基于学科前沿性视角的科研机构评测研究与实证

周群 韩涛 左文革 陈仕吉

〔摘 要〕机构学科前沿性评测能够为科技管理部门明确学科发展重点，制定学科发展规划和科技发展政策提供借鉴和参考。基于ESI Research Fronts中学科研究前沿的共被引关系，构建研究前沿的共被引矩阵，利用VOSviewer生成学科研究前沿的全局知识图谱，分别计算并可视化机构在各前沿领域中的前沿表现度和前沿关注度。最后，以中国农业大学为例进行实证分析。揭示了机构学科研究前沿的知识结构和研究布局，从研究领域的层次上更为精细地评测机构的学术影响力，为机构的学科发展规划和科技政策提供更有效的支持。

〔关键词〕学科前沿性；ESI；机构评测；表现度；关注度

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2018.04.009

〔中图分类号〕G311 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1008-0821（2018）04-0065-06

〔Abstract〕Evaluate the discipline frontier of institution based on the frontier performance and attention，which could provide reference to clear the focus of institutional development，enact discipline development plan and science and technology development policies for scientific administrative department.First，the paper built the co-citation matrix of research fronts according to the co-citation relations of research fronts of Agricultural Science，and generated global knowledge map of research fronts by VOSviewer；Secondly，the performance and attention of research fronts were calculated respectively.Finally，it took the global knowledge map as a base map，and highlighted the relevant research fronts based on the performance and attention of research fronts.It revealed the knowledge structure and research distribution of the institutional discipline，and evaluated the academic influence of the institutions on the research level，which provided more effective support for the institutional development planning and science and technology policies.

〔Key words〕research front；ESI；Institutional evaluation；performance；attention

科研機构评测作为机构科研管理和绩效管理的重要工具和手段，对于优化科研资源配置，提高科研管理水平，促进科研机构的持续健康发展具有重大意义。在科学计量学领域，机构评测或机构科研绩效评价一般都是在机构科研产出基础上计算相关文献计量指标来进行。随着学术资源日益丰富和科学研究的不断演化，传统文献计量在机构评测中的局限日益突显，科研管理者和政策制定者需要掌握科研进展和动态，以有限的资源来支持和推动科学进步。因此，洞悉机构所属学科的知识结构及发展动态，追踪科学研究发展现状和研究前沿，进而识别具有发展前景的研究主题，成为当前科研机构发展和研究规划中的迫切要求，并在科技政策的制定和科研部署中提供更加全面的决策依据和参考。

研究前沿（Research Fronts）是研究规划研究中的核心问题，在国家或机构层面识别研究前沿的分布和结构布局，有利于科研决策者进行及时有效的前瞻性战略预测、规划和部署。近年来，研究前沿相关的研究成果丰富，其概念界定、相关理论研究、识别方法和应用方面，都受到研究人员的高度关注。其中，基于高被引论文的识别方法最早应用于研究前沿的识别与探测，1965年，Price[1]提出以高被引论文集（近期发表且被频繁引用的文献集合）表征研究前沿，随后，Small[2-3]提出利用共被引现象分析高被引论文及其引文网络，并识别和预测该领域的活跃研究主题或趋势，展现研究领域结构。他将研究前沿表述为共被引文献簇，并以此建立了ESI数据库中的Research Fronts，即在近5年的高被引论文基础上基于文献共被引聚类形成的一系列关于不同研究主题的核心论文分组，用以描述相应学科（专业）领域的学术研究前沿或学术发展趋势。近几年来，中国科学院基于ESI Research Fronts连续推出《研究前沿》系列报告，每年遴选自然科学和社会科学10个大学科领域排名最前的100个热点前沿和若干个新兴前沿，并在国家层面上比较分析了研究前沿的分布情况，进而判断国家在不同强度层次上的基础贡献实力和潜在发展水平[4]。

高被引论文在一定程度上代表了学科的研究进展，能够较为客观的反映研究实体（国家、机构或个人）的学术水平和学术影响力，在科研评价研究和机构学术排行榜中应用广泛。2007年，邱均平等基于ESI高被引论文数的指标体系衡量高校的科研影响力和竞争力[5]，随后，许多学者利用引文分析工具对高被引论文进行统计分析，并以此对国家[6]、机构[7-9]和学科[10]的学术影响力或发展态势进行计量分析。此外，很多研究机构或新闻媒体推出的学术影响力排行榜也都将高被引论文（如高被引作者数量或top10%论文比例等）作为一个重要的学术影响力衡量指标，如莱顿大学排行榜[11]、USnews世界最佳大学排名[12]和上海交通大学的世界大学学术排名[13]等。但上述研究和计量指标大多是从期刊、机构、作者等文献的外部特征入手，较少深入到文献的内容层面，也忽略了施引文献，无法更深层次挖掘不同学科的前沿结构特征及其发展的推动力。研究前沿的表征应该同时包含两个组成部分，一部分是通过共被引找到的高被引论文，这些论文代表了该领域的奠基工作；另外一部分就是对这些高被引论文进行引用的施引论文，它们中最新发表的论文反映了该领域的新进展。正是这些施引论文通过共被引才决定了核心论文的对应关系，并赋予研究前沿以意义[14]。

因此，为了制定客观可靠的研究规划，我们需要更微观的研究领域分布模型及相应研究方法，从而能够更准确把当前科学研究的现状，并进一步为促进科研机构学科结构优化提供针对性的建议，以供决策部门学习、借鉴和吸收这些学科结构模式中的积极要素。本文提出一种基于学科前沿性的科研机构评测方法，使之能够根据科研机构对研究前沿的参与和引用情况揭示机构在该研究前沿中的贡献与定位，并通过知识图谱对其内容特征进行深入挖掘，在更细粒度的研究主题层面对机构进行SWOT分析，最后以中国农业大学为例进行实证研究，验证该方法的有效性。

1 研究思路

机构学科前沿性评价实质上是尝试从一个新的角度来评价机构的研究绩效，摸清研究机构的世界定位，用国际化的视角来观察科研机构发展状况，促进科研机构的国际化，从而为科研机构的学科发展和科研规划提供建议，对促进我国科研机构的健康、快速发展具有重要的意义和现实作用。由于ESI数据库在Web of Science数据的基础上提供22个学科的研究前沿数据，因此，利用该数据库可以分析科研机构所从事的研究在全球科学研究中是否处于前沿领域（或热点领域）以及机构在这些领域的研究地位如何，同时揭示机构的研究是否存在相关的空白领域。

本文以ESI Research Fronts为基础构建学科研究前沿的同被引关系矩阵，利用VOSviewer软件及内置的BGLL算法生成学科全局知识图谱，进而分别生成机构学科前沿表现度和关注度的Overlay图谱，并分析该机构在ESI中的学科前沿性，为机构的学科前沿性评测提供借鉴和参考。本文的研究框架如图1所示。

1.1 学科前沿性

如前文所述，机构学科前沿性指科研机构在某个ESI学科所从事的研究在全球科学研究中是否处于前沿领域（或热点领域）以及机构在这些领域的研究地位如何，同时揭示机构在该学科的研究是否存在相关的空白领域。机构学科前沿性可以从机构的前沿表现度和前沿关注度两个方面来分析。前沿表現度指机构在某个学科的ESI前沿领域的论文分布情况，具体可以通过ESI研究前沿中机构所发表的论文数量来表示。机构在某些研究前沿有论文存在则表明该机构在这些前沿领域占有一席之地，也说明该机构在这些前沿领域具有一定的影响力。由于ESI研究前沿是由近5年的高被引论文形成的，各机构所占有的论文数量一般不会太多，仅靠前沿表现度来分析机构的学科前沿性可能涉及的研究前沿相对比较少。因此，更多时候我们可能还需根据前沿关注度来分析机构的学科前沿性。前沿关注度指机构对学科中前沿领域的关注程度，通过机构发表论文对前沿领域高被引论文的引用次数来测量。它不仅反映了研究人员对国际研究热点和前沿的追踪能力和关注程度，更体现了机构的研究前沿的发展潜力和布局。

因此，机构高被引论文数反映了机构在该前沿的影响力和引领作用，而机构对高被引论文的引用说明了机构的研究紧跟当前研究的步伐。如果对某个前沿领域引用次数高，则表明机构关注该前沿领域，如果引用很少甚至没有引用，则表明机构并不关心这些研究领域，或者说在这个研究领域是空白。

1.2 机构学科前沿性评测

作为知识管理和文献计量学的重要研究工具，科学知识图谱能够直观清晰地揭示学科结构和态势，使得所需要揭露的信息更容易被理解，所需要展示的知识结构表达更加清晰，在学科分析和研究前沿分析中得到越来越多的应用[15]。2010年，荷兰莱顿大学Van Eck等学者在多维尺度分析的基础上提出一种新的文献计量地图方法VOS（Visualization of Similarity），并开发了以绘制各个领域科学知识图谱的文献计量分析软件VOSviewer[16]。该软件可以根据输入的网络进行社团结构探测，以不同的颜色标识不同的社团，可用于可视化展现Research Fronts学科前沿数据的共被引聚类关系及距离的远近，生成ESI学科高被引论文的全局知识图谱。为了直观地反映机构研究在ESI各研究前沿的分布及表现，本研究在共被引知识图谱的基础上通过Overlay[17]图谱的形式可视化社团间的重叠关系以及机构的前沿表现度和关注度。Overlay图谱是建立在全局知识图谱基础上绘制研究领域局部知识图谱的一种知识图谱技术，既可以充分展示局部知识结构，又能够揭示局部知识结构在全局知识图谱中的位置和关系。机构的前沿表现度和前沿关注度的Overlay图谱生成步骤如下：1）首先把学科每个研究前沿当成一个超级文献，在此基础上计算各研究前沿的共被引关系，构建研究前沿的共被引矩阵，利用VOSviewer生成学科研究前沿的全局知识图谱。2）分别计算机构在各前沿领域的前沿表现度和前沿关注度，以全局知识图谱作为底图，根据机构前沿表现度和关注度的计算结果重点突出展示相应的研究前沿。

此外，BGLL聚类算法具有运算速度快和可处理大规模数据网络的特性，同时还具有很好的聚类效果。根据研究前沿共被引关系对研究前沿进行聚类，可以把学科的研究前沿划分成更细粒度的不同研究前沿领域，借助专家判读对其命名，并以不同的颜色（本研究采用不同灰阶的节点）来表示。VOSviewer的这项功能有利于机构学科前沿性的评测分析，对机构学科前沿性的SWOT分析如图2所示。

第一象限：优势领域，即同时具有前沿表现度和关注度，机构在该前沿领域既有高被引论文，又对该前沿保持关注和跟踪，具有显著的学术影响力和研究可持续性；

第二象限：机会领域，即没有表现度，只有关注度，表明该机构虽然还没有形成一定的影响力（高被引论文），但具有该领域的研究基础与关注度，有潜力进入第一象限成为机构优势领域；

第三象限：劣势领域，即同时没有表现度和关注度，表明机构在这些领域的研究仍属于空白，是提升机构在学科领域影响力中的短板；

第四象限：威胁领域，即只有表现度，没有关注度，表明该机构虽然具有一定的学术影响力，但后续研究缺乏持续性和关注度，可能进入第三象限，成为机构的劣势领域。

2 实证研究

2.1 ESI学科领域选择与可视化分析

本文选择ESI农业科学学科的Research Fronts数据为基础来分析该研究前沿的研究布局及结构特征，进而生成全局知识图谱，为后续的机构学科前沿性测评提供基础。研究数据采集自ESI农业科学2009年3月至2014年9月共5年6个月的高被引论文，共1 474篇。

需要注意的是，在ESI数据库中，只要包括1篇农业科学论文的研究前沿都属于农业科学研究前沿，因此，农业科学的研究前沿中的论文并不一定都属于农业科学，而对单个研究前沿来说，农业科学学科的论文数量比例越高，该研究前沿的内容与农业科学的研究内容就越相关。本研究中获取农业科学相关研究前沿共392个，包括2 206篇高被引论文，每个前沿的论文数量最少为2，最多为50。其中，全部为农业科学论文的研究前沿中有143个，占全部研究前沿数的36.5%，农业科学论文比例为30%～100%（不含）的研究前沿有156个，占全部研究前沿数的39.8%，低于30%的研究前沿93个，占全部研究前沿数的23.7%。本研究将农业科学论文比例在30%以上共299个研究前沿作为农业科学研究前沿，其占全部研究前沿数比例为76.3%，含高被引论文1 170篇。

如图3所示，上述299个研究前沿生成的全局知识图谱聚类后形成14个类团，其中节点代表研究前沿，节点越大，该前沿的高被引论文数就越多，同类团中节点距离为文献簇的相关程度，不同灰阶的节点代表不同的聚类区域。采用人工判读的方法对研究前沿及其论文内容分析，将14个类团划分为4大研究领域：（Ⅰ）人类健康与饮食：包括慢性病与健康、饮食与健康、抗氧化剂、临床营养学；（Ⅱ）食品工业与安全：包括动物营养与食品工业、食品工程、食品化学、食品与饲料安全；（Ⅲ）生态环境领域：包括气候与环境、土壤微生物与生态系统、生物炭；（Ⅳ）交叉学科领域：包括农药残留及其他毒素检测、基因组学、乳牛及畜产品3个类团，具体分类及其研究内容如表1所示。

在农业科学研究前沿中，健康、食品与环境是全球高度关注的三大问题，尤其是人类健康和食品安全研究占据了重要的地位。持续威胁人类健康的常见疾病（如肿瘤、高血压、糖尿病等）和健康饮食相关研究受到长期关注，其研究前沿相对密集，高被引论文数量占有较大的比重，凸显了农业科学的研究焦点和热点；其次，食品工业安全也是受到广泛关注的全球公共卫生问题，其研究内容覆盖了畜产品生产链的全部环节，包括动物营养、食品化学，食品与饲料的安全性检测等。再次，人口的迅猛增长和科学技术的飞速发展，对人类赖以生存的生态环境造成巨大的破坏，使得环境和生态问题成为举世关注的热点；最后，交叉学科领域中，农业科学学科的高被引论文比例不高，研究前沿分布相对松散，多属于跨学科研究领域。

2.2 机构学科前沿性评测——以中国农业大学为例

2.2.1 前沿表现度

中国农业大学共有高被引论文18篇，分属于11个研究前沿。图4为中国农业大学农业科学的前沿表现度Overlay图谱，图中节点的大小表示中国农业大学的高被引论文数量，节点越大，高被引论文数越多。如图所示，中国农业大学农业科学的高被引论文分布在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域，其中Ⅱ区有3个研究前沿，Ⅲ区有4研究前沿，Ⅳ区2个研究前沿。从类团分布上看，中国农业大学农业科学在动物营养、食品科学、气候与环境、基因组学和生物炭方面优势显著。

从研究前沿的角度来看，Ⅱ区的3个研究前沿分属于食品与饲料安全、动物营养和食品工业以及食品化学3个类团，这3个研究前沿主要涉及烹饪对彩色辣椒抗氧化性能的影响、结合山梨酸钾或壳聚糖的甘薯淀粉膜的物理性质和抗菌性、动物氨基酸营养生化与健康研究等研究内容；Ⅲ区有3个研究前沿属于气候与环境，主要内容涉及中国耕地和农业系统的环境和土地酸化问题、未来全球农业的重要问题、用于生物燃料的甜高粱品种相关研究等；另有1个研究前沿属于生物炭，涉及生物炭促使微生物生物量的增长、不同pH的土壤结合生物炭后引起土壤的短期激发效应和生物炭矿化等研究内容；Ⅳ區的研究前沿属于基因组学领域，涉及玉米的高通量SNP分型。

2.2.2 前沿关注度

对研究前沿的引用在一定程度上揭示了机构在未来研究前沿的潜在影响力。图5为中国农业大学农业科学关注度Overlay图谱，图中节点的大小表示该类团被中国农业大学引用的次数，节点越大，说明被中国农业大学引用越多，也即受到中国农业大学研究人员的关注度越高。可以看出，中国农业大学研究人员对农业科学研究前沿的引用同样集中Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区，体现了研究人员研究方向的持续性和稳定性，但是对Ⅰ区的研究前沿出现部分引用。

该机构前沿关注度分析如下，Ⅰ区有27个前沿被中国农业大学的研究人员引用，其中抗氧化剂研究前沿中的超声辅助技术相关应用研究被引用了46次；Ⅱ区41个前沿被引用，其中动物营养与食品工业研究前沿中的动物氨基酸营养生化与健康研究被引用了164次，食品与饲料安全研究前沿中的三聚氰胺检测相关和不同蛋白质的抗氧化剂特性分别被引用48次和24次，食品化学研究前沿中电解水在食品服务和工业领域的应用被引用29次；Ⅲ区有35个前沿被引用，其中气候与环境研究前沿中中国耕地的生态环境和土地酸化相关研究被引用123次，生物炭研究前沿中的土壤中生物炭效应被引用13次；Ⅳ区有16个前沿被引用，引用多集中在基因组学，其中基因组预测和基因组选择相关研究被引95次，水稻与小麦等作物抗病相关研究被引用22次，基于快速样品前处理技术的农药残留检测和大豆、玉米和小麦基因分型相关研究分别被引用15和12次；此外，关注度较高的还有分散液液微萃取相关研究、超富集植物和生物强化、质谱分析法、植物激素独脚金内酯和褪黑激素等研究前沿，但由于其农业科学学科的论文比例不到10%，属于跨学科研究前沿，因此没有在图3中显示。

中国农业大学所关注的研究前沿范围更广，涉及动物营养学、土壤生态与环境、食品加工、植物保护、基因组学和化学方法技术的应用等领域。其中一部分研究前沿与表现度一致，如前沿表现度表现良好的研究前沿（如动物氨基酸营养生化与健康研究、中国耕地的生态环境和土地酸化问题、生物炭等）的关注度也同样表现明显。

2.2.3 学科前沿性分析

从学科的表现度和关注度评测中国农业大学农业科学的学科前沿性，显示其前沿领域分布在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域，研究内容集中分布在动物营养、食品科学与生态环境三大研究领域，同时，交叉学科领域中的生物炭和基因组学也具有一定的影响力。学科前沿的关注度的分布仍以Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区域为主，但其研究前沿数量显著增加，内容上与表现度中的优势领域密切相关，主要是在原有研究基础上的深入和对跨学科技术方法的借鉴与应用，但仍有部分研究前沿如土壤微生物与生态系统、农药残留检测和畜产品等相关研究的关注度较低。此外，研究人员对Ⅰ区域也有一定程度的关注，该区域多为人类健康、饮食与临床医学相关，其中只有Ⅰ区中临床医学领域的临床营养学属于空白领域，仍未受到研究人员的关注。对该机构的SWOT分析如图6所示。

图6不仅揭示了中国农业大学该学科在全球科学研究中处于研究前沿的优势领域，同时指出其机会领域、空白领域以及未来可能的研究前沿布局。可以看出，作为中国农业大学的传统优势学科，农业科学优势研究领域突出，涉及研究前沿范围较广，对研究前沿的四个区域均有引用，在动物营养、食品科学与生态环境等领域具有显著的国际学术影响力，但同时也存在研究方向相对集中和研究领域之间差距较大等问题，更多研究领域缺乏国际影响力。在人类健康领域研究涉猎得较少，该区域为农业科学与医学交叉领域，在ESI农业科学中占据重要的地位，研究前沿相对密集，有待进一步分析。同时，作为该机构的科研配置优势专业，食品工程、农药残留与毒素检测、畜产品加工和畜牧学研究缺乏应有的表现度。此外，前沿关注度显示中国农业大学的研究人员已经关注到更多的研究前沿，关注主题在已有研究基础上更加广泛，具有较好的国际视野，可以作为未来学科发展的支撑点和契机。

3 讨 论

高校“双一流”建设是继“211”、“985”工程后的又一重大顶层设计，是推动我国高等教育发展的一项新的战略举措。许多高校不断提出结合自身特色的内涵式发展规划和改革路线，而研究规划研究和科研机构评测对于促进学术发展、制定科技政策以及合理分配各类学术资源等，发挥着不可或缺的重要作用。本文以ESI Research Fronts中的数据为基础，提出了一种基于学科前沿性的科研机构评测方法，对于机构合理配置研究力量、针对性的引进相关领域学术人才，保持并扩大优势领域等政策措施具有重要的参考作用。

基于ESI Research Fronts评测机构学科前沿性，实质上是在机构层面上对高被引论文及其施引论文进行分析，进而评测机构在该学科研究前沿的活跃程度，揭示其前沿学术影响力和潜在学术影响力。在实际工作中，该方法从论文内容层面反映机构的研究布局和学术影响力，更适用于对优势机构的优势学科评测与分析。对于一般机构而言，由于高被引论文阈值的设定，可能会出现在学科研究前沿中缺乏表现和影响力，但前沿关注度仍可以为学科规划提供数据支持和建议。因此，机构学科前沿性评测从一个新的角度呈现机构的知识结构和研究布局，弥补了基于文献计量的机构评价方法的不足，从而可以从研究领域的层次上更为精细地评测机构的学术影响力，为机构的学科发展規划和科技政策提供更有效的支持。

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（责任编辑：郭沫含）