新興領(lǐng)域?qū)W科會聚發(fā)展趨勢的測度方法及應(yīng)用

覃雪+單承偉+欒春娟+黃福

[摘要]探索新興學(xué)科會聚發(fā)展趨勢的測度方法與指標(biāo)，有助于我們把握新興領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，理解新興學(xué)科形成與演進(jìn)的機理，對國家前沿交叉學(xué)科發(fā)展的戰(zhàn)略部署，具有重要的決策支撐作用。基于科學(xué)技術(shù)會聚發(fā)展的理論，提出新興領(lǐng)域?qū)W科會聚發(fā)展趨勢的測度指標(biāo)與方法，并對納米科技的學(xué)科會聚指數(shù)進(jìn)行了實證分析。結(jié)果顯示，納米科技學(xué)科會聚指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SCI-E數(shù)據(jù)庫中整體學(xué)科會聚指數(shù)，納米科技發(fā)展過程中呈現(xiàn)出發(fā)散與收斂等特征。測度方法具有廣泛的應(yīng)用性，實證分析結(jié)果對納米科技發(fā)展的決策具有重要的指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞]新興領(lǐng)域；學(xué)科會聚指數(shù)；測度方法；納米科技；科技會聚；學(xué)科分類

探索新興領(lǐng)域?qū)W科會聚發(fā)展趨勢的測度方法與指標(biāo)，有助于我們把握新興領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，理解新興學(xué)科形成與演進(jìn)的機理，對國家前沿交叉學(xué)科發(fā)展的戰(zhàn)略部署和科技人力資源配置等，具有重要的決策支撐作用。本文在研究新興領(lǐng)域?qū)W科會聚發(fā)展趨勢的測度方法與指標(biāo)的基礎(chǔ)上，以納米科技為應(yīng)用實例，分析納米科技學(xué)科會聚發(fā)展趨勢，并將其與SCI數(shù)據(jù)庫所收錄的整體學(xué)科會聚發(fā)展趨勢進(jìn)行比較，進(jìn)而把握新興學(xué)科會聚發(fā)展的特征，以期為新興學(xué)科的發(fā)展決策提供支撐，促進(jìn)和推動新興領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。

在全球科學(xué)技術(shù)競爭日益激烈的當(dāng)今時代，越來越多的國家將其科技發(fā)展的重點放在新興的學(xué)科交叉領(lǐng)域。與此同時，新興領(lǐng)域的發(fā)展也引起國內(nèi)外學(xué)者們的廣泛關(guān)注。學(xué)者們關(guān)注的重點主要集中于：醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新興發(fā)展趨勢、大眾媒介監(jiān)測系統(tǒng)的新興趨勢、新興研究領(lǐng)域的識別方法、科學(xué)技術(shù)新興發(fā)展前沿的形成模式、新興納米生物技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展分析等。尤其是新興納米科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，更是受到學(xué)術(shù)界的高度重視。但我們尚未發(fā)現(xiàn)關(guān)于新興領(lǐng)域?qū)W科會聚發(fā)展趨勢的測度方法與指標(biāo)相關(guān)的研究成果。本文要解決的主要問題：

1）理論、方法與指標(biāo)：新興領(lǐng)域?qū)W科會聚發(fā)展趨勢測度的理論、方法與指標(biāo)；

2）實證分析：納米科技學(xué)科會聚發(fā)展趨勢測度；SCI數(shù)據(jù)庫收錄的整體學(xué)科會聚發(fā)展趨勢分析；新興納米科技學(xué)科會聚發(fā)展的特征。

1數(shù)據(jù)來源和理論、方法與指標(biāo)

1.1數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于美國湯姆森路透（Thomson Reuters）出版的、基于ISI Web of Knowledge檢索平臺的、科學(xué)引文索引數(shù)據(jù)庫SCI-E（Science Citation Index-Expanded）。該數(shù)據(jù)庫提供1900年以來6000多種期刊的題錄、文摘、參考文獻(xiàn)信息，涉及自然科學(xué)和工程技術(shù)的所有領(lǐng)域。數(shù)據(jù)庫每周更新。我們檢索了數(shù)據(jù)庫收錄的1900-2014年問全部納米科技（nanoscience nanotechnology）論文（article）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)納米科技論文分布于1966-2014年間，于是我們利用SCI-E數(shù)據(jù)庫自帶的分析軟件analyze，提取了該期間每一年度納米科技論文的學(xué)科分布（web of science category）統(tǒng)計信息，以這些數(shù)據(jù)作為納米科技會聚發(fā)展趨勢測度的基本數(shù)據(jù)來源。同時，我們檢索了SCI-E數(shù)據(jù)庫收錄的1966-2014年問全部論文，作為整體學(xué)科會聚發(fā)展趨勢，將其與納米科技的會聚發(fā)展趨勢進(jìn)行比較。本研究中數(shù)據(jù)檢索的時間為2015年2月26-28日。

1.2理論、方法與指標(biāo)

本研究所依據(jù)的主要理論，是科學(xué)技術(shù)會聚發(fā)展的理論。科學(xué)技術(shù)在會聚發(fā)展過程中，不斷吸收、借鑒、移植其他學(xué)科領(lǐng)域的相關(guān)理論和方法，尤其是新興領(lǐng)域與新興學(xué)科，更是在已有學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和形成的。科學(xué)技術(shù)會聚發(fā)展的具體表現(xiàn)，即是一項研究成果往往跨越了多個學(xué)科領(lǐng)域，在SCI-E數(shù)據(jù)庫中的表現(xiàn)具體為一篇論文涉及了多個學(xué)科領(lǐng)域。

研究中運用的主要方法，是借助SCI-E數(shù)據(jù)庫中的學(xué)科分類（web of science category），對新興領(lǐng)域的學(xué)科分布進(jìn)行統(tǒng)計與計算。學(xué)科會聚發(fā)展的指標(biāo)，我們提出學(xué)科會聚指數(shù)指標(biāo)，該指標(biāo)的界定是，一個學(xué)科的全部論文跨越的所有學(xué)科數(shù)量，與其全部論文數(shù)量之比，以公式（1）表示。新興學(xué)科會聚指數(shù)

2實證分析與結(jié)果

2.1納米科技學(xué)科會聚指數(shù)與SCI整體學(xué)科會聚指數(shù)發(fā)展趨勢的比較

2.1.1納米科技學(xué)科會聚指數(shù)的發(fā)展趨勢

在SCI-E數(shù)據(jù)庫中，納米科技的論文分布于1966-2014年共計49年間。我們分別統(tǒng)計每個年度的納米科技論文數(shù)量和這些論文跨越的全部學(xué)科數(shù)量；而后依據(jù)公式（1），計算得出這49年問每個年度的納米科技學(xué)科會聚指數(shù)；最后繪制出納米科技學(xué)科會聚指數(shù)發(fā)展趨勢圖（圖1的主坐標(biāo)軸）。為了便于解讀納米科技學(xué)科會聚發(fā)展趨勢，我們同時在圖1的次坐標(biāo)軸繪制了納米科技論文的發(fā)展趨勢。

圖1顯示，納米科技學(xué)科會聚發(fā)展指數(shù)介于3.00-3.81之間，整體呈現(xiàn)曲折上升的趨勢。1966-1989年間，納米科技學(xué)科會聚指數(shù)波動較大，在此期間，納米科技論文的數(shù)量發(fā)展較慢，該階段屬于納米科技學(xué)科發(fā)展的起步階段；自1990年開始，納米科技學(xué)科會聚指數(shù)開始明顯比較平穩(wěn)地增長，相應(yīng)地，納米科技論文自1991年開始進(jìn)入比較快速的穩(wěn)步增長階段；納米科技學(xué)科會聚指數(shù)在2005年達(dá)到49年間的最高值3.8 1，之后開始呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢，體現(xiàn)了新興學(xué)科發(fā)展過程中的發(fā)散與收斂趨勢。

2.1.2SCI-E整體學(xué)科會聚指數(shù)的發(fā)展趨勢

為了更好地理解納米科技學(xué)科會聚指數(shù)的發(fā)展特征，我們選擇了同一時間段（即1966-2014年問）的SCI-E整體學(xué)科論文，逐年統(tǒng)計和計算了其學(xué)科會聚指數(shù)后，繪制了SCI-E整體學(xué)科會聚指數(shù)發(fā)展趨勢圖（圖2主坐標(biāo)軸）。同樣，為了更好地解讀SCI-E整體學(xué)科會聚發(fā)展趨勢，我們同時在圖2的次坐標(biāo)軸繪制了SCI-E全部論文的發(fā)展趨勢。

圖2顯示，SCI-E整體學(xué)科會聚發(fā)展指數(shù)介于1.38-1.67之間，整體呈現(xiàn)明顯的上升發(fā)展趨勢。1966-1976年間，SCI-E整體學(xué)科會聚指數(shù)波動稍微大些；白1977年開始，SCI-E整體學(xué)科會聚指數(shù)開始比較平穩(wěn)地隨著SCI-E全部論文數(shù)量的增長而不斷增長；自1988年開始，SCI-E整體學(xué)科會聚指數(shù)的發(fā)展速度更快了。

2.1.3二者的比較

從整體上說，納米科技的學(xué)科會聚指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SCI-E數(shù)據(jù)庫中的整體學(xué)科會聚指數(shù)：前者的學(xué)科會聚指數(shù)的平均值為3.30，而后者的學(xué)科會聚指數(shù)平均值為1.52；這充分揭示出納米科技發(fā)展的多學(xué)科、跨學(xué)科特征。同時，圖1和圖2反映出納米科技學(xué)科會聚指數(shù)的發(fā)展趨勢波動比SCI-E數(shù)據(jù)庫中整體學(xué)科會聚指數(shù)的發(fā)展趨勢波動更大些，揭示了新興學(xué)科發(fā)展過程中不斷選擇與融合其他學(xué)科的動態(tài)發(fā)展過程。

2.2納米科技會聚其他學(xué)科發(fā)展的三階段比較

在不同的發(fā)展階段，納米科技會聚的其他學(xué)科類別和指數(shù)是否不同呢？我們首先運用SPSS軟件中的聚類分析方法，將納米科技的發(fā)展過程分為3個階段；而后采用納米科技會聚其他學(xué)科指數(shù)的指標(biāo)，對該問題進(jìn)行實證分析。以期發(fā)現(xiàn)納米科技在不同發(fā)展階段會聚其他學(xué)科的不同特征。納米科技會聚其他學(xué)科的指數(shù)，等于某個時間段納米科技論文在某個學(xué)科的分布數(shù)量，與該時間段全部納米科技論文數(shù)量之比。表1至表3分別列出了納米科技發(fā)展的3個階段中納米科技會聚的前10位其他學(xué)科及其會聚指數(shù)。

表1顯示，第一階段，與納米科技學(xué)科會聚程度最高的學(xué)科是應(yīng)用物理學(xué)，會聚指數(shù)達(dá)到75.899%；排在第二位的是電氣電子工程學(xué)，會聚指數(shù)達(dá)到75.545%；納米科技會聚這兩個學(xué)科的指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他學(xué)科。對材料科學(xué)多學(xué)科的會聚指數(shù)為18.063%；對冶金與冶金工程學(xué)的會聚指數(shù)為17.142%；對儀器儀表學(xué)、工程多學(xué)科和制造業(yè)工程學(xué)3個學(xué)科的會聚指數(shù)皆為5.968%；另外3個學(xué)科物理化學(xué)、電化學(xué)和分析化學(xué)的會聚指數(shù)則低于1%。

表2顯示，第二階段，納米科技會聚其他學(xué)科不如第一階段那么集中，相對比較分散和均衡。會聚的前4位學(xué)科的指數(shù)分布于30%-50%之間。其中，與納米科技學(xué)科會聚程度最高的學(xué)科是材料科學(xué)多學(xué)科，會聚指數(shù)為49.823%；排在第二位的是應(yīng)用物理學(xué)，會聚指數(shù)為48.713%；排在第三位和第四位的分別是電氣電子工程學(xué)和冶金與冶金工程學(xué)；會聚其他學(xué)科的指數(shù)明顯低于前4位。

表3顯示，第三階段，納米科技會聚其他學(xué)科指數(shù)最高的是材料科學(xué)多學(xué)科，指數(shù)高達(dá)77.05%。該階段是納米科技高速發(fā)展的階段，跨學(xué)科的納米材料研究成果大量涌現(xiàn)。會聚指數(shù)20%-50%的其他學(xué)科，還有應(yīng)用物理學(xué)、物理化學(xué)、化學(xué)多學(xué)科和凝聚態(tài)物理學(xué)4個學(xué)科。10%-20%之間的有電氣電子工程學(xué)和冶金與冶金工程學(xué)；不足10%的有生物技術(shù)與應(yīng)用微生物學(xué)和生物物理學(xué)。

3結(jié)論與討論

3.1主要結(jié)論

本文依據(jù)科學(xué)技術(shù)會聚發(fā)展的理論，提出新興領(lǐng)域?qū)W科會聚發(fā)展趨勢的測度指標(biāo)與方法。借助SCI-E數(shù)據(jù)庫中的學(xué)科分類數(shù)據(jù)，以學(xué)科會聚指數(shù)這個指標(biāo)，對1966-2014年共計49年問的新興領(lǐng)域納米科技的學(xué)科會聚指數(shù)進(jìn)行了實證分析，并將其與SCI-E數(shù)據(jù)庫中整體學(xué)科的會聚發(fā)展指數(shù)進(jìn)行了比較，主要得到如下結(jié)論。

納米科技學(xué)科會聚發(fā)展指數(shù)平均為3.30，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SCI-E數(shù)據(jù)庫中整體學(xué)科會聚指數(shù)的平均值1.52，揭示了納米科技作為新興學(xué)科形成與發(fā)展的跨學(xué)科和多學(xué)科特征。就整體發(fā)展趨勢而言，與SCI-E數(shù)據(jù)庫中整體學(xué)科會聚發(fā)展的趨勢相比較，納米科技學(xué)科會聚發(fā)展的趨勢波動較大，反映了新興學(xué)科發(fā)展過程中的動態(tài)選擇與融合的趨勢。就納米科技發(fā)展過程中3個不同階段會聚的前10位其他學(xué)科來看，納米科技的發(fā)展經(jīng)歷了集中——發(fā)散——集中的過程，類似于新興技術(shù)發(fā)展過程中的發(fā)散與收斂趨勢，揭示了新興領(lǐng)域形成與演進(jìn)的機理。

3.2討論

本研究的創(chuàng)新之處在于：提出了基于科學(xué)技術(shù)會聚發(fā)展理論的新興學(xué)科會聚發(fā)展趨勢的測度指標(biāo)與方法，并運用其對1966-2014年共計49年間的新興領(lǐng)域納米科技的學(xué)科會聚發(fā)展趨勢進(jìn)行了實證分析，揭示了新興領(lǐng)域動態(tài)發(fā)展過程中的發(fā)散與收斂特征和形成與演化機理。

本研究中提出的新興學(xué)科會聚指數(shù)測度的理論、方法和指標(biāo)，具有比較廣泛的應(yīng)用性，不僅可以應(yīng)用于自然科學(xué)新興領(lǐng)域?qū)W科會聚發(fā)展趨勢的測度，還可以應(yīng)用于社會科學(xué)領(lǐng)域以及自然科學(xué)與社會科學(xué)交叉領(lǐng)域的學(xué)科會聚發(fā)展趨勢測度。不僅能夠應(yīng)用于大科學(xué)時代宏觀層面的研究，還能夠應(yīng)用于中觀層面的機構(gòu)之間會聚指數(shù)的分析與比較，以及微觀層面的高產(chǎn)者會聚指數(shù)的分析與比較等。

本文關(guān)于納米科技學(xué)科會聚發(fā)展趨勢的測度結(jié)果，一方面，能夠幫助我們正確理解和把握納米科技發(fā)展的多學(xué)科特征；另一方面，納米科技會聚其他學(xué)科的具體程度，對納米科技發(fā)展過程中的科技人力資源配置、科技經(jīng)費的分配和科學(xué)技術(shù)合作與交流等管理活動，具有重要的參考價值。