美國國家實驗室的科研評估和啟示
——以美國勞倫斯伯克利國家實驗室為例

徐志瑋

（中山大學(xué)圖書館，廣東廣州 510275）

美國國家實驗室的科研評估和啟示
——以美國勞倫斯伯克利國家實驗室為例

徐志瑋

（中山大學(xué)圖書館，廣東廣州 510275）

對美國勞倫斯伯克利國家實驗室的科研水平進行了評估，并且與國內(nèi)3家國家重點實驗室進行了比較分析。美國國家實驗室的科研論文數(shù)量和國際影響力很高，他們不僅有國家龐大的資金支持，也吸收了眾多其他國家的大量資金，承擔(dān)了很多國際重大項目的研究，國際間科研合作的增加，相應(yīng)也提高了美國國家實驗室的科研水平和國際影響力。國內(nèi)重點實驗室需要增加國際合作，吸引國際基金的支持。

美國勞倫斯伯克利實驗室；國家重點實驗室；SCI論文；ESI論文

1984年啟動的國家重點實驗室建設(shè)計劃，作為國家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，是國家組織高水平基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀科學(xué)家、開展高層次學(xué)術(shù)交流的重要基地。我國在重點實驗室中投入了大量的經(jīng)費，也取得了較好的成效。美國開展國家實驗室項目遠遠早于我國，成績非常顯著。歷史追溯到1931年的美國勞倫斯伯克利國家實驗室，在物理、化學(xué)、材料科學(xué)、航空等眾多學(xué)科領(lǐng)域享有很高的聲譽。本文對該實驗室的科研能力進行SCI和ESI的評估分析，并且同我國的3家國家重點實驗室進行比較，分析兩者之間的差距，可以為我國重點實驗室今后的發(fā)展提出有用的建議。

1 相關(guān)研究回顧

從實驗室的發(fā)展歷程對美國國家實驗室的成功進行闡述。馬雯［1］對美國國家實驗室的“大學(xué)內(nèi)國家實驗室”這種新型體系進行了定義，并且以勞倫斯伯克利國家實驗室為典范，從該實驗室的歷史發(fā)展進行了詳細論述，分析實驗室在各個階段獲得發(fā)展的原因和表現(xiàn)，作者認為，大學(xué)在人才培養(yǎng)上的優(yōu)勢和國家對國家實驗室經(jīng)費的大力支持，是美國國家實驗室取得成功的主要因素。鄂福德爾［2］從學(xué)科專業(yè)角度出發(fā)，對Los Alamos國家實驗室在1944—2006年期間的科研成果進行了闡述。赫爾布朗和羅伯特 .賽德爾［3－4］整體闡述了勞倫斯伯克利國家實驗室從創(chuàng)建到第二次世界大戰(zhàn)期間（1940年左右）的發(fā)展過程。

從美國國家實驗室的類型、管理方式、體系、結(jié)構(gòu)等方面進行的研究。謝彤［4］和帕帕達克斯［5］從國家實驗室的目標(biāo)、成果、管理類型、國家實驗室之間的合作進行了闡述，并且以此對實驗室的未來趨勢進行了預(yù)測。楊少飛和許為民［7］對美國國家實驗室管理模式進行探析、張強［8］對實驗室的績效評估進行反思與借鑒、張軒［9］對實驗室的技術(shù)轉(zhuǎn)讓政策與機制進行了分析，趙文華等人在論文中認為［10］：大學(xué)通過代管的國家實驗室，由于經(jīng)費充足，可以競爭到大批的國家重大研究項目，從而實現(xiàn)他們?yōu)閲覒?zhàn)略目標(biāo)服務(wù)和提升學(xué)校學(xué)術(shù)水平的目標(biāo)。勞倫斯伯克利實驗室為提升學(xué)校整體學(xué)術(shù)水平做出了巨大貢獻。實驗室利用回旋加速器，發(fā)展了醫(yī)學(xué)物理、理論物理、輻射檢測技術(shù)等新興科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，同時，促進了生命科學(xué)、高溫化學(xué)、生物有機化學(xué)等相關(guān)學(xué)科的快速成長。伯克利分校的諾貝爾獎獲得者主要集中于化學(xué)和物理學(xué)，勞倫斯實驗室功不可沒。任波等人［11］從美國國家實驗室的分類、特點、經(jīng)費等進行了總結(jié)，對國家實驗室通過建立以成績?yōu)榛A(chǔ)的伙伴關(guān)系進行了贊揚，認為這樣可以達到科學(xué)技術(shù)目標(biāo)和管理運作效益的平衡。衛(wèi)之奇對美國能源部國家實驗室的績效評估體系的原則、內(nèi)容和評估實施方案等進行了詳細說明。

對中國國家重點實驗室和其他國家的實驗室進行比較分析。卞松保和柳卸林［9］對美、德等發(fā)達國家創(chuàng)新體系中基于原始創(chuàng)新的國家實驗室和中國國家創(chuàng)新體系中從事原始創(chuàng)新研究工作的國家重點實驗室進行了比較研究，闡釋了國家實驗室在原始創(chuàng)新中的作用及內(nèi)在機制，說明了國家實驗室的分類和在當(dāng)代背景下的功能，最后提出了推動國家實驗室發(fā)展的有關(guān)建議。莊越、宋偉、楊少飛等人［14－16］也對比了中美國家實驗室的管理制度和運行模式的差別，具體從目標(biāo)定位、經(jīng)費、學(xué)科分布、人力資源、法律法規(guī)等方面，分析了我國國家重點實驗室建設(shè)與運行中存在的若干問題和不足，進而指出了我國國家實驗室科技管理體制改革和發(fā)展的方向。

綜上所述述，美國國家實驗室的管理模式、創(chuàng)新體系以及績效評估體制等都值得我國國家重點實驗室學(xué)習(xí)和借鑒。但是，所有論文卻都沒有進行最關(guān)鍵的分析：重點實驗室制定各種管理體系的最終目的，就是能有一個高水平的科研能力。先進管理體系下的美國國家實驗室，它的科研能力究竟比國內(nèi)國家重點實驗室高多少，從中又能看出多少隱含的內(nèi)容，是所有相關(guān)論文都沒有開展的研究。本文利用SCI和ESI等國際通用的科研論文評判工具進行實證研究，用數(shù)據(jù)進行分析。

2 美國勞倫斯伯克利國家實驗室簡介

美國許多國家實驗室是GOCO（Government－Owned ＆Contractor－Operated）管理模式，即由政府擁有，但由承包商代理進行運營和管理。承包商一般為大學(xué)、企業(yè)或其他教育機構(gòu)等。勞倫斯伯克利國家實驗室（以下簡稱“伯克利實驗室”）成立于1931年，隸屬于美國政府的能源部，由加州大學(xué)管理。目前，伯克利實驗室有13位諾貝爾獎獲得者，57位國家科學(xué)院院士，13位科學(xué)家獲得國家科學(xué)獎，18位國家工程院院士，其中的3位是醫(yī)學(xué)院院士。該實驗室大約有4 200位科學(xué)家、工程師、支持員工和學(xué)生，共有13個科學(xué)部，包括地球科學(xué)、基因組學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)科學(xué)、環(huán)境能源技術(shù)、材料科學(xué)、物理生物科學(xué)、計算研究、加速器和聚變研究、工程、核科學(xué)和物理、科學(xué)網(wǎng)絡(luò)，是一個跨學(xué)科的綜合性科研機構(gòu)。伯克利實驗室的經(jīng)費非常充足，從其官方網(wǎng)站上［17］看出，2011年的經(jīng)費是7.35億美元，還有額外的1.01億美元基金的支持，總計8.36億美元的科研經(jīng)費。

3 本文的研究思路和方法

本文首先對伯克利實驗室的重大項目成果進行介紹，然后，通過SCI論文，從整體上了解實驗室的科研能力。通過Web of Science工具，查詢了伯克利實驗室的研究方向，發(fā)現(xiàn)論文數(shù)量最多的前3個學(xué)科是“物理”、“化學(xué)”和“材料科學(xué)”，由于該實驗室是大學(xué)管理的國家實驗室，所以，選取了3家獲得過評估“優(yōu)秀”的國內(nèi)高校管理的國家重點實驗室進行對比，它們是：材料科學(xué)學(xué)科的“晶體材料國家重點實驗室”（以下簡稱“晶體材料實驗室”）、物理學(xué)科的“固體微結(jié)構(gòu)物理國家重點實驗室”（以下簡稱“國體微結(jié)構(gòu)實驗室”）和化學(xué)領(lǐng)域的“固體表面物理化學(xué)國家重點實驗室”（以下簡稱“固體表面物理化學(xué)實驗室”）。當(dāng)然，雙方的實驗室規(guī)模、經(jīng)費、人員等存在很大的差距，加上學(xué)科并非完全吻合，因此，只是相對性質(zhì)下的比較，但是，從中依然可以看出一些值得我們關(guān)注的問題。統(tǒng)計時間為2013年2月26日，統(tǒng)計年限選取2003—2012年和2008—2012年的2個時間段，統(tǒng)計數(shù)據(jù)是那些標(biāo)示了實驗室名稱的SCI論文。

4 伯克利實驗室的重大科研成果介紹

伯克利實驗室獲得了國家和國際上眾多的重大科研項目支持，科研成果非常矚目，完全可以用“卓越”來形容，其中的29項重大技術(shù)成果徹底改變了世界的醫(yī)學(xué)、能源、健康等領(lǐng)域，有些成果獲得了諾貝爾獎。其主要科研成果如下：

（1）發(fā)現(xiàn)16個元素周期表中的元素，其中Technetium－99已經(jīng)徹底改變了醫(yī)學(xué)圖像領(lǐng)域，Americium被廣泛應(yīng)用于煙探測器。

（2）確定對人體有益和有害的膽固醇，該項成果可以為預(yù)防心臟疾病提供有力的幫助。

（3）確定宇宙大爆炸，發(fā)現(xiàn)黑能量。

（4）節(jié)約能源的玻璃涂層材料研究，可以阻擋夏天熱能進入和避免冬天熱能的散去，為美國節(jié)約了數(shù)十億美元。

（5）揭示了恐龍滅絕的殺手，認為是小行星撞擊地球引起的。

（6）揭示了光合作用機理。

（7）研制出目前為止最堅固的陶瓷材料。

（8）研制出涼爽屋頂材料，通過反射太陽光，降低表面溫度，大幅減少制冷費用。如果全世界都用這種材料，就相當(dāng)于減少全世界6億輛汽車排放18年的二氧化碳數(shù)量。

（9）發(fā)明了節(jié)能熒光燈和電子鎮(zhèn)流器。

（10）研制持久可充電電池。

（11）研制UV（紫外線）凈水系統(tǒng)，利用紫外光殺死水中的病菌，比如痢疾病菌等，可以幫助發(fā)展中國家解決飲水問題。

（12）研制了世界上最小的合成電動機，和納米技術(shù)等其他突破性技術(shù)一起使用，可以應(yīng)用在醫(yī)學(xué)和超級電腦上。

（13）利用高科技技術(shù)，電子化重現(xiàn)歷史音頻資料。實驗室的科學(xué)家們研制出一種進行數(shù)字化改造，儲存那些過于脆弱無法播放的老化錄音（如19世紀(jì)后期愛迪生蠟盤）的高科技方式。

（14）創(chuàng)造了超小型DNA取樣器，確定空氣、水和土壤樣品中微生物的工具，廣泛用于公共衛(wèi)生、醫(yī)學(xué)和環(huán)境清除項目。

（15）開發(fā)超強氣候模型，模擬氣候變暖對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康造成的影響。

（16）促成了中國的能源效率。中國在制定能源標(biāo)志和電器標(biāo)準(zhǔn)時，實驗室給予了相當(dāng)大的支持，還幫助提高中國的住宅和商業(yè)樓宇以及工業(yè)部門，如水泥制造業(yè)的能源效率。

（17）實驗室研制的望遠鏡，使星星離我們更近，讓我們可以一睹數(shù)十億光年遠的超新星。

（18）揭示了人類基因的秘密，發(fā)現(xiàn)人類的第5、16和19條染色體是控制人類糖尿病、動脈硬化、哮喘和其他疾病的基因。

（19）生物燃料的研究取得重大進展。實驗室和能源部的BioEnergy機構(gòu)合作研究，從細菌中制取燃料，在生物燃料研究方面又進了一步。

5 SCI論文統(tǒng)計分析

5.1 SCI論文數(shù)量

從近10年的SCI論文數(shù)量（見圖1，橫坐標(biāo)為年份，縱坐標(biāo)為SCI論文數(shù)）看出，伯克利實驗室和國內(nèi)3家實驗室的SCI論文數(shù)量都在穩(wěn)步增加，伯克利實驗室年平均SCI論文數(shù)量是1 947篇，國內(nèi)的3家重點實驗室的年平均SCI論文數(shù)量分別是274、391和237篇。

圖1 圖伯克利實驗室和3家國內(nèi)重點實驗室SCI論文柱狀對比圖

5.2 SCI論文的基金資助

從SCI論文的基金資助看出，中國和美國國家實驗室資助結(jié)構(gòu)有所不同（由于基金的英文標(biāo)示不統(tǒng)一，筆者進行了統(tǒng)一）。

伯克利實驗室所屬的國家能源部資助金額最多，約占1/4的資助比例，其次是美國自然科學(xué)基金、美國國立衛(wèi)生研究院的資助，另外，其他國家的資助也非常龐大，比如意大利、瑞士、加拿大、德國和芬蘭等5國的資助金額就占總額的11.866%。

伯克利實驗室與中國的合作論文合計2 057篇，依次為中科院、山東大學(xué)、清華大學(xué)、南京大學(xué)、中山大學(xué)等，其中大約316篇論文是中國國家自然科學(xué)基金資助，占2.895%。

中國國家重點實驗室的論文資助來源絕大部分是國家自然科學(xué)基金，其次是“973項目”、各省自己的自然科學(xué)基金等。在表1中，筆者羅列了晶體材料實驗室的前10個論文資助基金名稱，可以看出，該實驗室的論文資助基金是中國國家自然科學(xué)基金，占到71.805%，其次是“973項目”占25.994%和山東省自然科學(xué)基金占13.140%。在前100個基金項目中，幾乎沒有得到其他國家的基金資助，其他2家國內(nèi)重點實驗室的情況也類似。從表1中還可見，伯克利實驗室的合作國家范圍之廣、合作項目數(shù)量之多是國內(nèi)國家重點實驗室所無法比的。國內(nèi)國家重點實驗室的國際合作項目少，合作基金不多，大部分是由國家出資開展的科研活動。表1為兩者資助比例前10的基金項目名稱。

表1 伯克利實驗室和晶體材料實驗室基金列表

5.3 研究方向比較

表2所示為伯克利實驗室的前20個研究方向，表3為國內(nèi)3家國家重點實驗室的前10個研究方向。從中看出，雙方的前3個研究方向都為“化學(xué)”、“物理”和“材料科學(xué)”，只是所占比例有所不同。伯克利實驗室的“物理”占所有SCI論文的40.95%，“化學(xué)”占19.845%，“材料科學(xué)”占9.948%，“科學(xué)技術(shù)其他主題”占9.931%，“天文學(xué)和天體物理學(xué)”占8.178%。國內(nèi)的固體表面物理化學(xué)的“化學(xué)”占73.95%，固體微結(jié)構(gòu)實驗室的“物理”占75.22%，而晶體材料實驗室的“物理”占40.98%，“化學(xué)”占36.70%。另外，伯克利實驗室的“天文和天體物理學(xué)”和“微生物學(xué)”是國內(nèi)3家實驗室沒有涉及的學(xué)科，國內(nèi)3家實驗室排在前5位的 “光學(xué)”、“電化學(xué)”、“晶體學(xué)”和“冶金和冶金工程”沒有進入伯克利實驗室的前10位。從中可以看出4家實驗室的優(yōu)勢學(xué)科。

表2 伯克利實驗室前20個研究方向

表3 國內(nèi)3家重點實驗室前10個研究方向

6 引文數(shù)據(jù)統(tǒng)計及比較

引文數(shù)據(jù)可以看出論文的國際影響力，是判斷論文質(zhì)量的最直接和簡單的方法。通過SCI影響因子論文和ESI為工具，對伯克利實驗室和國內(nèi)3家國內(nèi)重點實驗室進行了比較，從中可以看出兩者的差距。

6.1 SCI論文的影響因子比較

對伯克利實驗室和3家國內(nèi)重點實驗室的SCI論文進行研究方向的分類，并且，把國內(nèi)3家實驗室的相關(guān)論文進行集中，與伯克利實驗室進行比較，以“物理”、“化學(xué)”和“材料科學(xué)”這3個學(xué)科的SCI論文影響因子≥10.0、5.0和3.0這3個數(shù)據(jù)集，見圖2所示。從中看出，雙方的高影響因子論文比例都在上升，論文質(zhì)量都在提高。伯克利實驗室的影響因子≥10.0的論文比例遠遠高于國內(nèi)3家重點實驗室，盡管國內(nèi)實驗室“化學(xué)”的影響因子≥3.0的論文進步很快，與伯克利實驗室的差距在縮小，但是，“化學(xué)”的影響因子≥10.0的高影響力論文依然存在差距。

圖2 伯克利實驗室和國內(nèi)3家重點實驗室的3個研究方向影響因子比較

6.2 ESI論文比較

研究機構(gòu)能夠進入ESI的Top Papers論文，表示該機構(gòu)的科研能力水平步入世界先進行列，在國際上有很深遠的影響力。伯克利實驗室在ESI中可以查到共有347篇Top Papers，國內(nèi)3家重點實驗室合計有106篇，具體見表4。通過統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)：

（1）伯克利實驗室被引頻次最高的是2004年發(fā)表在PHYS LETT B上的論文，共被引3 177次，其次是2006年發(fā)表在J PHYS G－NUCL PARTICLE PHYS上的論文，共被引3 137次。實驗室在物理、化學(xué)、太空科學(xué)、工程、材料科學(xué)、生物＆生物化學(xué)和分子生物＆遺傳學(xué)等學(xué)科有很大的優(yōu)勢。347篇ESI論文中，有56篇的合作機構(gòu)都大于等于40家，最多的一篇論文有245家機構(gòu)，發(fā)表在2010年P(guān)HYS REV LETT期刊上，排在該實驗室ESI論文被引頻次的第一名3 177次，被引頻次排在第二的合作機構(gòu)有79家，被引頻次3137次。

（2）國內(nèi)3家重點實驗室中，被引頻次最高的是固體表面物理化學(xué)實驗室發(fā)表在Science上的2007年論文，被引頻次823次。3家實驗室ESI論文主要集中在化學(xué)、物理和材料科學(xué)學(xué)科上。盡管實驗室所在的高校ESI論文有與其他機構(gòu)的大型合作，但是，實驗室本身與其他機構(gòu)合作的論文很少。

表4 伯克利實驗室和國內(nèi)3家國家重點實驗室ESI論文數(shù)量對比

7 結(jié)束語

從上述對伯克利實驗室的重大科研成果和SCI/ESI論文與國內(nèi)重點國家實驗室的論文比較分析看出，美國國家實驗室的論文數(shù)量和質(zhì)量都很高，龐大的資金資助不僅有國家的支持，還吸收了眾多其他國家的資金，承擔(dān)了很多重大科研項目的研究，另外，國際間合作很廣泛，在現(xiàn)代開放的全球化社會中，科研團隊的國際協(xié)作不僅能得到資金的支持，還能通過共同發(fā)表論文提高國際影響力。國內(nèi)重點實驗室需要增加國家合作，吸引國際資金的支持，以提高影響力。

（References）

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［17］美國勞倫斯伯克利實驗室官方網(wǎng)站［EB/OL］.［2013－01－04］.http：//www.lbl.gov/

Assessment and enlightenment of scientific research of US national laboratory：Taking US Lawrence Berkeley National Laboratory as an example

Xu Zhiwei
（Library，Sun Yat－sen University，Guangzhou 510275，China）

This article assesses the level of scientific research at the US Lawrence Berkeley National Laboratory，in comparison with the top three domestic state key Laboratories.The US national laboratories have published a great number of research papers and have high international influence.They are not only getting huge financial support from the US government，but also attracting agreat amount of funding from many other countries，undertaking a lot of major international projects，increasing international research cooperation and correspondingly improving the level of scientific research and international influence.Our domestic state key laboratories need to increase the international cooperation，to attract the support of the international funds.

US Lawrence Berkeley National Laboratory；state key laboratory；SCI articles；ESI articles

G3；G649

A

1002－4956（2014）1－0201－06

2013－05－06 修改日期：2013－07－15

中山大學(xué)2012年高校管理研究課題“中山大學(xué)重點實驗室科研競爭力分析研究——基于SCI和Scopus統(tǒng)計分析”的研究成果之一

徐志瑋（1968—），女，江蘇蘇州，碩士，館員，研究方向為科研評價和知識組織.

E－mail：xuzhiwei＠m(xù)ail.sysu.edu.cn

實驗室安全與環(huán)保