1、跨學科研究中學科交叉度的定量分析探討楊良斌1,2,3 金碧輝1(1中國科學院國家科學圖書館 北京100190；2中國科學院研究生院 北京100049；3國際關系學院信息科技系 北京100091) 作者簡介：楊良斌，男，1976年生，講師，博士研究生，研究方向為科學計量學與定量信息分析；金碧輝，女，1953年生，研究員，博士生導師，研究方向為科學計量學與定量信息分析。摘要 跨學科研究已成為當今科學研究的一大熱點，而對于跨學科現象的理論和實踐研究卻落后于跨學科研究本身。從文獻計量的角度對跨學科進行研究是一個重要的途經，這有利于對跨學科研究的屬性和結構獲得大致的了解和把握。在總結和回顧了跨學科研究的

2、歷史、概念和方法的基礎上，通過基于文獻計量的跨學科研究和學科交叉度的相關成果和理論的深入研究，比較分析了主要的學科交叉度指標，提出了跨學科研究理論和實踐方面的若干思考和建議。關鍵詞 跨學科學；學科交叉度；共類分析；共詞分析；信息轉移理論分類號 G256The Quantitative Analysis of the Extent of Disciplinary Crossing in Interdisciplinary ResearchYang Liangbin1,2,3 Jin Bihui11(National Science Library, Chinese Academy of Scie

3、nces, Beijing, 100190)2(Graduate University of Chinese Academy of Science, Beijing, 100049)3(University of International Relations, Department of Information Technology, Beijing, 100091)Abstract Interdisciplinary research has become a major contemporary scientific research hot spot, and the theory a

4、nd practice of interdisciplinary characteristics has lagged behind the interdisciplinary research. Studying interdisciplinary research based on bibliometrics is an important approach, which is conducive to understand and grasp interdisciplinary research on the properties and the structure. On the ba

5、sis of summarizing and reviewing the history and concepts and methods of interdisciplinary research, the authors deeply study the relative results and theory of interdisciplinary research and the extent of disciplinary crossing based on bibliometrics, comparatively analyze of main cross-disciplinary

6、 index, and put forward the theoretical and practical aspects of idea and recommendations of interdisciplinary study.Keywords Interdisciplinarity Science; The Extent of Disciplinary Crossing; Co-classification Analysis; co-word analysis; Theory of Information Transfer1 引言學科間的相互交叉和滲透是當今大科學時代的一大特征。隨著人

7、類對自然現象認識的不斷深入，科學研究問題越來越復雜化，在多個學科交叉和匯聚的條件下更有可能獲得重要突破。因此，學科交叉的問題已經不再是憑科學家之間個人興趣的一種自發(fā)的研究行為，而是科技政策所關注的重要問題。美國科學基金會和美國聯邦R&D中心都設有專門的鼓勵學科交叉的交叉科學項目，我國科技部的“973”計劃項目和國家自然科學基金委員會的重大項目亦在不同程度上鼓勵學科的交叉研究。20世紀80年代以來，隨著跨學科研究的發(fā)展及其豐碩成果的問世，出現了專門研究跨學科現象、規(guī)律和方法的“跨學科學”1。簡單來說，跨學科學就是研究跨學科現象、規(guī)律的科學；具體而言，就是指解釋跨學科現象、指導跨學科實踐發(fā)

8、展的理論，即以跨學科研究（Interdisciplinary Research，簡寫IDR）為研究對象，以跨學科研究的一般性質特點、關系結構、普遍運動規(guī)律和社會功能為主要研究內容，旨在揭示促進跨學科研究實踐發(fā)展的一般原理、原則和方法?？鐚W科通常涉及兩門或兩門以上學科之間的交叉融合、互相滲透的演進過程。這種兩門或兩門以上學科的交叉融合程度，我們稱之為學科交叉度。當今，學科數量成千上萬，交叉浩繁廣闊，如何探索學科交叉的整體發(fā)展動向，把握交叉的一般規(guī)律和方法，充分發(fā)揮學科交叉在創(chuàng)新中的作用，是當前哲學、科技、教育、管理界共同關注的一個重要而迫切的現實問題。跨學科研究所涉及到的學科間的交叉融合，必然要

9、求對學科交叉度的計算和表征進行深入研究。許多科學家從科學學、科技政策和科技管理等角度研究討論了跨學科現象2，而本文主要從文獻計量學的角度對跨學科現象進行研究，本研究主要以學科交叉度為中心，探討近二十多年來文獻計量學界對于跨學科學所取得的主要的研究成果，并初步探尋跨學科學研究可能的研究路線和方法。圍繞著跨學科學的方方面面，計量學家、科學學家、社會學家等進行了很多卓有成效的研究，本文內容旨在總結和歸納計量學界對于跨學科學的各個主要方面的理論和實踐研究。2 跨學科的概念、性質和發(fā)展狀況的研究20世紀60年代末，國際上對跨學科研究與跨學科教育進行理論探討和實驗分析的文獻越來越多。1970年9月7日，一

10、個以“跨學科”為主題的國際學術討論會在法國尼斯大學召開，該會對跨學科研究、跨學科教育問題作了系統、全面探討，會后出版了文集跨學科學大學中的教學和研究問題3，標志著對“跨學科”的研究正式確立?？鐚W科研究打破了傳統的學科界限，幫助傳統學科建立新的規(guī)則。Klein提出4，這一打破學科界限的過程可以被稱作通過跨越學科界限對科學知識進行定位、描繪以及再描繪。作為一種使用知識的方式，跨學科是對定義模糊或是隨意界定的學科知識界限的反應，或是對學科發(fā)展所引起的學科界限變化的反應。跨學科可以通過讓不同的學科領域建立聯系，使得不同知識領域開放融合。關于跨學科的定義，很多科學家提出了自己的概念和看法5,6,7,8，

11、如Jones&Merrit9認為，跨學科是一種整合來自不同學科知識的能力，這些不同的學科可能對于何為有價值的知識的看法十分不同。他們把跨學科等同于對于多個單一學科或者多個細分的單一學科的整合（integration），而多學科(multi-disciplinarity)等同于單一學科的并列，而非整合。L.H.Hattery 10 亦給出了跨學科的定義，并把跨學科研究視為綜合性的研究行為，他認為跨學科研究需要各種不同的學科背景，同時他還研究了跨學科與多學科之間的關系。通常被廣泛接受的定義是由OECD（經濟合作與發(fā)展組織）在1998年給出的11，OECD認為，多學科，跨學科和超學科（tra

12、ns-disciplinarity）在學科間交互（interaction）和整合程度上是依次增強的。在多學科研究中，多個學科同時并行的研究同一主題，但并沒有整合這些學科?？鐚W科研究則引起了理論、概念和方法上的創(chuàng)新，并能夠獲得更多的整合的結果。超學科研究走得更遠，它不僅要整合這些學科，而且要研究這些學科的會聚程度。與此類似，美國科學院報告（2005）也認為，跨學科研究是一種團隊或個人的研究模式，這種模式是從兩個或多個專門知識和研究實踐的實體中通過整合觀點、概念、理論、工具、技術、信息和數據而完成的，它的目的在于深入理解和解決超出單個研究領域的科學問題?？梢?，OECD與美國科學院在跨學科研究的定義

13、上基本是一致的。1985年我國以首屆交叉科學學術討論會在北京召開為標志，國內的跨學科學研究源自20世紀80年代。在跨學科研究方面國內也已經出版了較多專著，如1989年李光、任定成主編的交叉科學導論12，1991年解恩澤等主編的交叉科學概論13，這些書籍就當代科學新特征、跨學科研究歷史與現狀、跨學科的特征、類型、機制、功能、管理、人才、發(fā)展趨勢等做出了論述和總結。1997年金吾倫主編的跨學科研究引論14一書，提出了跨學科知識成長的模式的相關觀點，該書一個基本觀點是：當代人類所面臨的重大問題的高度綜合性和跨學科性，決定了首先是自然科學與人文社會科學必須密切結合，實行多種形式的跨學科研究，此書的這些

14、觀點值得關注。在論文方面，王續(xù)琨15認為交叉學科與邊緣學科、綜合學科、橫向學科有程度不同的重疊關系但不完全等同，并提出交叉科學具有整合性等特征。李喜先16論述了交叉科學的起源和演化、涵義、結構和功能、形成機制、發(fā)展趨勢等，主要論及到我國交叉科學發(fā)展狀況，并建議國家要大力地發(fā)展交叉科學。從以上引述可知，國際上大約在20世紀70到80年代這段時期內，出版了大量的專著和論文，主要就是討論跨學科的性質、概念等初始的研究，也可以說這段時期是跨學科學研究的初期，奠定了跨學科學的研究基礎，而國內則是在20世紀80年代陸續(xù)進行這一研究的。3 跨學科的學科間信息轉移理論及轉移模式的研究信息轉移是指信息從一個主體

15、(如科學家、論文、期刊和學科等)轉移到另一個主體的一種信息流動方式，這里的“轉移”并不是指被轉移信息的主體在信息轉移后就不存在原信息，而是對于信息轉移受體而言，通過信息轉移后信息轉移受體本身的信息量增加了。當今世界，學科與學科之間的相互依賴、相互滲透日益緊密、不斷加強，這種學科間依賴程度日益加強的過程，也就是信息從一門學科到另一門學科的轉移過程。由表1可以看到，我們可以將某學科領域中的信息流的輸入（引用參考文獻）和信息流的輸出（被其他文獻引用）看成該學科領域的信息轉移過程，從而構建信息轉移模型。信源本學科近鄰學科其它學科信息轉移信息流輸出信息流輸入信息轉移學科領域信宿本學科近鄰學科其它學科借用

16、論文合作跨界研究信息轉移模式表1 基于引文的跨學科的信息轉移模型從信息轉移的角度來看，我們可以認為，跨學科研究之所以形成，是由于其它學科的信息轉移進入到該學科并進行了整合的結果，這里信息轉移的實體實質上就是學科間的引文流的流動，引文流的流動意味著信息流的輸入和輸出，也就表明了信息發(fā)生了轉移。許多科學家提出了借助于研究領域間的引文流的方法17,18,19,20對跨學科的學科間的信息轉移進行研究。根據跨學科的信息轉移理論，跨學科研究的形成過程就是外部信息的輸入、輸入的信息成為知識、知識經過整合以及學科交叉融合的過程。Sydney J. Pierce21總結提出了三種信息轉移模式：借用(Borrow

17、ing)，論文合作(Collaboration)和跨界研究(Boundary Crossing)，并且Sydney J. Pierce認為交叉學科的信息轉移模式主要就是上述三種模式。借用是指研究者借用其他學科的理論和方法，并把它們引入自己所研究的學科文獻；論文合作是指研究者與其他學科的研究者合作并在自己所研究的學科領域發(fā)表論文；跨界研究是指研究者發(fā)表論文在其他學科文獻上，也就是輸出理論和方法到其他學科領域。這三種信息轉移模式先后都有很多學者加以研究。如Liu22認為，可以通過追蹤信息借用（Borrowing）的例子來研究跨學科的信息轉移。另外，通過對不同學科間的研究者科學合作情況的研究，也可以

18、開展論文中的跨學科研究23。同時，在一些學科中，Qin發(fā)現科學合作本身是與更高的學科交叉性相關的24。4 跨學科研究的基本方法共類分析和共詞分析共類分析（co-classification analysis）是基于文獻計量的跨學科學的一種基本研究方法。共類分析方法是將論文所在的期刊歸屬到主題類別（subject category），再將主題類別歸屬到更大的學科類別（領域）的一種研究方法。具體來說，“類”是指數據庫的文獻標題字段分類，類似于知識分類體系中的“研究主題”、“專業(yè)”、“子領域”或“領域”等類別。一般認為，同一論文或期刊有可能會歸屬到很多不同的主題類別，從而反映出這些論文或期刊的學科交

19、叉性。這種共類分析方法從20世紀80年代開始就有人陸續(xù)提出并在21世紀初期逐漸成熟起來?？茖W家們已經提出了許多用于研究交叉學科的基于數據庫文件的共類分析方法的計量學指標25,26。Katz 和 Hicks 27研究了共類分析方法，并把ISI的學科分類表作為分類標準，他們對其改進使其用于辨識交叉學科期刊中的期刊團（groups），他們的分類方法區(qū)分了不同程度的交叉學科期刊：領域內期刊，學科內期刊和多學科期刊。他們的方法對于研究一個國家全部科學的科研活動概貌比較有效。F. Morillo等28應用共類分析方法，分析了ISI的類別下的多類別期刊、類別外的參考文獻和引證文獻模式、不同計量學指標的收斂問

20、題，并確定了用于測度交叉學科的恰當的指標。共詞分析（co-word analysis）是另一種跨學科學的基本研究方法。共詞分析主要以論文關鍵詞或數據庫關鍵詞為共現單元，對其在該領域的全部文獻中的共現頻次進行統計，共現頻次表示主題領域或子領域之間的關聯程度，頻次越高表明主題領域或子領域間的關聯強度越高，其關系越親近，反之則越疏遠。在用其表征學科交叉性時，則分析同一關鍵詞同時在不同主題領域或子領域文獻中出現的情況，該研究領域的學科交叉性同時由共現頻次高的領域及其數量表現出來。例如，對于某一跨學科領域文獻集，如果某一關鍵詞同時高頻次的出現在物理領域和化學領域，那么就可以認為該領域是由物理和化學兩個子

21、領域相互交叉形成的跨學科領域。已經有很多計量學家29,30,31,32,33,34,35在共詞分析的基礎上提出了很多計量學指標并由此對某些科學子領域作了科學圖譜分析。5 跨學科的學科交叉度的研究當前，雖然我們還沒有恰當的成熟的指標來測度跨學科研究，但是根據跨學科研究的特性，已經有大量的文獻計量學方法用于評估不同學科領域和子領域之間的跨學科關聯的結構和動力，并且有一些類型的指標可以用來比較研究領域或國家，也可以用于追蹤學科隨時間的變化情況，還可用于探索新領域中即將出現的高度交叉的學科。這里，筆者僅介紹一些主要的以計量學方法為主的直接的或間接的測度了學科交叉度的計量學指標。5.1 布里淵指標（Br

22、illouins Index）布里淵（Brillouin）于1956年根據信息論中的信息熵計算原理，提出了用于測度一條消息中所包含的信息量的布里淵指標36。布里淵指標的表達式為，其中是布里淵指標，是總的觀測總數，是觀測數中的類別的數量。實質上，布里淵指標就是用于測度不確定度的?？梢宰C明37,38，是一個很恰當的多樣性測度指標，越大或觀測數中的類別越多并且觀測對象在類別中分布越均勻時，值越大，從而表明該觀測對象的多樣性程度越高。起初，Krebs39將布里淵指標用于生態(tài)學上的生物分布多樣性的計算。后來，Serebnick, J& Quinn, F40利用布里淵指標量化了公共圖書館館藏的多樣

23、性。而Thomas & Jeffrey41于1999年用布里淵指標測度了環(huán)境科學中跨學科的學科多樣性，他們認為，布里淵指標是個綜合性指標，該指標將觀測總數和類別數量整合成為一個單一指標值。從數學上來看，布里淵指標有很好的數學性質，的取值是從零到正無窮的，且主要取決于目標觀測總數和分布情況。在此，筆者試舉一例來說明布里淵指標的計算過程，假設有物理學類文章A和B，現在要比較這兩篇文章在被引方面誰的引用多樣性高一些，假定經檢索得知，A總被引8次，分別被物理學類文章和數學類文章各引4次和4次；B也總被引8次，分別被物理學類文章、數學類文章和生物類文章各引4次、2次和2次；則計算得文章A和B的布

24、里淵指標值分別是0.23和0.33，可見文章B比A具有更高的引用多樣性，從而反映出文章B的學科交叉度要高于文章A。5.2 基于引文的學科交叉度指標外類別引文法（Citations Outside Category）簡稱COC法17，是美國計量學家Porter & Chubin 于1985年提出來的。簡單來說，COC法就是先將目標論文分屬到子類別（Subcategory），再將該子類別歸屬到類別（Category）,最后歸屬到大類別（Grand Category）(這一歸屬過程與共類分析是相同的)；目標論文歸屬完成以后，就可以設計計量學指標了。Porter & Chubin提出的

25、COC法主要特點在于把目標文獻（或其引文）歸屬到兩種學科（內學科和外學科），然后根據歸屬到外學科的文獻所占比例來測度目標文獻的學科交叉性。D.T. Tomov等19提出了一個用于測度學科交叉度的指標（此指標是基于共類分析方法的，簡稱指標），其中是指若干年引用和被引用了指定期刊的歸屬于其他學科的期刊總數，指相應年引用和被引用了指定期刊的歸屬于同一學科的期刊總數，是指引用了其他期刊的引文數與收到的歸屬于其他學科的期刊的引文數之和，而是指同一學科的的期刊引用指定期刊的引文數；該文由此計算了一些期刊的的數值，并與相應期刊的IF（期刊影響因子）值進行了對比，指出了一些期刊所具有的學科交叉性。F. Mor

26、illo等28提出了用于測度學科和期刊交叉性的許多計量學指標（簡稱Morillo期刊交叉指標），這些計量學指標是基于ISI和JCR的，如交叉期刊百分比（%Mult）、內交叉期刊百分比（%I）、外交叉期刊百分比（%O）、內外交叉期刊百分比（%IO）、類別外引文百分比(pco)、類別外參考文獻百分比（pro），并且用Pratt指數分別測度了引文和參考文獻的集中度和分散度，其中類別外引文百分比(pco)和類別外參考文獻百分比（pro）最早是由A.L.Porter和Chubin9在COC法中提出來的。5.3 科學家個人的學科交叉度指標等42提出了三個計量學指標用于測度學科或研究者的交叉性（簡稱Port

27、er三大指標）。其中，測度研究者專業(yè)化指標S，表示歸屬到類別上的目標文獻數；多樣性程度（整合度）指標I, ，其中的i和j是矩陣的行和列，f是主題類別共現頻率，cos是兩個主題類別之間關聯的余弦測度；區(qū)分度指標R, ，其中SCi是參考文獻的主題類別，SCp是目標文獻的主題類別，區(qū)分度指標表明了目標文獻和它的參考文獻在所屬類別上的差別程度。這些公式的都是利用共類分析方法在ISI數據的基礎上對論文所在期刊的歸屬類別進行分類而計算的。6 分析與總結對于跨學科研究，科學家們不僅研究跨學科的屬性、結構以及學科交叉度，還研究具有高度學科交叉的學科具有什么樣的性質特點。如Ed J. Rinia等43發(fā)現，在不

28、同科學領域間的知識轉移通常存在引文的引用延遲（citation delay）的趨勢，也就是說，引用本學科的文獻的引文比引用其它學科的文獻的引文存在更少的時間延遲現象，并且他們還發(fā)現在不同的學科間跨學科知識轉移的速率是不一樣的。Thomas & Jeffrey41的研究發(fā)現，借用(Borrowing)是最有影響的學科間信息轉移方式，從多個不同的期刊獲得信息（引用參考文獻的多樣性）的文章被引的頻率要比參考文獻內容單一的文章多。此外，許多計量學家研究了科技論文合作對跨學科研究的影響44,45,46，這也是跨學科學研究的一個熱點。對于跨學科學的理論研究，也就是對跨學科的概念、性質、特點、功能和

29、教育管理等的研究，已經有很多社會學家、科學學家和計量學家給出了很多思考和探索，形成了較為系統地認識，但遠未達到成熟和統一。筆者認為，因跨學科學本身的實踐研究的不成熟，必然導致其理論研究的不充分?？傮w來看，國內的研究遠遠不夠，國內的部分研究只是對跨學科的一般性介紹或是對跨學科概念進行反復辨析，缺乏對跨學科的理論和實踐進行深入的研究，尚無法跟上國外跨學科學的研究水準。從計量學的角度來看，筆者認為主要應以測度學科交叉度為重點，進行跨學科學的實踐研究，從而探討跨學科的性質和特點并把握其一般發(fā)展規(guī)律。從本文總結的計量學指標來看，指標和Morillo期刊交叉指標本質上是用COC法所定義的指標，以COC法所

30、定義的指標還有很多種類，本文沒有一一列出。對于測量學科文獻或期刊的多樣性程度，布里淵指標是一個很不錯的指標，因為它是以信息熵公式為基礎的，并且關注了各分區(qū)的內部細節(jié)，而以COC法所定義的指標大部分是沒有關注內部細節(jié)的較為粗糙的。但是布里淵指標只是一個多樣性指標，與學科交叉度的關系是非常間接的。Porter三大指標中，指標也是一個與多樣性測度相反的指標，但與布里淵指標在功能上是一致的；而I指標和R指標引進了余弦關聯測度，有一定的新穎性和創(chuàng)新性，但其是否能用于測度學科交叉度，還是值得認真研究的，可以在實踐中加以檢驗?？傊?，在設計學科交叉度指標時，可以根據以上指標的相關分析，取其優(yōu)點，棄其弱點，設計

31、一套較為成熟可靠且可檢驗的學科交叉度指標體系。具體來說，對基于文獻計量的跨學科學研究，可以在構建了目標領域的數據集后，以作者機構、目標文獻、參考文獻和引用文獻等若干個維度，構建恰當的以學科交叉度為核心的跨學科測度指標體系，進行研究、分析和測度，進而掌握跨學科研究的性質和規(guī)律。參考文獻1 劉仲林跨學科學導論M杭州：浙江教育出版社，1990: 13-20.2 Dillon D. Interdisciplinary research and education: preliminary perspectives from the MIT media laboratoryR. Good Work Pr

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