这份精心绘制的科研地图 使用了一万多个研究前沿的数据
2021-05-08 14:32:56      来源:科技日报

如今,科技创新已经成为推动经济社会发展的主要力量,新一轮科技革命和产业变革的重大历史机遇期,要求我们始终以全球视野科学研判好科技创新发展的趋势,抢占科技发展先机。

那么,新兴的科研热点在哪儿?科技创新发展有着怎样的趋势?科学领域间有什么内在联系?世界主要国家在不同研究领域的活跃程度有啥不一样?

4月30日,中国科学院科技战略咨询研究院发布的《科学结构图谱2021》给出了答案,揭示了科学发展态势以及中国与世界主要国家的研究格局。

科学结构图谱:在海量文献中发现潜在趋势

当今时代,科学技术呈现迅猛发展的态势,对科学知识体系结构及其演化趋势的把握越来越重要,也越来越复杂。

传统上,研究人员是通过检索和分析相关文献以了解学科趋势,通过专家研讨、评议及专门的规划研究进一步判断可能的突破方向。

然而,随着科技创新进入多学科交叉融汇的阶段,面对海量科技文献,限于固有的专业认知体系,科研人员有时难以观察到不熟悉但相关的领域变化,也难以把握它们之间的复杂结构和相互影响,更难以发展隐藏在复杂关系下的潜在发展趋势。

“因此,文献计量界逐步发展出利用科技信息数据来揭示多维度关系的科学结构,科学结构图谱应运而生。”中国科学院科技战略咨询院研究员王小梅说。

所谓科学结构图谱,是指通过可视化技术,以直观形象的图谱形式展现高度抽象的科学研究的宏观结构,揭示了科学热点前沿间的关联关系与发展进程。

新发布的《科学结构图谱2021》以科睿唯安公司的基本科学指标数据库(ESI)为信息源,提取了2012年至2017年10223个研究前沿中包含的高被引论文,通过再次的同被引聚类分析,得到了1169 个研究领域,形成了全球视野的科学结构图谱,可视化地展现2012年至2017 年的科学研究宏观结构及其内在关系,揭示了国际社会普遍关注的热点研究领域。

在此基础上,通过2008年至2013 年、2010年至2015 和2012年至2017 年三个时期科学结构图谱的演化变迁轨迹,分析了各个学科研究领域的演变情况。

中科院科技战略咨询研究院副院长张凤表示,新发布的科学结构图谱,在研究方法上做了改进,使用深度学习算法改进原有的网络聚类及可视化算法,支持更大量的数据分析。从结果看,聚类更加均匀、准确,揭示的科学结构更为细致,并在可视化细节揭示上也有较大改进。

全球热点研究前沿是人类可持续发展

《科学结构图谱2021》显示,科学研究结构的布局总体稳定。科学研究领域数量持续扩大,科学研究前沿不断延伸,新兴研究领域不断涌现,学科交叉融合的现象越来越明显。全球热点研究前沿的焦点是人类可持续发展的重大问题,与能源、环境、人类健康、资源利用等可持续发展相关,新出现的“先进能源”“环境治理”“纳米生命科学”“海洋资源”以及与能源、环境、生命健康等息息相关的新材料、新器件等热点研究前沿,正成为科技创新发展的强大驱动力。

同时,“目标导向的基础研究与应用研发结合更加紧密,应用性牵引趋势明显,传统意义上的基础研究、应用研究的边界日趋模糊。”王小梅指出。

科学研究与工程结合逐渐向应用转化的研究问题越来越广,诸如从催化到氢能、页岩气、热能等新能源的研究,环境与健康结合形成 “环境治理”群组,柔性材料到可穿戴设备,3D、4D 打印技术、智能电网、智慧城市的快速发展,基础医学研究更多地与临床研究结合解决人类健康问题等。

“从近两期科学结构图谱来看,持续高密度论文区域的研究热点主要包括‘量子物理’‘机器学习’‘无线通信’‘粒子物理’‘有机合成方法’‘系统与控制’‘冠心病’‘表观遗传调控’‘植物基因调控’等。”王小梅说,本期密度增高的热点研究中,高密度热点研究集中在“肠道微生物”“二维材料”“超材料”“环境治理”“脑结构与功能”“肿瘤免疫治疗”“卫生保健”“天文学”等。

研究结果显示,学科交叉研究领域主要集中在纳米科技及环境与生态以及与智能决策和智能控制相关的研究。天文学与物理学研究大类中的学科交叉研究领域最少。

核心论文份额 中国稳居世界第二

科学结构图谱从国家科学研究的结构上反映了中国及世界主要国家在不同研究领域的活跃程度及其变化趋势。

研究结果显示,中国在世界热点研究领域中的科研发展迅猛。中国的核心论文份额稳居世界第二位,较上一期增长 2.6 个百分点,增幅 23%。中国的核心论文份额接近世界排名第三的英国的 2 倍。中国科研优势研究领域逐步稳固,与美国优势领域存在明显的互补性。中国的研究领域覆盖率从世界排名第五位上升到第四位,且覆盖率呈现显著上升趋势,中国优势研究领域主要涵盖纳米科技、计算机与工程、环境治理等,中国在“医学”“社会科学”“经济与商业”“生物科学”四个大类中所占份额相对较少。

在学科交叉研究领域中,美国和中国是表现最好的两个国家,中国在与人工智能相关的工程技术领域、环境治理以及纳米科技相关学科交叉研究中覆盖面广、覆盖强度高。而美国在生命科学、医学与环境生态学相关学科交叉研究中占据主导地位。

同时,研究也发现,美国在对技术创新有影响的研究领域中占绝对优势,其中美国占主导的研究领域依旧主要集中在“生命科学”与“医学”。中国在对技术创新有影响的研究领域中表现最好的研究大类是“储能材料与器件”“纳米催化”和“无线通信与人工智能”。

王小梅指出,值得注意的是,对技术创新有影响的研究领域中,中国表现突出的研究领域,美国核心论文份额依旧能占很大的比例,比如“无线通信与人工智能”方向内的研究领域,而美国占优势的医学和生命科学领域中,中国鲜有论文被专利引用。

在政府资助产出的核心论文数量及分布方面,研究人员发现,2012年至2017年期间,与其他国家相比,中国政府资助论文占发表核心论文的比例最高,达到81.4%。“这与中国科研的进步、政府科研经费高投入有密不可分的关系。”王小梅说。

不过,数据也显示,中国政府资助产出的核心论文在各领域不均衡,主要集中在“纳米科技”“无线通信与人工智能”“系统控制”等方向,其他方向资助发文量较少,尤其是“医学”和“社会科学”方面较弱。

编辑: 曾子芮 责任编辑: 孙红亮

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