2024年3月，美国国家科学基金会发布《美国科学与工程现状分析》（2024）报告，分析了各学段的科学与工程教育、科学与工程人才、公众对科技的看法、美国和国际研发现状以及美国的发明、知识产权和创新，提供了美国在高新技术产业的竞争力等方面的数据。

报告总结了评估美国科学与工程状况的关键指标，并概述了美国在科学与工程各个领域的全球地位。本报告将9份专题报告概括为人才、发现和转化，这三个部分共同支撑着美国在科学、技术和创新领域的全球竞争力，科学与工程人才有助于促进科学发现，而科学发现又会通过创新转化为社会和经济效益。报告第一部分介绍了美国从初等教育到博士教育的科学与工程教育体系和科学与工程人才状况，包括国际学生和工人的贡献，还详细介绍了美国公众对科学家的看法；第二部分是研发，讨论了美国在研发表现最出色的国家中的地位，并分析了美国研发资金的模式以及各经济部门和研发类型的表现；最后一部分重点介绍了科技企业的产出，让人们深入了解美国和其他主要国家和地区是如何为全球知识和创新做出贡献的。

一、美国与全球研发

根据OECD的统计数据，美国是研发表现最好的国家，2021年国内研发总支出为8060亿美元。研发表现排名第二的中国在2021年的研发支出为6680亿美元。近年来，研发支出的增长在研发表现最好的国家之间有很大差异。中国的国内研发总支出从2000年代中期开始快速增长，2009年超过日本，2013年超过欧盟27国研发支出的总和。从2011年到2021年，美国的研发支出增长了89%，高于法国（44%）和德国（60%），但低于韩国和中国台湾地区，这两个地区的研发支出都翻了一番。在研发表现最好的国家中，日本的增长速度最慢，从2011年到2021年，研发支出只增长了20%。

报告指出，虽然美国企业部门进行的研发最多，但其他部门也进行并资助国内研发。企业部门是研发绩效的主要驱动力。企业进行的研发占2011年至2021年研发增长的87%。商业部门资助了美国进行的大部分研发活动，占2021年美国研发资金的75%，其次是联邦政府，资助了19%的研发活动。美国研发活动的大部分是实验开发（67%）和应用研究（18%），商业部门在这两类研发活动中最为活跃。商业部门专注于新产品和改良产品、服务和流程，占美国实验开发的91%和应用研究的62%。联邦研发资金从2011年的1270亿美元增至2021年的1480亿美元，但联邦政府资助的研发资金占研发资金总额的比例却从30%降至19%。高等教育机构是基础研究最重要的执行者，在很大程度上依赖联邦政府对研发的支持。

二、美国与全球科技创新能力

从全球来看，2022年有六个国家的同行评议科技出版物占全球总数的50%以上：中国（27%）、美国（14%）、印度（6%）、德国（3%）、英国（3%）和日本（3%）。在2016年之前，美国一直是科技产品的最大生产国，之后中国一直是主要生产国。从2003年到2022年，美国的年度科技出版物增加了约1/3，而中国增加了约10倍，印度增加了8倍。

在发明与创新方面，全球专利活动最多的国家是中国（2022年国际专利申请量为6.9万件）、美国（5.8万件）、欧盟27国（5.1万件）和日本（4.8万件）。2010年代，来自中国发明者的国际专利申请数量迅速增长，导致全球专利申请的平衡发生了重大变化。虽然2015年美国的国际专利申请量是中国的两倍多，但到2020年，两国的申请量相差无几，中国在2021年首次超过美国。在所有国家中，2022年国际专利申请量最大的技术类别是电气工程（37%），其次是化学（22%）、仪器（17%）和机械工程（16%），其他领域占其余的7%。外国发明人在美国专利商标局专利中所占的比例从2012年的52%上升到2022年的56%，反映了美国专利日益国际化的长期趋势。专利活动在全美分布不均，在科学与工程工作者以及知识和技术密集型产业高度集中的地区，专利活动最为活跃。

在知识和技术密集型产业产出方面，2021年，全球知识和技术密集型产业的附加值产出为10.6万亿美元，其中知识和技术密集型服务业为3.3万亿美元，制造业为7.3万亿美元。从2012年到2021年，全球知识和技术密集型服务业的附加值产出增长了68%，制造业的附加值产出增长了41%。美国是知识和技术密集型产业服务的最大提供者，2021年的增值产出为1.3万亿美元。美国的知识和技术密集型产业服务产出从2012年到2021年翻了一番多，在全球知识和技术密集型产业服务中的份额从2012年的30%增加到2021年的39%。与此同时，中国的知识和技术密集型产业制造业产出翻了一番多，全球份额从22%（1.1万亿美元）增至33%（2.4万亿美元）。美国是航空和航天器、医疗和牙科器械两个知识和技术密集型产业制造业的最大生产国。

2022年，在全球知识和技术密集型产业制造业出口中所占份额最高的国家是中国（21%）、美国（9%）和德国（9%）。从2002年到2022年，欧盟27国和美国的知识和技术密集型产业制造业出口在全球所占份额略有下降，而中国在全球所占份额增加了两倍多。同期，中国制造业出口总额中的知识和技术密集型产业份额从47%上升到64%，超过了欧盟27国的份额（60%），与美国的份额（64%）相当。与美国所有出口总额的平均进口含量份额（2021年为11%）相比，美国的知识和技术密集型产业制造业具有相对较高的外国附加值份额。相比之下，知识和技术密集型产业服务业的外国附加值份额要低得多。

三、结论

美国在科学、技术和创新领域的全球竞争力得益于国家在科学与工程人才方面的投资和能力、研发驱动的发现以及通过创新将知识转化为经济和社会效益。报告提供的数据显示了美国在全球科技与创新领域地位的不断变化。新冠疫情对科技教育和研究造成了短期干扰，并导致美国中小学数学学生的数学成绩大幅下降。就长期趋势而言，科技资源和活动的总体水平已转向东亚和东南亚，特别是中国。美国是卫生科学出版物以及化学和仪器专利的主要来源，而中国则是科技博士学位、科技出版物总量和国际专利的最大生产国。美国的研发总量超过任何其他国家，是迄今为止基础研究领域最大的国家。然而，美国的研发体系在很大程度上依赖于在外国出生的科学家和工程师，尤其是博士。美国并没有在科技创新的所有方面占据主导地位，而是凭借其大学作为留学生首选之地的优势、其科技研究的高被引次数和广泛合作，以及在知识和技术密集型产业服务领域的全球领导地位，展现出其独特的竞争力。