省域视角下中国优势学科识别与分析——基于分级评价方法

赵展一，钟永恒，刘 佳，孙 源，李贞贞

（1.中国科学院文献情报中心，北京 100190；2.中国科学院大学经济管理学院，北京 100190；3.中国科学院武汉文献情报中心，湖北武汉 430071；4.科技大数据湖北省重点实验室，湖北武汉 430071）

0 引言

2022 年，中国教育部公布第二轮“双一流”建设高校名单，共147 所。以学科建设为基础的高校评估理念不断深入，学科水平成为衡量高校整体实力的重要标准，如何加强优势学科建设，重视潜力学科发展、带动弱势学科进步，形成高质量的学科群和良好的学科生态体系成为中国高校的重点任务。在“双一流”建设背景下，各省份出台了一系列相关规划用于指导和支持高校学科布局，例如《北京市“十四五”时期教育改革和发展规划（2021—2025 年）》中提到，要聚焦国家发展和首都急需，集中力量发展最具优势和前景的学科，瞄准科技前沿和关键领域，推进新工科、新医科、新农科、新文科建设，也要布局一批战略性新兴交叉学科，培育新的学科增长点，深入推进学科共建、优势互补［1］；《上海高等教育布局结构与发展规划（2015—2030 年）》中提到，以包括医学、艺术学、经管、法学、理工农、文史哲教六大类别的学科结构进行统筹管理，引导高校凝练办学特色，聚焦发展重点，避免过度分散资源，立足学校定位在各自领域追求一流，到2030 年初步建成与社会主义现代化国际大都市相匹配的学科布局［2］；《江苏省“十四五”科技创新规划》中提到，要集中力量建设一批国际先进、国内领先的优势学科，加强数学、物理、化学等基础学科领域研究，统筹支持基础学科、应用学科、新兴学科、交叉学科发展，培育开辟适应产业需求的新学科发展方向［3］。由此而言，集中力量发展优势学科，带动其他学科发展，促进更多学科达到世界一流水平，更好地服务于产业经济与社会发展已成为中国各省份的战略性任务。因此，有必要从省域视角识别分析优势学科和潜力学科，为各省份有重点、有针对性地开展资助，完善学科布局结构、优化学科资源配置，争创更多一流学科提供参考。

1 理论研究

1.1 优势学科的定义

学科是知识的分类与学习的科目。随着知识的体系化、专门化，以学科为基础的教学科研活动成为高校运行的主要内容［4］。优势学科是拥有持续领先发展能力和不可替代资源的学科［5］。其往往拥有高水平的学科队伍、完备的物质技术基础、良好的运行机制，并产出高质量的科研成果，对整个社会、国家和民族乃至全人类的发展作出重要贡献［6］。

优势学科是建设世界一流学科的基础，可以承担主体学科或带头学科的角色，强化自身优势，同时激发其他学科潜力，带动相关学科共同发展，形成协调联动的学科结构［7］。笔者更倾向于从比较的角度理解优势学科，即优势学科是一个相对概念，指在同等条件下处于优越条件的学科，比较视角可以是国家、省份、机构、学科等。因此，本研究从省域视角识别优势学科，即与本省份其他学科相比以及与其他省份该学科相比具有优势的学科，以反映各省份学科发展水平的差异。

1.2 优势学科的判别方法

引文体现了知识的传递和转移，可以通过引文分析判断学科实力。例如，黄谷香等［8］基于学科论文产出数量和科学引文索引（Science Citation Index,SCI）期刊分区分析中国SCI 期刊的学科优势；樊晓杰等［7］对比了基于总被引数、文献量、归一化影响因子、篇均被引次数等，筛选了上海市优势学科的结果。

基本科学指标数据库（Essential Science Indicators,ESI）通过引文数据衡量学科的生产力、影响力、创新力和发展力，每两个月更新一次，是评价国家、地区、机构学科水平的重要指标，通常将进入ESI 前1%的学科个数及排名作为进入世界一流学科的依据之一［9］。InCites 数据库可以从时空维度对ESI 数据进行细分，因而结合使用ESI 和InCites 数据库判别优势学科成为主流方法，例如，王超等［10］基于ESI 高被引科学家所属学科领域分析中美优势学科、追赶学科、弱势学科、空白学科的人才队伍建设情况；许子媛［11］结合ESI 学科评价体系和InCites 数据库构建动态监测系统，实现对ESI 学科管理、评价和预警的功能，可以为高校识别优势与潜力学科提供参考，具体监测指标包括机构学科排名、学科排名的变化情况以及基于论文量、论文被引频次的高水平机构、研究人员识别、科研合作效果情况等。

ESI 可以基于引文数据衡量学科水平，但引文数据较为单一，并且存在时滞性、学科差异、累积性等固有弊端，因此出现了一些衍生指标，从学科规模、贡献、潜力等角度衡量学科地位，如表1 所示，例如郑金婷［12］使用相对优势学科指数分析中美两国的社会科学学科优势，综合考虑了某国某学科在该国和该学科的地位；开滨等［13］综合考虑学科被引频次和学科论文量确定优势学科；任瑞荣等［14］通过学科论文总被引次数与ESI 末位学科论文总被引次数的比值判断学科潜力；衣春波等［15］通过学科比重和学科潜力计算长三角地区未进入ESI 前1%的学科的影响力，探索长三角地区的潜力学科；孙晓玲等［16］通过学科权重衡量某一学科在基础研究结构中的地位，并以学科结构偏振度衡量基础学科结构的协调程度。

表1 衍生的学科评价指标

综上，现有相关研究为学科评价奠定了较好的基础，并基于ESI 及改进性的指标进行了探索，但仍存在一些问题：（1）ESI 及一些引文分析法无法避免时滞性等弊端；（2）ESI 学科分类不能较好地反映中国的学科发展情况；（3）缺乏省域视角的横向比较，无法反映各地区优势学科和潜力学科的差异性。因此，本研究基于SCI 论文数据，建立学科相对优势指数和发展潜力优势指数，利用分级评价的方式确定中国各省份优势学科和潜力学科，为各省份建设合理的学科结构，保持并强化现有优势学科，激发学科潜力，促进弱势学科实现突破，推进发现新的学科增长点，打造一流学科和良好的学科生态体系提供参考。

2 研究方法

2.1 数据来源与获取

Science Citation Index Expanded（SCIE）是最知名、权威的自然科学引文索引数据库之一，收录了化学与化工、材料科学、工程学等自然科学领域具有高影响力的9 200 多种学术期刊，涉及177 个学科领域，收录内容最早可追溯到1990 年。本研究以Web of Science 核心合集中的SCIE 数据库为来源，参考Young 等［18］的研究，选择类型为论文（article）和综述（review）的文献作为分析对象。

依照国际惯例，所有论文均以第一作者为准，以此消除多个不同区域的作者合作一篇论文时被统计多次的误差［19］。发展潜力优势指数需要兼顾数据的动态变化情况，所以将论文时间窗口限定为2019—2021 年，检索时间为2022 年4 月10 日至5月10 日，共得到中国31 个省份（未含港澳台地区）近3 年175 万篇SCI 论文。如图1 所示，北京市的SCI 论文最多，总量超过了25 万篇；其次是江苏省、上海市、广东省，SCI 论文量在10 万～20 万篇之间，科研产出规模较大；山东省、湖北省、陕西省、浙江省、四川省、湖南省、辽宁省、天津市的SCI 论文量在5万～10 万篇之间；安徽省、黑龙江省、河南省、重庆市、吉林省、福建省、河北省、甘肃省、江西省、山西省、云南省、广西壮族自治区以及其他一些西部省份的SCI 论文量低于5 万篇。

图1 2019—2021 年中国31 个省份SCI 论文量分布

2.2 学科分类标准与映射方法

学科分类在科技评价中起着至关重要的作用，不同学科的发展演变和评估分析均需要以学科分类作为基础［20］。国际上主要学科分类体系有Web of Science 学科分类、Scopus 学科分类、美国自然科学基金委学科分类、Science-Metrix 学科分类、ECOOM学科分类、UCSD 期刊分类等［21］，这些分类方法被国际上主要引文数据库所使用，但是不能较好地匹配中国的学科发展情况。

科睿唯安信息服务有限公司根据中国《学位授予和人才培养学科目录（2018 年4 月）》的学科分类（China SCADC Subject Categories,CSSC），将Web of Science 学科分类与CSSC 分类的一级学科一一对应。利用该映射表时，新兴学科纳米科学与工程不能与CSSC 分类纳入。2022 年9 月，中国教育部［22］印发了《研究生教育学科专业目录（2022年）》（以下简称“新版CSSC”），形成了14 个门类117 个一级学科。新版CSSC 新设了智能科学与技术、遥感科学与技术、纳米科学与工程、水土保持与荒漠化防治学、法医学等一级学科或交叉学科，较为符合科技前沿和关键领域对学科发展的需求。因此，本研究以科睿唯安信息服务有限公司的Web of Science 学科分类与CSSC 映射表为基础，同时通过人工判断，将Web of Science 学科分类中未涵盖的学科与新版CSSC 进行映射，最终形成了77 个学科分类，作为优势学科识别与分析的基础。

2.3 优势学科识别指标

论文数量和质量是衡量特定主体学科优势的关键标准，学科优势可以用相对数量优势和相对质量优势指标来测度；同时，学科发展是动态性的，由此提出测度学科发展进程的发展潜力优势指数，识别出潜力学科。

2.3.1 相对优势指数

相对优势测度的理论与方法源自美国经济学家巴拉萨［23］于1965 年提出的显示性相对优势指数(revealed comparative advantage index,RCA 指数)，以某产业在某国的出口份额比例与某产业在整体世界贸易的出口总额比例之比衡量某国产业在国际市场的竞争力。根据RCA 指数原理，本研究从论文数量和质量两个角度定义学科相对优势指数，包括相对数量优势指数和相对质量优势指数。

相对数量优势指数(revealed comparative advantage index based on amount,RCAA)，是指特定区域某学科领域发表的论文数占特定区域所有学科发表的总论文数的比重与所有区域该学科发表的总论文数占所有区域所有学科发表的总论文数比重的比值。该指标可用于衡量特定区域相对于其他区域在某学科领域的论文数量方面的比较优势。其计算公式如下：

相对质量优势指数（revealed comparative advantage index based on quality,RCAQ），是指特定区域某学科领域发表的高质量论文数占特定区域所有学科发表的高质量论文总数的比重与所有区域该学科领域发表的高质量论文总数占所有区域所有学科发表的高质量论文总数比重的比值。该指标可用于衡量特定区域相对于其他区域在某学科领域论文产出质量方面的比较优势。其计算公式如下：

高质量论文则是指内容较规范、水平较高、影响力较大的科研论文。期刊引证报告（Journal Citation Reports,JCR）是国际公认的期刊分区，按照影响因子从高到低将期刊分为Q1、Q2、Q3 和Q4 等4 个区。通常认为Q1 的期刊论文经历了更严格的同行评议，在更高的评审标准下得到了认可，质量水平更高［24］。因此，本研究将属于JCR 分区表中Q1区的期刊论文作为高质量论文。

2.3.2 发展潜力优势指数

某些学科正处于成长阶段，数量和质量优势尚不明显，但是具有强大的生命力，未来有可能成为优势学科。为识别此类具有发展潜力的学科，设计发展潜力优势指数。发展潜力优势指数（promising future advantage index,PFA），是指历年发表论文数与基年发表论文数比值的平均值。该指标可用于衡量特定区域在某学科领域论文产出的平均速度，其值越大说明该区域该学科越具有发展潜力优势。其计算公式如下：

根据以上指标，将所有学科领域划分为优势学科、潜力学科和弱势学科3 种类型，各类型判断依据如表2 所示。

表2 学科类型划分标准

3 研究结果

3.1 整体优势学科分布

依据SCI 论文学科分类来看，中国31 个省份论文数量占绝对优势的前5 个学科分别是化学、物理学、临床医学、信息与通信工程和材料科学与工程，而质量占绝对优势的前5 个学科分别是化学、环境科学与工程、材料科学与工程、物理学、纳米科学与工程，如表3 所示。

表3 2019—2021 年中国31 个省份学科论文数量统计

3.2 省域优势学科分布

计算各省份各学科的相对数量优势指数、相对质量优势指数和发展潜力优势指数，确定各省份的优势学科和潜力学科，如表4 所示。其中，北京市的大气科学、天文学，湖北省的测绘科学与技术，四川省的口腔医学，内蒙古自治区、宁夏回族自治区、青海省的畜牧学，山东省、广东省和福建省的水产学，江西省的食品科学与工程，海南省的园艺学，甘肃省的农业资源与环境等学科的相对数量优势指数和相对质量优势指数均大于2，优势显著。具体分析如下：

表4 中国省份优势学科和潜力学科分布情况

北京市高校和科研机构分布集中，中国科学院大气物理研究所及其大气边界层物理与大气化学国家重点实验室、大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室的发文量占大气科学学科领域论文的比重达到28%，中国气象局及中国气象科学研究院、北京师范大学的实力也较强；中国科学院国家天文台的发文量占天文学学科论文的比重达31%，依托国家自然科学基金项目高达70 项，另外还有中国科学院高能物理研究所、理论物理研究所、国家空间科学中心和北京航空航天大学也是天文学领域的主要研究机构。大量高校和研究机构持续的研究造就了北京市在大气科学、天文学领域发表论文的相对数量优势和相对质量优势较突出。

湖北省武汉大学的测绘科学与技术学科源于1956 年成立的教育部直属武汉测量制图学院，历史悠久，已成为全国同类学科中门类最齐全、规模最大、教育层次和办学体系最完备，综合实力和社会影响居于领先地位的学科［25］。

四川省口腔医学的学科优势源自四川大学华西口腔医院。四川大学华西口腔医院是中国第一个口腔医院，被誉为中国现代口腔医学的发源地和“摇篮”，其基础口腔医学和临床口腔医学均为国家级重点学科，在国内外具有极为广泛的学术号召力和影响力，并且拥有国内口腔医学领域唯一的国家重点实验室——口腔疾病研究国家重点实验室［26］。

江西省南昌大学的食品科学与工程专业获批国家级特色专业和省级品牌专业，并列入教育部首批“卓越计划”［27］，其与江南大学共建的食品科学与技术国家重点实验室产出了一系列高质量研究成果，推动了江西省食品科学与工程学领域发表论文的相对数量优势和相对质量优势进入全国前列。

广东省、山东省和福建省地处中国东部沿海，具有优越的渔业生产自然条件，同时本地区的高校和科研机构均设立了相关专业开展研究，为水产学的发展提供了发展动力。

内蒙古自治区、宁夏回族自治区、青海省位于中国北方地区，草原面积辽阔，如内蒙古自治区的草原可利用面积达10.2 亿亩（1 亩约为0.067 hm2），占全国草原总面积的22%，占内蒙古总面积的74%［28］；宁夏回族自治区的天然草原面积达0.3 亿亩，占宁夏总面积的36%［29］；青海省有天然草地面积6.3 亿亩，占青海总面积的60.47%［30］。这些地区依托天然草场的资源优势，形成了畜牧业为重点的特色优势学科。

海南省位于中国最南端，光热资源丰富，有“天然大温室”之称，依托独特的资源优势，海南省园艺学形成了发表论文的相对数量优势和相对质量优势。

甘肃省农业资源与环境学科的相对数量优势指数和相对质量优势指数均大于2，主要是相对本省其他学科的发展具有更为有利的条件。甘肃省地处中国西北内陆区，气候为温带大陆性气候，省内河西走廊是中国西北内陆著名灌溉农业区之一［31］，甘肃省具有中国最为富集的寒旱农业资源，也是中国提出和发展寒旱农业最早的省［32］。

综上可以发现，省域优势学科的形成主要有两方面的原因：一是雄厚的师资和科研力量；二是独特的区位优势和自然资源优势。

3.3 中国省域潜力学科分布

通过发展潜力优势指数，共识别出28 个省份129 个潜力学科，如表4 所示。其中，化学为安徽、福建、甘肃、贵州、海南、河南、江苏、江西、辽宁、宁夏、山东、天津、新疆等13 个省份的潜力学科，环境科学与工程为北京、福建、甘肃、贵州、黑龙江、江苏、山东、新疆、云南等9 个省份的潜力学科。

浙江省、重庆市、吉林省当前无显著优势学科，但可以通过发展潜力优势指数识别出其潜力学科，如浙江省的潜力学科包括药学、基础医学、生物医学工程、公共管理学、临床医学、生物工程、生物学、农业工程，重庆市的潜力学科包括土木工程、交通运输工程、仪器科学与技术、力学、基础医学、数学、临床医学、公共卫生与预防医学，吉林省的潜力学科为农业资源与环境。潜力学科发展的潜力与本地区的科研院所、高校发展程度以及政府对本学科的人财物的投入力度密不可分。

4 结论

本研究以中国31 个省份SCI 论文为数据来源，探索性地构建了相对数量优势指数、相对质量优势指数和发展潜力优势指数，对各地区的优势学科、潜力学科进行了识别与分析，主要结论如下：

（1）相对优势理论在优势学科分析中具有适用性。从数量和质量两个维度构建相对数量优势指数、相对质量优势指数，综合考虑学科之间科研产出的规模差异和学科之间科研产出的质量水平，分析结果与各省份学科发展现状基本吻合。根据优势学科的分析结果，各省份可以有针对性地优化项目经费资源配置，强化现有优势，同时对亟需、重点发展的弱势学科给予倾斜，构建更加合理的学科发展体系。

（2）利用发展潜力优势指数可以定量地、合理地判断出潜力学科。及时、准确发现学科发展潜力，推动更多学科成为本地区的优势学科，是科技管理部门的工作重点之一。

（3）优势学科和潜力学科的形成得益于雄厚的师资和科研力量、独特的区位优势和自然资源优势，以及政府对本学科的人财物的投入力度。