中国学科结构动态绩效的国际比较及预测，本文主要内容关键词为：中国论文,绩效论文,学科论文,结构论文,动态论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
修回日期：2008-01-04
中图分类号：G301文献标识码：A文章编号：1003-2053(2008)03-0530-09
从1993年我国政府实施“211”工程以来，重点学科建设成为“211”工程的主要内容之一，人们对学科发展与建设的重要性有了深入的认识，各级部门开始制定和实施重点学科发展规划与战略，包括中国科学院的知识创新工程，教育部也增加了一大批重点学科，各省、市、高校以及行业也在实施各自的重点学科建设计划。
科学论文被世界各国广泛的用作科学技术产出的一类指标，科学论文的学科结构在一定程度上反映了科学体系的状况和特征，同时也是表征学科建设与发展的重要指标之一。
经过近些年大规模的重点学科发展和建设，反映在科学论文上，我国学科的特点、现状和国际地位如何，发展变化的趋势及优势如何，我们利用国际可比的数据试图从宏观上比较和揭示中国的科学结构的系列特点。
ESI(Essential Science Indicators)-基本科学指标数据库，是由世界上著名的学术信息出版机构ISI(美国科技信息所)于2001年推出的衡量科学研究绩效、跟踪科学发展趋势的基本分析评价工具，是基于ISI引文索引数据库Science Citation Index(简称SCI)和Social Science Citation Index(简称SSCI)所收录的全球8500多种学术期刊的1000多万条文献记录而建立的计量分析数据库。ESI从引文分析的角度，针对22个专业领域，分别对国家、研究机构、期刊、论文以及科学家进行统计分析和排序，主要指标包括：论文数、引文数、篇均被引频次。
有许多不同的方法利用该数据库，从引文和论文的绝对数量到不同国家和领域间每篇论文引用的比较来衡量科学论文的产出和影响。A.Schubert[1]等人根据1981-1985年SCI统计数据对全世界96个国家的114个主要学科专业的水平以及在世界上的相应地位进行了综合评价。David A.King[2]对31个国家和地区的各科学影响进行了分析。Kostoff RN[3]等人在2006年最新发表的一份报告中，利用SCI统计数据库采用文本挖掘的方法对中国的核心技术能力进行了评估。赵红州[4]等利用SCI数据库的数据，对苏、美等国两类学科结构进行了比较。中国科技论文统计与分析课题组[5]用SCI数据库的数据，对中国学科分布情况作了连续的年度统计分析。
尽管科学论文只是衡量科学体系结构的一个方面，但它能在某种程度上反映基础研究学科结构的产量、质量和覆盖面。揭示国家的科学能力及学科结构规律，对整个国家学科优先领域的选择和科研基金的投向具有重要的参考价值和意义。
本文所使用的数据来自于ESI，整个数据从1995年1月1日到2005年10月31日，共10年10个月，ESI数据库把学科论文分为22个学科，本文之在于考察自然科学领域，只使用了20个学科的论文与引文数据，被排除的学科是经济学与商学、社会科学。由于ESI把由不同国家合作发表的论文，只要一篇论文的作者之一的地址为一个国家，该论文的国别就可以是这个国家，因此，不同国家论文的总数大于实际产出论文的总数。
在特定某时间段，测算论文的数量比较容易，我们可以很容易地知道在一定时间里发表了多少论文。但是度量被引量却十分困难，因为一篇论文的被引量在一定时间里将会积累。在ESI数据库里采用了5年期“窗口”来记录。
在进行国际比较时，我们选择了15个有代表性的国家，我国不但要与科学发达国家比较，也要与其它科学发展中国家进行比较，比如印度、韩国、巴西、南非等国家。
1 中国学科结构绩效的国际比较
1.1 中国科学论文与引文增长绩效国际比较
表1从各个角度揭示了我国1995-2005年间科学论文与引文绩效。在过去的十年中，无论从论文或引文占世界的份额指标衡量，或是篇均论文被引率指标衡量，我国每年都在迅速提高。从1995-1999年到2001-2005年，我国占世界论文的份额从2.44％增加到6.14％，占世界引文的份额从0.82％增加到3.08％，论文篇均被引率从1.27％增加到2.30％。
但是，我国占世界引文的份额远低于占世界论文的份额，而且论文篇均被引率也远低于世界论文篇均被引率。
我们注意到，各国科学结构的差异可能歪曲科研绩效的相对测度。时间的延续同样会对绩效产生影响。因此使用变化权重的相对引文影响(RCI)和固定权重的相对引文影响(FWRCI)计算我国的相对引文影响。变化权重的相对引文影响(RCI)和固定权重的相对引文影响(FWRCI)分别定义如下：
其中C和P分别是引文数和论文数。计算结果列在表1中。结果表明，无论是变化权重的相对引文影响(RCI)或是固定权重的相对引文影响(FWRCI)都在不断的上升中，结构的变化轻微加强了上升的实际程度。
表2从各个角度揭示了15国1995-2005年间科学论文与引文增长绩效。从我国科学引文及论文的增长绩效与世界部分国家比较看，在各个增长指标中，如论文增长率、论文占世界份额增长率、引文占世界份额增长率、相对引文影响增长率、论文篇均被引率增长率，我国在15个国家中都是最快的，特别是引文占世界份额增长率增长最快，达到22.67％。相对引文影响增长率稍慢，也达到7.29％。值得一提的是韩国在各个增长指标中表现得也比较突出。其它科学发展中国家论文篇均被引率增长率也较快。而俄罗斯在过去的10年中科学发展不够稳定。大部分其它科学发达国家部分指标增长率比较缓慢，甚至出现了负增长，美国和加拿大两国比较突出。
如果按目前的增长趋势，我国科学论文总量翻一番只需要4年左右，在15国中也是最快的，韩国、巴西两国的论文总数翻一番大约需要5～7年时间。
1.2 中国科学领域论文与引文增长绩效
在过去的10年中，我国科学论文与引文处于快速增长的时期，这种增长的趋势在所有科学领域里是否一致？或者是否有一些领域对于这种增长趋势起主要作用？
可以使用很多方法对结构变化进行考察，这里主要选择一些反映科学自身结构变化以及学科国际比较变化的指标对我国科学领域论文与引文增长绩效进行考察。各指标的结果列于表3中。
各国每个领域相对世界水平的论文或引文份额变化测算如下：
t时期为2001-2005年，t-1时期为1995-1999年，测算我国20学科相对世界水平的论文或引文份额变化，结果列于表3中。
(1)从20学科论文与引文增长率比较来看，所有学科的引文增长率大于其论文增长率，表现得比较突出的学科有多学科以及与生命科学相关的学科，如精神病学与心理学、生物学与生物化学、临床医学、分子生物学与遗传学和药理与毒物学。从学科论文增长率看，除多学科负增长外，其它学科增长比较迅速，特别是有关生命科学学科和计算机科学增长迅速，远远超出了全国平均增长水平。原来比较强势的学科，比如物理学、数学、化学和工程领域保持平稳增长。按照各自学科的增长水平，它们在2～6年里论文会翻一番。从学科引文增长率看，20学科都在增长，其中精神病学与心理学、分子生物学与遗传学、计算机科学和临床医学增长迅速，远超出了全国平均增长水平。原来比较强势的学科，比如物理学、数学、空间科学和多学科领域保持平稳增长。
(2)从论文与引文占世界的份额增长率来看，除神经科学、环境与生态科学和计算机科学三学科的引文占世界的份额增长率低于其论文占世界的份额增长率外，其它17个学科引文占世界的份额增长率都高于其论文占世界的份额增长率，特别是有关生命科学学科，如临床医学、生物学与生物化学、分子生物学与遗传学和精神病学与心理学，其引文占世界的份额增长率都高于其论文占世界的份额增长率10个百分点左右，反映在相对引文增长率指标上表现得都比较高。
(3)从相对引文增长率及不同时期比较看，神经科学、环境与生态科学和计算机科学三学科相对引文增长率为负增长，表现在2001-2005年相对引文率低于1995-1999年相应值。其它17学科相对引文增长率都有比较好的表现，特别是有关生命科学学科表现的比较突出。
(4)从论文篇均被引率增长率看，多学科、精神病学与心理学、生物学与生物化学、临床医学、分子生物学与遗传学、药理与毒物学和工程学科都超出了全国平均水平。
(5)相对世界论文与引文份额变化值比较看，除计算机科学相对引文份额变化低于其相对论文份额变化外，其它学科的相对引文份额变化高于其相对论文份额变化。从相对世界论文份额变化看，相对高变化的学科有材料科学与计算机科学等，相对低变化的学科有物理学、数学和多学科等。从相对世界引文份额变化看，相对高变化的学科有化学和物理学等，相对低变化的学科有多学科、农业科学、精神病学与心理学等。
1.3 中国科学领域比较优势变化
结构变化很重要，它可以表明，由于论文数量与质量的影响，使结构迅速变化，致使原有的科学体系可能会发生分裂；或者预示科学体系的发展方向。
在某一领域中，一国论文(引文)在该国全部论文(全部引文)中的份额与该领域中各国总论文(引文)数在世界总论文(引文)中的份额比较。这是从学科领域的角度来展示相对比较优势指数(RCA)。如果某领域中一国论文(引文)在该国全部论文(或全部引文)的份额大于该领域中各国论文(引文)的总数在世界总论文(引文)中的份额，则说明该国在该领域中具有表现比较优势。它表明，在某一特定领域内具有比较优势的国家应成比例地比其它国家做出更多的贡献(发表更多的论文、被引用更多的引文)。相对比较优势指数(RCA)的测量方法是：
可见，可以用两种方法测算相对比较优势，因此，如果两者的比值大于1，则说明该国家在该领域中具有相对比较优势，如果比值小于1，则需要加强该领域的研究工作。
为了揭示11年内我国相对比较优势结构变化，以及相对优势领域在时间上的纵向变化，将1995-1999、2001-2005五年的各国20个学科的论文、引文数汇总，分别计算出我国的相对优势领域。这样可以比较我国前期和后期相对优势领域的变化。采用蛛网图可以清楚地显示相对优势领域发展的强弱变化。
图1 我国论文及引文学科领域相对比较优势变化
从相对比较优势计算结果和蛛网图可以知道：
(1)在我国论文相对比较优势中，有13个学科相对比较优势得到加强，计算机科学、环境和生态学、微生物学、农业科学、材料科学优势得到加强的比较突出。但传统优势学科如多学科、物理学、化学、数学、工程优势被削弱。
(2)在我国引文相对比较优势中，有13个学科相对比较优势被削弱，如数学、多学科、物理学、材料科学、空间科学、工程科学优势被削弱的较多。有7个学科相对比较优势得到加强，全部是非优势的生命科学学科，如分子生物学与遗传学、微生物学、临床医学。
在这短时期内，我国20学科论文及引文相对比较优势没有发生大的变化，更多学科论文相对比较优势得到加强，但更多学科引文相对比较优势被削弱。
1.4 中国学科结构变化的国际比较
有许多指标可以衡量学科结构变化，各指标的结果列于表4中。
我们采纳了Lawrence结构变化测度方法(SC)。SC=50×∑[K][，j=1]|a[，jt]-a[，jt-1]|这里的a是各个领域论文数或引文数的份额。该值的变化范围为0～100，0表示结构变化最小，100表示结构变化最大。测算结果列于表4中。
随时间的推移，一个国家可能因为一两个领域质量的提高，其它领域仍然维持原状，其研究质量也会发生较大变化；相同地，一个国家也可能因为一两个特殊领域研究质量的衰退而使其整体质量停滞不前。因此需要考察相对质量(IMP)的变化。在此我们简单地采用了两个时期，即1995-1999年和2001-2005年测量单位之间数字上的差别。相对质量的变化测算如下：
结果列于表4中。
从表中分析结果如下：
(1)从两阶段相对引用率比较看，在15个国家中我国表现的并不突出，德国、俄罗斯、韩国和印度表现的比较突出，美国和加拿大在止步不前。
(2)从各国20学科增长率比较看，美国、英国、德国、日本、加拿大和意大利国家引文相对影响最小增长率是多学科，美国和日本引文相对影响最大增长率是计算机科学；而我国引文相对影响最小增长率是计算机科学，最大增长率是多学科，正好与美日相反，具体原因有待进一步分析；在15个国家中除美国、加拿大和新西兰三国引文相对影响正增长的学科较少外，其他国家正增长的学科都较多。
如果把15个国家的20个学科引文相对影响增长率绘制在三维图中，可以从“地形图”中看出，科学发达国家从负增长领域到正增长率领域的变化是比较平稳和和缓慢的；而那些科学系统正处在发展中的国家，则表现出更为陡峭和凸凹不平的变化斜率。
(3)无论是从论文或是引文结构变化值看，在15国中我国是变化较大的，仅次于美国。俄罗斯的论文结构变化值也较大，但引文结构变化值较小。英国和韩国学科结构变化值也较大，其它国家相比结构变化相对稳定。
(4)从20学科相对质量的变化比较看，在15国中中国、印度、韩国20学科相对质量提高的较大，美国和加拿大相对质量在下降，其它国家则保持相对稳定。
2 中国学科结构国际相似性变化比较
定义S为结构相似性系数：
，S是一个介于0和1之间的数，如果其值为0，则表示两个相比较国家的学科结构完全不同，如果其值为1，则说明两个相比较国家的学科结构完全相同。通过观察一定时期的S值变化，可对两国的学科结构变动状况做出判断，如果S趋于上升，则为“结构趋同”，如果S值趋于下降，可判定为是“结构趋异”。
这里主要考察我国与其它国家学科结构相似性及其变化趋势，我们取1995-1999年和2001-2005年两个时期进行对比。利用上面给出的计算相似系数的方法，以20个学科的论文量、引文量指标为基本数据，计算我国与其它15个国家学科结构相似系数，结果如表5所示。
从总体来看，我国与15国的学科结构在趋同，当然这种趋同发展势头比较缓慢。我国的学科结构与科学发展中国家最相似，无论是从论文结构或引文结构与印度、俄罗斯和韩国最接近；与科学发达国家结构差异比较大，特别是与美国和英国的结构差异比较大。
3 中国学科领域灰色系统预测
灰色预测法是一种对含有不确定因素的系统进行预测的方法。灰色系统是介与白色系统和黑色系统之间的一种系统。灰色系统内的一部分信息是已知的，另一部分信息是未知的，系统因素之间具有不确定的关系。灰色预测通过鉴别系统因素之间发展趋势的相异程度，对原始数据进行生成处理来寻找系统变动的规律，生成较强规律性的数据序列，然后建立相应的微分方程模型，来预测事物未来的发展趋势的状况。
论文学科结构系统的发展演变受到多种因素的作用，既受学科自身发展的规律的影响，又有科技政策的强力影响，系统因素间具有不确定的关系。
利用GM(1，1)模型对我国与世界2010年20学科篇均引文率、占世界论文比例、占世界引文比例进行了预测。预测精度等级达到二级以上，表明预测结果相当有效。具体计算方法参见文献[6]，结果列于表6中。
从表6可以看出，2010年我国科学论文总体篇均引文率达到4.14，但仍然达不到世界平均水平(5.48)，只相当于2005年世界平均水平；但高于印度(3.29)和俄罗斯(2.75)，低于日本(5.25)和意大利(5.75)，和韩国(4.24)、新西兰(4.65)及南非(4.30)相当；与科学发达国家仍有相当差距。
(1)目前我国各学科篇均引文率与世界相应学科差距较大的有分子生物学与遗传学、免疫学、空间科学、生物学与生物化学和神经科学；差距较小的学科有数学、工程、计算机科学、农业科学和材料科学。未来2010年差距较大的学科有免疫学、空间科学、神经科学、微生物学、生物学与生物化学；高于或差距较小的有临床医学、精神病学与心理学、工程、数学和植物与动物科学。增速较快的学科有分子生物学与遗传学、临床医学、多学科、精神病学与心理学和生物学与生物化学；增速较慢的学科有计算机科学、微生物学、数学、神经科学和环境与生态科学。
(2)未来2010我国论文占世界比重较大的有材料科学、化学、计算机科学、物理学和工程；比重较小的有精神病学与心理学、神经科学、免疫学、临床医学和空间科学。增幅较大的学科有材料科学、计算机科学、化学、环境与生态科学和工程；负增长或增幅较小的有多学科、精神病学与心理学、空间科学、神经科学和免疫学。
(3)未来2010我国引文占世界比重较大的有材料科学、化学、工程、数学和物理学；比重较小的免疫学、神经科学、空间科学、精神病学与心理学和微生物学。增幅较大的学科有材料科学、化学、工程、计算机科学和地球科学；增幅较小的有空间科学、免疫学、神经科学、精神病学与心理学和微生物学。
4 结论与建议
从我国科学引文及论文的增长绩效与世界15个国家比较看，都是最快的。从20学科论文与引文增长率比较来看，所有学科的引文增长率大于其论文增长率；大部分学科引文占世界的份额增长率都高于其论文占世界的份额增长率；大部分学科的相对引文份额变化高于其相对论文份额变化。
在这短时期内，我国20学科论文及引文相对比较优势没有发生大的变化，更多学科论文相对比较优势得到加强，但更多学科引文相对比较优势被削弱；从两阶段相对引用率比较看，在15个国家中我国表现的并不突出；无论是从论文或是引文结构变化值看，在15国中我国是变化较大的；从总体来看，我国与15国的学科结构在趋同，但这种趋同发展势头比较缓慢。
2010年我国科学论文总体篇均引文率达到4.14，但仍然达不到世界平均水平(5.48)，只相当于2005年世界平均水平；与科学发达国家仍有相当差距。
我国科学的发展和学科建设任重而道远，当前针对我国科学发展和学科建设的突出问题，要在以下几个方面加强和完善。
(1)学科论文数量扩张向论文质量提高转变。在改革开放以来的二十多年里，我国的科技论文数量大幅攀升，从1987年的世界第24位上升到2004年的第5位[5]。而论文篇均引文率还赶不上一些科学发展中国家，论文质量与数量地位极不相称。处理好数量规模发展和提高质量的关系，对实现建设创新型国家的宏伟目标具有重大意义。
(2)要将“利益拉动”的论文发表动机转向“求真推动”的论文发表动机。我国并不是唯一一个对发表优秀论文的科学家进行奖励的国家，但是没有几个国家象我国一样充满热情的追求它，以一种让任何西方国家都难以想象的速度增加科学产出。在“利益拉动”动机下发表论文，会产生许多学术道德问题，特别是在我国这种科技体制下，这几年科学界的学术道德和学术腐败问题逐渐暴露出来。在“求真推动”的动机下，科学论文表达的是科学发现、学术价值和技术进步。
(3)从论文评价的单一数量指标到多指标综合评价的完善。无论是对国家或是对单位、机构、个人的评价不能以论文数量定位，既要量与质的结合同时还要完善同行评议。特别是发布影响比较大的机构和个人论文排名的重要报告，应完善论文质的评价。要在建立和完善公平公正的同行评议制度的基础上，科学合理地利用多指标定量数据。这是现阶段科技评价中最具有挑战的问题。
(4)学科重点建设与学科均衡布局、协调并重发展。重点学科建设在各级部门进行的如火如荼，其中不免有重复建设。但我国学科的均衡布局、协调发展也成为我国亟须关注和准确把握的一个问题。建设比较完备的学科体系，是实现交叉融合、推动科技进步和创新的前提，也是实现重点跨越的重要条件。基础研究具有厚积薄发、探索性强、进展往往难以预测的特点，本身要求对基础学科进行全面布局，突出学科交叉、融合与渗透，培育新的学科生长点；通过长期、深厚的学术研究积累，促进多学科协调发展和原始创新能力的稳步提升。如果各学科不能均衡发展，个别弱势学科或落后学科就可能制约科技的整体发展，影响对复杂对象的深入研究、对科学规律整体认识的深化。为免出现这样类似“木桶效应”的后果，基础研究的学科发展布局更需全面考虑。
论文是衡量学科建设水平的重要指标之一，要全面衡量我国学科建设的绩效还需要补充更多的学术指标。
由于一些国家必须常常集中做其它事情，而不是推进其科学基础的发展，因此，从论文份额和引文份额来比较我国的科学结构与泰国的科学研究结构显然不合适，当在世界范围内进行国家科学研究的结构比较时，应该考虑人口、收入和其它一些因素间的差异。