韓曉明,王金國,石照耀

(北京工業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)發(fā)展院,北京 100124)

基于主成分分析和熵值法的高?？萍紕?chuàng)新能力評價

韓曉明,王金國,石照耀

(北京工業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)發(fā)展院,北京 100124)

高校科技創(chuàng)新能力是評價高校在國家創(chuàng)新系統(tǒng)中地位和作用的重要依據(jù),其評價體系與方法亟待完善。結(jié)合主成分分析和熵值法,以100余所“211”及省部共建的高校為研究對象,構(gòu)建了高?？萍紕?chuàng)新能力評價指標(biāo)體系,并對研究對象在2009年至2013年的科技創(chuàng)新績效進行評價。基于主成分分析和熵值法模型的分析能兼顧主觀和客觀因素,對評價高校科技創(chuàng)新能力具有有效性和科學(xué)性。另外,針對目前科技發(fā)展存在校際和地區(qū)間不平衡問題,提出在構(gòu)建高?？萍紕?chuàng)新能力評價體系中應(yīng)引入質(zhì)量因子等新指標(biāo),建議高?？萍紕?chuàng)新能力評價應(yīng)根據(jù)不同發(fā)展階段采用分類評價指標(biāo)體系。

主成分分析;熵值法;高?？萍紕?chuàng)新能力;評價指標(biāo)體系

一、引 言

高?？萍紕?chuàng)新能力是指高校創(chuàng)新能力系統(tǒng)充分運用各種人、財、物等資源,將知識、人才、科技、信息和先進的創(chuàng)新管理納入高?？萍紕?chuàng)新系統(tǒng),協(xié)調(diào)并促進高校基礎(chǔ)科學(xué)研究和新興學(xué)科發(fā)展的綜合能力,已經(jīng)成為衡量一個國家基礎(chǔ)研究水平和高校競爭力的關(guān)鍵因素,是高校發(fā)展的根本動力。因此,研究高?？萍紕?chuàng)新能力及其評價方法,對推動高校發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

目前,對高?？萍紕?chuàng)新能力評價的研究,主要集中在對評價指標(biāo)體系的研究上。劉偉等[1]從資源投入能力、科研實力、科技產(chǎn)出能力、科技投入產(chǎn)出效率和科技產(chǎn)業(yè)化能力方面,構(gòu)建了高?？萍紕?chuàng)新能力評價指標(biāo)體系。王章豹等[2]從科技創(chuàng)新基礎(chǔ)能力、科技創(chuàng)新投入能力和科技創(chuàng)新產(chǎn)出能力3個模塊,構(gòu)建了高校科技創(chuàng)新能力量化綜合評價指標(biāo)體系。梁燕等[3]構(gòu)建的指標(biāo)體系包含創(chuàng)新效能和創(chuàng)新潛能兩個部分?？得谰甑萚4]將高?？萍紕?chuàng)新投入與產(chǎn)出分解為科技創(chuàng)新投入能力、科技創(chuàng)新支撐能力、可持續(xù)創(chuàng)新能力、科技創(chuàng)新產(chǎn)出能力、科技成果擴散能力、科技創(chuàng)新貢獻率。龐詩[5]、施星國[6]、孫燕[7]、曾衛(wèi)明等[8]從高校的基礎(chǔ)能力、投入能力、產(chǎn)出以及對外交流等方面,構(gòu)建高?？萍紕?chuàng)新平臺績效評價指標(biāo)體系。在對高?？萍紕?chuàng)新績效測度時,多運用層次分析法[9]、主成分分析法(以下簡稱PCA法)[10]、灰色模糊理論[11]、AHP/DEA[12]評價模型等主觀賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重進行實證分析。

本文采用將主成分分析和熵值法相結(jié)合、利用主觀和客觀分析相結(jié)合的方法,對評價指標(biāo)體系進行降維與賦權(quán),構(gòu)建高?？萍紕?chuàng)新能力評價指標(biāo)體系,并基于對100余所“211”和省部共建高校近5年的數(shù)據(jù)進行實證研究,把握科技創(chuàng)新績效走向,建立有效的高校科技創(chuàng)新能力評價指標(biāo)體系。

二、基于PCA和熵值法的高?？萍紕?chuàng)新能力評價模型

1.PCA法構(gòu)建指標(biāo)體系

PCA法是將多個相關(guān)變量化為少數(shù)幾個不相關(guān)變量的降維多元統(tǒng)計方法。高?？萍紕?chuàng)新能力受眾多因素影響,評價指標(biāo)體系是一個多層次的綜合體系,且各指標(biāo)反映的信息有一定程度上的重疊。PCA法在保留原來相關(guān)變量主要信息的同時,可以消除各個指標(biāo)之間的相關(guān)影響,并根據(jù)累計貢獻率遴選出重要成分進行量化分析。PCA的基本原理如下:

(1)定義原始矩陣:

其中,n為評價樣本個數(shù),p為初始評價指標(biāo)數(shù)。

(2)計算初始矩陣的相關(guān)系數(shù)矩陣:

其中

表示原變量xi與xj的相關(guān)系數(shù)。

(3)計算特征值:λi且使得λ1≥λ2≥…≥λp≥0,分別求出對應(yīng)于特征值λi的特征向量ei(i=1,2,…,p),要求‖ei‖=1,即,其中eij表示向量ei的第j個分量。特征值在某種程度上可以看成是表示主成分影響力度大小的指標(biāo),如果特征值小于1,說明該主成分的解釋力度還不如直接引入一個原變量的平均解釋力度大,因此一般可以用特征值大于1作為納入標(biāo)準(zhǔn)。

2.熵值法為指標(biāo)賦權(quán)并評價

本文將統(tǒng)計指標(biāo)分為資源投入、研究成果、成果轉(zhuǎn)化、技術(shù)交流4個部分。采用PCA對樣本數(shù)據(jù)進行處理,并選取8個主成分為主要評價依據(jù)。但是PCA并不考慮因變量和自變量之間的關(guān)系,無法充分體現(xiàn)每個主成分的作用。為此,本文采用熵值法確定每個成分的權(quán)重。

熵值可以度量系統(tǒng)無序程度和隨機性,用來判斷某個指標(biāo)的離散程度,測度不同因素對綜合評價的影響程度。熵值法彌補了PCA法在確定權(quán)重中缺乏考慮因變量和自變量關(guān)系的不足,在分析各指標(biāo)對整體評價對象貢獻率的基礎(chǔ)上,對指標(biāo)體系進行賦權(quán)并進行綜合評價。賦權(quán)及評價過程如下:

(1)定義初始評價矩陣 X=(xij)rl,即 X=其中,r=1,2,3…r為待評價對象,l =1,2,…l為主成分評價指標(biāo),xij表示第i個樣本第j項主成分評價指標(biāo)的數(shù)值。

三、建立高?？萍紕?chuàng)新能力評價指標(biāo)體系

1.樣本選擇

本文利用 100余所“211”及省部共建高校2009—2012年的統(tǒng)計數(shù)據(jù),對高?？萍紕?chuàng)新能力進行實證檢驗,并以2013年數(shù)據(jù)為例,驗證本文提出的評價方法的合理性和科學(xué)性(數(shù)據(jù)來源:《2009—2013年高等學(xué)校科技統(tǒng)計資料匯編》,SooPAT專利檢索平臺)。

2.基于PCA法構(gòu)建評價指標(biāo)體系

(1)主成分劃分

借鑒現(xiàn)有研究工作中的高校科技創(chuàng)新能力評價指標(biāo)體系,本文從資源投入、研究成果、成果轉(zhuǎn)化和技術(shù)交流4個方面,建立初始高?？萍紕?chuàng)新能力評價指標(biāo)體系,如表1所示。利用PCA法對初始評價指標(biāo)體系進行處理,提取主成分對應(yīng)的特征值大于1的前8個主成分,得到旋轉(zhuǎn)成分矩陣,見表2。

表1 高校科技創(chuàng)新能力初始評價指標(biāo)體系

根據(jù)每個成分對28個指標(biāo)的貢獻度大小,將8個成分分別命名為科技人員總投入、平均經(jīng)費撥入與支出、轉(zhuǎn)讓收入與簽訂合同數(shù)、“科學(xué)家與工程師所占教學(xué)和科研人員比例”與“研究與發(fā)展人員”比例、發(fā)明專利數(shù)與每100萬元經(jīng)費產(chǎn)出發(fā)明專利授權(quán)數(shù)、國外論文占全部論文比例、人均論文篇數(shù)和人均專著數(shù)量。

(2)高?？萍紕?chuàng)新能力評價指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)PCA得到的8個主成分,構(gòu)建高校科技創(chuàng)新能力評價指標(biāo)體系,包括資源投入、成果產(chǎn)出、成果轉(zhuǎn)化3個一級指標(biāo),并細(xì)分出人力投入、財力投入、論文著作、專利、技術(shù)轉(zhuǎn)讓5個二級指標(biāo),8個三級指標(biāo)。該指標(biāo)體系消除了原始指標(biāo)體系中各個指標(biāo)的相關(guān)性,能夠更加客觀地對高?？萍紕?chuàng)新能力進行評價,評價指標(biāo)體系具體見表3。

(3)基于熵值法的指標(biāo)體系賦權(quán)

根據(jù)熵值法計算該指標(biāo)體系的三級指標(biāo)權(quán)重,并逐層線性相加得到二級指標(biāo)權(quán)重和一級指標(biāo)權(quán)重,各個指標(biāo)的權(quán)重結(jié)果見表4。

從表4可知:各指標(biāo)對高校科技創(chuàng)新能力評價的貢獻度不同。根據(jù)測算結(jié)果,資源投入指標(biāo)權(quán)重為0.37,是影響高?？萍紕?chuàng)新能力的比較重要的因素,其中人力投入在資源投入中所占權(quán)重最大,可見人力投入的提升更能提高高?？萍嫉膭?chuàng)新能力。經(jīng)費投入在一定程度上能促進科技創(chuàng)新能力的發(fā)展,但要和相關(guān)管理體制、激勵機制配套,避免集中過量投入引起經(jīng)費低效重復(fù)投入或經(jīng)費腐敗亂象。研究成果指標(biāo)權(quán)重為0.50,是影響高?？萍紕?chuàng)新能力最重要的因素,是高校知識創(chuàng)新能力的體現(xiàn),其中論文著作權(quán)重為0.38,折射出近年高?？萍荚u價的學(xué)術(shù)導(dǎo)向。專利的權(quán)重相對較小,說明目前專利產(chǎn)出相對較弱,但是專利數(shù)量是高?？萍紕?chuàng)新能力的體現(xiàn),對科技創(chuàng)新能力有重要影響,需繼續(xù)扶持促進知識產(chǎn)權(quán)發(fā)展。技術(shù)轉(zhuǎn)讓的權(quán)重較小,僅為0.13,說明該項指標(biāo)的提升空間較大,也反映了目前技術(shù)轉(zhuǎn)讓效果較差,嚴(yán)重影響了高?？萍紕?chuàng)新能力的發(fā)揮,因此成果轉(zhuǎn)化是提升高校科技創(chuàng)新能力的抓手、突破口、切入口。同時從PCA來看,論文、專利數(shù)量的權(quán)重大,成果轉(zhuǎn)化所占比重小,這種現(xiàn)象已經(jīng)不適應(yīng)國家大環(huán)境。十八大提出了提高成果轉(zhuǎn)化能力是科技創(chuàng)新的關(guān)鍵,《教育部關(guān)于深化高等學(xué)?？萍荚u價改革的意見》(教技〔2013〕3號)文件中“更加強調(diào)科研成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用、技術(shù)轉(zhuǎn)移推廣、科學(xué)普及等科技產(chǎn)出在評價中的作用”。

表2 因子旋轉(zhuǎn)后得到的成分矩陣

表3 基于主成分的高?？萍紕?chuàng)新能力評價指標(biāo)體系

表4 基于熵值法的各成分賦權(quán)

四、高校科技創(chuàng)新能力評價

根據(jù)PCA與熵值法計算100余所“211”及省部共建高校的2009—2013年科技創(chuàng)新績效U值平均值,從整體情況、學(xué)校隸屬、學(xué)校類型和學(xué)校所屬地區(qū)4個方面分析高校2009—2013年的科技創(chuàng)新能力發(fā)展的總體趨勢。

1.按整體情況分析高?？萍紕?chuàng)新能力

由圖1可知,100余所“211”及省部共建高校的2009—2013年科技創(chuàng)新績效均值均達到0.9以上,特別是在2009年,高?？萍紕?chuàng)新績效均值達到0.95。表明隨著我國“科教興國”戰(zhàn)略的實施以及政府對科研投入力度的加大,高校的科研力量有了顯著增強,科研產(chǎn)出成果增加,成果轉(zhuǎn)化效率也得到一定的提高。但科技創(chuàng)新發(fā)展到一定規(guī)模的綜合大學(xué)或工科大學(xué),顯示出創(chuàng)新能力持續(xù)穩(wěn)定且呈些微波動。而科研規(guī)模處于發(fā)展階段中的地方高校,因地方特色的發(fā)揮、地方政府投入保護支持,成果產(chǎn)出數(shù)量上升,其創(chuàng)新能力呈現(xiàn)遞增的趨勢。2011年是“十二五”的第一年,成果產(chǎn)出少。2012年投入專項經(jīng)費高,所以在曲線中2012年都出現(xiàn)小峰值。

圖1 按整體情況分析高?？萍紕?chuàng)新績效

2.按高校隸屬類型分析高校科技創(chuàng)新能力

按高校隸屬類型分為部屬高校和地方高校,分析部屬高校和地方高校5年來的科技創(chuàng)新績效。分析發(fā)現(xiàn),部屬高?？萍紕?chuàng)新績效均值高達1～1.2,處于較高水平;地方高校由于科研投入相對較少,以及科研規(guī)模小、成果轉(zhuǎn)化效率低等原因,科技創(chuàng)新均值在0.4～0.6,遠遠低于部屬高校。但從總體趨勢上看,部屬高校出現(xiàn)績效下滑的趨勢,而地方高校的科技創(chuàng)新績效在穩(wěn)步提升,兩者之間的差距在逐步縮小。一方面說明部屬高校科技創(chuàng)新能力進入穩(wěn)定發(fā)展階段,并已從追求科研數(shù)量向科研水平和科研質(zhì)量提高的方向轉(zhuǎn)變;另一方面說明地方高校還處于數(shù)量積累的快速發(fā)展期。部屬高校和地方高校處于不同的發(fā)展階段,并呈現(xiàn)出融合發(fā)展的態(tài)勢(圖2)。

高校長期以來形成的以統(tǒng)一、量化為特征的科技統(tǒng)計指標(biāo)體系,及基于該指標(biāo)體系的科技評價機制,已不能滿足質(zhì)量優(yōu)先和創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的時代要求,高?？萍荚u價體系必須改革,支撐評價體系的科技統(tǒng)計指標(biāo)需要增加質(zhì)量因子、層次因子,根據(jù)高校發(fā)展不同階段實行分類評價。

3.按高校類型分析高?？萍紕?chuàng)新能力

圖2 按高校隸屬類型分析高?？萍紕?chuàng)新績效

按照高校類型進行分析,工科院校、綜合院校和農(nóng)林院?？萍紕?chuàng)新績效均值高于0.8,處于較高水平,其中工科院?？萍紕?chuàng)新能力居于首位,綜合類院校次于工科院校,同樣顯示出科技創(chuàng)新能力的優(yōu)勢。師范院校、醫(yī)藥院校和傳媒類等其他院校的科技創(chuàng)新績效均值較低。工科院校,綜合類院校和農(nóng)林院校5年內(nèi)發(fā)展相對平穩(wěn),師范院校、醫(yī)藥院校和傳媒類等其他院校呈現(xiàn)逐步上升趨勢(圖3)。高?？萍紕?chuàng)新能力應(yīng)該包括自然科學(xué)的科技創(chuàng)新、人文社科的科技創(chuàng)新兩方面。由于統(tǒng)計指標(biāo)數(shù)據(jù)采集的是高校自然科學(xué)方面的數(shù)據(jù),會出現(xiàn)工科院校自然科學(xué)的科技創(chuàng)新能力大于綜合大學(xué)、師范大學(xué)、政法類高校的現(xiàn)象。說明在對綜合大學(xué)、師范大學(xué)等評價中,社科權(quán)重不容忽視。

圖3 按高校類型分析高?？萍紕?chuàng)新績效

4.按地區(qū)分析高校科技創(chuàng)新能力

鑒于上海、北京高校集中且數(shù)量多,將上海和北京作為獨立區(qū)域與其他地區(qū)比較。

對高校按照地區(qū)進行分析,上海地區(qū)高?？萍紕?chuàng)新績效均值高達1.1～1.6,遠高于其他地區(qū),處于較高水平,但近幾年有下降趨勢。緊隨其后的是北京地區(qū),其高?？萍紕?chuàng)新績效均值達到1～1.1。這兩個地區(qū)高校科技創(chuàng)新績效高于其他地區(qū),一方面是由于高校數(shù)量較多,另一方面由于上海、北京作為高度發(fā)展的國際化都市,社會經(jīng)濟發(fā)展水平總體比較高,科技資源相對豐富,科技規(guī)模相對較大,科技投入相對較多。其他地區(qū),例如華東、東北、華南、西部、華北地區(qū)等,高?？萍紕?chuàng)新績效均值在0.6～1之間,其中華北地區(qū)高校盡管在2009年創(chuàng)新績效均值最低,但近幾年呈現(xiàn)逐步上升趨勢,與其他地區(qū)的差距在縮小。整體來說,地區(qū)間差距逐年縮小,地區(qū)間高校科技創(chuàng)新能力協(xié)調(diào)發(fā)展(圖4)。

圖4 按高校所處地區(qū)分析高?？萍紕?chuàng)新績效

五、結(jié) 語

本文采用PCA和熵值法相結(jié)合的方法構(gòu)建了高?？萍紕?chuàng)新能力評價指標(biāo)體系,并以100余所“211”及省部共建的高校為研究對象,基于各校2009—2013年近5年科技投入產(chǎn)出的最新數(shù)據(jù),對高?？萍紕?chuàng)新績效進行了綜合評價。

分析結(jié)果顯示,211及省部共建的部屬高校,以及經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)高校的科技創(chuàng)新能力整體水平高,但近5年發(fā)展滯緩,甚至呈現(xiàn)下滑趨勢。高?？萍家?guī)模發(fā)展到一定程度后,經(jīng)費投入和成果產(chǎn)出數(shù)量也不像初期那樣呈現(xiàn)明顯的正向增長,而是進入一個相對穩(wěn)定期,成果產(chǎn)出出現(xiàn)沉淀。處于穩(wěn)定期的高校以質(zhì)量為導(dǎo)向,思考在同樣成果數(shù)量的前提下,如何產(chǎn)生質(zhì)的飛躍,而現(xiàn)行以統(tǒng)一、量化為前提的科技評價指標(biāo)體系已不能完全、真實地反映這種質(zhì)的內(nèi)涵。另外,科技投入產(chǎn)出結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置不夠,高校經(jīng)費投入單一,經(jīng)費來源以政府資金為主導(dǎo),陷入投入愈多、產(chǎn)出效率愈低的困境[13]。此外,科技管理水平、機制體制帶來的限制加重,成果評價主要表現(xiàn)為論文、專利、獲獎、學(xué)術(shù)交流等,分類評價實施不到位,對科技成果轉(zhuǎn)化激勵不足[14]。多種因素使得成果轉(zhuǎn)化效率低。要汲取美國高校的成功經(jīng)驗,創(chuàng)新我國高校參與產(chǎn)學(xué)研合作的模式和方法,建設(shè)研究型、科技型大學(xué),營造利于產(chǎn)學(xué)研合作的良性運行機制和氛圍[15]。

為了適應(yīng)不同類型、不同層次高校科技創(chuàng)新能力評價的需要,我們將進一步研究和探討引入質(zhì)量層次因子、服務(wù)效益因子、特色創(chuàng)新因子、人文社科創(chuàng)新因子、人才培養(yǎng)因子、協(xié)同創(chuàng)新因子等高校科技創(chuàng)新能力評價指標(biāo)體系,并以一所大學(xué)或一類大學(xué)為樣本,探索多元因子評價體系的實證分析。

[1]劉偉,曹建國,鄭林昌,等.基于主成分分析的中國高?？萍紕?chuàng)新能力評價[J].研究與發(fā)展管理,2010 (6):121-127.

[2]王章豹,徐樅巍.高?？萍紕?chuàng)新能力綜合評價:原則、指標(biāo)、模型與方法[J].中國科技論壇,2005(2):55-59.

[3]梁燕,林玉偉,李相銀.高?？萍紕?chuàng)新能力評價指標(biāo)體系初探[J].技術(shù)與創(chuàng)新管理,2010(4):377-380.

[4]康美娟,馮英娟,李剛.高等學(xué)校科技創(chuàng)新能力評價指標(biāo)體系構(gòu)建研究[J].長春理工大學(xué)學(xué)報:社會科學(xué)版,2009(6):957-958.

[5]龐詩,何晉秋.地方高?？萍紕?chuàng)新能力評價指標(biāo)體系的初步構(gòu)建[J].中國建設(shè)教育,2006(10):36-39.

[6]施星國,張建華,仲偉俊.區(qū)域高?？萍紕?chuàng)新能力的評價研究[J].研究與發(fā)展管理,2009(4):106-111.

[7]孫燕,楊健安,潘鵬飛,等.高?？萍紕?chuàng)新能力評價指標(biāo)體系研究[J].研究與發(fā)展管理,2011(3):125-129. [8]曾衛(wèi)明,朱曉霞.基于AHP的高?？萍紕?chuàng)新團隊創(chuàng)新能力評價研究[J].科技進步與對策,2009(19):187-190.

[9]包含麗,鄭偉,韋小青.基于AHP和TOPSIS的高校科研團隊績效評價研究[J].科技管理研究,2012(10): 114-117.

[10]杜俊慧,王文寅,蘇貴影.基于主成分分析的山西高?？萍紕?chuàng)新能力評價[J].經(jīng)濟問題,2013(7):111-114.

[11]朱永躍,馬志強,陳永清.基于BSC和灰色模糊理論的高?？萍紕?chuàng)新團隊績效評價[J].科技管理研究, 2009(12):431-433.

[12]藍祥龍,謝南斌.基于AHP/DEA的高?？萍紕?chuàng)新能力評價指標(biāo)體系研究[J].江西師范大學(xué)學(xué)報:哲學(xué)社會科學(xué)版,2011,43(1):114-120.

[13]劉麗,顧曉燕.知識產(chǎn)權(quán)貿(mào)易與我國自主創(chuàng)新能力的提升:基于中國經(jīng)濟數(shù)據(jù)的實證分析[J].經(jīng)濟問題, 2014(7):27-30.

[14]許玉明,柯昌波,袁偉.市場化配置資源的科技體制改革研究[J].西部論壇,2014,24(4):44-49.

[15]李兆友.美國高校參與產(chǎn)學(xué)研合作的基本經(jīng)驗及對我國的啟示[J].社會科學(xué)家,2014(4):4-8.

G311

A

1671 4970(2015)02 0083 06

10.3876/j.issn.1671 4970.2015.02.016

2014 10 18

北京市教委人文社會科學(xué)研究項目(SM201310005015);北京工業(yè)大學(xué)教育管理研究基金(312000522104)

韓曉明(1962—),女,吉林吉林人,助理研究員,從事科技管理與績效評價研究。