基于QS和ARWU排名体系的我国工科大学与世界一流大学的差距分析

□王兆旭薛惠锋

[1. 西北工业大学 西安 710072；2. 中国航天系统科学与工程研究院 北京 100048]

基于QS和ARWU排名体系的我国工科大学与世界一流大学的差距分析

□王兆旭1薛惠锋2

[1. 西北工业大学 西安 710072；2. 中国航天系统科学与工程研究院 北京 100048]

通过分析我国工科大学的发展现状，采用基于类平均的聚类分析算法，分别对QS和ARWU中的大学进行聚类分析，并划分出我国工科大学所在的类，进一步比较发现我国工科大学在学术评价、雇主评价、师均引用率、师生比和国际学生比例、PUB（被科学引文索引和社会科学引文索引收录的论文数）、N & S（在《自然》和《科学》上发表论文的折合数）、HiCi（各学科领域被引用次数最高的科学家数）和PCP（上述五项指标得分的平均值）上，与世界一流大学相比存在的差距，指出了我国工科大学的建设方向。

QS；ARWU；一流大学；聚类分析

一、概述

我国高等教育体制是在1952年按照苏联模式对全国高校进行院系调整之后建立起来的，1978年以后，大学逐渐向科学研究、综合性方向发展，出现以工科见长的综合性大学。进入上世纪九十年代后，为构建科学化、体系化的大学教育体系，按照建设目标和水平对大学进行分类，按照“世界一流”“国内一流”“985工程”“211工程”“重点”“一般”6类对大学进行层次分类。

世界一流大学是一个国家的科技和社会生产力发展到一定程度的产物，学科建设是大学发展的平台，是大学人才培养、科学研究和社会服务三大社会功能的基础。当今时代，任何重大工程、社会问题的解决，都离不开社会科学与自然科学、基础科学与应用科学的协同作战。因此，基础学科的建设成为任何一所世界一流大学，当然也包括理工科大学学科建设必不可少的内容。

较具科学性的观点是：“世界一流”大学就是对人类社会做出了重大贡献，并得到国际社会公认的高水平大学。以此类推，“国内一流”大学的概念应该是：对中国社会经济的发展做出了重大贡献，并得到全国普遍公认的高水平大学。在我国“985工程”中的工科大学不仅担负着建设“国内一流”，力争“世界一流”大学的重任，在产业结构转型和经济建设中也发挥着重要作用。

为构建科学、客观的高校评价标准，找到高校争先创优的差距，本文分别以评价体系科学规范，结果客观全面世界认可度较大的QS（Quacquarelli Symonds World University Rankings）和ARWU（Academic Ranking of World Universities）中的大学作为研究对象，采用基于类平均的聚类分析算法，对相关大学进行分类，进一步比较我国工科大学在同类大学中的优势和劣势，以及与世界一流大学在各方面指标上的差距，为我国工科大学的发展建设提供参考和借鉴。

二、基于类平均的聚类分析算法

聚类分析（cluster analysis）是一组将研究对象分为相对同质的类（或群组）的统计分析技术。目标就是在相似的基础上收集数据来分类，在分类的过程中，不必事先给出一个分类的标准，聚类分析能够从样本数据出发，自动进行分类。而且聚类能够作为一个独立的工具获得数据的分布状况，观察每一类数据的特征，集中对特定的类集合作进一步地分析。采用此方法可以对我国985工科大学进行相应分类，以便找到相同类的共性特征。

系统聚类法是常用的一种聚类分析方法，其基本原理是：首先将每个样品各视为一类，定义类与类之间的距离，将距离最短的两类合并称为一个新类；在计算新类与其它类之间的距离，将距离最短的两类再合并为一个新类。如此循环下去，直到所有样品全部合并为一个大类为止。最后，在根据事先给定的分类临界值与类间距进行比较，确定分类结果。

Gs与Gt是两个类，类Gs与Gt之间的距离：

新类递推公式：

本文的分析中，指标个数为1，以总分为指标（总分是各因素的加权和），样品个数由排名中大学数来确定。

三、QS排名中我国工科大学的差距分析

QS排名采用六个因素的指标来衡量世界各大学水平，这六个指标分别是：学术评价、雇主评价、师生比、师均引用率、国际学生比例和国际教师比例。各因素在总分中所占比例分别是：40%、10%、20%、20%、5%和5%。下面将针对QS在2014年发布的世界前500名大学的排名结果进行研究，首先，根据世界前500名大学的得分，采用类平均的聚类法进行分类；然后，根据类间距离门限值并结合实际情况，确定分类组数；最后，统计出各类的分数区间以及我国985工科大学所属的分类。

（一）QS排名结果中世界大学的聚类分析

如表1所示，我国985工科大学在QS排名中共有7所985工科大学进入前500名，其中清华大学和中国科学技术大学排名在前200；同济大学和东北大学排名在前400；北京航空航天大学、哈尔滨工业大学和华中科技大学排名在第400～500名间。

表1 2014年QS排名中我国985理工科院校情况统计

对2014年QS排名进行分析后的结果如表2所示。

表2 QS排名中的聚类分析结果以及我国985工科大学的分类情况

根据各高校的总分得分情况，取类间距门限值为10.0时，可将参与排名高校分为五类。第一类至第五类的分数段由高到低排列，即第一类高校实力最强，第二类次之，以此类推，第五类内的高校实力最弱。我国985工科大学分类的结果中，除了清华大学进入第二类、中国科学技术大学进入第三类外，其它工科大学都分布在第五类，可是，我国工科大学水平差距较大，没有形成梯队式发展状况。

如图1所示，QS排名前500名高校的总分分布情况，总分呈“金字塔”式分布，分数越高的大学总数越少。分数大于45时，随着总分数的增大，高校数量近似呈现线性下降；分数小于45分，随着总分数的增大，高校数量近似呈现指数级的下降。总分在45分以下的约有200所高校，70分以上的约有100所高校。

图1 QS排名中高校总分的分布情况

（二）我国985工科大学与QS排名结果的分类对比

根据以上QS排名中的大学分类，进一步比较我国工科大学与各类大学在六个影响因素上的差距。采用六边形分别代表六个影响因素，六边形中心位置代表得分为0，中心向外得分线性增大，虚线顶端代表满分100，则六边形合围的面积越大，代表高校的实力越强，发展也越均衡。

如图2所示，对比各类高校在六个因素方面的差距情况。从图中可以看出，第一类、第二类和第三类大学在六个因素上都拉开了差距；第四类和第五类仅在学术评价、雇主评价、师生比和师均引用率上存在明显差距，第四类和第五类在国际学生比例和国际教师比例上难以区分高低。从对比结果可知，处于第五类高校要想迈上新的台阶，需要在学术评价、师均引用率、雇主评价和师生比等四个因素方面多投入精力；当进入第四类后，要想发展再上台阶，需要在六个因素上全面发力，争取进入更高的一类高校行列。

图2 QS高校分类中各因素平均得分对比情况

如图3所示，分析我国985工科大学平均水平在分类中的位置以及与一流大学的差距。我国985工科大学的平均水平在雇主评价和师生比上达到了第三类的平均水平；在学术评价和师均引用率上接近第四类的平均水平；在国际教师比例和国际学生比例上均落后于第五类大学的平均水平。由此可见，国际化办学水平是我国985工科大学的短板。

图3 我国985工科大学平均水平在QS分类中各因素对比情况

如图4所示，清华大学与第一类、第二类大学的对比情况。从图中可以看出，清华大学在学术评价、雇主评价和师生比等三个方面达到了第一类大学要求。从之前的分类结果可知，清华大学属于第二类，但在师均引用率、国际学生比例和国际教师比例上却并未达到第二类大学的平均水平。因此，清华大学如果能够采取措施，更多地引进外国高水平师资来校任教，吸引更多国外留学生前来学习，不仅能够提高国际教师和学生比例，而且对于师均引用率的提升也会产生积极影响。另外，还应进一步鼓励本校在职教师发表更多高水平的学术论文。

图4 清华大学在QS分类中各因素对比情况

如图5所示，中国科学技术大学与第二类、第三类大学的对比情况。从图中可以看出，中国科学技术大学在师均引用率和师生比两个方面达到或接近第二类平均水平。从之前的分类结果可知，中国科学技术大学属于第三类，但在国际学生比例和国际教师比例上没有达到第三类大学的平均水平，差距非常大。因此，中国科学技术大学如果能更多地引进国外高水平学者来校任教，吸引更多国外留学生前来学习，必将推动大学整体水平的提高。同时继续保持师均引用率、学术评价和雇主评价等方面的发展优势。

图5 中国科学技术大学在QS分类中各因素对比情况

如图6所示，同济大学与第四类、第五类大学的对比情况。从图中可以看出，同济大学在雇主评价方面达到第四类大学的平均水平，在学术评价和师生比两个方面与第五类大学平均水平相当。从之前的分类结果可知，同济大学属于第五类，但在师均引用率、国际学生比例和国际教师比例上没有达到第五类大学的平均水平且差距较大。因此，同济大学如果能更多地引进国外高水平学者来校任教，吸引更多国外留学生前来学习，不仅能够提高国际教师和学生比例，而且对于师均引用率也会产生积极的推动作用。同时鼓励本校在职教师发表高水平学术论文以提高师均引用率。

图6 同济大学在QS分类中各因素对比情况

如图7所示，东北大学与第四类、第五类大学的对比情况。从图中可以看出，东北大学在师均引用率和国际学生比例方面超过了第五类大学的平均水平，在雇主评价和师生比两个方面接近第五类大学平均水平。从之前的分类结果可知，东北大学属于第五类，但在学术评价、国际教师比例、雇主评价和师生比四个方面都没有达到第五类大学的平均水平，在学术评价和国际教师比例方面差距较大。因此，东北大学如果能够更多地引进国外高水平学者来校任教，同时提高学术影响力，才能巩固在第五类大学中的排名。此外，师生比低于第五类平均水平也从侧面提醒需要适度扩大教师规模或者控制招生规模。

图7 东北大学在QS分类中各因素对比情况

由以上对比分析可知，我国985工科大学与QS大学分类相比，共同的短板是国际教师比例均低于国际同类高校；与世界一流大学相比，在学术评价、雇主评价、师均引用率、师生比和国际学生比例上大都在不同方面存在一定的差距，各工科大学需要根据自身情况制定不同的发展策略，以提高各自学校的综合办学水平。

四、ARWU排名中我国工科大学差距分析

ARWU排名采用六个指标来衡量世界各大学水平，这六个指标分别是：Alumni（诺贝尔奖和菲尔兹奖的校友折合数）、Award（获诺贝尔奖和菲尔兹奖的教师折合数）、HiCi（各学科领域被引用次数最高的科学家数）、N&S（在《自然》和《科学》上发表论文的折合数）、PUB（被科学引文索引和社会科学引文索引收录的论文数）、PCP（上述五项指标得分的师均值）。各因素在总分中所占比例分别是：10%、20%、20%、20%、20%和10%。

下面针对ARWU在2014年发布的世界前500名大学的排名结果进行研究，首先，根据世界前500名大学的得分，采用类平均的聚类法进行分类；然后，根据类间距离门限值并结合实际情况，确定分类组数；最后，统计出各类的分数区间以及我国985工科大学所属的分类。

（一）ARWU排名结果中世界大学的聚类分析

如表3所示，我国共有10所985工科大学进入ARWU排名前500名，其中清华大学和中国科学技术大学排名在前200名；哈尔滨工业大学、华中科技大学和东北大学排名在前300名；北京航空航天大学、大连理工大学和同济大学排名在第300～400名间；天津大学排名在第400～500名间。

表3 2014年ARWU排名中我国985工科院校情况统计

如图8所示，给出了ARWU排名前500名高校的总分分布情况，从该图中直观看出，总分分布总体呈现指数型分布，总分大于70分的高校数量非常少且75～90分区间高校数量为0，出现了断层。可见以ARWU标准划分的高校总分“贫富差距较大”，处于金字塔尖的高校非常少。分数在10～30区间，随着总分数的增大，高校数量近似呈现指数级的急剧下降。总分在40分以上的高校少于50所，30分以下的约有400所高校。

图8 ARWU排名中高校总分的分布情况

如表4所示，对2014年ARWU排名进行分析。根据各高校的总分得分情况，取类间距门限值为10.0时，可分为五类，此时最小类间距为11.8975。第一类至第五类分别代表分数段由高到低的组合，即第一类高校实力最强，第二类次之，以此类推，第五类内的高校实力最弱。从表中可以看出，前10名的高校都在第一类、第二类和第三类；第12～43名的高校集中分布在第四类；后455名的高校集中在第五类。我国985工科大学都分布在第五类。在ARWU排名中，我国工科大学普遍得分较低。同时，第一类～第四类中的高校均在前50名，可以看成都是世界一流大学。从QS和ARWU的分类结果也可以看出，ARWU排名对于第100～400名高校的差异化不敏感。

（二）我国985工科大学与ARWU排名结果的分类对比

根据上述对ARWU排名结果中的大学分类，进一步比较我国工科大学在六个影响因素上的差距。同样采用六边形分别代表六个影响因素，六边形中心位置代表得分为0，中心向外得分线性增大，虚线顶端代表满分100，则六边形合围的面积越大，代表高校的实力越强，发展也越均衡。

如图9所示，ARWU分类结果中各类高校分别取平均后的六因素得分情况。从图中可以看出，第一类、第二类、第四类和第五类在六个因素上都拉开了差距；第三类和第四类在PUB上没有差距。从结果对比可知，处于第五类高校要想迈上新的台阶，需要在六个因素的各个方面增强关注度；当进入第四类后，要想发展再上台阶，需要在PCP、Alumni、Award、HiCi和N&S方面发展，不断进入更高的一类高校中。

如图10所示，我国985工科大学平均水平在分类中的位置以及与一流大学的差距所在。我国985工科大学的平均水平在PCP、Alumni、Award、HiCi和N&S等五个方面接近第五类的平均水平；在PUB上超过第五类的平均水平，这也是近年来国内高校注重发表论文数量的成果体现。显然，与诺贝尔奖和菲尔兹奖相关的Alumni和Award是我国985工科大学的一个短板，大部分还没有实现零的突破。

表4 ARWU排名中的聚类分析结果以及我国985工科大学的分类情况

图9 ARWU高校分类中各因素平均得分对比情况

图10 我国985工科大学平均水平在ARWU分类中各因素对比情况

如图11所示，清华大学与ARWU第四类、第五类大学的对比情况。从图中可以看出，清华大学在PUB、N&S和Alumni等三个方面超过了第五类要求，特别是PUB达到了第四类的平均水平；在PCP和HiCi两个方面达到了第五类的平均水平；在Award上远低于第五类平均水平。从之前的分类结果可知，清华大学属于第五类。因此，若想在ARWU排名中迅速提升，清华大学需要在诺贝尔奖和菲尔兹奖上有所突破，同时也应注重高被引论文的发表（HiCi）和师均引用率的提高（PCP）。

如图12所示，中国科学技术大学与ARWU第四类、第五类大学的对比情况。从图中可以看出，中国科学技术大学在PCP、PUB、N&S和HiCi等四个方面均达到并超过了第五类平均水平。从之前的分类结果可知，中国科学技术大学属于第五类，但在与诺贝尔奖和菲尔兹奖相关的Alumni和Award上得分为0，低于同类大学的平均水平。因此，中国科学技术大学如果能在诺贝尔奖和菲尔兹奖上有所突破，必将使其在ARWU的排名显著提高。同时继续保持六个因素的发展，才能进入世界一流大学行列。

图11 清华大学在ARWU分类中各因素对比情况

图12 中国科技大学在ARWU分类中各因素对比情况

五、结论

从QS和ARWU排名高校的分类结果以及我国985工科大学分类对比的结果来看，我国工科大学整体与世界一流大学的标准存在着较大的差距，只是清华大学和中国科学技术大学等少数高校相应稍好一些。总体来看，我国工科大学在迈向世界一流大学过程中，首先需要在国际化办学（如国际化教师和学生比例），高质量研究成果（如获诺贝尔和菲尔兹等大奖）等方面补齐短板，在各方面因素都达到同类大学的平均水平之后，仍然需要在科研（如高被引论文数量、学术评价等）和教学（师生比、雇主评价等）继续保持优势，这样才有利于高效、迅速地步入世界一流大学的行列。

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Analysis on the Gap Between Chinese Technological Universities and the World First-Class Universities Based on the QS and ARWU Ranking System

WANG Zhao-xu1XUE Hui-feng2
(1. Northwest Polytechnical University Xian 710072 China; 2. China Aerospace Academy of Systems Science and Engineering Beijing 100048 China)

Through the analysis of the current development of Chinese technological universities, we focus on the universities ranked in QS and ARWU respectively by clustering algorithm based on the cluster analysis and divide their class, further find out the gap between Chinese technological universities and the world first-class universities from aspects namely academic evaluation, employer evaluation, citations per faculty, student-to-faculty ratio, international student ratio, PUB (papers indexed in major citation indices), N&S (Nature and Science), HiCi(highly cited researchers) and PCP (per capita academic performance), fianlly point out the construction direction of Chinese technological universities.

QS; ARWU; first-class university; cluster analysis

G64

A

10.14071/j.1008-8105(2017)04-0106-07

编 辑 张莉

2016 - 10 - 27

王兆旭（1981- ）男，博士，西安工业大学信息化建设办公室主任；薛惠锋（1964- ）男，教授，中国航天系统科学与工程研究院院长.