用地圖“畫”出科研領(lǐng)域新變化

科技創(chuàng)新已經(jīng)成為推動經(jīng)濟社會發(fā)展的主要力量，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重大歷史機遇期，要求我們始終以全球視野科學(xué)研判好科技創(chuàng)新發(fā)展的趨勢，搶占科技發(fā)展先機。

那么，新興的科研熱點在哪兒？科技創(chuàng)新發(fā)展有著怎樣的趨勢？科學(xué)領(lǐng)域間有什么內(nèi)在聯(lián)系？世界主要國家在不同研究領(lǐng)域的活躍程度怎樣？

近日，中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院發(fā)布的《科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜2021》給出了答案，揭示了全球科學(xué)發(fā)展態(tài)勢以及中國與世界主要國家的研究格局。具體而言，中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院研究員王小梅介紹，報告顯示，科學(xué)研究結(jié)構(gòu)的布局總體穩(wěn)定。科學(xué)研究領(lǐng)域數(shù)量持續(xù)擴大，科學(xué)研究前沿不斷延伸，新興研究領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，學(xué)科交叉融合的現(xiàn)象越來越明顯。

全球涌現(xiàn)近百個新研究熱點

通過對比分析2012—2017年和2010—2015年的科學(xué)結(jié)構(gòu)圖，研究人員發(fā)現(xiàn)，科學(xué)研究結(jié)構(gòu)在總體穩(wěn)定的同時，也出現(xiàn)了一些新變化。

“目標(biāo)導(dǎo)向的基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研發(fā)結(jié)合更加緊密，應(yīng)用性牽引趨勢明顯，傳統(tǒng)意義上的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究的邊界日趨模糊。”王小梅說。

研究人員發(fā)現(xiàn)，科學(xué)研究與工程結(jié)合并逐漸向應(yīng)用轉(zhuǎn)化的研究問題越來越多，如從催化到氫能、頁巖氣、熱能等新能源的研究，從柔性材料到可穿戴設(shè)備，環(huán)境與健康結(jié)合形成“環(huán)境治理”群組，3D、4D 打印技術(shù)以及智能電網(wǎng)、智慧城市快速發(fā)展，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究更多地與臨床研究結(jié)合解決人類健康問題等。

研究中，科研人員也發(fā)現(xiàn)了一些新的聚焦群組，比如同天文學(xué)與粒子物理相關(guān)的“理論物理”，從催化基礎(chǔ)研究逐步發(fā)展到應(yīng)用研究的“先進能源”，與納米生命科學(xué)相關(guān)的“有機聚合物材料”，與機器學(xué)習(xí)相關(guān)的“深度學(xué)習(xí)”，氣候變化研究中出現(xiàn)了更多和極端氣候變化相關(guān)的研究，以及“頁巖氣”“化學(xué)生物的藥物研究”“物種保護”“腫瘤免疫治療”“腫瘤基因突變與靶向治療”“新發(fā)病毒傳染病”“藥物濫用”“文獻計量與期刊研究”等。

“在‘科學(xué)結(jié)構(gòu)2012—2017’中，出現(xiàn)了97個新興熱點研究領(lǐng)域。”王小梅介紹，熱點研究領(lǐng)域在醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)和交叉學(xué)科分布較集中，分別有26個、13個和11個。兩個最大的新興熱點研究領(lǐng)域分別是“寨卡病毒”和“黑色素瘤治療”，分別包含125篇和64篇論文，發(fā)現(xiàn)新病毒以及新療法（技術(shù)）的出現(xiàn)是形成新研究領(lǐng)域的主因。

圖/東方IC

中國核心論文份額居世界第二

中國表現(xiàn)如何？

王小梅介紹，研究顯示，中國在世界熱點研究領(lǐng)域中的科研發(fā)展迅猛。“中國的核心論文份額穩(wěn)居世界第二位，較上一期增長2.6個百分點，增幅為23%。中國的核心論文份額接近世界排名第三的英國的2倍。”王小梅說，“除澳大利亞外，同期傳統(tǒng)科技強國整體核心論文份額呈下降趨勢，德國、日本的核心論文份額降幅超過10%。”

研究也顯示，中國的研究領(lǐng)域覆蓋率從世界排名第五位上升到第四位，且覆蓋率呈現(xiàn)顯著上升趨勢。但同時也要看到，中國仍在28%的研究領(lǐng)域沒有發(fā)表論文。

研究發(fā)現(xiàn)，中國科研優(yōu)勢領(lǐng)域逐步穩(wěn)固，與美國形成了明顯互補關(guān)系。王小梅介紹：“中國優(yōu)勢領(lǐng)域涵蓋納米科技、計算機與工程、環(huán)境治理等，但在醫(yī)學(xué)、社會科學(xué)、經(jīng)濟與商業(yè)、生物科學(xué)四個大類中所占份額相對較少。而美國在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)與環(huán)境生態(tài)學(xué)相關(guān)學(xué)科交叉研究中占據(jù)主導(dǎo)地位。”但值得注意的是，在對技術(shù)創(chuàng)新有影響的研究領(lǐng)域，中國表現(xiàn)突出的研究領(lǐng)域中美國核心論文份額依舊占比很大；而在美國占優(yōu)勢的醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)領(lǐng)域，中國鮮有論文被引用。

納米科技、環(huán)境生態(tài)領(lǐng)域交叉度最高

學(xué)科交叉點通常是科學(xué)新的生長點，最后可能導(dǎo)致科學(xué)發(fā)生革命性變化。《科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜2021》對交叉學(xué)科的情況也進行了分析。

研究人員界定，如果研究領(lǐng)域中一個學(xué)科的核心論文比例小于60%，該研究領(lǐng)域就屬于交叉學(xué)科。對研究領(lǐng)域的學(xué)科交叉性進行分析后，他們發(fā)現(xiàn)，納米科技及環(huán)境與生態(tài)領(lǐng)域的交叉度最高，其次是與智能決策和智能控制相關(guān)的研究。而臨床醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)的學(xué)科交叉研究領(lǐng)域相對較少；天文學(xué)與物理學(xué)研究大類中的學(xué)科交叉研究領(lǐng)域最少。

王小梅介紹，納米科技及環(huán)境與生態(tài)領(lǐng)域中的交叉學(xué)科包括“鈣鈦礦材料與器件”“納米材料”“納米催化”“儲能材料與器件”“納米生命科學(xué)”“環(huán)境治理”“生態(tài)學(xué)”“低碳經(jīng)濟”等，智能決策和智能控制相關(guān)的交叉學(xué)科包括“無線通信與人工智能”“系統(tǒng)與控制”在內(nèi)的部分研究等，臨床醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)的學(xué)科交叉研究領(lǐng)域主要集中在“腸道微生物”“傳染病”“社會醫(yī)學(xué)”“孤獨癥”“腫瘤基因”等。

研究發(fā)現(xiàn)，在學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，美國和中國是表現(xiàn)最好的兩個國家，中國在與人工智能相關(guān)的工程技術(shù)領(lǐng)域、環(huán)境治理以及納米科技相關(guān)學(xué)科的交叉研究中實力較強。而美國在生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)與環(huán)境生態(tài)學(xué)相關(guān)學(xué)科交叉研究中占據(jù)主導(dǎo)地位。

據(jù)悉，從2007年起，中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院就開始周期性監(jiān)測科學(xué)研究結(jié)構(gòu)及其演變規(guī)律，此次是繼2009年、2012年、2015年、2017年之后第五次發(fā)布科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜。中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院副院長張鳳表示，新發(fā)布的科學(xué)結(jié)構(gòu)圖譜，在研究方法上做了改進，使用深度學(xué)習(xí)算法改進原有的網(wǎng)絡(luò)聚類及可視化算法，支持更大量的數(shù)據(jù)分析。從結(jié)果看，聚類更加均勻、準(zhǔn)確，揭示的科學(xué)結(jié)構(gòu)更為細(xì)致，并在可視化細(xì)節(jié)揭示上也有較大改進。