基于多維矩陣式評估框架的中美學術合作影響研究

阿儒涵，褚茜雅，代 濤

(1.中國科學院科技戰略咨詢研究院，北京 100190;2.中國科學院大學公共政策與管理學院，北京 100049;3.清華大學自動化系，北京 100084)

0 引言

中美學術合作是中美科技合作的重要組成部分。1979年1月31日，鄧小平與卡特簽署了《中華人民共和國政府和美利堅合眾國政府科學技術合作協定》。中美科技合作成為中國與外國政府間在科技領域最大的合作機制[1]。中美科技合作步入健康、平穩、有序的發展軌道，形成了“全方位、多層次、寬領域、高水平”的特點，合作領域和方式不斷深化，合作廣度和深度前所未有[2]。中美科技合作特別是學術合作已經成為兩國關系中最富有活力的領域之一，兩國的學術合作對增進彼此了解、推動兩國關系的發展做出了重要的貢獻[3]。然而，2017年特朗普政府上臺以來，中美貿易摩擦不斷升級并逐漸演化為兩國科技實力的較量。在美國采取一系列制裁措施的背景之下，出現了中美科技脫鉤的導向與論斷。對于可能發生在科技領域的相互疏離甚至是脫鉤的傾向，也出現了或樂觀或悲觀的判斷。在此背景之下，系統評估中國在中美學術合作中的地位與角色，有助于正確判斷兩國學術合作對中國的影響，有助于為合理應對未來可能出現的中美學術合作變化提供合理對策。

中美學術合作一直是科技政策研究學者關注的熱點話題之一，諸多學者在這一領域開展了相關的研究探索。20世紀80年代，關于中美學術合作的研究以介紹中美兩國開展的科技活動為主，如王溪元等介紹了中美在數字化地震臺網方面的合作[4]。當年中國駐美國大使館李明德大使在《中國科學基金》發文介紹了中美科技在官方、半官方以及民間的交流合作[5]。2000年以后，文獻計量法、現狀描述及分析等方法成為研究中美科技合作問題的主要方法。劉云等基于2004—2008的SCI中美合著論文，分析提出了中美合作機構中參與度最高的5所大學，并開展了重點機構的合作網絡分析[6]。金炬等以1978—2005年的SCI論文為樣本，開展了合作趨勢、重點合作機構及主要參與合作第三國等方面的分析[7]。王明國梳理了中美科技合作的重點機構及產出[8]。石磊等從發展階段、領域、合作對象等方面對中美科技合作進行了現狀分析和未來趨勢判斷[9]。現有研究采用定量、定性的方法從多個視角開展了對中美學術合作的分析。

當今新的歷史條件，對中美學術合作研究的內容提出了新的需求：客觀分析中美學術合作中我國的地位與角色，正確認識中美學術合作的影響是未來提出合理應對措施的基礎。為此，本文以2010—2018年Scopus數據庫中收錄的單純由中美兩國參與合作的學術論文產出為對象，構建了矩陣式評估框架，旨在整合學術論文中所蘊含的多維信息，從合作對象、合作內容、合作水平的視角出發，基于長時間跨度、大樣本數據及多維信息，對中美學術合作現狀做出客觀評價，為未來的應對措施提供證據支撐。

1 研究框架與數據來源

本研究構建了矩陣式評估框架，如圖1所示。橫向維度：基于第一作者和通信作者的歸屬機構，將中美合作的學術論文劃分為中國主導、美國主導、共同主導三個互斥子集，綜合考慮第一作者與通信作者在產出中的作用，將第一作者和通信作者均來自中國機構的合作產出作為中國主導的合作研究，將第一作者和通信作者均來自美國機構的合作產出作為美國主導的合作研究，將第一作者和通信作者來自中美機構的產出作為共同主導的合作研究。縱向維度：從參與者、研究水平、研究內容三方面入手，分析兩國學術合作研究在對象、水平與內容維度的特點。其中，參與者維度的研究從參與度、參與機構類型兩方面展開。參與度是指中美兩國學者在合作研究中的參與程度，以合作研究產出分別占中美兩國同一時期國際合作研究產出總量的比例來測算。參與合作的機構類型是指合作研究中不同類型機構的占比，以不同類型機構產出占合作研究產出總量的占比來測算。研究內容維度則從合作研究的關鍵詞新穎性及研究主題群的發展態勢兩方面分析各合作研究子集在研究內容維度的特征。關鍵詞新穎性體現了研究內容在“過去時”和“現在時”階段的特征，而研究主題群的發展態勢則預測了研究內容在“將來時”的特征，兩者的有機結合實現了對研究內容全時段特征的評價與預測。研究水平維度引入Elsevier在Scival數據庫中開發的歸一化引文影響因子(Field Weighted Citation Impact，FWCI)指標，測度各合作研究子集的學術研究水平。FWCI通過比較實際產生的總引文數與該領域主題的平均期望引文數來評價目標群體的水平，解決了引文影響因子受學科差異影響的問題，為多學科的橫向比較提供了有效的分析工具。

圖1 矩陣式評估框架

數據來源方面，本文以2010—2018年Scopus數據庫及其關聯數據庫Scival收錄的單純由中美兩國參與合作產生的學術論文所蘊含的作者、參與機構、關鍵詞、摘要等多維信息為對象，開展中美學術合作影響評估。數據的檢索與下載時間為2020年12月26日。截至下載日期，數據庫中收錄的有中美參與的合作論文共計350378篇，其中僅由中美兩國參與合作的論文269647篇。為了排除其他參與國的影響，本文以僅由中美兩國參與的合作論文產出為分析對象。

2 分析結果

2.1 參與者維度

從合作研究的參與度來看，中國學者在中美學術合作中的參與度明顯高于美國學者。2010—2018年，中國國際合作發文總量中約4%的文章為單純由中美兩國合作產生。同時期，美國國際合作發文總量中不足0.5%的文章為單純由中美兩國合作產生。從合作產出中兩國學者的角色來看，2010—2018年中國主導的合作研究產出論文數為164788篇，占合作產出總量的61.11%；由美國主導的合作研究產出論文數為10571篇，占合作產出總量的3.92%；兩國共同主導的合作研究產出論文數為94288篇，占合作總量的34.97%。從主導情況的年度變化趨勢來看，中國機構主導的產出占比近十年呈上升趨勢，從53%增長到65.32%，美國機構主導的產出占比從5.36%下降到3.09%，兩國共同主導的產出占比從41.65%減少到31.59%。

從參與機構特征來看，中美兩國在參與合作的機構類型方面具有比較明顯的差異。從中國參與合作的機構類型來看，大學和國立科研機構是參與合作研究的主體。在中國主導的合作研究中，大學是中國機構中最主要的參與者，產出占比高達75%。其次為國立科研機構，產出占比為23.41%；在美國主導的合作研究中，中國大學參與度最高，產出占比達到50.48%。國立科研機構的參與度次之，也達到42.76%。企業與醫療機構的參與度在兩國主導的合作研究中差異較大，中國企業與醫療機構的參與度在美國主導的研究中的占比明顯高于在中國主導研究中兩者的占比。從美國參與合作的機構類型來看，不論是中國主導、美國主導還是共同主導的合作研究，均以大學為主要參與者，產出占比均超過80%，國立科研機構的占比也都比較相近，占比不超過10%。差異較為明顯的是企業的參與度，美國企業的產出在美國主導合作研究中的占比約為中國主導合作研究占比的3倍。

大學是兩國參與機構中參與度最高的機構類型。不論在中國還是在美國，大學的數量眾多，水平參差不齊。為了對參與合作研究大學的類型進行更準確的分析，進一步評估參與合作研究的中美大學的類型差異。其中，中國大學類型按照國內常用的985大學、211大學(不含985)和其他大學進行劃分。對于美國的大學有多種分類方式，從分類數據的可獲取性及排名的認可程度等多方面因素考慮，本文采用世界大學學術排名(Academic Ranking of World Universities，ARWU)的結果對美國的大學進行劃分，取大學數量與985、211體量相近的排名結果，將美國大學劃分為ARWU前300名的大學，300～500名的大學以及其他大學。

本文以中美兩國參與合作研究大學的產出為對象，分析不同類型大學的參與度。中國參與合作研究的大學在中國主導的產出中，985大學的占比最高，約占53.87%；211大學(不含985)與其他大學占比相當，分別為22.04%、24.10%。中國參與合作研究的大學在美國主導的合作研究中，參與大學的研究水平大體與參與度呈負相關的關系：其他類型的大學的產出占比最高，約占60.08%；其次為985大學，約為22.85%；211大學(不含985)占比最低，僅為17.07%。就美國參與合作的大學類型來看，不論是中國主導的合作研究還是美國主導的合作研究，參與大學類型總體趨勢相近。ARWU排名前300的大學產出占比最高，超過半數以上，且共同主導合作研究中ARWU前300大學占比最高，達到69.25%；其次為其他大學，均超過25%；ARWU300～500名的大學產出占比最低，均約為10%，且在共同主導的合作研究中的占比最低，僅為1.2%。

綜上分析，從大學參與者維度而言，中國主導的合作研究主要吸引了中美兩國大學的參與，特別是以中國的985大學和美國ARWU排名前300的高水平研究型大學為主。美國主導的合作研究則吸引了大量中國國立科研機構和非985、非211大學的參與。同時，美國主導的合作研究在吸引醫療機構與企業的參與方面也優于中國主導的合作研究。

2.2 研究內容維度

研究內容是科研活動的核心特征，體現了兩國學術合作的實質。本文從研究內容的新穎性和研究主題群的發展態勢兩方面，對全時段中美學術合作對象及其影響開展分析。

(1)研究內容的新穎性。文章的關鍵詞是對文章研究主題與內容的高度凝練，關鍵詞的特征能夠從一個重要的側面反映研究內容與對象的特征。本文從中美合作產出論文中新關鍵詞占比NKW.R，以及含有新關鍵詞的論文占比NKWA.R兩個指標來評估合作研究對象的新穎性。NKW.R的計算方法如下，首先從各國及共同主導的合作論文子集中提取關鍵詞，按年度建立關鍵詞庫；然后將第N+1年的關鍵詞與前N年的關鍵詞進行比對，將前N年未出現過的關鍵詞定義為新關鍵詞，并計算年度新關鍵詞的占比；最終以年度新關鍵詞占比的平均值作為各合作研究子集的新關鍵詞占比。NKWA.R的計算方法類似。

圖2所示的數據分析結果顯示，美國主導的合作論文中，不論是新關鍵詞占比還是含有新關鍵詞的論文占比均明顯高于中國主導的合作研究。美國主導的合作研究論文中新關鍵詞占比為19.95%，中國僅為5.38%，中美共同主導的合作論文為4.49%。美國主導的合作研究論文中含有新關鍵詞的論文占比為14.25%，中國僅為1.46%，中美共同主導的相應指標為1.29%。可見，從研究對象新穎性視角而言，美國主導的合作研究在研究內容與對象的新穎性方面遠超中國主導及中美共同主導的合作研究，中國主導的合作研究與中美共同主導的合作研究在研究內容與對象的新穎性方面表現接近。

圖2 合作研究產出中新關鍵詞及新關鍵詞所涉及的論文占比

本文研究發現，共同主導合作研究在研究內容創新性方面并未達到“取長補短”的效果，而是在測度指標上表現最差。為了探究其原因，我們從領域差異對研究內容創新性的影響方面開展研究。從研究內容的創新性與領域產出占比之間的關系來看(見圖3)，創新性較強的領域共同主導合作研究的產出占比相對較低，而創新性較弱的領域共同主導的合作研究產出占比相對較高。例如，以創新性指標最優的三個領域為例，其NKW.R均超過40%，但幾乎沒有共同主導的合作研究。而創新性較差的兩個領域，其NKW.R分別為9.36%、10.3%和，合作研究的產出占比顯著高于其他領域。從各類型合作研究的領域分布來看(見圖4、圖5)，美國主導的合作研究在創新性較強的領域(25%

圖3 共同主導合作研究產出分布與新關鍵詞占比關系散點圖

圖4 各主導類型在不同階段NKW.R中的占比

圖5 各主導類型在不同階段NKWA.R中的占比

(2)研究內容的發展態勢。對研究內容發展態勢的分析，本文采用研究主題群的顯著度百分比作為評價研究內容發展態勢的指標。研究主題群是將具有相似研究內容的主題聚集在一起，形成更廣泛、更高層次的研究主題。研究主題群使用直接引用算法形成，當各研究主題之間的引用鏈接強度達到閾值時，就形成了一個主題群[10]。同一研究人員或機構可以貢獻多個主題群，但是一篇文章、一個主題只能屬于一個主題群。研究主題群的顯著度百分比(Prominence Percentage，PP)是Elsevier在Scival數據庫中開發的一項用于衡量研究主題群未來發展趨勢的指標。PP通過整合引用數、瀏覽數和平均引用得分計算形成[11]，體現了學者對這一研究主題群的關注度。PP采用百分比的形式來體現研究主題群的發展態勢，取值區間為0～100%。例如，某一研究主題群的PP值為98%，則意味著該研究主題群享有高于其他98%的研究主題群的關注度。PP值高的研究主題群未來會吸引更多的學者關注，相應地，PP值低的研究主題群則被認為將逐漸“降溫”，淡出學者的視線。

2010—2018年，中美學者合作研究產出集中在11467個研究主題群。其中，中國主導的合作研究關注的研究主題群有10517個，美國主導的合作研究關注的研究主題群有4244個，兩國共同主導的研究主題群有9681個。從兩國各自主導的研究內容的發展趨勢來看，美國主導的研究主題群的平均PP值為78.09%，中國主導的研究主題群的平均PP值為80.29%，中美共同主導的研究主題群的PP值為79.93%(見圖6)。可見，在研究主題群的發展趨勢上，三類研究主題群的差異并不大，相比較而言，中國主導的合作研究更關注熱門研究主題，美國主導的合作研究更關注相對冷門的研究主題。

圖6 各主導類型的研究主題群在全領域的顯著度百分比

進一步以熱門研究主題群占比為測度指標，分析兩國未來研究主題群的變化趨勢。將研究主題群顯著度排名位于前列的研究主題群作為熱門研究主題群。首先，按領域篩選PP排名位于前1%、3%、5%、10%和15%的研究主題群作為熱門研究主題群；其次，分別計算全領域兩國主導的合作研究中熱門研究主題群的占比；最后，計算各主導類型在熱門研究主題群中的占比。計算結果顯示，總體來看，在不同閾值下，中國主導的合作研究在熱門研究主題群中的占比均高于美國主導及共同主導的合作研究(見圖7)，進一步印證了中國主導的合作研究更加關注熱門研究對象的結論。

圖7 各主導類型熱門研究主題群占比隨閾值變化趨勢

2.3 研究水平維度

文章的引文影響因子是評價與判斷產出水平的國際通用標準之一，然而引文影響因子受學科因素影響較大。為了解決這一問題，Elsevier在Scival數據庫中開發了歸一化的引文影響因子(Field Weighted Citation Impact，FWCI)，通過比較實際產生的總引文數與該領域主題的平均期望引文數來評價目標群體的水平，解決了引文影響因子受學科差異影響的問題。FWCI=1時，代表產出的水平處于該領域的世界平均水平；FWCI>1時，代表產出獲得的引用高于該領域的世界平均水平，假設FWCI=1.48，則代表該產出獲得高于該領域48%的引用率。本研究中的中美合作研究產出涵蓋了全領域學科，因此FWCI為多學科的橫向比較提供了有效的分析工具。

本文將FWCI作為評價合作研究水平的指標，從中美合作研究產出的整體水平、與兩國自身產出水平的關系及合作研究中各類型子集產出水平三個方面分析合作研究水平的特征。

從合作研究的總體水平來看，中美合作論文水平近十年呈現穩中有升的趨勢，全領域平均FWCI從2010年的1.55增長到2018年的1.63，十年漲幅約為5.1%。從與兩國整體水平的關系來看(見圖8)，中國近十年全領域平均FWCI呈較明顯的上升趨勢，從2010年的0.68增長到2018年的1.06，從落后國際平均水平34%增長到略高于國際平均水平的程度。美國全領域FWCI在十年間略有降低，從2010年的1.50降低至2018年的1.39。

圖8 中美兩國整體及合作論文全領域平均FWCI變化趨勢

從各主導類型的研究水平變化來看(見圖9)，中國主導合作研究產出水平總體呈上升趨勢，FWCI從2010年的1.35增長到2018年的1.63，漲幅約為20.74%。美國主導的合作研究產出水平在十年間產生了一定的波動，2010—2013年呈波動上升趨勢，在2013年達到峰值1.74，隨后呈下降趨勢，2018年僅為1.48。兩國共同主導的合作研究產出總體水平呈下降趨勢，FWCI從2010年的1.79下降至2018年的1.65。

圖9 2010—2018年各類產出FWCI變化趨勢

3 結論與思考

本文以2009—2018年中美學術合作研究產出論文為對象，構建了矩陣式評估框架，從合作研究的參與者、研究對象與水平三個維度對中美學術合作影響進行評估，基于數據分析與研究發現，形成以下結論：

一是中美學術合作快速發展，量增質穩。近十年來，中美兩國合作產出學術論文數量快速增加，合作水平穩中有升。有越來越多的中國機構和學者參與到中美學術合作中，并達到一定的學術研究水平。中美學術合作對中國培養一批具有國際水平的科研隊伍和人才發揮了重要作用。

二是中美兩國在學術合作中的研究水平關系更加對等。中美主導的合作研究水平在全領域的平均值基本接近，甚至中國主導的合作研究水平呈現稍高于美國主導合作研究水平的趨勢。

三是中國以高水平研究團隊為主參與中美合作研究。從學術產出水平而言，中美合作研究產出水平遠高于中國整體的學術產出水平。從參與機構類型特征來看，中國參與合作研究的機構以高水平大學和國立科研機構為主。美國參與合作研究的機構以大學為主，國立科研機構產出占比非常有限。可見，中國以精兵強將為主的高水平團隊參與合作研究，合作對象的水平還有較大的提升空間。

四是美國主導的合作研究在研究內容選取上表現出一定的優勢。從既有產出的研究內容而言，美國主導的合作研究在研究內容新穎性上具有顯著優勢，在未來研究主題的發展態勢方面也表現為不完全追隨研究熱點，對冷門研究主題的關注度高于中國主導的合作研究。

基于對近十年中美合作參與主體、研究內容，研究水平的系統分析，我們對中美學術合作中中國所扮演的角色與地位有了更加清晰的認識，中國以高水平的大學與國立科研機構為主參與中美學術合作，鍛煉了隊伍、培養了人才、取得了高于世界平均水平的學術產出成果。在看到成績的同時也應清醒地認識到，在重要的研究主題選取、研究創新等方面我們還存在較大的差距，在國立科研機構使命定位、科技評價導向等方面還存在改進的空間。

對于未來兩國學術合作可能發生的變化，首先，應對自身在合作中的角色與地位有清晰的認識；其次，應求同存異繼續尋求兩國學者之間的合作關系，并進一步提升合作對象的層次，力求與最優秀的美國學術機構、團隊開展高水平的合作；最后，通過學術合作交流，發現中國在科技評價、科技管理中的問題，通過改革科技管理、評價機制，引導科研人員加強在新穎性、創新性和引領性方面的研究，減少急功近利、跟蹤式的研究，實現從量變到質變的跨越性發展。