德美日建設世界科技強國的經驗及啟示

秦 錚，孫福全，袁立科

（中國科學技術發展戰略研究院，北京 100038）

在各世界科技強國建設中，英國和法國是率先建立現代科學體制，先發成為世界科技強國的國家；其后，世界格局不斷調整變化，科技革命與工業革命接連發生，德國、美國、日本3 個后發國家先后抓住機遇，相繼崛起成為世界科技強國。其成功經驗值得中國借鑒。

1 德美日建設科技強國的歷史演進

1.1 德國后來居上建成世界科學中心，引領第二次工業革命并趕超英法，成功加入世界科技強國行列

16 世紀到19 世紀中期，科學革命、技術革命、工業革命相對并行發展，英國成為第一個世界科技強國，法國繼之第二［1］。英法崛起對德國影響很大。1848 年德國爆發資產階級革命，激起科學技術發展熱潮，通過大力興辦現代教育，德國科學發展突飛猛進。李比希創立了有機化學，維勒成功合成尿素，施萊登和施旺創立細胞學說，愛因斯坦提出相對論，普朗克提出量子概念，倫琴發現X 射線，等等，各方面科學成就使得德國長期成為世界科學中心［2］。科學發展帶來了技術突破和產業變革，19 世紀70年代德國率先引發了以電力技術和內燃機為標志的第二次工業革命，創造了電力與電器、汽車、石油化工等一大批新興產業，將工業社會帶入電氣化時代［3］。英國雖是第一次工業革命的發起國，但在第二次工業革命期間，限于工業體系慣性和巨大變革成本，被德美兩國超越；法國因受普法戰爭失敗影響，失去引領第二次工業革命的歷史機遇［4］。發生在20 世紀的兩次世界大戰雖使德國遭受重創，但進入八九十年代，東德、西德實現統一，國際環境相對和平穩定，德國抓住全球化機遇，再次躋身世界科技強國之列［5］。

1.2 美國抓住第二次工業革命契機趕超歐洲，迅速成為世界頭號科技強國，繼而引領第三次工業革命

美國自1776 年獨立以后，開啟了工業化進程，除了第二次對英戰爭（1812—1815 年）和美墨戰爭（1846—1848 年）外，長期和平地發展資本主義［6］。南北戰爭（1861—1865 年）后，美國實現統一，確立了工業資本主義在美國的統治地位，并開啟了經濟高速發展時期。到1883 年，美國經濟總量已居世界第一。第二次工業革命爆發后，德國在鋼鐵、化學、電氣等方面全面領先，突飛猛進的科技成就傳到大洋彼岸，刺激了美國人的神經，大批留學生前往德國學習并引進德國先進教育理念，促進本土教育改革，培養了一批科學人才［7］。20 世紀上半葉，美國又抓住兩次世界大戰的機遇，引進大批歐洲流亡科學家從事科研和教育工作。在三股力量推動下，美國科技飛速發展。在20 世紀前20 年，世界科學中心依然在歐洲，但從20 世紀30 年代開始，美國的諾貝爾科學獎獲得數量就全面領先（見表1），到20 世紀四五十年代戰爭結束，美國已躋身世界科技強國行列。二戰后，美國大力發展大科學，逐步形成國家創新體系，伴隨冷戰結束和蘇聯解體，美國成為世界頭號超級大國，并于20 世紀90 年代引爆了以信息和通信技術為代表的第三次工業革命，將人類社會帶入了信息化時代。

表1 世界主要科技強國歷年獲得諾貝爾科學獎情況 單位：人次

表1（續）

1.3 日本抓住第二三次工業革命交匯的機遇，快速崛起并成為新的世界科技強國

日本的科學技術起步相對較晚，1868 年明治維新開啟現代化進程，通過不斷向西方學習先進科學和技術，科學水平和工程技術能力不斷提升。到二戰前夕，日本在醫學、微生物學領域已可與西方發達國家相提并論，武器裝備制造和交通運輸等方面也走在了世界前列。但不幸的是，科技的發展反而推動日本走向軍國主義道路，最終參與發動了第二次世界大戰。二戰以后，日本借助“冷戰”帶來的戰略機遇與美國交好［8］，經濟得以快速恢復［9］。20 世紀50～80 年代，日本努力抓住第二次工業革命的尾巴，培育發展汽車、機電、機床等制造業，通過管理和制度創新，迅速實現經濟騰飛，1972 年超越聯邦德國成為世界第二大經濟體，豐田汽車公司的“準時制生產”甚至成為繼“福特流水線”之后工業生產方式的又一大革命。世紀之交，美國引發信息技術革命，日本奮力追趕，確立科學技術創造立國戰略，提出“50 年30 個諾獎”計劃。進入新世紀后，日本獲得諾貝爾科學獎數量迅速提升（見表1），科學國際影響力和技術出口顯著增長，基礎研究引人注目，成功躋身世界科技強國之列。

1.4 小結

根據以上3 個世界科技強國的建設歷程，若德國以1810 年創辦柏林大學（開啟科學快速崛起之路）為起點，到20 世紀90 年代諾貝爾科學獎獲得數量遙遙領先（1910 年）為建成標志，經歷共約100 年；若美國以1865 年實現統一為起點，到20 世紀30 年代諾貝爾科學獎獲得數量遙遙領先（1940 年）為建成標志，經歷共約75 年；若日本以1868 年明治維新為起點，到20 世紀20 年代諾貝爾科學獎獲得數量全面崛起（2010 年）為建成標志，經歷共約142 年。這3 個國家建成世界科技強國的平均用時約106 年，以此計算，若中國以1949 年中華人民共和國成立為起點，則有望在2050 年左右建成世界科技強國。

2 德美日建設科技強國的發展路徑

2.1 從經濟崛起到科技趕超

后發國家建設科技強國，一般都以經濟崛起為前提。德國自1871 年統一后就引領了以電力和石油化工產業為代表的第二次工業革命，經濟得以騰飛，國內生產總值（GDP）于1893 年超越英國，成為歐洲第一大經濟體（見圖1）。到20 世紀初，德國的有機化學工業控制了全球90%的市場［10］。1914 年一戰爆發時，德國的電話數量達到英國的兩倍，鐵路數量也接近其兩倍［11］。在經濟實力的有力支撐下，德國瘋狂發展海上艦隊和軍事科技，于20 世紀初迅速成為可與英國抗衡的軍事強國，并最終引爆一戰。美國在19 世紀末順利完成工業化，經濟總量于1863、1869、1879、1883 年先后超越法國、德國、英國、中國成為世界第一（見圖1）。一戰前后，工業流水線的發明使美國工業實現二次騰飛，強大的經濟實力推動美國科技不斷趕超英、法、德等歐洲國家，世界技術中心和科學中心先后從歐洲轉移到北美。日本自二戰后，先后實施了貿易立國、技術立國、科學技術創造立國戰略，國內生產總值于1972 年超越德國（西德），長期穩居世界第二。在經濟實力支撐下，日本科研經費投入力度持續增加，1970 年研發強度已趕上美國，1987 年超過2.5%，2002 年進一步提高到3%以上（比德、美還高）［12］，使日本科技水平得到快速提升。

圖1 19 世紀世界主要國家生產總值走勢

2.2 從技術引進到原始創新

由于后發國家技術相對比較落后，因此一開始往往需要引進發達國家的先進技術，經過消化吸收再創新的階段，最終走向原始創新，實現“從0 到1”的突破。這在美日兩國發展史上體現最為明顯。美國在整個19 世紀都源源不斷地從歐洲引進先進技術，之后通過專利保護制度促使人們對引進技術進行改良和應用，最終形成“技術發明在歐洲，應用在美國”的局面［13］，繼而愛迪生等大批發明家得以誕生。在19 世紀后30 年，美國大批學生赴德留學并學成回國，進入高校和企業實驗室從事科研工作，促進美國科技創新能力快速提升。20世紀上半葉，美國引進大批歐洲流亡科學家，讓其進入高校和科研機構從事基礎研究工作并培養研究生，最終美國的基礎研究和原始創新能力迅速提升至世界領先水平。日本自20 世紀40 年代開始，圍繞鋼鐵、電力、煤炭、造船等重點產業大量引進國外先進技術和專利，促進本國工業發展；60 年代后注重技術消化吸收和再創新能力的培養1），大量企業對引進技術進行分析、改造和再出口，將技術做到極致，形成工匠精神；70 年代，美日貿易摩擦逐步升級，日本為擺脫技術受制于人的局面，不斷增加研發投入強度和基礎研究投入力度，日益向高技術和未來技術領域發起挑戰，經過長期堅持，最終從一個技術追趕型國家轉變為一個技術領先型國家。

2.3 從教育改革到科學發展

凡科學崛起，必先重視教育改革。德美日三國在科學上有所成就之前，都對本國教育進行了重大改革。德國最早于1810 年率先創辦了世界上第一所現代化大學——柏林大學，革新了英法大學的傳統教育模式，追求科學研究和知識創造，在物理學、化學、生物學、數學、哲學等方面培養出大批世界級大師2），其中有相當一部分在二戰之前都獲得了諾貝爾科學獎［14］。繼洪堡創立柏林大學之后，李比希于1826 年創立吉森實驗室，開創了實驗室教學模式的先河，使得自然科學教學方法和科研組織方式更加科學合理，直接推動了德國科學研究水平的快速崛起。美國在1876 創辦了自己的第一所研究型大學——約翰·霍普金斯大學，在學習柏林大學辦學模式基礎上首創研究生教育，將大學教育分為本科生和研究生教育兩個階段，分別從事知識學習和生產工作，以解決知識量增長過快、教育“內卷”的問題［15］。繼大學改革之后，工業界大力興辦企業研究所、工業實驗室、私人基金會等，招募新培養的高層次人才從事應用基礎研究甚至純科學探索，極大促進了美國科學研究事業的發展。日本的教育改革則主要發生在二戰以后，主要受美式教育影響，重視教師的研究自由和經費的持續穩定支持，同時由于受到戰爭的打擊，日本學者從骨子里認識到科學技術的重要性，具有強烈的攀登科學最高峰愿望和極為嚴格務實的科研精神氣質，各大學尤其是國立綜合大學的“科研至上”風氣十分濃厚，在20 世紀后30 年培養出許多世界一流科研人員，并取得了一批諾獎級的研究成果［16］。

2.4 從自發創新到體系建設

在制度創新路徑上，后發國家政府與市場的作用此消彼長，經過長期實踐而逐漸培養出創新的體系化能力。美國在整個19 世紀主要由市場主體自發從歐洲引進先進技術，政府只在專利保護和移民政策上有一定作為；伴隨技術引進的是技術改良運動的大力展開，但仍以個人和企業為主，從最初的個人發明（技術工人）到職業發明（愛迪生等），再到企業雇傭研發人員，都是市場在自發演變；進入20 世紀后，經濟大蕭條直接刺激了政府加強對經濟科技的干預，而兩次世界大戰又迫使政府加強科技組織能力建設；二戰以后，以“布什報告”為開端，美國逐步形成了建制化的國家創新體系，并構建了以國家實驗室為代表的戰略科技力量。德國在19 世紀通過組建關稅聯盟、放松商業管制、政府主辦鐵路事業、大力興辦教育等方式，推動了本土工業和科技的發展，政府的主動作為十分明顯；二戰以后，德國確立社會市場經濟模式，公立科研機構再次興起，馬普學會、弗勞恩霍夫協會、赫姆霍茲聯合會等先后成立，集中協調型科技體制逐步建立，形成多層次高效協同的國家創新體系。日本自明治維新（1868 年）起，政府就主導開啟了學習西方近代科學技術和體系的道路，通過大力興辦現代大學、派遣留學生、發展醫學和微生物學等實驗科學和工程技術等，實現了高層次人才的培養和科研水平的提升；20 世紀50 年代后，大力發展國立科研機構，發揮國家戰略科技力量作用；70 年代，政府牽頭組織大規模科學研究及技術攻關，先后組織了超大規模集成電路開發（1976 年）和原子能技術研究開發（1977 年）；80 年代，又通過立法確立了“產學官”多方科技合作制度，政府的主導作用一直十分明顯。

3 德美日建設科技強國的基本經驗

德美日3 個國家加入世界科技強國行列的時間雖然不同，而且在建設科技強國的過程中各具特色，但也擁有一些共同經驗。

3.1 形成內生的技術能力

后發國家只靠技術引進和跟蹤模仿不可能建成科技強國，要想科技崛起，必須形成內生的技術能力，實現科技自立自強。德國在打破英法老牌國家維護的歐洲勢力均衡時，主要依靠的就是自身的科技實力，尤其是科學研究的能力，通過科學領域的各種突破促進形成新的技術和產業，從而打破了英國的壟斷。美國在發展初期，主要依靠引進和改良歐洲的技術，實現了國內經濟的崛起，但到達一定階段后，就轉向內生發力，通過教育改革、人才培養和科技計劃安排等多種方式，促成了自身科技實力的增長。日本同樣一開始依靠引進和貿易來積累技術，但到后期，通過消化吸收能力培養和“諾貝爾科學獎計劃”等，把技術工藝和科學研究做到極致，從而成功加入世界科技強國之列。

3.2 持續建設人才隊伍

科技強國建設的最核心要素就是人才。凡后發國家崛起，必以可持續的人才隊伍建設為支撐。德國從18 世紀強制推行義務教育，到19 世紀創辦研究型大學，再到20 世紀興辦職業教育和推行“雙元制”教育體系，其人才隊伍建設的接替性和持續性始終做得較好。美國從興辦贈地學院培養工農業技術人才，到改革高等教育培養研究型人才，再到大量引進歐洲流亡科學家擴充科學人才隊伍，又到通過留學生培養、技術移民、短期訪學等多種途徑，從全球搜索高端人才，每個時期也都制定了符合自身發展需要的人才隊伍建設策略。日本從明治維新時期派遣留學生學習西方先進科技，到大力興辦帝國大學培養愛國科學家，再到戰后教育改革培養追求極致的科研人才，以及新世紀以來設立“諾貝爾科學獎計劃”，都反映了其人才隊伍建設的可持續性。

3.3 科技創新與制度創新并進

科技的持續發展，必須將自由市場與有為政府相結合，將科技自身的創新與體制機制的創新相結合，尤其是制度的持續改革必不可少。美國在世界上最先把科學隊伍建制化，形成系統性國家創新體系；德國以教育改革為突破口，長期建設形成了發達的教育體系和行之有效的國家創新體系；日本在戰后也不斷調整和完善科技治理體系，以支撐其科技戰略實施。可以說，德美日3 個國家都不同程度地根據時代發展特征構建、調整、優化其國家創新體系，改革其國家創新制度，逐步加強科技界、產業界和社會各界的資源整合，促進形成創新主體良性共生、創新活力競相迸發的創新發展格局，由此產生的協同效應進一步推動了國家持續繁榮，鞏固了這些世界科技強國在國際上的競爭優勢。

3.4 發揮國立科研機構的引領作用

在德美日3 個國家的科技發展過程中，國立科研機構都起到了重要的引領作用。美國國家實驗室是聯邦科研機構的最重要組成部分，也是世界上最大的科研系統之一，主要用于支撐國家重大戰略需求和搶抓科技發展戰略機遇，對大科學裝備研發、前沿科學研究、關鍵核心技術攻關等具有重要引領作用。日本國立科研機構是日本科學技術水平的象征，是日本最有實力的研究力量，主要開展基礎技術和共性技術研發，在日本戰后重建、產業振興中發揮了極其重要的作用。德國的馬普學會、弗勞恩霍夫協會、赫姆霍茲聯合會則是德國重要的戰略科技力量，分別從事創新導向的基礎研究、技術導向的應用研究和國家戰略導向的研究，是長期性、戰略性重點基礎研究項目的主要承擔者。

4 結論與建議

中國自改革開放以來，經濟實現了快速崛起，科技發展也經歷了跟進和模仿創新的階段，現已進入科技自立自強的新發展階段，但科技消化吸收能力和原始創新能力仍然不足。根據德美日3 個國家建設科技強國的歷史經驗，本研究得到如下結論以及對中國加快建設世界科技強國的啟示和建議。

4.1 適時轉換創新模式，不斷提升科技供給質量

后發國家在科技趕超達到一定階段后，都是通過科技自立自強實現進一步跨越，越是進入高質量發展階段，科技內生能力就越重要。中國建設科技強國，既要加強基礎研究和關鍵核心技術攻關，又要注重提升科技體系化供給能力。為此，建議中國加快制定《科技強國行動綱要》，明確建設世界科技強國的總體思路、目標路徑、重點任務和政策舉措，將國家科技發展戰略落實落地；建立財政科技投入穩定增長機制，持續引導全社會增加科研投入特別是基礎研究投入，同時引導規模以上工業企業提高消化吸收與技術引進投入費用之比，增強技術消化吸收和自主創新能力。

4.2 持之以恒深化教育改革，培養創新型人才隊伍

世界科技強國的演變和形成往往繼發于世界教育中心，美德日三國均具有尊師重教的傳統，在經濟科技社會發展面臨問題時均注重推動教育改革、實施科教融合，德國和美國的高等教育制度改革甚至還深深影響了人類教育的進程。因此，中國要建成科技強國，必須持續深化教育改革，實施科教融合戰略。為此建議，教育改革從義務教育抓起，注重科學精神、創新能力和批判性思維培養，開設創新教育課程，首先對教育工作者進行再教育，并配套改革教師考核制度，令教師樹立以“以德為先”的創新教育理念；嚴格規制中小學階段校外培訓班和家長作業群，逐步將“雙減”措施落到實處，減輕學生和家長負擔，并確保其將更多精力投入到培養孩子創新性思維和從事體育鍛煉；在大學方面，大力探索新型高等教育模式，鼓勵社會力量創辦高起點新型大學，以高標準探索新型科研制度，推動學風作風改善和扭轉。

4.3 堅定不移擴大科技開放，以開放促進科技創新

歷史上，美國、日本在科技趕超和崛起過程中都吸納了大量國際因素，都因為主動融入國際科技活動而使自身科技水平和影響力快速提升；即便是德國科學實力先行崛起，德國也注意從國際吸納留學人才，助力本國科研事業發展。因此，中國要建成科技強國，必須堅定不移地融入全球科技創新網絡，國家越是實力增強，越要堅持開放。為此，建議中國一方面主動走出去，參與和倡導國際大科學計劃和大科學工程，推動全球重大科學問題研究，擴大國際學術影響力、帶動力，另一方面積極引進來，加快建立和完善國際人才引進制度，改革短、中、長期人才簽證制度，打通“留學/訪學—短期工作—移民入籍”人才引進鏈，使得人才引進工作系統化長期化。

4.4 加大統籌各方資源，加強國家戰略科技力量建設

根據后發科技強國建設經驗，國家戰略科技力量應形成一個體系，服務于國家戰略目標，開展需求導向、問題導向和目標導向的重要基礎研究、戰略高技術研究和重大公益研究，突破關鍵核心技術，保障戰略技術供給。為此，建議中國在人工智能、量子信息、腦科學等前沿領域加快打造一批代表國家水平，甚至在國際上具有重要影響力的國家實驗室，發揮其在戰略科技力量中的引領性作用。充分發揮國家科研機構突破原始創新和關鍵核心技術的作用、高水平研究型大學基礎研究和一流人才培養的作用、科技領軍企業共性關鍵技術研發和成果轉化的作用，形成國家戰略科技力量體系。加大國家實驗室穩定性經費支持力度，探索建立既有中國特色又與國際接軌的管理模式和運行機制，促進優勢資源集中和人才活力激發，提升國家戰略科技力量體系整體效能。

注釋：

1）直到今天，日本依然重視技術消化吸收這一創新環節。2018 年，日本規模以上工業企業用于技術引進與消化吸收的經費之比為1 ∶3，而同期我國為5.1 ∶1。

2）愛因斯坦、薛諤、海森堡、普朗克、馮·諾依曼、叔本華、胡塞爾、費爾巴哈等等都是柏林大學的校友，可謂人才輩出、群星璀璨。