從二維視角對比金磚四國科研產出規模以及國際影響力

金磚四國(BRICs)是美國高盛證券公司董事長兼首席經濟學家吉姆·奧尼爾2001年提出的概念[1]。金磚四國是指巴西(Brazil)、俄羅斯(Russia)、印度 (India) 和中國(China)四國，BRICs由四國英文名稱的首字母組合而成。由于該詞與Brick發音類似，被稱為“金磚四國”。金磚四國都是巨大的經濟體，并具有成為富裕經濟體的潛力，特別是在全球經濟和科學研究版圖中影響力快速增長，因而成為國際的焦點。

大量研究表明，科學研究與經濟增長具有明顯的相關性[2-3]。金磚四國的GDP越是快速增長，可用于研發投入的資金量就越大，從而能大大提升國家的創新競爭力，促進經濟持續增長。科學研究是一個國家知識經濟的重要組成部分，科技論文是科學研究的主要產出形式，論文數量體現了一個國家持續性科研戰略投資的產出和成果。根據湯森路透的統計數據，《科學引文索引》(WOS)數據庫收錄的論文中，1973年67%的論文來自G7國家，而2011年這個比例下降至50%，這種變化的推動主要來源于金磚國家[4]。高小強等從論文數量、總被引頻次、篇均被引頻次方面對金磚四國基礎研究的產出規模和影響力進行了分析[5]。張洋等對金磚四國發表的SCI論文數量進行了分析[6]，但是未對論文的被引頻次、篇均被引頻次進行分析。張永凱[7]認為，金磚國家研發創新能力懸殊，不過在科技政策的激勵下研發創新能力提升的速度很快。雖然金磚國家科研水平已經受到國內外的關注，但這些研究僅局限于對各國科研論文產出數量、科技創新能力、激勵政策、金磚國家科研合作模式及平臺構建方面，有關金磚四國的論文質量和學科分布情況的研究尚少。由于一個國家的學科結構受文化、政治、歷史、地理等因素的影響較大，并且決定了資金和資源在學科間的分布，影響該國的科技發展，因此了解一個國家的學科結構很有必要。

本文從基本科學指標(Essential Science IndicatorsSM，ESI)數據庫中收集金磚四國22個學科的論文數據，引入并計算金磚四國的科研論文相對產出指標(Relative Publication Index，RPI)和相對引文影響指標(Relative Citation Impact，RCI)[8-9]，分析不同學科間論文產出和引文影響的分布差異，并測度學科專業化指標(Disciplinary specialization index，DSI)和標準引文影響(Normalized citation impact，NCI)指標，構建“學科專業化-標準引文影響”二維分析框架，分析各國各學科在全球領域的相對位置，以期對有關部門制定科技發展政策、調整學科結構布局起到一定的參考作用。

1 數據來源與方法

本文以ESI數據庫為數據來源。ESI數據庫是WOS數據庫于2001年推出的基于SCIE與SSCI收錄的全球大約11 400種科技期刊的1 000多萬條文獻而建立的計量分析數據庫。該數據庫每兩個月更新一次，從論文數量、總被引頻次、篇均被引頻次等方面分別對科學家、研究機構、國家或地區和期刊進行分析。

ESI數據庫有Citation Ranking(引用排行)、Most Cited Paper(最高被引論文)、Citation Analysis(引文分析)和Science Commentary(科學評論)4個模塊，ESI數據庫將所收錄論文劃分22個大的學科領域。本文通過引用排行模塊下的國家/地區模塊，統計全球以及金磚國家2004年1月1日至2014年6月30日期間在22個學科領域發表論文的情況(數據更新時間為2014年9月12日)，主要統計論文數量和總被引頻次以及篇均被引頻次指標。在此基礎上，計算相對產出指標(RPI)、相對引文影響指標(RCI)、分析金磚四國22個學科領域論文產出情況。考慮到學科差異，采用學科專業化指標(DSI)和標準引文影響指標(NCI)從國家整體層面分析金磚國家科研論文產出情況[8-9]。

2 結果與分析

2.1 金磚四國科研論文產出的基本數據

論文數量在一定程度上可以反映一個國家的科研產出能力。金磚四國近10年發表論文被ESI數據庫收錄情況見表1。從發文數量上來看，中國(未包括中國臺灣地區)論文數量占全世界論文總數的8.9%，居全世界第二位，僅次于美國，印度、巴西和俄羅斯分別位居第10，14和15位。與論文數量排名相比，中國科研論文總被引頻次退居全球第4位，印度、巴西和俄羅斯總被引的排名也都相應后退若干名。

總體上看，在ESI數據庫收錄的156個國家和地區中，金磚四國的排名還是比較靠前的，中國引領了其他三國，俄羅斯受劇烈政治動蕩的影響，科學研究相對落后。金磚四國的篇均被引頻次差異不大，但均明顯低于世界平均水平。

表1 金磚四國科研論文產出情況

2.2 金磚四國各學科科研論文相對產出及影響比較分析

2.2.1 相對產出指標(RPI)

本文采用相對產出指標(RPI)分析各國不同學科領域的科研產出能力。RPI表示某一國家在某一學科領域發表論文數量百分比與世界水平的比值。相對產出指標(RPI)= (一個國家某學科領域論文產出總數量/該國所有學科領域論文數量)/(全世界所有國家在該學科領域發表的論文數量/全世界論文總數)。如果RPI高于1，表示該國在某一學科領域發表論文數量高于世界平均水平，反之則表示該國在某一學科領域發表論文數量低于世界平均水平；若RPI等于1，則與世界水平相當。金磚四國22個學科科研論文相對產出指標(RPI)見圖1。

圖1 金磚四國22個學科領域的相對產出指標(RPI)

從圖1可以看出，金磚四國22個學科領域的科研論文產出呈非均衡態勢。巴西農業科學的相對產出指標最高(3.98)，下面依次是俄羅斯的物理學(2.80)、中國的材料科學(2.30)。金磚四國各有一些優勢學科，相對產出指標高出或相當于世界平均水平(表1)。巴西優勢學科領域與其他三國差別較大，巴西的農業科學、微生物學、植物學與動物學、藥理學與毒理學居領先地位，而中國、印度、俄羅斯的優勢學科為物理學、化學、工程學、材料科學。

從整體上看，金磚四國在材料科學、工程學、化學、數學、物理學、農業科學、藥理學與毒理學、微生物學等8個領域有一定優勢，至少有2個國家在這些領域的相對產出指標不低于1。但是在其他14個學科領域，金磚四國的相對產出指標普遍低于1。尤其是經濟學與商業、精神病學/心理學領域，金磚四國科研論文極少，面臨著生存的危機，說明金磚四國有必要根據當前國際科技發展態勢，對學科結構布局、科技資源配置做相應的調整。

2.2.2 相對引文影響指標(RCI)

被引頻次可以反映出論文對后續科研工作的影響。因學科領域和積累周期不同，各學科論文被引頻次差異不大，不具有可比性。因此本文采用經過歸一化處理結合學科類別的相對引文影響指標(RCI)分析論文質量。相對引文影響指標(RCI)= 一個國家在某學科產出論文的篇均被引頻次/全世界所有國家在該學科領域產出論文的篇均被引頻次。RCI考慮了某國某學科領域的論文篇均被引頻次在世界平均水平中的分布。若RCI高于l，表示某國在某一學科領域發表論文的質量高于世界平均水平，反之表示某國在某一學科領域發表論文的質量低于世界平均水平；若RCI等于1，表示兩者水平相當。金磚四國22個學科的相對引文影響指標(RCI)見圖2。

圖2金磚四國22個學科領域的相對引文影響指標(RCI)

由圖2可知，金磚四國RCI和RPI呈現不一樣的布局。如巴西的農業科學RPI值在本國22個學科領域中最高，但是RCI值卻位居倒數第二位；中國的材料科學RPI值在本國22個學科領域中最高，RCI值僅排在第六位。通過RPI值和RCI值的對比發現，科研論文產出并不能反映科研論文質量。金磚四國在22個學科領域的RCI值均低于1，說明金磚四國在22個學科領域所發論文的質量均低于世界平均水平，只有印度在工程學領域(0.91)、中國在數學領域(0.90)、俄羅斯在多學科科學領域(0.89)的影響力接近世界水平。

2.3 考慮學科差異的金磚四國科研論文產出評價

學科專業化指標可用洛倫茨曲線表示[10]。洛倫茨曲線、基尼系數是經濟領域的概念，常用來衡量一個國家收入分配不均等程度，也被用來研究科研產出不均衡狀態[11-12]。數據分布越是趨向平等，洛倫茨曲線的弧度越小，基尼系數也越小，表明這個國家學科結構的偏振性較弱，均衡性高，反之則表明國家學科結構越趨于不均衡。但一個國家學科結構的均衡性會因為發展水平與所處階段不同而不同。一般而言，科學水平越高，各學科的發展水平越相近，學科結構的均衡程度也越高。

圖3為金磚四國科研論文產出在22個學科間分布的洛倫茨曲線，橫坐標為累計學科數量比值，縱坐標為累計RPI比值。

圖3金磚四國科研論文產出在22個學科間分布的洛倫茨曲線

從圖3可以看出，俄羅斯論文的洛倫茨曲線弧度最大，基尼系數最大，學科結構較其他國家更不均衡，其他三國洛倫茨曲線弧度差異不大。金磚四國均為新興的科技國家，學科間發展水平不同，學科結構的均衡性不高。為了進一步衡量金磚四國學科結構的均衡程度，我們借助基尼系數的計算方法對學科專業化指標進行了測度。

學科專業化指標(DSI)是指一個國家論文產出數量在不同學科領域的分布特征(考慮到全世界所有論文產出在學科之間分布結構因素下)，對學科專業化指標的測度借鑒基尼系數計算方法，公式如下：

Wj：第1-j個學科RPI值之和占22個學科RPI總和的比例(RPI按照從小到大的順序排列后計算)，n為學科數量(n=22)。

DSI值的范圍為0-1，可劃分為5級。DSI<0.2表示學科專業化程度非常低，0.2<=DSI<0.4表示學科專業化程度低，0.4<=DSI<0.6，表示學科專業化程度一般，0.6<=DSI<0.8，表示學科專業化程度高，DSI>=0.8表示學科專業化程度非常高。DSI為0說明某國的科研論文產出在22個學科間的分布結構和全世界所有國家結構一致，DSI為l說明某國全部科研產出都集中于一種學科領域。

標準引文影響指標(NCI)是考慮了不同學科被引頻次差異性的某國科研論文的總體質量情況，表示某國實際引文水平和世界平均引文水平的比值[13]。標準引文影響指標(NCI)是一個國家22個學科領域發表論文的總被引頻次與各國全部學科平均總被引頻次比值，計算公式如下：

其中C表示論文被引頻次，j表示學科，n為學科數量，P表示論文數量，W表示全世界。

NCI=1表示這個國家的NCI指標值和世界平均引文水平相當， NCI值高于1說明該國科研論文總體質量高于世界平均水平。

圖4為考慮了學科差異的金磚四國的DSI和NCI測度結果。橫軸、縱軸分別代表DSI、NCI，氣泡大小代表該國發表論文數量的多少。根據圖4中氣泡聚集的特點可以初步將四國細分為兩個集團：中國、巴西、印度為一個集團，其DSI指標在0.2-0.4之間，學科專業化程度低，其NCI指標分別為0.66、0.57、0.58，均小于1，科研論文整體質量低于世界平均水平。俄羅斯為另一個集團，DSI指標在0.6-0.8之間，學科專業化程度一般；NCI僅為0.45，科研論文整體質量低于世界平均水平，也低于其他金磚三國。這和圖3中俄羅斯論文的洛倫茨曲線所表現出的弧度最大，學科結構較其他三國更不均衡的結論一致。

進一步分析DSI和NCI發現，我國DSI為0.32，NCI為0.66，學科專業化程度低，科研論文整體質量最高。相較于其他三國，俄羅斯調整學科結構布局和提升論文總體質量的需求更迫切。

圖4金磚四國的DSI和NCI指標測度結果

3 討論

本文以ESI數據庫作為數據檢索來源，從科研論文產出水平、學科相對產出指標和相對引文影響指標方面比較分析了金磚四國科研論文產出情況。第一，金磚四國科研論文產出水平較高，但在22個學科之間分布呈現非均衡態勢。巴西的農業科學、植物學與動物學，俄羅斯的物理學和地學，中國的材料科學為金磚四國中相對產出指標(RPI)最高，但在精神病學/心理學、經濟學與商業領域的產出普遍不高，金磚四國可以基于以上數據對學科結構進行調整。第二，金磚四國22個學科的相對引文影響指標(RCI)均低于世界平均水平，而且與對應的相對產出指標并無直接關系，又一次驗證了論文數量和質量沒有必然和直接的聯系。第三，進行學科專業化指標(DSI)和標準引文影響指標(NCI)測度后發現，中國、巴西、印度的學科專業化程度低，俄羅斯學科專業化程度略高，但標準引文影響指標(NCI)均低于1，說明金磚四國科研論文整體質量低于世界平均水平。如果論文只有數的增長而無質的提高，這樣的成果沒有任何積極意義[14]。相較于其他三國而言，俄羅斯對加大科研投入、調整學科結構布局和提升論文總體質量的需求更迫切。金磚國家應及時報道統計分析的數據，提高科研體制效率，政策制定者更應該做出戰略性部署，以便能夠提高科研競爭力和創造力。

基于以上分析和結論，對金磚四國基礎研究提出以下建議。一是對基礎研究領域繼續加大經費投入。金磚四國科研論文產出總量較大，特別是中國的科研論文總數已經躍居世界第二，僅次于美國，但與G7國家差距仍很大，因此應繼續增加在基礎研究領域的經費投入。二是兼顧論文數量和論文質量。世界主要國家的標準引文影響指標(NCI)為1.2，金磚四國要想達到這一水平還任重道遠，決策者應調控以數量增長向質量提升過渡，強調“質”的激勵。三是調整并優化學科結構布局。金磚四國的優勢學科各異，學科均衡性不同，與美國等發達國家比較，金磚四國的學科結構布局還有一定的差異。一般情況下為幫助本國快速發展，各國都會先重點扶持部分學科重點發展，因此出現各學科發展水平不均衡。對于某些國家來說，學科偏振性較強或者過于均衡都是不合理的，必須要綜合考慮全球科技發展勢態與國家戰略性需求，優先考慮較薄弱學科，同時要避免學科偏振性較強或者過于均衡。四是積極推進金磚國家科技合作的機制建設。金磚四國之間的科技合作已有一些基礎，且科技資源存在互補的優勢，但是還缺少多邊合作、協調機制、信息平臺等，需要構建科技合作平臺。中國更應該把握在金磚國家科技合作中的戰略地位，積極完善創新環境和合作機制。

4 結束語

本文分析主要基于ESI 數據庫，對一些應用性強的工科領域反映不夠。本文研究方法及所得出的結論有利于認清金磚四國尤其是我國在世界科學研究領域中的位置，無論是對微觀上的科學研究還是宏觀上的科技政策制定都有重要的作用。