校“十三五”科技發展規劃中的重要內容。

本研究以文獻計量方法為基礎，充分利用圖書館的數字資源和分析工具，將多角度、多渠道的文獻數據進行深度分析和綜合解讀，一方面為國家基礎和交叉學科的前瞻性部署提供數據支撐；另一方面為我校確定學科發展方向、資金投入和人才引進等方面的工作提供決策支持。

本次研究是圖書館為本校管理部門提供支持服務的新嘗試。圖書館以往的服務多停留在面向學科體系，沒有深化到分析學科中前沿熱點的發展態勢和發展規律上，本研究對象是學科中具有戰略意義的熱點主題，更為深入，也更具有現實意義，是圖書館在轉型過程中對新的服務方向和服務內容的有益探索。

2 基于文獻計量的學科熱點研究方法豐富多樣

“學科熱點”是指某一個學科未來發展的關鍵領域，與“研究前沿”、“研究趨勢”、“發展方向”等基本同義，文獻計量學廣泛應用于這些研究中。科睿唯安公司的Web of Science（簡稱WOS）數據庫或其中的Science Citation Index（簡稱SCI）數據庫是世界公認的權威學術數據庫，因此學者多使用該數據庫的文獻（尤其是期刊論文）作為數據源；也有部分學者根據研究方向的特點，選用本領域的學科專業數據庫為數據源進行分析，如PASCAL數據庫、MED-LINE數據庫等；還有學者綜合使用學術論文、專利或學位論文等為數據源；另外學術會議論文在研究前沿分析中的作用也不可忽視。

研究方法方面，主要包括基于文本內容的方法（基于詞頻、共詞以及基于文本挖掘自動探測等）、基于引用關系的方法（如共被引、文獻耦合和直接引用等）和基于復合關系的方法等。

（1）基于詞頻的研究：如張鋼鋒等分析了揮發性有機化合物的國家機構表現、學科類別和期刊分析，并使用作者關鍵詞、標題、摘要和擴展關鍵字分析該領域的研究趨勢；張亮等、付慧真等、羅翔等、于景金等也用類似的方法分別研究濕地的生態恢復、固體廢棄物、太陽能電池、光合作用領域的研究趨勢；曹陽等以關鍵詞在不同時期的分布變化得出全球腹腔鏡領域的研究趨勢；陳華奇等研究了有關膽堿酯酶抑制劑的文獻類型和語種、國家、機構、學科類別、發文期刊、高頻關鍵詞等，以得到老年癡呆癥的研究方向。

（2）基于共詞分析：張晗等利用MEDLINE數據庫對生物信息學領域的高頻主題詞進行共詞聚類分析得到研究熱點，并采用戰略坐標法的向心度和密度分析這些熱點的發展變化趨勢；郝偉霞等使用共詞分析結合戰略坐標圖的方法，分析中國能源材料領域的研究熱點、新興活躍研究主題；楊皓東等以CNKI的期刊論文、學位論文和會議論文為數據源，采用共詞分析法探討國內自然語言處理領域的研究現狀與研究熱點；高偉等分析了流域尺度的碳素研究領域的論文數量、作者分析、國家、機構表現，并以關鍵詞共現網絡預測該領域的研究重點；朱喬利等對全球本體研究的文獻類型、語種、文獻數量、作者、機構、國家等進行了基本分析，并使用共詞分析來反映該領域的研究重點。

（3）基于文本挖掘：帕克（Park）等人以知識地圖的方式展示利用學術論文和專利為數據源得到的太陽能電池領域的研究前沿，采用的是以主成分分析和網絡分析混合的關鍵詞提取文本挖掘技術。

（4）基于共被引分析：如胡悅等對全球電動汽車研究的文獻數量、學科類別和文獻類型、國際生產力進行了科學計量分析，使用EXCEL、UCINET和CITESPACE等軟件分別分析了國際生產力、合作網絡和基于共被引分析的研究熱點；李禎祺等針對非編碼RNA領域，利用Thomson Data Analyzer（TDA）軟件梳理統計年度、國家/地區、機構、關鍵詞與被引頻次等主要指標，利用CITESPACE軟件進行引用與聚類分析以說明學科的發展歷程及前沿熱點。

（5）基于直接引用：柴田（Shibata）等以太陽能電池為例，比較學術論文和專利兩種數據源基于直接引用構建的聚類文獻簇，探測潛在的技術前沿。

（6）基于特定模型：席貝爾（Schiebel）等人基于PASCAL數據庫文獻，使用擴散模型和聚類分析研究光電設備領域的新興主題，并結合專家驗證，選擇10個最有前途的技術領域；成清等運用異常監測模型.對社會計算領域的相關文獻進行統計，從論文發表國、涉及的學科、新興研究主題等方面，分析了該領域的研究現狀與熱點。

（7）基于復合關系：陳超美利用CITESPACE軟件，通過共被引分析與共詞分析考察了“物種滅絕”領域和“恐怖主義”研究的學科前沿和發展趨勢；莊艷華等統計了土壤侵蝕領域的論文產出、主要的學科類別、地理分布等特征，采用關鍵詞分析、共被引分析等方法歸納研究熱點；謝平從國家、作者、期刊等維度統計分析抗癌領域的文獻，采用共詞和共被引方法總結該領域的研究熱點與前沿主題；吳菲菲等人以智能材料領域為例，采用CITESPACE軟件的文獻引文分析方法、TDA軟件的共現分析方法和Goldfire Innovator軟件的文本挖掘方法，提出從創新性和學科交叉性兩個方面探測研究前沿的模型；張敏等以MIS領域國際權威期刊的發文信息為數據樣本，利用共詞分析法和VOSviewer聚類技術識別MIS研究的主題及研究熱點，并通過構建時間——主題二維網絡圖，梳理研究熱點的演化路徑。

3 學科熱點研究內容、方法的創新

本研究是以學校科學研究部承擔的教育部重大項目為契機，主要探索關于特定主題的基礎和交叉學科的“研究前沿”的評價方法。對于學科專家通過經驗預測的“特定主題”進行文獻調研和計量研究，研究該主題的國內外發展狀況、趨勢，提煉該主題的“研究前沿”，為是否應大力發展以及如何發展這些研究主題提供數據支撐。

從研究內容看，現有研究多是針對單一學科的發展前沿進行分析，本研究是針對多個學科的研究主題而不是某個學科領域，研究對象更具體，分析結論更具可操作性。本次研究預定完成21個熱點分析，這些研究主題既有面向國家戰略需求的基礎研究，如發動機實驗、高溫材料、催化、高分子，也有科學前沿，如太赫茲、超導、憶阻器，還有交叉研究的領域，如合成生物學、碳材料等。在調研過程中，根據應用領域和研究對象又將熱點拆分成23個，例如“發動機實驗”最終拆分成“機車發動機實驗”、“航空發動機實驗”，“高分子材料”又拆分成“高性能膜”、“高強度碳纖維”，研究對象較學科更為精細深入。

從研究方法看，本研究綜合使用了文獻調研法、文獻計量法、德爾菲法、指標對比分析法和可視化分析方法等多種方法。在基礎數據的來源上匯集了WOS、SCOPUS的期刊、會議論文和INNOGRAPHY的專利數據，在確定關鍵詞的階段，除了使用TDA、INCITES、SCIVAL等分析數據庫和工具外，還對部分研究主題采用了參照關鍵機構和重要專家的方法，在時間范圍選擇上，根據研究主題在數據庫的文獻特點和發展曲線選擇適合該主題的特定的年代區間；在熱點和趨勢研究階段，使用了INCITES、SCIVAL、ESI、TDA、INNOGRAPHY、CITESPACE等多個數據庫和分析軟件，并采取了調研關鍵文獻和與學科專家溝通反饋等方式，對結果進行綜合解讀，相比于完全依賴于定量研究更全面準確。

從研究過程看，本研究并不是圖書館“閉門造車”的獨立研究，而是圖書館對學校職能部門的一項決策的支持服務，在研究過程中，圖書館與學校科研部進行了多次交流溝通，以正確把握研究方向，及時調整數據來源和研究方法，確保研究結論能準確有效地支撐科研項目，成為學科發展、學校工作的決策依據，充分體現圖書館服務的優勢和價值。

4 交叉學科科研戰略發展熱點研究——以“車載電池”和“航空發動機實驗”為例

本研究中23個不同的學科主題的熱點分析，采用的方法、數據有不同之處，但是在研究步驟上基本一致，大致分為三步：（1）抽取檢索詞、構建檢索式、收集該主題主要研究文獻；（2）對文獻數據進行總體態勢、區域、人員等計量分析；（3）綜合利用多種分析工具，提煉、總結該研究主題的前沿和熱點。

4.1 甄別和獲取學科主題的主要研究文獻是基礎和重點

在信息服務中，數據準備是研究的基礎和重點。關鍵詞選擇是否完備，檢索式構建是否合理，對分析結果的準確性和可信度具有至關重要的意義，因此針對每個學科主題的特點，本研究使用了多種方式確定檢索詞，如閱讀該領域綜述類和關鍵文獻；選擇代表性機構發表的文獻、該領域高品質期刊的文獻、領域代表性人物的文獻，進行關鍵詞聚類，提取高頻詞；利用多個數據庫的趨勢分析功能，分析該領域的高頻關鍵詞。

實例一：“車載電池”。

在“車載電池”領域關鍵詞的選擇上，首先初步分析檢索主題，通過“車載電池”等基礎檢索詞查找代表性文獻，從中提取更多的相關檢索詞，并使用TDA文獻分析工具進行關鍵詞聚類，獲得高頻關鍵詞，為下一步更深入、全面的檢索打下基礎。然后采取專家咨詢法，請該領域的專家審閱選取的關鍵詞，并根據其意見進行調整。通過上述兩個步驟，得到“車載電池”領域的關鍵詞有車載電池、車載動力電池、充電電池、汽車、電池、電動汽車、鋰離子電池、鈉離子電池、鋰空氣電池、磷酸鐵電池、鉛酸電池等，在此基礎上構建英文檢索式：“vehicle-mounted batterxOR“on-boardbatter”OR“vehicle batter”OR“car batter”OR“vehicle-mounted power batter”OR（“rechargeablebatter”AND （vehicle OR car》 OR（（“electric vehi-cle”OR“electric automobile”OR electromobile）AND batter”）OR“Iithium-ion batter”OR“Ii-ionbatter”OR“sodium-ion batter”OR“Na-ion bat-ter”OR“Iithium-air batter”OR“li-air batter”OR“iron phosphate batter”OR“Iead-acid batter”。

在查詢時間范圍的選擇上，首先運用上述檢索式在WOS數據庫中進行初步查找和統計，發現車載電池的研究在2005年以后才有較多文章發表，所以將查詢的年代范圍設定為2005年- 2015年，這樣更能集中反映研究熱點的情況。

確定了檢索策略和時間范圍之后，選擇以收錄高水平理工科論文數據為主的WOS、SCOPUS等數據庫進行搜索，并在簡單分析檢索結果的基礎上反復調整檢索式，以確定檢出的文獻能夠兼顧查全率和查準率。

實例二：“航空發動機實驗”。

發動機領域的研究主要圍繞兩種應用類型的發動機：機車發動機和航空發動機，因此在研究“發動機實驗”的文獻時，需要先區分研究對象。以航空發動機為例，航空發動機的研究文獻的關鍵詞和題名通常不含“發動機”，因此如何收集關鍵詞、區分相關文獻和構建合理的檢索式是本研究的難點。針對該主題，在研究中使用了如下方法：

（1）廣泛收集航空發動機實驗的文獻，通過尋找該領域1-2個重要研究機構和2-3名專家，研究其發表文獻，以提取關鍵詞。本研究以加州理工大學的航空領域實驗室為參照目標，通過關鍵詞聚類法，分析歸納實驗室發表文獻的關鍵詞，包括1）質子、中子、電子束、星云等與航空航天領域相關的詞語；2）湍流、渦環、超音速等關于流體力學方面研究的詞語；3）燃燒、燃燒室、火焰等關于燃燒試驗的詞語。同時，本研究還參考相關專家發表的文獻，如研究流體力學方面的陳十一、李存標，研究燃燒試驗的齊飛等。

（2）綜合研究機構和專家學者的文獻中篩選的文獻關鍵詞，組合成檢索式，并經過多次檢索實驗構建的檢索式如：TI=（ combust* OR flame* OR su-persoine OR turbine* OR engine OR engines ORmotor OR rocket OR propellant OR autoignitionOR Ignition OR Vortex） AND （TI= （pressure*OR chamber OR instabilit* OR stability* OR dy-namic OR dynamics OR thermodynamic OR Ther-moacoustic OR Supersonic OR sonic OR swirl ORfuel OR acoustic OR turbulent） OR TS= （dynamicOR dynamics））

（3）利用該領域重點期刊Combustion andFlame，Computers&Fluids;、Experiments in Fluids等，對構建的檢索式進行驗證，發現相關研究文獻的覆蓋率可達80%以上，因此該檢索式是可信的。

4.2 基于文獻計量方法分析學科主題發展趨勢，研究其在國家/地區、機構、學者等層次的研究熱度和競爭力

使用WOS平臺的數據和INCITES分析工具對學科主題的科研產出量及影響力進行分析，并重點關注中國大陸和北京大學的相關情況，使用SCOPUS的數據進行檢驗。分析內容包括以下幾個方面：

（1）該學科主題的全球發文情況分析。通過統計該學科領域在一定時期內全球的逐年發文量、被引頻次、引文影響力等，分析其整體的研究熱度、趨勢。

（2）該學科主題的全球國家/地區、機構和人員發文情況分析。按照發文量、被引頻次、引文影響力、高被引論文量等評價指標，分別統計出每個指標排名前20的國家/地區，以從各個維度了解哪些國家/地區、機構、研究人員在該領域的研究實力、影響力處于全球領先地位，領軍機構和學者主要有哪些。

（3）中國大陸和北京大學在該學科主題的表現分析。按照發文量、被引頻次、引文影響力、高被引論文量等評價指標，對中國大陸各高校以及中國大陸學者在該學科主題的表現進行排名，著重分析北京大學的全球排名和國內地位以及在該領域的主要學者、研究團隊，以了解本校在該學科主題的競爭力。

“車載電池”和“航空發動機實驗”的指標對比分析有關內容見下方圖表。

實例一：“車載電池”。

圖1、圖2、表1分別展示了“車載電池”的前沿研究情況，包括領先國家、領先機構、領先研究人員等。

實例二：“航空發動機實驗”。

圖3、圖4、圖5分別展示了“航空發動機實驗”前沿研究的情況，包括領先國家/區域、領先機構等。

4.3 基于多平臺多方法的學科主題發展熱點研究，整合解讀分析結果是難點

綜合利用TDA的高頻關鍵詞分析、CITRSPACE的共詞分析、ESI、SCIVAL、INNOGRAPHY等數據庫白帶的熱點分析工具，提煉、總結該主題的主要研究前沿，結合文獻統計情況，對各個數據庫和分析工具識別出的關鍵熱點和前沿進行整合和統一解讀，并最終形成對該主題的研究熱點和發展建議。由于各個數據庫的文獻數據范圍不一，分析得出的研究前沿關鍵詞也不盡相同，如何綜合運用多個數據平臺和文獻工具，對不同的平臺的分析結果進行整合是該分析中的難點和關鍵所在，這不僅需要能夠綜合篩選出熱點關鍵詞，還要對關鍵詞進行深度解讀。在這一階段，一方面需要學科館員在閱讀大量文獻的基礎上，對該熱點主題有一定的了解，另一方面，需要跟學科專家溝通，對分析結果進行評價、確認或者修正，綜合文獻分析結果和專家意見，形成熱點主題的研究脈絡、發展方向、發展建議的整體報告。

實例一：“車載電池”

表2和圖6分別是“車載電池”前沿研究中使用ESI數據庫和SCIVAL數據庫分析得出的研究熱點。

將ESI、SCIVAL各個數據庫分析得出的研究熱點進行整合，并結合專家意見得出的“車載電池”領域的研究趨勢如下：（1）基礎研究與技術研發齊頭并進。目前，車載電池的科研論文產量較高，呈現逐年增長的態勢；同時，汽車巨頭和各大電池廠商也紛紛加大研發力度，取得了諸多技術的改進與突破。（2）電動汽車事故頻發促使車載鋰電池技術在安全性與電池管理系統等方面大力推進，應用各類新材料的“后鋰電池”也在加快研發。（3）車載電池是制約電動汽車發展的關鍵因素，能否研發出高效安全的電池對于電動汽車的未來發展具有重要意義。因此，如何提升電池性能、延長電池壽命，提高電池管理系統的性能等，將成為今后研究的重點。

實例二：“航空發動機實驗”。

使用ESI、INNOGRAPHY、SCIVAL等分析工具對“航空發動機試驗”領域的研究熱點進行分析。綜合幾種分析結果，得出“航空發動機試驗”領域研究的熱點主要集中在燃燒試驗、湍流動力試驗、阻燃劑實驗、燃氣輪機替代燃料等研究內容上。

ESI研究熱點分析主要是從關鍵詞中提取相近詞組，形成研究方向趨勢，對提煉研究趨勢具有參考意義。表3為ESI數據庫給出的研究熱點。

利用INNOGRAPHY分析專利關鍵詞，發現主要集中在發動機部件和功能上，例如：風機、燃燒室、熱交換器、渦輪機、涂層、前緣、運行參數等，對研究航空發動機的關鍵技術趨勢作用不大。

SCIVAL的分析結果和TDA類似，主要使用關鍵詞的詞頻方法提供高頻詞，分析結果主要是研究的方法和對象，如湍流燃燒、超音速、阻燃劑、生物燃料等。

將以上幾個工具的分析結果作為參照，在關鍵文獻調研的基礎上結合專家意見，可歸納出航空發動機實驗研究的前沿關鍵技術，也是下一步發展的重點方向，主要包括：（1）帶級間燃燒室（ITB）的渦扇發動機技術；（2）高效節能的雙環預混旋流燃燒低排放燃燒技術（TAPS）；（3）磁流體（MHD）推進技術；（4）加力燃燒室與渦輪后整流支板的一體化設計技術；（5）近空間飛艇螺旋槳電推進系統及跨音速組合動力技術。

5 結語

為學校職能部門提供決策支持服務是高校圖書館近幾年探索的重要服務內容。決策支持服務可以為學校把握和調整學科建設與發展方向、開展人才引進和人才交流提供參考依據，以使學校乃至國家對各類資源作出更合理的規劃和配置。本研究即是圖書館與學校科研部門的成功合作案例，該研究以國家戰略需求和國際學科前沿為導向，不僅用于本校科研部承擔項目的數據支撐，對基礎和交叉學科選擇優先支持方向提供依據，還對本校的學科發展、經費支持提供決策支持，具有實際應用價值。這項服務使圖書館融入了學校“主流”，成為學校管理層不可缺少的合作伙伴，也使圖書館員的綜合業務素質和研究水平得到了大幅度提高。另外，該研究在研究方法、研究內容上都有所創新，形成了一套合理的可供推廣和套用的報告分析模板，也可用于圖書館在針對院系的學科服務中分析其他熱點使用。

未來圖書館的工作需要進一步加強與學校職能部門的合作、溝通、共享，充分利用圖書館豐富的文獻資源、數據資源和人才資源，探索深層次的資源利用方式，在文獻計量分析的基礎上引入領域專家的權威判讀，提供更廣泛、更深入和更有針對性、權威性和專業性的決策支持服務；同時通過此項服務提升圖書館員的信息處理和綜合分析素養，使圖書館的創新服務有更好的發展空間。