国内外大科学领域的研究态势——基于文献计量和社会网络分析的方法

文/ 孙燕琨 刘薇

0 引言

随着大科学的快速发展和概念的成熟，国内许多学者纷纷投入到大科学领域的研究之中，并提出了许多新观点和新思路，与此同时，也出现了一些新问题和新挑战。一方面，大科学研究注重团体协作和社会需求，打破学科之间的限制，对研究领域的广度、深度以及结构性提出了新的、更高的要求。鉴于此，迫切需要对大科学领域研究成果的整体构成、热点主题、潜在研究方向等进行系统述评与深度挖掘，以便在展现大科学领域研究整体情况的基础上拓展大科学领域的研究与实践，促进大科学事业的发展。另一方面，大科学研究往往超出一国之力，需要通过国际科技创新合作来实施，打破了国家之间的限制。然而，目前少量基于文献计量的大科学研究仅以中文数据库作为数据源，缺乏国际视野，无法准确把握大科学的国际态势。因此，本文在中文数据库的基础上，纳入外国数据库作为数据源，从多角度进行分析，以期为我国大科学的壮大发展提供借鉴与参考。

1 研究方法

本文采取文献计量和社会网络分析的方法，定量分析国内外大科学领域文献的题录信息和核心内容，对文献的发表年份及数量、发表刊物、论文学科、研究热点、研究主题、研究方法、作者分布、研究视角与合作情况进行分析，客观地对比国内外大科学领域发展的现状和趋势。

2 样本获取及预处理

2.1 文献检索

为获取国内外相关研究数据，选择国内知网数据库（CNKI）和国外ISI Web of Science（WOS）2个大型数据库作为数据来源，于2020年5月9日进行检索并获取相关数据。系统检索CNKI数据库，高级检索条件设定以“大科学”分别为主题、篇名、摘要及关键词，4个检索条件为“或者”关系，同时将搜索词频设定为“精确”模式，发表时间、文章来源和支持基金不限，共检索得到相关文献496篇。系统检索WOS数据库，以主题词“big science”检索文献类型为“Article”的所有年份数据，共检索相关文献604篇。

2.2 数据筛选

为保证数据的相关性和准确性，对获取文献进行清洗筛选，通过阅读文章的题目、摘要、关键词及部分文献的主要内容，运用人工判读法进行初步的内容相关性判定，首先剔除与大科学领域无关的文献，其次剔除简介、征稿启事、书讯、会议通知、期刊目录、专题序言、选题指引、短讯报道、广告、贺词、政策文件等非学术类文献，或无法获取的、不规范的和无效的部分文献，最终筛选获得1990年至2020年间大科学研究领域CNKI数据库有效学术文献409篇和WOS数据库有效学术文献446篇，作为本文的分析对象（以下简称“两类文献”）。

3 研究基本情况

3.1 发文数量

为直观看出大科学研究领域的发文量及其变化趋势，以年度发文量为标准，分别以CNKI和WOS数据筛选结果为样本，绘制发文量统计图（见图1）。

图1 大科学领域两类文献增长趋势

20世纪50年代，国际科技界提出“大科学”这一概念，但学界从20世纪90年代才开始涉足这一领域。21世纪以前，全球科技处于萌芽阶段，大科学领域文献数量仅为个位数；进入21世纪后，全球经济高速发展在很大程度上推动了科技进步，2011—2019年期间大科学领域影响扩大、发展迅速。大科学领域研究发展至今不足30年，尚未产生深远影响，但越来越受到相关研究者的关注，国内外大科学领域相关研究数量不断增长并呈稳定上升趋势。

根据论文数量的变化分别添加一条趋势线，趋势线R²分别为0.8和0.9，表明回归方程拟合性较好，趋势线可信性较高。根据此趋势可以发现（见表1），两类文献数量增长趋势相同。国内对大科学领域的研究和关注起步较晚，但中文文献量增长势头猛，年均增速大幅高于国外，累计和年均发文量均有赶超外文文献数量的趋势，有较大上升空间；从21世纪初开始，国内外对大科学领域的研究进入明显的增长期，相关文献量目前均处于高速增长阶段，未来一段时间还会保持增长势头。

表1 大科学领域两类文献统计分析

3.2 发文期刊

据统计，国内外载有“大科学”主题的期刊分别有173种和337种。通过图2对比发现，国内外载文期刊数量分布同论文增长规律基本一致，在2006年有明显的增长，其中国外期刊数量增长速度低于国内。刊载大科学领域文献的期刊种类的增多，说明大科学领域涉及的学科增多，分布越来越广泛。

针对智能仪表研发能力培养需求，增设虚拟仪器技术、多传感器信息融合技术两门选修课程；修改单片机原理及接口技术、嵌入式技术等课程的教学内容与模式，如单片机原理及接口技术改为C语言编程，考核方法上增加实物制作考核；测控电路课程于2017—2018学年第一学期实施考试方法改革，引入实验电路制作考试，提高学生的工程设计能力。

图2 国内外大科学领域文献发表期刊种类统计

两类文献中，国内和国外期刊的刊均载文量分别为2.36篇和1.32篇，国外期刊文献的研究较为分散，涉及面较广。通过图3对比发现，国内期刊刊均载文量波动较大，而国外期刊刊均载文量逐渐趋于平缓，国外期刊以大科学领域为主题的论文逐渐向某些特定期刊集中，研究主体和核心也日趋形成并逐渐稳固。

图3 大科学领域国内外期刊刊均载文量

大科学领域发文量前5名的国内外期刊如表2所示，国内期刊对大科学领域的研究主要集中于管理和宏观科技层面，而国外期刊对大科学领域的研究更多从具体学科角度出发，国内期刊文献有26.9%集中在前5名期刊（平均载文量为22篇），国外期刊文献仅12.3%集中在前5名期刊（平均载文量为11篇）。这在一定程度上反映国内对大科学领域的研究更为集中，但是大科学是一个涉及学科面极广的领域，多学科参与对大科学的理论完善和实践指导有重要意义。从发文期刊的影响因子来看，大科学领域研究尚未受到国内外高层次期刊的深度关注。

表2 大科学领域发文量前5名的国内外期刊排名

3.3 论文学科

根据CNKI和WOS对文献的第一类别学科分类，两类文献分别属于63种和26种不同类型的学科。其中，排名前五的学科及文献数量如表3所示。中文文献超过50%集中在文化教育领域，学科分布不均衡，较少涉及大科学具体应用的学科领域，且大部分仅为一般性理论探讨，存在一定程度的雷同和重复，但也说明国内对大科学在教育领域的研究更为深入和透彻，更注重将大科学与文化教育、经济社会的结合。外文文献对大科学领域的研究比较广泛，文献所属学科前四位均为理工学科，更注重从具体学科角度研究大科学。

表3 大科学领域两类文献所属学科前五位统计

3.4 研究热点

对文献关键词进行梳理排序，对关键词进行去重、去掉停用词、合并同义词等处理后，共获中外两类文献关键词分别为1001个（1801次）和2022个（3110频次）。分别取频次大于等于15次的10个关键词作为分析对象，其分布及占比情况见表4，其关联可视化图见图4。

图4 大科学领域文献关键词分布对比

表4 大科学领域两类文献关键词前十位统计

通过对比两类文献高频关键词发现，中文文献对大科学领域的研究更侧重于宏观层面，对大科学项目的整体创新、管理、国际合作、数据和情报分析较多；而外文文献更关注于微观层面，主要集中在大科学项目涉及的具体学科。中文文献18.5%的关键词集中在前十位，研究内容相对集中；外文文献仅有10.2%的关键词集中在前十位，一定程度上反映出国际上大科学领域研究角度更为广泛，涉猎更多。从词数占比分布来看，大科学领域研究共用关键词词数较少但共用频率较高，绝大多数关键词频次较低，说明大科学领域研究内容较为广泛，重复性研究不多（见表5）。

表5 大科学领域两类文献关键词词数和频次统计

3.5 研究主题

通过计算关键词的共现矩阵、基于Ochiia系数的相似矩阵和相异矩阵，用SPSS绘制两类文献中词频大于等于6次的关键词的聚类图（见图5）。

图5 大科学领域两类文献主要关键词聚类

中文文献的高频关键词可分为三大类，按语义相关度可进一步细分为5类，分别是以经济为核心的跨国合作研究、以治理为核心的宏观大科学研究、以社会科学为核心的跨学科创新研究、以大数据为核心的物理研究和以散裂中子源为核心的大科学项目研究。外文文献的高频关键词可分为两大类，按语义相关度可进一步细分为5类，分别是以机构持久性为核心的物理实验室和设施研究、以科学政策为核心的历史研究、以数据库为核心的基因组学和生物医学研究、以组织为核心的合作模式研究和以技术转移为核心的产业与生产力研究。对比发现，中文文献主题主要围绕宏观层面的合作与创新研究，以及物理学科的设施与项目；外文文献主题主要围绕宏观层面的政策、合作、生产力转化研究，以及物理和医学2门学科的应用。

3.6 研究方法

通过对两类文献中的研究方法进行定量和定性分析，发现大科学领域文献主要为定性分析（见图6），以一般性探讨和经验总结为主，主观色彩和个人经验主义较浓，其中中文文献定性分析占比高达92.4%，研究方法不够严谨，定量分析在大科学领域中的应用有待提高。

图6 大科学领域两类文献研究方法对比

3.7 作者分布

选取第一作者作为确定核心作者群进行统计，发现中外两类文献分别由332位和415位作者完成。其中，中文文献作者更为集中，5.1%的文献集中来自于3位高产作者；4.9%的外文文献集中来自于5位高产作者（见表6）。通过分析高产作者所在单位可以看出，两类文献高产作者均来自理工科类高校和实验室，对高等教育与大科学的结合有深入的研究，但同时研究视角较为单一。

表6 大科学领域两类文献主要第一作者发文情况统计

3.8 研究视角

选取文献第一作者所在单位进行分析，发现中外两类文献所涉作者分别分布在409处和446处机构中。两类文献的研究者基本来自高校和科研院所，尤其是外文文献中，来自高校和科研院所作者的占比高达93.9%；较少从政府和企业视角出发，中文文献中来自于企业的作者占比仅为0.2%（见图7）。

图7 大科学领域文献研究视角对比

对两类文献的一级署名单位进行统计（见表7），高校和研究组织是大科学领域研究的主要阵地与核心力量。其中，国内前六位一级署名单位分布在北京、西安、浙江、合肥和四川，且均为国内一流的研究机构，其中，中国科学院在大科学领域的研究实力最强，其文献占比高达17.1%，其他高校在大科学领域的研究还有很大空间；国外的单位基本来自美国。

表7 大科学领域两类文献主要一级署名单位情况统计

3.9 合作情况

选择作者作为分析的网络节点，分别得到两类文献作者合作网络分析图（见图8），中外文文献分别形成了2个和4个比较明晰的合作团队，其余合作者分布较为分散，互动合作关系较弱，合作意识有待进一步加强。

图8 大科学领域两类文献机构合作情况

选择机构作为分析的网络节点，分别得到两类文献机构合作网络分析图（见图9）。其中，中文文献的研究形成了以中国科学院为核心，向华北、华东、华南、西北扩散的机构合作模式，集中度高；外文文献研究的机构合作较为多元，各高校和研究机构的合作渠道较为畅通。

图9 大科学领域两类文献机构合作情况

4 结语

通过对大科学领域文献进行数据挖掘与分析，发现该领域研究具有以下特征和规律：从研究趋势看，文献数量不断增长并呈稳定上升趋势，越来越受到相关研究者的关注，其中，国内起步较晚但增长势头猛，国内外均处于高速增长阶段，不过相关研究尚未产生深远影响；从发文期刊看，外文文献研究涉及的期刊种类增多，但都尚未受到高层次期刊的深度关注，外文文献正向某些特定外文期刊集中，研究主体和核心也日趋稳固；从学科看，中文文献的研究集中在文化教育领域，学科分布不均衡，较少涉及大科学具体应用学科领域，而且大部分仅为一般性的理论探讨，更注重将大科学与文化教育、经济社会的结合，而外文文献对大科学领域的研究比较广泛；从研究热点看，中文文献更侧重于管理层面和宏观科技层面的研究，而外文文献更关注微观层面，集中在大科学项目涉及的具体学科；从研究主题看，研究主题都包含物理学这一重点，中文文献侧重于合作与创新，外文文献侧重于政策与技术转移和应用；从研究方法看，主要都为定性分析，以一般性探讨和经验总结为主，主观色彩和个人经验主义较浓；从作者分布看，中文文献作者较外文文献更为集中；从研究视角看，研究基本来自于高校和科研院所，对高等教育与大科学的结合有深入的研究，较少从政府和企业的角度出发；从合作情况看，中文文献合作作者较为分散，互动合作关系较弱，合作机构集中度高，而外文文献的机构合作较为多元，各高校和研究机构的合作渠道较为畅通。

目前，大科学处于高速发展阶段，我国应密切关注国际大科学领域的发展态势与进展，鼓励相关机构和学者围绕我国大科学的发展方向和设施布局开展有针对性的研究，与不同领域的国内外专家学者密切合作，提升我国大科学的发展能力与水平。