从二维视角对比金砖四国科研产出规模以及国际影响力
2015-03-22
金砖四国(BRICs)是美国高盛证券公司董事长兼首席经济学家吉姆·奥尼尔2001年提出的概念[1]。金砖四国是指巴西(Brazil)、俄罗斯(Russia)、印度 (India) 和中国(China)四国,BRICs由四国英文名称的首字母组合而成。由于该词与Brick发音类似,被称为“金砖四国”。金砖四国都是巨大的经济体,并具有成为富裕经济体的潜力,特别是在全球经济和科学研究版图中影响力快速增长,因而成为国际的焦点。
大量研究表明,科学研究与经济增长具有明显的相关性[2-3]。金砖四国的GDP越是快速增长,可用于研发投入的资金量就越大,从而能大大提升国家的创新竞争力,促进经济持续增长。科学研究是一个国家知识经济的重要组成部分,科技论文是科学研究的主要产出形式,论文数量体现了一个国家持续性科研战略投资的产出和成果。根据汤森路透的统计数据,《科学引文索引》(WOS)数据库收录的论文中,1973年67%的论文来自G7国家,而2011年这个比例下降至50%,这种变化的推动主要来源于金砖国家[4]。高小强等从论文数量、总被引频次、篇均被引频次方面对金砖四国基础研究的产出规模和影响力进行了分析[5]。张洋等对金砖四国发表的SCI论文数量进行了分析[6],但是未对论文的被引频次、篇均被引频次进行分析。张永凯[7]认为,金砖国家研发创新能力悬殊,不过在科技政策的激励下研发创新能力提升的速度很快。虽然金砖国家科研水平已经受到国内外的关注,但这些研究仅局限于对各国科研论文产出数量、科技创新能力、激励政策、金砖国家科研合作模式及平台构建方面,有关金砖四国的论文质量和学科分布情况的研究尚少。由于一个国家的学科结构受文化、政治、历史、地理等因素的影响较大,并且决定了资金和资源在学科间的分布,影响该国的科技发展,因此了解一个国家的学科结构很有必要。
本文从基本科学指标(Essential Science IndicatorsSM,ESI)数据库中收集金砖四国22个学科的论文数据,引入并计算金砖四国的科研论文相对产出指标(Relative Publication Index,RPI)和相对引文影响指标(Relative Citation Impact,RCI)[8-9],分析不同学科间论文产出和引文影响的分布差异,并测度学科专业化指标(Disciplinary specialization index,DSI)和标准引文影响(Normalized citation impact,NCI)指标,构建“学科专业化-标准引文影响”二维分析框架,分析各国各学科在全球领域的相对位置,以期对有关部门制定科技发展政策、调整学科结构布局起到一定的参考作用。
1 数据来源与方法
本文以ESI数据库为数据来源。ESI数据库是WOS数据库于2001年推出的基于SCIE与SSCI收录的全球大约11 400种科技期刊的1 000多万条文献而建立的计量分析数据库。该数据库每两个月更新一次,从论文数量、总被引频次、篇均被引频次等方面分别对科学家、研究机构、国家或地区和期刊进行分析。
ESI数据库有Citation Ranking(引用排行)、Most Cited Paper(最高被引论文)、Citation Analysis(引文分析)和Science Commentary(科学评论)4个模块,ESI数据库将所收录论文划分22个大的学科领域。本文通过引用排行模块下的国家/地区模块,统计全球以及金砖国家2004年1月1日至2014年6月30日期间在22个学科领域发表论文的情况(数据更新时间为2014年9月12日),主要统计论文数量和总被引频次以及篇均被引频次指标。在此基础上,计算相对产出指标(RPI)、相对引文影响指标(RCI)、分析金砖四国22个学科领域论文产出情况。考虑到学科差异,采用学科专业化指标(DSI)和标准引文影响指标(NCI)从国家整体层面分析金砖国家科研论文产出情况[8-9]。
2 结果与分析
2.1 金砖四国科研论文产出的基本数据
论文数量在一定程度上可以反映一个国家的科研产出能力。金砖四国近10年发表论文被ESI数据库收录情况见表1。从发文数量上来看,中国(未包括中国台湾地区)论文数量占全世界论文总数的8.9%,居全世界第二位,仅次于美国,印度、巴西和俄罗斯分别位居第10,14和15位。与论文数量排名相比,中国科研论文总被引频次退居全球第4位,印度、巴西和俄罗斯总被引的排名也都相应后退若干名。
总体上看,在ESI数据库收录的156个国家和地区中,金砖四国的排名还是比较靠前的,中国引领了其他三国,俄罗斯受剧烈政治动荡的影响,科学研究相对落后。金砖四国的篇均被引频次差异不大,但均明显低于世界平均水平。
表1 金砖四国科研论文产出情况
2.2 金砖四国各学科科研论文相对产出及影响比较分析
2.2.1 相对产出指标(RPI)
本文采用相对产出指标(RPI)分析各国不同学科领域的科研产出能力。RPI表示某一国家在某一学科领域发表论文数量百分比与世界水平的比值。相对产出指标(RPI)= (一个国家某学科领域论文产出总数量/该国所有学科领域论文数量)/(全世界所有国家在该学科领域发表的论文数量/全世界论文总数)。如果RPI高于1,表示该国在某一学科领域发表论文数量高于世界平均水平,反之则表示该国在某一学科领域发表论文数量低于世界平均水平;若RPI等于1,则与世界水平相当。金砖四国22个学科科研论文相对产出指标(RPI)见图1。
图1 金砖四国22个学科领域的相对产出指标(RPI)
从图1可以看出,金砖四国22个学科领域的科研论文产出呈非均衡态势。巴西农业科学的相对产出指标最高(3.98),下面依次是俄罗斯的物理学(2.80)、中国的材料科学(2.30)。金砖四国各有一些优势学科,相对产出指标高出或相当于世界平均水平(表1)。巴西优势学科领域与其他三国差别较大,巴西的农业科学、微生物学、植物学与动物学、药理学与毒理学居领先地位,而中国、印度、俄罗斯的优势学科为物理学、化学、工程学、材料科学。
从整体上看,金砖四国在材料科学、工程学、化学、数学、物理学、农业科学、药理学与毒理学、微生物学等8个领域有一定优势,至少有2个国家在这些领域的相对产出指标不低于1。但是在其他14个学科领域,金砖四国的相对产出指标普遍低于1。尤其是经济学与商业、精神病学/心理学领域,金砖四国科研论文极少,面临着生存的危机,说明金砖四国有必要根据当前国际科技发展态势,对学科结构布局、科技资源配置做相应的调整。
2.2.2 相对引文影响指标(RCI)
被引频次可以反映出论文对后续科研工作的影响。因学科领域和积累周期不同,各学科论文被引频次差异不大,不具有可比性。因此本文采用经过归一化处理结合学科类别的相对引文影响指标(RCI)分析论文质量。相对引文影响指标(RCI)= 一个国家在某学科产出论文的篇均被引频次/全世界所有国家在该学科领域产出论文的篇均被引频次。RCI考虑了某国某学科领域的论文篇均被引频次在世界平均水平中的分布。若RCI高于l,表示某国在某一学科领域发表论文的质量高于世界平均水平,反之表示某国在某一学科领域发表论文的质量低于世界平均水平;若RCI等于1,表示两者水平相当。金砖四国22个学科的相对引文影响指标(RCI)见图2。
图2金砖四国22个学科领域的相对引文影响指标(RCI)
由图2可知,金砖四国RCI和RPI呈现不一样的布局。如巴西的农业科学RPI值在本国22个学科领域中最高,但是RCI值却位居倒数第二位;中国的材料科学RPI值在本国22个学科领域中最高,RCI值仅排在第六位。通过RPI值和RCI值的对比发现,科研论文产出并不能反映科研论文质量。金砖四国在22个学科领域的RCI值均低于1,说明金砖四国在22个学科领域所发论文的质量均低于世界平均水平,只有印度在工程学领域(0.91)、中国在数学领域(0.90)、俄罗斯在多学科科学领域(0.89)的影响力接近世界水平。
2.3 考虑学科差异的金砖四国科研论文产出评价
学科专业化指标可用洛伦茨曲线表示[10]。洛伦茨曲线、基尼系数是经济领域的概念,常用来衡量一个国家收入分配不均等程度,也被用来研究科研产出不均衡状态[11-12]。数据分布越是趋向平等,洛伦茨曲线的弧度越小,基尼系数也越小,表明这个国家学科结构的偏振性较弱,均衡性高,反之则表明国家学科结构越趋于不均衡。但一个国家学科结构的均衡性会因为发展水平与所处阶段不同而不同。一般而言,科学水平越高,各学科的发展水平越相近,学科结构的均衡程度也越高。
图3为金砖四国科研论文产出在22个学科间分布的洛伦茨曲线,横坐标为累计学科数量比值,纵坐标为累计RPI比值。
图3金砖四国科研论文产出在22个学科间分布的洛伦茨曲线
从图3可以看出,俄罗斯论文的洛伦茨曲线弧度最大,基尼系数最大,学科结构较其他国家更不均衡,其他三国洛伦茨曲线弧度差异不大。金砖四国均为新兴的科技国家,学科间发展水平不同,学科结构的均衡性不高。为了进一步衡量金砖四国学科结构的均衡程度,我们借助基尼系数的计算方法对学科专业化指标进行了测度。
学科专业化指标(DSI)是指一个国家论文产出数量在不同学科领域的分布特征(考虑到全世界所有论文产出在学科之间分布结构因素下),对学科专业化指标的测度借鉴基尼系数计算方法,公式如下:
Wj:第1-j个学科RPI值之和占22个学科RPI总和的比例(RPI按照从小到大的顺序排列后计算),n为学科数量(n=22)。
DSI值的范围为0-1,可划分为5级。DSI<0.2表示学科专业化程度非常低,0.2<=DSI<0.4表示学科专业化程度低,0.4<=DSI<0.6,表示学科专业化程度一般,0.6<=DSI<0.8,表示学科专业化程度高,DSI>=0.8表示学科专业化程度非常高。DSI为0说明某国的科研论文产出在22个学科间的分布结构和全世界所有国家结构一致,DSI为l说明某国全部科研产出都集中于一种学科领域。
标准引文影响指标(NCI)是考虑了不同学科被引频次差异性的某国科研论文的总体质量情况,表示某国实际引文水平和世界平均引文水平的比值[13]。标准引文影响指标(NCI)是一个国家22个学科领域发表论文的总被引频次与各国全部学科平均总被引频次比值,计算公式如下:
其中C表示论文被引频次,j表示学科,n为学科数量,P表示论文数量,W表示全世界。
NCI=1表示这个国家的NCI指标值和世界平均引文水平相当, NCI值高于1说明该国科研论文总体质量高于世界平均水平。
图4为考虑了学科差异的金砖四国的DSI和NCI测度结果。横轴、纵轴分别代表DSI、NCI,气泡大小代表该国发表论文数量的多少。根据图4中气泡聚集的特点可以初步将四国细分为两个集团:中国、巴西、印度为一个集团,其DSI指标在0.2-0.4之间,学科专业化程度低,其NCI指标分别为0.66、0.57、0.58,均小于1,科研论文整体质量低于世界平均水平。俄罗斯为另一个集团,DSI指标在0.6-0.8之间,学科专业化程度一般;NCI仅为0.45,科研论文整体质量低于世界平均水平,也低于其他金砖三国。这和图3中俄罗斯论文的洛伦茨曲线所表现出的弧度最大,学科结构较其他三国更不均衡的结论一致。
进一步分析DSI和NCI发现,我国DSI为0.32,NCI为0.66,学科专业化程度低,科研论文整体质量最高。相较于其他三国,俄罗斯调整学科结构布局和提升论文总体质量的需求更迫切。
图4金砖四国的DSI和NCI指标测度结果
3 讨论
本文以ESI数据库作为数据检索来源,从科研论文产出水平、学科相对产出指标和相对引文影响指标方面比较分析了金砖四国科研论文产出情况。第一,金砖四国科研论文产出水平较高,但在22个学科之间分布呈现非均衡态势。巴西的农业科学、植物学与动物学,俄罗斯的物理学和地学,中国的材料科学为金砖四国中相对产出指标(RPI)最高,但在精神病学/心理学、经济学与商业领域的产出普遍不高,金砖四国可以基于以上数据对学科结构进行调整。第二,金砖四国22个学科的相对引文影响指标(RCI)均低于世界平均水平,而且与对应的相对产出指标并无直接关系,又一次验证了论文数量和质量没有必然和直接的联系。第三,进行学科专业化指标(DSI)和标准引文影响指标(NCI)测度后发现,中国、巴西、印度的学科专业化程度低,俄罗斯学科专业化程度略高,但标准引文影响指标(NCI)均低于1,说明金砖四国科研论文整体质量低于世界平均水平。如果论文只有数的增长而无质的提高,这样的成果没有任何积极意义[14]。相较于其他三国而言,俄罗斯对加大科研投入、调整学科结构布局和提升论文总体质量的需求更迫切。金砖国家应及时报道统计分析的数据,提高科研体制效率,政策制定者更应该做出战略性部署,以便能够提高科研竞争力和创造力。
基于以上分析和结论,对金砖四国基础研究提出以下建议。一是对基础研究领域继续加大经费投入。金砖四国科研论文产出总量较大,特别是中国的科研论文总数已经跃居世界第二,仅次于美国,但与G7国家差距仍很大,因此应继续增加在基础研究领域的经费投入。二是兼顾论文数量和论文质量。世界主要国家的标准引文影响指标(NCI)为1.2,金砖四国要想达到这一水平还任重道远,决策者应调控以数量增长向质量提升过渡,强调“质”的激励。三是调整并优化学科结构布局。金砖四国的优势学科各异,学科均衡性不同,与美国等发达国家比较,金砖四国的学科结构布局还有一定的差异。一般情况下为帮助本国快速发展,各国都会先重点扶持部分学科重点发展,因此出现各学科发展水平不均衡。对于某些国家来说,学科偏振性较强或者过于均衡都是不合理的,必须要综合考虑全球科技发展势态与国家战略性需求,优先考虑较薄弱学科,同时要避免学科偏振性较强或者过于均衡。四是积极推进金砖国家科技合作的机制建设。金砖四国之间的科技合作已有一些基础,且科技资源存在互补的优势,但是还缺少多边合作、协调机制、信息平台等,需要构建科技合作平台。中国更应该把握在金砖国家科技合作中的战略地位,积极完善创新环境和合作机制。
4 结束语
本文分析主要基于ESI 数据库,对一些应用性强的工科领域反映不够。本文研究方法及所得出的结论有利于认清金砖四国尤其是我国在世界科学研究领域中的位置,无论是对微观上的科学研究还是宏观上的科技政策制定都有重要的作用。