基于CiteSpace的热工基础学科研究热点及趋势分析
作者: 王英梅 马高生 刘杰
摘 要:热工基础是热力学和传热学基础学科,它涉及热力学基本概念、热平衡、热力学循环、传热基本理论等方面。热工基础是工程热物理、热能工程以及新能源科学与工程专业中的一门核心课程,对于工业生产和能源利用具有重要意义。为了解热工基础学科研究热点与发展趋势,以中国知网(CNKI)收录的177篇发表在北大中文核心期刊和CSSCI期刊上的有关热工基础的文献数据作为样本,借助文献计量学分析软件CiteSpace绘制图谱,对热工基础学科进行可视化分析、热点与前沿分析。最后对相关研究成果进行归纳总结,并对未来该领域的发展提出相关建议。
关键词:热工基础;文献计量学分析;可视化分析;CiteSpace;知识谱图
中图分类号:G640 文献标志码:A 文章编号:2096-000X(2024)11-0018-06
Abstract: Thermal Foundation is the basic subject of thermodynamics and heat transfer, which involves the basic concepts of thermodynamics, heat balance, thermodynamic cycle, basic theory of heat transfer and so on. Thermal Foundation is also a core course in thermal engineering, which is of great significance for industrial production and energy utilization. In order to understand the research hotspots and development trends of basic thermal engineering disciplines, 177 papers published in Peking University Chinese core journals and CSSCI journals included in China National Knowledge Infrastructure ( CNKI ) were used as samples. With the help of bibliometric analysis software CiteSpace, the visualization analysis, hotspot analysis and frontier analysis of basic thermal engineering disciplines were carried out. Finally, the relevant research results are summarized, and some suggestions are put forward for the future development of this field.
Keywords: Thermal Foundation; bibliometric analysis; visual analysis; CiteSpace; knowledge graph
热工基础是工程热物理、热能工程以及新能源科学与工程专业中的一门核心课程,其主要目的是为学生提供热力学和传热学的基本知识和理论,以及工程实践中的应用。热力学是热工基础课程中的核心内容之一。热力学的发展历史可以追溯到17世纪。当时,热力学主要是研究蒸汽机的性能。到了19世纪,热力学的研究范围逐渐扩大,包括热力学第一、第二定律、热力学循环等内容。20世纪,热力学的研究又扩展到了统计热力学、非平衡热力学等领域。传热学是热工基础课程的另一个重要内容。传热学的研究始于19世纪,当时主要是研究导热性质和对流传热。到了20世纪,传热学的研究逐渐扩展到了辐射传热和相变传热等领域。热工基础课程的发展与热力学和传热学的发展密不可分。随着热力学和传热学的不断发展,热工基础课程也不断得到完善和发展。
在职业发展方面,热工基础课程可以为学生提供热力学和传热学的基本知识和理论,并培养学生的工程实践能力。这些知识和能力对于学生未来从事热能工程相关的工作具有重要的帮助。在工程实践方面,热工基础课程可以为学生提供热力学和传热学的实际应用,帮助学生解决工程实践中的问题,并提高工程实践能力。总之,热工基础课程是热能工程专业中的一门核心课程,对于学生的职业发展和工程实践具有重要的意义。
随着科技的不断发展,科学研究在全球范围内的重要性越来越受到重视。在这样的背景下,文献计量技术与知识图谱法逐渐成为了评估科学研究成果和机构影响力的重要工具,通过对某一领域的大量文献进行全面、系统分析,并采用可视化技术,能快速识别出这一研究领域的研究热点和趋势。由此,为了掌握热工基础课程的研究现状、研究内容及研究热点,和未来的发展趋势,本文运用CiteSpace软件对热工基础相关研究进行可视化计量分析,对相关研究成果进行归纳总结,并对未来该领域的发展提出相关建议。
一 数据来源与研究方法
(一) 数据来源
本文主要针对热工基础的关键词进行词频、聚类、热点以及突现词分析。首先以CNKI(China National Knowledge Infrastructure)作为文献检索平台,以“热工基础”为主题进行高级检索。由于CiteSpace软件最早只能分析1992年的数据,所以将检索时间设定为1992年6月20日到2023年6月20日,限定期刊来源为北京大学中文核心期刊总览、CSCD、CSSCI、EI国内核心期刊[1]。经过数据的筛选剔除,保留与限定主题高度相关的文献。结果得到177篇关于热工基础的文献,以此作为本文研究数据。最后在CiteSpace中通过转换相应的格式,设置合适的阈值,选择合理的路径,进行关键词聚类等操作[2-3],以可视化的方式呈现最终的分析图。
(二) 研究方法
本文在研究方法的选取上,选用中国知网文献计量学和CiteSpace(6.2 R4版)知识图谱可视化软件相结合,来整体分析热工基础文献发表规律、主题内容和研究前沿等方面的重要信息。其中,中国知网的文献计量分析以点线图和饼图相结合的方式展现了热工基础研究的年度发文情况和期刊来源情况,CiteSpace软件以图谱的形式展现热工基础课程教育研究领域的发展过程,并且通过关键词聚类可以自动识别选取领域的研究前沿。在用CiteSpace软件对177条有效文献进行分析之前,需要将数据以Refworks的形式导入CiteSpace软件中,时间设置为1992—2023年,时间切片设置为“1”,通过可视化关键词、作者、机构等[4],依次得到了关于热工基础学科的关键词共线图、时间线图和突变词共现图。
二 文献计量学分析
(一) 发表趋势分析
在科学研究中,发文量是一个很重要的指标,它可以反映出研究领域的规模和发展程度,还可以反映出该领域的发展趋势。发文量越大,说明该领域的研究活跃度越高,也就意味着该领域的研究水平和实力越强。通过中国知网文献计量学得到热工基础发文量时间分布图,如图1所示,关于热工基础学科研究在核心期刊和CSSCI期刊的发文量总体较为乐观,从1992—2023年整体呈上升趋势。随着科学技术的不断进步,热工基础作为一门重要的学科,也越来越受到人们的重视。在2020年达到峰值16篇,之后维持在14篇两年时间,至2023年6月,这一年度发文量已有8篇。虽然这一年的发文数量还没能完全统计,不足以反映出这一年的发文情况,但是从2018年以后,几乎每年发文量都在10篇以上,说明热工基础在现代工业和科技领域中的应用越来越广泛,其重要性不言而喻。
图1 1992—2023年热工基础发文量时间分布图
(二) 期刊来源分析
期刊来源可以反映出研究领域的发展全貌和研究方向。本文为分析热工基础文献发表期刊来源情况,利用中国知网文献计量学得到热工基础期刊来源分布图。如图2所示,热工基础研究排名前五位的期刊来源分别是教育教学论坛(占总发文量的12.2%)、教育现代化(占总发文量的8.1%)、中国现代教育装备(占总发文量的6.8%)、科教文汇(占总发文量的6.8%)和广州化工(占总发文量的6.8%)。其中,从数据可以看出,期刊来源排名前四的都与教育相关,说明热工基础作为一门重要的学科,在教育界的发展越来越受到重视。另外,除了与教育相关期刊外,大多数还来源于化工类、科技类、建筑类等期刊,如广州化工、山东化工、广东化工(化工类占15%);科教文汇、科技信息、科技视界、中国西部科技、重庆科技学院学报、中国科教创新导刊(科技类占30%)。说明了热工基础学科的研究涉及多学科领域,从而反映了对热工基础学科研究的综合性与多样性。
图2 热工基础期刊来源分布图
三 研究热点图谱分析
(一) 作者合作图谱分析
发文作者作为研究领域不可或缺的一部分,可以对研究领域内研究力量进行深入探究。本文通过运行CiteSpace软件,选择作者为节点类型,绘制作者合作网络图谱。如图3所示,字体越大表明发文量越多,连接线越多代表作者之间合作关系越多[5-6]。热工基础研究发文作者共生成281个节点,279条连线,网络密度(Density)=0.007 1。发文量居前三的作者为杨卫卫、李印实、刘向阳,并以他们3人为核心形成了最大的合作团队,可以达到10人,并且在最大的作者合作团队周围还散布着2~7人的各类大中小型合作团队。另外,从整个作者共现图谱来看,发文作者之间的连线整体较为紧密,说明合作研究是目前热工基础研究的主要状态。
(二) 机构合作图谱分析
研究机构的发文量在一定程度上表明其在该研究领域的投入和积累。表1为1992—2023年间热工基础学科发文量排名前五的研究机构,从高到低前三的机构分别是中国建筑科学研究院有限公司(8篇)、西安建筑科技大学(6篇)、上海交通大学(5篇)。同时可以看出,从事热工基础学科研究的机构以各大建筑高校或高校为主,其次为理工类高校。而且,开设热工基础课程研究的学科领域主要是以动力工程、建筑科学与工程为主,研究的学科专业性较强。
表1 1992—2023年发文量排前五的研究机构
随着全球科技的迅速发展,越来越多的研究机构开始进行合作研究。合作研究可以极大地提高研究成果的质量和效率,同时也有助于不同机构之间的知识交流和资源共享。在合作研究中,文献计量分析是一种非常重要的工具。图4为利用CiteSpace计算绘制的机构间合作网络图谱,其中每个节点代表一个机构,节点之间的连线表示机构之间存在合作关系。从图中可以看出,排名前五的研究机构之间都有连线,证明这些机构之间都有合作。但是从其他视角来看,除了发文量较多的核心机构具有明显的节点网络之外,其余机构之间并没有明显的节点连线,共现关系不强,相互之间联系较弱,未能形成更多的合作团队。
(三) 关键词共现分析
研究热点是指某一时段内、有内在联系的、数量较多的一组文献共同探讨的科学问题或专题[7]。从文献计量学的角度看,在某学科领域内被引频次最高的研究型文献通常是该领域研究热点的集中体现。运用CiteSpace可视化软件,以关键词为节点,以年为时间片段,选择高频节点数据并结合图谱修剪及人工调整等技术处理[8],得到热工基础研究的关键词共现网络图谱(图5)。字体越大表明出现的频次越多,出现的时间越早,连接线越多表示相关度越高。1992年以来热工基础学科研究多围绕着教学改革、教学模式、实验教学和教学方法等关键词展开,下面重点介绍学者对热工基础教学改革所提出的相关研究。