世界科技強國：內涵、特征、指標體系及實現路徑

陳勁，楊碩，陳鈺芬

（1.清華大學經濟管理學院，北京 100084；2.清華大學技術創新研究中心，北京 100084；3.浙江工商大學統計與數學學院，浙江 杭州 310018）

0 引言

科學技術是第一生產力，中國共產黨自成立以來始終重視科技事業的發展。進入21世紀后，黨和國家從大力實施科教興國、人才強國戰略到全面實施創新驅動發展戰略，始終將科技創新視為強國興國的重要推動力。2016年5月，習近平總書記明確指出，要“為建設世界科技強國而奮斗”，并提出了建設世界科技強國“三步走”的戰略目標，即“到2020年時使我國進入創新型國家行列，到2030年時使我國進入創新型國家前列，到新中國成立100年時使我國成為世界科技強國”［1］?！叭阶摺睉鹇耘c“兩個一百年”奮斗目標相呼應，使得科技創新與全面建設社會主義現代化國家和中華民族的偉大復興緊密相關。習近平總書記規劃的科技強國目標和現代化強國藍圖為我國科技創新工作提供了指導和方向。

從人類發展史來看，加快建設世界科技強國對提升國家競爭力具有重大意義。16世紀至17世紀初期，隨著布魯諾、伽利略等在天文學和力學領域取得了重大進展，意大利在自然科學研究領域獨領風騷并成為近代科學的發源地，也是最早的科技強國［2］。17世紀中葉，英國在天文學、地質學、物理學等領域均取得了一系列開創性的研究成果，催生出了第一次科學革命并成為后來居上的科技強國，至今仍有強大的影響力。18世紀70年代至19世紀初，世界科學中心轉移至拉格朗日、安培、拉瓦錫、布豐和拉普拉斯等諸多科學家集聚的法國。德國于19世紀上半葉取代法國成為世界科學活動的中心，迎來了以量子論、相對論為標志的第二次科學革命。自20世紀中期以來，美國成為世界經濟和科學活動中心。美國無論在基礎科學、應用科學方面，還是在技術科學方面，均占據絕對優勢地位，成為當前全球頭號科技強國［3］。世界強國的誕生與發展離不開對科學技術的竭力追求和對創新的極端重視，成為世界科技強國也決定著其在世界競爭中的地位。

科技強國建設水平越來越能代表一國的綜合國力，決定著一個民族和國家的未來與方向。建設世界科技強國、實現高水平科技自立自強已成為我國發展的重中之重。客觀評估我國科技強國建設水平及其與世界科技強國的差距，就能夠科學把準現階段我國科技事業的短板與發展方向，對加快建設世界科技強國具有積極作用。但當前學術界有關世界科技強國的評價體系尚不成熟，本研究在辨析世界科技強國內涵與特征的基礎上，構建了基于科學、技術、創新和科技發展條件等維度的科技強國綜合測度指標體系，提出了支撐我國加快成為科技強國的政策建議。

1 世界科技強國的內涵與特征

為了科學謀劃世界科技強國建設，首要任務就是精準把握科技強國的概念與內涵。學界對世界科技強國的概念進行了一定的研究與總結。馮江源［4］指出，世界科技強國的“強”是以“大”為前提，展現出強大的內部穩定性和統籌力，對外表現出巨大的影響力和競爭力。張志強［5］強調，建設世界科技強國的重點是做好關鍵科技領域的戰略規劃和布局，并梳理總結了世界科技強國建設的特點與發展規律。陳套［6］認為，世界科技強國應包括科技實力強、協同發展強、全球影響力大等3 個方面。李瑞等［7］認為，世界科技強國的建設應具備科技創造力、科技支撐力與科技影響力這3 種核心能力。張先恩［8］指出，人類歷史上的科學與技術革命都與崇尚科學知識緊密相關，基礎研究與科學知識是科技革命的源泉，世界科技強國建設離不開基礎研究的投入。李國杰［9］從信息科技和產業視角探究了建設科技強國的路徑，指出科技強的關鍵在于科技人才的培養與聚集，人才強是科技強的基礎，科技強則產業強，進而國家強，人才、科技與強國之間存在相互促進的共生共贏關系。秦錚和韓佳偉［10］認為，科技強國應具備科學強、技術強、創新強等3個關鍵特征。雖然學術界對科技強國的內涵與關鍵要素進行了廣泛探究，但目前尚未得出廣為認可的定義與內涵，并且現有研究缺乏關于資金、人才等科技強國條件的分析。

本研究認為，世界科技強國是一個動態的概念，科學技術的產生要經歷推翻舊知并創造新知的過程，一國具有高水平的基礎研究和技術創新，并據此實現產業持續升級和社會文明進步，便可稱之為科技強國。世界科技強國的內涵主要包含兩個方面：首先，世界科技強國的“科技”一詞，可拆分為“科學”、“技術”和“創新”三層含義。科學的本質是解釋客觀規律的知識體系，技術是指制造產品或工藝抑或是解決問題的系統知識和方法，創新則是從創意的產生到產品等實現商業化的過程［6］。其次，世界科技強國的“強”有兩種詞性，一方面是動詞，強國指的是強盛國家，補弱增強，即提升國家的科技競爭力和創新能力；另一方面是形容詞，表明一國的科技創新能力和綜合國力在全球范圍內較為強盛，處于世界科技前列［11］。

基于文獻總結以及世界科技強國的概念和內涵，應從科學、技術、創新以及科技發展條件等4 個方面對世界科技強國進行綜合評價，反映其科學強、技術強、創新強、條件強等重要特征。本研究的世界科技強國指標體系的構建重點是以科學強國、技術強國、創新強國以及包含人才和經費投入的科技發展條件為關鍵指標，對全球主要國家的科技發展現狀進行分析與比較，以梳理我國建設世界科技強國的應有之舉。

2 科技強國的指標體系構建與數據來源

2.1 科技強國的指標體系構建原則

科技強國指標體系設計是一個綜合、多維且復雜的問題，本研究力爭構建科學有效的評價體系，以客觀反映出全球科技創新發展狀況與演變趨勢。在充分考察當前文獻及現有公開數據的基礎上，本文從多個維度進行綜合評價。依據指標體系構建原則對科技強國的核心指標進行合理挑選，以構建能夠反映國家科技發展水平的評價指標體系。構建世界科技強國發展指標體系必須要遵循以下指導原則。

2.1.1 科學性原則。評價指標體系設計要在現有理論研究和實踐經驗的基礎上，采用恰當的理論和設計方法，使指標體系充分體現出科技強國發展能力的特征。所采用的科技強國評價指標應在充分考察科學性的基礎上，科學合理反映出科技強國發展能力的內涵和內在作用關系。

2.1.2 代表性原則。由于難以窮盡所有可量化的科技強國發展能力的指標，在構建指標體系的過程中，本文主要選取有代表性的科技強國發展能力指標。指標體系應客觀反映出一國科技發展能力水平與發展趨勢，并以較少指標全面反映評價對象的績效內容，避免指標體系龐雜帶來的低效率，也要避免指標選擇中出現易忽略的評價內容。

2.1.3 可比性原則。構建科技強國發展能力指數的目的是綜合評價一國的科技發展水平，需要進行橫縱向的對比分析。為了使不同發達程度和不同科技發展水平的國家具有可比性，在科技強國發展能力指標體系設計時，應以比例指標和強度指標為重點；同時需要顧及規模效應的影響，選取一定比例的規模指標進行科技發展能力的測度。基于此，建立評價指標體系時應保證指標數據服從可比性原則。

2.1.4 可操作性原則。指標體系設計的最終目的是評價測量。為了更加客觀地測度全球主要國家的科技強國發展水平，要充分考慮所選指標的可操作性。在指標選取過程中，關鍵是要兼顧數據的可獲得性，數據源應具備易于獲取和來源可靠的特性，構建的指標體系也應具備有效性和應用性。

2.2 科技強國綜合測度指標體系

基于科技強國的內涵與特征，本研究對影響科技強國發展的核心指標進行整合，得到以科學強國、技術強國、創新強國和科技發展條件為一級指標的科技強國綜合測度指標體系。科技強國的具體評價指標主要包括4個方面的內容。

首先，科學強國指標主要反映了一國知識創新的基本情況和知識成果的認可狀況，表現為該國科技論文總量、高被引科技論文以及頂級科技獎項的基本現狀和變化態勢。本研究擬采用主要檢索工具收錄的科技論文數、高被引科技論文比例、每萬人R&D 人員科技論文數等指標考察知識創新情況，采用頂級科技獎項獲獎數來衡量知識成果轉化狀況。

其次，對于技術強國指標而言，主要通過技術效益和技術成果兩個層面進行測度，反映一國高技術產品和知識產權的收益以及獲得的專利情況。本文擬采用高技術產品出口額比重、知識產權收入、PCT 國際專利數和每千人專利申請量等指標考察一國的技術發展水平。

再次，創新強國指標主要反映了各國的創新能力，也能夠體現出各國企業的創新強度。本研究基于歐盟委員會公布的全球研發投入前50 強企業名單以及波士頓咨詢集團發布的全球最具創新力企業50強名單，通過對各國企業進行排名賦分來評估不同國家的創新能力。

最后，國家科技發展離不開科技發展條件的支撐，科技人才和經費投入兩者缺一不可。本研究主要從科技人才規模、科技人才結構和經費投入等3 個方面對科技發展條件進行衡量，具體包括研究人員總量、每萬人就業人員中R&D 研究人員數量、高被引科學家人數、STEM 專業本科畢業生占比、STEM 專業博士畢業生占比、STEM 專業畢業生數量、R&D 經費支出占GDP比重和每萬人R&D 經費投入等指標?；诖?，科技強國綜合測度指標體系由4 個一級指標、8 個二級指標以及18個三級指標構成（見表1）。

表1 科技強國綜合測度指標體系

2.3 科技強國評價模型

本研究將對中國、美國、英國等全球17 個主要國家的科技強國發展水平進行綜合評價分析?？萍紡妵脑u價既可以采用定性評價方法，也可以基于數據進行定量評價測算。由于定性評價存在主觀判定，具有高度不確定性，評價結果相對模糊且不易讓人信服，政策和研究參考價值將大幅下降。而基于數據的定量評價方法具有易測度、可比較、可操作等特點。鑒于此，本研究將在現有成熟經濟理論的基礎上，基于定量評價方法進行多維度科學評價，力求探究出制約中國科技強國建設的核心因素與薄弱環節，并提出相應的對策建議，以助力提升我國科技強國的建設水平并加快建成世界科技強國。

評價指標體系的測度方法主要包括單一指標法和多指標綜合評價法。由于多指標綜合評價法能夠綜合反映出科技強國的多維性特點，也符合“加快形成推動高質量發展的指標體系”的要求，因此，本研究選取多指標綜合評價法作為科技強國發展水平的測度方法。

多指標綜合評價的結果客觀與否取決于指標權重系數的選擇是否合理。在現有研究中，確定權重的方法既包括層次分析法、德爾菲法等主觀賦權法，也包括熵值法、主成分分析法、CRITIC權重法等客觀賦權法［12］。綜合來看，主觀賦權法主要由研究者和專家根據自身經驗和判斷得出，因而主觀隨意性較強，客觀性較差?；诖?，本研究選擇客觀賦權法中的熵值法對指標權重進行賦值，并采用線性加權法計算得到17個國家的科技強國發展評價指數，以求科學客觀地反映各國的科技強國發展水平。

首先，為了讓科技強國發展評價指數具有跨年可比性，本研究選定2010年為基期，采用功效系數法對樣本數據進行標準化處理，具體如式（1）所示。

其中，xij(tk)和sij(tk)分別代表第i個國家第j個指標在第tk年度的原始數據以及標準化后的數值，分別代表各國第j個指標的最大值和最小值。

下一步，基于熵值法對指標進行科學賦權。熵值法主要適用于面板數據，能夠科學客觀地體現出被評估對象的差異。計算得出第j個指標下第i個國家在該指標中的比例。

此外，計算第j個指標的熵值。

其次，計算得出信息熵冗余度。

最后，計算得到各個關鍵指標的權重系數值。

綜合所求權重系數向量和標準化處理后的指標值，運用線性加權法即可計算出第i個國家在第tk年度的科技強國發展評價指數Qi(tk)。

2.4 數據來源

本研究選取美國、英國、德國、法國、瑞典、日本等全球17個國家作為考察對象，樣本選擇主要基于數據可得性和代表性原則，考察2010—2020年間不同國家的科技發展狀況和演變趨勢。數據主要來源于《中國科技統計年鑒》等官方年鑒以及經濟合作與發展組織（OECD）、美國國家科學基金會（NSF）等國際組織。對個別年份的缺失數據，本文采用插值法進行補充。

在指標體系具體的數據來源中，主要檢索工具收錄的科技論文數是從斯高帕斯（Scopus）數據庫中選定的期刊論文和會議論文，根據作者所屬國別和參與作者人數的比例進行賦值；高被引科技論文比例指的是R&E 領域中引用率位于前1%的論文份額；每萬人R&D 人員科技論文數是指科技論文數與每萬人R&D 人員的比值；頂級科技獎項獲獎數主要通過諾貝爾獎、菲爾茲獎和阿貝爾獎進行度量；高技術產品出口額比重采用高技術產品出口占制成品出口比例來衡量；知識產權收入基于國外使用該國知識產權的費用進行度量；PCT 國際專利數和每千人專利申請量基于OECD統計數據庫公布的各國專利申請量來衡量；研發投入前50 強企業和全球最具創新力企業50 強名單分別來源于歐盟委員會和波士頓咨詢集團發布的名單，企業得分按照第一名賦50 分，第二名賦49 分，以此類推對前50 強企業進行賦分；研究人員總量、每萬人就業人員中R&D 研究人員數據來源于《中國科技統計年鑒》和OECD 官網；高被引科學家數據來源于科睿唯安；STEM 專業本科畢業生占比、STEM 專業博士畢業生占比和STEM專業畢業生數量源自NSF。

3 世界科技強國發展指數及國際比較

根據世界科技強國綜合測度指標體系，本研究考察了全球17 個主要國家的科技發展水平及科學、技術、創新和科技發展條件等4個子維度的指數情況。表2 展示了17 個國家在2010—2020年間的科技強國發展指數水平及演變趨勢。從國家排名來看，美國在全球科技強國發展排名中穩居榜首。瑞士的科技強國發展取得了明顯成效，發展水平僅次于美國，科技強國發展指數一直穩定在0.43 左右。德國的科技強國發展水平上漲迅猛，自2013年已躍升至全球前3 名。從科技強國發展指數增長率角度來看，中國以5.97%的高增長率占據優勢地位。中國的科技發展水平在近十年進入了快速上升通道，從2010年科技發展水平遠低于全球均值，到2020年已經超越日本，科技強國發展指數排名第六，中國科技強國建設取得了巨大的進展。

表2 17個國家的科技強國發展指數

從科學、技術、創新和科技發展條件等維度來看（見圖1），不同國家在各維度上的差異較為顯著。從科學強國維度來看，美國呈現出波動上漲的演變趨勢，一直保持全球首位。瑞士一直穩居全球第二，英國和意大利分別位列第三和第四，中國在2019年趕超加拿大在科學強國方面位居第五。從技術強國維度來看，全球主要國家在研究期間呈現出穩步提升趨勢，前三名分別是美國、日本和瑞士，中國的技術強國指數在2015年后增速較快，2020年已位居全球第七。從創新強國維度來看，美國位居第一，德國位居第二，日本的創新強國指數在近十年持續下跌，已由最初的第二跌落出全球前三，中國在2020年超越日本位列第三，表明中國的創新能力在近十年得到了較大提升，特別是企業十分注重科技研發投入。從科技發展條件維度來看，除美國以外，韓國、瑞典、奧地利、比利時和丹麥等國家排名較為靠前，這些國家在科技投入和科技創新人才培養方面表現較為突出。雖然中國的科技人才數量和科技投入呈現逐年上升趨勢，但當前中國在科技發展條件維度上排名位居第十（見圖2），中國的科技人才占比及研發資金投入仍有較大的增長空間。

圖2 2020年17個主要國家在各維度上的排名

中國要想實現世界科技強國的建設目標，在關注自身發展的同時，也要了解我國與當今世界科技強國的差距，并借鑒美國、瑞士、德國等世界科技強國的發展路徑。美國在科技強國發展水平上的表現遠遠優于全球其他國家，這主要是由于美國在第二次世界大戰之后建立了高效的現代科技體系，聯邦政府加大對國家實驗室建設的支持，并積極支持基礎研究領域的自由探索。此后，企業成為美國科技創新體系的重要組成部分，涌現出蘋果、谷歌、微軟、亞馬遜、IBM、波音、通用電器等一批優秀的創新型企業，隨之產生了一系列原創的重大的科技發明，如晶體管、基礎軟件、飛行器等。高水平的高等教育和以企業為主體開展科技創新，是美國成為世界最強科技強國的兩大特征。

整體來看，2016年以來中國在科學、技術和創新水平上取得了巨大進步，尤其是在創新上表現優秀，在科學方面表現也較為突出。但當前中國在技術強國和科技發展條件兩個維度上仍有一定差距，特別是科技發展條件與美國的差距相對較大。中國后續在科技強國建設方面應從以下幾個方面開展。

首先，從科學強國維度來看，中國的國際頂級科技獎項獲獎數相對落后，表明今后要大力加強基礎研究的原始創新，而不是過度重視論文的數量。據統計，自第二次世界大戰以來，美國不論在國際科技大獎數量上，還是在高被引論文總量上均位居全球首位。本研究發現，美國在2010—2020年間獲得國際頂級科技獎項的人才占全球頂級科技獎項獲獎人才總量的46.4%①，已無疑成為全球科技人才的聚集高地。相比之下，中國獲得諾貝爾獎、菲爾茲獎以及阿貝爾獎的科技人才明顯不足，高水平的科技人才缺乏勢必會制約中國科學技術的發展，并阻礙中國建設世界科技強國的進程［13］。

其次，從技術強國維度來看，中國在知識產權收入和每千人PCT 專利申請量上低于全球平均水平，中國的知識產權收入不足美國的1/10，每千人PCT 專利申請量僅為美國的1/4。中國應加大對關鍵核心技術、顛覆性技術、前沿引領技術等的發展力度。

再次，從創新強國維度來看，美國企業是科技創新體系的關鍵組成部分，突破性、原始性創新更多地源于企業，高精尖企業在基礎研究、新技術研發乃至推動經濟增長方面起著十分重要的作用。中國應進一步加強企業成為科技創新主體的工作。

最后，從科技發展條件維度來看，增加經費和加大科技人才支持力度是助力國家科技進步和綜合國力提升的關鍵［14-15］。雖然中國在研究人員總量上名列榜首，但每萬人就業人員中R&D 研究人員僅為30 人②，遠低于美國、日本、韓國等發達國家。綜合國力的競爭追根究底是科技創新人才的競爭，中國在科技創新人才方面仍存在較大的缺口［14］。中國在高被引科學家和STEM 科技儲備人才等科技人才結構上與美國等也有較大差距，科技后備人才數量尚難以支撐中國迅速成長為科技強國，中國應繼續增強對科學的重視程度與引導力度［16-17］。從科技經費投入角度來看，中國的R&D經費支出占GDP的比重仍較低，僅為美國經費支出占比的70%左右，我國應進一步加大R&D 經費投入，并不斷加強對基礎研究的投入，以保證國家科技事業的健康可持續發展。

4 研究結論及實現路徑

建設世界科技強國是“十四五”乃至更長時期我國為實現科技自立自強和社會主義現代化強國而奮斗的重要目標。中國在科學、技術、創新和科技發展條件等維度上已取得了全方位的進步，但當前中國在科技發展條件和技術維度上與美國等世界科技強國相比仍存在較大差距。中國亟須從科技人才和資金等科技發展條件方面不斷提升中國科技強國的建設水平，還應進一步在技術、科學和創新等維度上縮小與美國等領先的科技強國的差距。

錨定“三步走”建設世界科技強國的戰略目標，我國應進一步深入實施科教興國戰略、人才強國戰略和創新驅動發展戰略，從聚集全球科技人才、加大研發經費投入、不斷推動企業成為科技創新主體等方面縮小我國與美國等科技強國之間的差距，提升我國科技強國建設水平與綜合國力，不斷營造良好的科技創新環境，加快將我國建設成為面向未來的世界科技強國，具體實現路徑如下。

第一，聚天下英才而用之，堅持人才引進和人才培養并重。黨的二十大報告提出，“堅持為黨育人、為國育才，全面提高人才自主培養質量，著力造就拔尖創新人才，聚天下英才而用之”。在當前科技競爭日益激烈的背景下，要以人才培育與人才引進為抓手，推進人才強國建設，實現頂尖科技人才的集聚。具體而言，擴大科技領域對外開放，建立多元化的國際科技創新人才工作體系，提升科技人才國際化水平，吸引和集聚海外高層次科技創新人才；依托國家實驗室、全國重點實驗室、國家技術創新中心、國家工程研究中心等重大科技創新平臺，持續吸引卓越的科技創新人才；面向世界科技強國建設需求，建立更為現代化的教育體系；進一步貫徹黨的教育方針，探索并推行創新型教育方式方法，努力培養廣大學生的科學精神、創造性思維、批評性思維以及工程科技創新能力，產生更多的拔尖創新人才，以支撐世界科技強國建設要求。

第二，加大科研經費支持力度，并不斷提升科研投入產出效能。政府除進一步加大對科研的財政支持之外，還應充分激發企業加大研發投入的積極性，并進一步引導社會力量對科技強國建設的資金支持，努力形成政府、市場、社會三重的科技經費保障體系，進而構建政府、市場、社會有機協同的新型國家創新體系。力爭早日使我國科研經費支出占GDP的比重超過3.0%，基礎研究經費占研發經費的比重超過15%。

第三，推動企業成為創新主體，發揮企業在科技強國建設中的主力軍作用。強化企業創新主體地位、加快構建以企業為核心的科技創新體系是提升國家科技創新能力，更是加快建設世界科技強國的關鍵所在。為此，應從政府治理與企業自身發展的雙重角度，共同推動企業發展成為創新主體。一方面，政府應進一步支持企業通過組建創新聯合體等促進創新資源向企業集聚，進一步支持科技型骨干企業增強在產業鏈和創新鏈融合中的作用，進一步加強大中小企業融通創新、國有企業和民營企業合作創新的政策設計，進一步完善創新友好的人才政策和金融政策；另一方面，企業自身應進一步重視科技創新工作，通過重視戰略研究、創意管理、研發投入、研發投入產出效能、國家技術創新中心建設、創新管理國際標準貫標等一系列工作，提升企業的科技創新能力，不斷提升科技領軍企業在我國科技強國建設中的關鍵核心地位。

注釋：

①美國獲得諾貝爾獎、菲爾茲獎以及阿貝爾獎等國際頂級科技獎項的人才有58 人，而全球頂尖科技獎項獲獎人才共有125人。

②數據來源于《中國科技統計年鑒2022》。