中國網/中國發展門戶網訊   科學對人類社會的意義已經毋庸置疑。盡管從全球來看，科學資助、人才培養、科學論文等的數據表現十分積極，但是在經歷兩次科學革命之后，對于“科學是否正遭遇瓶頸期”“科學是無限的嗎”等的討論開始進入科技界、政府乃至公眾的視野。與此同時，新的科研范式正在形成，科學系統也在不斷變化。這一切給科學呈現出一幅復雜的圖景。 

為什么需要重新認識科學研究

科學受到前所未有的重視

當今世界發展，科學與人類文明、國家福祉關系日益緊密，科學研究已成為破解全球難題的重要手段。進入?21?世紀，全球科技創新進入空前密集活躍期，各國科技競爭向基礎研究競爭前移；基礎研究引領科技創新的源頭作用愈加凸顯，已成為重塑世界格局、創造人類未來的主導力量。世界各國紛紛加強在未來科學和工程前沿、變革性原創探索、顛覆性技術創新等方面的戰略布局。例如：美國發布《美國國家科學委員會：2030?愿景》（National Science Board: Vision 2030），推動基礎研究與應用結合；英國發布《研究與開發路線圖》（UK Research and Development Roadmap）；加大公共科研的資金投入；日本發布《綜合創新戰略?2020》，設立“探月火箭”（Moon Shoot）計劃，強調科學研究在支撐經濟社會發展中的作用，更加關注對重大科學問題的研究；歐盟第九研發框架計劃“地平線歐洲”（Horizon Europe）明確把使命導向政策作為重要著力點之一，旨在通過目標導向的研究提升競爭力。

中國高度重視科技創新，把科技創新擺在國家發展全局的核心位置。2020?年?11?月，習近平總書記在浦東開發開放?30?周年慶祝大會上指出：“科學技術從來沒有像今天這樣深刻影響著國家前途命運，從來沒有像今天這樣深刻影響著人民幸福安康。我國經濟社會發展比過去任何時候都更加需要科學技術解決方案，更加需要增強創新這個第一動力。”

科學發展是否面臨瓶頸

2018?年，Collison?和?Nielsen發起了一項調查：讓全球著名科學家比較各自領域諾貝爾獎獲獎成果的相對重要性，再根據比較情況來看?100?年來獲獎成果的質量變化。調查結果令人沮喪：物理學的黃金時代位于?20?世紀?20—30?年代，在此之后，則出現了大幅下降，只在?20?世紀?60?年代有了一些好轉。這意味著，在物理學家眼中，當前物理學中產生的重大成果在?100?年的歷史中似乎并不重要。對諾貝爾化學獎和諾貝爾生理學或醫學獎的調查結果比物理學要稍好一些，諾貝爾化學獎和諾貝爾生理學或醫學獎在?20?世紀后半葉有一些微小的進步，但和物理學一樣，20?世紀?90?年代和?21?世紀頭?10?年也被忽略了。應該說，相關調查存在著一定的局限性，但也反映出當前重大科學發現變得更加艱難的窘境。

當前，科學并不能很好地解釋氣候變化、病毒、暗物質、暗能量等諸多現象，這凸顯出科學的困境。如何產生新的科學見解來激發重塑世界的新技術？科學發展需要新的“科技革命”來引領新一輪發展。

實際上，也有很多科學家對科學的發展持樂觀態度，比如對希格斯粒子、引力波、人工智能、基因編輯技術等。我們很難估量當前相關領域的研究成果將對未來產生何種巨大影響，但是當前的重大科研成果與過去相比需要更多的時間、經費和人員投入。如果科學研究的產出與投入不相稱，這對未來意味著什么？在這種情況下，科學共同體應深入思考分析，找出扭轉這種現象的方法，改善優化未來科學發展路徑。

科學系統正在發生前所未有的變化

戰略目標導向的科學研究正成為主導各國科技政策的主要思路，科學系統也由此發生了很大的變化。后常規科學、后學院科學、學術資本化、“模式?2”知識生產方式等新概念不斷出現，以試圖解釋、理解、推斷這種變化趨勢。這些變化突出表現在?3?個方面。

科學研究更注重目標導向。科學研究的發展既有來自科學系統自身不斷拓展和深化的內部需求動力，也有來自經濟社會發展需要的動力。20?世紀開始，開展基礎研究的目的已逐步從好奇心驅動的純基礎研究（玻爾象限）轉向服務社會和國家需求的應用導向基礎研究（巴斯德象限），更注重目標牽引。

科學研究組織性日益增強。科學研究通常需要多年持續探索積累，不確定因素多、風險大。同時，科學研究的成本日漸增加，需要依賴更多的資源支持，重大科學成果往往是集體努力的結晶，科學家只有被納入國家或機構的組織框架中才有較大可能成功。平均而言，從?20?世紀初到?20?世紀末，科研團隊的規模幾乎增長了?3?倍，而且這種增長趨勢持續至今。科學研究從原有的“小科學”模式轉變為“小科學”與“大科學”協同攻關的模式。科學研究的組織及相應機制越來越成為促進科學發展的關鍵因素。

科學研究開放合作面臨挑戰。全球共同關心的氣候變化、人口健康等重大挑戰，以及物質結構、宇宙起源等重大基礎科學問題，需要用整體（holistic）系統的思路來應對。各國積極謀劃國際大科學計劃，通過整合全球資源和人才開展大團隊合作共同應對，體現了科學研究的普遍性、公有主義和無私利性。然而，在貿易保護主義和政治民粹主義的影響下，科學合作與交流也受到了前所未有的限制，源頭技術與首發權、話語權之爭日趨激烈。如何在競爭合作中保持科學研究的創新活力和能力，是各國需要思考和解決的問題。 

重新認識科學研究的對象、功能和方式

近年來，科學面臨形勢的變化及科學系統自身的變化呈現出科學知識生產過程中實用化趨向，科學研究的資源配置和知識消費的供需關系也由此發生改變，重塑了科學、技術、創新之間的互動關系。這種變化在本質上反映了科學研究在對象、功能、方式上的拓展。

科學研究對象的拓展

“自然的發現”被認為是科學誕生的標志，也就是科學的核心是用自然的東西來解釋自然而不訴諸超自然的神話。其中，“自然”有?2?種含義：本質、本性，通過追尋自然，探求事物的內在本質和規律；與人造物相對的自然物，也就是自然系統。自然物是一種客觀存在，無需發現，因此“自然的發現”是指前者。但是，自然物能夠自主生長、自身涌現，具有自主性和內在性。為此，亞里士多德將自然的?2?種含義統一起來，探尋自然物的本質和規律就此成為古希臘科學和近代科學的核心目標。科學的發展，也在不斷開拓認識自然的邊界。

隨著科學體制化和職業化進程的深入，科學研究的重要意義和可靠性不斷彰顯。19?世紀，以法拉第、麥克斯韋為代表的電磁學科學成果，開始同工業生產和產業發展緊密結合起來。自此，科學理性和工匠傳統的結合，孕育了眾多的新興產業和人造系統，引發了人類生產和生活方式的根本改變。據估算，2020?年，人類親手制造出的人造物質量約為?1.1?萬億噸，與地球上所有生物質量（干重）相近。如果保持現有發展趨勢，人造物質量將在?20?年后?3?倍于生物世界總質量。

由此，科學研究的對象正不斷從以自然系統為主拓展到自然系統、人造系統并重。人類的知識要素、技術要素日益復雜，在豐富科學研究對象的同時，也拓展了科學問題域，以認識人工系統基本原理為主要目的的科學研究將占據越來越大的比重。

科學研究功能的拓展

科學研究的功能首先體現在對客觀世界的理性認知與合理解釋之上，即以自然系統為對象，研究自然界的物質形態、結構、性質和運動規律，旨在發現自然系統的客觀規律。這也就意味著，知識本身即為目的，其主要價值不在于實用。這種觀念脫胎于古希臘自然哲學并影響至今。亞里士多德認為：“不論現在，還是最初，人都是由于好奇而開始哲學思考，??如若人們為了擺脫無知而進行哲學思考，那么，很顯然他們是為了知而追求知識，并不以某種實用為目的。”與此同時，科學研究不僅意味著人類知識寶庫的擴展，而且也體現了一種純粹的思想力量。近代科學的實證主義、人文主義和理性精神，成為歐洲宗教改革和啟蒙運動的思想源泉，有力推動了歐洲民族國家的崛起和民主制度的建立，繼而實現現代化轉型。科學作為一種思想力量，在今天仍對人類的文明進步產生巨大影響。

從?19?世紀的電力技術到?20?世紀能源、新材料、空間、生物等新興技術的興起，科學研究的作用充分彰顯。1945?年?7?月，范內瓦?·布什（Vannevar Bush）在提交美國政府的《科學：無盡的前沿》（Science: The Endless Frontier）中，首次明確提出了科學對于國家的重要性與必要性，認為基礎研究是沒有明確應用目的，以好奇心驅動的科學研究，是一切知識的源泉，并構建了基礎研究到應用研究的“線性模型”。通過基礎研究能夠自然而然地獲得實用性的成果，即“無用之用”。

在各國國家創新體系的牽引下，科學研究發展到新階段，功能向更加實用拓展。在通過線性模型實現“無用之用”的基礎上，科技創新更加強調從工程實踐和技術開發實際中出發，凝練出的相關科學問題牽引著基礎研究不斷深入，通過反復迭代，使得創新周期大幅縮短。

具體來說，隨著科學方法、科學工具、科學實驗的發展，以及科學教育的建制化，技術向著知識化、科學化、系統化轉變。同時，科學研究的手段也越來越離不開技術和工程的支撐，技術是科學與傳統工匠技術結合的產物，不僅僅是科學的簡單應用。例如，在信息通訊領域，從特殊場景到一般規律的逆向創新形式屢見不鮮。很多企業開發出滿足市場需求的具體產品，以實踐中發現和凝練的科學問題為牽引，通過基礎研究推動相關產品的不斷優化升級。因此，很多技術產品不僅需要大量的工程技術實踐積累和經驗判斷，而且需要解決工程技術實踐的原理性問題，以基礎原理和基礎理論作為根本依據。在科學家、工程師、企業家、智庫專家等眾多創新主體的密切協同下，科學與技術、發現與發明、基礎研究與應用研究不斷打破邊界，融會貫通，從而彰顯出技術科學的重要價值和作用。

科學研究方式的拓展

1620?年，弗朗西斯 ·培根（Francis Bacon）在《新工具》中描繪出“假說、實驗、結論”的科學方法輪廓。1660?年，英國皇家學會成立，聚集了一批信奉培根方法的自然哲學家，也拉開了科學體制化的序幕。自此，實驗歸納和模型推演也成為科學研究的主要方法。科學研究在還原論的指導下取得了巨大成就，但在解釋生物機體和意識等方面仍遇到不少困難，特別在解決經濟、社會等復雜問題時，更是如此。

20?世紀中期以后，計算機作為一種有效的方法工具，在解決各個學科的數值模擬、模型擬合、仿真和計算優化問題方面發揮了重要作用，成為實驗歸納和模型推演的有益補充。當前物理學非線性的前沿研究表明，在處理一些不可能解析的非線性系統數學時，計算機模擬可以將已知微觀客體的物理性質與復雜系統的基本經驗性定律聯系，提供了另一種（可能是新的）理解高度。由于超算和人工智能的發展，計算機的處理能力越來越強，速度越來越快，加上復雜性科學的推動，更加放大了仿真模擬的價值。在一定程度上，可以把在科學研究中使用計算機進行仿真模擬，類比于生物學中使用顯微鏡的意義。

隨著?5G?通信、物聯網、大數據、云計算、人工智能、區塊鏈等新一代信息技術的發展，無論是在學術界、產業界，還是在現實的經濟社會生活中，都很容易發現數據所展現的力量。海量的數據、計算能力極大的提高、數字經濟的發展等都在催生數據科學的產生。2007?年?1?月，圖靈獎獲得者詹姆士?·?格雷（James Gray）以《e-Science：一種科研范式的變革》為題，在美國國家研究理事會計算機科學與通訊分會（NRC-CSTB）大會上發表了著名的演講。在演講中，格雷將科學方法論意義上研究范式分為?4?類：除了之前已經出現的實驗歸納、模型推演、仿真模擬之外，新的信息通信技術正在推動新的范式出現，即數據密集型科學發現。格雷的預言在當前已經部分實現，海量數據已經成為重要的科研基礎設施，數據科學也將成為推動科研范式變革的有效突破口。 

政策啟示

面對科學的復雜圖景需要打破傳統思維，在科學研究和科研資助中有效采用適應和推動科學范式變革的理念和策略。

要改革管理方式，加強學科領域之間、科學與技術工程之間、部門之間的協作。通過線性、反向、循環相結合的組織創新，探索建立多元化的管理模式，并配套相應的部門協調機制和人、財、物管理體制，使得科研管理能適應科學發展和學科交叉融通的需求。

針對不同研究對象下的差異，細化分類支持政策。對自然系統的前沿探索以識人的方式，建立高度的競爭擇優機制，并在此基礎上給予穩定持續支持；對人造系統的研究加強實踐導向，強化團隊協作和實際效果。

要加強方法和平臺的支持力度，為推動范式變革提供支撐。支持數據驅動型科學研究的基礎算法模型、復雜系統的計算機模擬及相應的通用技術方法，強化高端儀器和裝備研制、工具軟件研發、檢測和分析平臺等相關平臺建設，建立相應的共享機制及政策保障制度。

（作者：杜鵬、沈華，中國科學院科技戰略咨詢研究院；張鳳，中國科學院科技戰略咨詢研究院、中國科學院大學 公共政策與管理學院；《中國科學院院刊》供稿）

相關文章