耦合视角下的高校科研与教育系统关系——以美国百强高校为例

何舜辉，杜德斌，林　宇，刘树峰

(1.华东师范大学城市与区域科学学院，上海　200241； 2.华东师范大学科技创新与发展战略研究中心，上海　200062)

知识经济背景下，大学已成为国家与区域知识创新体系的主体，不仅承担着人才培养的任务，更肩负着重要的基础研究功能[1]。大学基本职能由单一性向复合性(科研与教育)转变的同时，也衍生了诸如“科研中心化、教育边缘化”或“科研关系失衡或脱离”等矛盾。厘清两者的互动关系及协同作用机理，也因此成为当前学界与政界普遍关注的议题。国内外学者基于不同学科背景(教育学、管理学与经济学等)，就“如何平衡科研与教育”，“以科研支撑教育发展”等一系列问题展开有益探讨，力求通过协调两者关系，提升大学科教资源配置效率，以及更好地服务社会经济发展。

追溯相关文献发现，自洪堡[2]提出“教学、科研统一”的观点以来，有关科教关系的学术命题探讨一直未曾停歇。虽然部分学者发声，高校需回归教育本职，但主流学者更多声援于科教融合的思想，提倡两者相辅相成，协同发展。提高科学研究与高等教育深度融合也成为当代大学提升综合建设水平的普遍做法与人才培养的重要途径[3]。实证研究方面上，费尔德曼在对美国一些研究做了综述之后，发现对教师科研产出(或学术成就)的各种测量与学生对于教师教学的评价之间都是正相关[4]；国内学者韩淑伟等[5]、李宝斌[6]和乔联宝[7]等也相继从不同侧面对高校科研与教育水平进行测度，并检验两者关系，得到正向关联的结论，且这种相关程度随着时代的发展呈现不同的态势。另外也存在一些研究，表明两者之间存在较弱的相关性[8-9]。尽管由于取证的关键因子差异，导致研究结论存在一定争议，但理论上，相统一的观点仍被广泛接受，即高校的科研与教育系统有着自身的规律和特点，但在现代大学范围内，二者却是可以相互耦合、协调发展的[10-11]。但对于两者关联程度，以往研究多转化为相关度进行测度，由于替代指标单一，或缺乏令人信服的调研证据支撑，不能全面刻画高校研究与教育水平，且在两者共生发展的机理解释较为薄弱，因此亟待研究方法改进与数据取证来源的拓展。

近年来，随着统计学与复杂性科学的不断深化发展，系统耦合理论与模型在人文社会科学研究中得到广泛应用[12]。耦合的实证思路不同于传统回归方法，能够以系统论的思想综合而全面揭示变量间的协调机理，并从“量扩”和协调的“质升”两个方面量化系统的发展水平。鉴于此，本文将基于科教相统一的原则，引入耦合协调模型，并以美国百强样本高校的统计数据为基础，定量揭示高校教育与科研水平时序变化特征，以及两者之间的交互胁迫、动态耦合的规律，以期为中国高校建设提供理论借鉴和实践指导。

1　高校科教系统耦合协调机理

耦合理论来源于物理学，指的是系统或系统要素之间通过各种相互作用而彼此影响的现象，“协调发展”则指两系统在耦合并彼此依赖的基础上实现正向和谐变化的过程。实际上，高校科研与教育功能的发挥，可以视为两个子系统内各要素(科研团队、财力投入、教职团队等)等要素相互作用的结果。由于高校教职团队和科研队伍的角色中是结合在一起的，这些要素本身在两个系统中的重复性构成两者耦合的通道，形成了科教系统之间具有复杂性、不确定性和适应性特征的交互耦合关系。

从良性互动的角度看，这种耦合作用表现为：首先科研丰富了教学理论成果，促进了学科建设。从历史角度考察，美国一批一流大学新兴学科建立与科研发展相辅相成、息息相关。如在林肯实验室的带动下，MIT的通讯、电子、计算机、生物物理学等学科逐渐成为世界一流学科。劳伦斯实验室利用回旋加速器,发展了医学物理、理论物理、辐射检测技术等新兴科技领域，同时促进了加州大学伯克利分校生命科学、高温化学等相关学科的快速成长。其次科研有助于人才培养。教师从事科研，有益于扩展知识边界，并在教学中将知识转移与传导给在校生，而学生在参与科研活动中，亦能通过“干中学”接触领域前沿知识与技术，快速掌握专业技能。从另一个维度看，教学也会反作用于科研活动。首先教学活动是教师传播新思想、新知识与新技术的重要途径，通过科研与教学相结合，加速了科研成果的扩散，助推科研的发展。其次，高校教学培育的大量科研人才，为科研注入了源源不断的人力资本，从国内外的论文与专利来看，学生(尤其博士、硕士研究生)更是科研产出的主力军。可见，高校师生从事科研活动，对高校科研能力的提升和教学的进步均起到了一定的正向影响。科研推动教育发展的同时，教育也会反推科研进步，科教系统之间存在交互契合而螺旋上升的协调机制，这为引入耦合协调模型定量分析两者动态耦合特征奠定了理论基础。

2　研究方法与数据来源

2.1　指标体系的构建

基于系统投入与产出的视角分别构建科研与教育能力评价体系。首先以科研经费(财力)与科研团队(人力)来反映科研投入水平。由于近年来美国高校的研发经费超过一半来自联邦政府，因此在财力投入指标中除了用研发经费来衡量高校科研财力投入之外，用联邦研发经费占全部研发经费比例表示联邦对美国高校的支持程度，该指标能够反映联邦政府未来对各高校科研的投入潜力。科研团队反映人力的投入水平与质量，主要指标包括获诺贝尔科学奖和菲尔兹奖的教师折合数(Award)和各领域被引用次数最高的科学家数量(Hici)等四个指标。科研成果指标包括在N&S上发表论文数量评分(N&S)和被SCIE和SSCI收录的论文数量评分(PUB)两项指标。另外，以高质量的学术成果来区分不同高校间的科研产出差异，主要衡量指标包括N&S上发表论文数量评分(N&S)和被SCIE和SSCI收录的论文数量评分(PUB)。

教育系统同样基于投入与产出的视角，从教职团队、教学质量和教学成果三个方面来构建评价体系。由于教育经费投入往往与教职团队的具有较高的相关性，因此以人力投入来衡量教育投入水平具有一定代表性。本文以教职工规模和教职工获奖数来反映教职团队的规模与质量，教师作为科教融合培养模式的实施者，直接影响科教融合的实施效果和人才培养质量。在教育产出方面，主要考虑教学成果和教学质量两个方面。由于教学的核心是人才的培养，而现代大学人才培养的目标基本包含知识层面(科研能力)以及实践层面(创新创业能力)。因此，衡量教学成果与教学质量的指标中，既涵盖了体现科研能力的博士、SHE研究生等指标，也考虑了具有市场创新能力的校友等指标。

表1　美国高校科研与教育能力评价指标体系

2.2　数据来源说明

本文的数据包括二次引用数据和统计数据两部分，其中获诺贝尔科学奖和菲尔兹奖的教师折合数(Award)、各领域被引用次数最高的科学家数量(Hici)、在N&S上发表论文数量评分(N&S)、被SCIE和SSCI收录的论文数量评分(PUB)以及获诺贝尔奖和菲尔兹奖的校友折合数(Alumni)这五项指标数据引用自上海交通大学世界一流大学研究中心公布的“世界大学学术排名”评分结果，属于二次引用数据，数据的具体折合计算方法详见网站(http://www.shanghairanking.com)。其他指标数据为统计数据，主要来源于亚利桑拉州立大学的大学绩效测量中心网站。本文研究样本选自“2011年世界大学学术排名”前100名的美国高校，由于有七所高校在一些指标方面缺乏相应数据，予以剔除，最终样本共93所高校。

2.3　科教能力综合评价方法

高校科研能力和教育能力可以通过线性加权求和法进行测算，计算公式为：

(1)

式中，ui为子系统综合评价值，uij为各变量对子系统的贡献大小，λij为各个序参量的权重，本文采用熵值法确定各个序参量的权重。

2.4　耦合协调度模型

衡量高校科研与教育系统交互影响程度的耦合度模型，其计算公式为:

(2)

式中，C为耦合度，取值在[0，1]之间。f(x)和g(y)分别为高校科研水平和教育水平评价综合值。K为调节系数(K≥2)；α与β为权数，选取K=2 且α=β=1(认为高校科研与科研功能具有同等重要性)。耦合度只能说明各系统相互作用程度的强弱，却无法反映协调发展水平的高低。为避免这一不足，本研究引入耦合协调度模型，反映不同高校科研系统与教育系统交互耦合的协调程度，其表达式为：

(3)

式中，D为协调度，取值在[0，1]之间，它反映两者的整体协同效应或贡献。耦合度与协调度用以量化系统间的耦合协调情况，反映各系统间不同的耦合协调发展程度。对于耦合协调度的划分，目前学术界尚无统一的标准，借鉴范斐[13]、杨武[14]等研究成果，本文对高校科教系统耦合度和协调度的评定标准与等级划分情况如表2所示。

表2　耦合度与协调度类别划分标准

3　实证结果

3.1　整体变化规律

(1)科研与教育能力时序变化。研究期内美国高校总体科研综合评价值都呈不断提升的态势，从0.170上升0.180。这是由于美国百强高校普遍注重科研的投入，这些高校往往得到联邦政府、地方政府持续的科研经费支持，另一方面这些高校不断吸引着来自世界各国的人才，形成良性的科研创新制度安排，使得美国高校的科研水平持续不断的增长。从增长率变化看，2008年以前增长速度较缓慢，2008年以后提升速度明显加快。而教育综合评价值则有所波动，呈现先增后降的变化趋势，2008年以后出现下降主要由于受到金融危机等宏观经济背景影响，从校友捐助、资产捐助以及博士毕业生等指标由出现负增长的现象，一定程度上抑制了教育能力的提升。尽管2008年之后有所回落，但基年期与期末年相比而言，仍有所提升，从0.174增加至0.191。

从时序变化来看，整体耦合协调度呈现不断上升S型变化趋势，由0.415提升到0.430，表明美国高校科研与教育系统整体处于不断优化发展的过程。根据表3结果，可以将美国百强高校科教耦合协调发展过程大致划分为两个阶段：2005—2008年为第一阶段(同向变化阶段)，该时期高校科研水平与教育水平保持同向的增长变化趋势，尽管科研能力的提升速度相对落后于教育能力，导致两者耦合度下降，但总体协调度稳步提升。2009—2011年为第二阶段(异向变化阶段)，该时期科研水平快速提升，但教育水平有所回落，两者出现反向的变化趋势，使得科教水平值逐渐趋同，耦合度有所回升，但协调度提升速度放缓。可见，2008年金融危机对美国高校的科教协调发展水平产生一定的影响，虽然受国家及地方科研持续性支持等因素的影响，高校科研水平仍表现出较强的提升后劲，但教育系统通过自身反馈给科研系统产生约束效应，出现约束瓶颈，总体科教协调发展水平受到一定的限制。

表3　科研与教育能力综合评价值、耦合度与协调度

(2)耦合协调度时序变化。耦合度出现先下降后回升的U型变化，但整体耦合度值较高，达0.990以上。根据表2耦合度划分标准，整体处于高度耦合阶段，且这种高度耦合关系较为稳定。说明科研系统与教育系统交互耦合的紧密度很强，科研系统和教育系统对彼此产生了积极的促进作用。对各高校两系统综合评价值进行线性回归分析，相关系数r2005和r2011分别为0.81和0.78，拟合效果良好，说明两者存在显著正相关性，进一步论证科教系统之间较强的关联程度。

3.2　校际间差异特征

(1)科研与教育水平分异特征。虽然高校整体科研与教育发展水平上升，但不同高校的发展速度存在差异，造成高校间发展水平的差距扩大或缩小。而校际间科研、教育分异程度的趋同或趋异，间接反映了两者的同步性，会一定程度上影响总体协调水平，因此有必要探讨两者分异特征以及对整体协调水平的影响。

图1　科研与教育综合评价得分相关关系图

基尼系数给出了反映各校之间能力差异程度的数量界线，可以较客观、直观地观察两极分化程度。结果表明(见图2)，科研水平基尼系数值较高，且呈波动上升趋势，而教育水平基尼系数值曲线呈相反的走势，随着时间推移，两者差距不断扩大。高校科研水平差异较大，说明了科研投入与产出能力偏向于集中式累积增长。其中的一个重要原因是联邦科研经费支持差异，科研经费支出这一项指标基尼系数较高，为0.44；而另一个原因是高层次科研人才校际分布的差异，如科

图2　校际间科研水平与教育水平Gini系数变化

学院院士高度集中于名校，该指标基尼系数为0.60。这很大程度上体现了科研活动的马太效应，即经费、人才等科研资源的高度集聚进一步促进了科研活动的产出能力，产生外部性效应。而高校的另一个重要功能体现——教育水平则更倾向于均衡化发展，校际间差异较小，这是由于教育管理部门在教育资源配置过程中，强调区域或校际间均衡化布局，避免教育失衡的结果。从教师规模与教学成果指标(博士、研究生)来看，基尼系数分别为0.31，0.32和0.34，校际间区分度较低。

这种校际间分布“集中化”与“均衡化”的发展方向的背离，势必会影响整体的协调发展水平，也进一步反映了目前高校教育资源均衡化的配置过程与科研活动的集聚性规律需求之间的矛盾。但需要指出的是，协调水平的增长主要来自于科研与教育水平增长带来的贡献，因此尽管两者分异程度拉大，但总体协调度水平仍在提高。

(2)耦合协调度差异与类型划分。整体上，美国高校科教耦合强度较高，耦合类型较集中，84所高校处于高水平耦合阶段，仅9所高校处于磨合阶段，其他耦合类型缺失，但校际间的协调水平分异程度明显，跨越4个梯度类型，呈“纺锤状”规模等级结构。按照耦合度与协调度数值大小排序，依据表1划分标准进行组合，可将美国高校耦合协调发展类型划分以下六种类型(见表4)。

表4　美国百强高校科研与教育能力耦合协调度类型

备注：只列出各类型排名靠前的高校，且排位与其排名位序一致。

(2)高度协调耦合型：高度协调耦合类型的高校科研和教育水平均处于美国较高层次，属于第二梯队。它们具有较高的耦合度和协调度，反映了科研与教育系统交互耦合作用强烈，相互促进，协同发展。这类高校类型居多，2005年有23所高校属于这一类型，到2011年数目有所增加，达到30所。尽管MIT大学、加州大学伯克利分校等靠前的几所高校为进入高度协调耦合型，但他们的科研水平和教育水平也较高，且协调度降级接近8.0，与哈佛大学和斯坦福大学的较为协调耦合度得分很接近。

(3)中度协调耦合型：中度协调耦合型属于第三梯队。这一类型高校科研水平和教育水平均处于中等水平，但两者能力表现相一致，因此耦合度仍较高。该类型的高校较集中，2005年有53所，2011年有47所。其中佛罗里达大学、纽约大学和北卡大学教堂山校区等7所大学科研与教育水平均有一定的提升，使得总体协调度水平发生跃迁进入高水平协调度耦合型。

(4)中度协调磨合型：与中度协调耦合型相比，该类型大学的科研水平与教育水平更加不协调，科研促进教育能力提升的作用不明显。

(5)低度协调耦合型：这类型高校属于第四梯队，尽管科研与教育交互耦合作用较高，但是属于低水平的耦合。

(6)低度协调磨合性：该类型高校不仅科研水平和教育水平较低，且两者耦合度较低，科研与教育发展相对滞后，处于弱关联的磨合时期，不能相互促进协调发展。

4　结论与讨论

4.1　结论

在构建高校科研、教育评价体系基础上，引入耦合模型来尝试测度高校科研与教育之间的关系，既有较好的理论意义，也通过实证检验了可行性。研究表明：

(1)整体上看，耦合关系处于高度耦合状态，且较为稳定。说明美国高校科研与教育系统交互耦合的紧密度较高，高校的科研与教育互动作用得到发挥，这种高度关联性通过回归分析得到进一步验证。时序上看，高校科研与教育系统耦合协调关系表现为一种动态演化过程，可将高校整体耦合协调发展水平划分为两阶段过程：具体包括耦合度下降、协调度稳步提升的同向变化阶段(2005—2008年)和耦合度回升、协调度上升速度放缓的反向变化阶段(2008—2011年)。

(2)校际差异上看，高校科研与教育系统有着自身的演变规律与特点，科研水平的校际分布不均衡，且差异性呈上升态势，而教育水平变化曲线呈相反的走势，随着时间推移，两者间的差距不断扩大。说明高校科研偏向于集中式累积发展，而教育能力却趋向于均衡化发展。这种校际间分布“集中化”与“均衡化”的发展方向的背离，势必造成分高校科研与教育发展的同步性降低，一定程度上会拉低整体的协调水平，也进一步反映了目前高校教育资源均衡化的配置过程与科研活动的集聚性规律需求之间的矛盾。

第一，完善的立法应当涵盖其所调整对象的方方面面，反观我国转基因立法却主要集中于转基因技术的研发领域，对于转基因食品的生产销售以及售后领域规范完全适用《食品安全法》的相关规定，这就导致转基因食品的特殊性问题难以对症下药，造成转基因食品市场混乱。第二，我国出台的转基因食品安全监管法律方面的文件很多，但其中多数法律法规是在调整农业生产，而对转基因食品的销售方面进行调整的法律法规不足。随着越来越多的转基因食品走入千家百户，对转基因食品进行具体详细的规定不仅对于保护消费者知情权和自由选择权等合法权益有重要作用，而且对于转基因食品产业的良好发展也有重要意义。

(3)耦合度校际差异性较不明显，绝大多数高校处于高水平耦合阶段；而协调度水平校际间差异显著，呈“纺锤状”规模等级结构。对应耦合协调类型划分标准，分为六大区域类型：极度协调耦合型、高度协调耦合型、中度协调耦合型、中度协调磨合型、低水平协调耦合型和低水平协调磨合型。通过类型的划分，能够直观地反映各高校发展所处阶段差异，为高校建设科教协同发展提供改进方向，诸如洛克菲勒大学、加州大学洛杉矶分校等少数磨合阶段类型高校，应该审视自身教育方面上的短板，基于科教融合的思想，进一步促进科研辅助教学的能力，以提升总体协调度水平。而处于较低协调度水平的高校，科研与教育的综合能力均较低，同时提升科研投入与教育投入仍是主要的努力方向。

4.2　讨论

科研与教育功能的耦合与协调发展，是将知识的产生、传播与传承有机统一起来，体现了高水平大学的基本特征。本文的样本高校作为美国高水平大学，一般具有科研与教育的良好基础，拥有一流的师资、雄厚的科研经费和丰硕的科研成果，从而具备开展科教融合得天独厚的条件，将优质科研资源转化为教学和育人资源，大学发展和学科建设都会从科教融合实践中获得动力。因此在未来中国高水平大学建设中，应重视科研与教学资源的合理配置，坚持两者相结合统一的基本原则。

这种多层面多维度的耦合协调关系需要指标体系尽量全面，但是受限于实证过程中量化统计数据的可获性，本文仅选取2005—2011年的前百强高校作为样本，导致样本间耦合关系的差异性特征较不明显。在未来研究中，应进一步完善指标体系、赋权及评价方法，使得评价科教能力的评价结果更加完备、合理。同时可基于大数据获取方法，横向扩宽样本量，纵向延伸观察年限，这样有助于更清晰地厘清科教耦合协调的交互胁迫、动态耦合规律演进脉络，从而更好地揭示二者交互耦合的深层次机理。

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