基于生態進化的科研人才生命周期仿真研究

陳力凡

(北京大學光華管理學院，北京 100871)

0 引言

截至2015年底，我國人才資源總量達到1.75億人[1]，初步具備了建設人才強國的基礎。為進一步增強我國人才競爭的比較優勢，《國家中長期人才發展規劃綱要(2010—2020年)》[2]提出來“人才優先”的發展戰略，培養造就創新型科技人才是人才隊伍建設主要任務之一。近10年來，我國科研人才在國外期刊發表論文的增長速度位居世界第一。根據中國科學技術信息研究所發布的《2017中國科技論文統計》結果顯示，2016年我國的SCI論文數量占世界份額的17.1%，連續第八年排在世界第二位[3]。根據Incites數據庫統計(統計周期2008年1月1日～2018年2月28日)，我國論文篇均引用9.62次，與世界平均11.73次還存在相當的距離，科研成果平均質量低于世界平均水平，這也說明了我國科技論文的“性價比”還不夠高，我國從人才大國走向人才強國還任重而道遠。研究科研人才成長尤其是高層次科研人才成長規律對我國更有效的發現、培養、引進及使用人才，提高自主創新能力有著重要的意義。

目前對科研人才成長的研究主要集中在以下幾個方面：①論文產出與科研人才年齡的規律研究，如Falagas等人以生物醫學領域科學家為例，研究科研人才做出重大成果的年齡分布情況，發現隨著工作年限的增加，科研人才的產出會呈現遞減趨勢[4]。Rodrigo Costas等以西班牙的科研人才為例，分析了不同類型科研人才產出與年齡之間的關系[5]。Yves Gingras等研究科研人才創新能力變化規律，發現40歲左右科研生產力處于上升趨勢，50歲左右達到生產力高峰但卻處于影響力的低谷[6]。Andrea Bonaccorsiy等研究了年齡與科研生產力之間的關系，并以意大利的科研人才情況進行驗證[7]。劉俊婉等對科研人才論文產出規律進行分析，發現中年時期是科研人才產出的高峰期[8]?？妬嗆姷纫匀脒x美國科學信息研究所高被引科學家數據庫中的物理學科高被引科學家為樣本，從學術生產力與影響力的二維視角對科學家的學術年齡特征進行了研究[9]。②基于科研人才履歷信息的成長要素分析，Koen Jonkers等基于科研人才履歷分析科研人才流動與國際合作之間的關系，發現了有留學經歷的科研人才科研產出和研究績效通常較高，且國際合作更為突出[10]。Fonts利用葡萄牙生命科學領域科研人才的履歷信息，分析了他們科研產出、科研合作與人才流動之間的關系[11]。Carolina Caibano以參與西班牙卡哈爾項目科研人才的履歷信息為樣本，分析人才流動與科研績效之間的關系[12]。Cruz-Castro L等分析了科研產出與終身教職之間的關系早期穩定的環境有助于科研人才成長[13]。周建中等以科研人員的履歷作為數據源，分析科技人才的職業發展軌跡、職業特征、流動模式以及科研人才個人和組織的評價等問題[14]。田瑞強等通過分析科學家的履歷信息，利用Kaplan-Meier法研究了不同因素下各階段生存風險率的差異，并用Cox比例風險模型探討了成長過程中各因子的影響效果[15]。陳曉劍等從教育連貫性、長周期培養、教育機構等三個視角分析我國973計劃項目首席科學家的關鍵成長路徑[16]。③科研人才成長分布特征分析，如Marc C以英國高級人才為例，分析了人才空間分布的關鍵要素[17]。Dietz等研究了科研人才在科研機構、政府機構及企業界之間產出特征與分布轉移的規律[18]。Hirsch構建了H指數，即科研人才共有n篇論文至少被引用n次，可以用于衡量科研人才的綜合創新能力[19]。李瑞等運用基尼系數、集中化指數和空間自相關識別和剖析了高級科學人才成長的時空規律及其演化機制[20]。吳殿廷等對高級科學人才和高級科技人才成長因素的對比分析，發現培養高級科學人才主要靠重點綜合大學和大師，培養高級科技人才主要靠重點理工科大學和社會實踐[21]。

總體而言，目前關于科研人才成長的研究主要集中在單一要素、外部影響力的分析上，對科研人才成長的內部作用機理的研究還比較少。科研人才的成長如同生物一樣也存在生命周期，本文借鑒了生物進化的Lotka-Volterra競爭方程，構建了科研人才成長方程，運用仿真方法分析人才成長的關鍵要素，以為我國進一步提高人才的培養、引進、使用效果提供參考。

1 科研人才成長理論

科研人才，通常是指具備相當的科學理論知識，從事基礎科學研究工作，研究能力強、貢獻較大的一類人才。生命周期理論源于生物學概念，主要指一個生物從出生(嬰幼期)、成長(少年期)、興盛(青壯年期)、衰退(中老年期)及死亡(垂暮期)的整個生命歷程[22]。借鑒自然生態系統的生命周期理論，科研人才成長過程也“如同生命體一樣，有一個生老病死的過程，都會經歷由低級到高級的不同發展階段[23]”，存在“生命周期”[24]?？蒲腥瞬湃后w的成長規律類似于生物群體的生態進化規律，他們的成長過程就如“生物種群之間的競爭，適者生存、不適者被淘汰”，不同科研人才從各自的研究路徑出發，針對某一領域開展研究，推動所在研究領域不斷向前發展，進而不斷提升自身的創新能力，最終適者生存，成長為所在領域的專家權威。

2 科研人才創新能力生命周期

2.1 創新能力衡量要素

科研人員的創新能力是一種綜合性能力。目前對于科研人員創新能力的評估中，越來越重視對其科研產出的“量”和“質”進行綜合評價，尤其是從Hirsch在2005年提出的H指數開始，很多學者試圖從科研產量和引用影響兩個方面來綜合評價科研人員的創新能力[25]。其中，科研產量通常由科研人員發表的科技論文數量來衡量，測量了科研人員的科研生產力；論文發表期刊能夠很好體現論文質量，去除學科影響的論文發表期刊影響因子的匯總用于測量科研人才的科研影響力。雖然具體測度科研生產力和影響力的指標繁多，但萬變不離其宗，多數研究將生產力和影響力作為科研人員創新能力的同等重要、相輔相成的兩個方面?；诖耍疚臉嫿丝蒲腥瞬诺膭撔履芰C合指數，該指數由科研生產力和科研影響力相乘獲得。具體計算方法如下：

n個科研人才工作第t年的平均科研生產力：

(1)

n個科研人才工作第t年的平均科研影響力：

(2)

n個科研人才工作第t年的平均科研創新力：

(3)

2.2 創新能力成長生命周期

科研人才的創新能力經歷了一個從萌芽、成長、成熟到衰退的演化過程，逐步提高對某一研究領域的認識和實踐探索的水平?？蒲腥瞬虐l展生命周期示意圖具體如圖1所示。

圖1 科研人才成長生命周期示意圖

(1)萌芽期。在萌芽期，科研人才通常剛開展科研工作，初步確定了研究領域，未來研究方向還處于探索階段，科研人才的發展方向尚不清晰，且研究主題一般比較零散、發散，不成體系。從科研生產力的角度看，科研人才的研究成果不多，發文數量少；從科研影響力的角度看，對領域有初步的認識、研究分散，多為點狀創新。總體來看，這一階段科研人才科研創新力還較弱。

(2)成長期。通過了萌芽階段的探索，科研人才對自己的研究領域發展方向有了一定的判斷。在成長期，科研人才對研究領域的認識逐步加深，對領域中的若干方向開展深入研究。從科研生產力的角度看，科研人才的研究成果逐漸增多，有一定的發文量；從科研影響力的角度看，對領域的認識逐步加深、快速提高，能主導或參與部分熱點研究，呈線狀創新。在成長期，科研人才對領域認知形成了正反饋，科研創新力不斷增強。

(3)成熟期?；诔砷L期的深化研究，科研人才的發展方向基本確定，研究方向也明確。在成熟期，科研人才對領域的認識越加深入，形成了系統、體系化的研究。從科研生產力的角度看，科研人才成果產出處在較高的水平；從科研影響力的角度看，對領域的認知處在較高水平，能主導或參與領域研究前沿?？蒲腥瞬挪粩鄰娀瘜ρ芯款I域的認知，科研創新力達到峰值階段。

(4)衰退期。隨著成熟期的深入研究，相關領域被研究透徹。從科研生產力的角度看，科研人才成果產出不斷減少；從科研影響力角度來看，研究領域不是熱點領域?？蒲腥瞬艑︻I域的研究處于停滯階段，科研創新能力呈不斷下降趨勢，或科研人才研究興趣發生變化，轉移到其他的領域。

2.3 科研人才創新力生命周期實證

全球“高被引科學家”是由湯森路透集團對21個大學科領域過去10年間被SCI收錄的論文進行分析，將各領域同一年度他引頻次在前1%的論文進行統計排名得出的。入選“高被引科學家”名單，意味著這些學者在其所研究領域具有世界級影響力，其科研成果為該領域發展做出了較大貢獻，因此高引科學家成長的規律具有代表意義。

2014年，湯森路透集團對21個大學科領域2002—2012年被SCI收錄的論文進行分析，將各領域同一年度他引頻次在前1%的論文進行統計排名，據此發布了2014年全球“高被引科學家”名單，中國(含港澳)共有134名科學家入選，排名世界第四[26-27]。本文以湯森路透集團Web of Science數據庫為數據源，搜索2014年中國“高引科學家”自畢業之后的歷年發文情況，去除部分信息不全的學者，經整理共搜集到84名中國高引科學家共計16813篇文章相關數據。同時利用CWTS journal indicator[28]找出了每篇文章所在期刊的SNIP影響因子。SNIP影響因子是萊頓大學科學和技術研究中心(CWTS)基于愛思唯爾的Scopus數據庫計算出來的去除學科影響的期刊影響因子，適用于跨學科領域期刊的質量比較。

根據公式(1)(2)(3)我們計算出84名中國高引科學家職業生涯前30年科研創新力。經統計分析發現(變化曲線見圖2、圖3、圖4)，高引科學家的創新情況總體呈倒U型曲線變化，他們在工作15年時年均發文量達到了11.04篇，科研影響力13.17，均達到最高。在職業生涯前6年左右，高引科學家的研究處于萌芽階段，科研生產力、科研影響力都處在一個較低水平，科研創新力不高；工齡6～12年，高引科學家的科研生產力、科研影響力進入快速提升的階段，科研創新力快速上升；工齡12～22年，高引科學家處于成熟階段，科研生產力、科研影響力處于穩定的高水平階段，科研創新力處于高峰階段；工齡22年以后，進入衰退階段，科研生產力、科研影響力不斷降低，科研創新力快速下降。這一結果符合前文對科研人才成長生命周期的理論假設和特征歸納。

圖2 中國高引科學家平均科研生產力變化趨勢圖

圖3 中國高引科學家平均科研影響力變化趨勢圖

圖4 中國高引科學家科研創新力變化趨勢圖

從上述實例可知，科研人才從畢業之后獨立開展科研工作，隨著工作時間的變化，其在不同階段的科研創新力也會有所不同?？蒲腥瞬懦砷L一般需要經歷萌芽期、成長期、成熟期、衰退期幾個階段。科研影響力、科研生產力是影響科研創新力的關鍵因素，但如何作用、怎樣影響還需進一步分析。

3 生態進化模型下的科研人才生命周期

3.1 模型構建

由于研究領域的未知性，科研人才對同一領域的研究存在著不同的流派、不同的視角，而這些流派和視角間有的可行，有的不可行。從能否持續深化研究，拓展研究領域的角度來看，同一領域科研人才開展研究的流派和視角可以分為兩大類，即正確的研究路徑和不正確的研究路徑?；诖?，可以認為同一領域科研人才研究路徑非此即彼，只存在路徑1和路徑2兩類研究視角，兩類路徑可以直接相互替代，但兩者之間只有一個路徑是可行的。從生態學的角度來看，科研人才的成長過程也可以看成是“自然選擇過程”，同一研究領域的人員在不斷相互競爭，適者生存，這就類似于生態系統中的種群動態競爭過程。

對于不同種群的協同進化，Lotka(1925)和Volterra(1926)構建了Lotka-Volterra模型，用于模擬生態學中種群的動態競爭關系。借鑒Lotka-Volterra模型，考慮兩類科研人才x1、x2之間的協同成長，則科研人才成長方程可以表示為：

(4)

3.2 模型仿真分析

前面構建了科研人才成長方程，下面運用Matlab軟件對科研人才成長方程進行仿真，分析各要素對人才成長的影響。為了進行仿真分析，首先對科研人才成長模型的狀態變量和控制參數賦予初始值，假設科研人才總數k=1000，取仿真周期t的初始值為1。

(1)科研人才成長與科研影響替代系數σ的關系。取x10=10,x20=6，r1=0.5,r2=0.5，當科研人才雙方的科研影響替代系數分別取σ12>1，σ21<1，σ12，σ21<1，σ12=1，σ21<1，σ12，σ21>1時，運用軟件進行100個單位時間的仿真，得到科研人才的成長變化曲線，如圖5所示。

分析仿真結果發現，科研人才成長的穩定平衡狀態與科研影響替代系數σ密切相關，而達到平衡所需時間與科研影響替代系數σ關系不顯著。當其中一方σ≥1時，最終的穩定平衡狀態必然是所有科研人才都選擇同一研究路徑開展研究。而當雙方σ<1時，最終的穩定平衡狀態是一部分科研人才從路徑1開展研究，另一部分科研人才從路徑2開展研究，選擇路徑1或路徑2的科研人才數與σ相關，且穩定平衡狀態時總人數大于初始時從事這一領域研究的科研人才總數。

(2)科研人才成長與科研生產力r的關系。取x10=10,x20=6，σ12=0.8,σ21=0.8，當科研人才雙方的科研生產力分別取r1=0.8,r2=0.2，r1=0.5,r2=0.5時，運用軟件進行300個單位時間的仿真，得到科研人才的成長變化曲線，具體如圖6所示。

分析仿真結果發現，科研生產力對科研人才成長的穩定平衡狀態影響不顯著，達到穩定平衡所需時間與|r1-r2|正相關，當兩種研究路徑科研生產力相近時，越容易引發科研人才對不同研究路徑的思考和探討，因而達到穩定平衡狀態平衡所需時間越短。

(3)科研人才成長與初始科研人才x0的關系。取r1=0.5,r2=0.5，σ12=0.8,σ21=0.8，當初始科研人才分別取x10=100,x20=6，x10=600,x20=6時，運用軟件進行300個單位時間的仿真，得到科研人才的成長變化曲線，具體如圖7所示：

分析仿真結果發展，初始科研人才x0對科研人才成長的穩定平衡狀態影響不顯著，達到平衡時間與科研人才|x10-x20|值負相關；拐點值與x0相關，拐點值大小與|x10-x20|正相關。

科研人才團隊的成長經歷了萌芽期、成長期、成熟期和衰退期，最終達到穩定平衡狀態。仿真結果表明，科研影響替代系數、科研生產力和初始科研人才團隊是影響科研人才成長的關鍵因素。科研影響替代系數決定科研人才成長的穩定平衡狀態，科研生產力與初始科研人才團隊決定了達到穩定平衡狀態所需時間。

圖5 科研人才成長與科研影響力的關系仿真示意圖

圖6 科研人才成長與科研生產力的關系仿真示意圖

圖7 科研人才成長與初始科研人才的關系仿真示意圖

4 結論及建議

由于科研人才的固有特性，科研人才在成長過程中易受到各類因素如評價機制、外部環境等影響。通過對生態進化模型下的科研人才生命周期分析研究，發現科研人才成長的三個關鍵要素：科研影響力、科研生產力和初始團隊。科研人才成長與科研影響力、科研生產力及初始科研人才密切相關，其中科研影響力直接決定科研人才的成長質量，能否發表有影響力的成果是決定其前途的關鍵；而科研生產力、初始團隊大小決定了科研人才的成長速度，及時、快速的發布科研成果，組建團隊聯合開展研究能夠加速推動研究領域的發展。

我國正處在從論文大國向科研強國轉變的重要階段，加速科研人才成長，提升科研人才水平，將為創新型國家建設提供有力支撐。基于此，提出以下三點建議：

第一，進一步優化科研考核體系，堅持質量優于數量。營造穩定、寬松的科研環境，從數量先導的粗放式一刀切考核模式向質量優先的長周期考核模式轉變。建立分類考核機制，根據科研人才的成長階段制定適宜的激勵考核辦法。鼓勵科研人才沉下心，潛心學術研究，瞄準領域最前沿攻關，少做補丁式、跟蹤式創新，為科研人才開展原始創新、出重大成果創造條件。

第二，搭建平臺，給人才成長空間。我們正處在大科學時代，重大研究項目普遍研究目標宏大，多學科交叉。集體攻關、分工合作的團隊作戰將成為開展重大研究項目的主要方式。因此，在人才引進上，從注重個體引進向團隊整體移植轉變；在人才培養上，圍繞引進人才搭建平臺，凝聚團隊，從大水漫灌式的統一支持向噴灌滴灌式的按需支持轉變。

第三，著眼長久，注重青年人才引育。科研人才工作5年左右后，一般進入了科研生產力、科研影響力的快速提升階段，是最有創新激情和創新能力的群體。從人才引育上，重點關注35歲左右的青年拔尖人才，為其成長創造寬松的氛圍條件。