國家重點實驗室科研資源投入與產出的關系研究

李 陽， 黃朝峰

（國防科技大學1.軍政基礎教育學院，長沙 410073；2.上海交通大學國家戰略研究院，上海 200030）

0 引 言

當前，科研機構改革與科研資源管理已成為我國科技體制改革創新的重要任務。在推動科技體制改革進程中，國家重點實驗室作為銜接國民經濟社會發展的基礎研究平臺，在推動技術創新、促進科技進步、培養人才梯隊等方面為我國建設科技創新型強國提供了強有力的支撐［1-2］。基于此研究背景，探討國家重點實驗室的科研資源投入與科研產出成效，理清國家重點實驗室科研管理的體制運行規律與未來建設重點，了解國家重點實驗室進行科技體制改革的新需求，這既是國家重點實驗室管理工作的需要，也是推動我國科研機構改革、創新科技管理體制的必然途徑。

國家重點實驗室在運行與發展過程中，始終扮演著基礎科學研究和前沿科學探索的攻堅角色，同時也是進行原始性創新、累進式創新和顛覆性創新的重要平臺載體，長期居于國家科技創新領域的核心戰略地位［3］。此外，在滿足國民經濟社會發展的同時，國家重點實驗室也廣泛參與國際科技競爭合作，貢獻了卓越的科研成果，為國家科創競爭力提供了保障。據統計，截止到2018年底，國家重點實驗室共承擔各類在研課題超過5萬余項，其中國家級課題占比超過一半以上。國家重點實驗室作為第一單位發表科技論文9萬余篇，其中SCI檢索收錄論文5.85萬余篇［4］。實驗室在產出大量科技論文的同時也注重人才梯隊的培養，培養了大批優秀青年科學家和科研工作者，使他們投入到基礎科學領域的研究工作之中，為實驗室的長期高效運轉提供了基礎。國家重點實驗室也是我國對標世界科技前沿的窗口，通過不斷深化加強與國際科研機構的學術交流，吸引一批國際頂尖的科學家來華參加項目合作，開放一批自主設立的科研項目，力爭成為科學技術國際交流合作的中心。啟動和建設國家重點實驗室是滿足我國建設世界科技強國的需要［5］，也是護航《中國制造2025》偉大戰略，搶占未來全球科技制高點的重要抓手和關鍵保障。

本文擬從國家重點實驗室的五個投入要素（人力資源投入、學術對外交流、研究經費投入、基礎設施投入及實驗室開放程度）及兩個產出要素（科技論文產出、科技項目產出）衡量國家重點實驗室科研資源投入與科研產出的關系，旨在豐富現有國家重點實驗室相關研究的基礎上，為我國科研管理創新及科技體制改革研究提供更多可參考視角［6］，從而為發揮我國國家重點實驗室前沿科學探索與創新引領作用提供相應的政策建議。

1 相關研究進展

1.1 國家重點實驗室科研資源投入

科學技術正在引領并改變著未來社會，一定程度上決定著國民經濟與社會進步。科學技術作為第一生產力，歷來都被政府領導者重視和提倡。近年來，國家陸續頒布了一系列引導科學發展的政策文件，逐步加大對科學研究的投入力度。隨著國家對科研資源的重視程度提高，科研機構的管理運行模式也在經歷著創新與變革［7-8］，不斷探索高效的科研資源投入方式對于國家基礎科學研究已愈發重要。

注重科研資源的投入早已成為世界各科技強國的通行做法。二戰以后德國通過開展“大科學”項目，著眼于未來社會應用的基礎研究，直接以國家前瞻性任務為導向，資助以亥姆霍茲、馬普所為代表的科研平臺建設［9］，“大科學”項目以國家之力聚集科研資源，反映了當時全球范圍內科技競爭的現狀和科研機構的深刻變革。高效的科研資源投入不僅帶動了科研機構改革創新發展，更是激發了科研人員的工作熱情、優化了基礎研究的創新環境。如日本政府通過重點資金支持、科研基地的集中興建，在不斷促進科研體系改革的同時創造了良好的科研氛圍［10］，最終為二戰后日本的科技崛起提供了高素質人才梯隊保障；美國政府通過開放互動的學術交流合作，靈活協同的科研活動安排形成了基礎研究的引領高地［11-12］，不斷吸引全世界的青年才俊前往聯邦實驗室從事前沿基礎科學研究，幫助美國實現新技術產業的應用創新與知識轉移。

1.2 國家重點實驗室科研產出

從事基礎科學與應用科學研究、承擔國家戰略需求的重大科研計劃是國家重點實驗室的主要工作任務，而科研產出便是反映實驗室工作成果的重要考量指標［13-14］。眾多學者已經對國家重點實驗室的科研產出做出較為深入的研究，其中科技論文發表數、科研獲獎情況、科研項目申請數量、人才培養建設等均在不同科技評價體系中作為實驗室產出的指標。目前，探索科技論文發表渠道的工具眾多，例如被廣泛采用的自然指數、基于Web of Science及Scopus等數據庫應用的文獻計量分析工具等均以科技論文為產出基礎，進而綜合評價實驗室的學術貢獻、科研排名及國際影響力［15］。當然，也有許多學者依據學科分類的特征，運用多種科學計量指標，探索分析不同學科領域的研究特點，針對不同學科的特性探索某一產出指標在不同學科評價體系中的權重。本文所選用的國家重點實驗室樣本屬于自然科學領域，注重基礎理論與前沿技術開發的探索，該領域目前在國際上通行的科研產出評價指標主要以科技論文發表量為統計基礎。此外，基礎研究需要充足的科研經費用以采購先進的實驗儀器及耗材，科研項目的支持也同樣重要。基于此，本研究對國家重點實驗室的科研產出指標主要選取科技論文發表數量以及科研項目申請立項數量，試圖采用客觀的統計數據和指標選取，從兩方面體現國家重點實驗室的科研產出情況。

1.3 國家重點實驗室投入產出關系

國家重點實驗室的投入產出關系直接關乎實驗室的整體運行效率，也是實驗室參與國際競爭的重要體現。國家重點實驗室在國家宏觀戰略的支持下，不斷投入創新要素資源，推動實驗室在基礎研究領域不斷突破創新，為國民經濟社會發展注入創新與技術變革的強勁動力，探索前沿科技領域的理論與應用，為國家創新發展建設培養大量具有專業知識和實踐技術的高層次人才。科研資源投入與科研產出關系成為國家重點實驗室運行管理的“晴雨表”［16］，也使這種科研機構管理中“產出關系”成為了研究熱點與范式，對于推動國家重點實驗室科研管理改革，創新我國科技體制管理提供了多維度的思考視角。投入產出的指標與要素我們已在上文中提及，一方面是政府有關部門如科技部、教育部等向國家重點實驗室投入的科研資源，本文結合學者相關研究分別從實驗室人力資源投入、科研經費支出、學術交流合作、基礎儀器設施等方面予以衡量；另一方面是國家重點實驗室從科研資源投入中產出的科研成果，可以由國家重點實驗室從合作伙伴處獲得的科研項目、發表的科技論文等指標來衡量。然而，受限于國家重點實驗室統計數據及調研工作，未來的研究將更注重投入產出的市場化結果，例如可以增加創新成果市場轉化率、技術產品轉移等指標來考察實驗室投入產出情況。

2 理論基礎

2.1 多元線性回歸模型

多元線性回歸分析是適用于研究因變量Y與多個自變量（X1～Xn）之間關系，探討其間影響程度的科學方程模型，并利用統計分析方法和函數對這種關系進行深度分析描述的方法。該模型具有適用范圍廣、對變量之間關系解釋能力強的優點，已是當今人文社會科學領域學者常用的成熟科學計量模型之一。

式中：β0是常數項，意為當全部自變量等于0時因變量Y的總體平均值的估計值；β1～βn表示回歸系數，并且n＞1。通過對自變量x1，x2，…，xn的n次觀察，可以得出n組觀察的值為xi1，xi2，…，xin，yi，其中i取值為1，2，…，n，可以表示為：

計算未知參數b0，b1，b2，…，bm，可以通過最小二乘法求得，并將計算結果代入式（1）中：

2.2 模型假設

對線性回歸模型進行設定，滿足以下幾個條件，可以將其稱為傳統線性模型：

（1）正態性的假設，εi為隨機誤差項，且其服從平均值為零，滿足方差是σ2的正態分布；

（2）等方差的假設，σ2為全部xi和εi的條件方差，同時σ的取值范圍是常數，公式表達為：var（εi/xi）＝σ2；

（3）獨立性假設也可稱之為零均值假設，對xi進行規定的前提下，εi的條件期望值是0，那么E（εi）＝0；

（4）沒有自相關關系，εi為隨機誤差項，其逐觀測值之間互補，也就是cov（εi，xi）＝0（i≠j）；

（5）ε和自變量x間不存在相關性，εi和xi均對因變量y產生影響，這就證明了這兩個變量對因變量y的影響是可以區分的，cov（εi，xi）＝0。

綜合上述五種假設，傳統線性模型的使用條件比較嚴格。首先，其所選取的樣本數據需滿足對應分布特征，分布特征有正態分布和對數正態分布兩種；其次是解釋變量與那些無相關、獨立的變量間能夠構建良好的函數關系。

2.3 檢驗基礎

在多元線性回歸分析模型建立后，需要對模型啟動三種檢驗程序，在模型滿足一系列檢驗標準后才能符合意義，即模型需要進行R檢驗、T檢驗及F檢驗。

（1）決定系數檢驗，又可稱為R檢驗。多元線性回歸模型的決定系數檢驗類似于一元線性回歸方程。用R來表示決定系數，其公式R＝R，當R值接近1時，代表Y和X1，X2，…，Xn間的線性關系緊密；當R值接近0時，就說明Y和X1，X2，…，Xn間的線性關系不緊密。

（2）回歸系數顯著性檢驗，又可稱為t檢驗。在多元回歸分析當中，對模型當中各自變量和因變量間有無明顯的線性關系進行檢驗，這種檢驗稱為回歸系數顯著性檢驗。其顯著性可以由各個回歸系數的t檢驗值計算得出，公式t＝bj/sb1（j＝1，2，…，n），sb1為回歸系數bj的標準差。在多元線性回歸模型中，當一個變量的回歸系數未通過t檢驗，這就說明自變量與因變量之間的線性關系不夠顯著，因此在對其進行回歸分析時，可將此自變量剔除，也可以根據實際情況作出適當的調整。

（3）回歸方程顯著性檢驗，通常也稱為F檢驗。其檢驗方法是將全部自變量看作一個整體，觀察其與因變量間有無明顯的線性關系。若多元回歸方程的F檢驗未通過，則表明可能是選擇自變量時忽視了重要的影響因素，或是自變量與因變量之間存在嚴重的共線問題，此時應考慮重新建立模型。

3 研究設計

3.1 變量選取與數據來源

國家重點實驗室作為推進國家科技戰略的重要力量，其科研產出受到諸如人力資源投入、科研經費支出、學術交流合作、基礎儀器設施等諸多因素的影響，要想將各種影響因素全部涵蓋幾乎是不可能的。因此，本文在借鑒國內外學者研究成果的基礎上，尋找對國家重點實驗室科研產出產生影響的主要因素，結合15家自然科學類國家重點實驗室2009年—2018年的時間序列數據，并對這些影響因素逐一進行回歸分析，本研究將考慮如下部分因素作為變量指標進行分析，見表1。

表1 變量及其說明

3.2 模型構建

在本文的實證分析當中，國家重點實驗室的科研產出受到各種科研資源投入的影響，根據此相關關系建立多元線性回歸模型，并對其進行分析，建立的多元回歸模型如下所示：

式中，Y表示國家重點實驗室的科研產出，包括y1科技論文產出和y2科技項目產出；x1、x2、x3、x4和x5分別表示國家重點實驗室的人力資源投入、學術交流資源投入、科研經費資源投入、基礎設施資源投入及基礎設施開放程度；α表示常數項；隨機誤差項μ滿足零均值、同方差的相互獨立分布。

3.3 實證分析

數據統計運用SPSS統計軟件對國家重點實驗室科研產出與科研資源投入數據進行回歸分析，本節將對各變量之間相關關系進行分析。

3.3.1 回歸分析

（1）自變量篩選。模型1的相關系數結果顯示（見表2），固定人員數（x1）、流動人員數（x2）、研究經費支出（x3）以及各類設備總機時（x5）滿足顯著性要求，與發表SCI論文數（y1）之間具有顯著的線行相關關系，購置儀器設備（x4）顯著性水平＞0.05，說明其與發表SCI論文數（y1）不存在明顯的線行相關關系，固剔除此自變量；模型2的相關系數結果顯示（見表3），y2、x1、x2、x3、x4以及x5均滿足顯著性要求，與科研項目數之間具有顯著的線行相關關系。且由表4、5得知，VIF均＜5，滿足多元線行回歸分析中自變量之間的互斥性原則，且各自變量之間不存在嚴重共線性問題。因此，x1、x2、x3、x5與y1之間存在著顯著線行相關性；x1、x2、x3、x4、x5與y2之間均存在著顯著線行相關性。

表2 Pearson相關系數（模型1）

表3 Pearson相關系數（模型2）

表4 回歸系數（模型1）

根據表5數據將各變量的偏回歸系數值代入（4）式得多元回歸模型：

表5 回歸系數（模型2）

3.3.2 模型檢驗

（1）擬合優度檢驗。由表6數據可知，模型1的R2＝0.930，調整后的R2＝0.927；模型2的R2＝0.919，調整后的R2＝0.916；說明多元回歸方程有較高的擬合度，模型構建的擬合度很好，即通過R檢驗。

表6 決定系數

（2）回歸系數顯著性檢驗。模型1：設檢驗的原假設為H0與對立假設H1，分別為：H0：β2＝β5＝0；H1：βi≠0（i＝2，5）當H0：β2＝β5＝0為真時，統計量t服從自由度為（n-k-1）的t分布，由表4結果可知，t值分別為：t0＝-2.223，t2＝3.596，t5＝25.856。在顯著性水平α＝0.05下，通過t分布臨界值表得：t0.05/2（141）＝1.96，比較可知，＞t0.05/2（141）成立，則拒絕H0：β2＝β5＝0，變量x2，x5分別是因變量y1的主要影響因素，回歸系數是顯著的。

模型2：設檢驗的原假設為H0與對立假設H1，分別為：H0：β1＝…β5＝0；H1：βi≠0（i＝1，2，3，4，5）當H0：β1＝…β5＝0為真時，統計量t服從自由度為（nk-1）的t分布，由表5結果可知，t值分別為t0＝-5.981，t1＝15.185，t2＝4.929，t3＝4.006，t4＝6.572，t5＝-2.281。在顯著性水平α＝0.05下，通過t分布臨界值表得：t0.05/2（141）＝1.96，比較可知，＞t0.05/2（141）成立，則拒絕H0：β1＝…β5＝0，變量x1，x2，x3，x4，x5分別是因變量y2的主要影響因素，回歸系數是顯著的。

（3）回歸方程顯著性檢驗。模型1：設檢驗的原假設為H0與對立假設H1，分別為：H0：β2＝β5＝0；H1：至少有一個βi≠0且i＝2，5。由表7的數據可知檢驗統計量F＝374.222，F統計量服從以（k，n-k-1）為自由度的F分布，在顯著性水平α＝0.05，自由度（5，141）下查詢F分布百分位數表臨界值為：F0.05＝2.27。顯然，F＝374.222＞F0.05＝2.27，則拒絕H0：β2＝β5＝0，即方程自變量x2，x5與因變量直接存在線行關系，且整體回歸效果顯著。

所以，上述模型1回歸方程通過F檢驗：

模型2：設檢驗的原假設為H0與對立假設H1，分別為：H0：β1＝…β5＝0；H1：至少有一個βi≠0且i＝1，2，3，4，5。由表7的數據可知檢驗統計量F＝318.646，F統計量服從以（k，n-k-1）為自由度的F分布，在顯著性水平α＝0.05，自由度（5，141）下查詢F分布百分位數表臨界值為：F0.05＝2.27。顯然，F＝318.646＞F0.05＝2.27，則拒絕H0：β1＝…β5＝0，即方程自變量x1，x2，x3，x4，x5與因變量直接存在線行關系，且整體回歸效果顯著。

表7 方差分析

所以，上述模型2回歸方程通過F檢驗：

3.3.3 結果分析

從多元線性回歸模型1可以看出，各自變量對科技論文（SCI）產出數量的影響，結果分析表明，實驗室的對外交流、各類儀器設備的使用時長與科技論文（SCI）產出數量之間呈正相關關系。具體來看，每增加1%的流動人員人次，將會增加發表0.486篇SCI論文，這是因為國家重點實驗室增加交流和開放的機會，派出研究人員參加會議或接待國外專家學者來訪，在增加交流的基礎上會幫助實驗室人員擴展視野、開拓創新思路，有助于完成更多的論文；每增加1%的科研基礎設備的使用，就會增加發表0.034篇SCI論文，是因為本次研究的對象放在了自然科學類國家重點實驗室，此類研究需要長時間的科研基礎設施的使用，長時間的實驗狀態是保證SCI論文產出的前提保障。

從多元線性回歸模型2可以看出，各自變量對科技項目數量的影響，結果分析表明，實驗室人才資源投入、對外開放交流、科研經費資源投入、基礎設施資源投入均與科研項目數量呈正相關。具體來看，每增加1%的固定人員人數，將會增加1.064個科研項目，這說明人才的投入可以幫助實驗室申請更多的科研項目；每增加1%的流動人員人次，將會增加0.485個科研項目，是因為科研人員的交流互訪增加了其研究的視野和廣度，為他們日后的科研合作奠定良好的基礎和氛圍，也有利于其擴大圈內的知名度，幫助其科研項目立項；每增加1%的科研經費支出，將增加0.005個科研項目，科研經費是實驗室良性運轉的保障，科研立項離不開經費的支持；每增加1%科研基礎設施投入，將會增加0.007個項目，雖然影響不大，但是科研立項的過程離不開基礎設施的有力支撐。

4 結論與建議

我國積極推動國家重點實驗室的建設，從1984年第一批國家重點實驗室建設至今走過了30余年的發展歷程。作為國家創新系統的重要組成部分，國家重點實驗室肩負著基礎研究建設、搶占全球科技制高點的重大歷史使命。因此，如何提升國家重點實驗室的投入產出能力，建設一批引領國際科技領域前列的實驗室具有重要戰略意義［24］。本文通過對國家重點實驗室科研資源投入與科研產出關系的實證檢驗，得出如下結論：國家重點實驗室作為承擔國家基礎研究的科研機構，科研資源的投入能否被高效利用、能否促進科研成果的提升，在很大程度上依賴于國家重點實驗室的軟硬件組織條件；各種資源要素在投入過程中對國家重點實驗室的產出起到不同程度的作用；實驗室的對外交流合作與基礎儀器設備的使用直接關系國家重點實驗室的科技論文發表與科研項目的申請立項；此外，實驗室人才資源投入、科研經費資源投入與基礎設施資源投入均與科研立項數量呈正相關關系。

上述研究結論對于優化我國國家重點實驗室科研管理創新、完善科技管理機制具有重要啟示：科研資源投入要素是國家重點實驗室打造科研創新環境、保持基礎研究活力的重要方面，科研資源投入程度與方向直接關乎國家重點實驗室的未來走向與科研質量。因此，要提升國家重點實驗室的投入產出能力，科技部等上級行政部門在對國家重點實驗室管理機制的改革過程中，應該緊緊圍繞科研機構改革的需求和方向，建議從以下方面加強引導和管理：

第一，堅持開放互動、合作交流的發展機制，應高度注重前沿技術領域的對外交流合作。合作、開放、互通的科研氛圍關乎國家重點實驗室的研究方向與科研投入產出效率。國家重點實驗室為從事基礎科學研究的學者搭建了開放性平臺。實驗室應堅持營造開放、互動、交流的創新學術氛圍，積極開展各種正式、非正式的交流與合作，吸引國外頂尖學者來華參與項目合作，推動國內優秀專家出國參加學術會議與項目研發，為全球頂尖人才搭建學術碰撞和融合的平臺，加速知識的快速流動和迭代，促進創新思想和創新成果的涌現。

第二，擴大國家重點實驗室首席科學家的自主權，營造富有活力、創新、自由的研究環境。國家重點實驗室在進行首席科學家的選拔工作時，要對其進行綜合全面的考量和評審，既不能只唯論文為上，忽視了其組織管理能力，又不能以行政管理為準，忽視了對其學術等業務能力的把握，要統籌其社會活動能力和科研業務等綜合素質。此外，上級主管部門應主動放權，尊重科學家的學術自由與管理方向，遵循學術發展的規律和需求進行內部的良性管理和運行，減少不必要的行政干擾，讓首席科學家真正起到學術領軍人的角色，圍繞首席科學家主持的重大科研項目展開科研活動。

第三，科技部等上級主管部門應建立共享、科學的實驗室科研產出獎罰機制，引導國家重點實驗室科研人員樹立全身心投入科研工作的思想觀念。實驗室績效標準的指標不僅要顧及實驗室年度工作計劃進度，參照機構本身的既定科研目標與完成情況，還應該參照學科自身的發展特點與國際標準。通過科學、先進的考評規則，引領實驗室內部管理機制體制的創新與完善，為上級指導規劃部門出臺整體發展規劃創造依據，出臺更為科學、更加精準的科技管理政策。設立科學合理的科研產出獎罰機制以更好的激發科研人員工作的熱情和積極性，從而引導實驗室注重科研機制的改革和創新管理，爭取激發國家重點實驗室更大的研發潛能。