基于作者合作网络的计算机教学研究知识图谱分析

Knowledge Graph Analysis of Computer Teaching Research Based on Author Cooperative Network

摘要: 基于“计算机教学研究”主题进行知网数据库(1992~2023)检索，综合运用CiteSpace、Ucinet、Netdraw等工具，进行作者合作网络知识图谱分析。结果表明，我国计算机教学研究经历了形成发展期、发展徘徊期和萎缩扩散期三个阶段，研究成果呈现主题逐渐弱化、专题逐渐深化的趋势。虽然教学研究团队的合作程度逐渐增强，但其生命周期较短，不同研究团队之间的协作关系较为稀松，学术联系相对较弱。此外，研究主题也经历了初级应用、专业化和深化应用三个明显阶段。基于研究，有助于研究者了解计算机教学领域内作者之间的合作模式和潜在合作机会，同时便于评估研究影响力，并为制定相关计算机教学研究与合作政策提供支持。

Abstract: Through data retrieval from the CNKI database spanning from 1992 to 2023 with the theme of computer teaching, we conducted a knowledge graph-based analysis of author collaboration networks, utilizing various tools including CiteSpace, Ucinet, and Netdraw. The results reveal that computer teaching research in China has undergone three distinct phases: an initial developmental phase, a period of developmental fluctuations, and a subsequent phase characterized by contraction and diffusion. The results demonstrate a trend of gradually weakening general themes while deepening specialization. While the level of collaboration among research teams in the field of teaching has been increasing, their life cycles tend to be relatively short, and the collaboration relationships between different research teams are relatively sparse, resulting in weaker academic connections. Additionally, research themes have also evolved through three distinct stages: initial application, specialization, and deeper application. This paper provides valuable insights for scholars, helping them understand the collaboration patterns and potential cooperation opportunities among authors in the field of computer teaching. Furthermore, it facilitates the assessment of research impact and offers support for the development of policies related to computer teaching research and collaboration.

1. 引言

随着信息技术迅猛发展，计算机相关技术在社会各领域的应用日趋深入，而相关计算机教育教学的发展及改革也成为世界各国应对日趋激烈的国际竞争的重要战略任务。我国计算机教育教学研究起步较晚，但随着计算机技术在人们日常生活中广泛应用，对计算机相关人才需求逐渐扩大，促使计算机教育相关研究逐渐深入，而针对计算机教育教学相关研究现状，多数学者均做了相关分析，部分是借助科学知识图谱的理论和方法进行研究：例如甘茂华、段爱峰等人利用文献计量法对计算机相关文献进行作者分布、时空分布等可视化分析，发现国内计算思维的研究热点及研究前沿 [1] [2] ；李成彬等人利用CiteSpace等软件对人工智能相关文献进行关键词多维尺度、作者发文量及趋势等多层面分析发现在此区域中其发展是不断进步 [3] ；张欢等人利用图谱计量分析方法对国内深度学习进行可视化分析，研究其进展及发展趋势 [4] 。

科学知识图谱以科学知识为本文分析对象，对领域内相关信息进行快速高效的收集和整理，快速了解本领域发展情景、研究方向、掌握热点，并把相关信息通过图谱形式简洁易懂呈现在科研学者们眼前 [5] [6] ，充分呈现相关知识发展趋势与结构关联，从而展现该领域科学发展规律。其中科学合作是通过科学交流实现知识共享与知识创新的重要途径，普赖斯教授于1963年提出“无形学院”概念以揭示学者间合作重要性，并利用科学计量学对科学合作进行量化分析 [7] 。本研究借助知识图谱相关理论，从CNKI中获取有关“计算机教学”为主题相关数据，绘制计算机教学研究作者群体合作网络知识图谱，并对相关研究发文量、合作网络演化、作者和期刊合作网络进行分析研究。

2. 数据来源与处理

鉴于获取数据的真实性与可靠性，本研究所采用数据样本以中国学术期刊出版总库(CNKI数据库)为来源，由于CNKI中包含众多不同类型高质量期刊，为了更好地分析中国计算机教学研究进程，采用 1992~2023为检索年份，以“SCI、EI、核心期刊”为来源对“主题 = *计算机教学*”进行检索，在对检索所获取的结果经去重、整理、删除会议通知、期刊征稿、书刊简介/评介、卷首语等无效数据后最终得到2345篇有效数据。运用CNKI“导出/参考文献”工具，将所获取数据按照Refworks文献导出格式导出，确保相关数据均包含作者、作者单位、期刊名称、篇名等信息。

3. 研究方法

知识图谱是研究科学知识发展进程与结构关系的可视化工具，且主要以图结构进行表示。现如今，知识图谱研究方法主要应用CiteSpace、Ucinet、Sati、Netdraw等软件工具，本研究主要以CiteSpace、Ucinet等为常用工具进行合作网络分析。其中CiteSpace是应用共引分析(Cocitation Analysis)理论和寻径网络算法(Pathfinder Network Scaling, PFNET)等开发，通过特定主题检索的相关领域文献进行分析、挖掘和可视化，以确定相关领域科学发展新态势和新动态，且通过CiteSpace所特有知识图谱相关形式进行演化路径分析 [8] [9] 。而Ucinet作为典型社会网络分析工具，其利用网络中社会行动者及其间关系的集合，对收集数据进行可视化及可测量分析，且通过网络图谱形式呈现出来 [10] 。本研究通过绘制作者合作网络、作者与学术期刊合作网络等知识图谱来分析计算机教学领域研究现状。

4. “计算机教学”知识图谱分析

4.1. 发文量统计分析

某领域科研成果数量能更好反映出该领域科学水平及发展前景。我国计算机教学相关文献发文量起伏变化较大，整体呈现M型形态(如图1)。其大致分为：形成发展期(1992~1999)、发展徘徊期(2000~2006)、萎缩扩散期(2007~2023)三个阶段。

Figure 1. Number of published documents on “computer teaching”

图1. “计算机教学”文献发文量

1) 形成发展期(1992~1999)

20世纪70年代，我国计算机在科学研究中逐渐被应用，相关计算机人才需求越来越大，面向非计算机专业学生的计算机教学开始萌芽，早期相关教学主要给学生讲解计算机发展史、硬件及软件基础知识、程序设计语言等，主要开设面向科学计算的程序设计语言，如：FORTRAN、ALGOL等。20世纪80年代，随着PC机推出，课程中开始引入DOS操作系统和DBase数据库内容。20世纪90年代，计算机软硬件出现重大突破，应用日益普及。1997年，教育部高教司发布《加强非计算机专业计算机基础教学工作的几点意见》，首次确立计算机基础教学的基础课地位，提出“计算机文化基础–计算机技术基础–计算机应用基础”3个层次课程体系 [11] 。随着计算机软硬件逐渐普及，多媒体、信息化教学模式极大冲击“一块黑板、一张嘴、一支粉笔讲到底”教学模式 [12] [13] 。

2) 发展徘徊期(2000~2006)

随着计算机技术普及发展，这一时期计算机教育教学相关技术手段和理论不断完善，计算机教学研究也逐步走向成熟，从理论研究逐步向实践应用靠拢，如个性心理特征、英语教学、建构主义等方面研究都得到较多关注。但在计算机教学研究的形成发展后期，一些新型信息技术不是很成熟，计算机教育教学研究缺乏具有引领性的创新领域，相关研究陷入到一个相对低潮徘徊期。

3) 萎缩扩散期(2007~2023)

此阶段计算机已成为日常生活及学习研究中人们不可或缺的工具和手段，人工智能、大数据、数据挖掘等新技术的出现和成熟，极大推动了计算机教育教学的研究深度和广度，在2007~2010年度形成高潮期；而另一方面，随着新技术融入，使得我国计算机教学研究逐渐转换成计算思维能力、人工智能、神经系统、任务驱动、外语课程等多层面的教学工作，导致计算机教学“单一化”教学模式正逐渐被弱

Figure 2. Statistics on the number of articles published by some authors

图2. 部分作者发文量统计

化，延伸成“多层次、多元化、专业化”教学体系，计算机教学研究更加专业化，仅仅以“计算机教学”为主题的研究正在逐步萎缩减少，新型专一化计算机教学领域研究逐步成为相关研究热点，使计算机教学研究成果呈现出一种“主题弱化，专题深化”趋势。

4.2. 作者合作网络分析

4.2.1. 作者发文量统计

研究人员是推动相关学科发展的主要力量，对作者和研究人员做深入分析，有利于掌握计算机教学研究中发文作者、机构之间的合作程度，有效合作能增加作者产文量，更能提高研究成果的影响力。本研究网络中共有作者3856人，人均发文量0.733篇，发文量最多作者是海军航空工程学院李瑛(9篇)，其次是西安交通大学冯博琴(8篇)、军事经济学院张勇(8篇)；张红梅、叶惠文、林培英、李祁、刘凤、陈坚林等人均为6篇，另外发文次数超过3次以上作者117人，发文量超过2次以上作者432人，高产作者相对较少，总体发文量呈现明显长尾形态，整体平均松散特征显著。如图2所示是部分作者发文量统计情况。

4.2.2. 合作网络统计分析

为研究作者间合作网络，本研究对发文量超3篇作者合作群体使用Ucinet-Netdraw工具绘制合作网络图谱(图3)，对合作团体及研究主题进行归纳总结，如表1。相关研究领域满足条件的有26个团队，其中11人团队有1个，6人团队有1个，5人团队有2个，4人团队有3个，3人团队有9个，2人团队有10个。整体来看，作者群体间合作关系具有“部分集中，整体分散”的特色。

Figure 3. Knowledge map of author cooperation network

图3. 作者合作网络知识图谱

从团体发文量及团体规模来看，海军航空大学李瑛团队发文产量名列第一，其团队人员为11人远多于其他团体，团队发文数量为22篇，发文时间跨度最长为3年，内部相互间联系最紧密，合作关系相对复杂，其科研领域包括MOOC、任务驱动、教学改革、教学方法等层面。

Table 1. Main collaborating groups and research topics

表1. 主要合作团体及研究主题

其次以西安交通大学冯博琴团队为主，其内部关系网相对简单，团队发文量11篇，但以冯博琴为代表发文9篇，科研领域主要表现在计算思维、创新、MOOC、课程转型等层面；研究团队还有空军工程大学张红梅、李辉团队，军事经济学院襄阳士官学校张勇、舒欣团队，四川大学计算机学院琚生根、陈润团队，华南师范大学教育信息技术中心叶惠文、郭锂团队。

4.2.3. 合作网络演化分析

本研究采用LLR对数似然率算法分析相关年度关键词聚类，根据研究特色可分为三个阶段，其关键词聚类明细如表2。

Table 2. Keyword clustering specification

表2. 关键词聚类明细表

1) 计算机辅助教学初级应用阶段

90年代计算机辅助教学首先从大城市开始普及 [14] ，结合传统电化教学手段，逐步融入中小学及各大高校教学模式之中，是计算机教学手段最基础应用和萌芽阶段。其研究主要以刘晖、林培英、赵国栋、陶振宇等个体研究为代表，团队研究相对较少。

2) 计算机教学研究深化阶段

21世纪，计算机技术进一步普及和发展，很多相关研究注重借鉴国外计算机教学先进技术和经验，探索我国信息技术教育所存在问题，吸取国外教学优势，总结出我国信息技术教育努力的方向 [15] 。另一方面，很多学者针对计算机教学应用进行进一步深化研究，在教学效果评估、激发学习兴趣、个性化心理特征等方面进行探索 [16] [17] [18] 。其研究主要以杨宇姝、马燕、冯飞玲等团队为代表。

3) 计算机教学专业化阶段

近十年以来，随着互联网、人工智能、大数据技术的飞速发展和成熟，计算机教学相关技术手段和思维模式发生了革命性变化，翻转课堂、自主学习、MOOC等 [19] [20] [21] 新型教学模式和手段开始涌现，计算机教育教学相关研究进入到“百家争鸣”的发展繁荣期，各种专业化计算机教学研究主题层出不穷，“多层次、多元化、专业化”特征逐步显现。其研究主要以李瑛、冯博琴等团队为典型代表，其计算机教学模式和应用技术的专业化方面进行了有益探索和尝试。

4.2.4. 作者与学术期刊合作网络分析

计算机教学研究领域中，本研究数据共涉及391种相关期刊，期刊平均发文量为12.862篇，其中发文量前20期刊如表3。

Table 3. Published journals in the field of computer teaching

表3. 计算机教学领域发文期刊

《教育与职业》是发文量最高期刊，为356篇，其次是实验技术与管理(287)、中国成人教育(273)、计算机工程与科学(222)、中国大学教学(214)、实验室研究与探索(214)、中国电化教育(193)。为研究作者发文与学术期刊间合作关系，依据普赖斯定律 $M=0.749\sqrt{N_{\max }}$ 。其中，M表示核心作者最低文献数；N_max表示发文最多作者。计算后得到核心作者最低文献数M = 2.59461211，则最低发文数量在3篇以上为核心作者，共有117位，将所有核心作者均未发表的期刊摘除，剩余数据利用Ucinet-Netdraw绘制作者期刊合作网络如图4所示。发现其中共存在123条关系，图中圆形节点大小表示期刊收录作者人数多少，方形节点大小表示作者与多少期刊相关。

从期刊作者分布性来看，《计算机工程与科学》《黑龙江高教研究》《中国大学教学》《教育与职业》等是核心作者较常投稿期刊，其作者网络中心性较高，有较多高产作者与期刊有合作关系；而《实验技术与管理》《教育探索》《职教论坛》《中国职业技术教育》等期刊虽发文量较高，但核心作者网络中心度相对较低，其期刊作者分布较为平均，来源更加广泛。

Figure 4. Core author—journal collaboration network

图4. 核心作者–期刊合作网络

从作者发表期刊多样性来看，田澜、陶文萍、叶惠文、陈坚林、陈庆章等人分别和多个期刊有合作关系，而海军航空工程学院基础部的李瑛虽发文量最多，共发布9篇，但均在《计算机工程与科学》；西安交通大学冯博琴，共发表8篇，其都在《高等工程教育研究》及《中国大学教学参考》发表；军事经济学院张勇，共发表8篇，仅在《计算机工程与科学》期刊发表，中央电化教育馆刘晖共发表6篇，仅在《中国电化教育》期刊发表。指示出李瑛、冯博琴、张勇、刘晖等人虽属高产作者但投稿期刊过于集中。

5. 结论

人工智能、大数据等新技术逐渐出现且呈白热化阶段，极大推动计算机教育教学的研究深度和广度。本文采用知识图谱、聚类分析、普赖斯定律对作者间合作关系、教学主题演化、作者–期刊间关系进行深度剖析。研究发现，计算机教学研究由“单一化”教学模式逐渐演化为“多层次、多元化、专业化”教学体系。教学团队不断壮大、合作程度逐步加强，但作者受到从属单位、地域等多方面因素影响，其不同研究团队间协作关系稀松，学术联系较弱，在同一团队内，作者合作关系往往是基于同一机构的同事或师生关系为纽带，且其生命周期普遍较短，使得相关教学研究领域真正稳定成熟的研究群体较少。研究主题从课程教学与计算机辅助手段相结合，推动相关学科教育的发展与进步，演化为与现代最新教育技术研究热点相结合，逐渐出现微课、SPOC、MOOC与翻转课堂等相关学习方式，使其呈现明显阶段性特性。教学领域学术期刊和发文作者之间存在较强相关性，部分高产作者投稿过于集中，其一方面是作者投稿习惯性问题，另一方面存在期刊录用倾向性因素。

基金项目

河南省高等教育教学改革研究与实践立项项目(2021SJGLX233)；河南省科技攻关计划基金项目 (222102110011, 222102320181, 212102210422)；河南省高等学校重点科研基金项目(20A520002)。