物理學(xué)和化學(xué)熱點(diǎn)論文的跨學(xué)科性分析

成心月 劉逸云 葉鷹

摘? ?要：文章以布里淵指數(shù)（BI）和Hill型測(cè)度（HI）作為測(cè)度指標(biāo)，對(duì)ESI數(shù)據(jù)庫(kù)2017-2018年物理和化學(xué)兩個(gè)學(xué)科的熱點(diǎn)論文的跨學(xué)科性進(jìn)行了分析。研究結(jié)果表明物理和化學(xué)學(xué)科熱點(diǎn)論文的BI值和HI值均不大，BI值小于2，HI值小于9?；瘜W(xué)學(xué)科熱點(diǎn)論文的跨學(xué)科性測(cè)度值略高于物理學(xué)學(xué)科，物理和化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)論文都引用了除自身學(xué)科領(lǐng)域外的其他至少一個(gè)學(xué)科的文獻(xiàn)，大部分論文的參考文獻(xiàn)所跨學(xué)科數(shù)目在6-10個(gè)之間。

關(guān)鍵詞：跨學(xué)科研究;跨學(xué)科性;信息計(jì)量

中圖分類(lèi)號(hào)：G250.2? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?DOI：10.11968/tsyqb.1003-6938.2020043

Abstract Two indicators， Brillouin's index （BI） and Hill-type index（HI）， are applied to measure interdisciplinarity. Based on the data from the ESI database 2017-2018， the research reveals that the BI and HI values of hot papers in physics and chemistry are not very high， with BI<2 and HI<9. The interdisciplinarity of hot papers in chemistry is slightly higher than that in physics. Both hot papers in physics and chemistry cite papers from at least one subject other than their own subject areas. Most of the hot papers have a cross-disciplinary number of 6-10 in their references.

Key words interdisciplinary research; interdisciplinarity; information measurement

1? ?引言

學(xué)科之間的發(fā)展變化形成了學(xué)科之間的相互作用，并引發(fā)出“跨學(xué)科”研究?！翱鐚W(xué)科（interdisciplinary）”一詞最初于20世紀(jì)20年代作為非正式表達(dá)被美國(guó)社會(huì)科學(xué)研究理事會(huì)用來(lái)形容包含兩個(gè)或兩個(gè)以上學(xué)科的研究，后來(lái)為大眾所接受并在90年代興起了針對(duì)“跨學(xué)科”研究[1]，也稱(chēng)為交叉學(xué)科（cross-disciplinary）或多學(xué)科（multidisciplinary）研究。其內(nèi)涵既有“包含或涉及多個(gè)學(xué)科的某項(xiàng)研究”，也有“交叉學(xué)科形成的學(xué)科群體”，還有“研究跨學(xué)科規(guī)律和方法的高層次學(xué)科”[2]。在信息計(jì)量領(lǐng)域，跨學(xué)科性常被用于考察論文、期刊涉及學(xué)科的多樣性、專(zhuān)業(yè)性、學(xué)科之間的交叉程度，或者個(gè)人、機(jī)構(gòu)的發(fā)文及合作分布。

跨學(xué)科性研究有許多的方法和測(cè)度指標(biāo)，如1985年，Porter和Chubin[3]曾采用COC（Citation Outside Category）作為發(fā)文的專(zhuān)業(yè)度測(cè)度指標(biāo);2007年P(guān)orter等[4]使用專(zhuān)門(mén)度（Specialization）以測(cè)度作者發(fā)文的學(xué)科專(zhuān)業(yè)性;2009年楊良斌等[5]以生物和材料等領(lǐng)域的8個(gè)研究主題為關(guān)鍵詞，分別計(jì)算其跨學(xué)科性的多樣度、專(zhuān)門(mén)度、交叉度和合作度，驗(yàn)證得出學(xué)科交叉度的有效性;2015年和晉飛和房俊民[6]以圖靈獎(jiǎng)獲得者為例，提出新的作者發(fā)文專(zhuān)業(yè)度指標(biāo)計(jì)算方法，對(duì)Porter發(fā)文專(zhuān)門(mén)度的不足進(jìn)行改進(jìn);2016年黃穎等[7]提出基于引用關(guān)系的目標(biāo)學(xué)科專(zhuān)業(yè)度、學(xué)科集成度、學(xué)科擴(kuò)散度的測(cè)算方法，并以2005-2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)學(xué)者的論文為材料對(duì)方法進(jìn)行驗(yàn)證。

物理和化學(xué)是自然科學(xué)的兩大基礎(chǔ)學(xué)科，研究基數(shù)比較大，同時(shí)它們也是聯(lián)系較為緊密的兩大學(xué)科，物理和化學(xué)常作為典型學(xué)科用來(lái)研究自然科學(xué)。ESI（The Essential Science Indicators database，基本科學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)）是基于Web of Science（WoS）核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)的深度分析工具，是目前普遍用于衡量科學(xué)研究績(jī)效、跟蹤科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)的基本分析評(píng)價(jià)工具。ESI作為全球公認(rèn)的判斷學(xué)科發(fā)展水平的重要參照之一，是當(dāng)今普遍用以評(píng)價(jià)大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)國(guó)際學(xué)術(shù)水平及影響力的重要參照指標(biāo)。ESI提供最近11年的滾動(dòng)數(shù)據(jù)，每?jī)蓚€(gè)月更新一次，針對(duì)22個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，通過(guò)論文產(chǎn)出和引文影響力等指標(biāo)多角度對(duì)國(guó)家/地區(qū)科研水平、機(jī)構(gòu)學(xué)術(shù)聲譽(yù)、科學(xué)家學(xué)術(shù)影響力以及期刊學(xué)術(shù)水平進(jìn)行全面衡量[8]。本文以ESI數(shù)據(jù)庫(kù)評(píng)選的物理和化學(xué)學(xué)科的熱點(diǎn)論文為研究對(duì)象進(jìn)行跨學(xué)科研究，期望通過(guò)對(duì)它們涉及學(xué)科的多樣性分布和差異進(jìn)行比較，分析得到各自學(xué)科的研究熱點(diǎn)與其他學(xué)科的關(guān)系。

2? ?數(shù)據(jù)與方法

本部分內(nèi)容具體涉及數(shù)據(jù)及采集方法，研究方法涉及跨學(xué)科性測(cè)度、學(xué)科豐富性、學(xué)科分布網(wǎng)絡(luò)及可視化方法等。

2.1? ? 數(shù)據(jù)及采集方法

本文數(shù)據(jù)源于WoS數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)十年累積而成的ESI數(shù)據(jù)庫(kù)，我們從中獲取熱點(diǎn)論文（Hot Paper）。ESI數(shù)據(jù)庫(kù)判定的熱點(diǎn)論文指在發(fā)表后不久，相對(duì)于同一領(lǐng)域、同一時(shí)代的其他論文被大量引用的論文。更準(zhǔn)確地說(shuō)，它們是過(guò)去兩年發(fā)表的論文，在最近兩個(gè)月里被多次引用，在同一領(lǐng)域的論文中引用排名前0.1%。由于一個(gè)學(xué)科的所有論文數(shù)量常常過(guò)于龐大，熱點(diǎn)論文集合則成為一個(gè)更便于分析操作的對(duì)象。同時(shí)熱點(diǎn)論文代表了當(dāng)前人們關(guān)注的重點(diǎn)，對(duì)于前沿研究具有很強(qiáng)的時(shí)效性，能夠很好地展示研究趨勢(shì)。

本文的數(shù)據(jù)類(lèi)型僅包括論文。因ESI數(shù)據(jù)庫(kù)每?jī)蓚€(gè)月更新一次，本文數(shù)據(jù)為ESI數(shù)據(jù)庫(kù)于2019年3月14日更新的數(shù)據(jù)，所以本文研究的熱點(diǎn)論文集合是在2017-2018年間發(fā)表的且在2019年前2個(gè)月引文量達(dá)到學(xué)科前0.1%的論文，其中物理學(xué)206篇，化學(xué)341篇。在此基礎(chǔ)上，從ESI數(shù)據(jù)庫(kù)下載的熱點(diǎn)論文數(shù)據(jù)中選擇“Accession Number”，即WOS編號(hào)作為檢索條件，在WoS數(shù)據(jù)庫(kù)中下載其全記錄與引用的參考文獻(xiàn)作為進(jìn)一步研究跨學(xué)科性的數(shù)據(jù)集。以化學(xué)為例，檢索式為“UT=WOS：000404351500035 OR WOS：000402691800005 OR …”。數(shù)據(jù)下載時(shí)間為2019年3月26日。

通過(guò)其引用的參考文獻(xiàn)所屬的學(xué)科分類(lèi)來(lái)計(jì)算論文的跨學(xué)科性是文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)中一種較為常見(jiàn)的跨學(xué)科性分析方法。由于WoS提供的參考文獻(xiàn)數(shù)據(jù)并不包含學(xué)科分類(lèi)，因而本文選取了JCR（Journal Citation Report）提供的期刊-學(xué)科分類(lèi)對(duì)照表作為獲取論文學(xué)科分類(lèi)的依據(jù)。但由于參考文獻(xiàn)中部分文獻(xiàn)未被WoS收錄，如網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)、未被SCI/SSCI/A&HCI收錄的期刊論文等，加之考慮到不同數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)科分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的差異性，無(wú)法將其他數(shù)據(jù)庫(kù)的文章按WoS學(xué)科分類(lèi)進(jìn)行標(biāo)注，基于此，我們將這部分?jǐn)?shù)據(jù)剔除。此外，去除掉參考文獻(xiàn)為空的熱點(diǎn)論文，得到物理學(xué)學(xué)科有效熱點(diǎn)論文共201篇，化學(xué)學(xué)科共337篇。如果參考文獻(xiàn)所屬期刊被JCR收錄，則認(rèn)為該參考文獻(xiàn)為有效參考文獻(xiàn)。物理學(xué)學(xué)科熱點(diǎn)論文保留參考文獻(xiàn)期刊有效信息后的有效參考文獻(xiàn)量為23795條，化學(xué)學(xué)科為48587條。物理學(xué)熱點(diǎn)論文平均有效參考文獻(xiàn)數(shù)為118篇，化學(xué)熱點(diǎn)論文平均有效參考文獻(xiàn)數(shù)為144篇（研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)集描述見(jiàn)表1）。

2.2? ? 跨學(xué)科性測(cè)度研究

基于引文的跨學(xué)科性測(cè)度最常用的指標(biāo)是布里淵指數(shù)（Brillouins Index，BI），其基礎(chǔ)是Shannon在1948年所提出的信息熵概念[9]，布里淵于1956年對(duì)其進(jìn)行整理，形成以測(cè)定信息熵或傳播過(guò)程中的不確定性為基礎(chǔ)的布里淵指數(shù)[10]，計(jì)算公式見(jiàn)式（1））：

此外，有學(xué)者認(rèn)為跨學(xué)科性主要包括三個(gè)屬性，即豐富性（variety）、均衡性（balance）和差異性（disparity）[14]。其中，豐富性是指跨學(xué)科研究所涉及的學(xué)科種類(lèi)的多少。如果跨學(xué)科研究涉及的學(xué)科種類(lèi)較多，那豐富性就高。對(duì)一篇論文而言，豐富性指論文引用參考文獻(xiàn)中包含學(xué)科的數(shù)量[15]。本文用論文引用參考文獻(xiàn)中包含學(xué)科的數(shù)量作為豐富性的測(cè)度指標(biāo)。學(xué)科分類(lèi)不同代表著研究方向的差別。學(xué)科跨度揭示了某一學(xué)科跨學(xué)科研究中其他學(xué)科分布的均勻性，學(xué)科跨度較大就表示論文引用的學(xué)科分布較廣。本文對(duì)學(xué)科跨度的處理結(jié)合可視化進(jìn)行。

兼顧簡(jiǎn)單性和數(shù)據(jù)可獲得性，本文利用BI指數(shù)和HI指數(shù)來(lái)計(jì)算物理化學(xué)熱點(diǎn)論文的跨學(xué)科性特征，并用豐富性和學(xué)科跨度作為補(bǔ)充測(cè)度。在此基礎(chǔ)上，本文借助VOSviewer可視化軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行展示。

3? ?結(jié)果分析

3.1? ? ?跨學(xué)科性

采用BI指數(shù)和HI指數(shù)計(jì)算得出跨學(xué)科測(cè)度值結(jié)果（見(jiàn)表2）。

表中列出了物理和化學(xué)兩個(gè)學(xué)科熱點(diǎn)論文的參考文獻(xiàn)數(shù)范圍、涉及學(xué)科數(shù)目范圍、學(xué)科總數(shù)范圍以及BI指數(shù)和HI指數(shù)測(cè)量出的跨學(xué)科范圍與平均值。其中，布里淵指數(shù)的取值范圍為0到∞，HI指數(shù)的取值范圍為1到∞，可以看出物理與化學(xué)兩個(gè)學(xué)科熱點(diǎn)論文的BI值和HI值不大，化學(xué)學(xué)科熱點(diǎn)論文的跨學(xué)科性略高于物理學(xué)學(xué)科。

3.2? ? 豐富性

物理學(xué)201篇熱點(diǎn)論文的參考文獻(xiàn)共涉及84個(gè)學(xué)科，化學(xué)學(xué)科337篇熱點(diǎn)論文的參考文獻(xiàn)共涉及107個(gè)學(xué)科。平均每篇物理學(xué)熱點(diǎn)論文涉及0.42個(gè)學(xué)科，平均每篇化學(xué)學(xué)科熱點(diǎn)論文涉及0.32個(gè)學(xué)科，就豐富性而言，兩者豐富性差異不大。

由物理學(xué)和化學(xué)熱點(diǎn)論文參考文獻(xiàn)所涉及學(xué)科數(shù)目分布（見(jiàn)表3）?？芍瘜W(xué)學(xué)科每篇熱點(diǎn)論文引用的參考文獻(xiàn)數(shù)目范圍在2-38個(gè)學(xué)科之間（含化學(xué)），高于物理學(xué)的2-27個(gè)學(xué)科（含物理）。無(wú)論是物理還是化學(xué)，絕大多數(shù)熱點(diǎn)論文參考文獻(xiàn)涉及的學(xué)科數(shù)目分布在2到15個(gè)之間，只有極少數(shù)的論文參考文獻(xiàn)涉及的學(xué)科數(shù)目達(dá)到15以上。物理學(xué)和化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)論文都引用了除自身學(xué)科領(lǐng)域外的其他至少一個(gè)學(xué)科的文獻(xiàn)，大部分論文的參考文獻(xiàn)所跨學(xué)科數(shù)目在6-10個(gè)之間。

3.3? ? 基于引文網(wǎng)絡(luò)的學(xué)科知識(shí)流動(dòng)與跨度

不同的學(xué)科分類(lèi)代表著不同的研究方向。物理學(xué)熱點(diǎn)論文除了本學(xué)科以外，主要還會(huì)引用天文學(xué)與天體物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)、光學(xué)、工程學(xué)和能源與燃料學(xué)等學(xué)科的相關(guān)研究成果。物理學(xué)熱點(diǎn)論文引用其他學(xué)科論文時(shí)，均衡性低，天文學(xué)與天體物理學(xué)引用最多，占比13.98%（見(jiàn)圖1），其他如考古學(xué)、人口統(tǒng)計(jì)學(xué)、動(dòng)物學(xué)等引用極少，基本可以忽略不計(jì)。

化學(xué)熱點(diǎn)論文的參考文獻(xiàn)除了本學(xué)科之外，主要分布在材料科學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)、能源與燃料學(xué)、電化學(xué)、環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)、高分子學(xué)和生物化學(xué)與分子生物學(xué)等學(xué)科?；瘜W(xué)熱點(diǎn)論文引用其他學(xué)科論文時(shí)，均衡性同樣較低，材料科學(xué)引用最多，占比13.79%，其他如麻醉學(xué)、行為科學(xué)、傳染病學(xué)等引用很少，基本可以忽略不計(jì)。值得注意的是，物理和化學(xué)兩個(gè)學(xué)科領(lǐng)域熱點(diǎn)論文的參考文獻(xiàn)在對(duì)方領(lǐng)域中所占百分比接近，均在9%左右（見(jiàn)圖2）。

學(xué)科之間的相互引用現(xiàn)象體現(xiàn)了二者之間的一種知識(shí)流動(dòng)。本文的知識(shí)流動(dòng)圖用VOSviewer 1.6.8制作完成。物理學(xué)化學(xué)熱點(diǎn)論文跨學(xué)科知識(shí)流動(dòng)的總圖中每個(gè)節(jié)點(diǎn)代表不同的學(xué)科，節(jié)點(diǎn)的大小表示學(xué)科知識(shí)的流入和流出總量（見(jiàn)圖3），即學(xué)科的施引次數(shù)和被引次數(shù)總和，且包括自引次數(shù)，我們視其為學(xué)科的知識(shí)流動(dòng)總量。節(jié)點(diǎn)之間的連線(xiàn)反映學(xué)科之間的知識(shí)流動(dòng)情況，連線(xiàn)的粗細(xì)則代表流動(dòng)的大小，連線(xiàn)不區(qū)分施引還是被引。此圖可以提供其他學(xué)科與物理學(xué)和化學(xué)學(xué)科之間的總體知識(shí)流動(dòng)情況。

由熱點(diǎn)論文的跨學(xué)科知識(shí)流動(dòng)圖可以看出，物理學(xué)與化學(xué)學(xué)科與其他學(xué)科之間存在著廣泛的引用關(guān)系，但物理學(xué)和化學(xué)熱點(diǎn)論文引用其他學(xué)科論文時(shí)，均衡性低，表現(xiàn)在主要的引用關(guān)系還是存在于主要的幾個(gè)學(xué)科之間，如材料科學(xué)、天文學(xué)與天體物理學(xué)、能源與燃料學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)、環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)、高分子科學(xué)和生物化學(xué)與分子生物學(xué)等學(xué)科之間。

物理學(xué)和化學(xué)熱點(diǎn)論文跨學(xué)科知識(shí)流入圖中節(jié)點(diǎn)之間的連線(xiàn)反映物理學(xué)和化學(xué)學(xué)科之間的知識(shí)流入情況，連線(xiàn)的粗細(xì)則代表流動(dòng)的大小，連線(xiàn)表示物理學(xué)或化學(xué)學(xué)科對(duì)其他學(xué)科的施引次數(shù)（物理學(xué)或化學(xué)學(xué)科對(duì)其他學(xué)科知識(shí)的引用情況（見(jiàn)圖4、圖5）。

4? ?討論與結(jié)論

本文使用跨學(xué)科研究方法分析獲得的ESI數(shù)據(jù)庫(kù)里2017-2018年度物理學(xué)和化學(xué)兩個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的熱點(diǎn)論文之跨學(xué)科特征包括：

（1）物理與化學(xué)兩個(gè)學(xué)科熱點(diǎn)論文的BI值和HI值不大，化學(xué)學(xué)科熱點(diǎn)論文的跨學(xué)科性略高于物理學(xué)學(xué)科。

（2）就豐富性而言，物理和化學(xué)學(xué)科熱點(diǎn)論文跨學(xué)科豐富性差異不大。物理和化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)論文都引用了除自身學(xué)科領(lǐng)域外的其他至少一個(gè)學(xué)科的文獻(xiàn)，大部分論文的參考文獻(xiàn)所跨學(xué)科數(shù)目在6-10個(gè)之間。

（3）物理學(xué)熱點(diǎn)論文除了本學(xué)科以外，主要還會(huì)引用天文學(xué)與天體物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)、光學(xué)、工程學(xué)等學(xué)科的相關(guān)研究成果;化學(xué)熱點(diǎn)論文的參考文獻(xiàn)除了本學(xué)科之外，主要分布在材料科學(xué)、物理學(xué)、工程學(xué)、能源與燃料學(xué)、電化學(xué)、環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)、高分子科學(xué)和生物化學(xué)與分子生物學(xué)等學(xué)科。

本文因數(shù)據(jù)造成的研究局限主要包括三個(gè)方面：

（1）部分熱點(diǎn)論文的部分參考文獻(xiàn)所在期刊未被WoS數(shù)據(jù)庫(kù)收錄，本文在收集研究方向時(shí)刪除了這部分?jǐn)?shù)據(jù)，可能會(huì)引起誤差。

（2）本文僅在自然科學(xué)領(lǐng)域選取了物理學(xué)和化學(xué)兩個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域的熱點(diǎn)論文進(jìn)行分析，其它學(xué)科的跨學(xué)科性分析有待于進(jìn)一步研究，后續(xù)可對(duì)更多的自然科學(xué)學(xué)科進(jìn)行測(cè)度并加以比較;

（3）本文僅從參考文獻(xiàn)角度進(jìn)行考慮，而未考慮施引文獻(xiàn)，所刻畫(huà)的知識(shí)流動(dòng)只有從物理學(xué)或化學(xué)參考其他學(xué)科文獻(xiàn)的知識(shí)輸入，而沒(méi)有體現(xiàn)向其他學(xué)科的知識(shí)輸出情況，因而是單向的知識(shí)流動(dòng)，全面性有待進(jìn)一步研究。

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作者簡(jiǎn)介：成心月，女，南京大學(xué)信息管理學(xué)院碩士研究生，研究方向：定量信息分析;劉逸云，女，南京大學(xué)信息管理學(xué)院碩士研究生，研究方向：定量信息分析;葉鷹，男，南京大學(xué)信息管理學(xué)院教授，研究方向：定量信息分析、數(shù)據(jù)分析與科學(xué)計(jì)量。