从《2020科学与工程指标》看中美两国的科技实力对比

2020年初,美国国家科学基金会(NSF)的决策机构美国国家科学委员会(NSB)发布了最新一期《2020科学与工程指标》(以下简称“《指标》”)。从1993年起,NSF每两年发布一次《科学与工程指标》报告,向总统和国会汇报美国的科学、技术和工程发展水平与情况,并与其他国家、地区和经济体进行对比。本文重点选取报告中有关教育、研发投入、科技能力以及专利这几方面的指标进行介绍。

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从《2020科学与工程指标》看中美两国的科技实力对比

《指标》表明,美国科学与工程事业在几个方面继续向前发展。美国在全球研发中继续占据最大份额,在全球研发密集型产业产出中占据最大份额,在科学与工程领域授予的博士学位数量最多,在全球科学与工程研究论文和论文引用中也占有重要份额。然而其他国家,特别是中国,科学技术能力正在迅速发展。中国在研发支出、论文发表、专利授予和人才培养等方面实力迅速提升。

01 教育

在教育方面,该报告主要从科学与工程类的学位授予情况进行了分析。

根据最新的统计,中国在2016年授予科学与工程类学士学位170万个,美国授予80万个,欧盟28个国家授予100万个。在过去十年中,中国授予的此类学士学位数量增长了一倍,且增长部分主要来自工程学。

2016年,美国授予科学与工程类博士学位约4万个,欧盟国家合计授予了约7.7万个。2015年,中国授予科学与工程类博士学位约3.4万个,主要集中在自然科学和工程领域。中国在2007年超过美国,成为世界上自然科学和工程(不包括社会和行为科学)博士学位最多的国家,并一直保持领先地位。

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图1 2000年~2016年各国科学与工程类学士学位授予量

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图2 2000年~2016年各国科学与工程类博士学位授予量

02 研发投入

研发投入方面,该报告从研发投入总量,研发投入增长情况,以及研发强度(研发投入与营业收入比值)这三方面进行了分析。

(一)研发投入

全球研发投入总额大幅增长,从2000年(7220亿美元)到2017年(2.2万亿美元)增长了三倍。全球研发活动仍然集中在美国、欧盟、东南亚和南亚地区。在各个国家中,美国是2017年研发投入最高的国家,然而自2000年以来,随着许多亚洲国家,尤其是中国研发支出的上升,美国在全球研发投入所占份额有所下降。2017年,美国(25%)和中国(23%)合计占全球研发总额的近一半

(二)研发投入增长情况

就研发投入的增长量来看,亚洲国家尤其是中国,对全球研发投入的总体增长做出了很大贡献。在2000年~2017年,中国研发投入快速增长,占全球增长总额的近三分之一(32%)。

(三)研发强度

2017年美国研发强度排名第10。自2000年以来,美国的研发强度水平略有上升,而中国则出现了快速增长的趋势。2017年中国研发强度为2.15,相较于2000年有了大幅度提升,其增长率明显高于其他国家。

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图3 2000年~2017年各国的研发支出

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图4 2000年~2017年各国研发支出增长情况

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图5 2000~2017年各国的研发强度

03 科技能力

科技能力方面,该报告从科学与工程类出版物情况以及知识和技术密集型产业产出两方面进行了分析。

(一)科学与工程类出版物

欧盟在全球范围内的科学与工程类出版物产出量最高,中国紧随其后,其次是美国。欧盟、中国、美国、印度、日本和韩国出版的科学工程类出版物占全球70%以上。与全球学位授予和研发支出的趋势一样,近年来中等收入国家(尤其是中国),同行评审的科学与工程出版物的产出增长速度比高收入国家更快。自2000年以来,中国的科学工程类出版物产量增长了近10倍,因此,中国的绝对产出量现已超过美国。

除了出版物总量外,文章的引用量也是衡量一国科学工程发展的一项重要指标。一国的科学与工程研究的相对影响力可以通过该国文章在世界被引文章中所占的前1%的比例进行比较,这一比例按照每个国家的科学与技术出版物总量进行标准化,这个规范化值被称为索引。例如,如果一个国家在全球顶级文章中所占的份额与其在全球出版产出中所占的份额相同,那么该索引就是1.0。2016年美国的论文影响力指数为1.9,这意味着美国在前1%的被引文章中所占的比例是其在全部科技论文中所占比例的两倍。2000年至2016年,欧盟的论文影响力指数从1.0增长到1.3,而中国的论文影响力指数从0.4增长到1.1,表明中国的影响力快速提升。

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图6 2000年~2018年各国科学与工程类出版物总量

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图7 2000年~2016年各国论文影响力指数

(二)知识和技术密集型产业产出

一个行业内的知识和技术强度可以用几种方式进行衡量,包括一个行业对高技能工人的雇佣及该行业的研发强度。用研发强度作为衡量标准,全球研发密集型产业是飞机制造,药品,电脑、电子及光学产品,计算机软件以及科学研发。2018年,这些行业的全球增值产出超过3.2万亿美元。2003年至2018年,美国的产出从约5700亿美元增长到1.04万亿美元,而美国在全球所占份额从38%下降到32%。在此期间,欧盟和日本的全球份额有所下降,而中国的全球份额迅速上升。

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图8 2003年~2018年各国高研发强度行业的增值产出

04 专利

实用专利是一项具有国际可比性的发明指标。报告显示,近年来中国的专利数量一直大幅度领先,居全球首位。2018年,中国、日本、韩国的专利族(具有一项共同的独特发明的专利组)占比位列全球前三,其中,中国贡献了全球49%专利族。

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图9 2018年各国授予发明者的专利族情况

05 五、结论

本报告中的数据表明美国在研发投入、科学与工程博士学位授予和高引用研究论文发表方面继续领先全球。与此同时,其他国家,特别是中国,科学与技术能力迅速发展。其结果是,尽管美国绝对科技活动水平却在不断上升,但在全球科技活动中所占的相对份额却在减少或趋平。随着世界上越来越多的国家大力发展研发和人力资本,美国在许多科技与教育活动领域的主导地位正在下降。

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