基于文獻計量法的新工科研究熱點及趨勢分析*

陳明壯 查靜茹 汪卓赟 魯 超*

當前，我國經濟增長正處于戰略調整期，增長動能、經濟結構和發展模式正經歷著深刻轉換?；ヂ摼W、大數據及人工智能等前沿尖端技術更加完備成熟，逐漸成為各領域升級轉型的動力引擎，以智能制造為代表的新一輪產業升級和科技革命正以前所未有的勢頭變革全球制造業的結構和布局，同時為我國工程教育革新培養模式，適應新業態，建設新工科提供了歷史機遇和強大推力[1-3]。

2017年，教育部首次提出“新工科”概念，之后眾多學者對此進行了深入研究，取得了一大批學術成果。但新工科建設研究仍處于探索起步階段，“新工科”概念的內涵尚無統一定義，主要認為相較于傳統工科，新工科是以經濟和產業處于大變革背景下的動態概念。新工科建設既要培養新經濟急需人才，聚焦與布局前沿戰略性新專業，引領未來產業發展，又要改革創新當前工科專業，提質增效，探索符合工程教育規律的工科專業建設和人才培養模式。“新工科”概念提出3年來，新工科建設研究論文數量呈爆發式增長。國內學者的研究以傳統的定性研究為主，探析新工科建設相關主題的內涵、特征、路徑和策略[4]。本研究旨在通過文獻計量學的方法，基于CiteSpace對新工科建設相關文獻資料進行定量研究，描繪我國新工科建設研究圖景，把握研究熱點與前沿趨勢，為生物醫學工程等工科專業轉型升級提供參考。

1 新工科研究數據來源與方法

1.1 數據來源

本研究以中國知網(China National Knowledge Infrastructure，CNKI)數據庫作為來源數據庫，選取其中《中國學術期刊(網絡版)》《中國博士學位論文全文數據庫》和《中國優秀碩士學位論文全文數據庫》進行檢索。采用“新工科”作為主題詞分別進行檢索并篩選，去除其中外文文獻，時間限定為2017年1月1日至2019年2月26日，檢索日期為2019年2月26日，經過統計整理，最終檢索出1419條有效文獻記錄，之后將所有數據導入CiteSpace軟件進行深度分析。

1.2 研究方法

本研究基于CiteSpace知識圖譜可視化分析軟件，采用文獻計量學分析方法對檢索出的文獻進行描述分析。CiteSpace是一款基于Java語言，用于獲取文獻中隱藏的潛在價值，把握知識領域不同階段、不同層次的多元和動態聯系，直觀展示學科演化歷程以及追蹤前沿研究動態[5]。文獻計量學是采用數學、統計學和文獻學的方法，定量研究文獻內在規律，客觀反映文獻特征和發展方向。本研究時限為2017年1月1日至2019年2月26日，時間分區長度設定成1年，閾值為前10個高頻詞，聚類詞型選擇Noun phrases(名詞短語)，同時選定Pruning slice network(修剪切片網)和Pruning the merged networks(修剪合并網)剪枝策略繪制知識圖譜。

2 新工科研究結果與分析

2.1 時間分布特征

數據結果顯示，2017-2019年共檢索出1419條有效文獻記錄，其中，2017年文獻篇數為180篇，2018年文獻篇數為1122篇，2019年截止2月文獻篇數為117篇。2017年初“新工科”概念首次提出后，相關文獻數量已從2017年的180篇迅速躍升至2018年的1122篇，2019年前2個月文獻數已百余篇，文獻時間分布特征見圖1。

圖1 文獻時間分布特征

2.2 作者發文數量特征

本研究僅選取文章數量5篇以上的作者繪制作者發文數量統計表。數據顯示，2017-2019年期間，新工科建設研究領域發表文章數量5篇以上作者共9人，其中作者林健發表8篇文章為最多，見表1。

表1 作者發文數量統計

2.3 學科分布特征

數據結果顯示，學科類別中教育類文獻數量最高為376篇，占比26.50%，其次是計算機類59篇，占比4.16%，電器工程類33篇，占比2.33%。新工科建設研究涉及的學科主要集中在教育、計算機、電氣工程、物理及信息通訊等理工類領域，新工科建設研究前10位學科統計見表2。

表2 新工科建設研究前10位學科分布統計

2.4 機構分布特征

數據結果顯示，南京航空航天大學文章數量最多為23篇，其次是清華大學與重慶文理學院同為18篇，同濟大學排在第三位為17篇，新工科建設研究前10位機構統計見表3。

表3 新工科建設研究前10位機構分布統計

2.5 核心作者特征

新工科建設研究論文之間存在著復雜的引證關系，形成了特定的網絡結構。本研究采用普賴斯定律計算公式確定核心作者，其計算為公式1：

式中m表示核心作者最低文章數，nmax表示文章最多作者的文章數[6]。

通過數據的篩選和統計，作者林健的論文數量最多，共計9篇，故nmax=9，計算得出核心作者最低文章數m=1.43，即核心作者論文數量要保證≥2篇。經過統計，該領域符合條件的作者共73位，其中作者林健論文數量最多，為9篇，被引量為395次；73位核心作者論文數量共計509篇，占“新工科”建設研究領域論文數量的35.87%，仍低于普萊斯定律中核心作者占比50%的標準。

本研究通過CiteSpace軟件繪制了與作者合作關系的可視化圖譜，圖譜由節點、節點標簽和連線組成，節點愈多、節點標簽愈大、連線愈粗表示作者中介中心度大、論文數量多和合作次數多。研究數據顯示，新工科建設研究形成了數個研究團隊，其中擁有≥4人團隊個，3人團隊2個，見圖2。

圖2 作者合作關系可視化圖譜

2.6 新工科建設研究熱點分析

關鍵詞是文獻研究主旨的高度凝練，能簡潔地詮釋文獻的研究內容。通過CiteSpace軟件的可視化功能對新工科建設文獻關鍵詞詞頻進行共現分析，能有效提煉出當前該領域的研究熱點。

2.6.1 關鍵詞共現分析

(1)本研究選取2017-2019年CNKI數據庫收錄的1419篇新工科建設相關文獻為研究對象。①每次以Refworks格式導出500條文獻題目，分3次導出全部文獻并各自存入文本文檔，之后合并為一個文本文檔，另存為“UTF-8”，重新以“download_***”命名。導入CiteSpace，轉換為有效格式進行可視化分析；②在Node Type(聚類點類型)中選擇關鍵詞進行聚類分析，點擊運行繪制出可視化熱點圖譜，其中指標Modularity Q=0.5175，Mean Silhouette=0.5577，結果顯示，兩項指標均在允許范圍內，滿足使用CiteSspace進行關鍵詞共現分析的條件；③關鍵詞共現網絡圖譜中共有節點117個(N=117)，節點連線301條(E=301)；④關鍵詞由節點表示，節點形狀為十字型并有顏色填充，節點十字的大小表示關鍵詞出現頻次的高低，節點十字越大反映節點出現頻次越高，即表明該節點是研究領域的熱點；⑤十字中間的紫色填充部分代表節點(即關鍵詞)的中介中心度，紫色部分越大中心度越強，影響力也越大；⑥節點大小和紫色填充部分大小不成正比，即頻次與中介中心度不成正比；⑦節點之間的連線代表節點之間的聯系，連線的顏色代表合作時間，連線的粗細表示合作的次數，見圖3。

圖3 新工科建設熱點知識圖譜

(2)本研究綜合考慮新工科建設關鍵詞詞頻和中介中心度，運用學者Donohue[7]提出的高頻詞與低頻詞界定閾值，其計算為公式2：

式中T表示高低頻次界定閾值，I表示關鍵詞數量。

經統計處理，1419篇文章共檢索出166個關鍵詞(I=166)，計算得出高低頻次界定閾值T=17.72，即關鍵詞頻數在18個以上界定為高頻關鍵詞，共計23個。數據顯示，新工科建設研究熱點領域主要包括新工科、人才培養、教學改革、實踐教學和創新創業。新工科建設前20位高頻關鍵詞見表4。

表4 新工科建設前20位高頻關鍵詞

研究顯示，關鍵詞中介中心度＞0.1，即可認為該關鍵詞具有較強的影響力，屬于研究熱點。據此條件，本研究篩選出8個關鍵詞，顯示出工程教育、教學改革和創新創業是研究熱點領域。新工科建設熱點關鍵詞(中介中心度＞0.1)見表5。

表5 新工科建設熱點關鍵詞(中介中心度＞0.1)

2.6.2 熱點主題分析

基于上述文獻基本特征和關鍵詞共現可視化分析結果，結合新工科研究相關文獻資料，本研究梳理總結出新工科建設研究熱點。

(1)理論研究。通過“新工科”“高等工程教育”“新工科建設”等關鍵詞詞頻與中介中心度可以得出，新工科建設的理論研究主要涉及新工科的概念、特征和實施路徑等方面。

(2)概念。學者們主要認為新工科應包涵專業、(或產業)建設和人才培養兩個方面：①新工科是應對新一輪產業革命而產生的動態概念，既著眼于新經濟、新業態下的新型前沿專業和戰略產業的布局與建設，也關注傳統和舊有工科專業立足自身優勢，順應產業發展潮流，摸索專業改造升級的路徑和策略[8-9]；②未來的競爭是人才的競爭，要培養出具有堅實的工程理論功底和專業技能，具備較強的跨界思維和創新意識，在紛繁復雜、快速變化的產業變革中適應全領域、各層次的“新工科”人才[10]。

(3)特征。學者周開發等[11]認為，新工科具有跨界融合、引領創新及智能共享等特點?？缃缛诤象w現在以互聯網為代表的新一輪產業升級深深地嵌入全社會各領域，具有顯著的滲透性，其滲透作用不僅表現為社會生產，更突出觀念上的更新與顛覆[11]。劉鑫橋[12]研究得出，互聯網大潮下，新工科不再是獨立的產業體系，而是跳出舊有產業鏈的桎梏，超出原有學科和行業界限，與多個學科跨界融合。葉民等[13]研究得出，新工科引領創新體現在學科和專業的轉型升級，行業和產業的超前戰略布局。在新經濟的大環境下，依靠創新突破重點關鍵技術，搶占科技制高點，形成產業競爭優勢，引領未來發展[14]。智能共享體現在人工智能、云計算和物聯網的快速發展，為工業制造提供了智慧大腦和智能化發展方向[15]。同時，高等工程教育需要優質資源的共建共享，為進一步的合作發展提供支持[16]。

(4)實施路徑。主要包括轉變工程教育理念，嚴格落實構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate)，即CDIO工程教育理念，注重培養學生創新意識[17]；工程人才培養要與產業發展需求相適應，協調新興與舊有學科、專業關系，探索建設布局前沿學科專業，優化升級舊有學科專業新路子[18]；打造工程人才培養新模式，學習借鑒國外先進的工程教育模式，構建符合新工科理念的課程體系，產教研協同推進，培養一批高素質，富有創新精神的師資隊伍[19]；全面提升工程教育質量，完善工程教育質量評價體系，建立中國特色和國際水平的認證制度[20]。

(5)應用研究。新工科建設應用主要集中在“人才培養”“教學改革”“實踐教學”“創新創業”“產教融合”“專業建設”和“課程體系”等方面。主要圍繞高等工程教育，推動教學改革，打造全新工程人才培養模式，為此，地方高校進行了積極探索[21]。天津大學[22]構建策略為：人才培養體系要堅持立德樹人的正確導向，強化思想政治教育，融入家國情懷，以產業需求為導向，打造面向未來的新工科專業結構；完善人才培養方案，開設創新創業課程，增強學生創新創業意識；以卓越人才為標準，提升人才培養質量。南京航空航天大學[23]依托航空航天特色，傳承“航空報國”理念，堅定學生理想信念，調整拓展飛行器設計與工程等既有傳統專業，建設“航空航天科學與工程”大類專業等新專業，以跨學科、多學科為導向，打造航空航天特色實踐教育體系與實踐平臺。重慶大學[24]則提出了通專融合的人才培養新模式，通識教育+創新創業教育，立足自身工科優勢，推動跨界融合的人才培養模式。

3 討論

采用文獻計量法，基于CiteSpace分析工具知識域可視化功能，對2017-2019年CNKI數據庫收錄的1419篇新工科建設相關文獻繪制知識圖譜，對新工科建設文獻基本特征與研究熱點進行分析。結果顯示，新工科建設文獻數量在2017年提出后呈現爆發式增長，預期會繼續保持增長勢頭；單一作者發文量絕對值較低，總體較為分散，其中以清華大學作者林健文章數量最多，也僅達到9篇；機構分布顯示南京航空航天大學文章數量最多達23篇，其次是清華大學、重慶文理學院、同濟大學等機構，研究機構多為偏工科類院校，主要分布在東部地區和西部較發達地區；核心作者73位，作者合作關系較為獨立，核心研究團隊較少；根據詞頻，新工科建設研究熱點領域主要包括新工科、人才培養、教學改革、實踐教學和創新創業。根據中介中心度＞0.1，可以得出研究熱點包括工程教育、教學改革和創新創業。

現階段新工科建設的研究側重于針對未來產業革命的發展趨勢，從宏觀產業邏輯、中觀行業邏輯和微觀院校邏輯，探討新工科建設的原因、內涵、特征、范式和實施路徑，集中于工程教育和人才培養的分析，缺少基礎層級學科演化和知識延展以及新工科建設主體確認和任務劃分的深入分析。新工科建設主要停留在理論分析層面，較少涉及實證研究，缺乏精確可信的數據支持以供結果印證，進一步的研究應加強實證研究，綜合運用定性定量研究方法，為未來研究提供參考借鑒。

4 結語

新工科建設雖然取得了大量的學術成果，眾多高校也根據“新工科”的核心理念制定實施了一系列新方案、新策略，但缺少有效的評價關鍵指標體系，對于建設成效不能做出準確的判定。當前，生物醫學工程專業是新工科建設的重要方向[25]。隨著醫學及醫學模式的轉變，醫工融合成為共識，通過新工科建設推動生物醫學工程專業在專業建設、人才培養等方面進行轉型升級具有重要意義。