基于生態(tài)進化的科研人才生命周期仿真研究

陳力凡

(北京大學(xué)光華管理學(xué)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(shè)人才強國的基礎(chǔ)。為進一步增強我國人才競爭的比較優(yōu)勢，《國家中長期人才發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》[2]提出來“人才優(yōu)先”的發(fā)展戰(zhàn)略，培養(yǎng)造就創(chuàng)新型科技人才是人才隊伍建設(shè)主要任務(wù)之一。近10年來，我國科研人才在國外期刊發(fā)表論文的增長速度位居世界第一。根據(jù)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所發(fā)布的《2017中國科技論文統(tǒng)計》結(jié)果顯示，2016年我國的SCI論文數(shù)量占世界份額的17.1%，連續(xù)第八年排在世界第二位[3]。根據(jù)Incites數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(統(tǒng)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(dāng)?shù)木嚯x，科研成果平均質(zhì)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(guī)律對我國更有效的發(fā)現(xiàn)、培養(yǎng)、引進及使用人才，提高自主創(chuàng)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(chǎn)出與科研人才年齡的規(guī)律研究，如Falagas等人以生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家為例，研究科研人才做出重大成果的年齡分布情況，發(fā)現(xiàn)隨著工作年限的增加，科研人才的產(chǎn)出會呈現(xiàn)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(chǎn)出與年齡之間的關(guān)系[5]。Yves Gingras等研究科研人才創(chuàng)新能力變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)40歲左右科研生產(chǎn)力處于上升趨勢，50歲左右達到生產(chǎn)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(chǎn)力之間的關(guān)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(chǎn)出規(guī)律進行分析，發(fā)現(xiàn)中年時期是科研人才產(chǎn)出的高峰期[8]?？妬嗆姷纫匀脒x美國科學(xué)信息研究所高被引科學(xué)家數(shù)據(jù)庫中的物理學(xué)科高被引科學(xué)家為樣本，從學(xué)術(shù)生產(chǎn)力與影響力的二維視角對科學(xué)家的學(xué)術(shù)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(guān)系，發(fā)現(xiàn)了有留學(xué)經(jīng)歷的科研人才科研產(chǎn)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(xué)領(lǐng)域科研人才的履歷信息，分析了他們科研產(chǎn)出、科研合作與人才流動之間的關(guān)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(guān)系[12]。Cruz-Castro L等分析了科研產(chǎn)出與終身教職之間的關(guān)系早期穩(wěn)定的環(huán)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(shù)據(jù)源，分析科技人才的職業(yè)發(fā)展軌跡、職業(yè)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(xué)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(fēng)險率的差異，并用Cox比例風(fēng)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(yǎng)、教育機構(gòu)等三個視角分析我國973計劃項目首席科學(xué)家的關(guān)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(guān)鍵要素[17]。Dietz等研究了科研人才在科研機構(gòu)、政府機構(gòu)及企業(yè)界之間產(chǎn)出特征與分布轉(zhuǎn)移的規(guī)律[18]。Hirsch構(gòu)建了H指數(shù)，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(chuàng)新能力[19]。李瑞等運用基尼系數(shù)、集中化指數(shù)和空間自相關(guān)識別和剖析了高級科學(xué)人才成長的時空規(guī)律及其演化機制[20]。吳殿廷等對高級科學(xué)人才和高級科技人才成長因素的對比分析，發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)高級科學(xué)人才主要靠重點綜合大學(xué)和大師，培養(yǎng)高級科技人才主要靠重點理工科大學(xué)和社會實踐[21]。

總體而言，目前關(guān)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(nèi)部作用機理的研究還比較少?？蒲腥瞬诺某砷L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(gòu)建了科研人才成長方程，運用仿真方法分析人才成長的關(guān)鍵要素，以為我國進一步提高人才的培養(yǎng)、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(dāng)?shù)目茖W(xué)理論知識，從事基礎(chǔ)科學(xué)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(xué)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(tài)系統(tǒng)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(jīng)歷由低級到高級的不同發(fā)展階段[23]”，存在“生命周期”[24]。科研人才群體的成長規(guī)律類似于生物群體的生態(tài)進化規(guī)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(fā)，針對某一領(lǐng)域開展研究，推動所在研究領(lǐng)域不斷向前發(fā)展，進而不斷提升自身的創(chuàng)新能力，最終適者生存，成長為所在領(lǐng)域的專家權(quán)威。

2 科研人才創(chuàng)新能力生命周期

2.1 創(chuàng)新能力衡量要素

科研人員的創(chuàng)新能力是一種綜合性能力。目前對于科研人員創(chuàng)新能力的評估中，越來越重視對其科研產(chǎn)出的“量”和“質(zhì)”進行綜合評價，尤其是從Hirsch在2005年提出的H指數(shù)開始，很多學(xué)者試圖從科研產(chǎn)量和引用影響兩個方面來綜合評價科研人員的創(chuàng)新能力[25]。其中，科研產(chǎn)量通常由科研人員發(fā)表的科技論文數(shù)量來衡量，測量了科研人員的科研生產(chǎn)力；論文發(fā)表期刊能夠很好體現(xiàn)論文質(zhì)量，去除學(xué)科影響的論文發(fā)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(chǎn)力和影響力的指標(biāo)繁多，但萬變不離其宗，多數(shù)研究將生產(chǎn)力和影響力作為科研人員創(chuàng)新能力的同等重要、相輔相成的兩個方面?；诖?，本文構(gòu)建了科研人才的創(chuàng)新能力綜合指數(shù)，該指數(shù)由科研生產(chǎn)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(chǎn)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(chuàng)新力：

(3)

2.2 創(chuàng)新能力成長生命周期

科研人才的創(chuàng)新能力經(jīng)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(lǐng)域的認識和實踐探索的水平?？蒲腥瞬虐l(fā)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(lǐng)域，未來研究方向還處于探索階段，科研人才的發(fā)展方向尚不清晰，且研究主題一般比較零散、發(fā)散，不成體系。從科研生產(chǎn)力的角度看，科研人才的研究成果不多，發(fā)文數(shù)量少；從科研影響力的角度看，對領(lǐng)域有初步的認識、研究分散，多為點狀創(chuàng)新?？傮w來看，這一階段科研人才科研創(chuàng)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(lǐng)域發(fā)展方向有了一定的判斷。在成長期，科研人才對研究領(lǐng)域的認識逐步加深，對領(lǐng)域中的若干方向開展深入研究。從科研生產(chǎn)力的角度看，科研人才的研究成果逐漸增多，有一定的發(fā)文量；從科研影響力的角度看，對領(lǐng)域的認識逐步加深、快速提高，能主導(dǎo)或參與部分熱點研究，呈線狀創(chuàng)新。在成長期，科研人才對領(lǐng)域認知形成了正反饋，科研創(chuàng)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(fā)展方向基本確定，研究方向也明確。在成熟期，科研人才對領(lǐng)域的認識越加深入，形成了系統(tǒng)、體系化的研究。從科研生產(chǎn)力的角度看，科研人才成果產(chǎn)出處在較高的水平；從科研影響力的角度看，對領(lǐng)域的認知處在較高水平，能主導(dǎo)或參與領(lǐng)域研究前沿?？蒲腥瞬挪粩鄰娀瘜ρ芯款I(lǐng)域的認知，科研創(chuàng)新力達到峰值階段。

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

2.3 科研人才創(chuàng)新力生命周期實證

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

2014年，湯森路透集團對21個大學(xué)科領(lǐng)域2002—2012年被SCI收錄的論文進行分析，將各領(lǐng)域同一年度他引頻次在前1%的論文進行統(tǒng)計排名，據(jù)此發(fā)布了2014年全球“高被引科學(xué)家”名單，中國(含港澳)共有134名科學(xué)家入選，排名世界第四[26-27]。本文以湯森路透集團Web of Science數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源，搜索2014年中國“高引科學(xué)家”自畢業(yè)之后的歷年發(fā)文情況，去除部分信息不全的學(xué)者，經(jīng)整理共搜集到84名中國高引科學(xué)家共計16813篇文章相關(guān)數(shù)據(jù)。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(xué)科學(xué)和技術(shù)研究中心(CWTS)基于愛思唯爾的Scopus數(shù)據(jù)庫計算出來的去除學(xué)科影響的期刊影響因子，適用于跨學(xué)科領(lǐng)域期刊的質(zhì)量比較。

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

圖2 中國高引科學(xué)家平均科研生產(chǎn)力變化趨勢圖

圖3 中國高引科學(xué)家平均科研影響力變化趨勢圖

圖4 中國高引科學(xué)家科研創(chuàng)新力變化趨勢圖

從上述實例可知，科研人才從畢業(yè)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(chuàng)新力也會有所不同?？蒲腥瞬懦砷L一般需要經(jīng)歷萌芽期、成長期、成熟期、衰退期幾個階段?？蒲杏绊懥?、科研生產(chǎn)力是影響科研創(chuàng)新力的關(guān)鍵因素，但如何作用、怎樣影響還需進一步分析。

3 生態(tài)進化模型下的科研人才生命周期

3.1 模型構(gòu)建

由于研究領(lǐng)域的未知性，科研人才對同一領(lǐng)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(xù)深化研究，拓展研究領(lǐng)域的角度來看，同一領(lǐng)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(lǐng)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(tài)學(xué)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(lǐng)域的人員在不斷相互競爭，適者生存，這就類似于生態(tài)系統(tǒng)中的種群動態(tài)競爭過程。

對于不同種群的協(xié)同進化，Lotka(1925)和Volterra(1926)構(gòu)建了Lotka-Volterra模型，用于模擬生態(tài)學(xué)中種群的動態(tài)競爭關(guān)系。借鑒Lotka-Volterra模型，考慮兩類科研人才x1、x2之間的協(xié)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(gòu)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(tài)變量和控制參數(shù)賦予初始值，假設(shè)科研人才總數(shù)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(shù)σ的關(guān)系。取x10=10,x20=6，r1=0.5,r2=0.5，當(dāng)科研人才雙方的科研影響替代系數(shù)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，科研人才成長的穩(wěn)定平衡狀態(tài)與科研影響替代系數(shù)σ密切相關(guān)，而達到平衡所需時間與科研影響替代系數(shù)σ關(guān)系不顯著。當(dāng)其中一方σ≥1時，最終的穩(wěn)定平衡狀態(tài)必然是所有科研人才都選擇同一研究路徑開展研究。而當(dāng)雙方σ<1時，最終的穩(wěn)定平衡狀態(tài)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(shù)與σ相關(guān)，且穩(wěn)定平衡狀態(tài)時總?cè)藬?shù)大于初始時從事這一領(lǐng)域研究的科研人才總數(shù)。

(2)科研人才成長與科研生產(chǎn)力r的關(guān)系。取x10=10,x20=6，σ12=0.8,σ21=0.8，當(dāng)科研人才雙方的科研生產(chǎn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)，科研生產(chǎn)力對科研人才成長的穩(wěn)定平衡狀態(tài)影響不顯著，達到穩(wěn)定平衡所需時間與|r1-r2|正相關(guān)，當(dāng)兩種研究路徑科研生產(chǎn)力相近時，越容易引發(fā)科研人才對不同研究路徑的思考和探討，因而達到穩(wěn)定平衡狀態(tài)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(guān)系。取r1=0.5,r2=0.5，σ12=0.8,σ21=0.8，當(dāng)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(jié)果發(fā)展，初始科研人才x0對科研人才成長的穩(wěn)定平衡狀態(tài)影響不顯著，達到平衡時間與科研人才|x10-x20|值負相關(guān)；拐點值與x0相關(guān)，拐點值大小與|x10-x20|正相關(guān)。

科研人才團隊的成長經(jīng)歷了萌芽期、成長期、成熟期和衰退期，最終達到穩(wěn)定平衡狀態(tài)。仿真結(jié)果表明，科研影響替代系數(shù)、科研生產(chǎn)力和初始科研人才團隊是影響科研人才成長的關(guān)鍵因素?？蒲杏绊懱娲禂?shù)決定科研人才成長的穩(wěn)定平衡狀態(tài)，科研生產(chǎn)力與初始科研人才團隊決定了達到穩(wěn)定平衡狀態(tài)所需時間。

圖5 科研人才成長與科研影響力的關(guān)系仿真示意圖

圖6 科研人才成長與科研生產(chǎn)力的關(guān)系仿真示意圖

圖7 科研人才成長與初始科研人才的關(guān)系仿真示意圖

4 結(jié)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(huán)境等影響。通過對生態(tài)進化模型下的科研人才生命周期分析研究，發(fā)現(xiàn)科研人才成長的三個關(guān)鍵要素：科研影響力、科研生產(chǎn)力和初始團隊。科研人才成長與科研影響力、科研生產(chǎn)力及初始科研人才密切相關(guān)，其中科研影響力直接決定科研人才的成長質(zhì)量，能否發(fā)表有影響力的成果是決定其前途的關(guān)鍵；而科研生產(chǎn)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(fā)布科研成果，組建團隊聯(lián)合開展研究能夠加速推動研究領(lǐng)域的發(fā)展。

我國正處在從論文大國向科研強國轉(zhuǎn)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(chuàng)新型國家建設(shè)提供有力支撐?；诖耍岢鲆韵氯c建議：

第一，進一步優(yōu)化科研考核體系，堅持質(zhì)量優(yōu)于數(shù)量。營造穩(wěn)定、寬松的科研環(huán)境，從數(shù)量先導(dǎo)的粗放式一刀切考核模式向質(zhì)量優(yōu)先的長周期考核模式轉(zhuǎn)變。建立分類考核機制，根據(jù)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(xué)術(shù)研究，瞄準(zhǔn)領(lǐng)域最前沿攻關(guān)，少做補丁式、跟蹤式創(chuàng)新，為科研人才開展原始創(chuàng)新、出重大成果創(chuàng)造條件。

第二，搭建平臺，給人才成長空間。我們正處在大科學(xué)時代，重大研究項目普遍研究目標(biāo)宏大，多學(xué)科交叉。集體攻關(guān)、分工合作的團隊作戰(zhàn)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(zhuǎn)變；在人才培養(yǎng)上，圍繞引進人才搭建平臺，凝聚團隊，從大水漫灌式的統(tǒng)一支持向噴灌滴灌式的按需支持轉(zhuǎn)變。

第三，著眼長久，注重青年人才引育?？蒲腥瞬殴ぷ?年左右后，一般進入了科研生產(chǎn)力、科研影響力的快速提升階段，是最有創(chuàng)新激情和創(chuàng)新能力的群體。從人才引育上，重點關(guān)注35歲左右的青年拔尖人才，為其成長創(chuàng)造寬松的氛圍條件。