世界科学活动中心研究——基于高质量科学家流动_韩芳.pdf
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1、书书书第 41 卷第 7 期2023 年 7 月科学学研究Studies in Science of ScienceVol 41 No 7Jul 2023文章编号:1003 2053(2023)07 1153 11世界科学活动中心研究 基于高质量科学家流动韩芳1,张汝昊1,陈光2,袁军鹏1(1 中国科学院文献情报中心,北京 100190;2 中国科学院学部工作局,北京 100190)摘要:高质量科学家的流动代表了科学知识的传播,基于高质量科学家的流动刻画近代世界科学活动中心的转移规律,对于国家制定科技战略,推动科技进步具有重要意义。该研究基于 Scopus 数据库1921 2020 年发表的论
2、文数据,提取高质量科学家的跨国流动序列,从而对近百年来世界科学活动中心的转移进行分析,并从学科层次研究科学活动中心的转移规律。研究结果显示:(1)科学活动中心与学科活动中心具有不唯一性,且随时间呈现多中心化,美国、英国一直占据科学活动中心位置,其次为德、意等发达国家,是多个阶段的世界科学活动中心与学科活动中心;(2)科学活动中心与学科活动中心具有转移性,且转移方向不是单向的,但二者的演化具有一致性,即科学活动中心可视为不同学科活动中心的堆叠效应;(3)不同时期不同学科对于科学活动中心形成的贡献度不同,随着科学多元化与学科交叉融合,这种贡献差异性降低;(4)中国自 2004年成为世界科学活动中心
3、之一,但与发达国家相比仍有较大差距,需进一步加大科研投入力度,促进学科平衡发展。关键词:世界科学活动中心;学科活动中心;学术论文;高质量科学家;跨国流动中图分类号:G350文献标识码:A收稿日期:2022 06 01;修回日期:2022 07 20基金项目:科技部科技创新战略研究专项(ZLY202140)作者简介:韩芳(1987 ),女,助理研究员。张汝昊(1995 ),男,博士研究生。陈光(1977 ),男,副研究员,通讯作者,E mail:chen-guang cashq ac cn。袁军鹏(1973 ),男,研究员。“世界科学活动中心”的概念由科学学奠基人贝尔纳(J D Bernal)在
4、 历史上的科学(1957 年)首次提出,代表了全球、国家与城市的科学与技术活动中心1。之后,很多学者应用“科学活动中心”反映一个国家或地区的科学实力,并基于不同方法对科学活动中心及其转移规律进行研究2 14。把握世界科学活动中心与学科活动中心的形成与转移特征,对于提升国家科学水平,平衡学科发展,有效进行科技体制改革与政策调整具有重要意义。然而,已有相关研究多基于研究成果或科技事件对科学活动中心展开分析,忽略了背后科研人员的因素2。而在日益深化的全球化背景下,科研人员间的合作日益频繁,科研成果已无法用于判定世界科学活动中心3 5。在新的发展背景下,需要寻求新的指标重新对世界科学活动中心进行定义。
5、高质量科学家的流动被认为代表了重要科学知识的流动15,16。因此,一些研究基于高质量科学家的流动对世界科学活动中心进行了刻画并取得了一定成果2,6。然而,这些研究多局限于数据量较小的科学家群体,无法对世界科学活动中心的转移规律进行系统分析。基于此,本研究基于 Scopus 数据库 1921 2020年发表的论文数据,提取各学科 top1%h 指数科学家的跨国流动序列,对近百年来高质量科学家的流动进行分析,从而掌握近百年来世界科学活动中心的转移规律。此外,本研究将在某学科发展中占据领先地位的国家或地区定义为“世界学科活动中心”,从学科层次研究世界科学活动中心的转移规律。1研究回顾与评述“世界科学
6、活动中心”的概念自提出以来一直广受研究人员关注。已有研究主要采用科学研究成果或科技大事件等指标研究世界科学活动中心。如1962 年,日本科学史家汤浅光朝将一个国家科学成DOI:10.16192/ki.1003-2053.20221021.001科学学研究第 41 卷果占同时期世界科学成果 25%以上定义为“世界科学活动中心”,揭示了 1501 1950 年世界科学活动中心转移过程7。我国著名的科学计量学家赵红州用 复旦大学学报 所载的“自然科学大事记”对世界科学活动中心转移现象进行了研究8。此外,一些学者从学科层次对科学活动中心的转移规律进行分析9,10,证实学科结构与科学活动中心的形成密切相
7、关。如冯烨与梁立明10 基于 1501 年至 1970年的重大科学与文化事件数据,对物理学、生物学、化学、天文学、医学、数学和地学 7 个学科的学科活动中心转移进行分析,证明了学科活动中心与科学活动中心的一致性。然而,在全球化背景下,科学成果数量已无法用来判定世界科学活动中心3 5。一些研究证实科研人员的迁移可用于表征世界科学活动中心的形成与转移6。尤其是高质量科学家,对流入国产生的影响更大。相比整个群体,高质量科学家的流动被认为可以更精确反映科学知识的真正流动15,16。一些研究基于诺贝尔奖获得者的流动历程,对世界科学活动中心的形成进行分析,证实了二者的紧密关系2,6。尽管诺奖得主代表了高质
8、量科学家的“顶级科学精英”17,然而,由于诺奖得主数量较少,且仅涉及 6 个学科,无法全面反映高质量科学家群体的流动,从而不能完全反映世界科学活动中心的形成及转移规律。现有一些关于高质量科学家的研究与关于人员跨国流动的研究,但将两者结合的研究还较为匮乏。如何对流动人员的“质量”进行评价,是研究高质量科学家流动的基础。学术论文被认为是科研人员的主要知识载体。一个学者拥有的学术论文越多,或被引用次数越多,说明该学者学术水平越高,可被认为属于“高质量科学家”群体。2005 年,Hirsch 提出h 指数18:一个学者的 h 指数代表其有 h 篇论文分别被引用至少 h 次。尽管存在一些不足19,但其仍
9、被普遍认为可在一定程度弥补传统文献计量指标在学者评价上的缺陷,在 Web of Science,Google Schol-ar,Scopus 以及学术机构等评估中得到广泛应用20。学术论文涵盖了作者的署名国家、发表年份等信息,通过对科学家发表所有文献的署名国家变更情况进行分析,可获取科研人员的跨国流动历程。基于该方法,Laudel 基于 1980 2002 年发表于 Na-ture、Science 上的所有学术论文,将拥有3 篇 Na-ture 与 Science 文章的作者定义为“高质量科学家”,对“血管紧缩素”研究领域的高质量科学家群体流动特征进行了研究16。尽管这些研究仅局限于单个学科或
10、短时期内的小群体科学人员流动,但证实了学术论文可用于刻画特定领域高质量科学家的流动。基于以上分析,本文基于 Elsevier 的 Scopus 数据库,选取 1921 2020 年这 100 年长历史周期发表的论文数据,将各学科 top1%h 指数的科学家界定为“高质量科学家”。基于高质量科学家发表的论文相关信息,分析高质量科学家的跨国流动历程,并基于高质量科学家流动数量及其变化规律对世界学科活动中心进行度量。此外,本研究从学科层次探讨不同学科活动中心的转移规律,以及其与科学活动中心的关系。2数据来源与方法2 1数据来源与科技人员流动序列聚合本研究数据来源为 Elsevier 的 Scopus
11、 数据库,时间范围为 1921 年至 2020 年,共包含科技文献条目数量 80,963,897 篇,涵盖 28 个学科大类,涉及作者 41,671,835 位,这些作者实体与机构实体已由Scopus 匹配算法进行了规范控制与歧义消除。Sco-pus 为每个作者分配了单独的 ID,可通过其论文识别主题领域等。本研究数据分析基于 Elsevier 的 ICS Lab。IC-S Lab 是面向数据科学、科学计量学研究人员数据分析研究平台,其运行基于 PySpark 架构,并以在线编程的方式提供服务。这使得本研究中的科学计量数据挖掘及分析工作能够灵活、高效地开展。基于 Scopus 学科分类,本研究
12、将 28 个学科top1%h 指数的科研人员定义为高质量科学家,对其跨国流动进行分析。通过抽取研究时间段(19212020)内的每一高质量作者 ID 及其对应的单个或多个所属单位,将所属单位中的国家信息以发文时间为序存储到作者实体的数据结构中,形成科技人员流动序列。如作者 i 在1921 年至2020 年,分别于1950 年、1955 年及 1960 年发表三篇论文,署名单位所属国家分别为中国、美国与中国。则其跨国序列存储如下:China,1950,USA,1955,China,1960 。需要注意的是,我们假设科技文献是科技人员的主要产出,且能够反映科技人员本人的真实流动。这些假设可能造成一
13、定误差,但在基于大规4511第 7 期韩芳 张汝昊 陈光 等:世界科学活动中心研究模数据的研究中,我们认为这些误差对结论的干扰是有限的。此外,本文中的跨国流动是指发表论文署名国家的变迁,而非科学家的国籍或物理空间的流动。2 2高质量科学家跨国流动网络分析高质量科学家的流入、流出反映了一个国家高层次科研人员的流动活力。研究显示,多数国家在100 年中,高质量科学家的流入与流出总量接近(见章节 3 2),但部分国家在一定时间段内两个指标值相差较大。因此,评价世界科学活动中心时应综合考虑流入、流出量。本文以高质量科学家的跨国流动信息为基础,构建跨国流动网络,并应用社会网络分析方法,对一个国家的高质量
14、科学家入度与出度进行分析。在跨国流动网络中,节点代表高质量科学家跨国流动涉及的国家,两个国家间高质量科学家的流动频次为其连边的权重。由于科学家的流动是有向的,因此,该网络为有向网络。有向网络节点的度包括出度与入度,入度是指其它节点指向该节点的边的权重和,出度为从该节点指向其它节点的边的权重和。国家 i 第 t 年的入度 degreein(it)与出度degreeout(it)由公式(1)计算:degreein(it)=Nj=1,jikijtwijtdegreeout(it)=Nj=1,jikijtwijtkijt=1,当 i 与 j 有连边时;kijt=0,当 i 与 j 无连边时,(1)其中
15、,N 为 1921 2020 年发生高质量科学家跨国流动行为的国家总数。wijt为第 t 年节点 i 与 j 间连边的权重。在本研究中,对节点的入度、出度由公式(2)进行 min max 标准化处理。则国家 i 第 t 年的标准化入度、标准化出度为:degreeinnorm(it)=degreein(it)degreein(xt)mindegreein(xt)max degreein(xt)mindegreeout norm(it)=degreeout(it)degreeout(xt)mindegreeout(xt)max degreeout(xt)minx 1,N,(2)2 3世界科学活动中
16、心与学科活动中心测度基于各国在跨国流动网络中的入度与出度,本研究提出世界科学活动中心测度指标 WSAC(WorldScientific Activity Centrality)。国家 i 第 t 年的 WSAC通过公式(3)计算:WSAC(it)=degreeinnorm(it)+degreeoutnorm(it)2(3)此外,本研究基于 Scopus 学科分类体系,应用相同方法,对农业和生物科学、生物化学、遗传学和生物分子学、物理学和天文学、综合学科,神经科学,免疫学和微生物学,材料科学,化学,医学及工程学等被证实与科学中心演化密切相关的十大重要学科的活动中心进行分析8,对各学科高质量科学家
17、入度、出度进行测度及标准化,应用其算术平均值作为“学科活动中心指数”从而研究 10 个学科的活动中心,并从学科层次探索科学活动中心的演化规律。本文在做计量研究前,首先明确以下两个概念。科学活动中心:研究发现,同一时期不同国家的WSAC 数值具有高度偏态分布特征(偏态系数均大于 1),各阶段平均 WSAC 大于 0 25 的国家高质量科学家流动人次占据同时期总人次的 40%60%,且均位居同时期的前十位,是高质量科学家流动枢纽。基于此,本研究将某国 WSAC 大于 0 25 的时期为科学兴隆期。处于科学兴隆期连续超过 3 年的国家称为该阶段的科学活动中心,简称科学活动中心。学科活动中心:同样,将
18、一国某一学科活动中心指数大于 0 25 的时期为该学科兴隆期。处于某一学科兴隆期连续超过 3 年的国家称为该阶段的学科活动中心。3结果3 1高质量科学家流入与流出国家概况分析本研究基于 Scopus 数据库1921 年至2020 年发表论文,共计28 个学科 top1%h 指数的作者定义为高质量科学家,共计 78,815 位。其中 44,798 位发生过流动的高质量科学家被选取为本研究的分析对象,其主要流入国家分布如图 1 所示。其中,美国吸引了最多高质量科技人员,共计 177,799 人次,占全部流入量的 66 25%。其次为英国、德国、意大利及瑞士等国家。各国家在一百年中高质量科学家流入、
19、流出总量基本持平(图 2)。图 3 显示了 10 个流入/流出量最多国家高质量科学家流入量的演化。整体而言,各国家的高质量科学家流入数量呈现稳步增长态势。尤其是美国,高质量科学家流入量呈指数形式增长,其次为英国与德国,高质量科学家流入数量增长快速。中国自5511科学学研究第 41 卷1980 年起吸引了大量高质量科学家流入,并逐步超过意大利、瑞士等欧洲发达国家,成为高质量科学家主要流入国之一。图 1Top_20 高质量科学家流入数量最多的国家Figure 1Top_20 countries the most high qualityscientists flow in图 21921 2020
20、年十大国家高质量科学家流入与流出总数对比Figure 2The total number of inflow and outflow ofhigh quality scientists among ten major countriesin the years from 1921 to 2020图 3十大国家高质量科学家流入数量变化Figure 3The evolution of inflow of high qualityscientists over time in 10 countries3 2高质量科学家跨国流动网络为进一步对高质量科学家跨国流动特征进行分析,本研究将每个国家或地区作为
21、节点,国家或地区间高质量科学家的流动次数作为边,构建跨国流动网络。图 4a 4e 为 1921 1940、1941 1960、19611980、1981 2000 以及 2001 2020 五个阶段跨国流动网络图谱。其中,节点大小与该国家或地区高质量科学家的流动总量成正比,节点的位置代表了其在网络中的地位。即节点越靠近网络中心,代表节点在网络中占据核心地位,则节点代表的国家或地区可视为该时期的流动枢纽,具有较强的高质量科学家流动活力。节点间连线的粗细代表了两个国家或地区间流动关系的紧密程度,不同的颜色代表不同的聚类。为了更清晰展现主要国家间的高质量科学家流动情况,本研究仅展示该阶段的主要流动线
22、路。整体而言,美国与英国一直以来是高质量科学家跨国流动最为活跃的国家。随着跨国流动的高质量科学家数量不断增多,跨国流动网络结构不断演化。尤其自 1980 年后,网络结构变化较大,逐渐由以美、英为核心,演化为具有多个流动中心的网络。同时,不同国家或地区间的流动关系不断增多,网络结构呈现复杂化。表 1 显示了不同阶段各主要国家的标准化入度、出度均值以及跨国流动网络的中心度。结果显示,十大主要国家可分为 4 个梯队:第一梯队为美国。各阶段高质量科学家流入、流出指数均位居全球第一。第二梯队包括英国、德国与意大利。3 个国家在跨国流动网络中入度、出度较大,近 40 年各指标值大于 0 3,处于高质量科学
23、家流动活力的第二梯队。从变化态势而言,英国的出入度呈下降趋势,德国、意大利保持增长。第三梯队为瑞士、法国与中国。3 个国家的入度与出度呈增长态势。其中,中国在近 20 年增长迅猛,成为近年来高质量科学家流动的中心之一。第四梯队包括加拿大、日本与西班牙。3 个国家的指标基本呈增长趋势。此外,整个跨国流动网络的中心度(基于 Ucinet 计算,使用标准化度中心性进行度量)先增长后降低,进一步说明跨国流动网络中心从聚集到逐渐呈现多元化特征。6511第 7 期韩芳 张汝昊 陈光 等:世界科学活动中心研究图 4高质量科学家跨国流动网络图(基于 VosViewer 软件绘图)Figure 4The net
24、works of high quality scientiststransnational flow(based on VosViewer)表 1主要国家世界高质量科学家流动指标Table 1The flowing indicators of high quality scientists in ten major countries国家1921 19401941 19601961 19801981 20002001 2020入度出度入度出度入度出度入度出度入度出度美国0 920 850930991111098099英国060 690 690570440450420 440410 43德国0
25、360 440150230220240330 330380 4意大利0 030 220040110110150310 330350 36瑞士0 180 16016020210170220 210320 33法国0 010 050080130140150230 230220 23中国0 020 12001001009006010260 27加拿大010 130 120140140150220 230220 21日本0 040 040020060080090170 170170 16西班牙00 0100030002010080 10 13网络中心度14 74%15 33%1243%644%331%
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