全球化与竞争

科学有合作共赢的一面，但同时也有竞争的一面，无论在宏观层面还是微观层面都是如此。在微观层面，个体科学家要通过竞争获得学术科研项目、获得学术或者非学术的工作岗位、发表文章、获取研究经费、争取升职和获取奖项等。全球化通过为科学家提供更多移民的机会从而有可能影响这种竞争的结果。在宏观层面，公众以及政治领导人倾向于将科学家视为可以决定经济或者军事优势的宝贵资源。正是这种观念使得公众乐于去比较国家之间学生的数学成绩和科学成绩、发表文章的数量、专利的数量、获得诺贝尔奖的人数以及其他反映科学家和潜在科学家素质的指标，并开始担忧美国的科学是否正在衰退。作为跨国比较的例子，我们可以看看其中的两个指标：学生的数学成绩和科学成绩以及科学家的文章发表率。

数学成绩和科学成绩。一个经常被引用来说明美国科学不景气的例子是当今美国青年受到的科学教育不足。如美国国家科学院在2007年《未雨绸缪》的报告中表达了对美国当前科学教育可能落后于其他国家的担忧。全球化在此间接地发挥了作用。全球化使得先进的科研成果——包括技术和医学方面的成果——在全球范围内低成本而又迅速地传播：从创造出这些成果的发达国家传播到欠发达国家，并被这些国家使用和传播，促进了这些国家经济的发展。而经济的发展反过来又有利于这些国家教育体制的完善，从而帮助它们培养出更多高产的、具有强大竞争力的科研人才，最终促进了这些国家科学的进步。

美国国家科学院在报告中称，相较其他国家/地区的学生，美国学生在诸如“国际数学与科学教育成就趋势调查”（Trends in International Mathematics and Science Study, TIMSS）、“国际学生评估项目”（Programme for International Student Assessment, PISA）中表现平平。2010年12月发布的2009年PISA分数显示，美国青少年的数学成绩要略低于经济合作与发展组织（OECD）成员国的平均水平，科学成绩也刚好达到平均水平，而中国上海的学生在PISA的阅读、科学和数学三项测试中都名列前茅。这一结果引发了新一轮关于美国学生数学和科学能力的讨论。教育部部长阿恩·邓肯（Arne Duncan）提醒国人把这个结果当作警钟，并对美国教育正在被别国/地区赶超和经济全球化过程中美国面临丧失竞争力的风险表达了担忧。我们的分析是基于PISA 2006年的数据和TIMSS 2007年四年级学生的数据。其中，共有57个国家/地区参加了2006年的PISA调查，36个国家/地区参加了2007年的TIMSS调查。

尽管TIMSS和PISA都是用来评估学龄儿童在数学、科学等多领域的表现，但两者也存在明显的差别。首先，PISA是基于年龄抽样，调查对象是15岁的学生，不考虑学生所在的年级；而TIMSS则是基于年级抽样，调查对象是四年级和八年级的学生，不考虑学生的年龄。因此，各国/地区学制的差异导致参加TIMSS的学生在年龄上不具可比性，同样导致参加PISA的学生在年级上也不具可比性。两种测评方法难分优劣，因为两种方法都只控制了年龄和年级中的一个因素。其次，TIMSS和PISA两个项目的参与国家/地区不同，参照组的变化可能会带来相对结果的不同。因此，某一次美国学生的表现变好了并不一定就是科学能力提高了，也可能是比较的对象不同所引起的。最后，TIMSS和PISA在内容上也存在差异。前者更注重考察具体的技能和知识，而后者更强调学生解决问题和逻辑推理的能力。

要比较不同国家/地区的教育成果，还需要控制国家/地区的经济发展水平，因为更多经济资源的投入势必会带来更高水平的教育产出。基于这点考虑，我们首先用散点图和相关分析的方法分析了不同国家/地区2007年人均GDP与其四年级学生在TIMSS中所取得的平均分之间的关系。为了确保不同国家经济资源的可比性，我们使用了调整过购买力指数的6.3版佩恩表（Penn World Table version 6.3）数据。数学的分析结果见图2－1a，科学的分析结果见图2－1b。图上的每一个点代表一个国家或地区，图中标出了美国以及其他几个国家或地区。在每张图中，我们利用局部加权回归散点平滑法画出了GDP和TIMSS成绩的修匀最优拟合曲线（lowess regression line）。通过最优拟合曲线可以看出，数学成绩和科学成绩在开始的时候随着经济资源的增长而快速提升，但当经济资源增长到一定程度之后曲线变得平缓，即人均GDP的单位增量带来的成绩提升幅度十分微小。

从图2－1a和图2－1b可以看出，在给定的经济发展水平上，美国学生的数学成绩落在最优拟合曲线的下方而科学成绩则位于最优拟合曲线的上方。人均GDP水平跟美国相近的新加坡和中国香港，学生的数学成绩和科学成绩均在最优拟合曲线之上，尤其是数学成绩要远高于平均水平。因此，跟这些国家/地区相比，美国学生的表现略差。

图2－2a和图2－2b呈现了PISA的结果，似乎比TIMSS的结果更不容乐观。用同样的分析方法，我们观察到美国学生的数学成绩和科学成绩均在最优拟合曲线之下，其中数学成绩偏离得更远。2006年PISA数学成绩最好的地区为中国台北，而科学成绩最好的地区则在芬兰。总之，这些图所呈现的基本规律是，尽管美国学生享有更丰富的经济资源，但在数学和科学上的表现却略显平庸。

然而，需要区分的是，美国学生在数学和科学上的表现不如所选定的其他国家/地区并不等于他们的表现不如从前。尽管TIMSS项目1995年才开始，然而，从1995年至2007年短短十几年的时间里，美国四年级和八年级学生的数学成绩一直在提升，科学成绩也保持稳定。PISA的时间轴更短，数学成绩只有2003年、2006年和2009年三年的数据，而科学成绩则只有2006年和2009年两年的数据。然而从数学和科学教育的一些测量指标看，在这段时间美国学生并没有表现出明显的变化，即使有些变动，也是正向的。因此，并没有证据证明近年来美国学生在数学和科学上的表现退步了。

科学家的文章发表率。第二项指标，我们以科学家的文章发表率来衡量科学产出的变动趋势。表2－1的第一列呈现了美国的生物科学、化学科学、物理科学、数学科学四个主要学科领域在1988～1992年和1992～2003年两个时间段文章数量的年均增长率。数据显示出两大规律：第一，除了1988～1992年间的物理科学外，各个学科自1988年之后的文章数量年均增长率均低于科学历史学家德里克·普赖斯（Derek Price）在1963年所发布的历史增长模式下的增长率——约5%～7%。第二，除数学科学外，各个学科在1992～2003年的文章数量年均增长率均低于1988～1992年的增长率。例如，物理科学在1988～1992年的文章数量年均增长率为5.1%，但在1992～2003年间却降至0.3%。尽管降幅没有那么大，但相似的下降趋势同样出现在化学科学（从4.2%降至1.2%）和生物科学（从1.7%降至1.1%）领域。

综上所述，我们观察到美国近年来科研产出增长呈现减缓趋势。尤其值得注意的一点是，1992～2003年科研产出年均增长率最高只有1.4%。正如第1章所述，德里克·普赖斯其实早已预测到了这种增速的放缓，他相信从长远趋势看，科研产出的增长应该遵循逻辑斯蒂曲线增长模式，而不是指数增长模式。所谓逻辑斯蒂增长（logistic growth）指的是在一段急速的增长期之后由于饱和效应（effects of saturation）的影响而出现增速下降的增长模式。

如果说我们正在目睹饱和效应，那么这并不是科学本身已经饱和，而是美国科学已经达到饱和状态。如果将美国近年来科研产出的增长速度跟其他国家/地区进行对比，结果更加引人注目。表2－1还展现了欧盟15国（2004年5月1日前欧盟的成员国）、日本、东亚四个国家/地区（中国大陆、新加坡、韩国和中国台湾）的相关数据。在物理科学、化学科学和生物科学领域，这些国家/地区近年来均经历了科研产出增速放缓的过程，所以美国并不是唯一有此经历的国家。但是，除了1988～1992年在数学科学领域有过唯一一次例外之外，美国在这两个时段内四个学科领域的科研产出增长速度均是最低的。1992～2003年，美国的最高科研产出年均增长率仅为1.4%，而同一时期东亚四个国家/地区在四个学科领域均保持两位数的增长率。尽管科研产出基准水平高使得美国保持高速增长十分困难，但这些结果至少说明美国和其他国家/地区在科研产出上的差距正在不断缩小。

因此，近十年来，美国在科研生产力方面的主导地位在一定程度上有所动摇。几乎所有的主要指标都显示，自1992年以来，几乎在所有领域，美国的科研产出占世界总量的比例一直在下降。就科学领域和工程学领域引用率排名前1%的文章来看，美国在1992年占64.6%，而到了2003年这一比例已经降到了56.6%。与美国的这种下降相对应的是欧盟国家（从23.3%增长到27.7%）、日本（从4.2%增长到5.3%）、东亚其他国家/地区（从0.1%增长到1.1%）以及其他所有国家（从7.8% 增长到9.3%）的增长。根据汤森路透（Thomson Reuters）从科学网（Web of Science）（既包括社会科学的文章也包括自然科学的文章）数据库的统计指数来看，所有文章中至少有一位美国作者参与合著的文章的比例从1981年的40%下降到2009年的29%。然而，截至2009年，在科学网数据库的所有文章中，欧盟和亚洲籍作者的比例（分别为36%和31%）超过了美国。毫无疑问，至少就科学出版物而言，世界其他国家/地区正在赶超美国，而正是全球化推动了这一趋势。

总体而言，我们应该看到，本章所进行的国家/地区之间的各种比较，以及其他研究呈现的美国移民科学家比例不断增长的事实，预示着美国或许真的面临丧失科学领域主导地位的可能性。但这并不意味着美国的科学正在衰退。美国在世界科学领域即将丧失主导地位这一潜在的可能性也许仅仅是因为其他国家的科学水平在全球化的影响下提高了。与之相比，美国科学绝对意义上的衰退所带来的后果将更加严重。因此，在对比美国跟其他国家/地区科学力量的同时，我们还应该弄清楚，跟过去相比美国现在的科学状况究竟如何。换句话说，我们还应该从历史的纵向视角而不仅仅是从国家/地区之间的横向视角来审视美国的科学现状。而这也正是本书剩余部分要做的工作。

在完成了对美国科学自1960年以来各个方面变化的分析之后，我们将在本书的小结部分重新回到全球化如何影响科学这一议题上。在确定了美国科学的变化模式之后，我们最后一项任务将是探讨全球化在这一改变中究竟扮演了怎样的角色。