基于多维矩阵式评估框架的中美学术合作影响研究

阿儒涵，褚茜雅，代 涛

(1.中国科学院科技战略咨询研究院，北京 100190;2.中国科学院大学公共政策与管理学院，北京 100049;3.清华大学自动化系，北京 100084)

0 引言

中美学术合作是中美科技合作的重要组成部分。1979年1月31日，邓小平与卡特签署了《中华人民共和国政府和美利坚合众国政府科学技术合作协定》。中美科技合作成为中国与外国政府间在科技领域最大的合作机制[1]。中美科技合作步入健康、平稳、有序的发展轨道，形成了“全方位、多层次、宽领域、高水平”的特点，合作领域和方式不断深化，合作广度和深度前所未有[2]。中美科技合作特别是学术合作已经成为两国关系中最富有活力的领域之一，两国的学术合作对增进彼此了解、推动两国关系的发展做出了重要的贡献[3]。然而，2017年特朗普政府上台以来，中美贸易摩擦不断升级并逐渐演化为两国科技实力的较量。在美国采取一系列制裁措施的背景之下，出现了中美科技脱钩的导向与论断。对于可能发生在科技领域的相互疏离甚至是脱钩的倾向，也出现了或乐观或悲观的判断。在此背景之下，系统评估中国在中美学术合作中的地位与角色，有助于正确判断两国学术合作对中国的影响，有助于为合理应对未来可能出现的中美学术合作变化提供合理对策。

中美学术合作一直是科技政策研究学者关注的热点话题之一，诸多学者在这一领域开展了相关的研究探索。20世纪80年代，关于中美学术合作的研究以介绍中美两国开展的科技活动为主，如王溪元等介绍了中美在数字化地震台网方面的合作[4]。当年中国驻美国大使馆李明德大使在《中国科学基金》发文介绍了中美科技在官方、半官方以及民间的交流合作[5]。2000年以后，文献计量法、现状描述及分析等方法成为研究中美科技合作问题的主要方法。刘云等基于2004—2008的SCI中美合著论文，分析提出了中美合作机构中参与度最高的5所大学，并开展了重点机构的合作网络分析[6]。金炬等以1978—2005年的SCI论文为样本，开展了合作趋势、重点合作机构及主要参与合作第三国等方面的分析[7]。王明国梳理了中美科技合作的重点机构及产出[8]。石磊等从发展阶段、领域、合作对象等方面对中美科技合作进行了现状分析和未来趋势判断[9]。现有研究采用定量、定性的方法从多个视角开展了对中美学术合作的分析。

当今新的历史条件，对中美学术合作研究的内容提出了新的需求：客观分析中美学术合作中我国的地位与角色，正确认识中美学术合作的影响是未来提出合理应对措施的基础。为此，本文以2010—2018年Scopus数据库中收录的单纯由中美两国参与合作的学术论文产出为对象，构建了矩阵式评估框架，旨在整合学术论文中所蕴含的多维信息，从合作对象、合作内容、合作水平的视角出发，基于长时间跨度、大样本数据及多维信息，对中美学术合作现状做出客观评价，为未来的应对措施提供证据支撑。

1 研究框架与数据来源

本研究构建了矩阵式评估框架，如图1所示。横向维度：基于第一作者和通信作者的归属机构，将中美合作的学术论文划分为中国主导、美国主导、共同主导三个互斥子集，综合考虑第一作者与通信作者在产出中的作用，将第一作者和通信作者均来自中国机构的合作产出作为中国主导的合作研究，将第一作者和通信作者均来自美国机构的合作产出作为美国主导的合作研究，将第一作者和通信作者来自中美机构的产出作为共同主导的合作研究。纵向维度：从参与者、研究水平、研究内容三方面入手，分析两国学术合作研究在对象、水平与内容维度的特点。其中，参与者维度的研究从参与度、参与机构类型两方面展开。参与度是指中美两国学者在合作研究中的参与程度，以合作研究产出分别占中美两国同一时期国际合作研究产出总量的比例来测算。参与合作的机构类型是指合作研究中不同类型机构的占比，以不同类型机构产出占合作研究产出总量的占比来测算。研究内容维度则从合作研究的关键词新颖性及研究主题群的发展态势两方面分析各合作研究子集在研究内容维度的特征。关键词新颖性体现了研究内容在“过去时”和“现在时”阶段的特征，而研究主题群的发展态势则预测了研究内容在“将来时”的特征，两者的有机结合实现了对研究内容全时段特征的评价与预测。研究水平维度引入Elsevier在Scival数据库中开发的归一化引文影响因子(Field Weighted Citation Impact，FWCI)指标，测度各合作研究子集的学术研究水平。FWCI通过比较实际产生的总引文数与该领域主题的平均期望引文数来评价目标群体的水平，解决了引文影响因子受学科差异影响的问题，为多学科的横向比较提供了有效的分析工具。

图1 矩阵式评估框架

数据来源方面，本文以2010—2018年Scopus数据库及其关联数据库Scival收录的单纯由中美两国参与合作产生的学术论文所蕴含的作者、参与机构、关键词、摘要等多维信息为对象，开展中美学术合作影响评估。数据的检索与下载时间为2020年12月26日。截至下载日期，数据库中收录的有中美参与的合作论文共计350378篇，其中仅由中美两国参与合作的论文269647篇。为了排除其他参与国的影响，本文以仅由中美两国参与的合作论文产出为分析对象。

2 分析结果

2.1 参与者维度

从合作研究的参与度来看，中国学者在中美学术合作中的参与度明显高于美国学者。2010—2018年，中国国际合作发文总量中约4%的文章为单纯由中美两国合作产生。同时期，美国国际合作发文总量中不足0.5%的文章为单纯由中美两国合作产生。从合作产出中两国学者的角色来看，2010—2018年中国主导的合作研究产出论文数为164788篇，占合作产出总量的61.11%；由美国主导的合作研究产出论文数为10571篇，占合作产出总量的3.92%；两国共同主导的合作研究产出论文数为94288篇，占合作总量的34.97%。从主导情况的年度变化趋势来看，中国机构主导的产出占比近十年呈上升趋势，从53%增长到65.32%，美国机构主导的产出占比从5.36%下降到3.09%，两国共同主导的产出占比从41.65%减少到31.59%。

从参与机构特征来看，中美两国在参与合作的机构类型方面具有比较明显的差异。从中国参与合作的机构类型来看，大学和国立科研机构是参与合作研究的主体。在中国主导的合作研究中，大学是中国机构中最主要的参与者，产出占比高达75%。其次为国立科研机构，产出占比为23.41%；在美国主导的合作研究中，中国大学参与度最高，产出占比达到50.48%。国立科研机构的参与度次之，也达到42.76%。企业与医疗机构的参与度在两国主导的合作研究中差异较大，中国企业与医疗机构的参与度在美国主导的研究中的占比明显高于在中国主导研究中两者的占比。从美国参与合作的机构类型来看，不论是中国主导、美国主导还是共同主导的合作研究，均以大学为主要参与者，产出占比均超过80%，国立科研机构的占比也都比较相近，占比不超过10%。差异较为明显的是企业的参与度，美国企业的产出在美国主导合作研究中的占比约为中国主导合作研究占比的3倍。

大学是两国参与机构中参与度最高的机构类型。不论在中国还是在美国，大学的数量众多，水平参差不齐。为了对参与合作研究大学的类型进行更准确的分析，进一步评估参与合作研究的中美大学的类型差异。其中，中国大学类型按照国内常用的985大学、211大学(不含985)和其他大学进行划分。对于美国的大学有多种分类方式，从分类数据的可获取性及排名的认可程度等多方面因素考虑，本文采用世界大学学术排名(Academic Ranking of World Universities，ARWU)的结果对美国的大学进行划分，取大学数量与985、211体量相近的排名结果，将美国大学划分为ARWU前300名的大学，300～500名的大学以及其他大学。

本文以中美两国参与合作研究大学的产出为对象，分析不同类型大学的参与度。中国参与合作研究的大学在中国主导的产出中，985大学的占比最高，约占53.87%；211大学(不含985)与其他大学占比相当，分别为22.04%、24.10%。中国参与合作研究的大学在美国主导的合作研究中，参与大学的研究水平大体与参与度呈负相关的关系：其他类型的大学的产出占比最高，约占60.08%；其次为985大学，约为22.85%；211大学(不含985)占比最低，仅为17.07%。就美国参与合作的大学类型来看，不论是中国主导的合作研究还是美国主导的合作研究，参与大学类型总体趋势相近。ARWU排名前300的大学产出占比最高，超过半数以上，且共同主导合作研究中ARWU前300大学占比最高，达到69.25%；其次为其他大学，均超过25%；ARWU300～500名的大学产出占比最低，均约为10%，且在共同主导的合作研究中的占比最低，仅为1.2%。

综上分析，从大学参与者维度而言，中国主导的合作研究主要吸引了中美两国大学的参与，特别是以中国的985大学和美国ARWU排名前300的高水平研究型大学为主。美国主导的合作研究则吸引了大量中国国立科研机构和非985、非211大学的参与。同时，美国主导的合作研究在吸引医疗机构与企业的参与方面也优于中国主导的合作研究。

2.2 研究内容维度

研究内容是科研活动的核心特征，体现了两国学术合作的实质。本文从研究内容的新颖性和研究主题群的发展态势两方面，对全时段中美学术合作对象及其影响开展分析。

(1)研究内容的新颖性。文章的关键词是对文章研究主题与内容的高度凝练，关键词的特征能够从一个重要的侧面反映研究内容与对象的特征。本文从中美合作产出论文中新关键词占比NKW.R，以及含有新关键词的论文占比NKWA.R两个指标来评估合作研究对象的新颖性。NKW.R的计算方法如下，首先从各国及共同主导的合作论文子集中提取关键词，按年度建立关键词库；然后将第N+1年的关键词与前N年的关键词进行比对，将前N年未出现过的关键词定义为新关键词，并计算年度新关键词的占比；最终以年度新关键词占比的平均值作为各合作研究子集的新关键词占比。NKWA.R的计算方法类似。

图2所示的数据分析结果显示，美国主导的合作论文中，不论是新关键词占比还是含有新关键词的论文占比均明显高于中国主导的合作研究。美国主导的合作研究论文中新关键词占比为19.95%，中国仅为5.38%，中美共同主导的合作论文为4.49%。美国主导的合作研究论文中含有新关键词的论文占比为14.25%，中国仅为1.46%，中美共同主导的相应指标为1.29%。可见，从研究对象新颖性视角而言，美国主导的合作研究在研究内容与对象的新颖性方面远超中国主导及中美共同主导的合作研究，中国主导的合作研究与中美共同主导的合作研究在研究内容与对象的新颖性方面表现接近。

图2 合作研究产出中新关键词及新关键词所涉及的论文占比

本文研究发现，共同主导合作研究在研究内容创新性方面并未达到“取长补短”的效果，而是在测度指标上表现最差。为了探究其原因，我们从领域差异对研究内容创新性的影响方面开展研究。从研究内容的创新性与领域产出占比之间的关系来看(见图3)，创新性较强的领域共同主导合作研究的产出占比相对较低，而创新性较弱的领域共同主导的合作研究产出占比相对较高。例如，以创新性指标最优的三个领域为例，其NKW.R均超过40%，但几乎没有共同主导的合作研究。而创新性较差的两个领域，其NKW.R分别为9.36%、10.3%和，合作研究的产出占比显著高于其他领域。从各类型合作研究的领域分布来看(见图4、图5)，美国主导的合作研究在创新性较强的领域(25%

图3 共同主导合作研究产出分布与新关键词占比关系散点图

图4 各主导类型在不同阶段NKW.R中的占比

图5 各主导类型在不同阶段NKWA.R中的占比

(2)研究内容的发展态势。对研究内容发展态势的分析，本文采用研究主题群的显著度百分比作为评价研究内容发展态势的指标。研究主题群是将具有相似研究内容的主题聚集在一起，形成更广泛、更高层次的研究主题。研究主题群使用直接引用算法形成，当各研究主题之间的引用链接强度达到阈值时，就形成了一个主题群[10]。同一研究人员或机构可以贡献多个主题群，但是一篇文章、一个主题只能属于一个主题群。研究主题群的显著度百分比(Prominence Percentage，PP)是Elsevier在Scival数据库中开发的一项用于衡量研究主题群未来发展趋势的指标。PP通过整合引用数、浏览数和平均引用得分计算形成[11]，体现了学者对这一研究主题群的关注度。PP采用百分比的形式来体现研究主题群的发展态势，取值区间为0～100%。例如，某一研究主题群的PP值为98%，则意味着该研究主题群享有高于其他98%的研究主题群的关注度。PP值高的研究主题群未来会吸引更多的学者关注，相应地，PP值低的研究主题群则被认为将逐渐“降温”，淡出学者的视线。

2010—2018年，中美学者合作研究产出集中在11467个研究主题群。其中，中国主导的合作研究关注的研究主题群有10517个，美国主导的合作研究关注的研究主题群有4244个，两国共同主导的研究主题群有9681个。从两国各自主导的研究内容的发展趋势来看，美国主导的研究主题群的平均PP值为78.09%，中国主导的研究主题群的平均PP值为80.29%，中美共同主导的研究主题群的PP值为79.93%(见图6)。可见，在研究主题群的发展趋势上，三类研究主题群的差异并不大，相比较而言，中国主导的合作研究更关注热门研究主题，美国主导的合作研究更关注相对冷门的研究主题。

图6 各主导类型的研究主题群在全领域的显著度百分比

进一步以热门研究主题群占比为测度指标，分析两国未来研究主题群的变化趋势。将研究主题群显著度排名位于前列的研究主题群作为热门研究主题群。首先，按领域筛选PP排名位于前1%、3%、5%、10%和15%的研究主题群作为热门研究主题群；其次，分别计算全领域两国主导的合作研究中热门研究主题群的占比；最后，计算各主导类型在热门研究主题群中的占比。计算结果显示，总体来看，在不同阈值下，中国主导的合作研究在热门研究主题群中的占比均高于美国主导及共同主导的合作研究(见图7)，进一步印证了中国主导的合作研究更加关注热门研究对象的结论。

图7 各主导类型热门研究主题群占比随阈值变化趋势

2.3 研究水平维度

文章的引文影响因子是评价与判断产出水平的国际通用标准之一，然而引文影响因子受学科因素影响较大。为了解决这一问题，Elsevier在Scival数据库中开发了归一化的引文影响因子(Field Weighted Citation Impact，FWCI)，通过比较实际产生的总引文数与该领域主题的平均期望引文数来评价目标群体的水平，解决了引文影响因子受学科差异影响的问题。FWCI=1时，代表产出的水平处于该领域的世界平均水平；FWCI>1时，代表产出获得的引用高于该领域的世界平均水平，假设FWCI=1.48，则代表该产出获得高于该领域48%的引用率。本研究中的中美合作研究产出涵盖了全领域学科，因此FWCI为多学科的横向比较提供了有效的分析工具。

本文将FWCI作为评价合作研究水平的指标，从中美合作研究产出的整体水平、与两国自身产出水平的关系及合作研究中各类型子集产出水平三个方面分析合作研究水平的特征。

从合作研究的总体水平来看，中美合作论文水平近十年呈现稳中有升的趋势，全领域平均FWCI从2010年的1.55增长到2018年的1.63，十年涨幅约为5.1%。从与两国整体水平的关系来看(见图8)，中国近十年全领域平均FWCI呈较明显的上升趋势，从2010年的0.68增长到2018年的1.06，从落后国际平均水平34%增长到略高于国际平均水平的程度。美国全领域FWCI在十年间略有降低，从2010年的1.50降低至2018年的1.39。

图8 中美两国整体及合作论文全领域平均FWCI变化趋势

从各主导类型的研究水平变化来看(见图9)，中国主导合作研究产出水平总体呈上升趋势，FWCI从2010年的1.35增长到2018年的1.63，涨幅约为20.74%。美国主导的合作研究产出水平在十年间产生了一定的波动，2010—2013年呈波动上升趋势，在2013年达到峰值1.74，随后呈下降趋势，2018年仅为1.48。两国共同主导的合作研究产出总体水平呈下降趋势，FWCI从2010年的1.79下降至2018年的1.65。

图9 2010—2018年各类产出FWCI变化趋势

3 结论与思考

本文以2009—2018年中美学术合作研究产出论文为对象，构建了矩阵式评估框架，从合作研究的参与者、研究对象与水平三个维度对中美学术合作影响进行评估，基于数据分析与研究发现，形成以下结论：

一是中美学术合作快速发展，量增质稳。近十年来，中美两国合作产出学术论文数量快速增加，合作水平稳中有升。有越来越多的中国机构和学者参与到中美学术合作中，并达到一定的学术研究水平。中美学术合作对中国培养一批具有国际水平的科研队伍和人才发挥了重要作用。

二是中美两国在学术合作中的研究水平关系更加对等。中美主导的合作研究水平在全领域的平均值基本接近，甚至中国主导的合作研究水平呈现稍高于美国主导合作研究水平的趋势。

三是中国以高水平研究团队为主参与中美合作研究。从学术产出水平而言，中美合作研究产出水平远高于中国整体的学术产出水平。从参与机构类型特征来看，中国参与合作研究的机构以高水平大学和国立科研机构为主。美国参与合作研究的机构以大学为主，国立科研机构产出占比非常有限。可见，中国以精兵强将为主的高水平团队参与合作研究，合作对象的水平还有较大的提升空间。

四是美国主导的合作研究在研究内容选取上表现出一定的优势。从既有产出的研究内容而言，美国主导的合作研究在研究内容新颖性上具有显著优势，在未来研究主题的发展态势方面也表现为不完全追随研究热点，对冷门研究主题的关注度高于中国主导的合作研究。

基于对近十年中美合作参与主体、研究内容，研究水平的系统分析，我们对中美学术合作中中国所扮演的角色与地位有了更加清晰的认识，中国以高水平的大学与国立科研机构为主参与中美学术合作，锻炼了队伍、培养了人才、取得了高于世界平均水平的学术产出成果。在看到成绩的同时也应清醒地认识到，在重要的研究主题选取、研究创新等方面我们还存在较大的差距，在国立科研机构使命定位、科技评价导向等方面还存在改进的空间。

对于未来两国学术合作可能发生的变化，首先，应对自身在合作中的角色与地位有清晰的认识；其次，应求同存异继续寻求两国学者之间的合作关系，并进一步提升合作对象的层次，力求与最优秀的美国学术机构、团队开展高水平的合作；最后，通过学术合作交流，发现中国在科技评价、科技管理中的问题，通过改革科技管理、评价机制，引导科研人员加强在新颖性、创新性和引领性方面的研究，减少急功近利、跟踪式的研究，实现从量变到质变的跨越性发展。