美国科技强国

美国科技强国
美国是当今世界头号科技强国。

自第二次世界大战以来，不论以诺贝尔奖以及其他奖项得主的数量、科学论文的数量及引文质量衡量，还是以海外学生到美国留学的数量或者大学创办高技术公司的数量衡量，美国都牢牢占据世界第一的位置。

“二战”期间以及随后的冷战期间产生的一系列最前沿的新技术成为促进美国经济增长的高技术，也推动着为世界经济和社会的发展：电子计算机、商用运输机、半导体、固体电子仪器、集成电路、核能、激光、卫星通讯、微波通讯、雷达的应用（例如导航控制），抗生素、杀虫剂、新材料（如高强度铁合金、钛、高温陶瓷、光纤强化塑料、复合材料）、金属制造和加工的新方法（如数控机床）以及今天广泛应用的互联网。

而在“二战”刚爆发的时候，按诺贝尔奖获奖者的数目说，美国还远远落后于德国，与英国也相差很远，亦落后于法国。

再早十多年，直到20世纪30年代早期希特勒掌权的时候，美国最聪明、最有抱负的年轻人都会远到德国像海德堡、莱比锡和哥根廷这样城市中的大学去攻读博士学位。

是什么使美国的科学技术实力一跃直上并长期保持强盛呢？
美国科技创新的经验值得重视。

美国学者D.哈特指出：“美国经验的重要性来源于美国在全球经济中的领导地位，既在高度创新的工业部门居领导地位，也在科学研究方面居领导地位。

除非学者理解美国的创新过程，否则他们从整体上理解世界的创新过程就存在困难。

”他指出，美国的案例还具有认识和分析上的重要性，这来源于美国创新系统的广阔性和制度上复杂性。

欧洲、中国以及印度等更大型的复杂创新系统的出现，更显著地说明需要更好地理解美国的创新过程。

[1]本文的目的是探讨美国如何成为科技强国的，从历史根源、政策和
制度创新三个角度分析美国成为科技强国的因素，提出可供中国学习和借鉴之处。

一、历史的根源：美国科技创新体系的形成
1 从学习走向自立
北美殖民地的科学来源于欧洲，在与欧洲科学交流的过程，美洲科学开始成长。

从美国独立到南北内战结束（1776-1865）期间，美国科学从欧洲、特别是从英国的附属中独立出来，尽管规模还很小。

虽然北美殖民地早期有许多关于自然领域的研究，但研究者大都是业余爱好者，大量的研究是关于自然历史的描述性研究。

在18世纪，美国殖民地产生了真正意义的科学贡献，即本杰明·弗兰克林对电荷的研究，这使他真正成为科学家，赢得世界的承认。

但是，美国科学家规模很小，高水平的科学家少，19世纪美国最有才华、在电磁学发展最有贡献的科学家亨利，比起同时代的英国科学家法拉第、麦克斯韦仍逊色不少。

直到19世纪末，美国科学技术的发展是被实用占据着。

一方面，在独立后，国家对资源勘探、地理考察和农业改进的重视促进了与自然资源和地理等相关的应用科学的发展；另一方面，工业发展带来大量技术发明和创新。

正像托克维尔在19世纪30年代考察美国时观察到的：在美国，人们只关于科学的纯应用那部分。

他怀疑，欧洲社会那种纯理论的研究是否能在美国这样一个新生的国家中生根。

[2]
不过，实际上，在1840年的时候，科学的应用就显示出它的重要性，例如电报的发明。

19世纪中期，哈佛和耶鲁开始重视科学，欣赏科学的应用。

1862年，国会通过《莫利尔法案》(The Morrill Act)，建立了赠地学院
(land grant college)，这些学院偏重农业和机械等应用学科，成为州立大学的重要组成部分。

1876年约翰·霍普金斯
大学成立，把研究生教育和学术研究放在第一位，开创了美国研究型大学时代。

随着研究型大学的发展，科学在美国大学得到成长。

到19世纪末20世纪初，美国科学的精神强调本土化，从欧洲科学中独立出来。

1907年，美国诞生了第一位诺贝尔奖获得者物理学家迈克尔逊，标志着美国科学走上自立。

到20世纪30年代，美国科学技术在某些领域已经具有优势，例如物理学已开始取得世界性声誉，出现了密利根、康普顿等一批世界级的科学家。

2 美国的大学体系与科学研究
美国早期的大学除了哈佛（1636）、耶鲁（1701）等仿照英国古老的传统而建立起来以外，大部分是面向地方实际需要而建立的。

19世纪初，公立大学（州立大学）开始发展。

19世纪中期，科学在大学中受到重视。

但在19世纪中期，美国的大学相对来说是很落后的。

那时，美国年轻人都去欧洲、特别是去德国获取博士学位。

当他们回到美国后，把德国那种研究与教育结合的方式带回美国，并加以发展，促进了美国的大学的发展，包括一些新型大学（约翰·霍普金斯大学、芝加哥大学等）的创立和老牌大学的新发展。

到19世纪70年代，鼓励教师从事学术研究以及通过研究培养学生成为许多大学的做法，研究作为教育的价值得到充分的实现，美国研究型大学开始兴起。

到1920 年，美国的研究型大学现代形态已经成型，在20世纪前40年占据美国高等教育的主导地位，并且在20世纪后来的岁月保持和光大，不仅成为科学和教育发展的主导力量，而且极大地影响了美国的经济和社会发展。

科学社会学家本·大卫在其名著《科学家在社会中的角色》一书中指出，美国大学系统的创新，有着系统自身的动力。

美国的大学有着自己独特的特点：第一，美国大学是一个高度分立化的竞争系统。

不像许多欧洲国家那样有一个中央决策机构（教育部）决定大学的政策，美国高等教育的权限归各州，而
不是联邦政府在许多方面对各个大学实施统一的管理。

各州可以根据自己的实际情况，对大学的发展进行管理，强调大学办学的自主性。

大学的资源来自私人捐款、慈善基金会、州政府和学生的学费,大学的管理具有相当大的自主性。

美国虽有不少州立大学，但是在整个大学体系中远不占主导地位，最有声望和最富有的是那些私立大学。

分散化带来的结果是就是大学之间的竞争，不仅私立大学之间、州立大学之间存在着竞争，而且州立大学也必须与私立大学竞争。

[3] 在这样一个自主、分立化和竞争的体系中，科学家可以自由地按照自己的科学价值判断，选择自己想要研究的问题，对他们认为做出高水平研究工作的同行给与奖励。

这促进了大学的学术发展，也推动了科学的发展。

这样，一个分布各处、高度自主而又相互竞争的科学家组成的科学共同体成熟起来，推动了美国基础科学的发展。

据本·大卫对1800-1926年英国、法国、德国和美国医学科学成果的研究表明，德国以及后来美国能够占据医学科学领先地位的关键要素是大学系统的分立化和竞争。

[4]第二个特点是实用化。

美国大学是积极响应地方经济和工业发展需求而发展的，大学的发展与工业的发展相伴相随。

不仅一些私人大学的建立是与工业相联系的，而且州政府对州立大学的支持也是紧紧与地方发展相联系的。

20世纪上半叶的，新的工程学科围绕新兴产业的发展在大学里体制化，使大学与新兴产业发展联系在一起。

由于以上特点，美国大学的突出特点是对其经济和社会环境变化有更快和更大范围的响应。

3 工业研究实验室的重要作用
工业研究实验室是按企业的经营战略、在企业内部建立起的研究与发展（R&D）机构，目的是从事与企业发展相关的R&D活动。

工业研究实验室开始于19世纪末期德国的化学工业。

随后，美国的柯达（1893）、通用电气（1900）、杜邦（1901）、贝尔电话系统（1907）也陆续建立了自己的工业实验室。

工业研究实验室的建立，标志着工业技术的发明摆脱了
完全依赖于个体发明家的局面，开始了一个新的时期，从而使创新成为一个可以自我持续发展的系统。

到20世纪中期，美国在化学、橡胶和石油、电学等工业领域建立了大批研究室，如著名的杜邦、AT&T、通用电气等。

到1930～1940年，工业研究实验室已经成为美国的创新主体，期间整个R&D经费投入的部门比例为：政府12～19%，工业63%～70%，大学9～13%。

[5]
技术创新研究的开拓者之一N.罗森伯格教授指出，工业研究实验室，如果不是20世纪制度创新中最重要的制度创新，也是最重要的制度创新之一。

虽然不是美国的首先发明，但是，这项制度在美国经济比其他国家产生更广泛的扩散和更强有力的影响。

[6]
工业研究使得科学技术的发展内生于经济的发展之中，使得新知识的产生与新知识的应用有机地结合在一起。

同时，工业研究的建立也使得企业与大学、研究所建立起平等的交流和合作关系，不仅使企业可以更广泛而有效地获得外部科技资源，增强企业的生存和发展能力，也从整体上使得国家科技系统成为健全和有效的系统。

正如美国著名的管理史家钱德勒指出的，工业研究影响着整个国家经济体系的健康发展。

一个生动的例证是19世纪末20世纪初英国衰落的历史充分所显示的。

“英国病”的一个重要原因，就是英国制造业没有建立起必需的有效开发科学研究商业潜力的组织设置和组织联系，这使得国家的其他科学资源（如大学）不能得到有效利用，导致英国在国际市场失去竞争力。

[7] 相反，美国后来发展强大是因为美国的工业实验室起到很大的作用。

概言之，在“二战”以前，美国已经形成为了以大学和工业研究实验室为主体的科技创新体系，这一体系以市场竞争机制为基础，积极响应经济发展和社会的发展需要，具有高度的灵活
性，体系内部有着自然的联系和充分的流动性，强调自下而上的首创精神，为后来美国科学技术的更大发展奠定了基础。

二、战后科技政策促进了美国现代科技创新体系的转型和发展
1 政府支持科学技术的角色转变
第二次世界大战对美国的科学技术发展产生了深远的影响。

在“二战”以前，联邦政府基本上不承担支持科学发展的职责。

战争期间，联邦政府与科学形成一种新的合作关系。

战后，联邦政府成为支持科学技术的主要角色，在随后的10多年间支持建立了国家现代科学技术体系，使美国的科学技术成为世界的领先者。

战争期间，原子弹、雷达、青霉素等发明帮助美国赢得了战争，令人信服地向世界展示了科技的伟大力量。

取得这些突出成就的主要原因是政府广泛动员高校、企业等全国性民间科技力量参与，建立了国家创新体系，将实验室研究、规模化生产、战场战术和总部战略相结合。

战争期间获得的科研组织和管理经验为战后设计科技政策提供了基础。

应罗斯福总统的要求，万尼瓦尔·布什完成了《科学——永无止境的边疆》报告，展现了科学的前景——作为“没有止境的边疆”的科学将会取代美国西部物理上的边疆，成为国家的经济发展、人民生活标准提高和社会进步的新动力。

这一个报告有几个基本思想：（1）科学进步对于保证人民健康、和公共福利是不可少的；（2）基础研究是一切知识的源泉，基础研究的发展必然会为社会带来广泛的利益；（3）科学共同体需要保持相对的自主性和探索的自由，以免受政治和其他利益集团的压力，保证科学知识的进展。

据此，报告提出，联邦政府应该承担起保持科学知识进步和培养新生科学力量的职责。

报告建议成立一个国家研究基金会（国家科学基金会最初的名字）——一个全面包括自然科学各个领域的资助机构，并且包
含一个支持长期军事研究的部门。

布什把大学作为战后科学政策的中心。

[8]布什的报告为战后至如今美国的科技政策奠定了基础。

战后，有关科技政策不同观点的各方展开了激烈的辩论。

最终，布什关于政府支持科学的思想取得胜利——科学在政府中具有重要的地位；但是，他的具体设想——建立一个统一的、全国性的支持科学发展的机构——国家研究基金会没有取得成功。

从1945年到1950年长达5年关于国家科学基金会成立的辩论中，海军办公室、原子能委员会（能源部的前身）和国立卫生研究院（NIH）相继开始支持科学研究。

待1950年国家科学基金会（NSF）成立时，它只是所有联邦政府多个支持科学研究的部门和机构中的一个，而且是较小的一个。

美国事实上形成了多元化的资助体系。

在1945年-1957年间，各政府部门和机构支持大学、企业开展研究，原子能委员会、国防部（DOD）和NIH的一批国家实验室和研究机构纷纷成立。

1957年，苏联发射了开辟人类航天时代的第一颗人造地球卫星伴侣号（Sputnik），极大地刺激了美国。

惊恐的美国朝野迅速开始反应，动员巨大的国力资源迎接苏联的威胁。

从1957年底到1958年，短短的一年时间里，美国成立了国家宇航局（NASA），负责制定和实施国家空间发展计划；国防部成立了高级研究计划署
（Advanced Research Projects Agency，ARPA），目的是确保开展先进的国防R&D；成立了国家科学顾问委员会，以加强政府的科学决策能力；加强了新武器的研制。

1958年11月国会通过的《国家防卫教育法案》，大大加强了美国政府对各个层次科学教育的支持。

1958年1月31日，美国也成功地发射了人造地球卫星。

从1957年到1968年，美国进入一个科学技术发展黄金的时期
2 国家大力投资科学技术
战后，美国研究与发展（R&D）的支出有两个显著特点是国家研发投资的总量和联邦研发预算的规模。

在最初几年，美国
R&D总支出保持在略高于国民生产总值1%的份额，而这个份额在20世纪50年代后半期获得了快速的增长，在20世纪60年代中期达到峰值的3%。

在1969年的时候，美国R&D的投资规模为256亿美元，远超过最大的国外经济体（联邦德国、法国、英国和日本）R&D经费的总和113亿美元。

在整个国家
R&D投入中，联邦政府资助达到1/2到2/3。

在60年代中期达到总研发支出的2/3份额。

[9]自1980年代开始，联邦政府的投入开始落后于工业界。

联邦政府对大学的资助显著的增加：在1930年代中期，联邦对大学研究的资助大概占其总经费的1/4，在1960年即超过60%。

从1935到1960年，对整个大学研究的资助增长了10倍，到1965年又翻了两倍。

[10]
在冷战的背景下，美国国家的R&D投入大都投在国防和空间等相关领域，产生了许多先进技术。

1962年肯尼迪总统提出阿波罗登月计划，1969年美国宇航员成功登上月球。

登月计划激励了美国最优秀的一代年轻人投入，并把他们培养成优秀的科学家和工程师。

3 政府资助科学研究：使命导向的基础研究
战后，联邦资助是在一个多元化的资助体系之下进行的，即分散到联邦政府各个部门和机构，而不是联邦政府集中投资。

在美国10多个涉及到资助R&D的政府部门和机构中，DOD、卫生与公共福利部（主要是NIH）、NASA，能源部（DOE）、NSF和农业部（USDA）的R&D经费占联邦政府R&D经费总支出的90%）。

据2013财年的数据，这六大机构R&D的百分比为：DOD51%，HHS23%，NASA8%，DOE8%，NSF4%，USDA2%。

[11]
战后，美国科技政策的重点是基础研究和国防技术。

在中国有一种比较广泛的误解，认为美国大学的基础研究完全是没有应用目标的自由探索。

事实上，以使命导向资助的基础研究不是与应用无关的。

战后美国资助的重点领域是计算机、电子、材料科学和与军事相关的应用科学和工程学以及医药和生命科学，资助的原则是：基础研究最终要能产生效益，体现出目标趋向、集中在资助者感兴趣的领域。

即内在的标准和可能的贡献：基础研究表示的是科学进展与直接应用有距离，但不是没有应用考虑。

[12]结果，政府对大学的多元投资，在尖端电子、空间技术和医药等领域形成了实质性的力量，产生了巨大的科技实力和经济效益。

4 现代科技体系的形成
战后政府大力支持科技，在战前大学和工业实验室的基础上，建立了现代、高效、充满活力的美国科技创新体系。

联邦政府对大学的大力支持。

自“二战”以来，联邦政府出于各种动机向大学投入了巨额资金，包括战略上和军事上的考虑以及近年来出于与健康相关问题的考虑。

政府对大学的巨大投资壮大了科学研究人员的队伍，提供了高质量研究所需要的物理仪器和工具。

通过同时为大学教育和大学研究提供支持，联邦政府强化了大学对研究支持的义务，并且增强了研究与教学之间研究的联系，使美国大学在基础研究和研究生教育方面成为世界的中心。

战后各界创造了一种共识和氛围：基础研究是大学应该做的，从事基础研究工作是令人尊敬的。

值得指出的，联邦政府对大学给与大量资助的同时，尊重科学家的自由探索精神，并不干涉，而是鼓励科学家从事自己认为值得做的研究。

激光的发明充分显示了科学家自由探索的重要意义。

战后，大企业仍然是美国科技创新的重要组成部分，如通用电气、杜邦、AT&T和柯达等公司在战后继续为国家的国防及相
关产业做了很大贡献。

许多重大发明是产业研究的结果，例如1947年贝尔实验室发明了晶体管，1960年休斯研究实验室制造出第一台激光器。

在相当长的一段时间，联邦政府R&D经费大部分投入到企业中。

新兴的小型高科技企业在新技术(半导体、电子、生物技术和医药等)的商业中发挥了重要作用。

)，促进了美国经济的增长。

这是战后美国创新体系发展区别于战前和其他发达国家的一个显著特征。

有以下因素:(1)政府对新兴领域的资助促进了基础研究成果的商业化；(2)国防采购政策降低了市场化准入门槛，有利于小企业发展。

；(3)金融市场创新，包括风险资本，以促进小企业的成长；(4)适宜的创新环境提高了小企业的创新能力。

新兴高科技小企业的代表地是硅谷，大量初创企业聚集在斯坦福大学周围，形成了充满激烈竞争和人员高流动的创新环境，产生了一批高科技小公司(如惠普、苹果等。

)影响美国和世界的发展
战后，联邦政府大力建设一批DOD、DOE、NASA各系统的国家实验室和研究中心，加上NIH内部研究机构，形成了一个专为利益及相关领域服务的国立科研机构。

到60年代中期，在冷战背景下，以维护国家利益为主要目标，美国对科技的大力持续支持，造就了极具竞争力的高效科技创新体系，美国达到了世界科技的巅峰。

美国在世界大部分科技领域都处于领先地位。

不仅诺贝尔奖数量增加到世界第一，而且大量欧洲学生流入美国，与战前形成鲜明对比。

政府的政策加强和扩大了战前的科学技术体系、大学和工业之间的现有联系，并创建了新的国家科学研究机构。

通过支持科学技术长期为国家发展服务，政府、大学和产业界形成了良好的伙伴关系，这种关系美国人自己也可以概括为伙伴关系。

在一些重大技术开发从研究走向市场的过程中，产业、大学和政府之
间存在着复杂的互动关系，大学研究、产业研究和产品开发之间存在着丰富的思想和人员流动。

三、制度界变促进国家创新系统整体运行
美国科技体制和研究体系的基本框架在20世纪60年代末已经形成：（1）在政府最高层面设有科技政策决策协调和咨询机构——白宫科学技术办公室（OST）（现改名为白宫科学技术政策办公室，OSTP）、联邦科学技术委员会（FCST）（现改为国家科学技术委员会，NSTC）和总统科学顾问委员会（PSAC）（现改为总统科学技术顾问委员会PAST）；（2）多元化的资助体系。

今天与科学技术密切相关的6个主要部门和机构：国防部，卫生和公共福利部（主要是国立卫生研究院），国家宇航局，能源部，国家科学基金会和农业部都形成在这一时期；（3）各组成部分具有明确分工的研究体系：大学主要负责基础研究，政府研究机构主要负责应用研究和大科学研究，企业研究机构主要负责应用研究和试验发展。

自20世纪70年开始，随着国际环境的变化，美国不断受到外部竞争的冲击和挑战：70年代的石油危机、80年代日本的经济挑战、2001年的“9·11”恐怖袭击以及当今以中国为代表的亚洲崛起，美国的科技整体实力和领先地位相对下降。

同时，科技创新的形式和组织形态也发生了许多变化。

在这个过程中，美国人不断创新，以适应变化的形势，同时不惜向竞争对手（如日本）学习，仍然保持十分强劲的发展动力。

例如，在20世纪80年代受到日本严重挑战之后，美国经过不懈努力，带来了20世纪90年代的经济和科技发展繁荣时期。

美国科技创新体系变化的一个优势，正如哈特所指出的，不是整个体系的重建或重组，而是一种有界限的变化（界变，bounded change）:“创新系统内某些中心制度、关系和期望的创新或重建，但这种变化并不等于整个系统的转型。

这个系
统的关键角色采纳了一种新的行动逻辑。

”[12]例如，1980年的《拜杜法案》使大学的行为发生了重要的变化，有些大学与工业界的关系比以前更加紧密，有些更加定向于商业化发展，但许多大学仍然保持着以前的方式。

界变是整个创新体系既能保持它的传统和优点，同时又有创新部分，适应或带领新的发展。

以下我们举两个例子，一是APRA，代表美国资助体系新元素的创新；二是美国纳米行动倡议
(National Nanotechnology Initiative)，代表创新体系中关系的创新。

1 ARPA/DARPA
ARPA 是1958年应对苏联卫星Sputnik而建立，最初集中在空间技术。

1960年，ARPA定位为基础研究。

20世纪70年代，ARPA 转型面向军工任务，名称也于1972年改为国防高级研究计划署(DARPA)。

ARPA/DARPA推动了许多对现代社会影响深远的重大发明，包括互联网、个人电脑、激光以及视窗操作系统。

ARPA/DARPA所取得的巨大成功为其他机构纷纷仿效，例如，国土安全部成立了HARPA，能源部成立了ARPA-E。

ARPA建立关键的组织管理结构，由一个高质量的管理团队领导，广泛地使用在工业界与科学界之间流动的科学家，充分利用已有的研究实验室和和合作机制（而不是新建立研究中心），在新的复杂领域资助更具有未来长远意义的项目。

ARPA 对大学计算机科学的支持，带来了一场革命，不仅创立了计算机研究的基础设施，也创立了计算科学这一门新学科，带来许多突破性的技术。

ARPA被赋予了相当大的自主权，可以把“资源集中在卓越的研究中心（例如MIT，卡纳基·梅隆大学和斯坦福大学）而不用考虑NSF所必须考虑的地理分布问题。

这样的方式帮助建立了以大学为基础的具有规模效应和稳定性的研究群体，这是在一个特殊的领域创造必要进展所必需。