基于CiteSpace的热工基础学科研究热点及趋势分析

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

熱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識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。

随着社会的快速发展，热工基础教学也面临着新的挑战和机遇。传统的热工基础教学方式已经无法满足现代社会对人才培养的需求。因此，热工基础教学改革已成为高校教育改革的重要内容之一。本文将从教学内容、教学方法和评价体系三个方面探讨热工基础教学改革的相关问题（表2）。

（四）  时间线图分析

在知识图谱中，时间线图也是一种常见的可视化方式，它可以将知识图谱中的实体和事件按时间顺序排列，更加直观地展示知识的演化过程和关联关系。本文基于CNKI数据库数据，在CiteSpace软件中以聚类标签作为竖轴，关键词的时间年份作为横轴，得到热工基础研究的关键词聚类时间线图（图6）。得到了#0热工基础、#1流体力学、#5教学模式和#7教学4组聚类标签。由于流体力学和热工基础在研究对象上有很大的重叠部分，两者之间有着密切的联系和相互作用。在工程实践中，流体和热能的运动、传输和转换往往是不可分割的，在很多情况下需要综合考虑两者的影响。因此，在时间线图里也出现了流体力学等其他学科聚类标签，这表明热工基础的研究需要涉及多个学科领域的知识，因此其具有明显的多学科交叉性。

（五）  关键词突现分析

突现关键词是指某一时期出现的高频关键词，它构成了主要关键词突现图，在一定程度上反映特定时期的研究热点及发展趋势[9-10]。从热工基础研究文献的突变性关键词来看，该领域研究呈现出多元化特征，不同时期出现了不同的突变性关键词（图7）。1995—2023年热工基础的相关研究总共出现25个突现词，首先，从突现强度来看，突现强度最高的前五个关键词分别是教学改革（3.78）、传热学（2.35）、流体力学（1.88）、燃烧实验（1.75）以及课程设计（1.73），在相应时期内是热工基础学科的重要研究热点，与当时期内国家教育相关政策的变动步调基本一致。突现强度最低的关键词为能源群桩（1.09），突现时间从2021年持续至2023年。能源群桩是一种能够同时为多个电动车充电的充电设备，其最大的特点是能够通过一个主控制器来协调和管理多个充电桩，使得充电桩之间可以实现互联互通，从而提高充电效率，降低充电成本。能源群桩关键词的出现，是因为随着全球对可再生能源的需求日益增加，新能源汽车的不断增多，能源群桩作为一种新型的充电基础设施，逐渐受到了人们的关注。因此，从突变性关键词图不仅可以看出热工基础学科在某一时期与之相关的研究热点，而且也能看出未来研究较多的前沿领域。

图7  热工基础关键词突现网络图谱

三  结论与展望

热工基础课程是热能工程专业的基础必修课程之一，旨在帮助学生深入了解热力学和热传导的基本原理和应用。本文通过中国知网文献计量学和CiteSpace知识图谱可视化软件相结合的方式，分析了热工基础目前的研究现状及热点趋势，并根据目前的研究动态，提出以下几点结论。

1）从20世纪开始学术界就对該领域进行研究，发文量总体呈上升趋势，在2020年达到峰值，2018年以后发文量都在10篇以上。研究主题主要以教学改革、教学模式、实验教学和教学方法展开，关于热工基础课程的教学改革是该领域研究的重点。

2）从作者及机构合作来看，目前热工基础的研究者比较集中，主要以发文量前三的研究者为核心形成合作团队，作者之间合作紧密。研究机构主要集中于各大建筑高校和理工类高校，未来需要加强与其他领域机构间的合作交流，促进热工基础向多元化时代发展，让该领域的知识在各个行业的应用更加广泛。

3）对热点关键词加以归纳可知，研究者对该领域的研究主要聚焦于基础理论研究层面。未来需继续深入研究热工基础理论，探索新的理论和方法，为未来能源领域的发展提供技术支持和理论指导。

参考文献：

[1] 苏迎庆，刘庚，牛俊杰，等.近40年来中国水环境承载力研究知识图谱分析[J].江西农业学报，2020，32（7）：77-84.

[2] 刘高宇.爱国主义教育研究热点及趋势分析——基于CiteSpace的计量分析[J].改革与开放，2021（11）：55-56.

[3] 李春英，李琨.基于CiteSpace的学习分析热点与发展趋势的研究[J].文化创新比较研究，2021，5（21）：155-158.

[4] 杨敬杰，印红梅，高鑫，等.基于CiteSpace认识图谱分析粉煤灰利用研究特征[J].四川环境，2019，38（3）：126-132.

[5] 司敏，郭邑霞，杨敏.基于CiteSpace的基础护理学教学可视化分析[J].大学，2021（41）：6-10.

[6] 马靖雯，孟尧，陈高齐，等.机器人胰腺手术临床研究的现状和热点——基于CiteSpace可视化分析[J].肝胆胰外科杂志，2022，34（7）：428-435.

[7] 吴俣，杜剑卿，刘强，等.基于文献计量的青藏高原土壤呼吸研究进展[J].生态学报，2023，43（7）：2968-2977.

[8] 张尹莉，胡显根.基于CiteSpace的大城市社会治理知识图谱分析[J].教育教学论坛，2019（14）：25-26.

[9] 张洪，孙雨茜，司家慧.基于知识图谱法的国际生态旅游研究分析[J].自然资源学报，2017，32（2）：342-352.

[10] 孙威，毛凌潇.基于CiteSpace方法的京津冀协同发展研究演化[J].地理学报，2018，73（12）：2378-2391.