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摘 要：
该报告以SCI论文为统计源, 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:2016年, 中国科研规模持续扩张, 继续保持世界第二产出大国的位置;并且, 与2015年相比, 中国的影响力规模及重要成果产出规模取得一定进步。但在科研活动的效率方面, 中国的进步相对缓慢, 与世界科技强国相比还存在显著差距。中国需在产出规模扩张的基础上, 需着重提升科研活动的效率。
关键词：
中国; 评价; 文献计量; 科研规模; 科研效率;
作者简介：岳婷, E-mail:yuet@mail.las.ac.cn
Annual Report on Scientific Research in China 2017: Statistics and Analysis of SCI Papers and Citations
Zhai Yanqi Yue Ting Yang Liying Ding Jielan
Library of Chinese Academy of Sciences
Abstract：
Based on the Wo S database provided by Clarivate Analytics, the study evaluated the overall research performance of Chinese science from two dimensions, research scale and efficiency. The statistics results showed that: For China, the expansion of research scale continues in 2016, and China has maintained its second position in terms of research scale. Moreover, China's citations and the number of high quality output increased compared to the data of 2015. However, with respect to research efficiency, there exists a noticeable gap between China and developed countries. China should focus more on the improvement of the research efficiency.
Keyword：
China; research evaluation; bibliometric method; research scale; research efficiency;
1 引言
基础研究作为科技创新的源头供给, 在提升国家科技创新能力中发挥着关键作用。近年来, 中国在世界科技舞台上发挥的作用愈发重要。2017年, 中国科研界取得了若干里程碑式的突破, 越来越多的中国成果受到国际同行的关注与认可:在国际顶尖期刊《自然》、《科学》的年度重大科学事件和人物评选中, 中国科学家及其科研工作多次入选。这标志着中国的科技创新正在步入以跟踪为主转向跟踪、并行和领跑并存的新阶段。
论文是基础研究成果的主要形式。自2006年开始, 我们基于SCI论文对中国基础研究的发展水平持续进行监测。十余年的监测结果见证了中国基础研究规模的逐步扩大, 为国家科技创新能力的提升奠定了坚实的“量”的基础。然而, 提升科技创新能力, 实现中国由科研“大国”向“强国”转型, 需要基础研究从量变到质变的飞跃。在科研规模扩大的同时, 增强科研成果的质量, 提升科研效率对于中国基础研究从量变到质变的跃升至关重要。基于上述原因, 2015年开始, 本报告引入了“科研效率”的概念, 从科研规模和科研效率两个方面对中国SCI论文进行统计分析, 评估中国科研产出的年度表现, 为了解中国基础研究发展过程中的进步与不足提供数据支撑。
2 数据与方法
2.1 指标说明
通常意义上的科研效率与人力、物力的投入及产出有关。由于科研人员、经费投入与科研产出的关联数据难以获得, 本报告将科研规模和科研效率的内涵均限定在科研产出的范畴内, 将论文产出视为“投入”, 投入后产生的效果视为“产出”, 效率指投入产出的比值。
根据以上思路, 本报告从科研规模、科研效率两个视角出发, 设计了6个指标、2个综合指数。6个指标包括:3个科研规模分析指标——论文数量、引文数量、重要成果数量;3个科研效率分析指标——重要成果份额、篇均引文、通讯作者份额。2个综合指数——规模指数和效率指数, 分别以对应的3个指标为基础, 用于揭示国家在科研规模和科研效率方面的整体表现。指标体系如图1所示。
6个指标的得分在各学科数据基础上进行计算。学科数据汇总时为规避学科研究体量、引文特征差异等造成的各学科权重不同, 利用学科归一化方法赋予各学科相同的权重。规模指数、效率指数及6个指标的定义如下。
规模指数
国家的规模指数Sj由归一化之后的论文数量指标Pj、引文数量指标Cj、重要成果数量指标Ej三部分组成:
j代表国家。
◆论文数量指标Pj
对于国家j而言, Pj是其各学科论文数量所占世界份额之和。Pj的计算公式如下:
i代表学科, n代表学科数量, Pij为j国i学科的论文数量, Piw为世界i学科的论文数量。
图1 指标体系
◆引文数量指标Cj
对于国家j而言, Cj是其各学科引文数量的世界份额之和。Cj的计算公式如下:
i代表学科, n代表学科数量, Cij为j国i学科的引文数量, Ciw为世界i学科的引文数量。
◆重要成果数量指标Ej
本报告重要成果的统计依据为学术声望较高的期刊 (期刊名单见附表1) 论文。期刊名单由国内相关领域专家遴选确定。
对于国家j而言, Ej是其各学科重要成果数量的世界份额之和。Ej的计算公式如下:
i代表学科, n代表学科数量, IPij'为j国i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。
需要特别指出的是, 本报告中国家重要成果的计算只考虑通讯作者。
效率指数
国家的效率指数EFj由归一化之后的重要成果份额指标EPj、篇均引文指标ECj、通讯作者份额指标EEij三部分组成:
j代表国家, EPj、ECj、EEij的定义及计算公式如下。
◆重要成果份额指标EPj
重要成果份额 (本国份额) , 即重要成果数量与全部论文数量的比值, 将国家发表的全部论文视为“投入”、重要成果视为“产出”, 用于测度国家重要成果产出的效率。
对于国家j而言, EPj是其各学科的相对重要成果份额 (重要成果份额/世界均值) 之和, 计算公式如下:
i代表学科, IPij'为j国i学科以通讯作者发表的重要成果数量, Pij'为j国i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, n代表学科数量。
◆篇均引文指标ECj
篇均引文指标通常用于规避论文体量对引文数量的影响, 评估每篇论文的平均学术影响力。从另一角度看, 篇均引文将国家发表的论文视为“投入”, 产生的学术影响力视为“产出”, 可以反映国家学术影响力的产出效率。
对于国家j而言, ECj是其各学科的相对篇均引文 (篇均引文/世界均值) 之和, 计算公式如下:
i代表学科, Pij为j国i学科的论文数量, Cij为j国i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学科的收到的引文数量, n代表学科数量。
◆通讯作者份额指标EEj
通讯作者是科研活动中发挥主导作用的作者。本研究将通讯作者份额分析限定在重要成果范围内。通讯作者份额, 即通讯作者论文量与本国全部论文量的比值, 将重要成果视为“投入”, 通讯作者身份发表的重要成果视为“产出”, 可以反映占据主导地位的重要成果产出效率。
对于国家j而言, EEij是其各学科相对通讯作者份额 (重要成果的通讯作者份额/全部论文的通讯作者份额) 之和, 计算公式如下:
i代表学科, IPij'为j国i学科以通讯作者发表的重要成果数量, IPij为j国i学科的所有重要成果数量, Pij'为j国i学科以通讯作者发表的论文数量, Pij为j国i学科的所有论文数量, n代表学科数量。
2.2 数据及统计口径
本报告采用科睿唯安公司 (Clarivate Analytics) 的Web of Science数据库论文, 即SCI论文作为分析依据。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。重要期刊的确定基于对专家的调研结果。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。
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年收到的引文。
样本国家和案例国家:样本国家选取了2016年SCI论文数量排名前20名的国家/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。
3 结果及分析
3.1 整体态势
2016年中国的科研规模指数相当于美国的55.2%, 居于世界第2位, 科研效率指数列世界第12位。
图2是2016年样本国家的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上的表现。表1与表2分别列出了两个指标的得分情况。
图2及表1、表2的数据显示, 美国、英国、德国、加拿大、法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, 而除中国外的其余国家规模数得分均低于5;从效率指标得分看, 美国的效率指数得分达到100.54, 仅低于瑞士, 排名世界第2位。
图2中第二象限国家的特点是研究规模较小, 科研效率较高。例如瑞士、荷兰和瑞典, 这几个国家的规模指数低于中位线, 但科研产出效率较高。如:瑞士的规模指数仅为1.43, 位列排行榜第15位;其效率指数却高达109.64, 居于世界首位 (见图2、表1、表2) 。
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产出效率相对较低。其中, 中国位于第四象限, 中国的规模指数得分为11.17, 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57.25, 位列效率指标排行榜的第12位。同期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差距。韩国、巴西、印度等新兴科技国家均处于第三象限, 这些国家无论是规模指数还是效率指数在样本国家中均处于低位 (见图2、表1及表2) 。
从规模指数的变化看:2012-2016年中国的规模指数得分逐年上升, 由7.25增加到11.17, 表明中国的SCI论文数量、引文数量和重要成果数量有较大幅度增长。同期, 美国及其他主要科技发达国家的这一指数呈小幅下降趋势。从效率指数的变化看, 2012-2016年, 除瑞士外, 其余样本国家的效率指数基本保持稳定, 变化不大。瑞士的效率指数增长较快, 特别是2014-2016年, 该指标“得分”从97.4攀升至109.64。2012-2014年, 中国的效率指数从55.32小幅上升至57.81, 2014-2016年间, 中国该指标数值维持在57.50左右 (见表2) 。
图2 2016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。
表1 2012-2016年样本国家/地区的规模指数
表2 2012-2016年样本国家/地区的效率指数
统计及分析结果显示, 中国的规模指数得分较高, 具有较大优势, 在样本国家中仅次于美国, 领先于其他科技强国, 已经具备相当的研究规模, 是名副其实的科研产出大国。在规模取得快速突破的同时, 中国科研效率的得分与科技强国存在一定差距。
3.2 科研规模
2016年, 中国在纳米技术等工程技术领域学科具有论文数量优势;在生命科学领域, 中国产出规模扩张迅速, 但论文世界份额与其他学科相比依然存在差距。
从2016年样本国家发表SCI论文的数量看, 美国以37.5万篇的SCI论文产量位居世界论文排行榜的首位。中国共产出SCI论文29.9万篇, 这一数量仅次于美国, 以较大优势领先于英国 (10.8万篇) 、德国 (10.5万篇) 等世界科技强国 (见附表2) 。
从各学科的SCI论文产出看, 2016年, 中国发表SCI论文数量最多的3个学科分别为化学、生物学和物理与天文科学, 论文数量分别为6.74万篇、4.43万篇和4.37万篇。美国、英国、德国等科技强国SCI论文数量最多的两个学科为临床医学和生物学。此外, 物理与天文科学也是上述国家产出规模较大的学科之一 (见附表2) 。与2015年的数据相比[1], 中国生命科学领域学科 (生物学、健康医学、临床医学等) 的SCI论文数量扩张迅速, 年均增长率都接近或超过了30%。其中, 生物学表现更加突出, 论文数量由30 836篇快速攀升至44 331篇, 同比增长43.8%。2016年, 中国生物学论文数量首次超过了材料工程, 入围了中国产出规模TOP3学科。
图3列出了2016年科技强国与新兴科技国家各学科论文的世界份额。世界份额可以规避不同学科产出体量的差异, 以便于学科之间的横向对比。中国在纳米技术等多个工程类学科SCI论文的世界份额都超过或接近30%, 远高于其他学科的份额。工程技术领域是中国科研产出具有相对优势的学科。如上所述, 在生命科学领域, 中国的论文数量表现出快速增长的特征, 部分学科的绝对产出规模已经位列所在学科前列。然而, 以能规避学科体量差异的相对指标——论文世界份额指标来分析, 却发现:中国生命科学学科的表现尚不及其他学科。图3的数据显示, 2016年, 中国生命科学各学科 (健康医学、临床医学、生物学等) 的论文世界份额均不足20%, 同期其他学科的相应份额达到20%~30%, 部分优势学科的论文份额甚至超过30%。因此, 生命科学领域相关学科依然是中国学科体系中相对弱势的学科。此外, 农业科学领域 (兽医学、动物和乳品科学等) 的世界份额也处于低位。观察韩国、印度等新兴科技国家不同学科产出的世界份额, 其分布格局与中国呈现类似的特征。
美国、英国等科技强国论文产出的学科分布与中国具有一定程度上的互补特征, 他们在生命科学领域的优势尤其突出。以美国为例, 美国论文世界份额接近或超过30%的学科均来自生命科学领域 (健康医学、临床医学、基础医学和生物学) (见图3) 。
2016年, 中国的引文总量超越德国, 位列世界第3位。纳米技术、材料工程的引文世界份额居于2016年中国各学科的前列。
附表4列出了2016年样本国家各学科的引文数量。中国2016年共计获得407.2万次引用, 引文数量超越德国, 低于美国和英国, 位列世界排行榜的第3位。虽然中国的引文数量仍远远低于美国, 但与英国的差距在逐年缩小, 2015年中国引文数量是英国的81.7%, 2016年该数值上升至91.9% (见附表4) 。
从各个学科获得的引文数量来看:2016年, 中国在化学、材料工程、物理与天文科学获得的SCI引文量最多, 分别为137.1万次、67.7万次和60.7万次。与论文产出规模的表现类似, 以美国为代表的科技强国在生命科学领域的影响力规模大于其他学科, 例如:美国2016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423.2万次, 383.2万次和236.0万次 (见附表4) 。
图4列出了2016年科技强国与新兴科技国家各学科引文的世界份额。世界份额可以规避学科间的引文特征不同导致的体量差异, 有利于横向对比不同学科的影响力规模。图4数据表明, 中国的引文世界份额在不同学科上的表现与论文相类似: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相应学科中相对较低。其中, 纳米技术的引文份额最高, 达到29.7%, 健康医学的引文份额最低, 仅为3.2%。美国在医学、生物学、地球科学、数学、物理与天文领域的引文世界份额接近或超过了40%, 说明美国上述学科SCI论文的学术影响力具有显著优势 (见图4) 。
图3 2016年科技强国与新兴科技国家22个学科论文的世界份额 (%) (组图)
注:图中数字所代表的学科见表3。
表3 图3中数字序号所对应学科
2016年中国的重要成果主要来自工程领域;生命科学领域是中国重要成果产出的薄弱学科。美国重要成果的学科分布呈现出与中国相反的特点。
附表6列出了2016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, 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其各学科之首。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。
图5以美国为对比国家, 显示了中、美两国2016年22个学科重要成果的世界份额。观察图5可以发现:中国在环境生物技术、机械工程、化学工程等学科位列中国各学科重要成果份额的前列, 在工程相关学科的世界份额都在20%以上, 整体排名较之我国其他学科靠前;而在临床医学、健康医学、基础医学、生物学等生命科学领域学科的世界份额均低于4%。整体来看, 2016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明显、生命科学领域相对薄弱的分布特征 (见图5) 。
美国2016年重要成果世界份额的学科分布呈现出与中国互补的特征。美国在临床医学、健康医学、基础医学、生物学等学科的重要成果世界份额接近或超过50%, 相当于中国份额的10余倍。与该国其他学科 (除综合性期刊) 相比, 生命科学领域的3个学科包揽了重要成果世界份额的前3名。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, 相应学科的世界份额大多低于20% (见图5) 。
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