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中国正在向世界科研大国靠近
2018-11-27 中国教育报

中国正在向世界科研大国靠近

——2018中国科技论文产出态势评述

  我国农业科技进步贡献率由2012年的53.5%提高到2017年的57.5%,取得了超级稻、转基因抗虫棉、禽流感疫苗等一批突破性成果。2000年—2017年,我国知识产权使用费支出从12.8亿美元增加到286.6亿美元,年均增长率达到20.1%,位列世界第三。与此同时,中国高技术产品出口额也由417.4亿美元增长到4960亿美元,成为世界第一大高技术产品出口国,出口规模相当于排名第二至第四位的德国、美国和新加坡三国之和……

  这,只是中国向科研大国迈进的一个侧面。日前,中国科学技术信息研究所在京发布的2018中国科技论文统计结果显示,我国的高被引国际论文数量和国际热点论文数量分别占世界份额的17%和27.6%,较2017年统计时分别提升了2.3个百分点和2.5个百分点。

  这些不断刷新的数字,在为快速发展的中国科学研究简笔勾勒“自画像”的同时,也在世界科学研究的坐标轴上,为中国标注了相应的坐标。

  中国科技论文质量与科技强国的差距在缩小

  一篇科技论文的影响力,究竟如何评判,是一道颇具争议性的世界难题。在各种争议声中,论文发表后的被引用率,往往被学术界普遍认为是判定一篇论文影响力大小的重要指标。

  根据2018中国科技论文统计结果,2008年至2018年(截至2018年10月)中国科技人员共发表国际论文227.22万篇,论文共被引用2272.40万次,与2017年统计时相比,数量增加了10.4%,继续排名世界第二位。虽然中国论文被引用次数增长了17.4%,增长速度明显快于其他国家,但与排在前一位的美国的7013.04万次相比,差距明显。

  就篇均被引用率来说,我国平均每篇论文被引用10次,比上一年度统计时的9.4次提高了6.4%。这意味着从纵向比较,过去一年,我国国际科技论文质量进步幅度有了较大提升。但从横向比较来看,本统计年度世界整体篇均被引用次数为12.61次。这说明虽然我国平均每篇论文的被引用率有所提高,但与同期的世界平均值还有不小的差距。

  如果进一步扩展横向比较的范围,我们发现,中国与世界主要科技大国的差距依然不小。以2008年至2018年间发表科技论文累计超过20万篇的22个国家(地区)作为参照,若按平均每篇论文被引用次数排序,每篇论文被引用次数超过本统计年度12.61次这一平均值的国家有13个。其中,瑞士、荷兰、美国、英国、瑞典、德国、加拿大、法国、澳大利亚、意大利的论文篇均被引用次数超过15次。而中国则排在第16位,仍然远远落后于西方传统的科技强国!

  当然,中外之间虽然差距明显,但这并不意味过去一年中国的科学研究没有进步。假若国际学术界通行的“高被引论文”这一评价指标(即指被引用次数处于世界前1%的论文)具有科学性,我们不妨将时间拉长到2008年至2018年的10年段进行国际横向比较。

  数据显示,中国各学科论文在2008年至2018年10年段累计被引用次数进入世界前1%的高被引论文数量为24825篇,占世界份额为17.0%,世界排名继续保持在第三位,占世界的份额提升了2.3个百分点。排名第一的美国,同期的高被引论文数量为72156篇,占世界份额为49.5%,比上一个统计年度增加了1.7个百分点;排名第二的英国高被引论文数为26540篇。中国与美国、英国存在一定的差距,但差距正在收窄。中国与自身相比,本统计年度入选的高被引论文数量较2017年度统计时增加了23.3%。这说明过去一年间中国科技论文的质量有了较大提高。

  中国的这种进步,还体现在广受国际学术界认可的能反映世界科学界最新科学发现和研究动向的热点论文数量增长上。这些在发表后两年间被引用次数排在各学科前1‰的热点论文,在一定程度上被认为是世界科学研究前沿的风向标,往往能对世界学术研究产生影响。

  截至2018年9月,中国国际热点论文数量为842篇,占世界总量的27.6%,世界排名保持在第三位。同期,美国热点论文数最多,达到1629篇,占世界热点论文总量的53.3%;其次是英国、德国、法国分别以909篇、560篇和374篇位居世界第二、第四和第五位。

  但值得注意的是,不同的统计口径也反映出了过去一年中国在某些领域的高影响力论文有所减少。

  2017年,发表在Science、Nature和Cell三大被国际公认的学术名刊上的论文,有5697篇,比2016年减少303篇,其中中国论文为309篇,单就论文数,较上一年度增加了11篇,在世界的排名由2016年的第五位首次升至第四位。美国以2503篇仍高居榜首。英国、德国分列第二、第三位。

  从国际知名学术引文数据库收录中国科技期刊种类的角度来看,中国科技期刊的影响力也在稳步提高。2017年,科学引文索引数据库(SCI)数据库收录中国科技期刊173种,比2016年增加11种。2017年,Ei数据库收录中国科技期刊221种,美国《医学索引》收录中国科技期刊132种。SSCI数据库收录中国期刊2种。Scopus数据库收录中国期刊640种。中国进入SCI的期刊中,2017年进入本学科领域总被引频次排名前1/4行列的期刊有12种,比2016年增加1种,进入影响因子本学科领域排名前1/4的期刊有46种,比2016年增加12种。

  中国挤进世界第一阵营的学科正在增多

  国际论文的学科分布,往往既能在一定程度上折射一个国家或地区各学科领域的科研发展水平,亦能反映出一段时间内哪些学科领域是科学界研究的兴奋点。

  以SCI为例,2017年SCI收录论文最多的10个学科,依次是化学,生物学,临床医学,物理学,材料科学,基础医学,电子、通信与自动控制,地学,计算技术和环境科学。其中,化学有47224篇,生物学有37750篇,临床医学有34228篇,物理学有31417篇,材料科学有24326篇,基础医学有21297篇,电子、通信与自动控制有16663篇,地学有12547篇,计算技术有12050篇,环境科学有10474篇。这表明过去一年世界各国学者科学研究的兴奋点主要集中在化学、生物学等10个学科领域。

  分析2017中国各学科产出论文数量及被引用次数及其所占世界的比例,我们发现,中国有材料科学、化学、工程技术、计算机科学和物理学5个学科产出论文的比例,超过世界该学科论文的20%。其中,材料科学论文的被引用次数排名世界第一;农业科学、化学、计算机科学、工程技术、环境与生态学、地学、数学、药学与毒物学、物理学和植物学与动物学10个领域论文的被引用次数排名世界第二;生物与生物化学和综合类排名世界第三,分子生物学与遗传学排名世界第四位,微生物学排名世界第五位。与前一个统计年度相比,有8个学科领域的论文被引用频次排位有所上升,进步明显。

  这些学科排名的变化,表明中国研究者在材料科学、化学、工程技术、计算机科学和物理学等学科领域的研究水平已闯入世界科学研究的第一方阵,具有越来越明显的比较优势。

  这一判断也在其他几个广为国际科学界认可的引文数据库中可以得到佐证。依据目前世界规模最大的文摘和引文数据库Scopus2017年度收录中国论文的领域分布统计数据显示,2017年收录的中国期刊论文数量最多的学科是工程,超过12万篇;论文数量超过5万篇的学科,还有材料科学、物理学与天文学、化学、医学、生物化学遗传学和分子生物学6个学科。这说明与这些学科相关的科学问题,或是2017年中国学者研究最为活跃的领域。

  中国学者在医学和生命科学方面研究的活跃程度,也格外惹眼。以美国《医学索引》收录中国论文情况为例,2017年该数据库收录的中国论文有14.13万篇,比2016年增加了10.2%。

  实际上,各类国际重要会议上发表的论文数,也能折射中国学者在相关学科领域开展科学研究的活跃度。根据《科技会议录引文索引》(CPCI-S数据库)2017年收录的世界重要会议论文分布状况,2017年,CPCI-S收录中国科技会议论文有7.36万篇,数量较2016年减少了14.7%,排名世界第二。其中,第一作者单位为中国的科技会议论文有6.56万篇。这些论文是中国科技人员参加在86个国家(地区)召开的2813个国际会议的成果,其中,发表的国际会议论文最集中的,分别是计算技术,电子、通信与自动控制,物理,能源科学技术,临床医学,机械工程,工程与技术基础学科,材料科学,化学和生物学10个学科。

  如果在每个学科领域内按统计年度的论文被引用次数世界均值画一条线、将高于均线的论文称作卓越论文的话,各学科产出的卓越论文占其全部论文比例超出30%的学科有36个。其中,安全科技、动力与电气、能源科技、化工、环境科学、轻工、纺织、力学、土木建筑、管理学、水产学和药物学等11个学科卓越论文超过50%。

  事实上,我们通过对比国际科学界普遍认可的三大著名数据库发现,化学、物理学、材料科学、工程技术等领域,是中国乃至国际科学界的研究热点。但我们也应清醒地看到,中国在包括经济学、教育学、社会学在内的社会科学领域,以及免疫学、心理学和微生物学等自然科学领域的研究,与世界主要科技强国存在明显差距。

  从发表卓越国际论文的地区分布来看,北京、江苏、上海、广东、湖北和浙江6个省市不仅是卓越国际论文产量比较集中的地区,而且也是国际论文影响因子较大的地区。

  2017年,我国31个省份发表的卓越论文数比例超过30%的省份有30个,卓越论文超过1000篇、占本地区论文比例最高的是湖北省,为45.75%。这种分布态势,说明一个地区国际论文的产量和质量与该地区高等教育资源、科研院所布局以及经济社会发展水平存在一定的正相关。

  科研国际合作的乘法效应正在显现

  2018年8月,中国科研人员参与的国际团队在英国《自然·光子学》杂志发表论文称,他们利用硅光子集成技术开发出一款通用光量子计算芯片,能用于执行不同的量子信息处理任务,这是推动光量子计算机大规模实用化的重要一步。

  这款光量子芯片,是中国的军事科学院国防科技创新研究院、国防科技大学、中山大学和北京大学以及英国布里斯托尔大学等机构科研人员国际合作的一项重大成果。

  光量子芯片只是中外科学界合作的一个缩影。其实,像耗资巨大、参与科学家众多的人类基因组计划、国际空间站计划等越来越多的重大科学发现,都有赖于国与国之间跨学科、跨领域、跨国界的合作。而且这种国际合作,在我国高校相当普遍。仅武汉大学一所高校,目前在研的国际科技合作项目就多达52项。

  从国际合著论文的数量和学科分布上,我们大致能看到中国学者广泛参与国际科技合作以及大科学项目的忙碌身影。

  据SCI数据库统计,2017年收录的中国论文中,国际合作产生的论文为9.74万篇,比2016年增加了1.39万篇,增长了16.6%。国际合著论文占我国发表论文总数的27%。2017年,中国作者为第一作者的国际合著论文共计67902篇,占我国全部国际合著论文的69.7%,合作伙伴涉及155个国家(地区);其他国家作者为第一作者、我国作者参与工作的国际合著论文为29484篇,合作伙伴涉及182个国家(地区)。

  从国际合著论文的学科分布来看,中国国际合著论文较多的学科,主要是化学、生物学、物理学、临床医学、材料科学和电子、通信与自动控制等。这表明这些学科领域是目前国际学术界集中关注且是最具创新活力的领域。

  值得关注的是,在2017年度国际大科学的研究领域,以中国科研人员为第一作者的国际论文数量虽有所增加,但在中国科研人员参加的所有论文中的占比仍然较低。

  在2017年中国发表的国际论文中,作者数大于1000、合作机构数大于150个的论文共有218篇,作者数超过100人且合作机构数量大于50个的论文共计508篇,比上一年增加12篇,涉及高能物理、天文与天体物理、生物学和医药卫生等学科。其中,中国机构作为第一作者的论文仅为40篇,中国科学院高能物理所38篇。中国科学院昆明植物研究所主持的真菌多样性研究,吸引了阿曼、巴西、德国、俄罗斯、美国、英国等19个国家56个机构参与。

  从合作伙伴来看,在中国作者作为第一作者的6.79万篇合著论文中,美国、英国、澳大利亚、加拿大、日本和德国是中国学者最重要的6大合作伙伴;在中国参与工作、其他国家作者为第一作者的2.95万篇合著论文中,美国、澳大利亚、英国、德国、日本和加拿大是中国学者的六大合作伙伴国。

  这既表明中国学者与国外学者之间自发的常规合作有较大幅度的增长,又意味着中国致力于参与国际大科学和大学科合作、探索人类重大科学技术问题、探索宇宙奥秘的重大课题、基于国家层面的国际合作能力有所增强。

  据中科院院士、清华大学副校长薛其坤介绍:“当下,中外学者之间的自发性常规合作,现在越来越多,参与国际大科学和大学科合作,我们也已参与了不少,如参与欧洲大型强子对撞机的科研工作。但是还要看到,在国际合作中,我们还只是参与者,而非提出者和主导者,由我们牵头、瞄准人类重大科学问题、我国科学家原创的合作项目仍然很少。”

  薛其坤认为,中国科学家有机会参与重大课题的国际合作,一部分原因是国外希望借助中国的实验资源和技术条件,但这种情况必须扭转,要主动提出科学研究的方向,实现引领。

  中国科研亟待补齐成果转化“短板”

  据彭博社报道,在过去不到10年间,中国企业在美国获得的专利数量翻了10倍。2017年,发明专利申请量138.2万件,同比增长14.2%。按照美国商业专利资料库的数据显示,2017年中国发明者共计获得了11241项美国专利,相比2016年同期上涨了28%,至此中国首度成为全世界获得美国专利最多的五大国家之一,仅次于美国、日本、韩国和德国。

  事实上,美国媒体所描述的中国在创新方面展现出来的某些比较优势,可以在2017年度中国国际科技论文统计数据中得到印证。

  与前几个统计年度的情况相似,基金或项目资助对于我国国际论文产出数量的增加和质量提升的牵引作用,不容小视。

  2017年,由国家级基金或资助产生的中国国际论文达到30.95万篇,其中高校占77.57%,研究机构占9.91%,主要分布于化学、物理、生物、临床医学、材料科学和电子通信与自动控制、地学、计算基数和环境科学领域。

  就产出论文的质量而言,高校始终是卓越论文的贡献主体。根据本年度SCI的统计,2017年,中国机构作者为第一作者的论文共32.39万篇。在13.77万篇卓越论文中,高等学校为11.69万篇,占比84.9%,研究机构为14722篇,占10.7%。

  就世界各学科领域影响因子最高的期刊收录中国论文总量变化来看,2017年度,在世界178个学科领域154种高影响力期刊上发表的55083篇论文中,中国发表论文8259篇,比2016年减少403篇,占世界份额的15.0%,继续排在世界第二位;美国有17240篇,占世界份额的31.3%。其中,3860篇是得到国家自然科学基金资助而产出,占总数的47.1%。这些发表在世界各学科高影响力期刊上的论文,超过八成产自高校。其中,清华大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、浙江大学和北京大学分别以333篇、292篇、245篇、232篇和230篇分列前五名。

  然而,分析本年度的统计数据,虽然过去一年中国国际科技论文产量和质量都有不同程度的提高,但成果转化率低仍是中国科研体系的主要“短板”。

  发明专利作为技术创新的产物,其数量和质量可以反映一个国家或机构的创新能力。根据中国科学技术信息研究所援引经合组织2018年10月19日的数据显示,2015年中国发明人拥有的三方专利数为2889项,占世界的5.2%,排在世界第四位,超过2014年的2582项。而据中国科学技术信息研究所援引《德温特世界专利索引数据库》(DWPI)的数据显示,2017年在中国公开的授权发明专利约42.03万件,较2016年增长0.4%。按第一专利权人(申请人)的国别看,中国机构(个人)获得授权的发明专利数约为32.69万件,占比77.8%。

  从获得授权的发明专利的机构类型看,2017年度,中国高等学校获得约7.70万件授权发明专利,占中国(不含外国在华机构)获得授权发明专利数量的23.5%;研究机构获得约2.92万件授权发明专利,占总数的9.0%;公司企业获得约18.38万件授权发明专利,占总数的56.2%。这说明,在第四次工业革命兴起及世界范围的产业转型升级进程中,公司和企业在科研成果转化为现实生产力方面优势明显,而在国家科技创新体系中作为科研成果产出“大户”的高校和研究机构,在成果转化方面还存在明显的“短板”,或者大量成果仍然锁在实验室的抽屉里。

  一个不容忽视的事实是,专利数量上的不断刷新和质量改善的背后,是中国正处在向科技大国、科技强国迈进的重要关口,国家加大对科技创新的持续投入,使得中国的专利申请交出了一份满意的成绩单。

  2017年,全社会研发支出预计达到1.76万亿元,比2012年增长70.9%;全社会研发支出占GDP比重为2.15%,超过欧盟15国2.1%的平均水平。数据显示,2014年,我国研发经费投入强度(研发经费与国内生产总值之比)达到2.02%,2016年为2.11%,2017年上升至2.12%。从全球来看,我国研发经费投入总量目前仅次于美国,居世界第二位。其中,高校研发经费达到1127.7亿元,比2016年增加了5.2%。

  但尤其值得注意的是,与国家巨大的科研投入相比,我国的科技成果转化率目前仅为20%,实现产业化的不足5%,而发达国家的科技成果转化率平均保持在50%—60%。可见,制约中国迈向世界科技强国的一个重要原因,就是科研成果的转化不畅。

  即便是中国引以自豪的专利量,中国部分领域的专利布局和国外也是差距明显:在世界知识产权组织划分的35个技术领域中,2016年国内发明专利拥有量高于国外在华发明专利拥有量的有29个,但在光学、发动机、运输、半导体、音像技术、医学技术等6个领域与国外仍存在差距,比如在光学和发动机领域,国外拥有的发明专利数量分别为国内的1.4倍和1.2倍。从维持10年以上的有效发明专利来看,国外在华拥有量是国内的1.9倍,运输领域达到了5.7倍。

  在当下全球技术研发正从单项向多项转变、创新迭代速度加快的背景下,如何改变创新载体分散、重复、研发内容重叠,整合政府、高校、行业等资源,使科研成果能顺利实现市场化、产业化应用,在一定程度上决定了中国从世界科技大国迈向世界科技强国的时间表。

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