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跨学科研究中学科交叉度的定量分析探讨
跨学科研究中学科交叉度的定量分析探讨
杨良斌1,2,3金碧辉1
(1中国科学院国家科学图书馆北京100190;2中国科学院研究生院北京100049;
3国际关系学院信息科技系北京100091)
摘要跨学科研究已成为当今科学研究的一大热点,而对于跨学科现象的理论和实践研究却落后于跨学科研究本身。
从文献计量的角度对跨学科进行研究是一个重要的途经,这有利于对跨学科研究的属性和结构获得大致的了解和把握。
在总结和回顾了跨学科研究的历史、概念和方法的基础上,通过基于文献计量的跨学科研究和学科交叉度的相关成果和理论的深入研究,比较分析了主要的学科交叉度指标,提出了跨学科研究理论和实践方面的若干思考和建议。
关键词跨学科学;学科交叉度;共类分析;共词分析;信息转移理论
[分类号]G256
TheQuantitativeAnalysisoftheExtentofDisciplinaryCrossinginInterdisciplinaryResearch
YangLiangbin1,2,3JinBihui1
1(NationalScienceLibrary,ChineseAcademyofSciences,Beijing,100190)
2(GraduateUniversityofChineseAcademyofScience,Beijing,100049)
3(UniversityofInternationalRelations,DepartmentofInformationTechnology,Beijing,100091)
AbstractInterdisciplinaryresearchhasbecomeamajorcontemporaryscientificresearchhotspot,andthetheoryandpracticeofinterdisciplinarycharacteristicshaslaggedbehindtheinterdisciplinaryresearch.Studyinginterdisciplinaryresearchbasedonbibliometricsisanimportantapproach,whichisconducivetounderstandandgraspinterdisciplinaryresearchonthepropertiesandthestructure.Onthebasisofsummarizingandreviewingthehistoryandconceptsandmethodsofinterdisciplinaryresearch,theauthorsdeeplystudytherelativeresultsandtheoryofinterdisciplinaryresearchandtheextentofdisciplinarycrossingbasedonbibliometrics,comparativelyanalyzeofmaincross-disciplinaryindex,andputforwardthetheoreticalandpracticalaspectsofideaandrecommendationsofinterdisciplinarystudy.
KeywordsInterdisciplinarityScience;TheExtentofDisciplinaryCrossing;Co-classificationAnalysis;co-wordanalysis;TheoryofInformationTransfer
1引言
学科间的相互交叉和渗透是当今大科学时代的一大特征。
随着人类对自然现象认识的不断深入,科学研究问题越来越复杂化,在多个学科交叉和汇聚的条件下更有可能获得重要突破。
因此,学科交叉的问题已经不再是凭科学家之间个人兴趣的一种自发的研究行为,而是科技政策所关注的重要问题。
美国科学基金会和美国联邦R&D中心都设有专门的鼓励学科交叉的交叉科学项目,我国科技部的“973”计划项目和国家自然科学基金委员会的重大项目亦在不同程度上鼓励学科的交叉研究。
20世纪80年代以来,随着跨学科研究的发展及其丰硕成果的问世,出现了专门研究跨学科现象、规律和方法的“跨学科学”[1]。
简单来说,跨学科学就是研究跨学科现象、规律的科学;具体而言,就是指解释跨学科现象、指导跨学科实践发展的理论,即以跨学科研究(InterdisciplinaryResearch,简写IDR)为研究对象,以跨学科研究的一般性质特点、关系结构、普遍运动规律和社会功能为主要研究内容,旨在揭示促进跨学科研究实践发展的一般原理、原则和方法。
跨学科通常涉及两门或两门以上学科之间的交叉融合、互相渗透的演进过程。
这种两门或两门以上学科的交叉融合程度,我们称之为学科交叉度。
当今,学科数量成千上万,交叉浩繁广阔,如何探索学科交叉的整体发展动向,把握交叉的一般规律和方法,充分发挥学科交叉在创新中的作用,是当前哲学、科技、教育、管理界共同关注的一个重要而迫切的现实问题。
跨学科研究所涉及到的学科间的交叉融合,必然要求对学科交叉度的计算和表征进行深入研究。
许多科学家从科学学、科技政策和科技管理等角度研究讨论了跨学科现象[2],而本文主要从文献计量学的角度对跨学科现象进行研究,本研究主要以学科交叉度为中心,探讨近二十多年来文献计量学界对于跨学科学所取得的主要的研究成果,并初步探寻跨学科学研究可能的研究路线和方法。
围绕着跨学科学的方方面面,计量学家、科学学家、社会学家等进行了很多卓有成效的研究,本文内容旨在总结和归纳计量学界对于跨学科学的各个主要方面的理论和实践研究。
2跨学科的概念、性质和发展状况的研究
20世纪60年代末,国际上对跨学科研究与跨学科教育进行理论探讨和实验分析的文献越来越多。
1970年9月7日,一个以“跨学科”为主题的国际学术讨论会在法国尼斯大学召开,该会对跨学科研究、跨学科教育问题作了系统、全面探讨,会后出版了文集《跨学科学——大学中的教学和研究问题》[3],标志着对“跨学科”的研究正式确立。
跨学科研究打破了传统的学科界限,帮助传统学科建立新的规则。
Klein提出[4],这一打破学科界限的过程可以被称作通过跨越学科界限对科学知识进行定位、描绘以及再描绘。
作为一种使用知识的方式,跨学科是对定义模糊或是随意界定的学科知识界限的反应,或是对学科发展所引起的学科界限变化的反应。
跨学科可以通过让不同的学科领域建立联系,使得不同知识领域开放融合。
关于跨学科的定义,很多科学家提出了自己的概念和看法[5,6,7,8],如Jones&Merrit[9]认为,跨学科是一种整合来自不同学科知识的能力,这些不同的学科可能对于何为有价值的知识的看法十分不同。
他们把跨学科等同于对于多个单一学科或者多个细分的单一学科的整合(integration),而多学科(multi-disci
plinarity)等同于单一学科的并列,而非整合。
L.H.Hattery[10]亦给出了跨学科的定义,并把跨学科研究视为综合性的研究行为,他认为跨学科研究需要各种不同的学科背景,同时他还研究了跨学科与多学科之间的关系。
通常被广泛接受的定义是由OECD(经济合作与发展组织)在1998年给出的[11],OECD认为,多学科,跨学科和超学科(trans-disciplinarity)在学科间交互(interaction)和整合程度上是依次增强的。
在多学科研究中,多个学科同时并行的研究同一主题,但并没有整合这些学科。
跨学科研究则引起了理论、概念和方法上的创新,并能够获得更多的整合的结果。
超学科研究走得更远,它不仅要整合这些学科,而且要研究这些学科的会聚程度。
与此类似,美国科学院报告(2005)也认为,跨学科研究是一种团队或个人的研究模式,这种模式是从两个或多个专门知识和研究实践的实体中通过整合观点、概念、理论、工具、技术、信息和数据而完成的,它的目的在于深入理解和解决超出单个研究领域的科学问题。
可见,OECD与美国科学院在跨学科研究的定义上基本是一致的。
1985年我国以首届交叉科学学术讨论会在北京召开为标志,国内的跨学科学研究源自20世纪80年代。
在跨学科研究方面国内也已经出版了较多专著,如1989年李光、任定成主编的《交叉科学导论》[12],1991年解恩泽等主编的《交叉科学概论》[13],这些书籍就当代科学新特征、跨学科研究历史与现状、跨学科的特征、类型、机制、功能、管理、人才、发展趋势等做出了论述和总结。
1997年金吾伦主编的《跨学科研究引论》[14]一书,提出了跨学科知识成长的模式的相关观点,该书一个基本观点是:
当代人类所面临的重大问题的高度综合性和跨学科性,决定了首先是自然科学与人文社会科学必须密切结合,实行多种形式的跨学科研究,此书的这些观点值得关注。
在论文方面,王续琨[15]认为交叉学科与边缘学科、综合学科、横向学科有程度不同的重叠关系但不完全等同,并提出交叉科学具有整合性等特征。
李喜先[16]论述了交叉科学的起源和演化、涵义、结构和功能、形成机制、发展趋势等,主要论及到我国交叉科学发展状况,并建议国家要大力地发展交叉科学。
从以上引述可知,国际上大约在20世纪70到80年代这段时期内,出版了大量的专著和论文,主要就是讨论跨学科的性质、概念等初始的研究,也可以说这段时期是跨学科学研究的初期,奠定了跨学科学的研究基础,而国内则是在20世纪80年代陆续进行这一研究的。
3跨学科的学科间信息转移理论及转移模式的研究
信息转移是指信息从一个主体(如科学家、论文、期刊和学科等)转移到另一个主体的一种信息流动方式,这里的“转移”并不是指被转移信息的主体在信息转移后就不存在原信息,而是对于信息转移受体而言,通过信息转移后信息转移受体本身的信息量增加了。
当今世界,学科与学科之间的相互依赖、相互渗透日益紧密、不断加强,这种学科间依赖程度日益加强的过程,也就是信息从一门学科到另一门学科的转移过程。
由表1可以看到,我们可以将某学科领域中的信息流的输入(引用参考文献)和信息流的输出(被其他文献引用)看成该学科领域的信息转移过程,从而构建信息转移模型。
从信息转移的角度来看,我们可以认为,跨学科研究之所以形成,是由于其它学科的信息转移进入到该学科并进行了整合的结果,这里信息转移的实体实质上就是学科间的引文流的流动,引文流的流动意味着信息流的输入和输出,也就表明了信息发生了转移。
许多科学家提出了借助于研究领域间的引文流的方法[17,18,19,20]对跨学科的学科间的信息转移进行研究。
根据跨学科的信息转移理论,跨学科研究的形成过程就是外部信息的输入、输入的信息成为知识、知识经过整合以及学科交叉融合的过程。
SydneyJ.Pierce[21]总结提出了三种信息转移模式:
借用(Borrowing),论文合作(Collaboration)和跨界研究(BoundaryCrossing),并且SydneyJ.Pierce认为交叉学科的信息转移模式主要就是上述三种模式。
借用是指研究者借用其他学科的理论和方法,并把它们引入自己所研究的学科文献;论文合作是指研究者与其他学科的研究者合作并在自己所研究的学科领域发表论文;跨界研究是指研究者发表论文在其他学科文献上,也就是输出理论和方法到其他学科领域。
这三种信息转移模式先后都有很多学者加以研究。
如Liu[22]认为,可以通过追踪信息借用(Borrowing)的例子来研究跨学科的信息转移。
另外,通过对不同学科间的研究者科学合作情况的研究,也可以开展论文中的跨学科研究[23]。
同时,在一些学科中,Qin发现科学合作本身是与更高的学科交叉性相关的[24]。
4跨学科研究的基本方法——共类分析和共词分析
共类分析(co-classificationanalysis)是基于文献计量的跨学科学的一种基本研究方法。
共类分析方法是将论文所在的期刊归属到主题类别(subjectcategory),再将主题类别归属到更大的学科类别(领域)的一种研究方法。
具体来说,“类”是指数据库的文献标题字段分类,类似于知识分类体系中的“研究主题”、“专业”、“子领域”或“领域”等类别。
一般认为,同一论文或期刊有可能会归属到很多不同的主题类别,从而反映出这些论文或期刊的学科交叉性。
这种共类分析方法从20世纪80年代开始就有人陆续提出并在21世纪初期逐渐成熟起来。
科学家们已经提出了许多用于研究交叉学科的基于数据库文件的共类分析方法的计量学指标[25,26]。
Katz和Hicks[27]研究了共类分析方法,并把ISI的学科分类表作为分类标准,他们对其改进使其用于辨识交叉学科期刊中的期刊团(groups),他们的分类方法区分了不同程度的交叉学科期刊:
领域内期刊,学科内期刊和多学科期刊。
他们的方法对于研究一个国家全部科学的科研活动概貌比较有效。
F.Morillo等[28]应用共类分析方法,分析了ISI的类别下的多类别期刊、类别外的参考文献和引证文献模式、不同计量学指标的收敛问题,并确定了用于测度交叉学科的恰当的指标。
共词分析(co-wordanalysis)是另一种跨学科学的基本研究方法。
共词分析主要以论文关键词或数据库关键词为共现单元,对其在该领域的全部文献中的共现频次进行统计,共现频次表示主题领域或子领域之间的关联程度,频次越高表明主题领域或子领域间的关联强度越高,其关系越亲近,反之则越疏远。
在用其表征学科交叉性时,则分析同一关键词同时在不同主题领域或子领域文献中出现的情况,该研究领域的学科交叉性同时由共现频次高的领域及其数量表现出来。
例如,对于某一跨学科领域文献集,如果某一关键词同时高频次的出现在物理领域和化学领域,那么就可以认为该领域是由物理和化学两个子领域相互交叉形成的跨学科领域。
已经有很多计量学家[29,30,31,32,33,34,35]在共词分析的基础上提出了很多计量学指标并由此对某些科学子领域作了科学图谱分析。
5跨学科的学科交叉度的研究
当前,虽然我们还没有恰当的成熟的指标来测度跨学科研究,但是根据跨学科研究的特性,已经有大量的文献计量学方法用于评估不同学科领域和子领域之间的跨学科关联的结构和动力,并且有一些类型的指标可以用来比较研究领域或国家,也可以用于追踪学科随时间的变化情况,还可用于探索新领域中即将出现的高度交叉的学科。
这里,笔者仅介绍一些主要的以计量学方法为主的直接的或间接的测度了学科交叉度的计量学指标。
5.1布里渊指标(Brillouin’sIndex)
布里渊(Brillouin)于1956年根据信息论中的信息熵计算原理,提出了用于测度一条消息中所包含的信息量的布里渊指标[36]。
布里渊指标的表达式为
,其中
是布里渊指标,
是总的观测总数,
是观测数中的类别
的数量。
实质上,布里渊指标就是用于测度不确定度的。
可以证明[37,38],
是一个很恰当的多样性测度指标,
越大或观测数中的类别越多并且观测对象在类别中分布越均匀时,
值越大,从而表明该观测对象的多样性程度越高。
起初,Krebs[39]将布里渊指标用于生态学上的生物分布多样性的计算。
后来,Serebnick,J&Quinn,F[40]利用布里渊指标量化了公共图书馆馆藏的多样性。
而Thomas&Jeffrey[41]于1999年用布里渊指标测度了环境科学中跨学科的学科多样性,他们认为,布里渊指标是个综合性指标,该指标将观测总数和类别数量整合成为一个单一指标值。
从数学上来看,布里渊指标有很好的数学性质,
的取值是从零到正无穷的,且主要取决于目标观测总数和分布情况。
在此,笔者试举一例来说明布里渊指标的计算过程,假设有物理学类文章A和B,现在要比较这两篇文章在被引方面谁的引用多样性高一些,假定经检索得知,A总被引8次,分别被物理学类文章和数学类文章各引4次和4次;B也总被引8次,分别被物理学类文章、数学类文章和生物类文章各引4次、2次和2次;则计算得文章A和B的布里渊指标值分别是0.23和0.33,可见文章B比A具有更高的引用多样性,从而反映出文章B的学科交叉度要高于文章A。
5.2基于引文的学科交叉度指标
外类别引文法(CitationsOutsideCategory)简称COC法[17],是美国计量学家Porter&Chubin于1985年提出来的。
简单来说,COC法就是先将目标论文分属到子类别(Subcategory),再将该子类别归属到类别(Category),最后归属到大类别(GrandCategory)(这一归属过程与共类分析是相同的);目标论文归属完成以后,就可以设计计量学指标了。
Porter&Chubin提出的COC法主要特点在于把目标文献(或其引文)归属到两种学科(内学科和外学科),然后根据归属到外学科的文献所占比例来测度目标文献的学科交叉性。
D.T.Tomov等[19]提出了一个用于测度学科交叉度的指标(此指标是基于共类分析方法的,简称
指标)
,其中
是指若干年引用和被引用了指定期刊的归属于其他学科的期刊总数,
指相应年引用和被引用了指定期刊的归属于同一学科的期刊总数,
是指引用了其他期刊的引文数与收到的归属于其他学科的期刊的引文数之和,而
是指同一学科的的期刊引用指定期刊的引文数;该文由此计算了一些期刊的
的数值,并与相应期刊的IF(期刊影响因子)值进行了对比,指出了一些期刊所具有的学科交叉性。
F.Morillo等[28]提出了用于测度学科和期刊交叉性的许多计量学指标(简称Morillo期刊交叉指标),这些计量学指标是基于ISI和JCR的,如交叉期刊百分比(%Mult)、内交叉期刊百分比(%I)、外交叉期刊百分比(%O)、内外交叉期刊百分比(%IO)、类别外引文百分比(pco)、类别外参考文献百分比(pro),并且用Pratt指数分别测度了引文和参考文献的集中度和分散度,其中类别外引文百分比(pco)和类别外参考文献百分比(pro)最早是由A.L.Porter和Chubin[9]在COC法中提出来的。
5.3科学家个人的学科交叉度指标
A.L.Porter等[42]提出了三个计量学指标用于测度学科或研究者的交叉性(简称Porter三大指标)。
其中,测度研究者专业化指标S,
,
表示归属到类别
上的目标文献数;多样性程度(整合度)指标I,
,其中的i和j是矩阵的行和列,f是主题类别共现频率,cos是两个主题类别之间关联的余弦测度;区分度指标R,
,其中SCi是参考文献的主题类别,SCp是目标文献的主题类别,区分度指标表明了目标文献和它的参考文献在所属类别上的差别程度。
这些公式的都是利用共类分析方法在ISI数据的基础上对论文所在期刊的归属类别进行分类而计算的。
6分析与总结
对于跨学科研究,科学家们不仅研究跨学科的属性、结构以及学科交叉度,还研究具有高度学科交叉的学科具有什么样的性质特点。
如EdJ.Rinia等[43]发现,在不同科学领域间的知识转移通常存在引文的引用延迟(citationdelay)的趋势,也就是说,引用本学科的文献的引文比引用其它学科的文献的引文存在更少的时间延迟现象,并且他们还发现在不同的学科间跨学科知识转移的速率是不一样的。
Thomas&Jeffrey[41]的研究发现,借用(Borrowing)是最有影响的学科间信息转移方式,从多个不同的期刊获得信息(引用参考文献的多样性)的文章被引的频率要比参考文献内容单一的文章多。
此外,许多计量学家研究了科技论文合作对跨学科研究的影响[44,45,46],这也是跨学科学研究的一个热点。
对于跨学科学的理论研究,也就是对跨学科的概念、性质、特点、功能和教育管理等的研究,已经有很多社会学家、科学学家和计量学家给出了很多思考和探索,形成了较为系统地认识,但远未达到成熟和统一。
笔者认为,因跨学科学本身的实践研究的不成熟,必然导致其理论研究的不充分。
总体来看,国内的研究远远不够,国内的部分研究只是对跨学科的一般性介绍或是对跨学科概念进行反复辨析,缺乏对跨学科的理论和实践进行深入的研究,尚无法跟上国外跨学科学的研究水准。
从计量学的角度来看,笔者认为主要应以测度学科交叉度为重点,进行跨学科学的实践研究,从而探讨跨学科的性质和特点并把握其一般发展规律。
从本文总结的计量学指标来看,
指标和Morillo期刊交叉指标本质上是用COC法所定义的指标,以COC法所定义的指标还有很多种类,本文没有一一列出。
对于测量学科文献或期刊的多样性程度,布里渊指标是一个很不错的指标,因为它是以信息熵公式为基础的,并且关注了各分区的内部细节,而以COC法所定义的指标大部分是没有关注内部细节的较为粗糙的。
但是布里渊指标只是一个多样性指标,与学科交叉度的关系是非常间接的。
Porter三大指标中,
指标也是一个与多样性测度相反的指标,但与布里渊指标在功能上是一致的;而I指标和R指标引进了余弦关联测度,有一定的新颖性和创新性,但其是否能用于测度学科交叉度,还是值得认真研究的,可以在实践中加以检验。
总之,在设计学科交叉度指标时,可以根据以上指标的相关分析,取其优点,弃其弱点,设计一套较为成熟可靠且可检验的学科交叉度指标体系。
具体来说,对基于文献计量的跨学科学研究,可以在构建了目标领域的数据集后,以作者机构、目标文献、参考文献和引用文献等若干个维度,构建恰当的以学科交叉度为核心的跨学科测度指标体系,进行研究、分析和测度,进而掌握跨学科研究的性质和规律。
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