次雨桐 黃進(jìn) 何益華 方吉 張虎

（1. 華中科技大學(xué)圖書館，武漢 430074；2. 華中科技大學(xué)光學(xué)與電子信息學(xué)院，武漢 430074）

學(xué)科研究前沿是科研產(chǎn)生重大突破、引領(lǐng)科技發(fā)展的關(guān)鍵。世界各國(guó)從國(guó)家戰(zhàn)略高度支持前沿研究，以促進(jìn)科技創(chuàng)新與發(fā)展。準(zhǔn)確、及時(shí)識(shí)別并搶占研究前沿，既是國(guó)家戰(zhàn)略的宏觀需求，也是科研管理人員制定學(xué)科發(fā)展策略的根據(jù)，又是科學(xué)研究人員跟蹤創(chuàng)新趨勢(shì)、把握學(xué)科發(fā)展方向的微觀需要。然而，如何快速、精準(zhǔn)地識(shí)別研究前沿，以盡早布局學(xué)科未來(lái)發(fā)展計(jì)劃是目前的科學(xué)難點(diǎn)和重點(diǎn)。

目前，已有學(xué)者在研究前沿識(shí)別方面做出了貢獻(xiàn)，但仍然存在一些未解決、未明確的問(wèn)題，如研究前沿如何產(chǎn)生[1]和如何發(fā)展演化[2]。這些問(wèn)題的解決需要相關(guān)理論的完善和方法的創(chuàng)新?；诖?，本文提出一種引文分析-文本分析-專家研判相結(jié)合的方法，從研究熱點(diǎn)中識(shí)別研究前沿，并對(duì)此方法的可靠性進(jìn)行評(píng)估、驗(yàn)證，以期為研究前沿的識(shí)別方法提供一個(gè)新的路徑。

1 研究前沿的概念與識(shí)別方法

1.1 研究前沿的概念辨析

1965年，Price[3]首次提出“研究前沿”的概念：“卓越科學(xué)家進(jìn)行的領(lǐng)先研究，是正在開發(fā)的研究領(lǐng)域”。此后，諸多學(xué)者都提出了對(duì)研究前沿的理解。Small等[4]認(rèn)為研究前沿是一組高被引論文。Persson[5]將研究前沿定義為與一組高被引論文相關(guān)聯(lián)的施引文獻(xiàn)。Kessler[6]、Morris等[7]認(rèn)為研究前沿是一組具有耦合關(guān)系的文獻(xiàn)。Garfield[8-9]將研究前沿定義為一組高被引論文及其施引文獻(xiàn)，指出科學(xué)文獻(xiàn)的引用分析能夠跟蹤并發(fā)現(xiàn)科學(xué)研究的新興領(lǐng)域。Chen[10]認(rèn)為研究前沿是新興的研究主題，是一組增長(zhǎng)率明顯變化的突變?cè)~。目前，學(xué)術(shù)界對(duì)研究前沿的定義還沒(méi)有形成共識(shí)，這一點(diǎn)可以從研究前沿、研究熱點(diǎn)和新興趨勢(shì)等概念的交替使用上看出。但毋庸置疑的是，研究前沿應(yīng)該具有新穎性，與新興領(lǐng)域、新興趨勢(shì)和新興主題在內(nèi)涵上相差不大。

然而，以往的文獻(xiàn)中較少對(duì)研究熱點(diǎn)與研究前沿的概念進(jìn)行辨析，常出現(xiàn)定義模糊、概念交替使用、將研究熱點(diǎn)和研究焦點(diǎn)等誤認(rèn)為是研究前沿的情況。一般來(lái)說(shuō)，研究熱點(diǎn)是某領(lǐng)域目前發(fā)展較熱、關(guān)注度較高的研究主題，與研究焦點(diǎn)內(nèi)涵相同。而研究前沿是正在興起、暫未引起廣泛關(guān)注但極具突破性和引領(lǐng)性的研究。兩者存在明顯的區(qū)別并可以動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化，研究熱點(diǎn)中可能發(fā)展出多個(gè)有潛力的前沿方向。另外，隨著研究前沿得到越來(lái)越多的同行關(guān)注和認(rèn)可，新的研究者加入后，研究前沿也會(huì)轉(zhuǎn)變成研究熱點(diǎn)。對(duì)于學(xué)科研究前沿，本文認(rèn)為其是學(xué)科領(lǐng)域中近3年興起的最具引領(lǐng)性、突破性和發(fā)展?jié)摿Φ男逻M(jìn)展、新成果和新問(wèn)題。

1.2 研究前沿的識(shí)別方法

對(duì)研究前沿的內(nèi)涵理解不同，便產(chǎn)生了不同的識(shí)別方法。目前有4類常用的研究前沿識(shí)別方法，分別是引文分析、文本分析、專家研判和復(fù)合分析法[11]。

引文分析是最傳統(tǒng)、最經(jīng)典的方法，已逐步應(yīng)用到實(shí)際工作中，主要包括共被引分析法、耦合分析法和直接引用法。Small首次提出文獻(xiàn)共被引的概念，以測(cè)度文獻(xiàn)間關(guān)系程度。當(dāng)兩篇論文同時(shí)被一篇文獻(xiàn)引用，認(rèn)為這兩篇論文共被引。Small認(rèn)為通過(guò)統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)共被引頻次可以確定領(lǐng)域核心文獻(xiàn)集，共被引強(qiáng)度高的核心文獻(xiàn)之間內(nèi)容相似度高，由此聚類形成的主題代表領(lǐng)域研究前沿。Garfield、Price和Small等最早通過(guò)共被引分析，呈現(xiàn)科學(xué)結(jié)構(gòu)和脈絡(luò)，跟蹤科研進(jìn)展；李小濤等[12]對(duì)醫(yī)學(xué)信息學(xué)高被引論文進(jìn)行共被引聚類，識(shí)別出5個(gè)前沿方向；中國(guó)科學(xué)院發(fā)布的《研究前沿》報(bào)告也采用共被引分析法識(shí)別學(xué)科研究前沿，獲得廣泛關(guān)注。但共被引分析法存在引文時(shí)滯性問(wèn)題，導(dǎo)致識(shí)別出的研究前沿可能已經(jīng)不能代表最新的研究方向。文獻(xiàn)耦合的概念由Kessler提出，認(rèn)為兩篇引用同一篇論文的論文稱為耦合論文，文獻(xiàn)耦合強(qiáng)度越高，主題相關(guān)性越高。此方法被Gl?nzel等[13]、Morris等[7]用來(lái)識(shí)別學(xué)科研究前沿，并取得較好效果。文獻(xiàn)耦合分析法采用施引文獻(xiàn)，在一定程度上克服了共被引分析法的時(shí)滯性問(wèn)題，但可能存在引用目的不同導(dǎo)致識(shí)別結(jié)果不精確的問(wèn)題[14]。直接引用法是將具有引用關(guān)系的相似文獻(xiàn)聚類，揭示領(lǐng)域的發(fā)展脈絡(luò)，這些新出現(xiàn)的并形成一定規(guī)模的相似文獻(xiàn)的集合可以表征研究前沿。Shibata等[15-16]利用直接引用法識(shí)別研究前沿的文獻(xiàn)，并在氮化鎵和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域進(jìn)行了實(shí)證研究；2017年，愛(ài)思唯爾公司采用此方法，對(duì)Scopus中的論文聚類，識(shí)別出近9.6萬(wàn)個(gè)研究主題，北京理工大學(xué)在此基礎(chǔ)上遴選出材料科學(xué)領(lǐng)域研究前沿[17]。目前應(yīng)用直接引用法相對(duì)較少，且統(tǒng)計(jì)過(guò)程較為復(fù)雜。

文本分析主要包括共詞分析法、主題概率模型法和突變?cè)~檢測(cè)算法3種。共詞分析法在20世紀(jì)70年代被提出[18]，認(rèn)為一組相關(guān)聯(lián)的詞匯可以代表研究前沿的主題內(nèi)容。該方法通過(guò)統(tǒng)計(jì)詞匯在同一篇文獻(xiàn)中同時(shí)出現(xiàn)的次數(shù)來(lái)計(jì)算關(guān)系強(qiáng)度，進(jìn)行聚類，進(jìn)而分析共詞文獻(xiàn)簇代表的主題，從而識(shí)別學(xué)科前沿。曾碩勛等[19]、張斌等[20]分別采用此方法探析富勒烯和檔案學(xué)領(lǐng)域研究前沿；張洋等[21]提出了共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模型。共詞分析法由于缺少對(duì)低頻詞的關(guān)注，可能無(wú)法識(shí)別新興研究前沿[22]。主題概率模型法（LDA）是Blei等[23-24]提出的一種建立在概率層次下的主題識(shí)別方法，通過(guò)對(duì)文本進(jìn)行全文語(yǔ)義分析，探測(cè)有價(jià)值的潛在主題。該方法利用文獻(xiàn)中的詞匯來(lái)生成主題，同時(shí)揭示了詞-主題-文獻(xiàn)關(guān)系，可以有效表達(dá)詞匯之間語(yǔ)義關(guān)系，有助于揭示研究前沿的內(nèi)容。唐恒等[25]、劉忠寶等[26]運(yùn)用LDA模型識(shí)別智能網(wǎng)聯(lián)汽車和無(wú)人機(jī)領(lǐng)域新興技術(shù)。突變?cè)~檢測(cè)算法最早由Kleinberg[27]提出，根據(jù)研究前沿出現(xiàn)往往伴隨詞頻改變這一規(guī)律現(xiàn)象，該方法找出各時(shí)間段中增長(zhǎng)率激增的突變?cè)~，通過(guò)分析突變?cè)~狀態(tài)的變化來(lái)發(fā)現(xiàn)前沿。CiteSpace軟件中的Burst Detection功能采用該算法檢測(cè)突變?cè)~，識(shí)別領(lǐng)域研究前沿；胡靜等[28]利用此方法，挖掘閱讀推廣的前沿領(lǐng)域；王曰芬團(tuán)隊(duì)[29-32]基于國(guó)家、機(jī)構(gòu)和作者等不同視角利用突變?cè)~檢測(cè)算法探析人工智能研究前沿。突變?cè)~檢測(cè)算法和主題概率模型法對(duì)表現(xiàn)形式有差異的相同概念認(rèn)定為不同概念，導(dǎo)致結(jié)果準(zhǔn)確率降低。

專家研判是另一種識(shí)別研究前沿的有效方法，憑借專家智慧、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，綜合多位專家的觀點(diǎn)對(duì)問(wèn)題作出判斷和評(píng)估。如國(guó)際頂級(jí)期刊《科學(xué)》通過(guò)咨詢專家建議，提出125個(gè)前沿問(wèn)題；中國(guó)工程院發(fā)布的《全球工程前沿》報(bào)告，主要以專家研判為核心，融合數(shù)據(jù)分析，遴選全球工程研究前沿。單純依靠專家研判時(shí)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效率低下，并容易受專家個(gè)人主觀認(rèn)識(shí)影響[33]。

為了從多角度識(shí)別研究前沿，有些學(xué)者提出了復(fù)合分析法，通過(guò)將引文分析、文本分析、專家研判等互相組合分析，以更準(zhǔn)確定位研究前沿，如Braam等[34]、孫震等[35]在共被引分析的基礎(chǔ)上結(jié)合共詞分析，分析研究前沿的演變規(guī)律；王興旺等[36]結(jié)合詞頻分析和專家研判確定兒童早期發(fā)展研究前沿。

本文提出一種基于引文分析-文本分析-專家研判相結(jié)合的新思路，將共被引分析、突變?cè)~檢測(cè)算法和專家研判3種方法有機(jī)結(jié)合，通過(guò)共被引分析法關(guān)聯(lián)相似文獻(xiàn)，揭示研究主題和熱點(diǎn)，利用突變?cè)~檢測(cè)算法識(shí)別研究熱點(diǎn)發(fā)展演變過(guò)程中新出現(xiàn)的突發(fā)主題，改善共被引分析法的滯后性，再引入專家研判法，使得識(shí)別結(jié)果更加可靠。這種復(fù)合性分析方法發(fā)揮了單一方法的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)彌補(bǔ)了單一方法存在的滯后性、精確性差等缺點(diǎn)，有助于科學(xué)、精確地識(shí)別研究前沿。

2 基于詞頻突變和專家研判的研究前沿識(shí)別方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

在以往的研究中，通常基于某一特定學(xué)科領(lǐng)域的論文探測(cè)學(xué)科研究前沿。然而，在跨學(xué)科研究熱潮之下，學(xué)科研究前沿往往產(chǎn)生于學(xué)科交叉融合處。因此，從各學(xué)科高被引論文的關(guān)聯(lián)中更容易產(chǎn)生研究熱點(diǎn)和前沿突破?；趯?duì)學(xué)科研究前沿的概念界定，本文嘗試將研究熱點(diǎn)作為知識(shí)基礎(chǔ)，通過(guò)追蹤研究熱點(diǎn)的后續(xù)進(jìn)展，從研究熱點(diǎn)中探測(cè)研究前沿。

本文數(shù)據(jù)來(lái)自Web of Science核心合集的SCIE和SSCI數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)檢索時(shí)間為2020年12月。首先，獲取2012—2017年出版的所有學(xué)科的高被引論文（被引頻次在同學(xué)科領(lǐng)域、同出版年排名前1%的論文），通過(guò)聚類遴選出研究主題，每個(gè)研究主題包含一組高被引論文；其次，根據(jù)高被引論文所屬學(xué)科，遴選出包含光學(xué)（optics）學(xué)科高被引論文的研究主題，根據(jù)高被引論文的總被引頻次和平均出版年2個(gè)指標(biāo)識(shí)別出最具影響力且最“年輕”的研究主題作為光學(xué)研究熱點(diǎn)；再次，獲取光學(xué)研究熱點(diǎn)中高被引論文的施引文獻(xiàn)（施引文獻(xiàn)出版年為2012—2020年），從施引文獻(xiàn)中檢測(cè)出在近3年（2018—2020年）產(chǎn)生突變的突變?cè)~；最后，結(jié)合專家研判識(shí)別出學(xué)科研究前沿。

考慮到后期需要對(duì)研究前沿識(shí)別結(jié)果可靠性進(jìn)行驗(yàn)證，故將高被引論文出版年截止日期設(shè)為2017年，將2012—2017年出版的高被引論文作為知識(shí)基礎(chǔ)，將其在2018—2020年的最新進(jìn)展作為研究前沿。

2.2 學(xué)科研究前沿識(shí)別方法與過(guò)程

本文通過(guò)對(duì)高被引論文進(jìn)行共被引分析，聚類出研究熱點(diǎn)后，追蹤研究熱點(diǎn)的后續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)高被引論文的施引文獻(xiàn)進(jìn)行突變?cè)~檢測(cè)，得到一組突變?cè)~。突變?cè)~可能變成研究前沿，也有可能趨弱或沉寂[37]?；诖丝紤]，本文在定量方法基礎(chǔ)上，輔助專家研判，通過(guò)定量、定性相結(jié)合，集成共被引分析方法-突變?cè)~檢測(cè)算法-專家研判法，從學(xué)科研究熱點(diǎn)中識(shí)別研究前沿，將在更大程度上保證識(shí)別結(jié)果的可靠性（見(jiàn)圖1）。

圖1 學(xué)科研究前沿識(shí)別方法與過(guò)程

2.2.1 基于共被引關(guān)系的主題聚類算法

研究主題形成首先通過(guò)共被引關(guān)系形成共被引論文對(duì)，然后將共被引論文對(duì)聚類成不同文獻(xiàn)簇（研究主題）。當(dāng)兩篇論文被一篇文獻(xiàn)同時(shí)引用，則這兩篇論文共被引，形成一個(gè)共被引論文對(duì)。創(chuàng)建共被引論文對(duì)后，將共被引頻次進(jìn)行歸一化，采用余弦相似性計(jì)算共被引相似度，再通過(guò)單鏈接算法將各個(gè)共被引論文對(duì)進(jìn)行聚類。

本文設(shè)置共被引相似度的閾值為0.2，從某一個(gè)滿足閾值（共被引相似度大于或等于0.2）的共被引論文對(duì)（如C1）開始，將其作為初始集合，找到與初始集合有共被引關(guān)系的其他共被引論文對(duì)（如C2），計(jì)算兩個(gè)集合的最相似成員之間的相似度，相似度大于或等于0.2，則合并兩個(gè)集合，一直持續(xù)到?jīng)]有論文可以添加到集合中，由此產(chǎn)生的集合形成一個(gè)聚類，即研究主題。聚類時(shí)設(shè)置每個(gè)聚類或研究主題至少包含2篇高被引論文，最多包含50篇高被引論文。共被引論文對(duì)C1和C2的相似度S（C1，C2）由兩個(gè)集合中的最相近論文的相似度決定。

2.2.2 基于施引文獻(xiàn)的突變?cè)~檢測(cè)算法

Kleinberg提出突變?cè)~檢測(cè)算法，檢測(cè)使用頻次在某些出版年份驟增或在較短時(shí)間內(nèi)突然出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)。CiteSpace軟件中的Burst Detection模塊集成了該算法的功能，本文使用CiteSpace軟件，從高被引論文的施引文獻(xiàn)中初步識(shí)別出一組突變?cè)~，基于突變?cè)~的突變時(shí)間段初步篩選出候選的學(xué)科研究前沿列表。

2.2.3 專家研判法

專家研判法作為一種定性分析法，是對(duì)共被引分析和突變?cè)~檢測(cè)算法等定量分析法的重要補(bǔ)充，是識(shí)別研究前沿的重要手段。領(lǐng)域?qū)＜夷軌蜉^為準(zhǔn)確地把握學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展方向，因此，本文邀請(qǐng)每個(gè)研究熱點(diǎn)相關(guān)領(lǐng)域的多位專家對(duì)突變?cè)~檢測(cè)算法識(shí)別出的候選研究前沿進(jìn)行判斷、甄別、補(bǔ)充，得到最終的學(xué)科研究前沿。

3 光學(xué)學(xué)科研究前沿識(shí)別

3.1 研究熱點(diǎn)

首先，基于Web of Science中SCIE和SSCI數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的2012—2017年出版的高被引論文，計(jì)算高被引論文之間的相似度，利用單鏈接算法進(jìn)行聚類，形成研究主題，每個(gè)研究主題包含一組高被引論文；其次，從研究主題中篩選出包含“optics”學(xué)科類別高被引論文的研究主題200個(gè)，作為光學(xué)研究主題；再次，將200個(gè)光學(xué)研究主題，按照高被引論文總被引頻次進(jìn)行降序排列，提取排在前20%的研究主題，再根據(jù)高被引論文的平均出版年降序排列，遴選出高被引論文的平均出版年份在2014年及其之后的研究主題，得到9個(gè)光學(xué)研究熱點(diǎn)；最后，對(duì)9個(gè)光學(xué)研究熱點(diǎn)包含的高被引論文的題目進(jìn)行分析，進(jìn)而命名研究熱點(diǎn)。9個(gè)光學(xué)研究熱點(diǎn)分別為有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池、宇稱-時(shí)間對(duì)稱、等離激元光子學(xué)、二維材料、光學(xué)相干斷層成像、有機(jī)發(fā)光二極管、量子點(diǎn)太陽(yáng)能電池、量子相干、量子自旋。其中，最小的一個(gè)聚類是有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池研究熱點(diǎn)，包含3篇高被引論文；最大的一個(gè)聚類是光學(xué)相干斷層成像研究熱點(diǎn)，包含39篇高被引論文。

每個(gè)研究熱點(diǎn)包含一組高被引論文，每篇高被引論文在Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)中都有一個(gè)唯一的入藏號(hào)，即UT號(hào)。將每個(gè)研究熱點(diǎn)中包含的高被引論文的UT號(hào)之間用“OR”連接，構(gòu)建檢索式，在Web of Science核心合集的高級(jí)檢索功能中進(jìn)行檢索。得到檢索結(jié)果后，對(duì)這組高被引論文進(jìn)行引文分析，通過(guò)Web of Science核心合集中的“引文報(bào)告”功能，獲得每個(gè)研究熱點(diǎn)中包含的高被引論文的施引文獻(xiàn)，并下載施引文獻(xiàn)的全部著錄項(xiàng)，包含標(biāo)題、摘要、關(guān)鍵詞、出版年、來(lái)源出版物和UT號(hào)等多個(gè)字段。依據(jù)此方法，分別獲取光學(xué)9個(gè)研究熱點(diǎn)的施引文獻(xiàn)數(shù)據(jù)集。

3.2 研究前沿初步識(shí)別

因有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池研究熱點(diǎn)體量較小，更容易闡述，故本文以有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池這一個(gè)研究熱點(diǎn)為例，展示研究前沿的初步識(shí)別、命名方法和專家研判過(guò)程。

首先，獲取有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池研究熱點(diǎn)涉及的3篇高被引論文的施引文獻(xiàn)，共2 071篇。通過(guò)Kleinberg提出的突變?cè)~檢測(cè)算法，從施引文獻(xiàn)的標(biāo)題、摘要和關(guān)鍵詞中初步識(shí)別得到突變?cè)~36個(gè)。其次，剔除無(wú)意義和較寬泛的突變?cè)~。再次，篩選突變時(shí)間在2018—2020年的詞。最后，將突變?cè)~進(jìn)行整理、合并，得到9個(gè)突變?cè)~，即non-fullerene（非富勒烯）、power conversion efficiency（能量轉(zhuǎn)換效率）、all-polymer solar cell（全聚合物太陽(yáng)能電池）、stability（穩(wěn)定性）、f lexible solar cell（柔性太陽(yáng)能電池）、ternary polymer solar cell（三元有機(jī)太陽(yáng)能電池）、bulk heterojunction solar cell（異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池）、interfacial material（界面材料）、active layer（活性層）。其中，有些突變?cè)~需要經(jīng)過(guò)整理或合并之后再請(qǐng)專家研判，例如13 percent efficiency和11 percent efficiency這兩個(gè)突變?cè)~都表示有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率，因此可以合并為power conversion efficiency。

3.3 專家研判確定研究前沿

將9個(gè)突變?cè)~（候選研究前沿）通過(guò)郵件發(fā)送給有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的3位專家，當(dāng)一個(gè)突變?cè)~獲得2位及以上專家認(rèn)可，本文即認(rèn)為是研究前沿；同時(shí)，也接受專家提名研究前沿，如果一個(gè)突變?cè)~獲得2位及以上專家提名，本文即認(rèn)為是研究前沿。最終，從有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池研究熱點(diǎn)中識(shí)別出8個(gè)研究前沿（見(jiàn)表1）。隨后，在Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池8個(gè)研究前沿的相關(guān)文獻(xiàn)，統(tǒng)計(jì)從2012—2020年的逐年發(fā)文量，結(jié)果見(jiàn)圖2。

表1 專家研判的有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的研究前沿

圖2 有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池領(lǐng)域研究前沿

從表1可知，3位專家均認(rèn)為非富勒烯聚合物太陽(yáng)能電池（A1）、有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性（A4）、柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池（A5）是有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的研究前沿。從圖2文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)，非富勒烯聚合物太陽(yáng)能電池（A1）是近年來(lái)有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池領(lǐng)域中最熱的前沿方向。不同的非富勒烯材料以及給體材料的合成是近年來(lái)有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池能量轉(zhuǎn)換效率（A2）提升最主要的原因。在2016年以前，聚合物太陽(yáng)能電池的受體主要以富勒烯為主，電池能量轉(zhuǎn)換效率在10%徘徊。2016年，基于非富勒烯材料ITIC與聚合物給體PBDB-T的電池效率突破11%之后，不同的非富勒烯受體以及與之相匹配的給體相繼問(wèn)世，在短短的3年時(shí)間里，有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的效率達(dá)到17.4%。有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的穩(wěn)定性（A4）也是目前研究重點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，電池的穩(wěn)定性直接決定了太陽(yáng)能電池的使用壽命。另外，相較于其他種類電池，有機(jī)太陽(yáng)能電池機(jī)械性能高、質(zhì)量輕，使得它在柔性器件方面有著天然優(yōu)勢(shì)，高效率柔性器件應(yīng)用廣泛，商業(yè)化前景強(qiáng)，因而柔性有機(jī)太陽(yáng)能電池（A5）被廣泛研究。

另外，獲得了兩個(gè)由專家提名的研究前沿，分別是有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池內(nèi)部的能量損失（B1）和疊層太陽(yáng)能電池（B2），從文獻(xiàn)量來(lái)看，兩個(gè)研究前沿的文獻(xiàn)量逐年上升。

研究前沿的命名不僅考慮突變?cè)~本身的含義，也要考慮其與研究熱點(diǎn)的關(guān)聯(lián)。例如，對(duì)于突變?cè)~nonfullerene，本義是非富勒烯，定位其關(guān)聯(lián)的論文并閱讀論文標(biāo)題，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)搜索和專家意見(jiàn)，確定該突變?cè)~代表的研究前沿應(yīng)命名為“非富勒烯聚合物太陽(yáng)能電池”。

與同區(qū)塊近年來(lái)施工情況對(duì)比，東9-8、埕南91-平13、孤南24-斜91、濱5-斜45、樁59-斜40施工平均鉆機(jī)月速達(dá)到了同井深、同類型施工井的最好水平，創(chuàng)下區(qū)塊指標(biāo)。

3.4 研究前沿匯總

獲取光學(xué)研究熱點(diǎn)的施引文獻(xiàn)，從中檢測(cè)突變?cè)~，并結(jié)合專家研判，最終識(shí)別出51個(gè)光學(xué)研究前沿，具體內(nèi)容見(jiàn)表2。

表2 施引文獻(xiàn)突變?cè)~檢測(cè)結(jié)合專家研判識(shí)別出的光學(xué)研究前沿

4 光學(xué)學(xué)科研究前沿識(shí)別結(jié)果的評(píng)估

在以往的一些研究中，較少對(duì)研究前沿識(shí)別結(jié)果的可靠性進(jìn)行評(píng)估。資料驗(yàn)證法指利用已公布的重要獎(jiǎng)項(xiàng)或已發(fā)表的文獻(xiàn)對(duì)研究結(jié)果的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證[38]。例如，Small等[39]利用諾貝爾獎(jiǎng)、IEEE獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃和權(quán)威潛力研究方向列表（如《科學(xué)》雜志公布的年度十大科學(xué)突破）等作為參考，評(píng)估識(shí)別的新興話題，驗(yàn)證結(jié)果顯示，1/3的識(shí)別結(jié)果可以得到相關(guān)獎(jiǎng)項(xiàng)的支持。本文借鑒Small的資料驗(yàn)證法來(lái)評(píng)估研究前沿識(shí)別結(jié)果可靠性。

4.1 資料驗(yàn)證

本文搜集了美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)發(fā)布的optics in 2019、optics in 2020等年度光學(xué)進(jìn)展，《科學(xué)》雜志每年度發(fā)布的Science: Breakthrough of the year，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，英國(guó)物理學(xué)會(huì)主辦的《物理世界》每年公布的國(guó)際物理學(xué)年度十大突破，丹尼斯·加博爾獎(jiǎng)和歐洲物理學(xué)會(huì)菲涅爾獎(jiǎng)等；此外，也搜集了《中國(guó)激光》雜志社“中國(guó)光學(xué)十大進(jìn)展”和國(guó)家科學(xué)技術(shù)三大獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)名單。獲取上述所有獎(jiǎng)項(xiàng)近3年的獲獎(jiǎng)名單作為參考。

4.2 結(jié)果分析

將表2中51個(gè)光學(xué)研究前沿與近3年獲獎(jiǎng)名單進(jìn)行比對(duì)后發(fā)現(xiàn)，在51個(gè)光學(xué)研究前沿中，17個(gè)研究前沿得到相關(guān)的獎(jiǎng)項(xiàng)支持，即1/3的研究前沿可以得到相關(guān)的獎(jiǎng)項(xiàng)支持。雖然這些獎(jiǎng)項(xiàng)存在不完整性，但可以在一定程度表明與研究前沿相關(guān)的研究進(jìn)展已經(jīng)獲得較權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)可。例如，“光的非互易傳輸”在2018年和2020年均入圍美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)年度光學(xué)進(jìn)展?！傲孔佑?jì)算機(jī)”和“量子精密測(cè)量”相關(guān)研究成果分別入選2019年和2020年度國(guó)際物理學(xué)十大突破。

5 總結(jié)

本文提出了一種將共被引分析法、突變?cè)~檢測(cè)算法和專家研判法相結(jié)合的復(fù)合分析法，來(lái)從研究熱點(diǎn)中識(shí)別研究前沿，并以光學(xué)學(xué)科為研究目標(biāo)，展示了識(shí)別學(xué)科研究前沿的路徑和過(guò)程。本文的方法從理論上補(bǔ)充和豐富了研究前沿識(shí)別方法，具有一定的科學(xué)價(jià)值，并且在實(shí)踐上具有較強(qiáng)的可操作性。從識(shí)別效果的評(píng)估和驗(yàn)證表明，該方法也具有一定的可靠性和認(rèn)可度，能夠?qū)W(xué)科發(fā)展方向的研判提供參考。

同時(shí)，本文提出的方法也存在一定的局限性，如本文從高被引論文出發(fā)識(shí)別研究前沿，由于引文的時(shí)滯性，導(dǎo)致最終識(shí)別出的研究前沿是近年來(lái)正在興起的研究主題，并不能預(yù)測(cè)未來(lái)的研究前沿；此外，沒(méi)有與其他研究前沿識(shí)別方法的效果進(jìn)行比較。這些問(wèn)題都需要在后續(xù)進(jìn)行更深入的研究。