科技論文視域下的我國百年科技創新發展
——基于1900—2020 年Cell、Nature 和Science 論文數據分析

湯建民，徐培培

（1.杭州電子科技大學中國科教評價研究院；2.杭州電子科技大學管理學院，浙江杭州 310018）

2020 年10 月，習近平總書記在主持中央政治局第二十四次集體學習時強調，當今世界正經歷百年未有之大變局，科技創新是其中一個關鍵變量。進入新時代，加強引領世界科技創新能力、躋身世界創新強國前列已成為我國的奮斗目標。根據Web of Science（WoS）數據庫歷年收錄的論文量顯示，我國國際科技論文數量在近40 年來連續攀升，繼2002 年超過意大利、加拿大和法國躍居全球第5 位后，在2008 年超過了日本居全球第2 位，且在2019年首次在數量上超過美國躍居全球第1 位。2008 年，我國的國際科技論文被引次數排在全球第10 位，2013 年提升至第5 位，2017 年起躍升至第2 位并保持至今。在此背景下，認真貫徹落實黨的十九大報告提出的瞄準世界科技前沿，強化基礎研究，實現前瞻性基礎研究、引領性原創成果重大突破這一總要求，已成為我國下一步科技工作的主要任務。基于此，本研究分析我國學者在Cell、Nature和Science（以下簡稱“CNS”）這3 個全球頂級期刊發表的論文數，簡要回顧我國近百年來的科技創新征程，分析我國當前科技發展中的優勢和不足以及面臨的機遇與挑戰，并預測未來發展趨勢。

1 文獻綜述

21 世紀是世界科技創新空前活躍的時期，也是世界科技競爭日漸白熱化的時期。時值中國共產黨成立百年之際，站在前人的肩膀上梳理我國科技創新發展的百年歷程，對我國加快建設世界科技強國、實現中華民族偉大復興具有重要意義。梳理文獻發現，關于我國科技創新發展的百年歷程，學者們更多是站在宏觀角度進行研究，如尚明瑞［1］總結了中國共產黨對科技領導的百年歷程，闡述了黨如何在發展中逐步取得科技領導權并總結了建黨百年來的科技發展經驗和教訓；范芙蓉等［2］從哲學的角度，將我國科技自立自強思想的確定分為了基礎萌芽、起步探索、初步形成、豐富發展和成熟完善5 個階段，并對每一階段發展科技的原因及重點進行了詳細闡述；樊春良［3］以科技追趕戰略為視角，對比了改革開放前后我國科技追趕戰略，詳細介紹了各個時期戰略的具體內容。但目前鮮有學者從論文數據這個角度對我國科技創新發展的百年歷程進行量化描繪。

作為科技工作者開展科學研究的系統總結和理論結晶，科技論文無疑是衡量科技創新活動的重要評價標準之一。一個國家或地區發表論文的情況，尤其是在頂級期刊CNS 上發表論文的數量通常可以反映這個國家或地區基礎科學的研究水平。目前，已經出現不少對我國學者發表的CNS 論文進行研究與分析的實例，例如，周輝等［4］以1994—2002 年我國學者以第一作者發表在Nature和Science上的83 篇論文為基礎數據，從發文數量、學科分布、作者情況、作者單位情況等方面進行了定量研究；周海花等［5］以1978—2010 年我國在Science和Nature的論文數據為基礎，對發文總況、論文類型、核心作者、國家與機構合著網絡進行了定量分析；趙蓉英等［6］對我國學者2000—2015 年在Cell、Nature和Science上發表的論文進行了研究，除了對發文量、作者合著網絡圖、高產機構合著網絡圖的剖析外，還通過對關鍵詞詞頻和共現的分析得出了研究熱點逐漸從古生物學轉變成生命科學的結論；張勇剛等［7］對Nature和Science的載文以定性定量相結合的研究方法，從期刊載文量、期刊受基金資助論文量、期刊主要欄目和期刊論文主要來源等方面進行比較分析，并在此基礎上對我國科技期刊未來發展提出了4 點建議。在已有相關研究中，一些研究開展的時間較早，部分研究樣本數據只涵蓋CNS 中的2 種期刊或研究期不長，難以反映出我國學者在頂級期刊上發表論文的最新進展。

綜上，本研究從CNS 論文數據的視角出發，對我國百年科技創新征程進行簡要回顧。選擇這一視角的主要理由如下：首先，旨在對我國近百年來的科技創新征程實現一次長時期的、可比較的和較客觀的定量觀察，決定了所選的數據庫也必須是一個能覆蓋百年的、權威的、可靠的數據庫；其二，考慮到數據采集的可獲得性以及數據清洗等研究工作的繁雜性，只能選擇有限的、具有代表性的部分數據作為數據來源，而CNS 全球頂級期刊所發表的論文往往涉及某個學科領域的重大發現，受到全球學者的關注。特別需要說明的是，在科技評價中我們要謹防出現“唯論文”的不良傾向，但分析我國學者的CNS 論文發表情況，對我國的科技創新工作，特別是基礎研究等領域進行評價，對我國在新發展格局下如何續寫新時代科研新篇章具有極為重要的參考意義。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

以國際權威的引文索引數據庫WoS 核心合集為數據庫來源，具體檢索式為:SO=(CellorNatureorScience) AND CU=China，時間設定為1900—2020年（檢索時間為2021 年1 月7 日），得到我國學者分別在Cell、Nature和Science發表的475 篇、1 894篇和1 795 篇科技論文，共計4 164 篇（以下簡稱“樣本”），具體的發文類型及期刊分布如表1 所示。

表1 樣本論文類型分布

2.2 研究方法

對樣本數據的計量方法主要采用了BibExcel 數據分析軟件、機構合作網絡圖等知識圖譜繪制采用了VOSviewer 可視化應用軟件。另外，為了從橫向上總體判斷我國科技創新水平的全球地位，對2020年CNS 期刊的所有發文機構數據進行了比較分析。

3 研究結果

3.1 發文量呈增長態勢，近10 年增幅顯著

樣本論文中，CNS 最早收錄的我國論文是山東大學堂（現山東大學）1904 年發表在Nature上的“The flowering of the bamboo”［8］。由圖1 可見，我國百年科技創新征程始于清末民國初期，隨后在20 世紀、21 世紀之交論文量開始加速發展，最近幾年則進入乘風破浪式大踏步前進的繁榮時期。

圖1 樣本論文發表年份分布

3.2 國際排名持續上升，最高排名第四

樣本論文在Cell、Nature和Science上的發文量分別約占各刊總發文量的 2.170%、0.740% 和1.139%，分別處在全球第 9 位、第12 位和第9 位。從時間軸角度看，1978 年以后，若簡單地以每10年作為一個階段劃分，那么就可以發現我國論文在Cell、Nature和Science的國際排名都呈現出不可阻擋的連續上升態勢（見表2）。如1979—1989 年，我國學者在Cell、Nature和Science上的發文量分別排在全球第34 位、第27 位和第21 位，但到2010—2020 年，該項排名已經分別上升到全球第4 位、第5 位和第5 位，若僅僅考慮2015—2020 年的情況，我國學者的CNS 論文總量已排在全球第4 位。

表2 我國CNS 論文數量及國際排名

然而，和美國、英國等發達國家相比，我國學者的CNS 論文量還有一定差距。由圖2 可見，樣本論文中2020 年共478 篇，占CNS 總發文量的8.57%，排名第4 位；美國則以2 299 篇的發文量排在第一位，占了CNS 總發文量的41.24%；英國以675 篇排在第2 位，占CNS 總發文量的12.11%；德國為523 篇，占CNS 總發文量的9.38%，排名第3 位。由此可見，經過近百年的努力，我國的科技創新水平已有所提升，但必須清醒地認識到，我國與美國等發達國家還有較大差距，離支撐實現“兩個一百年”奮斗目標仍然差距不小。

圖2 2020 年世界主要科技大國CNS 論文產出數量及占比

3.3 科研隊伍越來越強，已涌現一批領軍人才

從CNS 論文的第一作者或通信作者人數來看，由圖3 可見，在樣本文獻中，2010 年前均在50 人以下，2011 年都達到了53 人，到2015 年雙雙突破了100 人大關，分別達137 人和120 人，2019 年分別達209 人和292 人，2020 年則分別達225 人和317 人。

圖3 樣本論文中第一作者/通信作者數量的年度分布

從學者個人的發文量看，在樣本文獻中，1979—2020 年發文最多的是華大基因的王俊，他主要從事基因組學和生物信息學的研究，共計發文65 篇，被引次數達85 670 次，篇均被引次數高達1 318.0 次，并被Nature雜志評選為“2012 年世界科學界年度十大人物”；除了王俊外，與他來自同一單位的李英睿、楊煥明、汪建等學者的發文量也分別達到39 篇、38 篇、35 篇。此外，發文量較多的我國學者還有清華大學、西湖大學的施一公（33 篇）、清華大學的閆創業（28 篇）、北京生命科學研究所的張昱（27 篇）、清華大學的顏寧（27 篇）、中國科學院大學的李偉（26 篇）、清華大學的王佳偉（25篇）、清華大學的雷建林（24 篇）、華大基因的徐迅（23 篇）、西安交通大學的張偉（22 篇）、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所的徐星（22 篇）、華大基因的張國杰（20 篇）等。

3.4 研究機構發展迅速，已涌現一批世界一流機構

我國研究機構的CNS 論文數量增長也十分顯著。從第一機構或通信機構數看，由圖4 可見，在樣本論文中，2013 年前為50 家以下，2014 年開始突破50 家，其中第一機構數達到了54 家、通信機構數達到了51 家，2017 年分別達到62 家和100 家，2020年則分別達84 家和175 家，增長態勢非常顯著。

圖4 樣本論文的第一機構/通信機構數量年度分布

從各機構的發文數量看，在樣本論文中，1979—2020 年發文量最多的是中國科學院，共有1 563 篇，占樣本論文總數的37.73%；除中國科學院外，其他高產機構大部分為高校，主要有清華大學（405 篇）、北京大學（360 篇）、中國科學院大學（268 篇）、復旦大學（213 篇）、香港大學（195篇）、上海交通大學（170篇）、中國科學技術大學（164篇）、浙江大學（145 篇）、南京大學（116 篇）和中山大學（105 篇）等。中國科學院系統的中國科學院上海生物研究所、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所、中國科學院生物物理研究所等機構的發文數量也很高，分別達到了178 篇、139 篇和123篇。從企業看，華大基因的發文量達到了113 篇，已成為全球領先的生命科學前沿機構。

另外，從全球CNS 論文高產機構的合著情況看，筆者發現，國際化合作已非常普遍，目前處于CNS合作網絡中心的科研機構中，除了美國的斯坦福大學、哈佛大學、哈佛大學醫學院、加州大學伯克利分校，英國的劍橋大學、牛津大學，以及德國的馬克斯·普朗克學會等研究機構外，我國的一些機構也已表現不俗，其中中國科學院作為中國科學研究的領軍者，位于該網絡的我國合作機構中心；同時我國的高校也表現不俗，如清華大學、北京大學、中國科學院大學、南開大學、中山大學以及近年迅速崛起的南方科技大學等都在該網絡中占有了一席之地。然而，和美英德等發達國家相比，我國目前高產機構數量偏少、影響偏弱。

3.5 合作方式多樣，正逐步向領跑和主導轉變

我國在2016—2018 年期間的WoS 國際合著論文數量一直居世界第2 位，已成為美英德法等國在基礎研究領域最重要的國際合作伙伴之一［9］。從合作方式的主導態勢角度看，我國CNS 國際合作論文的主導地位近年來已迅速增強，正從跟隨和參與逐步向領跑和主導轉變，這一變遷可以劃分為4 個階段（見圖5）：

圖5 樣本論文中國際合著論文的第一作者/通信作者占比年度分布

（1）1980 年前為第一階段，我國的國際合著論文很少，我國學者一般獨自完成論文，且在CNS國際合作論文中我國學者作為第一作者/通信作者的占比基本為100%。

（2）1981—1997 年為第二階段，我國CNS 國際合作論文占比迅速提升，其中我國學者作為第一作者/通信作者所占比例在50%上下劇烈波動，且通信作者的占比遠小于第一作者占比，甚至在個別年份為0。論文第一作者一般是科技論文初稿的主要完成人和研究課題的具體實施人，而通信作者一般是主要學術思想的提出者和研究課題的總負責人，處于主導地位［10］，因此，通信作者的占比遠小于同年第一作者的占比顯示出在這一階段我國學者在國際合著論文中的主導程度很低。

（3）1998—2015 年為第三階段，我國的CNS國際合作論文中，我國學者作為第一作者/通信作者所占比例在40%～70%上下波動，相比于前2 個階段，波動幅度明顯收窄，通信作者的占比和第一作者占比接近一致，但一直未超過第一作者的占比。做進一步細分，這一階段可分為先降后升（1998—2008 年）和“V”型結構（2008 年后）兩個階段。其中，我國學者作為第一作者/通信作者所占比在前一個階段雖有所波動，但整體上不斷降低，而在后一階段該比例整體上不斷提升。

（4）2016 年至今為第四階段，我國的CNS 國際合著論文中，我國學者作為第一作者/通信作者所占比例都達到或接近50%以上，且通信作者的占比連續5 年超過第一作者的占比，表明我國學者在國際科技合作中的主導地位逐步增強，我國的科學合作已從被動式、參與式的國際合作轉變成主動式甚至是主導式。

3.6 學科發展水平不斷提升，生命科學、材料科學等學科已進入世界前列

通過統計樣本論文的學科分布可見（見圖6），從發文數量看，論文數量最多的是在分子生物與遺傳學、物理學、地球科學、生物與生化、化學、環境/生態學等領域。其中，分子生物與遺傳學的論文數量最多，有1 008 篇；材料科學領域論文占該領域CNS 論文總量的比例最高，達到17.63%，其次是藥理學與毒物學、農業科學，占比分別為9.24%和8.33%。由此可見，我國在宏觀生命科學領域，如農業科學、藥學、生物學等領域的發展水平已接近世界前列；分子生物科學領域的布局也已完成且發展迅速［11］。我國越來越多學科領域的發展水平已經追上世界的腳步，甚至完成了從跟隨者到領跑者的轉變。然而，我國在醫學、管理學、心理學等學科領域的CNS 論文數量較少。

圖6 2003—2020 年我國CNS 論文學科分布

4 結論和建議

4.1 研究結論

本研究通過對WoS 數據庫中收錄的1900—2020年我國學者的4 164 篇CNS 論文進行研究，從論文總量、國際排名、高產作者、高產機構、第一作者/通信作者占比、第一機構/通信機構占比、學科布局分析等多方面進行定量計算和數據分析，得出以下結論：

（1）從論文數量上看，我國CNS 論文最早始于清末、民國初期，在20 世紀末、21 世紀初開始加速發展，近10 年來則進入乘風破浪式大踏步前進的繁榮時期，目前我國CNS 論文總量已排在全球第4 位。然而，目前我國和美國等發達國家的科研水平差距還較大。

（2）從研究力量上看，一方面，我國科研隊伍的規模正在不斷擴大，據統計，我國WoS 論文作者數量在2008 年時為23 萬人，2015 年達到64 萬人［12］，自2013 年超過美國后，已連續6 年穩居世界第一［13］；另一方面，在CNS 等世界頂尖期刊發文的我國一流學者數量也增長迅速，并已涌現了一批擁有重大原創性科學成果和國際頂級水平的科研人才，以及一批世界一流的科研機構、研究型大學和創新型企業。

（3）從作者、國家與機構合作上看，在學科高度融合和全球化的共同驅動下，我國國際合作發文量不僅在穩步增長，而且近年來已經成為國際科學研究合作網絡的中心節點之一，我國學者在國際科研合作中的角色已經從跟隨和參與逐漸向領跑和主導轉變。

（4）從學科布局看，我國生命科學、材料科學等學科的發展水平已進入世界前列，還有越來越多的學科領域已經追上全球頂尖發展水平的腳步，甚至完成了從跟隨者到領跑者的轉變。然而，從CNS發文量看，我國在醫學、管理學、心理學等學科領域與美英等發達國家相比仍有較大差距，需要繼續砥礪前行。

4.2 對策建議

在遭受新冠肺炎疫情沖擊和面臨百年未有之大變局的新形勢下，如何加快建設面向未來的世界科技強國，已成為我國現代化建設全局的關鍵。隨著科技體制改革的不斷深入、科研條件的不斷優化，相信厚積薄發的我國科技創新一定會繼續乘勢而上，為人類作出大國應有的貢獻。世界科學中心轉移的一般規律告訴我們，世界科學中心不可能永遠留在某一國家，因此，未來的很大一種可能是呈現雙中心或多中心的格局，對此，我國必須高度重視，以系統思維謀劃制定出積極的發展策略，在解放思想、完善人才政策、加快世界教育中心建設、加大政府支持力度、科學布局前沿研究和顛覆性技術創新領域等方面作出全面努力［14］，爭取早日促成雙中心或多中心的格局，為中華民族復興奠定科技基礎。

另外，需要特別指出的是，本研究以我國CNS論文為例，并非要鼓勵我國科技工作者將最好的科技成果都投到這些期刊，恰恰相反，筆者認為，科學進步需要科學的交流與合作，特別是在科技發展的不同階段，在國外頂尖期刊發表論文有其合理性、必然性和進步性，但是其中也存在“唯SCI 論文”等弊端，導致出現論文投稿發表和數據庫使用過程中的經濟損失、技術泄密、科研選題脫離國家需求、科技成果評價和人才評價中出現逆向淘汰等問題［15］，對此我們必須有清醒、理性的認識。在新的時代和新的發展背景下，我們當前特別要做好兩件事：一是要積極引導我國高質量論文發表在國內的高質量期刊上，將論文寫在祖國大地上；二是要抓緊做好世界一流科技期刊的建設工作，因為科技期刊是科技知識和信息的最重要載體，對于引領科技發展、保護科技成果、維護國家安全與穩定起著極為重要的作用，一個國家如果沒有相應數量的國際知名的世界一流科技期刊，就不可能真正成為世界科技強國［16］。