学科扩散视角下高被引科学家学术成长个案研究

唐惠燕

(南京农业大学，江苏 南京 210095)

统计学家A.J.洛特卡(Alfred James Lotka)在20世纪20年代率先提出了描述科学生产率的经验规律，指出少数的科学家产出了大多数的论文成果，并建立了数学模型即洛特卡定律[1]。这些少数科学家常常被称为杰出科学家，在科研领域具有相当大的影响力。对于杰出科学家成长规律的研究，在国内外都备受关注。有比较多的是对诺贝尔奖获得者的研究，如Jalil和Boujettif用电子邮件的方式调查了20位诺贝尔奖获得者，试图从学习方式、家庭及社会关系、工作态度等角度揭示杰出科学家成才的共性特征[2]；鲍雪莹等选取2004-2013年72位诺贝尔物理学、化学、生理学或医学奖得主作为研究样本，分别从性别结构、国家分布、年龄结构、科研社会关系等维度，探寻其成才的规律[3]；van Dalen详细分析了20世纪诺贝尔经济学奖获得者学术成长及科研成果与年龄的关系[4]。

从文献计量角度对杰出科学家进行研究始于加菲尔德，引文是学术交流的主要行为，也是科学知识传播的重要途径，不同学科期刊文献的引用与被引，一定程度上代表着不同学科领域知识的交叉与融合[5]。一般情况下，越是重要的研究成果，被其他学者引用的频次就会越高。对于研究者学术成就的评价主要通过H指数，G指数、累积影响因子等方法予以实现，但这些研究通常只能对学者、科学家的学术成就和学术生涯做终极评价，而无法进行过程性评价，给出过程性的分析和判断。

从学术创新扩散路径的角度进行研究，在国内外已经成为一个热点。Chen Chaomei提出结构变换论，认为知识结构可由引文网络体现[6-7]；王亮、张庆普讨论了基于引文网络的知识流动过程和机制[8]；刘玉仙等基于共期刊的学科类间关系，勾画中国科学全学科科学骨架图[9-10]；覃雪等提出了新兴领域学科会聚发展趋势的测度方法[11]。所有这些研究通常截取知识演化过程中某一时间截面进行研究，也有考虑创新扩散的动态过程，但是基于创新扩散与科学家成长之间的关系研究相对较少。

考虑到研究领域的多样性和个体化研究扩散的不确定性，对多样本分析无法深入开展，本文选择个案研究。尽管个案只是整体的一个组成部分，但诚如费孝通先生所认为的，人文世界中的“个别是整体的复制品”，通过对个案的细致研究，可以认识整个人文世界[12]。本文试图通过个案中科学家研究成果的引用关系，探索学科领域的变化以及学科知识的创新与扩散过程，进而描摹和刻画科学家的研究过程和学术成长特征。

一、 研究对象及方法

(一) 研究对象选取

本文选择Elsevier农业和生物科学领域中国高被引学者(以下简称学者A)开展个案研究。由于是个案研究，在研究对象的选择上考虑2个因素：一是达到国内某个学科领域顶级水平，二是学科领域有一定的典型性。目前学术界对个人学术影响力还没有统一认可的概念，本文选择的科学家为Elsevier中国高被引学者，属于杰出科学家行列。另外选择农业和生物科学领域，属于自然科学范畴，并且基础研究和应用研究相结合。

学者A2015-2018年连续四年入选Elsevier中国高被引学者榜单，长期从事有机肥、生物肥、土壤微生物等领域研究，建立了堆肥PH控制技术，研发出条垛式高效堆肥工艺及系列有机(类)肥料产品，对我国有机肥和生物肥产业的快速发展做出重大贡献。学者A1984年发表第一篇中文科研论文，1994年发表第一篇SCI论文，目前共发表SCI论文493篇，H指数54，H5指数24，另外获得授权的中国发明专利73件、国际专利6件。研究成果获得国家技术发明二等奖和国家科技进步二等奖各1项，中国专利金奖1项，中国专利优秀奖2项。所有这些成果和相关数据显示出学者A在基础研究领域和应用领域都取得重大成就。基于学者A2008-2018年发表学术论文学科领域情况、引用文献和施引文献的学科领域情况探讨其学术成长路径，以及其在研究过程中的创新实现过程。由于学者A是高被引科学家，在论文样本选择时只考虑SCI或SSCI论文，未考虑中文论文和其他一些论文。

(二) 数据来源及研究方法

本研究的数据来源为Web of Sciences核心合集。以学者A作者姓名和工作单位作为检索条件，经人工核实获取学者A2008-2018年共11年间发表的论文数据，通过论文数据再获取引用文献和施用文献的相关信息，数据获取时间是2019年1月。学科的划分按照基本科学指标ESI(Essential Science Indicators)的学科划分方法。ESI把学科分为工学、生命科学、社会科学、理学、农学、医学及其他共7个学科门类，22个学科。每种期刊只会被分入一个学科，一些综合性期刊(如Science、Nature与PNAS等)会按照每篇文章的参考文献(reference)与引用文献(citation)单独分类，但每篇文章仍只会被分类到一个学科。跨多个学科的论文会归入多学科类(Multidisciplinary field)。在对引用文献和施引文献进行学科分类时多学科也按期刊划分，不再按篇分类。由于ESI可分类期刊略少于WOS期刊总数，本文只针对可以进行学科分类的这部分ESI论文进行学科领域分析。

对获取的ESI论文相关信息利用RapidMiner和EXCEL二种工具进行分析。RapidMiner是一款数据挖掘软件，具有丰富的数据挖掘分析和算法功能，并且具有强大的图形功能。

研究以学者A2008-2018年ESI论文为研究样本，从不同维度进行可视化分析，以期在个体属性特征及科研发展轨迹特征分析的基础上，揭示专门学科领域杰出科学家的学术成长特征和一般性规律。

维度一：学者A所发表的ESI论文的学科领域分布情况。

维度二：学者A发表的ESI论文的引用文献学科领域分布情况。

维度三：学者A发表的ESI论文的施引文献学科领域分布情况。

二、 统计结果

(一) 整体情况

学者A在2008-2018年共11年间ESI发文情况见表1。可以看出，在研究过程中学者A不仅发文数量较多，而且论文质量较高，Q1区间论文占所有论文的71.6%，TOP10%高被引论文比例占27%。学者A在2008-2018年共11年间发表ESI论文423篇，引用ESI论文16982篇，施引ESI论文6811篇次，对所有这些论文数据按2018年度ESI学科领域进行分类，见图1。可以看出学者A发表论文覆盖11个学科，引用文献覆盖22个学科，施引文献横跨20个学科。

表1 学者A在2008-2018年ESI发文情况

图1 学者A 2008-2018年发文、引用、施引论文学科分类情况

图2 学者A 2008-2018年ESI论文的学科分布情况

图3 学者A 2008-2018年引用ESI论文学科分类情况

图4 学者A 2008-2018年施引ESI论文学科分布情况

图5 学者A 发文、引用和施引前五位学科占比情况

(二) 学者A ESI论文的学科领域分布

学者A在2008-2018年共11年间共发文423篇，分布6个学科门类，共11个ESI学科，学科门类仅社会科学未涉及，详见图2。图2中圆圈多少代表论文的数量，圆圈颜色的深浅代表单篇论文影响因子差异。可以看出，学者A主要发文的学科领域是农学(农业科学和植物与动物科学)、生命科学(生物与生物化学、环境/生态、微生物学)共5个学科方向。农学领域是其起步的学科方向，并且一直是其最重要的发文方向，其在农学领域发表论文的数量与其他领域相比最多，但影响因子较高的论文则集中在生物学和生物化学领域以及多学科期刊上，2010、2012、2015年发表论文的影响因子分别达到11.45、11.56、12.35。2011年学者A有论文发表在化学和工程科学领域期刊上，并开始在综合性多学科期刊发表论文，2013-2017年共5年间在综合性多学科期刊上发表论文29篇。2017年学者A开始在药理学与毒物学学科领域正式发表论文。尽管学者A在化学、分子生物与遗传学、工程学、地球科学、药理学与毒物学学科领域，发文数量相对较少，少于10篇，有些只发1～2篇，但可以看出学者A在2008-2018年的十余年中，其研究的宽度不断拓展，覆盖的学科领域不断增多，相应的学科影响力也在积累中不断增长。事实上，学者A近十年的研究主要是针对国家粮食安全重大问题，围绕土壤微生物区系调控防控土传病害，有效提高土壤肥力，进而提高作物产量，提升作物品质。研究中包括农业科学、植物病理、土壤、微生物、环境、有机肥等多学科多领域的交叉融合，最终形成重大科研成果。

(三) 学者A ESI论文的引用文献学科分布

图3显示出学者A在2008-2018年引用的ESI论文的学科分类情况。与图2对比，可以看出学者A的引用文献是其发文量的40倍，发文和引用文献同时期相比，引用文献的学科覆盖面要宽于其发文的学科领域，相差2～4倍。2008年其发表的ESI论文覆盖5个学科领域，而引用的学科领域是11个，2018年其发文的学科方向是7个，而引用的学科领域已经增至20个。2008-2018年学者A引用的ESI论文所覆盖的学科方向涵盖了ESI所有的22个学科方向，甚至包含一般社会科学以及经济与商学。由此不难发现，对于学者A来说，其在长达10年的研究中借鉴、参考和学习了多个学科领域的知识成果和经验，除大量引用自然科学的相关内容，也会引用到社会科学的相关内容。

(四) 学者A ESI论文的施引文献学科分布

学者A 2008-2018年ESI施引文献6811篇，涵盖ESI全部7个学科门类，共20个学科，只Space Science(空间科学)和Psychology/Psychiatry(精神病学/心理学)未涉及，详见图4。

在2008-2018年间，随着学者A论文产出的不断增加，施引文献的学科范围不断扩展，学者A2008-2009年发表的论文施引情况还主要集中在发文的学科范围内，但2010年施引文献的学科范畴就已经超出了发表论文的既有学科领域，影响力扩散至药理学与毒物学领域，属于医学门类，而学者A在药理学与毒物学领域发表论文是在2017年，可以看出农业与生命科学领域与医学领域的相互渗透。学者A 2011年发表的论文影响力又扩散至地球科学、工程科学和化学领域，同年也在工程科学和化学领域发表科研论文。到2013年影响力达到材料科学，学者A2014年发表的论文开始被一般社会科学和数学引用，一定程度上说明学者A研究的问题已经成为社会关注的问题。如学者A2014年关于水稻中砷累积的研究论文被社会科学学科的Epidemiology期刊引用，重金属砷因作物中的累积已经影响到人类的健康[13-14]。2016年施引文献又扩展到临床医学、免疫学、物理学等领域，2017年进一步扩展到经济与商学、计算机科学领域，2018年抵达神经科学与行为学科领域。

图2和图4对比分析可以看出，2008年学者A的研究论文还只被环境/生态学科引用，但到2009年已被农业、生命科学和多学科共6个学科方向所引用。学者A2010年论文被药理学和毒理学领域所引用，尽管当时他还未在这个领域发表研究论文。2011年以后发表的论文在地球科学、工程科学、化学都有被引用，并逐年增多，学者A2018年论文的施引文献学科范围包括工学、生命科学、社会科学、理学、农学、医学和多学科。尤其是被一些高影响因子论文引用，如美国生物能源中心的Beckham, Gregg T在2015年在化学学科的CHEMICAL REVIEWS(IF52.613)期刊发表论文“Fungal Cellulases(真菌纤维素酶)”中引用了学者A 2011年的论文[15-16]。在11年间，学者A发表的论文被87篇影响因子大于10的文献引用，12篇被影响因子大于30的文献引用，包括Nature Reviews Genetics(IF41.465)、Chemical Society Reviews(IF40.182)等。

从以上施引文献的学科扩散路径可以推测，学者A的研究成果逐渐突破其原先农学领域，慢慢成为各个学科领域关注的社会问题，事实上学者A研究的有机肥领域与环境、土壤密切相关，是与食品健康、粮食安全和民生有关的重大问题。

三、 学者A学术成长过程中学科扩散特征分析

从学者A研究成果的学科类型、引用情况及其影响力的扩散，可以粗线条描绘出学者A的学科扩散特征。

(一) 学术产出方向由原生应用学科向基础学科和交叉应用学科扩散

对学者A发文的学科情况分析，可以看出学者A学术成长过程中学科扩散首先是从其本专业农业科学出发，随着研究的深入逐步扩展到相近的动植物科学，以及生物与生化科学、环境生态、微生物学等共11个ESI学科。图5是学者A发文量、引用论文量和施引文献量三个维度前5位学科领域的占比情况。从图5可以看出，农业科学是学者A发文的主要学科方向，占42.2%，依次是植物与动物科学，占18.5%，以及生物与生化、环境科学与微生物学。

(二) 应用学科的发展需要多样性的学科门类支撑

学者A近十年围绕国家粮食安全这个重大问题开展研究，引用了大量且广泛的多学科文献，引用文献的学科覆盖面是其产出成果的2～4倍，引用文献总量是其发文量的40倍。从引用文献的学科占比来看，本学科农业科学并不是最高的，而植物与动物科学发文量第二(占比为18.5%)，但引用占比最高，占26.8%(见图5)。在一定层面反应出植物与动物科学作为农学研究的基础学科，对于学者A的研究有着突出的贡献。

(三) 学科影响力从本学科向其他学科不断扩散

学者A不仅学术产出扩散至6个学科门类，11个ESI学科。另外从施引文献学科门类分析，学者A十年间施引文献从最初的农业科学、相近学科逐渐向多学科不断扩散，其影响力慢慢从纯粹的自然科学领域向社会性相关学科扩散，最后扩散到ESI 7个全部学科门类，共包括ESI 20个学科，应该说已经达到了非常广泛的跨学科影响力，图五显示出施引文献量占比最高的五个学科。

由此不难发现，一个杰出科学家成长的路径围绕他不断拓展其研究版图展开，基础性学科是其研究发展的上游，他需要非其本专业的基础性学科的支持和协助，同时，其研究的影响力也并不局限在其本专业的小圈子，而表现出泛化和社会化的过程，应用性与社会性的学科是其研究产生影响的下游。在解决问题的过程中，不断突破学科的边界，也不断影响到相关学科的研究发展，表现为“创新—扩散”的循环往复与交叉重叠。

四、 结论与讨论

本个案研究，通过对自然科学领域普通研究工作者成长为高被引科学家的成功案例的分析，其结果对科学研究和科研管理均有一定的指导意义。

(一) 科学家的学术成长有赖于学科多样性，学科交叉推动学科发展

任何一个杰出科学家的研究都肇始于某个具体的领域，但人类知识中的任何部分都是互相关联着的，就本研究案例而言，农业科学与动植物学、微生物学、生物与生物化学，乃至生态学和环境科学或者社会科学都有关联。本研究用量化数据表明对于一个学者而言，其研究的学科领域不是固定不变的，学者A之所以能够走得长久，很大程度上一方面得益于不同领域的多学科研究成果，另一方面其自身也在不断拓展其研究领域的过程中实现了创新，并深刻影响和改变其所在学科和相应学科领域的边界。

(二) 从动态视角描绘和揭示了学术创新过程，专注于从科学家个体的成长路径揭示某一领域知识创新的产生、扩散过程

一项学术创新从其源发领域不断扩散延伸至其他学科领域，牵连整个知识链条，最终导致学科边界的重新划分，各知识领域之间的相互关系重新确立，以及研究范式的转变。本案例从过程而非结果的视角呈现了学术创新的扩散过程，在此过程中揭示出科学家创新的行为特征及其轨迹。本研究仅仅选择农业与生命科学领域高被引科学家作为研究个案，量化分析了其2008-2018年间知识创新过程中的学术论文以及引用和施引论文的学科领域的变化情况，从中得出的科学家学术成长与学科扩散的相互关系适应于农业与生命科学领域，能否推而广之，适应于其他自然科学的学科领域，以及基础学科与应用学科之间是否存在差异性，都有待于更多的个案研究和更为深入的数据分析。本研究的价值在于，它提供了一种从学科扩散的视角来探究创新和科学家成长的方式，由此揭示的科学家学术成长轨迹特征和成才规律以及基于学科扩散的跨学科影响，对于学术研究及科研管理工作是具有参考价值的，可以为优化学科生态，跨学科组织以及科研管理部门的战略规划，营造杰出科学家成长的外在环境，制定人才培养政策，提供可资借鉴的事实依据和参考。