梁政，張林山，鄒京希，朱全聰，張冀

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650011；2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650011）

0 前言

“范式”的理論最初是由美國(guó)著名科學(xué)哲學(xué)家托馬斯·庫(kù)恩于1962年在其著作《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中提出，他認(rèn)為“范式”具有以下兩個(gè)特征：它們的成就空前地吸引一批堅(jiān)定的擁護(hù)者，使他們脫離科學(xué)活動(dòng)的其他競(jìng)爭(zhēng)模式；同時(shí)，這些成就又足以無(wú)限制地為重新組成的一批實(shí)踐者留下有待解決的種種問(wèn)題[1]。因此，“范式”的含義可以概括為：一個(gè)科學(xué)共同體在某一專業(yè)或?qū)W科中所具有的共同信念，這種信念規(guī)定了該共同體的基本觀點(diǎn)、基本理論和基本方法，提供了共同的理論模式和解決問(wèn)題的方向，從而形成該學(xué)科的一種信念系統(tǒng)，并為該學(xué)科的發(fā)展規(guī)定了共同的趨向。從本質(zhì)上講，范式是一種理論體系、理論框架，在該體系框架之內(nèi)的該范式的理論、法則、定律都被人們普遍接受。

可以看出，首先，范式是指在一段時(shí)間里為實(shí)踐共同體提供典型問(wèn)題和解答的公共科學(xué)成就；其次，范式屬于科學(xué)共同體，包含了科學(xué)共同體的科學(xué)、哲學(xué)素養(yǎng)。范式的成型，是一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域在發(fā)展中達(dá)到成熟的標(biāo)志，范式會(huì)使得科學(xué)家把自然界的某個(gè)部分研究得更細(xì)致入微，而范式的轉(zhuǎn)變就是科學(xué)革命，一種范式通過(guò)革命向另一種范式的過(guò)渡，便是成熟科學(xué)通常發(fā)展的模式。本文首先介紹了科學(xué)范式的含義，對(duì)比了西方科學(xué)范式與中國(guó)傳統(tǒng)科學(xué)范式的特點(diǎn)和演變過(guò)程，然后介紹了科研范式的含義及現(xiàn)狀，最后對(duì)科研范式未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 科學(xué)范式

1.1 科學(xué)范式概述

科學(xué)范式是指科學(xué)共同體所共同信奉與接受的理論體系，是科學(xué)家集團(tuán)所共同接受的一組假說(shuō)、理論、準(zhǔn)則和方法的總和。不同歷史時(shí)期，不同文化圈層，構(gòu)成了不同的科學(xué)范式。

科學(xué)的發(fā)展就是新范式通過(guò)科學(xué)革命取代舊范式，其發(fā)展模式大致可以表述為：前科學(xué)——常規(guī)科學(xué)——危機(jī)——科學(xué)革命——新的常規(guī)科學(xué)。前科學(xué)是指還沒(méi)有系統(tǒng)理論而眾說(shuō)紛紜的階段，當(dāng)一門科學(xué)有了系統(tǒng)理論后，科學(xué)便進(jìn)入常規(guī)科學(xué)階段。在常規(guī)科學(xué)階段，科學(xué)呈現(xiàn)積累式發(fā)展，科學(xué)團(tuán)體不會(huì)質(zhì)疑范式本身，遇到異常狀況總是力求在范式內(nèi)部作出調(diào)整與改進(jìn)。隨著常規(guī)研究的深入，科學(xué)家團(tuán)體必然會(huì)遇到一類無(wú)法用現(xiàn)有范式調(diào)整的反?，F(xiàn)象，隨著這類反?，F(xiàn)象的頻率增加，便會(huì)對(duì)現(xiàn)有范式產(chǎn)生危機(jī)，在該危機(jī)中，一切調(diào)整均無(wú)效，只能尋求一個(gè)新的范式來(lái)替代舊范式，即科學(xué)革命，各式各樣的新范式涌現(xiàn)出來(lái)并互相競(jìng)爭(zhēng)，最后的勝利者成為新的主流科學(xué)，再次回到常規(guī)科學(xué)時(shí)期。

1.2 西方科學(xué)范式演變

在西方近現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，大致可分為以下3類科學(xué)范式[2]。

1.2.1 實(shí)證科學(xué)范式：牛頓范式

以牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》為典型代表的科學(xué)范式，具有如下特點(diǎn)：

1）真實(shí)性，有明確的真實(shí)存在的研究對(duì)象；

2）實(shí)驗(yàn)性，科學(xué)理論以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)滿足規(guī)定的條件，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果可重復(fù)；

3）定量化，定律和規(guī)律不僅定性而且要定量；

4）公理化，所有的概念、規(guī)律和推理都必須符合形式邏輯的規(guī)則，應(yīng)用數(shù)學(xué)和邏輯推理，能從數(shù)量很少的幾個(gè)公理演繹出全部的定義、定理和推論；

5）可還原性，所有物體都可以分解為最基本的最簡(jiǎn)單的元素——質(zhì)點(diǎn)，物體可以用“質(zhì)點(diǎn)組”的合成來(lái)代替，所有復(fù)雜的相互作用都可以用最基本最簡(jiǎn)單的元素——作用力表示；

6）可預(yù)見(jiàn)性，在給定條件下，由已知的初態(tài)可以決定和預(yù)知今后任意時(shí)刻的狀態(tài)，用現(xiàn)在可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)；

7）客觀性，實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果具有可重復(fù)性，與時(shí)間地點(diǎn)，與任何人的觀點(diǎn)、看法無(wú)關(guān)，不以任何人的意志為轉(zhuǎn)移；

8）可實(shí)證性，理論的正確與否，可以通過(guò)實(shí)例來(lái)證實(shí)或證偽，只要有一個(gè)實(shí)例與理論不符就可以證偽一個(gè)理論，但要證實(shí)一個(gè)理論則需要所有的實(shí)例都與理論相符。

上述8個(gè)特征，即為牛頓范式的內(nèi)涵。愛(ài)因斯坦的相對(duì)論否定了牛頓范式的時(shí)空觀，但遵守了牛頓范式的全部要求，在此基礎(chǔ)上愛(ài)因斯坦范式還體現(xiàn)了“簡(jiǎn)潔性”的特點(diǎn)，并受到科學(xué)團(tuán)體的認(rèn)可與贊同。上述9個(gè)特征中最重要的是“可實(shí)證性”，即使其他各條不能全部滿足，但只要滿足了可實(shí)證性，仍可視為科學(xué)理論，因此，滿足牛頓范式的科學(xué)理論又稱為“實(shí)證科學(xué)”。

1.2.2 非實(shí)證科學(xué)范式：達(dá)爾文范式

非實(shí)證科學(xué)，以達(dá)爾文及其著作《物種起源》為典型代表。達(dá)爾文根據(jù)20多年積累的古生物學(xué)、生物地理學(xué)、形態(tài)學(xué)、胚胎學(xué)和分類學(xué)等領(lǐng)域的大量研究資料，提出了適者生存、用進(jìn)廢退、遺傳變異的理論，定性解釋了物種起源和生命自然界的多樣性與統(tǒng)一性。但該理論的提出，并未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也沒(méi)有定量化和公理化。相對(duì)于牛頓范式，達(dá)爾文范式的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

1）適用于生物界的行為和現(xiàn)象，而牛頓范式適用于無(wú)機(jī)的自然界；

2）僅用3條原理就解釋了成千上萬(wàn)的植物與動(dòng)物，并且無(wú)一反例；

3）解釋了物種從低級(jí)到高級(jí)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的發(fā)展進(jìn)程，但是“用進(jìn)廢退”、“適者生存”的理論沒(méi)有實(shí)例或?qū)嶒?yàn)可以驗(yàn)證，且該理論不能定量化，不能按實(shí)證科學(xué)進(jìn)行證實(shí)或證偽。

因此，以達(dá)爾文范式為代表的科學(xué)范式，又稱為非實(shí)證科學(xué)范式。

1.2.3 復(fù)雜性科學(xué)范式

復(fù)雜性科學(xué)是20世紀(jì)中葉在生命科學(xué)、生態(tài)科學(xué)日益發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的科學(xué)理論，包括耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、突變論、超循環(huán)理論、混沌理論、分形理論等。一般系統(tǒng)論認(rèn)為，有機(jī)體都是以系統(tǒng)的方式存在，系統(tǒng)具有“整體性、關(guān)聯(lián)性、動(dòng)態(tài)性、有序性、終極性”。復(fù)雜性科學(xué)理論又可稱為自組織理論：開(kāi)放系統(tǒng)在遠(yuǎn)離平衡的狀態(tài)下，如果系統(tǒng)存在著某種恒有的輸入，這種輸入作為一種外界干擾對(duì)系統(tǒng)的壓力超過(guò)一定的閾值，這時(shí)系統(tǒng)能夠通過(guò)內(nèi)在要素之間的協(xié)同作用，通過(guò)分叉與突變，重新組織自身，形成新的有序結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)環(huán)境的變化。系統(tǒng)這種能夠自行產(chǎn)生的組織性和相干性過(guò)程即自組織演化過(guò)程。系統(tǒng)正是這樣通過(guò)“自我選擇”和“環(huán)境選擇”，由低級(jí)向高級(jí)、由簡(jiǎn)單向復(fù)雜，向著更加有序和更多等級(jí)層次的方向進(jìn)化。

復(fù)雜性科學(xué)是從西方現(xiàn)代科學(xué)范式中發(fā)展出來(lái)的，是對(duì)近現(xiàn)代科學(xué)范式的轉(zhuǎn)型與超越，具體表現(xiàn)在：

1）從簡(jiǎn)單性向復(fù)雜性轉(zhuǎn)型。在研究對(duì)象上，傳統(tǒng)科學(xué)范式關(guān)注的是事物存在的常態(tài)及事物之間相對(duì)穩(wěn)定的聯(lián)系和變化發(fā)展規(guī)律；復(fù)雜性科學(xué)范式則關(guān)注世界存在狀態(tài)、存在形式的“復(fù)雜性”，將那些以前被視為奇異的、混亂的、突變的、數(shù)學(xué)性態(tài)“不好”的存在狀態(tài)納入認(rèn)識(shí)的范圍。

2）由分析方法到綜合方法的轉(zhuǎn)型。復(fù)雜性科學(xué)范式不滿意近現(xiàn)代科學(xué)還原論的分析方法，而開(kāi)始致力于綜合。

3）從線性思維到非線性思維、復(fù)雜性思維。近現(xiàn)代科學(xué)范式在考察事物、現(xiàn)象和過(guò)程時(shí)只注重分析系統(tǒng)中兩個(gè)或少數(shù)幾個(gè)因素之間的線性關(guān)系和單向因果鏈，是一種線性思維。復(fù)雜性科學(xué)范式則認(rèn)為在有機(jī)系統(tǒng)中變量之間的關(guān)系并非等比的直線關(guān)系，系統(tǒng)內(nèi)的各組分之間交叉往復(fù)、互為因果，需要以有機(jī)整體論思維方式對(duì)各組分進(jìn)行綜合的考察。非線性關(guān)系表明有機(jī)系統(tǒng)是一種復(fù)雜性系統(tǒng)整體，因此，非線性思維實(shí)際上是一種整體性思維、復(fù)雜性思維。

4）由實(shí)體構(gòu)成論向有機(jī)系統(tǒng)論的轉(zhuǎn)型。近現(xiàn)代科學(xué)范式主要是建立在近現(xiàn)代物理學(xué)基礎(chǔ)上的，它將不同層次的實(shí)體看作構(gòu)成世界的基元，將世界看成是由不同層次實(shí)體構(gòu)成的機(jī)械的物質(zhì)世界。復(fù)雜性科學(xué)范式則主要建立在生命科學(xué)、生態(tài)科學(xué)基礎(chǔ)上，它將有機(jī)系統(tǒng)看作世界構(gòu)成的基元，系統(tǒng)具有整體性、有機(jī)性等方面特征。

5）從機(jī)械決定論向自組織演化論轉(zhuǎn)型。復(fù)雜性科學(xué)認(rèn)為因果決定性機(jī)制只是復(fù)雜系統(tǒng)自組織演化過(guò)程特定階段發(fā)生作用的機(jī)制，復(fù)雜系統(tǒng)自組織演化過(guò)程是因果決定性機(jī)制、隨機(jī)性機(jī)制、目的性和意向性機(jī)制共同作用的結(jié)果。系統(tǒng)演化具有隨機(jī)性、不可逆性、進(jìn)化性，我們無(wú)法根據(jù)系統(tǒng)初始條件和既定的因果必然性規(guī)律預(yù)測(cè)系統(tǒng)未來(lái)的存在狀態(tài)[3]。

1.3 中國(guó)傳統(tǒng)科學(xué)范式

由于地理、氣候條件，政治體制，民族性格等差異，中國(guó)和西方在科學(xué)范式上有著明顯差異。就整個(gè)歷史而言，中國(guó)傳統(tǒng)科學(xué)范式長(zhǎng)于直覺(jué)短于抽象，長(zhǎng)于綜合而短于分析，長(zhǎng)于工匠而短于理論[4]。

在近年來(lái)科學(xué)發(fā)展中，中國(guó)引入了西方主流科學(xué)理論、體系與成果，逐步向西方近現(xiàn)代科學(xué)靠近。而西方復(fù)雜性科學(xué)，在更高層面上，又與中國(guó)傳統(tǒng)科學(xué)在許多方面體現(xiàn)出共同特點(diǎn)。復(fù)雜性科學(xué)正逐漸開(kāi)始意識(shí)到存在的多樣性、層次性、整體性及生成特征，與中國(guó)傳統(tǒng)科學(xué)逐漸趨于重疊。從中西方科學(xué)兩種不同的認(rèn)識(shí)思維路線及科學(xué)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)狀況（如圖1）而言，當(dāng)代科學(xué)的發(fā)展呈現(xiàn)出中西科學(xué)范式融合的趨勢(shì)。

圖1 中西方科學(xué)范式的發(fā)展

2 科研范式

科研范式是指科學(xué)共同體為了使日?？蒲泄ぷ鞲咝в行蜻\(yùn)轉(zhuǎn)所依賴與普遍采用的一套規(guī)則體系的集合，包括研究模式、科研體制、組織模式、研究方法、評(píng)價(jià)體系、研究工具等內(nèi)容?？蒲蟹妒绞顷P(guān)于科研有效、合規(guī)的一組被認(rèn)可與接受的規(guī)定，它受到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化、政治、國(guó)際環(huán)境以及個(gè)體偏好等的影響。下面從研究模式、科研組織、科研體制、評(píng)價(jià)體系等方面展開(kāi)分析。

2.1 研究模式

計(jì)算機(jī)科學(xué)家、圖靈獎(jiǎng)得主、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的鼻祖格雷將人類的科研范式總結(jié)為4種（見(jiàn)圖2）：描述自然現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)科學(xué)，也叫第一范式；使用模型或者歸納法進(jìn)行科學(xué)研究的理論科學(xué)，也被稱為第二范式；采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬復(fù)雜現(xiàn)象的計(jì)算科學(xué)，也被稱為第三范式；依賴海量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)探索，也叫第四范式或大數(shù)據(jù)范式。

圖2 四類研究范式示意

1）第一范式：經(jīng)驗(yàn)科學(xué)

在近代理論科學(xué)范式誕生之前，經(jīng)驗(yàn)科學(xué)范式是西方科研范式的全部，也是西方科研范式的最初形態(tài)。以實(shí)驗(yàn)材料或者自然現(xiàn)象為研究對(duì)象，偏重于描述和研究明確具體的事物，從而也被稱為“實(shí)驗(yàn)科學(xué)”。

2）第二范式：理論科學(xué)

根據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)的分析和研究，以模型建立和數(shù)學(xué)的分析比較、對(duì)假設(shè)演繹證明以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納分類的研究方法，構(gòu)建了一套全新的從假設(shè)理論到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)， 最后通過(guò)建立模型、實(shí)現(xiàn)量化研究、輸出結(jié)果的研究范式即理論科學(xué)。這種科研范式側(cè)重于理論總結(jié)和普適性，不再以實(shí)用性為導(dǎo)向。

3）第三范式：計(jì)算科學(xué)

計(jì)算科學(xué)可以視作理論科學(xué)的延續(xù)和發(fā)展，根本在于計(jì)算機(jī)的發(fā)明和廣泛使用實(shí)現(xiàn)算力上的突破，這種范式仍舊是以 “假設(shè)理論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、建立模型、量化研究、輸出結(jié)果”為主要研究方法，區(qū)別在于在實(shí)際應(yīng)用層面，計(jì)算科學(xué)范式是對(duì)不同學(xué)科和不同學(xué)術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬和其他形式的計(jì)算。

4）第四范式：大數(shù)據(jù)科學(xué)

前三種科研模式往往采用“選取樣本”，通過(guò)研究樣本來(lái)推測(cè)整體的科研方式，因此也稱之為“抽樣式科研”。抽樣式科研的科學(xué)性取決于“樣本”和“整體”的一致性、同質(zhì)性。但事實(shí)上，樣本和整體的一致乃至同質(zhì)其實(shí)并不是普遍現(xiàn)象?！敖Y(jié)構(gòu)整體論”認(rèn)為只有樣本具有 “結(jié)構(gòu)代表性”的時(shí)候，通過(guò)樣本研究整體才是合適的。而“有機(jī)整體論”則認(rèn)為，樣本就是樣本，局部就是局部，樣本或局部永遠(yuǎn)不可能與整體同質(zhì)。

大數(shù)據(jù)以囊括近乎“整體”的數(shù)據(jù)而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界的網(wǎng)絡(luò)鏡像，通過(guò)改變傳統(tǒng)數(shù)據(jù)生成方式、儲(chǔ)存方式、傳輸方式以及處理方式，使得“鏡像世界”也變成了科學(xué)研究的對(duì)象，由此誕生的科研范式被學(xué)者們命名為“大數(shù)據(jù)科研范式”。

雖然大數(shù)據(jù)看似囊括了所有樣本，但它只是接近完全歸納，而不是真正的完全歸納，因此從本質(zhì)上說(shuō)仍屬于不完全歸納法的范疇。另一方面，所有數(shù)據(jù)都帶有或多或少的人類主觀印跡，信息技術(shù)平臺(tái)也是人類設(shè)計(jì)的產(chǎn)物，必然帶有人類的價(jià)值觀，以此為依托的大數(shù)據(jù)范式的客觀性自然有待商榷[5]。

2.2 科研組織

科研組織化、建制化，是科技與經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定階段的歷史產(chǎn)物，是科技、社會(huì)不斷發(fā)展的必然要求。

現(xiàn)代科技組織從20世紀(jì)60年代至今，大的科研項(xiàng)目單靠一個(gè)組織、甚至一國(guó)很難完成，集團(tuán)化、舉國(guó)體制、全球合作計(jì)劃、跨國(guó)科技組織溝通協(xié)調(diào)逐漸成為趨勢(shì)，科研規(guī)模更加擴(kuò)大，組織結(jié)構(gòu)柔性化，科研效率更大程度提升[6]。

科研組織從個(gè)人到團(tuán)體，從個(gè)人興趣到職業(yè)化（見(jiàn)圖3），雖然極大地推動(dòng)了科學(xué)研究的進(jìn)展，但是也出現(xiàn)了很多弊端：

圖3 科研組織方式的發(fā)展過(guò)程

1）難以做到真正的自由探索；

2）形成了封閉式科研體系[7]；

3）科研活動(dòng)逐漸遠(yuǎn)離社會(huì)民眾。

2.3 科研體制

科學(xué)研究在20世紀(jì)中葉開(kāi)始逐漸轉(zhuǎn)變成為一種國(guó)家主導(dǎo)的建制化活動(dòng)。這種轉(zhuǎn)變的主要推手是1945年美國(guó)科學(xué)研究發(fā)展局主任Bush提交給美國(guó)總統(tǒng)羅斯福的一份科技發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告“Science, the Endless Frontier”（《科學(xué)：無(wú)盡的前沿》）。該報(bào)告指出，科學(xué)進(jìn)步是國(guó)家繁榮和安全所必不可少的，因此，科學(xué)是政府應(yīng)當(dāng)關(guān)心的事情[8]。隨著美國(guó)在第二次世界大戰(zhàn)后成長(zhǎng)為世界科技強(qiáng)國(guó), 這種舉國(guó)體制的科研范式也成為了國(guó)際主流。

布什報(bào)告對(duì)美國(guó)科研體制的影響主要有3點(diǎn)：一是建立了，一個(gè)可以獲得充分獨(dú)立撥款的聯(lián)邦層面的機(jī)構(gòu)——國(guó)家科學(xué)基金會(huì)，其宗旨是充分保障科學(xué)家的科學(xué)研究自由，以及為科學(xué)家的培養(yǎng)提供資金和制度支持；二是由政府主導(dǎo)，加大了對(duì)基礎(chǔ)研究的投入；三是確保了科學(xué)共同體的自主性和探索的自由性[9]。

新型舉國(guó)體制應(yīng)當(dāng)能夠有機(jī)整合個(gè)人研究模式與集體研究模式，以應(yīng)對(duì)在舉國(guó)體制模式的影響下，研究自由度普遍不足的缺陷[10]。

2.4 評(píng)價(jià)體系

布什報(bào)告提出了基于科研人員的評(píng)價(jià)而提供不同等級(jí)的資助和待遇的功利化策略。更重要的是，這種人才等級(jí)制被設(shè)計(jì)成一個(gè)流動(dòng)的模式，進(jìn)而產(chǎn)生一種從一個(gè)低等級(jí)升至高等級(jí)的“向心力”——科研 人員要有自己的職業(yè)規(guī)劃，從“學(xué)生”到“學(xué)者”再到“學(xué)術(shù)權(quán)威”。研究者的科研等級(jí)確定和流動(dòng)離不開(kāi)相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)估活動(dòng)。由此產(chǎn)生了相當(dāng)復(fù)雜的評(píng)估體系乃至評(píng)估“文化”[12-14]。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷突破，科研范式也將繼續(xù)演變。研究模式方面，交叉學(xué)科的發(fā)展，以及機(jī)器學(xué)習(xí)在各個(gè)科學(xué)和工程領(lǐng)域的應(yīng)用，將成為未來(lái)的第五大科研范式——AI for science（科學(xué)智能）；科研組織方面，全球合作、跨國(guó)科技組織將成為趨勢(shì)；科研體制方面，將整合個(gè)人研究模式與集體研究模式，在保持國(guó)家主導(dǎo)的同時(shí)，保證一定程度上的科研自由度；未來(lái)的評(píng)價(jià)體系將更加注重研究理論與實(shí)際的統(tǒng)一，最大限度的規(guī)訓(xùn)科研人員做最有價(jià)值的科學(xué)研究。