观宇宙之博大 察万物之精微

反映世界科学发展态势的学术期刊

科学观察, 2016, 10(6): 1-36
doi: 10.15978/j.cnki.1673-5668.201506001
中国科学:规模增长与效率提升的思考——2014年SCI论文年度统计分析
China’s Science in 2014: Absolute and Relative Performance with Respect to Publications and Citations
岳婷, 杨立英*, 丁洁兰, 孙海荣, 陈福佑, 童嗣超, 翟琰琦
中国科学院文献情报中心 北京 100190
Yue Ting, Yang Liying*, Ding Jielan, Sun Hairong, Chen Fuyou, Tong Sichao, Zhai Yanqi
National Science Library, CAS, Bejing, China 100190
 Cite this article:
Yue Ting, Yang Liying*, Ding Jielan, Sun Hairong, Chen Fuyou, Tong Sichao, Zhai Yanqi. China’s Science in 2014: Absolute and Relative Performance with Respect to Publications and Citations. 科学观察[J], 2016, 10(6): 1-36 doi:10.15978/j.cnki.1673-5668.201506001

摘要:

该报告以SCI数据库为统计源,利用文献计量学方法,从科研规模和科研效率两个维度对中国科学的整体表现进行了分析。结果表明:2014年,中国科研规模已经具有相当的体量,成为仅次于美国的科研大国;但中国科研活动的效率与世界科技强国相比还存在显著差距,需着重关注科研效率的提升,实现科研大国向强国的转变。

关键词: 中国 ; 评价 ; 文献计量 ; 科研规模 ; 科研效率

Key words: China ; research evaluation ; bibliometric method ; absolute performance ; relative performance
1 引言

作为世界科技舞台上的新兴力量,中国正处在前所未有的快速发展期:2014年,中国SCI论文数量首次突破20万篇,科研产出规模达到了新的高度。2015年的10月5日,屠呦呦成为首位获诺贝尔科学奖项的中国本土科学家,标志着中国科研成果的质量被国际同行进一步认可。一个又一个里程碑事件彰显出中国科学的成就与进步,同时也引发了公众对现行科技评价机制的热议,尤其是SCI论文在个人绩效评估中的不当使用受到了中国科研界的广泛关注。

在文献计量研究中,历来不主张将描述统计规律的方法和指标用于评估个体案例,SCI论文分析更适用于宏观层面的国家评估。从2003年起,我们连续对中国的SCI论文产出进行年度统计,用定量数据见证和记录中国科学研究的发展过程。数据表明:中国已连续多年保持了SCI论文迅速增长的态势,这为中国科学腾飞打下了坚实基础。但是科技论文产出大国不等于科学研究强国,从大国到强国的转型不会一蹴而就,而是厚积薄发的过程。作为新兴科技国家,中国在SCI论文数量上的增长折射出中国科研规模在不断扩大,但产出规模的扩张必将会受到有限资源的约束,科研效率的提升才是中国科研水平实现从量变到质变突破的关键因素。如何提高科研效率成为中国科学面临的发展问题。基于以上原因,本报告调整了SCI论文年度统计的指标体系,将分析视角定位于科研规模与科研效率两个方面。分析内容围绕SCI论文、引文和重要成果3个方面展开,并设计了相应的指标体系,以评估中国科学产出的年度表现。

2 方法及数据来源
2.1 研究框架

对于科研大国而言,具备一定的科研规模是提升科研竞争力的前提和基础。但科研规模的增加必然会受到各种社会资源的制约。而科研效率提升则是在有限资源约束下实现可持续发展的必经之路。因此,科研规模与科研效率是评估科研活动的基本内容。由于本报告的分析依据为SCI论文,所以在科研产出的范畴内定义了科研规模、科研效率的内涵。

◆ 科研规模:科研规模指以数量为基础来描述科学研究活动的体量。本报告科研规模的分析基于SCI论文、引文和重要成果三个方面,即SCI论文的产出量、SCI论文获得的被引用数量、重要成果的产出数量。

◆ 科研效率:通常意义上的效率指标与人力、物力的投入及其相应产出有关。由于科研人员、经费投入与科研产出的关联数据难以获得,本报告将效率的内涵限定在科研产出的范畴内。将发表SCI论文视为“投入”,投入后的产生效果为“产出”。例如,对于既定的国家而言,发表SCI论文中包含的重要成果可以视为投入SCI论文后产生的成效。基于以上思考,本报告从SCI论文产出效率、影响力效率和重要成果效率三个方面设计了相应的效率指标。

根据科研规模、科研效率的内涵,基于SCI论文、引文及重要成果3个维度,本报告设计了6个指标解读中国科学的具体表现。此外,报告还将6个指标汇总为规模指数和效率指数2个综合指标,用以描述中国在两种视角下的整体表现。研究框架如图1所示。

2.2 指标说明

2.2.1 规模指标

本报告中设计了国家规模指数Sj来评估国家整体的科研规模。国家的科研规模可以从全部SCI论文、引文和重要成果3个维度加以描述,相应地,国家的规模指数Sj由产出指数、影响力指数、卓越指数三部分组成,计算公式如下:

其中,j代表国家, Pjj国的产出指数,Cjj国的影响力指数,Ejj国的卓越指数。产出指数、影响力指数、卓越指数的指标说明及计算公式分别定义如下:

◆ 产出指数

论文作为科学研究成果的主要形式,其数量大体反映了科研活动的体量。在文献计量研究中,国家的论文数量常用于测度和表征国家科研活动的产出规模。

在汇总各学科论文量揭示国家科研产出时,为规避不同学科研究内容宽泛程度差异带来科研成果数量的量纲差距,本报告根据不同学科的研究规模对各学科论文数量进行了归一化处理,设计了产出指数作为评估指标来综合评判国家的整体产出能力。

国家的产出指数Pj计算公式如下:

其中,i代表学科,j代表国家,n代表学科数量,Pijji学科的论文数量,Piw为世界i学科的论文数量。

◆ 影响力指数

论文发表之后得到的引文数量可以从一定程度上反映出论文受同行关注的程度,是测度学术成果影响力的基本指标。在文献计量研究中,国家的引文总量则揭示了国家学术影响力的规模。

在汇总各学科引文数量揭示国家整体影响力规模时,由于不同学科引用特征的差异会带来影响力规模的量纲差距,因此,与产出指数的设计思路类似,本报告对各学科的引文数量进行了归一化处理,设计了影响力指数,用以揭示国家的整体学术影响力规模。

国家的影响力指数Cj计算公式如下:

其中,i代表学科,j代表国家,n代表学科数量,Cijji学科的引文数量,Ciw为世界i学科的引文数量。

◆ 卓越指数

人类在追求科学真理的探索过程中,卓越的科学理念和学术成果是推动思维方式变革和促进社会发展的重要力量。WoS数据库每年收录超过100万篇的学术论文,但在推进科学进步过程中发挥关键作用的是为数不多的重要成果。基于以上思路,以各学科专家遴选的学术声望高的期刊论文作为重要成果分析的数据源,本报告设计了卓越指数来揭示国家重要成果的产出规模。

卓越指数在汇总各学科重要成果数量综合评判各国整体表现出来的科学卓越性时,其设计原理与产出指数的原理相似:主要考虑了各学科研究规模的差异,根据不同学科的研究规模进行了归一化处理,以此来测度各国重要成果的产出表现。

国家的卓越指数Ej计算公式如下:

其中,i代表学科,j代表国家,n代表学科数量,IPij'ji学科以通讯作者发表的重要成果数量,IPiw为世界i学科的重要成果总数。

2.2.2 效率指标

基于科研产出的范畴,我们将科研成果本身视为一种科研“投入”,“投入”之后产生的效果视为科研“产出”,两者的结合分析即为本报告的科研产出效率。基于以上考虑,本报告针对全部SCI论文、引文和重要成果设计了相应的3个指标来揭示国家科研活动的效率。

效率指数由产出效率指数、影响力效率指数、重要成果效率指数三部分组成,国家的效率指数EFj计算公式如下:

其中,j代表国家,EPjj国的产出效率指数,ECjj国的影响力效率指数,EEjj国的重要成果效率指数。产出效率指数、影响力效率指数、重要成果效率指数的指标说明及计算公式如下。

◆ 产出效率指数

在世界各国科研活动产生的科研成果中,重要成果可以视为高效科研活动的产物。对于既定的国家而言,重要成果在全部成果中的份额越高,从一定程度上可以表明该国产出重要成果的效率越高。本报告中将国家发表的全部SCI论文视为“投入”,重要成果视为“产出”,以重要成果的该国份额作为测度国家产出效率的基础。

由于各学科研究规模的差异,其重要成果的产出数量及占国家论文总量的份额受之影响存在量纲差异。因此,学科之间的产出效率指标不能直接进行比较。我们对学科产出效率指标进行了归一化处理,归一后的指标为学科相对产出效率EPij,指标计算公式如下:

其中,i代表学科,j代表国家,IPij'为ji学科以通讯作者发表的重要成果数量,Pij'为ji学科以通讯作者发表的论文数量,IPiw为世界i学科的重要成果总数,Piw为世界i学科的论文数量。EPij得分大于1,表明国家该学科产出效率高于世界平均水平,得分小于1则表明产出效率低于世界平均水平。

国家层面的产出效率指数EPj是对各学科相对产出效率得分的汇总,可以综合评估各国不同学科表现出的整体产出效率,其计算公式如下:

其中,i代表学科,j代表国家,n代表学科数量。

◆ 影响力效率指数

引文数量揭示了国家学术影响力的整体规模。在对学术影响力的效率测度中,将国家发表的SCI论文视为“投入”,产生的学术影响力视为“产出”,将引文与论文的比值,即篇均影响力视为影响力的效率,由于各学科研究规模存在量纲差异,不同学科的影响力不能直接进行对比,我们选取了标准化后的指标——相对影响力指数ECij来描述各国各学科的相对影响力,指标计算公式如下:

其中,i代表学科,j代表国家,Pijji学科的论文数量,Cijji学科收到的引文数量,Piw为世界i学科的论文数量, Ciw为世界i学科收到的引文数量。ECij得分大于1,表明国家该学科的影响力效率高于世界平均水平,得分小于1则表明低于世界平均水平。

国家层面的影响力效率指数ECj是对各学科相对影响力指标得分的汇总,可以综合评估各国不同学科表现出的科研成果的整体影响力效率,其计算公式如下:

其中,i代表学科,j代表国家,n代表学科数量。

◆ 重要成果效率指数

通讯作者是科研成果中发挥主导作用的科研人员。在测度国家重要成果的产出效率时,将重要成果视为“投入”,将以通讯作者身份发表的重要成果视为“产出”。重要成果效率描述了各国在重要成果中主导地位的强弱,揭示出重要成果的产出效率。

基于以上考虑,本报告设计了通讯作者贡献率指数EEij,旨在揭示国家科研人员重要成果产出效率,指标计算公式如下:

其中,i代表学科,j代表国家,IPij'为ji学科以通讯作者发表的重要成果数量,IPijji学科的所有重要成果数量,Pij'为ji学科以通讯作者发表的论文数量,Pijji学科的所有论文数量。EEij得分大于1,表明相对于全部科研成果来说,该国该学科科研人员作为通讯作者发表的重要成果份额高,科研人员在重要成果中发挥了更为主导的作用。反之,该国该学科科研人员在重要成果中发挥的主导作用相对较弱。

国家层面的重要成果效率指数EEj是对各学科该指标得分的汇总,可以综合评估各国不同学科的科研成果表现出来的整体通讯作者贡献程度,其计算公式如下:

其中,i代表学科,j代表国家,n代表学科数量。

2.3 统计口径

本报告采用汤森路透公司的WoS数据库作为分析依据,具体统计口径如下:

作者统计口径:在分析重要成果时,为突出反映通讯作者的核心贡献,采用了通讯作者的统计方式。其余章节均采用全作者统计口径。

学科分类体系:考虑到国家层面科研竞争力分析时的学科划分粒度,本报告采用了OECD的学科分类体系,共25个学科类目(含3个综合学科类目),其中有明确学科内涵的类目22个。

重要成果界定:本报告采用定性评估的方法遴选重要成果。重要成果来自各学科学术声望较高的重要期刊论文。重要期刊是通过对专家的调研方式加以确定。期刊遴选时综合考虑了学科体量、期刊载文量、期刊类型(基础研究或应用研究)等因素。各学科期刊的数量在10种以内。重要期刊列表见附表1

表1
2010–2014年样本国家/地区规模指数


引文(被引频次):采用的引文统计口径为累计论文的即年引文,即论文的统计时间窗为累计年,引文统计时间窗为当年。某一年的引文是指截止到该年的所有论文在当年收到的引文数量。例如:2013年的引文指截止到2013年发表的所有论文在2013年获得的引文。

样本国家和案例国家:样本国家选取了规模指数指标得分排名前20位的国家/地区。在部分章节,为挖掘样本国家的共性特征,将样本国家大致划分为科技强国(美国、英国、德国、法国)和新兴科技国家(中国、韩国、印度、巴西)两种类型。

由于中国在部分指标得分已居于世界第2位,为加强数据对比的针对性,在部分章节选取了世界第1位的美国作为案例国家。


图1
SCI论文分析指标体系

3 结果及分析
3.1 中国科学整体发展态势

图2是2014年样本国家SCI论文规模指数和效率指数的二维图(坐标原点分别为样本国家两个指数得分的中位数),可以直观显示出主要国家在两个指标的表现,表1表2分别列出了两个指标的得分情况。

表2
2010–2014年样本国家/地区效率指数


图2表1表2的数据表明:美国、英国、德国等主要科技强国位于第一象限,其规模指数和效率指数超出了中位数,处于领先位置。其中,美国表现尤为突出,其规模指数超过了20,在排行榜中“独占鳌头”,其余国家(或地区)该指标得分均不足10;美国的效率指数得分也接近100,以微弱的劣势落后于瑞士,排名世界第二。

图2中第二象限的国家由瑞士和荷兰组成。这两个国家的整体研究规模较小,规模指数低于中位线,但其科研产出的效率较高。如瑞士的规模指数仅为1.38,位列排行榜第14位,效率指数却高达99.65,位列首位。

以中国为代表的新兴科技国家均坐落在图2的第三或第四象限。这些国家的共同特征是效率指标低于中位数,反映出新兴科技国家科研活动的效率相对较低。其中,中国位于第四象限,中国的规模指数得分为9.34,位列样本国家的第2位。这一指标得分虽不可与美国相媲美,但以较大优势领先于其他样本国家,是第3名英国的2倍多。然而,中国的效率指标得分仅为57.68,位列效率指标排行榜的第11位。主要科技强国效率指标得分基本都在70以上,中国与之相比还存在显著的差异。韩国、巴西、印度等国均处于第三象限,其规模指数和效率指数在样本国家中均处于低位。


图2
2014年样本国家/地区的规模指数和效率指数(注:X轴原点为样本国家/地区规模指数的中位数;Y轴原点为样本国家/地区效率指数的中位数。)

从规模指数及效率指数变化的角度分析:2010–2014年5年间中国的规模指数得分逐年上升,由5.78增加到9.34,表明中国SCI论文的产出规模及总体影响力均以较快的速度扩张。同期,美国及其他主要科技发达国家的规模指数呈小幅下降趋势。对效率指数而言,多数国家在2010–2014年间的得分变化不大,部分国家的指标得分呈现小幅上升趋势,中国指标得分由55.55增加至57.68(见表1表2)。

对比分析结果表明,中国的SCI论文的规模指数具有优势,在样本国家中仅次于美国,领先于其他科技强国,科研活动已经具备相当的规模,是名副其实的科研产出大国。然而,中国在科研规模取得快速突破的同时,科研效率方面的表现不尽如人意。中国需要重点关注科研效率的提升,早日从科研大国转变为科研强国。

3.2 科研规模

前文从科研规模与科研效率的视角分析了世界样本国家整体表现。下文将聚焦于科研规模涉及的维度——产出规模、影响力规模和重要成果产出规模,揭示样本国家各指标的得分及表现。

3.2.1 产出规模

中国的材料工程、纳米技术、工业生物技术3个学科的论文世界份额远高于本国其他学科,工程类学科是中国的相对优势学科。与人类生存息息相关的生命科学领域的论文世界份额相对较低。科技强国则呈现出基本相反的论文布局特征。

从2014年样本国家发表SCI论文的数量看,美国的SCI论文数量是31.5万篇,研究规模远超其他国家。中国以222 368篇的论文产量位列世界论文排行榜的第二位,这一数量远超英国(87 706篇)、德国(87 630篇)等世界科技强国(见附表2)。

从各学科的产出规模看,2014年,中国发表SCI论文数量最多的3个学科均属于物质科学领域,分别为化学、物理与天文科学、材料工程,论文数量分别为20 317篇、34 468篇、28 534篇。美国、英国、德国等科技强国产出规模最大的学科大多集中在生命科学领域。以美国为例,美国产出规模最大的3个学科依次为:临床医学、生物学、基础医学,2014年论文数量分别为90 030篇、56 480篇和40 680篇。与美国相比,中国在这3个学科的产出规模有很大差距,相应学科的SCI论文数量仅为美国的28.1%、48.0%和46.4%,这揭示出中国在生命科学领域仍有较大的提升空间(见附表2)。

表3
图3中数字序号对应学科


产出规模既可以体现在论文数量上,又可以表现为论文占世界的相对份额。从样本国家各学科论文占世界的份额看,中国在材料工程、纳米技术、工业生物技术3个工程类学科的论文世界份额都接近30%,远高于我国其他学科,工程类是中国相对优势的学科。而中国在健康医学、临床医学、生物学等生命科学学科的世界份额均不足15%,这些学科是中国的相对弱势学科。除中国外,韩国、印度等新兴科技国家的学科布局呈现与中国类似的特征。美国、英国等科技强国论文产出的学科分布与中国完全不同,他们在生命科学领域优势突出,例如:美国在健康医学、临床医学、生物学等学科的论文世界份额均超过30%,同期,工程类学科的份额低于20%(见图3)。


图3
2014年科技强国与新兴科技国家的学科论文世界份额(%)

综合各学科SCI论文世界份额的产出指数可以揭示各国的论文产出规模。表4列出了2010–2014年样本国家的产出指数得分。2014年,美国以5.07的得分位列产出指数排行榜的首位。中国产出指数为4.28,得分与美国差距不大,获得排行榜的“亚军”。除美国、中国外,其余样本国家的产出指数均在2以下,这两个国家在产出规模方面具有较大的优势(见表4)。

从产出指数变化的角度分析:2010–2014年间,中国的产出指数快速增长,由2.84攀升至4.28,这表明中国SCI论文的产出规模扩张迅速。同期,美国的产出指数从5.40下降到5.07,其余国家的指标得分变化不大(见表4)。

表4
2010–2014年样本国家/地区产出指数


3.2.2 影响力规模

中国2014年总共收到280.2万次引文,位列世界引文排行榜的第4位,落后于美国、英国及德国(见附表4)。

从各个学科获得的引文数量来看:2014年中国在化学、材料工程和物理与天文科学得到的SCI引文数量最多,分别为99.2万次、44.7万次和44.5万次。与论文产出规模的表现类似,以美国为代表的科技强国的生命科学学科的影响力规模大于其他学科,例如:美国2014年SCI引文数量最多的3个学科是临床医学、生物学和基础医学,引文数量依次为396.6万次、362.3万次和224.8万次。其中,临床医学和基础医学的影响力规模远远大于中国,引文数量分别为中国的15.9倍和11.2倍(见附表4)。

表5
图4中数字序号对应学科


与论文数量指标相似,科研成果的影响力既可以从引文数量加以测度,也可以从引文的世界份额来考虑。图4的数据揭示出,主要国家引文世界份额的表现与论文类似:中国在纳米技术、材料工程、工业生物技术等工程类学科的引文世界份额高于其他学科,而生命科学及农学相关学科的份额在各学科中相对较低。纳米技术的引文份额最高,达到25.23%,健康医学的引文份额最低,仅为2.47%。科技强国在生命科学、地球科学等学科的引文世界份额名列前茅,具有较强的学术影响力(见图4)。


图4
2014年科技强国与新兴科技国家的学科引文世界份额(%)

综合各学科SCI引文世界份额的影响力指数可以揭示各国的整体影响力规模。2010–2014年,中国的影响力指数由1.39稳步上升至2.38,影响力指数的世界排名也先后超越英国、德国,由第4名前进至第2名。这表明与自身发展基础相比,中国SCI论文的学术影响力规模取得了长足进步。同期,其他样本国家的指标得分保持平稳(见表6)。

表6
2010–2014年样本国家/地区影响力指数


虽然中国2014年的影响力指数小幅领先于英国、德国,但与美国相比仍然存在显著差距,仅为美国的29.7%(见表6)。

3.2.3 重要成果产出规模

在中国SCI论文产出和影响力已经具备相当规模的基础上,重要成果作为SCI论文的组成部分是否也随之“水涨船高”了呢?本小节将对中国及主要国家的重要成果产出规模进行分析。

表7
2010–2014年样本国家/地区影响力指数


表8
2010–2014年样本国家/地区产出效率指数


表9
2010–2014年样本国家/地区影响力效率指数


表10
2014年样本国家/地区重要成果产出效率指数


表11
2014年样本国家/地区产出指数、影响力指数、卓越指数及规模指数


表12
2014年样本国家/地区产出效率指数、影响力效率指数、重要成果效率指数


附表6列出了2014年样本国家在22个学科发表的重要成果数量,从中可以看出,由于不同学科研究内涵的宽泛程度存在差异,因此样本国家在研究体量相对较大的学科会发表数量较多的重要成果。例如多数样本国家在物理与天文科学领域发表的重要成果数量居于相应国家各学科之首。为了规避学科体量差异在分析各国不同学科重要成果产出水平时的影响,本节采用了各学科重要成果的世界份额作为学科间对比的依据(见附表6)。

图5对比显示了中、美两国2014年22个学科重要成果的世界份额,可以看出:化学工程、环境生物技术等学科位列中国各学科重要成果份额榜的前列,工程相关学科的世界份额大体在10%~35%之间;而基础医学、健康医学、生物学等生命科学领域相关学科普遍低于3%。整体来看,2014年中国重要成果世界份额的学科分布呈现出工程领域优势凸显、生命科学领域相对薄弱的分布特征。


图5
2014年中国、美国22个学科重要成果世界份额(%)

美国等科技强国2014年重要成果世界份额的学科分布呈现出与中国相反的特点。美国在基础医学、健康医学、生物学等学科的重要成果世界份额与之在其他学科的份额相比,居于前3位,产出了全世界一半以上的重要成果,是中国在相关学科世界份额的20多倍。可见,美国在生命科学领域的重要成果产出优势非常突出。农学、工程领域相关学科是美国份额相对较低的学科,约在10%~30%之间(见图5)。

汇总各学科重要成果世界份额的卓越指数可以评估各国在重要成果产出方面的整体表现。2014年,美国、中国、英国、德国、加拿大位于样本国家的前5位,其中美国卓越指数得分为7.84,高于其他TOP5国家卓越指数得分的总和,优势显著;中国以2.67的卓越指数得分位列次席;英国、德国两大科技强国紧跟其后,卓越指数得分与中国差距较小(见表7)。

表7 2010–2014年样本国家卓越指数

与2010年相比,2014年样本国家中大部分科技强国的卓越指数得分均略有下降,如美国、英国、加拿大等。中国呈现出与上述国家相反的态势,卓越指数从2010年的1.56提高到2014年的2.67,增长了近1倍,重要成果竞争力的相对优势有所增强。

3.3 科研效率

前面的分析表明中国已具备相当科研规模,不仅是世界科学舞台上的新兴力量,而且成为名副其实的产出大国。在此基础上,中国在科研效率的各个指标上表现如何呢?本部分将从相对产出效率、相对影响力效率、重要成果产出效率3个方面进行分析。

3.3.1 产出效率

中国绝大多数学科的产出效率低于世界平均水平,工程类学科整体产出效率超过或接近世界均值,而生命科学领域“弱势”学科的相对产出效率较低。

图6展示了部分科技强国与新兴科技国家22个学科的相对产出效率。观察中国各学科的指标得分可以看出,22个学科中只有4个学科的指标得分大于1,产出效率高于世界平均水平。其中,兽医学、农林渔业2个研究规模较小的学科的相对产出效率最高,指标得分接近2。除上述两个学科外,化学工程、环境生物技术、机械工程等工程类学科的相对产出效率指标得分接近或超过1,位于各学科的前列。生命科学相关学科的相对产出效率相对较低,基础医学、临床医学、生物学等学科的指标得分均不足0.3。


图6-1
2014年科技强国与新兴科技国家的相对产出效率——中国


图6-2
2014年科技强国与新兴科技国家的相对产出效率——韩国


图6-3
2014年科技强国与新兴科技国家的相对产出效率——巴西


图6-4
2014年科技强国与新兴科技国家的相对产出效率——印度


图6-5
2014年科技强国与新兴科技国家的相对产出效率——美国


图6-6
2014年科技强国与新兴科技国家的相对产出效率——英国


图6-7
2014年科技强国与新兴科技国家的相对产出效率——德国


图6-8
2014年科技强国与新兴科技国家的相对产出效率——法国

前文的分析中提到,在成果产出规模方面,工程类学科是中国的优势学科,而生命科学相关学科则表现相对弱势。对各学科相对产出效率指标的分析表明,优势学科不仅具有较强的成果产出能力,在产出效率方面也同样表现出色,而“弱势”学科则无论在产出能力和产出效率上都有提升的空间。

国家产出效率指数是各学科层面的相对产出效率指标的汇总,表8列出了2010–2014年样本国家得分。从表8可以明显看出,美国等科技强国的产出指标得分明显高于以中国为代表的新兴科技国家。前一类型国家的得分在20~40之间,而后者基本在15以下。在科技强国中,瑞士以45分高居榜首。美国得分44分,略低于瑞士,以较大优势领先于其他国家(33分以下)位列第2。中国5年间的产出效率指数基本在15左右,2014年的得分是新兴科技国家中最高的,但以较大劣势落后于科技强国,列世界排名的第13位。

3.3.2 影响力效率

相对影响力效率指标旨在消除研究规模对影响力规模指标的影响,测度国家科研成果的相对影响力。图7展示了部分科技强国与新兴科技国家22个学科的相对影响力效率,从图7可以看出,中国工程类学科的影响力效率高于世界平均水平,领先于其他学科,其中,医学工程、土木工程和环境工程3个学科的相对影响力效率指标得分分别为1. 37、1.27和1.24,位列全部学科的前3位。生物学、基础医学等生命科学领域学科的相对影响力效率指标得分则普遍偏低,在0.7~0.8之间,这些学科的相对影响力尚未达到世界平均水平。从国家的横向比较中可以看出,美国、英国等科技强国绝大多数学科的相对影响力效率指标得分在1~1.5之间,均高于世界基线,学科之间的得分差异不大。


图7-1
2014年科技强国与新兴科技国家的相对影响力效率——中国


图7-2
2014年科技强国与新兴科技国家的相对影响力效率——韩国


图7-3
2014年科技强国与新兴科技国家的相对影响力效率——巴西


图7-4
2014年科技强国与新兴科技国家的相对影响力效率——印度


图7-5
2014年科技强国与新兴科技国家的相对影响力效率——美国


图7-6
2014年科技强国与新兴科技国家的相对影响力效率——英国


图7-7
2014年科技强国与新兴科技国家的相对影响力效率——德国


图7-8
2014年科技强国与新兴科技国家的相对影响力效率——法国

国家影响力效率指数是各学科相对影响力效率指标的汇总。2010–2014年,瑞士、美国、荷兰3个国家的影响力效率指数得分都始终保持在30以上,位列排行榜的前3位。中国5年间的影响力效率指标指数稳步上升,2014年达到23.07,位列样本国家的第10位。这一指标得分不能与瑞士、美国和荷兰三国相媲美,但与法国、德国等科技强国仅有微弱的差距。其余新兴科技国家的指标得分均未超过20。与新兴科技国家相比,中国具有领先优势。

3.3.3 重要成果产出效率

通讯作者贡献率旨在测度在重要成果中各国占据主导地位的程度。图8列出了部分科技强国与新兴科技国家通讯作者的贡献率,可以看出,化学工程是中国唯一指标得分等于1的学科,其余学科得分均在1以下。这说明中国几乎所有学科的重要成果通讯作者论文份额均低于全部论文,这表明中国在重要成果中的主导程度不及全部论文。除化学工程外,环境科学技术、农业相关学科、土木工程的重要成果贡献率接近1,领先于其他学科。基础医学、生物学的指标得分均不足0.6,揭示出中国科研人员在生命科学领域学科重要成果中的主导作用较弱(见图8)。

与中国相比,美国的22个学科中,仅有6个学科的通讯作者贡献率不足1,多数学科的科研人员在重要成果中发挥了主导作用。其余科技强国均有7~10个学科的贡献率高于1,这些学科主要集中在土木工程、电气与电子工程、环境生物技术等工程类学科(见图8)。


图8-1
2014年科技强国与新兴科技国家的通讯作者贡献率——中国


图8-2
2014年科技强国与新兴科技国家的通讯作者贡献率——韩国


图8-3
2014年科技强国与新兴科技国家的通讯作者贡献率——巴西


图8-4
2014年科技强国与新兴科技国家的通讯作者贡献率——印度


图8-5
2014年科技强国与新兴科技国家的通讯作者贡献率——美国


图8-6
2014年科技强国与新兴科技国家的通讯作者贡献率——英国


图8-7
2014年科技强国与新兴科技国家的通讯作者贡献率——德国


图8-8
2014年科技强国与新兴科技国家的通讯作者贡献率——法国

汇总各学科通讯作者贡献率形成的重要成果效率指数揭示了各国重要成果的产出效率。2014年,以美国为代表的科技强国的得分(大多大于20)普遍高于中国等新兴科技国家(12~19之间)。美国、荷兰和瑞士的指标得分最高,位列排行榜的前3位。中国的重要成果效率指数为18.81,高于其他新兴科技国家,排名世界第11位。从贡献率得分的变化来看,2010–2014年,样本国家/地区的重要成果效率指数基本保持稳定(见表10)。


图9
2014年科技强国与新兴科技国家产出指数、影响力指数、卓越指数对规模指数的贡献


图10
2014年科技强国与新兴科技国家产出效率指数、影响力效率指数、重要成果效率指数对效率指数的贡献

3.4 6指标的贡献力分析

规模指数和效率指数两个综合指标分别由3个指标构成,3个指标对两个综合指标的贡献程度不同,我们将这种指标的贡献程度定义为贡献力。分析3个指标对规模指数和效率指数贡献力的差异,有助于针对性的发现中国科学存在的问题。下面将聚焦于3个组成指标对规模指数和效率指数的贡献力,揭示影响两个指标得分的关键因素。

从各指标对规模指数的贡献看,科技发达国家与新兴科技国家表现出不同的特征:对于科技发达国家而言,表征影响力规模的影响力指数和重要成果产出规模的卓越指数对综合规模指数的贡献较大。例如,2014年美国的规模指数得分(20.95)中有75.8%来自这两个指标(15.88),只有25%源于产出指数(5.07)。而以中国为代表的新兴科技国家的表现则正好相反,例如:产出指数(4.28)对中国的规模指数得分(9.34)的贡献接近一半,影响力指数和卓越指数得分之和(5.05)仅占规模指数总得分的54.1%。以上分析表明,SCI论文数量是目前中国获得高规模指数分值的主要根源,而影响力规模指数和卓越指数对整体规模指数的贡献有限。因此,在未来中国的科研工作中,随着研究规模的不断扩大,需要更加着力于提升科研成果的质量,为增强中国科研成果在世界科学舞台的学术影响力和本国科技创新能力做出更大贡献(见表11图9)。

从各个指标对效率指数的贡献来看:对美国等科技发达国家而言,产出效率指数、影响力效率指数、重要成果效率指数3个指标对效率指数的贡献力依次递减,贡献率范围分别为37.6%~44.8%、31.5%~34.3%和30%以下。与科技强国相比,新兴科技国家的影响力效率指数和重要成果效率指数对科研效率的贡献率略高,但相对产出率指标的贡献却明显处于劣势。前者的贡献率在37.6%~44.8%之间,后者仅为19.8%~29.9%。以中国为例,中国的影响力效率指数为40%,重要成果效率指数为32.6%,产出效率仅为27.4%(见表12图10)。

前文中提到,重要成果可以视为高效科研活动的产物,产出效率指标旨在测度重要成果在国家全部科研成果中比重的大小,从而揭示国家科研产出的效率。中国在这一指标上的差距表明,中国应该加强高质量科研成果的产出力度,进一步提高科研成果的产出效率。

4 结语

文献计量分析表明中国在2010–2014年继续保持科研规模快速积累的发展特征。科研规模大幅提升,科研效率也有所进步,效率指数2014年位列世界第11位。对比科研规模与科研效率两个维度的发展水平,中国在科研效率方面表现不及科研规模。

分析中国规模指数的各指标发现,产出规模是中国规模指数占据世界第2位的最主要推手,而影响力规模与重要成果规模更大程度上是SCI论文数量剧增即产出规模扩张带来的红利。从中国科研效率指数的各指标看,2014年,中国的产出效率得分居世界第13位,对效率指数的贡献率不及其他2个指标,揭示出中国的重要成果产出仍然是薄弱环节。对于科研大国而言,形成一定的科研规模是提升科研竞争力的前提和基础,但是,人类社会种种增长的极限问题提醒中国科研界需要未雨绸缪,先行思考中国规模增长的极限问题。

从科学活动的规律看,科研效率的提升较之研究规模增长更为困难,研究规模扩张可以在短期内通过加大投入力度取得显著成效,而科研效率的提升则取决于科研底蕴、科研环境和科研基础等多种因素。对于新兴科技国家而言,效率滞后于规模可能是必经之路。并且对于产出大国来说,产出规模增长也难以平均地转化为效率增长。但是,在当前国家科研竞争力主要来自科研规模增长的背景下,中国科学界要关注科研效率的提升,加强对科技前沿和影响全球发展的重大问题的原创性、突破性研究,推进科研增长的可持续发展,进一步提高中国科学的影响力和竞争力。

附表1
22个学科重要期刊列表


附表2
2014年样本国家/地区22个学科的SCI论文数量


附表3
2014年样本国家/地区22个学科的SCI论文世界份额(%)


附表4
2014年样本国家/地区22个学科的SCI引文数量


附表5
2014年样本国家/地区22个学科的SCI引文世界份额(%)


附表6
2014年样本国家/地区22个学科的重要成果数量


附表7
2014年样本国家/地区22个学科的重要成果世界份额(%)


附表8
2014年样本国家/地区22个学科的相对产出效率


附表9
2014年样本国家/地区22个学科的相对影响力效率


附表10
2014年样本国家/地区22个学科的通讯作者贡献率


The authors have declared that no competing interests exist.

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