基于耦合協同模型的國內高校協同創新體系實證研究

楊明欣，馮磊

(河北科技大學 經濟管理學院，河北省 石家莊 050018)

隨著科學研究的不斷探索，學術界多學科交叉、理論深入、邊界模糊的特點日趨明顯，過去“單打獨斗”的模式不再適應科研發展的需求，表現有工作量大、效率低、難有突出成果。因此，科研工作者開始向多元化團隊協作的模式轉變，逐漸形成以高校為“源點”的校政協同、校企協同以及校政企三方協同的創新體系[1]。

2018年《國務院關于優化科研管理提升科研績效若干措施的通知》(國發[2018]25號)的發布，有效推動科研績效的發展。同時目前新模式的學術團隊通過資源共享、能力互補優勢，形成“1+1>2”的協同效應，極大地促進了我國科研事業的發展。然而，如何衡量科研創新體系的協同效果一直都是難題。基于此背景，本文運用合理的科研績效理論，對協同創新體系評估進行研究，對比協作差異，找出存在的問題，為區域提高科研水平提供可靠的依據。

1 績效研究現狀

針對科研績效評價已有的深入研究，目前運用較為廣泛的科研績效評價方法有層次分析法(AHP)、模糊綜合評價(fuzzy)、數據包絡分析(DEA)、Malmquist指數等方法；現有研究按著評價對象可分為四類：個體高校案例研究、教育部直屬高校研究、區域性地方高校研究、協同創新中心研究；主要的研究可以分為基于投入-產出視角或者成果視角[1-5]，基于管理導向的研究視角[6-9]；基于評級指標體系或者構建評價理論模型視角[10-11]。其中基于投入-產出視角或者成果視角的如王忠等[2]、陳雅琳等[3]、趙慶國等[4]都選擇DEA-Malmquist指數結合的方法。從投入-產出角度，分別對40所教育部直屬、64所教育部直屬、區域地方高校進行績效評價，并提出建議；廖帥等針對區域整體的科研質量問題，選用分類DEA模型測度31個省市自治區的高校科研效率水平，提出了建立人才激勵機制、強化產學研合作，建設科技成果中試與產業化載體的可行手段[5]。盧一墨通過建立財務的評級指標體系，采用AHP-fuzzy相結合的方法，完成了高校績效評價，以財務反映管理情況，并以S學院作為案例，為科研績效提供了思路[7]。蔣興華等采用模糊綜合評價法從創新增效、機制改革、團隊建設三方面對高校協同創新中心進行績效研究，為績效評價提供了方案[8]。李永周等分析了創新人才對高校協同創新網絡嵌入機理，從結構、關系、認知嵌入三方面構建了模糊綜合評價模型對22個中心進行協同創新績效評價，為科研績效提供了新思路[10]。Xu針對國內“雙一流”大學的科研績效問題，提出了一種基于經濟學理論和層次分析法的新型評價模型的理論框架，得出績效、投入和產出排名之間不存在一致性，大學的排名、與科研效率并不統一[11]。

相比與國內針對地方院校、省屬高校、教育部直屬高校的科研創新體系研究，國外學者集中在區域科研創新的評價問題[12-15]、科研體系評價的有效性[16-17]、科研創新體系的合作影響程度問題[18-20]。Aparna Basu、Andrea Bonaccorsi通過多維的“質量-數量”綜合指數分別對印度、歐洲的大范圍區域進行科研績效評估[12-13]。針對荷蘭的大學研究產出高而缺乏成果轉換問題，Tsvi Vinig、David Lips提出了一種利用元數據分析來衡量大學技術轉化的方法，對通過專利、協議和衍生產品來量化的實際技術轉讓項目的數據進行了實證研究[14]。Abramo等首次將產出-投入指標FSS用于評價非意大利的教授和大學的研究成果，分析了挪威、意大利在科研方面的優勢異同[15]。Armando Calabresea等提出一種基于冪律的知識績效指標規模相關偏差方法，探討了如何減少由大學規模導致的規模相關偏差對評價的影響[16]。Giovanni Abramo等以意大利的大學為例，使用文獻計量學方法對研究績效進行評估，分析了大學的科研生產力和頂尖研究者指標之間的潛在關系[17]。Yangson Kim等通過發文和引文考察了大學-政府-行業之間合作的主動性，探索積極性對協同創新體系的正面影響[18]。L Aldieri等為研究合作對學術機構科研績效的影響程度，以俄羅斯241所大學2015—2016年不同來源的數據為依據，建立了一個非重疊生成模型，檢驗聯邦區、外部科研合作對機構科研質量的影響[19]。Lara等采用統計學方法，比較了企業與大學、企業與科研機構的績效，并將這兩組與其他類型合作模式比較，研究績效，并得到校企、研企前兩種形式的合作形式差異不大且更有效[20]。

綜上所述，目前對于科研績效問題，無論是在方法、評價主體類別，還是在建立指標體系的維度，學者們都有了很深入的研究，但是很少研究是針對高校協同創新體系合作模式之間的協同效果展開。基于此本文引入協同學中的“序參量”，在分析高校協同創新體系的演化過程基礎上，推導影響高校、政府、企業三系統的關鍵變量，構建“序參量”指標體系，并通過耦合協調度模型計算各省市政府、企業、高校兩兩之間以及三者之間的協同度，從而量化這種合作模式的協同效果，為解決協同創新的績效評價提供方案。

以下章節研究內容包括：高校協同創新體系的內涵；高校協同創新體系的演化過程；高校協同創新體系協同效果的評價；高校協同創新體系協同效果實證分析。

2 高校協同創新體系及演化

2.1 高校協同創新體系

高校協同創新體系是指以高校科研管理為主體，高校、政府、企業三者通過自組織活動，把科研體系中無規則、無秩序的要素通過各子系統間的協同連接在一起，形成的綜合系統。

高校科研在協同創新體系中，通常是高校、政府、企業三者存在合作關系，為共同的研究方向努力鉆研，這稱為一個合作單元，協同創新體系是由若干個單元共同組成的。起初各個領域的研究錯綜復雜，呈現一種無序的狀態，在某些單元進行研究，發表出突破性、創新性學術成果或研發出新的技術，就會引領學術領域的更深入研究，以及更多學者涌現。統一將“成果”作為序參數,這些學術成果引發的效應起到支配作用，這個過程沒有統一的命令、指令，屬完全自發過程，各高校學者的研究形成漲落，研究過程的突破成果就是相變。為證明上述分析過程，高校協同創新體系的演化模型推演過程如下文。

2.2 高校協同創新體系的演化模型

(1)

(2)

(3)

(4)

對一般的非線性相變系統，各系統變量中均包含著序參量u，整個系統的演化由u主宰，其余變量都將受到的役使，不失一般性，令u=mj=1。

則式可寫為：

(5)

當系統趨于非平衡相變的臨界點時，由協同學原理可知α1→0，其余的αj>0(j=2,…n)、βi、φi>0(i=1,2,…n)且有上限，根據役使原理，令

m2=…mn=sn+1=…s2n=l2n+1=…l3n=0

由方程組可得：

(6)

對上式方程連立求解可得

(7)

上式表明變量m2，…，mn，sn+1，…，s2n，l2n+1，…，l3n都是受到序參量u所支配。代入式中的第一式可得系統的序參量方程

u=-α1u+v1(u,m2…mn,sn+1，…，s2n,l2n+1，…，l3n)=-α1u+v1[u,μ2(u)，…，μn(u),μn+1(u)，…，μ2n(u),μ2n+1(u)，…，μ3n(u)]=-α1(u)+G(u)

(8)

由上述過程推導可知，高校協同創新系統，經過一定時間的系統漲落發展，其他的參量會被序參量支配，使得系統的發展函數是一個關于序參量u的函數，根據前人研究結合科研的實際情況，可確定為“成果”序參量。

如表1高校協同創新過程完全符合協同學中的各個要素要求，因此可以用協同理論分析這一過程。

表1 高校協同創新系統要素分析

3 “序參量”指標體系構建

在高校協同創新體系中，對科研績效有直接影響或間接影響的可以作為評價體系的指標。首先，有直接影響的即為序參量“成果”，系統的關鍵影響因素。其次，對科研績效有間接影響的，即對成果有影響的指標包括投入類指標。

協同創新體系中各子系統的“成果”指標構成分析如下：對于高校子系統，成果的主要來源是科研學術團隊的研究成果著作、專利、學術論文，所以選擇出版科技著作、發表學術論文、專利授權數三個指標。對于企業、科研機構子系統，主要成果為以企業發展為導向的研究產出的技術，所以選擇技術轉讓企業合同數；對于政府子系統，主要成果為便于政府規劃發展的報告，所以選用政府引導的國際學術會議特邀報告作為指標。

協同創新體系中各子系統的“投入”指標構成分析如下：對科研績效有間接影響的投入指標，高校主要是人員投入，企業和政府主要是資金投入，所以選擇高校、企業的科研機構支出費用、政府的科研事業費作為投入指標。

所以建立如表2指標體系：

表2 高校協同創新體系評價指標體系

4 高校協同創新系統的耦合協同度評價模型與方法對比

4.1 高校協同創新系統的耦合協同度評價模型

耦合起源于現代物理學，最早是用來研究電路中系統與元件之間的相互合作相互影響現象。隨著學者不斷研究，耦合協調度模型被引入各個領域，反映事物的協調發展水平。系統在演變過程中存在多個子系統要素，各子系統之間既存在合作又存在競爭關系，耦合度可以反映子系統之間相互制衡相互促進的發展水平，而協調度是指子系統之間良性耦合作用使整個系統協調發展的程度。

耦合協調度模型分析思路如下：首先，構建指標體系，計算指標有序度和系統有序度；其次，通過有序度可分別計算出耦合度(C)、系統綜合發展指數(T)、耦合協調度(D)；最后，結合協調等級劃分標準和耦合協調度，判定系統的協調發展水平。

結合高校協同創新體系的耦合協調度計算如下：

(1)子系統劃分

高校協同創新體系是以高校為主體，政府企業相互聯系、相互影響的系統。根據協同理論可知，系統從無序發展到各子系統之間有機結合的過程中，序參量駕馭其他變量，產生支配效應，因此，可以利用起決定性作用的序參量來構建協同度評價模型。高校S1與政府S2、企業S3組成一個復合系統S，則可以記為S={S1，S2、S3}。

(2)評價指標有序度

對于子系統而言，評價指標即為系統的序參量變量或者影響序參量的因素。子系統S1在發展過程中包含4個影響因素{X1，X2…X4}，子系統S2包含2個影響因素{Y1，Y2}，子系統S3包含2個影響因素{Z1，Z2}。由于X1…X4，Y1…Y2，Z1…Z2均為正向指標，因此取值越大，指標的有序程度就越高。

采集一列描述復合系統某一狀態的時間序列(數據來源于中華人民共和國教育部科學技術司編寫的《高等學校科技統計資料匯編》2013-2019年28個省、自治區、直轄市)，t1,t2,…,tn，n>1，tn時刻所對應的Xi記為Xin，那么在(Xi1，Xi2，…Xin)中，一定存在Max{(Xi1，Xi2，…Xin)}、Min{(Xi1，Xi2，…Xin)}，記為Max(Xi)和Min(Xi)，為避免計算有序度過程出現0、1不符合實際的極端值，一般取ai=1.01Max(Xi)，和bi=0.99Min(Xi)。則序參量Xi在時刻t的有序度為：

(9)

顯然，ut(Xi)屬于(0，1)，其值越大，說明序參量Xi對于子系統S1的有序貢獻越大。同理，可以求出子系統S2各序參量Yi的有序度ut(Yi)，可以求出子系統S3各序參量Zi的有序度ut(Zi)。

(3)子系統在所有的指標的作用下，系統Si的有序度的計算

系統有序度計算可采用幾何平均法和線性加權法等兩種方法。為了使評價過程合理、有效，本文采用線性加權法中的層次分析(AHP)來確定。系統構成如圖1所示。

圖1 高校協同創新評價指標體系

一是構造判斷矩陣，比較各要素兩兩相對重要性數值；二是根據判斷矩陣，求出其最大特征根、特征向量，計算重要性排序，即權重分配；三是通過一致性檢驗，保證構造指標體系合理。

假設Xi所對應的權重為αi，Yi所對應的權重為βi，Zi所對應的權重為εi，則S1在t時刻的有序度為:

(10)

則S2在t時刻的有序度為：

(11)

S3在t時刻的有序度為：

(12)

(4)耦合度計算

耦合度代表子系統相互影響的作用強度，衡量相互之間的協同作用。耦合度越高，表明相互之間發展方向一致，相互關系穩定，計算公式如下：

高校和企業發展的耦合度為：

Ct(S12)={U1U2/[(U1+U2)/2]2}1/2

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(13)

政府和企業發展的耦合度為：

Ct(S23)={U2U3/[(U2+U3)/2]2}1/2

(14)

高校和政府發展的耦合度為：

Ct(S13) =U1U3/[(U1+U3)/2]21/2

(15)

高校、企業和政府發展的耦合度為：

Ct(S123)={U1U2U3/[(U1+U2+U3)/

3]3}1/3

(16)

其中，C∈(0，1)，C值越大表明系統間的共振耦合性越強，反之越弱。

耦合度可以在一定程度上反映系統之間相互促進和相互抑制的強度，但不能代表協調程度。因此，在耦合度基礎上，計算系統綜合發展指數和耦合協調度來判斷系統之間相互耦合的協調程度和發展協調性，衡量系統在動態發展過程中的協調程度和一致性。

為反映系統間耦合協調和系統發展水平的高低，定義耦合協調函數為D和系統綜合發展指數為T。高校、企業、政府兩兩之間二元系統的發展度和耦合協調度計算公式如下：

Ti(Sij)=αUi+βUj(α+β=1)

(17)

(18)

高校、企業、政府三元系統的發展度和耦合協調度的計算公式如下：

Tt(Sijk)=αUi+βUj+εUk(α+β+ε=1)

(19)

(20)

(6)協同度的評價標準

不同的協同度評價標準，有著不同的潛在意義。為了更直觀說明系統的協調情況，把握其發展水平，對不同區間的協同度分級，分級標準及狀態描述如表3所示。其中，一級為最高水平的協同，協同效果最佳，五級為不協同，系統無序發展。

表3 協同度的評價標準

4.2 方法對比及適用條件

將本文模型與方法同其他文獻方法進行比較，可以得到比較結果如表4所示。針對近年來高校的科研績效評價問題，大多學者研究關注于獨立主體科研績效而忽視了科研績效的協同發展研究。文獻[2]-[5]采用DEA-Malmquist指數模型,通過投入與產出視角解決高校科研績效問題，取得良好效果，但該方法對于投入產出以外的指標評價效果有限；文獻[8]-[9]針對高校科研績效問題采用模糊綜合評價法進行研究，解決科研績效指標量化的問題，但存在主觀性強的不足；本文關注于高校創新體系的協同發展，通過高校創新體系的演化分析，引入序參量，結合耦合協調模型計算出協調度，對其協同效益進行定量評估。相比表4中其他文獻的方法，本文方法對于高校創新體系的協同發展具有更強針對性，采用該方法評價協同效益更為科學同時能夠溯源分析發展不平衡問題，對國內高校協同創新的評價體系具有指導性借鑒意義。

表4 模型與方法比較結果

5 實證分析

本文選用《高等學校科技統計資料匯編》2013—2019年的數據進行實證分析，首先以內蒙古自治區為例，原始數據如表5。

按照第三章節耦合協調度的計算方法，對數據進行處理得到表6。

利用層次分析法構建指標體系的權重值，經過構造判斷矩陣、計算重要性排序、一致性檢驗，得到最終各系統、指標權重如表7。

由權重值和指標有序度可計算出子系統有序度，如表8。

表5 內蒙古自治區原始數據

表6 指標有序度

表7 AHP權重

表8 子系統有序度

根據公式可計算出系統耦合度C、系統綜合發展指數T、耦合協調度D，如表9、表10、表11所示。

同理，得出各省市自治區的2019耦合協調度表,如表12。

表9 系統耦合度

表10 系統綜合發展指數

表11 耦合協調度

表12 2019年各區域耦合協調度

圖2 2019年各區域耦合協調度柱狀圖

將協同度轉換為柱狀圖，如圖2可知：(1)截至2019年我國各省市校政企協調度都處于初級協調以上，未出現失調現象。在校企協同、政企協同、政校協同方面，除了廣西、吉林、寧夏回族自治區三個區域的政校協同出現輕度失調，其他地區都在初級協調以上。(2)縱向對比：山西、四川、陜西、天津、浙江、河北、河南、廣東、甘肅省、北京、重慶地區校政企屬于優質協調；福建、湖南、貴州、上海、安徽、山東、黑龍江、云南、江西地區校政企屬于良好協調；江蘇、新疆維吾爾自治區、遼寧校政企屬于中度協調；湖北、廣西、吉林、寧夏回族自治區、內蒙古地區校政企屬于初級協調。(3)橫向對比：在校政企協同程度為初級協同中，湖北、吉林、寧夏回族自治區、內蒙古自治區主要是由于政企、政校協同度較低，廣西是由于校企、政校協同不夠。

根據上述結果，可進一步分析湖北、吉林、寧夏回族自治區、內蒙古自治區等地區的具體協同原因。以內蒙古自治區為例，內蒙古自治區的政企、政校協同度較低，可根據表5指標有序度和表7子系統有序度表進行溯源分析，發現隨時間變化高校和企業各指標成倍增長，而政府的各類指標停滯不前甚至負增長，這與其他兩個系統的發展背道而馳，出現失調現象，所以政府應該加大對科研的投入，與高校、企業平衡發展。

6 結論

本文討論了如何評價高校協同創新體系，量化協同效應的問題。通過引入序參量，結合耦合協調模型計算出協調度并實證分析。研究發現以下結論：(1)針對系統之間各要素關系復雜，通過定性分析、演化模型推理的方法，得出高校協同創新體系的關鍵性因素，“成果”序參量。(2)為了構建科學的指標體系，將高校協同創新體系分為高校、政府、企業三個子系統，圍繞子系統和序參量的影響因素，通過兩類型指標即子系統投入型和成果型構建了完整的評估體系。(3)采用AHP方法確定系統要素權重值，引入了耦合協調模型，通過計算耦合度(C)、系統綜合發展指數(T)、耦合協調度(D)三值實現了量化分析協同效應。(4)本文以國內28個省市自治區數據進行實證分析，發現：截止到2019年我國各省市校政企協調度都處于初級協調以上，未出現失調現象；但各區域之間協調程度分布不均衡，協同效應差異較大；根據本文的模型研究可溯源分析協同較低的原因，為政府采取有效措施、實現均衡發展提供可靠依據。