基于生态进化的科研人才生命周期仿真研究

陈力凡

(北京大学光华管理学院，北京 100871)

0 引言

截至2015年底，我国人才资源总量达到1.75亿人[1]，初步具备了建设人才强国的基础。为进一步增强我国人才竞争的比较优势，《国家中长期人才发展规划纲要(2010—2020年)》[2]提出来“人才优先”的发展战略，培养造就创新型科技人才是人才队伍建设主要任务之一。近10年来，我国科研人才在国外期刊发表论文的增长速度位居世界第一。根据中国科学技术信息研究所发布的《2017中国科技论文统计》结果显示，2016年我国的SCI论文数量占世界份额的17.1%，连续第八年排在世界第二位[3]。根据Incites数据库统计(统计周期2008年1月1日～2018年2月28日)，我国论文篇均引用9.62次，与世界平均11.73次还存在相当的距离，科研成果平均质量低于世界平均水平，这也说明了我国科技论文的“性价比”还不够高，我国从人才大国走向人才强国还任重而道远。研究科研人才成长尤其是高层次科研人才成长规律对我国更有效的发现、培养、引进及使用人才，提高自主创新能力有着重要的意义。

目前对科研人才成长的研究主要集中在以下几个方面：①论文产出与科研人才年龄的规律研究，如Falagas等人以生物医学领域科学家为例，研究科研人才做出重大成果的年龄分布情况，发现随着工作年限的增加，科研人才的产出会呈现递减趋势[4]。Rodrigo Costas等以西班牙的科研人才为例，分析了不同类型科研人才产出与年龄之间的关系[5]。Yves Gingras等研究科研人才创新能力变化规律，发现40岁左右科研生产力处于上升趋势，50岁左右达到生产力高峰但却处于影响力的低谷[6]。Andrea Bonaccorsiy等研究了年龄与科研生产力之间的关系，并以意大利的科研人才情况进行验证[7]。刘俊婉等对科研人才论文产出规律进行分析，发现中年时期是科研人才产出的高峰期[8]。缪亚军等以入选美国科学信息研究所高被引科学家数据库中的物理学科高被引科学家为样本，从学术生产力与影响力的二维视角对科学家的学术年龄特征进行了研究[9]。②基于科研人才履历信息的成长要素分析，Koen Jonkers等基于科研人才履历分析科研人才流动与国际合作之间的关系，发现了有留学经历的科研人才科研产出和研究绩效通常较高，且国际合作更为突出[10]。Fonts利用葡萄牙生命科学领域科研人才的履历信息，分析了他们科研产出、科研合作与人才流动之间的关系[11]。Carolina Caibano以参与西班牙卡哈尔项目科研人才的履历信息为样本，分析人才流动与科研绩效之间的关系[12]。Cruz-Castro L等分析了科研产出与终身教职之间的关系早期稳定的环境有助于科研人才成长[13]。周建中等以科研人员的履历作为数据源，分析科技人才的职业发展轨迹、职业特征、流动模式以及科研人才个人和组织的评价等问题[14]。田瑞强等通过分析科学家的履历信息，利用Kaplan-Meier法研究了不同因素下各阶段生存风险率的差异，并用Cox比例风险模型探讨了成长过程中各因子的影响效果[15]。陈晓剑等从教育连贯性、长周期培养、教育机构等三个视角分析我国973计划项目首席科学家的关键成长路径[16]。③科研人才成长分布特征分析，如Marc C以英国高级人才为例，分析了人才空间分布的关键要素[17]。Dietz等研究了科研人才在科研机构、政府机构及企业界之间产出特征与分布转移的规律[18]。Hirsch构建了H指数，即科研人才共有n篇论文至少被引用n次，可以用于衡量科研人才的综合创新能力[19]。李瑞等运用基尼系数、集中化指数和空间自相关识别和剖析了高级科学人才成长的时空规律及其演化机制[20]。吴殿廷等对高级科学人才和高级科技人才成长因素的对比分析，发现培养高级科学人才主要靠重点综合大学和大师，培养高级科技人才主要靠重点理工科大学和社会实践[21]。

总体而言，目前关于科研人才成长的研究主要集中在单一要素、外部影响力的分析上，对科研人才成长的内部作用机理的研究还比较少。科研人才的成长如同生物一样也存在生命周期，本文借鉴了生物进化的Lotka-Volterra竞争方程，构建了科研人才成长方程，运用仿真方法分析人才成长的关键要素，以为我国进一步提高人才的培养、引进、使用效果提供参考。

1 科研人才成长理论

科研人才，通常是指具备相当的科学理论知识，从事基础科学研究工作，研究能力强、贡献较大的一类人才。生命周期理论源于生物学概念，主要指一个生物从出生(婴幼期)、成长(少年期)、兴盛(青壮年期)、衰退(中老年期)及死亡(垂暮期)的整个生命历程[22]。借鉴自然生态系统的生命周期理论，科研人才成长过程也“如同生命体一样，有一个生老病死的过程，都会经历由低级到高级的不同发展阶段[23]”，存在“生命周期”[24]。科研人才群体的成长规律类似于生物群体的生态进化规律，他们的成长过程就如“生物种群之间的竞争，适者生存、不适者被淘汰”，不同科研人才从各自的研究路径出发，针对某一领域开展研究，推动所在研究领域不断向前发展，进而不断提升自身的创新能力，最终适者生存，成长为所在领域的专家权威。

2 科研人才创新能力生命周期

2.1 创新能力衡量要素

科研人员的创新能力是一种综合性能力。目前对于科研人员创新能力的评估中，越来越重视对其科研产出的“量”和“质”进行综合评价，尤其是从Hirsch在2005年提出的H指数开始，很多学者试图从科研产量和引用影响两个方面来综合评价科研人员的创新能力[25]。其中，科研产量通常由科研人员发表的科技论文数量来衡量，测量了科研人员的科研生产力；论文发表期刊能够很好体现论文质量，去除学科影响的论文发表期刊影响因子的汇总用于测量科研人才的科研影响力。虽然具体测度科研生产力和影响力的指标繁多，但万变不离其宗，多数研究将生产力和影响力作为科研人员创新能力的同等重要、相辅相成的两个方面。基于此，本文构建了科研人才的创新能力综合指数，该指数由科研生产力和科研影响力相乘获得。具体计算方法如下：

n个科研人才工作第t年的平均科研生产力：

(1)

n个科研人才工作第t年的平均科研影响力：

(2)

n个科研人才工作第t年的平均科研创新力：

(3)

2.2 创新能力成长生命周期

科研人才的创新能力经历了一个从萌芽、成长、成熟到衰退的演化过程，逐步提高对某一研究领域的认识和实践探索的水平。科研人才发展生命周期示意图具体如图1所示。

图1 科研人才成长生命周期示意图

(1)萌芽期。在萌芽期，科研人才通常刚开展科研工作，初步确定了研究领域，未来研究方向还处于探索阶段，科研人才的发展方向尚不清晰，且研究主题一般比较零散、发散，不成体系。从科研生产力的角度看，科研人才的研究成果不多，发文数量少；从科研影响力的角度看，对领域有初步的认识、研究分散，多为点状创新。总体来看，这一阶段科研人才科研创新力还较弱。

(2)成长期。通过了萌芽阶段的探索，科研人才对自己的研究领域发展方向有了一定的判断。在成长期，科研人才对研究领域的认识逐步加深，对领域中的若干方向开展深入研究。从科研生产力的角度看，科研人才的研究成果逐渐增多，有一定的发文量；从科研影响力的角度看，对领域的认识逐步加深、快速提高，能主导或参与部分热点研究，呈线状创新。在成长期，科研人才对领域认知形成了正反馈，科研创新力不断增强。

(3)成熟期。基于成长期的深化研究，科研人才的发展方向基本确定，研究方向也明确。在成熟期，科研人才对领域的认识越加深入，形成了系统、体系化的研究。从科研生产力的角度看，科研人才成果产出处在较高的水平；从科研影响力的角度看，对领域的认知处在较高水平，能主导或参与领域研究前沿。科研人才不断强化对研究领域的认知，科研创新力达到峰值阶段。

(4)衰退期。随着成熟期的深入研究，相关领域被研究透彻。从科研生产力的角度看，科研人才成果产出不断减少；从科研影响力角度来看，研究领域不是热点领域。科研人才对领域的研究处于停滞阶段，科研创新能力呈不断下降趋势，或科研人才研究兴趣发生变化，转移到其他的领域。

2.3 科研人才创新力生命周期实证

全球“高被引科学家”是由汤森路透集团对21个大学科领域过去10年间被SCI收录的论文进行分析，将各领域同一年度他引频次在前1%的论文进行统计排名得出的。入选“高被引科学家”名单，意味着这些学者在其所研究领域具有世界级影响力，其科研成果为该领域发展做出了较大贡献，因此高引科学家成长的规律具有代表意义。

2014年，汤森路透集团对21个大学科领域2002—2012年被SCI收录的论文进行分析，将各领域同一年度他引频次在前1%的论文进行统计排名，据此发布了2014年全球“高被引科学家”名单，中国(含港澳)共有134名科学家入选，排名世界第四[26-27]。本文以汤森路透集团Web of Science数据库为数据源，搜索2014年中国“高引科学家”自毕业之后的历年发文情况，去除部分信息不全的学者，经整理共搜集到84名中国高引科学家共计16813篇文章相关数据。同时利用CWTS journal indicator[28]找出了每篇文章所在期刊的SNIP影响因子。SNIP影响因子是莱顿大学科学和技术研究中心(CWTS)基于爱思唯尔的Scopus数据库计算出来的去除学科影响的期刊影响因子，适用于跨学科领域期刊的质量比较。

根据公式(1)(2)(3)我们计算出84名中国高引科学家职业生涯前30年科研创新力。经统计分析发现(变化曲线见图2、图3、图4)，高引科学家的创新情况总体呈倒U型曲线变化，他们在工作15年时年均发文量达到了11.04篇，科研影响力13.17，均达到最高。在职业生涯前6年左右，高引科学家的研究处于萌芽阶段，科研生产力、科研影响力都处在一个较低水平，科研创新力不高；工龄6～12年，高引科学家的科研生产力、科研影响力进入快速提升的阶段，科研创新力快速上升；工龄12～22年，高引科学家处于成熟阶段，科研生产力、科研影响力处于稳定的高水平阶段，科研创新力处于高峰阶段；工龄22年以后，进入衰退阶段，科研生产力、科研影响力不断降低，科研创新力快速下降。这一结果符合前文对科研人才成长生命周期的理论假设和特征归纳。

图2 中国高引科学家平均科研生产力变化趋势图

图3 中国高引科学家平均科研影响力变化趋势图

图4 中国高引科学家科研创新力变化趋势图

从上述实例可知，科研人才从毕业之后独立开展科研工作，随着工作时间的变化，其在不同阶段的科研创新力也会有所不同。科研人才成长一般需要经历萌芽期、成长期、成熟期、衰退期几个阶段。科研影响力、科研生产力是影响科研创新力的关键因素，但如何作用、怎样影响还需进一步分析。

3 生态进化模型下的科研人才生命周期

3.1 模型构建

由于研究领域的未知性，科研人才对同一领域的研究存在着不同的流派、不同的视角，而这些流派和视角间有的可行，有的不可行。从能否持续深化研究，拓展研究领域的角度来看，同一领域科研人才开展研究的流派和视角可以分为两大类，即正确的研究路径和不正确的研究路径。基于此，可以认为同一领域科研人才研究路径非此即彼，只存在路径1和路径2两类研究视角，两类路径可以直接相互替代，但两者之间只有一个路径是可行的。从生态学的角度来看，科研人才的成长过程也可以看成是“自然选择过程”，同一研究领域的人员在不断相互竞争，适者生存，这就类似于生态系统中的种群动态竞争过程。

对于不同种群的协同进化，Lotka(1925)和Volterra(1926)构建了Lotka-Volterra模型，用于模拟生态学中种群的动态竞争关系。借鉴Lotka-Volterra模型，考虑两类科研人才x1、x2之间的协同成长，则科研人才成长方程可以表示为：

(4)

3.2 模型仿真分析

前面构建了科研人才成长方程，下面运用Matlab软件对科研人才成长方程进行仿真，分析各要素对人才成长的影响。为了进行仿真分析，首先对科研人才成长模型的状态变量和控制参数赋予初始值，假设科研人才总数k=1000，取仿真周期t的初始值为1。

(1)科研人才成长与科研影响替代系数σ的关系。取x10=10,x20=6，r1=0.5,r2=0.5，当科研人才双方的科研影响替代系数分别取σ12>1，σ21<1，σ12，σ21<1，σ12=1，σ21<1，σ12，σ21>1时，运用软件进行100个单位时间的仿真，得到科研人才的成长变化曲线，如图5所示。

分析仿真结果发现，科研人才成长的稳定平衡状态与科研影响替代系数σ密切相关，而达到平衡所需时间与科研影响替代系数σ关系不显著。当其中一方σ≥1时，最终的稳定平衡状态必然是所有科研人才都选择同一研究路径开展研究。而当双方σ<1时，最终的稳定平衡状态是一部分科研人才从路径1开展研究，另一部分科研人才从路径2开展研究，选择路径1或路径2的科研人才数与σ相关，且稳定平衡状态时总人数大于初始时从事这一领域研究的科研人才总数。

(2)科研人才成长与科研生产力r的关系。取x10=10,x20=6，σ12=0.8,σ21=0.8，当科研人才双方的科研生产力分别取r1=0.8,r2=0.2，r1=0.5,r2=0.5时，运用软件进行300个单位时间的仿真，得到科研人才的成长变化曲线，具体如图6所示。

分析仿真结果发现，科研生产力对科研人才成长的稳定平衡状态影响不显著，达到稳定平衡所需时间与|r1-r2|正相关，当两种研究路径科研生产力相近时，越容易引发科研人才对不同研究路径的思考和探讨，因而达到稳定平衡状态平衡所需时间越短。

(3)科研人才成长与初始科研人才x0的关系。取r1=0.5,r2=0.5，σ12=0.8,σ21=0.8，当初始科研人才分别取x10=100,x20=6，x10=600,x20=6时，运用软件进行300个单位时间的仿真，得到科研人才的成长变化曲线，具体如图7所示：

分析仿真结果发展，初始科研人才x0对科研人才成长的稳定平衡状态影响不显著，达到平衡时间与科研人才|x10-x20|值负相关；拐点值与x0相关，拐点值大小与|x10-x20|正相关。

科研人才团队的成长经历了萌芽期、成长期、成熟期和衰退期，最终达到稳定平衡状态。仿真结果表明，科研影响替代系数、科研生产力和初始科研人才团队是影响科研人才成长的关键因素。科研影响替代系数决定科研人才成长的稳定平衡状态，科研生产力与初始科研人才团队决定了达到稳定平衡状态所需时间。

图5 科研人才成长与科研影响力的关系仿真示意图

图6 科研人才成长与科研生产力的关系仿真示意图

图7 科研人才成长与初始科研人才的关系仿真示意图

4 结论及建议

由于科研人才的固有特性，科研人才在成长过程中易受到各类因素如评价机制、外部环境等影响。通过对生态进化模型下的科研人才生命周期分析研究，发现科研人才成长的三个关键要素：科研影响力、科研生产力和初始团队。科研人才成长与科研影响力、科研生产力及初始科研人才密切相关，其中科研影响力直接决定科研人才的成长质量，能否发表有影响力的成果是决定其前途的关键；而科研生产力、初始团队大小决定了科研人才的成长速度，及时、快速的发布科研成果，组建团队联合开展研究能够加速推动研究领域的发展。

我国正处在从论文大国向科研强国转变的重要阶段，加速科研人才成长，提升科研人才水平，将为创新型国家建设提供有力支撑。基于此，提出以下三点建议：

第一，进一步优化科研考核体系，坚持质量优于数量。营造稳定、宽松的科研环境，从数量先导的粗放式一刀切考核模式向质量优先的长周期考核模式转变。建立分类考核机制，根据科研人才的成长阶段制定适宜的激励考核办法。鼓励科研人才沉下心，潜心学术研究，瞄准领域最前沿攻关，少做补丁式、跟踪式创新，为科研人才开展原始创新、出重大成果创造条件。

第二，搭建平台，给人才成长空间。我们正处在大科学时代，重大研究项目普遍研究目标宏大，多学科交叉。集体攻关、分工合作的团队作战将成为开展重大研究项目的主要方式。因此，在人才引进上，从注重个体引进向团队整体移植转变；在人才培养上，围绕引进人才搭建平台，凝聚团队，从大水漫灌式的统一支持向喷灌滴灌式的按需支持转变。

第三，着眼长久，注重青年人才引育。科研人才工作5年左右后，一般进入了科研生产力、科研影响力的快速提升阶段，是最有创新激情和创新能力的群体。从人才引育上，重点关注35岁左右的青年拔尖人才，为其成长创造宽松的氛围条件。