世界科技强国：内涵、特征、指标体系及实现路径

陈劲，杨硕，陈钰芬

（1.清华大学经济管理学院，北京 100084；2.清华大学技术创新研究中心，北京 100084；3.浙江工商大学统计与数学学院，浙江 杭州 310018）

0 引言

科学技术是第一生产力，中国共产党自成立以来始终重视科技事业的发展。进入21世纪后，党和国家从大力实施科教兴国、人才强国战略到全面实施创新驱动发展战略，始终将科技创新视为强国兴国的重要推动力。2016年5月，习近平总书记明确指出，要“为建设世界科技强国而奋斗”，并提出了建设世界科技强国“三步走”的战略目标，即“到2020年时使我国进入创新型国家行列，到2030年时使我国进入创新型国家前列，到新中国成立100年时使我国成为世界科技强国”［1］。“三步走”战略与“两个一百年”奋斗目标相呼应，使得科技创新与全面建设社会主义现代化国家和中华民族的伟大复兴紧密相关。习近平总书记规划的科技强国目标和现代化强国蓝图为我国科技创新工作提供了指导和方向。

从人类发展史来看，加快建设世界科技强国对提升国家竞争力具有重大意义。16世纪至17世纪初期，随着布鲁诺、伽利略等在天文学和力学领域取得了重大进展，意大利在自然科学研究领域独领风骚并成为近代科学的发源地，也是最早的科技强国［2］。17世纪中叶，英国在天文学、地质学、物理学等领域均取得了一系列开创性的研究成果，催生出了第一次科学革命并成为后来居上的科技强国，至今仍有强大的影响力。18世纪70年代至19世纪初，世界科学中心转移至拉格朗日、安培、拉瓦锡、布丰和拉普拉斯等诸多科学家集聚的法国。德国于19世纪上半叶取代法国成为世界科学活动的中心，迎来了以量子论、相对论为标志的第二次科学革命。自20世纪中期以来，美国成为世界经济和科学活动中心。美国无论在基础科学、应用科学方面，还是在技术科学方面，均占据绝对优势地位，成为当前全球头号科技强国［3］。世界强国的诞生与发展离不开对科学技术的竭力追求和对创新的极端重视，成为世界科技强国也决定着其在世界竞争中的地位。

科技强国建设水平越来越能代表一国的综合国力，决定着一个民族和国家的未来与方向。建设世界科技强国、实现高水平科技自立自强已成为我国发展的重中之重。客观评估我国科技强国建设水平及其与世界科技强国的差距，就能够科学把准现阶段我国科技事业的短板与发展方向，对加快建设世界科技强国具有积极作用。但当前学术界有关世界科技强国的评价体系尚不成熟，本研究在辨析世界科技强国内涵与特征的基础上，构建了基于科学、技术、创新和科技发展条件等维度的科技强国综合测度指标体系，提出了支撑我国加快成为科技强国的政策建议。

1 世界科技强国的内涵与特征

为了科学谋划世界科技强国建设，首要任务就是精准把握科技强国的概念与内涵。学界对世界科技强国的概念进行了一定的研究与总结。冯江源［4］指出，世界科技强国的“强”是以“大”为前提，展现出强大的内部稳定性和统筹力，对外表现出巨大的影响力和竞争力。张志强［5］强调，建设世界科技强国的重点是做好关键科技领域的战略规划和布局，并梳理总结了世界科技强国建设的特点与发展规律。陈套［6］认为，世界科技强国应包括科技实力强、协同发展强、全球影响力大等3 个方面。李瑞等［7］认为，世界科技强国的建设应具备科技创造力、科技支撑力与科技影响力这3 种核心能力。张先恩［8］指出，人类历史上的科学与技术革命都与崇尚科学知识紧密相关，基础研究与科学知识是科技革命的源泉，世界科技强国建设离不开基础研究的投入。李国杰［9］从信息科技和产业视角探究了建设科技强国的路径，指出科技强的关键在于科技人才的培养与聚集，人才强是科技强的基础，科技强则产业强，进而国家强，人才、科技与强国之间存在相互促进的共生共赢关系。秦铮和韩佳伟［10］认为，科技强国应具备科学强、技术强、创新强等3个关键特征。虽然学术界对科技强国的内涵与关键要素进行了广泛探究，但目前尚未得出广为认可的定义与内涵，并且现有研究缺乏关于资金、人才等科技强国条件的分析。

本研究认为，世界科技强国是一个动态的概念，科学技术的产生要经历推翻旧知并创造新知的过程，一国具有高水平的基础研究和技术创新，并据此实现产业持续升级和社会文明进步，便可称之为科技强国。世界科技强国的内涵主要包含两个方面：首先，世界科技强国的“科技”一词，可拆分为“科学”、“技术”和“创新”三层含义。科学的本质是解释客观规律的知识体系，技术是指制造产品或工艺抑或是解决问题的系统知识和方法，创新则是从创意的产生到产品等实现商业化的过程［6］。其次，世界科技强国的“强”有两种词性，一方面是动词，强国指的是强盛国家，补弱增强，即提升国家的科技竞争力和创新能力；另一方面是形容词，表明一国的科技创新能力和综合国力在全球范围内较为强盛，处于世界科技前列［11］。

基于文献总结以及世界科技强国的概念和内涵，应从科学、技术、创新以及科技发展条件等4 个方面对世界科技强国进行综合评价，反映其科学强、技术强、创新强、条件强等重要特征。本研究的世界科技强国指标体系的构建重点是以科学强国、技术强国、创新强国以及包含人才和经费投入的科技发展条件为关键指标，对全球主要国家的科技发展现状进行分析与比较，以梳理我国建设世界科技强国的应有之举。

2 科技强国的指标体系构建与数据来源

2.1 科技强国的指标体系构建原则

科技强国指标体系设计是一个综合、多维且复杂的问题，本研究力争构建科学有效的评价体系，以客观反映出全球科技创新发展状况与演变趋势。在充分考察当前文献及现有公开数据的基础上，本文从多个维度进行综合评价。依据指标体系构建原则对科技强国的核心指标进行合理挑选，以构建能够反映国家科技发展水平的评价指标体系。构建世界科技强国发展指标体系必须要遵循以下指导原则。

2.1.1 科学性原则。评价指标体系设计要在现有理论研究和实践经验的基础上，采用恰当的理论和设计方法，使指标体系充分体现出科技强国发展能力的特征。所采用的科技强国评价指标应在充分考察科学性的基础上，科学合理反映出科技强国发展能力的内涵和内在作用关系。

2.1.2 代表性原则。由于难以穷尽所有可量化的科技强国发展能力的指标，在构建指标体系的过程中，本文主要选取有代表性的科技强国发展能力指标。指标体系应客观反映出一国科技发展能力水平与发展趋势，并以较少指标全面反映评价对象的绩效内容，避免指标体系庞杂带来的低效率，也要避免指标选择中出现易忽略的评价内容。

2.1.3 可比性原则。构建科技强国发展能力指数的目的是综合评价一国的科技发展水平，需要进行横纵向的对比分析。为了使不同发达程度和不同科技发展水平的国家具有可比性，在科技强国发展能力指标体系设计时，应以比例指标和强度指标为重点；同时需要顾及规模效应的影响，选取一定比例的规模指标进行科技发展能力的测度。基于此，建立评价指标体系时应保证指标数据服从可比性原则。

2.1.4 可操作性原则。指标体系设计的最终目的是评价测量。为了更加客观地测度全球主要国家的科技强国发展水平，要充分考虑所选指标的可操作性。在指标选取过程中，关键是要兼顾数据的可获得性，数据源应具备易于获取和来源可靠的特性，构建的指标体系也应具备有效性和应用性。

2.2 科技强国综合测度指标体系

基于科技强国的内涵与特征，本研究对影响科技强国发展的核心指标进行整合，得到以科学强国、技术强国、创新强国和科技发展条件为一级指标的科技强国综合测度指标体系。科技强国的具体评价指标主要包括4个方面的内容。

首先，科学强国指标主要反映了一国知识创新的基本情况和知识成果的认可状况，表现为该国科技论文总量、高被引科技论文以及顶级科技奖项的基本现状和变化态势。本研究拟采用主要检索工具收录的科技论文数、高被引科技论文比例、每万人R&D 人员科技论文数等指标考察知识创新情况，采用顶级科技奖项获奖数来衡量知识成果转化状况。

其次，对于技术强国指标而言，主要通过技术效益和技术成果两个层面进行测度，反映一国高技术产品和知识产权的收益以及获得的专利情况。本文拟采用高技术产品出口额比重、知识产权收入、PCT 国际专利数和每千人专利申请量等指标考察一国的技术发展水平。

再次，创新强国指标主要反映了各国的创新能力，也能够体现出各国企业的创新强度。本研究基于欧盟委员会公布的全球研发投入前50 强企业名单以及波士顿咨询集团发布的全球最具创新力企业50强名单，通过对各国企业进行排名赋分来评估不同国家的创新能力。

最后，国家科技发展离不开科技发展条件的支撑，科技人才和经费投入两者缺一不可。本研究主要从科技人才规模、科技人才结构和经费投入等3 个方面对科技发展条件进行衡量，具体包括研究人员总量、每万人就业人员中R&D 研究人员数量、高被引科学家人数、STEM 专业本科毕业生占比、STEM 专业博士毕业生占比、STEM 专业毕业生数量、R&D 经费支出占GDP比重和每万人R&D 经费投入等指标。基于此，科技强国综合测度指标体系由4 个一级指标、8 个二级指标以及18个三级指标构成（见表1）。

表1 科技强国综合测度指标体系

2.3 科技强国评价模型

本研究将对中国、美国、英国等全球17 个主要国家的科技强国发展水平进行综合评价分析。科技强国的评价既可以采用定性评价方法，也可以基于数据进行定量评价测算。由于定性评价存在主观判定，具有高度不确定性，评价结果相对模糊且不易让人信服，政策和研究参考价值将大幅下降。而基于数据的定量评价方法具有易测度、可比较、可操作等特点。鉴于此，本研究将在现有成熟经济理论的基础上，基于定量评价方法进行多维度科学评价，力求探究出制约中国科技强国建设的核心因素与薄弱环节，并提出相应的对策建议，以助力提升我国科技强国的建设水平并加快建成世界科技强国。

评价指标体系的测度方法主要包括单一指标法和多指标综合评价法。由于多指标综合评价法能够综合反映出科技强国的多维性特点，也符合“加快形成推动高质量发展的指标体系”的要求，因此，本研究选取多指标综合评价法作为科技强国发展水平的测度方法。

多指标综合评价的结果客观与否取决于指标权重系数的选择是否合理。在现有研究中，确定权重的方法既包括层次分析法、德尔菲法等主观赋权法，也包括熵值法、主成分分析法、CRITIC权重法等客观赋权法［12］。综合来看，主观赋权法主要由研究者和专家根据自身经验和判断得出，因而主观随意性较强，客观性较差。基于此，本研究选择客观赋权法中的熵值法对指标权重进行赋值，并采用线性加权法计算得到17个国家的科技强国发展评价指数，以求科学客观地反映各国的科技强国发展水平。

首先，为了让科技强国发展评价指数具有跨年可比性，本研究选定2010年为基期，采用功效系数法对样本数据进行标准化处理，具体如式（1）所示。

其中，xij(tk)和sij(tk)分别代表第i个国家第j个指标在第tk年度的原始数据以及标准化后的数值，分别代表各国第j个指标的最大值和最小值。

下一步，基于熵值法对指标进行科学赋权。熵值法主要适用于面板数据，能够科学客观地体现出被评估对象的差异。计算得出第j个指标下第i个国家在该指标中的比例。

此外，计算第j个指标的熵值。

其次，计算得出信息熵冗余度。

最后，计算得到各个关键指标的权重系数值。

综合所求权重系数向量和标准化处理后的指标值，运用线性加权法即可计算出第i个国家在第tk年度的科技强国发展评价指数Qi(tk)。

2.4 数据来源

本研究选取美国、英国、德国、法国、瑞典、日本等全球17个国家作为考察对象，样本选择主要基于数据可得性和代表性原则，考察2010—2020年间不同国家的科技发展状况和演变趋势。数据主要来源于《中国科技统计年鉴》等官方年鉴以及经济合作与发展组织（OECD）、美国国家科学基金会（NSF）等国际组织。对个别年份的缺失数据，本文采用插值法进行补充。

在指标体系具体的数据来源中，主要检索工具收录的科技论文数是从斯高帕斯（Scopus）数据库中选定的期刊论文和会议论文，根据作者所属国别和参与作者人数的比例进行赋值；高被引科技论文比例指的是R&E 领域中引用率位于前1%的论文份额；每万人R&D 人员科技论文数是指科技论文数与每万人R&D 人员的比值；顶级科技奖项获奖数主要通过诺贝尔奖、菲尔兹奖和阿贝尔奖进行度量；高技术产品出口额比重采用高技术产品出口占制成品出口比例来衡量；知识产权收入基于国外使用该国知识产权的费用进行度量；PCT 国际专利数和每千人专利申请量基于OECD统计数据库公布的各国专利申请量来衡量；研发投入前50 强企业和全球最具创新力企业50 强名单分别来源于欧盟委员会和波士顿咨询集团发布的名单，企业得分按照第一名赋50 分，第二名赋49 分，以此类推对前50 强企业进行赋分；研究人员总量、每万人就业人员中R&D 研究人员数据来源于《中国科技统计年鉴》和OECD 官网；高被引科学家数据来源于科睿唯安；STEM 专业本科毕业生占比、STEM 专业博士毕业生占比和STEM专业毕业生数量源自NSF。

3 世界科技强国发展指数及国际比较

根据世界科技强国综合测度指标体系，本研究考察了全球17 个主要国家的科技发展水平及科学、技术、创新和科技发展条件等4个子维度的指数情况。表2 展示了17 个国家在2010—2020年间的科技强国发展指数水平及演变趋势。从国家排名来看，美国在全球科技强国发展排名中稳居榜首。瑞士的科技强国发展取得了明显成效，发展水平仅次于美国，科技强国发展指数一直稳定在0.43 左右。德国的科技强国发展水平上涨迅猛，自2013年已跃升至全球前3 名。从科技强国发展指数增长率角度来看，中国以5.97%的高增长率占据优势地位。中国的科技发展水平在近十年进入了快速上升通道，从2010年科技发展水平远低于全球均值，到2020年已经超越日本，科技强国发展指数排名第六，中国科技强国建设取得了巨大的进展。

表2 17个国家的科技强国发展指数

从科学、技术、创新和科技发展条件等维度来看（见图1），不同国家在各维度上的差异较为显著。从科学强国维度来看，美国呈现出波动上涨的演变趋势，一直保持全球首位。瑞士一直稳居全球第二，英国和意大利分别位列第三和第四，中国在2019年赶超加拿大在科学强国方面位居第五。从技术强国维度来看，全球主要国家在研究期间呈现出稳步提升趋势，前三名分别是美国、日本和瑞士，中国的技术强国指数在2015年后增速较快，2020年已位居全球第七。从创新强国维度来看，美国位居第一，德国位居第二，日本的创新强国指数在近十年持续下跌，已由最初的第二跌落出全球前三，中国在2020年超越日本位列第三，表明中国的创新能力在近十年得到了较大提升，特别是企业十分注重科技研发投入。从科技发展条件维度来看，除美国以外，韩国、瑞典、奥地利、比利时和丹麦等国家排名较为靠前，这些国家在科技投入和科技创新人才培养方面表现较为突出。虽然中国的科技人才数量和科技投入呈现逐年上升趋势，但当前中国在科技发展条件维度上排名位居第十（见图2），中国的科技人才占比及研发资金投入仍有较大的增长空间。

图2 2020年17个主要国家在各维度上的排名

中国要想实现世界科技强国的建设目标，在关注自身发展的同时，也要了解我国与当今世界科技强国的差距，并借鉴美国、瑞士、德国等世界科技强国的发展路径。美国在科技强国发展水平上的表现远远优于全球其他国家，这主要是由于美国在第二次世界大战之后建立了高效的现代科技体系，联邦政府加大对国家实验室建设的支持，并积极支持基础研究领域的自由探索。此后，企业成为美国科技创新体系的重要组成部分，涌现出苹果、谷歌、微软、亚马逊、IBM、波音、通用电器等一批优秀的创新型企业，随之产生了一系列原创的重大的科技发明，如晶体管、基础软件、飞行器等。高水平的高等教育和以企业为主体开展科技创新，是美国成为世界最强科技强国的两大特征。

整体来看，2016年以来中国在科学、技术和创新水平上取得了巨大进步，尤其是在创新上表现优秀，在科学方面表现也较为突出。但当前中国在技术强国和科技发展条件两个维度上仍有一定差距，特别是科技发展条件与美国的差距相对较大。中国后续在科技强国建设方面应从以下几个方面开展。

首先，从科学强国维度来看，中国的国际顶级科技奖项获奖数相对落后，表明今后要大力加强基础研究的原始创新，而不是过度重视论文的数量。据统计，自第二次世界大战以来，美国不论在国际科技大奖数量上，还是在高被引论文总量上均位居全球首位。本研究发现，美国在2010—2020年间获得国际顶级科技奖项的人才占全球顶级科技奖项获奖人才总量的46.4%①，已无疑成为全球科技人才的聚集高地。相比之下，中国获得诺贝尔奖、菲尔兹奖以及阿贝尔奖的科技人才明显不足，高水平的科技人才缺乏势必会制约中国科学技术的发展，并阻碍中国建设世界科技强国的进程［13］。

其次，从技术强国维度来看，中国在知识产权收入和每千人PCT 专利申请量上低于全球平均水平，中国的知识产权收入不足美国的1/10，每千人PCT 专利申请量仅为美国的1/4。中国应加大对关键核心技术、颠覆性技术、前沿引领技术等的发展力度。

再次，从创新强国维度来看，美国企业是科技创新体系的关键组成部分，突破性、原始性创新更多地源于企业，高精尖企业在基础研究、新技术研发乃至推动经济增长方面起着十分重要的作用。中国应进一步加强企业成为科技创新主体的工作。

最后，从科技发展条件维度来看，增加经费和加大科技人才支持力度是助力国家科技进步和综合国力提升的关键［14-15］。虽然中国在研究人员总量上名列榜首，但每万人就业人员中R&D 研究人员仅为30 人②，远低于美国、日本、韩国等发达国家。综合国力的竞争追根究底是科技创新人才的竞争，中国在科技创新人才方面仍存在较大的缺口［14］。中国在高被引科学家和STEM 科技储备人才等科技人才结构上与美国等也有较大差距，科技后备人才数量尚难以支撑中国迅速成长为科技强国，中国应继续增强对科学的重视程度与引导力度［16-17］。从科技经费投入角度来看，中国的R&D经费支出占GDP的比重仍较低，仅为美国经费支出占比的70%左右，我国应进一步加大R&D 经费投入，并不断加强对基础研究的投入，以保证国家科技事业的健康可持续发展。

4 研究结论及实现路径

建设世界科技强国是“十四五”乃至更长时期我国为实现科技自立自强和社会主义现代化强国而奋斗的重要目标。中国在科学、技术、创新和科技发展条件等维度上已取得了全方位的进步，但当前中国在科技发展条件和技术维度上与美国等世界科技强国相比仍存在较大差距。中国亟须从科技人才和资金等科技发展条件方面不断提升中国科技强国的建设水平，还应进一步在技术、科学和创新等维度上缩小与美国等领先的科技强国的差距。

锚定“三步走”建设世界科技强国的战略目标，我国应进一步深入实施科教兴国战略、人才强国战略和创新驱动发展战略，从聚集全球科技人才、加大研发经费投入、不断推动企业成为科技创新主体等方面缩小我国与美国等科技强国之间的差距，提升我国科技强国建设水平与综合国力，不断营造良好的科技创新环境，加快将我国建设成为面向未来的世界科技强国，具体实现路径如下。

第一，聚天下英才而用之，坚持人才引进和人才培养并重。党的二十大报告提出，“坚持为党育人、为国育才，全面提高人才自主培养质量，着力造就拔尖创新人才，聚天下英才而用之”。在当前科技竞争日益激烈的背景下，要以人才培育与人才引进为抓手，推进人才强国建设，实现顶尖科技人才的集聚。具体而言，扩大科技领域对外开放，建立多元化的国际科技创新人才工作体系，提升科技人才国际化水平，吸引和集聚海外高层次科技创新人才；依托国家实验室、全国重点实验室、国家技术创新中心、国家工程研究中心等重大科技创新平台，持续吸引卓越的科技创新人才；面向世界科技强国建设需求，建立更为现代化的教育体系；进一步贯彻党的教育方针，探索并推行创新型教育方式方法，努力培养广大学生的科学精神、创造性思维、批评性思维以及工程科技创新能力，产生更多的拔尖创新人才，以支撑世界科技强国建设要求。

第二，加大科研经费支持力度，并不断提升科研投入产出效能。政府除进一步加大对科研的财政支持之外，还应充分激发企业加大研发投入的积极性，并进一步引导社会力量对科技强国建设的资金支持，努力形成政府、市场、社会三重的科技经费保障体系，进而构建政府、市场、社会有机协同的新型国家创新体系。力争早日使我国科研经费支出占GDP的比重超过3.0%，基础研究经费占研发经费的比重超过15%。

第三，推动企业成为创新主体，发挥企业在科技强国建设中的主力军作用。强化企业创新主体地位、加快构建以企业为核心的科技创新体系是提升国家科技创新能力，更是加快建设世界科技强国的关键所在。为此，应从政府治理与企业自身发展的双重角度，共同推动企业发展成为创新主体。一方面，政府应进一步支持企业通过组建创新联合体等促进创新资源向企业集聚，进一步支持科技型骨干企业增强在产业链和创新链融合中的作用，进一步加强大中小企业融通创新、国有企业和民营企业合作创新的政策设计，进一步完善创新友好的人才政策和金融政策；另一方面，企业自身应进一步重视科技创新工作，通过重视战略研究、创意管理、研发投入、研发投入产出效能、国家技术创新中心建设、创新管理国际标准贯标等一系列工作，提升企业的科技创新能力，不断提升科技领军企业在我国科技强国建设中的关键核心地位。

注释：

①美国获得诺贝尔奖、菲尔兹奖以及阿贝尔奖等国际顶级科技奖项的人才有58 人，而全球顶尖科技奖项获奖人才共有125人。

②数据来源于《中国科技统计年鉴2022》。