基础科学研究发展指数分析
墨宏山
(科学技术部高技术研究发展中心，北京 100044)
摘要： 结合表征研究能力的论文份额和表征影响力的被引用度定义可表征基础研究发展水平的发展指数(DI)指标，选择各学科代表性期刊，计算分析中国与美、英、德、法、日各学科的发展指数。结果显示，中国各学科都呈增长趋势，除天文学外，其他学科的增长速度都位居第一；各学科排名中，化学位居第一，地学和综合学科位居第二，物理学位居第三，数学和生物学位居第四，天文学位居第六；中国基础科学综合发展指数逐步超越日、法、德、英，2017年位居第2。研究表明，发展指数可用于基础研究趋势分析，并为科研机构和学科评估等提供一个定量手段。
关键词： 论文份额；被引用强度；被引用度；发展指数；综合发展指数
近年来，我国基础研究取得飞速发展，自2009年至2016年我国发表的SCI论文数量已连续8年仅次于美国位居世界第2位，2007—2017年10月间我国发表的SCI论文的总被引用次数首次超过英国和德国，仅次于美国位居第2位[1]。另一方面，我们借鉴期刊影响因子(IF)这个指标，引入了国家发表论文被引用强度(NCI)指标，分析了我国在Nature 和Science 两种高水平期刊发表论文的影响力情况。结果表明，我国在这两种期刊发表论文的影响力总体上不断提高，近几年已经超过期刊的影响因子，表明我国在这两种期刊发表论文的影响力已经达到甚至超过期刊所代表的水平。而且我国在这两种期刊发表论文的影响因子已经不亚于甚至超过美国、英国、德国、法国和日本等科技强国[2]。本文将NCI概念进一步拓展为一般意义上的论文被引用强度(CI)的概念，并在此基础上定义了论文被引用度(cited degree, CD)指标。需要说明的是，本文定义的被引用度概念与荷兰莱顿大学科学技术研究中心(CWTS)提出的皇冠指标概念[3-4]相似但并不相同。其关键是，皇冠指标定义篇均引用次数(CPP)为统计年度发表的论文在一个统计时间窗内的被引用次数除以统计年度发表的论文数，这与本文定义的论文被引用强度概念截然不同。采用皇冠指标无法实现与论文份额指标的独立性以及同时性，而且皇冠指标缺乏统计分析的实效性。最后，将可代表科学研究能力的指标——论文份额(paper share，PS)和代表论文影响力的指标——CD结合，定义了用于表征基础研究发展水平的基础研究发展指数(developmental index，DI)指标。在参考自然指数分析所采用的期刊基础上[5]，选择了104种高水平科学期刊作为代表性样本，分析了我国基础科学研究的发展指数及其演变趋势。
1指标定义
1.1 论文份额(PS)
本文定义PS为：
安和庄所属乍舌，就是患得患失的鬼算盘也瞪大了眼睛，因为温文尔雅的萧飞羽竟然能够以内力与修为誉为宇内第一的强者抗衡。紫阳道长对天问大师传音：“试招有三分对七分之嫌。”
其中统计对象可以是国家，也可以是具体科研机构；统计空间可以是期刊，也可以是具体学科。
每逢遇到疑难案件和重大案件，朝阳区食品药品监管局执法人员都有不怕吃苦的冲劲儿和一查到底的韧劲儿。他们曾在零下18℃的冷库里连续工作20小时，地毯式地排查搜寻涉案物证。他们近年来查办的燕莎萨拉伯尔餐厅经营超保质期食品案、“爱玛客北京分公司”未经许可从事餐饮服务活动案等数十件大案要案，获得了上级部门和辖区群众的充分肯定，赢得执法“利剑”的美誉，其中有些重要案件还被北京市局和国家总局列为典型案例。
目前，在产业园区里，做汽车同步齿轮的企业，做硝化棉、射孔弹等的企业，都已形成拳头产品，单品冠军优势突出。例如合盛硅业成为西南地区最大的有机硅单体生产企业，北方化工已是全国最大的纤维素醚研发生产基地。
1.2 被引用强度(CI)
定义多个学科(或期刊组)的综合DI(comprehensive developmental index)为：
如同论文影响因子，CI的大小与学科密切相关，不能用于不同学科之间的对比，本文在此基础上进一步定义了被引用度指标。
1.3 被引用度(CD)
本文将基础科学的范畴确定为数学和自然科学，即包括传统意义上的数学、物理学、化学、天文学、地学和生物学，此外增加了综合性学术期刊代表的综合学科。
1.4 发展指数(DI)
本文定义单一学科(或期刊组)DI为：
DI=PS×CD
研究比较文学，最主要的目的就是给我们的借鉴活动找出一些可遵循的规律，达到事半功倍的目的。我们常说，有比较才有鉴别，通过不同文学的比较，可以从理论上提高我们对外国文学的认识；不同文学之间的相同之处何在？不同之处又何在？产生这些同与异的关键何在？从技巧到内容，都可以进行对比，从对比中吸取对我们有用的东西。[2]
本文将文献[4]中的国家发表论文被引用强度(NCI)概念拓展为一般意义上的论文被引用强度(CI)，定义CI为：
项目建设工程竣工后，应及时整理合同文件和有关工程技术档案材料，参与工程竣工预验收和相关验收文件，提交工程监理报告等，把好最后的收口关。
赵仙童练功回家，冲洗冲洗身上的汗水。剧团休整期间，上班轻松，可去可不去。她不像李金枝时常没事找事做，特别是摘了梅花奖后，又是报社、又是电台电视台、又是网站的应付采访，表彰会还没开，就让她找不着北了。早晨遇到李金枝，是被我不客气的训一通，得梅花奖有什么了不起，别丢了自己，我禁止她再和我们家砖子往来了，我怕砖子沾上她的腥。
1.5 基础科学范畴
本文定义CD为：
1.6 代表性期刊选择
综合上述各学科领域研究的发展指数，可以得到各国基础科学研究的综合发展指数(见图8)。结果显示：美国在基础科学研究领域展现出明显的领先优势，一直保持在第1位，其他国家与其具有巨大的差距；中国呈现出快速增长趋势，分别于2010年、2013年超过日本和法国，又于2017年超过德国和英国位居第2；英国在2016年前一直位居第3，2016年超过德国由第3上升到第2，但2017年被中国超过回到第3；德国在2016年以前一直位居第2，但2016年和2017年分别被英国和中国所超越，2017年位居第4；法国和日本位序不变，近年来分别位居第5和第6。
表 1本文统计分析选择的 104种代表性学术期刊
表1(续)
注：*表示本研究补充的期刊
2数据分析
2.1 综合学科研究发展指数(DI)对比分析
图7显示了中国、美国、英国、德国、法国和日本在生物学研究领域的发展指数。数据显示：美国在生物学领域的研究依然展现出明显优势，2008年以来一直保持在第1位；英国和德国的位序一直保持不变，分别位居第2和第3；中国呈现出快速增长趋势，分别于2013年和2016年超过日本和法国，2017年位居第4；法国和日本位序一直保持不变，2017年分别居第5和6位。
图 1各国综合学科研究发展指数
2.2 数学学科研究发展指数(DI)对比分析
图2显示了中国、美国、英国、德国、法国和日本在数学研究领域的发展指数。数据显示：美国在数学领域的研究展现出明显的优势，2008年以来一直保持第1的位置；其次是法国，2008年以来一直保持在第2的位置；英国在2013年以前一直位于第4的位置，但在2013年被中国所超越位于第5，但于2017年又超越中国和德国位于第3；中国展现出最快的增长速度，从2008年的第5位，2013年超越英国后一直位居第4；直到2016年德国在数学领域一直保持第3的位置，但2017年被英国和中国超越位居第5；日本在数学领域一直位居第6。
图 2各国数学学科研究发展指数
2.3 物理学学科研究发展指数(DI)对比分析
图3显示了中国、美国、英国、德国、法国和日本在物理学研究领域的发展指数。数据显示：美国在物理学研究方面展现出明显优势，2008年以来一直保持第1的位置；其次是德国，2008年以来一直保持着第2的位置；中国展现出最快的增长速度，由2008年的第6位，自2012年超越日本、法国和英国位居第3，但这种增长主要来自于论文份额(PS)的增长，中国物理学研究的论文被引用度(CD)还普遍低于美国、英国、德国和法国(表2)；自2012年以来，英国、法国和日本物理学研究领域的发展指数分别位居第4～6位。
其中i=1,2,3,…,n，为不同学科或期刊组。
表 2各国物理学科论文被引用度( CD)
图 3各国物理学科研究发展指数
2.4 化学学科研究发展指数(DI)对比分析
图4显示了中国、美国、英国、德国、法国和日本在化学研究领域的发展指数。数据显示：中国在化学领域的研究展现出强劲的发展势头，于2016年首次超越美国位居第1，这种快速的增长不仅源自论文份额(PS)的快速增长，而且更得益于论文被引用度的全面领先(表3)；美国于2016年开始由第1位降至第2位；德国一直保持在第3位；日本和英国在第4的位置相互竞争，自2014年开始，英国超过日本位居第4，日本位居第5；法国在化学研究领域一直位居第6。
表 3各国化学学科论文被引用度( CD)
图 4各国化学学科研究发展指数
2.5 天文学学科研究发展指数(DI)对比分析
图5显示了中国、美国、英国、德国、法国和日本在天文学研究领域的发展指数。数据显示：美国在天文学研究领域展现出明显优势，2008年以来一直位居第1；英国与德国在第2的位置存在竞争，自2014年开始英国超过德国位居第2，德国位居第3；法国、日本、中国的位序2008年以来未发生变化，分别位居第4～6。中国在天文学研究领域的落后，不仅体现在论文份额，而且也源自论文被引用度，中国在天文学研究领域的论文被引用度一直小于1(表4)，表明低于该学科平均水平。不过这种情况正在改观，不仅是在论文份额上还是在论文被引用度上，中国在天文学研究领域都在稳步提升。
艳子姐姐：“你小时候真好看，现在怎么？唉！岁月是一把……咳咳咳，后面几个字我就不说了，免得打击到你。”
表 4各国天文学科论文被引用度( CD)
表4(续)
图 5各国天文学科研究发展指数
2.6 地学学科研究发展指数(DI)对比分析
图6显示了中国、美国、英国、德国、法国和日本在地学研究领域的发展指数。数据显示：美国在地学研究领域展现出明显优势，2008年以来一直保持在第1位；中国呈现出快速增长态势，于2014年超过其他国家位居第2位；英国、德国、法国和日本2008年以来位序保持不变，分别位居第3～6位。
图 6各国地学学科发展指数
2.7 生物学学科研究发展指数对比分析
图1显示了中国、美国、英国、德国、法国和日本在综合学科研究领域的发展指数。数据显示：美国在综合学科的研究展现出明显的优势，2008年以来一直保持第1的位置；中国展现出了最快的增长趋势，由2008年的第6位，到2013年上升到第4位，并于2017年首次超过英国和德国位居第2位；而英国、德国、法国、日本相互之间10年位序基本上保持不变，分别位居第3～6位。
图 7各国生物学学科研究发展指数
2.8 基础科学研究综合发展指数对比分析
代表性期刊选则依据两个原则：一是这些期刊发表的论文能够代表该学科研究水平；二是这些期刊覆盖了高水平论文的投稿意向。本文分析采纳了自然指数分析所采用的86种期刊(其中包括自然指数分析2018年新增的18种期刊，同时保留了自然指数分析2018年去掉的4种期刊)，并补充了16种数学期刊(通过咨询数学学科专家并参考JCI期刊分区确定)，此外，生物学补充了1种与植物学相关的期刊，天文学补充了1种期刊，共计104种期刊。这些期刊被分为综合学科、数学、物理学、化学、天文学、地学和生物学7个学科组别。具体期刊种类见及学科分组见表1。本文计算了中国与美国、英国、德国、法国、日本在这7组期刊发表或参与发表论文的PS、CD和DI以及基础科学综合研究发展指数CDI。
图 8各国基础科学研究综合发展指数
3结论和问题讨论
3.1 结论
(1)总体上，美国在基础科学领域及其各学科的研究展现出明显领先优势，除了化学学科被中国超越位居第2外，美国在其他学科排名都位居第1。
目前该系统已经通过了湖南省权威软件测评机构的评测，获得了国家版权局颁发的软件著作权证书（图13）。系统已经推广到了湘西州79个重点贫困村、邵阳隆回县3个贫困村建设、使用。
(2)中国展现出快速增长的发展趋势，在各学科排名中，化学已经位居第1，地学和综合学科位居第2，物理学科位居第3，数学和生物学位居第4，天文学位居第6。与其他5个国家不同，中国在所有学科都呈现出增长趋势，特别是除了天文学外，中国在其他学科的增长速度(以各学科发展指数拟合直线的斜率来表示)都为第1(表5)。这些进步使得中国基础科学研究综合发展指数逐步超越日本、法国、德国、英国，至2017年位居第2。
表 5各国基础研究发展指数拟合直线的增长斜率
(3)除了美国和中国外，英国在生物学和天文学、德国在物理学、法国在数学等学科具有一定的优势和特色，日本在各学科都展现出落后趋势，特别是在7个学科中有4个学科呈现出下降趋势。
(4)在化学学科领域，除了中国展现出强劲的发展势头外，其他5个国家都展现出下降趋势，这固然存在中国在该学科发展的强势，但也不排除因为其他国家发展的衰退或整个学科发展的衰退对中国发展趋势的助长。
3.2 讨论
(1)本文提出的发展指数指标很好地结合了能够表征科学研究能力的论文份额以及表征论文影响力的被引用度这两个指标，可以更好地定量评估基础研究水平。在本文提出的方法中，论文份额是统计年度的论文发表情况，而论文被引用度反映了统计年度前两年发表文章在统计年度的被引用情况，这既保证这两个指标在分析中的相互独立性，又保证了这两个指标在分析中的同时性。
(2)本文方法采用论文份额代替论文数量、采取被引用度代替被引用强度或被引用次数可以规避不同统计时段及不同学科论文总数差异及影响力差异对结果的影响，使得本方法可以应用于不同时段的发展趋势分析以及不同学科间的对比分析。
(3)本文统计时没有考虑论文中的合作(对于本文而言是国际合作)的影响，进一步考虑合作者之间贡献的精细分析，可以得出合作对基础研究发展水平的贡献。
(4)本文的统计空间是基础科学领域，在此基础上进行学科类群划分以及选择相应代表性学术期刊，在实际操作中可根据统计空间的尺度的不同进行相应的学科类群划分及期刊选择。
(5)本文提出的发展指数可以作为表征一个国家(或具体科研机构)不同学科以及整体基础研究发展水平的计量学指标，可以用于基础研究趋势分析，并为科研机构及学科评估提供一个定量手段。
参考文献：
[1]中国科技论文统计与分析课题组. 2016年中国科技论文统计与分析简报[J]. 中国科技期刊研究, 2018,29(1): 59-68.
[2]墨宏山, 韩莉, 张峰, 等. 中国科研机构Nature和Science论文的影响力分析[J]. 科学观察, 2016,11(4):1-8.
[3]MOED H F, DE BRUIN R E, VAN LEEUWEN T N. New bibliometric tools for the assessment of national research performance: database description,overview of indicators and first applications[J]. Scientometrics, 1995, 33(3):381-422.
[4]MOED H F．CWTS crown indicator measures citation impact of a research group’s publication oeuvre[J]．Journal of Informetrics, 2010, 4(3):436—438.
[5]NATURE INDEX.Frequently asked questions.[EB/OL]. [2018-09-01].https:\www.natureindex.com/faq#journals.
Analysis on Developmental Index of Basic Science Research
Mo Hongshan
(High Technology Research and Development Center, MOST, Beijing 100044, China)
Abstract :In this paper, developmental index (DI) is defined to characterize the developmental level of basic research by combining paper share (PS) index and cited degree (CD) index that characterize the capacity and impacts of basic research, respectively. Journal samples that contain representative journals of various disciplines in basic science fields are chosen to calculate the DIs and the comprehensive developmental degree (CDI) of six countries (China, USA, UK, Germany, France and Japan) on each discipline and on the whole basic science fields. The findings show that, except astronomy, the development of each discipline all exhibits an upward trend in China; the slopes of fitting line on DI of other disciplines all rank first. In China’s ranking of the disciplines, chemistry is the first; earth sciences and multi-discipline are the second; physics is the third; mathematics and biology are the fourth, and astronomy is the sixth. The CDI of the China’s basic science research has successively exceeded 4 countries (Japan, France, Germany and UK), ranking second at 2017. Overall, the above results show that the DI proposed in this paper can be used to characterize developmental level of basic research, to analyze the trend of basic research, and to provide a quantitative means for assessment on scientific research institutions and disciplines.
Key words :paper share; citation intensity; citation degree; developmental index; comprehensive developmental index
中图分类号： G311
文献标志码： A
文章编号： 1000-7695( 2019) 18-0254-06
doi： 10.3969/j.issn.1000-7695.2019.18.033
收稿日期： 2018-09-27，修回日期： 2019-01-31
基金项目： 科技部科技创新战略研究专项“重点科技领域发展热点跟踪研究”(ZLY2015072)
作者简介： 墨宏山(1970—)，男，河北安国人，副研究员，主要研究方向为973计划和国家重点研发计划的管理等。
标签：论文份额论文; 被引用强度论文; 被引用度论文; 发展指数论文; 综合发展指数论文; 科学技术部高技术研究发展中心论文;