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从近SCI论文统计看我国科学整体推进如何同各学科均衡发展

添加时间:2014-04-12 21:28:02   浏览:次   作者:www.dxlwwang.com
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1 引言


在当今世界经济全球化和科学技术一体化的发展潮流中,中国作为新兴经济体中最具代表性的国家,在经济总量快速增长的同时,科学技术水平也取得了飞速发展,在全球科技舞台上的影响力与日俱增。以往的统计数据表明:2003年至今,中国已连续多年保持了较快的科技发展速度,科研产出能力持续提升,SCI论文的世界综合排名也逐年上升。继2009年首次入围世界第2阵营后,中国先后超过了加拿大、日本,达到了一个又一个新的高度。2011年,我们重点思考了中国科学高速增长的极限问题,揭示了生命科学领域与自身相比取得的长足进步,也注意到相比于其他学科中国在生命科学领域存在一定差距的现实。2012年我们将延续中国科学“增长极限”的话题,观测中国科学能否再次实现整体推进,以及中国各学科发展水平的差距问题。


2 数据与方法


2.1 年度排名数据的统计指标和方法


科研成果的产出规模、科研成果的学术影响力大体反映了研究水平的数量和质量。为了综合揭示各个国家的整体科研水平,我们遴选了汤森路透的WOS(Webof Science)数据和基础科学指标库(Essential ScienceIndicators,简称ESI,本期ESI数据为2012年12月更新)数据作为统计依据,解读2012年中国科学的发展态势(详细数据见本文附录)。其中,ESI数据库发布的六个指标:论文数、引文数、高影响力论文和热门论文等可以反映科研水平的数量和质量。
① 10年论文数(附录中的栏目用10年论文,A表示)指2002–2012年统计日为止入选ESI的国家的SCI论文数。② 10年引文数(附录中的栏目用10年引文,B表示)指2002-2012年统计日为止上述国家SCI论文的被引频次。③ 热门论文数(附录中的栏目用Hot论文,C表示)指以最近两年的SCI论文在最近2个月为统计时间,分22个学科,将每年各学科中被引频次最高的前0.1%的论文遴选为热门论文。
由于热门论文统计期限很短,每期数据有一定的偶然性。为避免这种偶然性对统计结论的影响,本次统计的热门论文包括2011年的第6期和2012年第1~5期数据,集中了最近一年世界科学家关注的热点科研成果。④热门论文引文数(附录中的栏目用Hot引文,D表示)指以热门论文为统计对象,按照论文作者所在国统计每个国家在每个学科中热门论文的被引频次。一个国家热门论文被引频次的总和即为该国的热门论文引文数。⑤ 高被引论文数(附录中的栏目用High论文,E表示)指以2002-2012年统计日为统计时间,分22个学科,将每年各学科中被引频次最高的前1%的论文遴选为高被引论文。这组论文囊括了许多令世界科学家共同关注的重要科研成果。
⑥ 高被引论文引文数(附录中的栏目用High引文,F表示)指以高被引论文为统计对象,按照论文作者所在国统计每个国家在每个学科中高被引论文的被引频次。一个国家高被引论文被引频次的总和即为该国的高被引论文的引文数。
上面6个文献计量指标从不同角度反映了国家研究能力的水平。为了对各国整体科研能力进行定量分析,我们对6项指标以国家为对象,分19个学科统计了各国的数值,采用标准分统计方法得到了世界科学综合排名表,并列出了综合排名表中TOP25国家在各学科中的世界排名(见附录)。每个国家的学科标准分计算方法。
各国综合分值为19个学科标准分之和(世界科学综合排名和各学科排名见附录)。由于数据取自ESI,本项世界排名沿袭了ESI的做法,将英格兰分成英格兰、苏格兰、威尔士和北爱尔兰四部分进行统计。
注2:为了便于分析,我们对附表1中的数据用不同的颜色进行了标识。灰色底纹表示该学科或与本国世界总排名一致或高于本国的世界总排名,这些学科是一个国家的优势学科;粉红色底纹表示该学科低于本国的世界总排名,但处于世界TOP25名以内。白色底纹表示该学科处于世界TOP25国之后,是该国比较落后的学科。


2.2 学科结构均衡性统计指标和方法


2.2.1 数据处理和遴选


(1)学科分类体系


学科结构指一个国家各学科在整个学科体系中的分布格局。学科结构可以从不同的角度加以描述,其中,各学科论文数量的分布可以从成果产出的视角反映各学科的研究规模,揭示国家的学科结构。
本报告学科分类体系采用汤森路透ESI数据库学科体系,共19个学科(除“经济学”、“社会科学总论”、“多学科”3个学科)。各国19个学科的论文数据来自于汤森路透发布的Incites数据库,选取1997-2001,2007-2011两个时间段作为对比时间窗。


2.2.2 学科结构均衡性测度


(1)学科结构描述的标准化处理


由于ESI数据库19个学科的论文数量差异很大,为消除量纲差异,对于国家各学科的论文数量进行了标准化处理:以国家学科论文数量占本领域论文的份额Rij来描述学科结构。


(2)均衡性测度方法


本研究引入源自经济学领域、但目前已被广泛应用于其他领域的均衡性测度指标——基尼系数来揭示国家学科结构的均衡程度。基尼系数越高,表明国家学科结构越趋于均衡;反之,基尼系数越低,表明国家学科结构的偏振性较强,均衡性较差。基尼系数的计算方法为曲线拟合法。


3 中国科学的整体发展态势良好,成为第二阵营的领衔国家


中国在过去的几年中逐步缩小了与科技发达国家的整体差距,并不断实现世界综合排名的突破。2011年,中国以一定优势首超日本,并逼近第二阵营领军国家——法国。2012年,基于SCI论文统计的世界格局是否有所变化,中国在世界格局中的地位如何,本节进行了解读。各学科标准分相加得到的综合分是反映国家整体科研水准的重要指标。表1列出了2006-2012年美国、第一阵营、第二阵营国家的综合得分。
从表1各国的综合得分可以看出,在2006-2012年间,美国远远领先于其他国家,英格兰、德国稳居第一阵营,中国、法国、日本和加拿大居于第二阵营的世界格局保持不变。
众所周知,美国的科技发展水平居世界领先位置。统计数据进一步表明美国的综合得分不仅名列世界第一,而且分数远远高于其他国家:2006-2012年间,美国的综合得分在1 053~1 067分之间保持平稳。英格兰、德国虽与美国的得分相去甚远(2012年英格兰320分、德国为309分),但以较大优势领先于第2阵营国家,构成了美国之外的第一阵营。与2006年相比,英格兰、德国之间的分值差距始终不大,但英格兰一直以略微优势领先于德国。
依照2012年的得分,第二阵营国家依次是中国、法国、日本与加拿大。中国自2009年跻身世界科学第二阵营以来,2010年中国的综合得分领先于加拿大,2011年又进一步赶超日本,仅以微弱劣势逊于本阵营的法国;2012年中国再创新高,综合得分由2011年的231分上升为262分,首次超过了法国(240分),成为第二阵营中得分最高的领军国家(见表1)。图1揭示了2006-2012年美国及第一、第二阵营国家世界综合排名情况:中国在图1中的表现最引人注目。
2009年中国的综合得分列世界第7名,此后每年皆有跃升,至2012年成为世界第4名。中国的崛起虽然未影响美国、英格兰、德国稳居世界前三名的格局,但打破了第二阵营内部席位的排列顺序。由于中国的赶超,法国、日本、加拿大的世界排名均略有变化。
无论从综合得分还是世界排名的角度看,2012年中国都取得了突破性进展,不仅成为第二阵营的领衔国家,而且不断缩小与第一阵营国家的差距,成为世界科技稳定格局中唯一打破坚冰的国家。


4 中国各学科的发展态势


前面的分析表明:2012年中国SCI论文综合得分跃至世界第4名。那么在学科层面上,中国19个学科的发展态势如何?


4.1 中国环境科学、空间科学和分子生物学的世界排名显著上升


资源环境和生命科学领域历来是中国的弱势领域。以往的统计数据表明,与自身相比,中国进步显著,但与世界水平相比,中国仍存在差距。
2012的统计数据揭示出(见表2):中国的环境科学在2011年列世界第11名,2012年大幅前进至第7名;同期空间科学从2011年的第19名上升到14名;分子生物学也进步了4位,从2011年的14名,上升到2012年第10名。
从定量评估指标的角度看,上述三个学科综合得分取得进步的原因在于热门论文数量及被引频次的大幅提升(见表3)。以环境科学为例:中国热点论文的世界排名由2011年的第12位进步到第6位,被引频次由第15名上升至第7位。空间科学和分子生物学的表现也与类似。入选ESI热门论文榜的论文是最近发表(最近两年)的在近期(最近两个月)受到了国际同行高度关注的研究工作,热门论文反映了论文一经发表即引起国际同行关注的状况。在以往的统计分析中,中国的进步多数得益于论文总量的扩张。环境科学、空间科学和分子生物学在热门论文指标得分的显著进步反映出上述学科的研究成果越来越多吸引了本领域同行的关注,揭示出上述三个领域的科研质量有了一定程度的提升。
上面的分析表明:与自身相比,中国在环境科学、空间科学和分子生物学等三个学科的世界排名进步显著。但无论与中国其他学科的世界排名相比,抑或是与中国的综合排名比较(见表2),上述学科在未来发展中仍有较大的提升空间。


4.2中国与其他TOP10国家优势学科的领域分布有所不同


学科标准分值可以在一定程度上揭示出学科产出水平的高低。在对不同学科进行横向对比时,由于学科间产出规模的差异,不同学科的产出水平无法直接进行比较。标准分指标将各学科产出差异进行了标准化处理,使得不同学科的产出水平具有可比性。表4列出了2012年综合排名前10位的国家在19个学科的标准分,标准分居于本国前3位的学科标记为粉色块,这些学科是本国相对优势学科。
从TOP10国家本国优势学科所属领域的分布看(见表4),多数TOP10国家的优势学科集中在资源环境和生命科学领域。例如:美国居本国前3位的学科分别是生物与生物化学、免疫学、临床医学,均属于生命科学领域。英格兰的优势学科中属于资源环境领域的有2个(地学、空间科学),生命科学领域的1个(动植物学)。中国的优势学科既不属于生命科学领域也不属于资源环境领域,而集中在工程技术和物质科学领域,分别为材料科学、工程技术和化学,其中,材料科学、工程技术属于工程技术领域,化学属于物质科学领域。在TOP10国家中,中国是唯一优势学科属于工程技术和物质科学领域的国家,这反映出中国与其它TOP10国家的本国优势学科的领域分布存在显著差异。
此外,不同学科标准分的差距可以基本反映出各学科产出水平的不同。比较中国19个学科标准分值的差距(见表4)发现,排序居前列的优势学科与排序靠后的弱势学科得分相去甚远:优势学科得分几乎在25分以上,而同期弱势学科的得分则为个位数。而在TOP10的其它国家中,本国优势与弱势学科得分之间差距则小得多。例如德国(309分)综合得分超过中国(262分),但优势学科得分在21分左右,劣势学科得分在10分以上。这说明与TOP10的其它国家相比,中国优势、弱势学科的产出水平存在较大差距。


4.3 中国的学科结构日趋均衡


各学科标准分值之间的差距可以大体描述一个国家各学科发展水平的差异。例如,一个国家优势学科得分远远高出弱势学科,说明其学科发展水平参差不齐,因而,学科结构的均衡性可能较低;反之,则说明各学科发展齐头并进,学科结构的均衡性较高。为了更为精确地描述不同国家学科结构的均衡程度,本节引入经济学中均衡性测度指标——基尼指数,从定量的角度来揭示国家各学科发展水平的均衡程度。图2列出了美国及第一、第二阵营国家1997-2001年、2007-2011年的基尼系数。此外,为了揭示不同科技发展水平国家学科结构的均衡度的差异,图2还提供了新兴科技国家群——BRICS国家的基尼系数。
从图2可以看出,无论是在1997-2001年还是2007-2011年,BRICS国家的基尼系数均显著高于美国、第一、第二阵营国家(除中国),这说明美国及第一、二阵营国家(除中国)各学科发展水平相对于BRICS国家而言更为均衡。在标准分综合排名中,中国位居第二阵营的领军位置,但从基尼系数看,中国明显高于同期第一、第二阵营国家,表现出与其他BRICS国家更为相似的特征,说明中国学科结构的均衡性处于相对较低的水平。
中国近5年学科结构的基尼系数有了很大幅度的降低,由1997-2001年的0.41降低至2007-2011年0.21,是图2中基尼系数变化最大的国家,揭示出中国学科结构的均衡性提高的幅度较大。对比图2其他国家在前后两个时间窗基尼系数的变化可以发现:美国和第一阵营国家、第二阵营国家(除中国),其基尼系数(两个时间窗)始终处于较低水平,但近年来表现出均衡性相对降低的特征。而BRICS国家虽然基尼系数明显高于科技发展水平较高的国家,但在近年来大都表现出鲜明的下降趋势,说明BRICS国家的学科结构均衡性在不断加强。俄罗斯是BRICS国家中唯一基尼系数上升的国家。
数据结论表明:处于不同发展水平和发展阶段的国家,其学科结构的均衡性可能存在显著性差异,科学水平越高的国家,各学科的发展水平相对较为接近,其学科结构的均衡程度较高;反之,新兴科技国家各学科发展水平的差距较大,其学科结构的均衡程度较低。


5 结语


2012年的统计结论表明中国在2011年已经达到高位的基础上继续前进,世界综合排名有了新的提升,位列美国、英国和德国之后,升至世界科学舞台第二阵营的领军位置。虽然中国SCI论文影响力与世界科技强国的显著差距亟待缩小,但文献计量统计数据仍揭示出中国在SCI论文产出分析中表现突出,发展态势迅猛。
无庸置疑,一个国家整体向前推进的良好态势与各学科发展水平的提升密不可分。如果国家科技水平的整体推进可谓质变的话,那么量变就是各学科发展水平的突飞猛进。本报告的定量分析发现,中国与其他新兴科技国家学科结构的均衡性有着相似之处,均存在各学科发展水平差距较大,学科结构呈现偏振的特征。而同期传统科技强国,例如:美国、英国、德国、日本、法国、加拿大,其19个学科的发展水平较为接近,学科结构表现出均衡性较强的特点。学科结构的均衡性可能受到各国科技发展战略以及学科体系自身发展规律的双重影响:一方面,新兴科技国家由于处于科技发展的起步期,为帮助本国尽快进入快速发展的上升通道,实施了部分学科先行重点突破的科技发展战略,因而各学科发展水平高低不一;另一方面,不同学科之间研究内容的关联,使得某些学科会成为整个学科体系的先行者。例如物质科学的若干理论方法可以在生命科学领域得到推广应用,因而物质科学领域在整个学科体系中属于先行学科。对于科技新兴国家来说,由于处于科技发展的初级或兴起阶段,物质科学领域具有优势应该是符合学科体系整体发展规律的。而科技水平高的国家,早已经历了物质科学领域的成熟发展阶段,目前的研究重心已向生命科学转移。对于新兴科技国家而言,物质科学领域的优势或许将是未来生命科学领域兴起的奠基石。
无论出于上述何种原因,抑或是两个原因双重影响的共同结果,我们都应该认识到,部分学科“点”的突破不足以支撑“面”的推进,甚至个别学科的滞后发展会成为国家科技水平全面突破的软肋。虽然科技新兴国家学科结构均衡度较低并非偶然,是身处初级发展阶段必然经过的历程,但如何优化学科分布格局、缩小学科发展水平的差距,尽快走出科技发展初级阶段带来的副效应,将是未来中国科技管理者长期求解的问题。


参考文献(略)

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