杜鵬 趙秉鈺,2 孫粒 沙小晶 張理茜 王孜丹

1 中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院 北京 100190

2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 公共政策與管理學(xué)院 北京 100049

3 國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì) 計(jì)劃與政策局 北京 100085

4 軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院 北京 100041

當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)已成為改變和影響世界經(jīng)濟(jì)版圖和政治格局的關(guān)鍵變量。各國(guó)政府不斷調(diào)整與完善科技政策，加強(qiáng)重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)投入，從而確保在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位。盡管全社會(huì)對(duì)科技的重視程度和投入越來(lái)越大，論文與專利越來(lái)越多，但顛覆性成果卻越來(lái)越少[1]，獲得重大發(fā)現(xiàn)越來(lái)越困難，與過(guò)去相比需要投入更多的人員、時(shí)間、經(jīng)費(fèi)，科學(xué)發(fā)展路徑面臨挑戰(zhàn)[2]。

從當(dāng)前科技發(fā)展態(tài)勢(shì)來(lái)看，科技與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展不斷融合滲透發(fā)展，多學(xué)科交叉融合不斷深化，科研范式正在發(fā)生著深刻的變革。特別是2007年1月，圖靈獎(jiǎng)獲得者吉姆·格雷在美國(guó)國(guó)家研究理事會(huì)計(jì)算機(jī)科學(xué)和電信委員會(huì)（CSTB）大會(huì)的主題演講上，基于實(shí)驗(yàn)歸納、模型推演、仿真模擬提出了第四范式的觀點(diǎn)：數(shù)據(jù)密集型科學(xué)發(fā)現(xiàn)[3]，使得科研范式變革逐漸成為全球科技界探討的熱點(diǎn)問題[4]①科學(xué)四十人. 科學(xué)范式是否真的到了變革的前夕，還是仍在混亂之中？. [2022-10-31]. https://mp.weixin.qq.com/s/CRkNbDqpdMHGkldVCkUIg.。我們需要把握科研范式變革的機(jī)遇，探索更有效的方式來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化、重大疾病、自然災(zāi)害、經(jīng)濟(jì)社會(huì)治理體系等全球性重大挑戰(zhàn)[5]。這也特別需要科技界、政府乃至社會(huì)各界積極謀劃和適應(yīng)科研范式變革來(lái)找到應(yīng)對(duì)這些問題的方法。

為了更好地促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們需要理解全球性科研范式變革的內(nèi)涵和趨勢(shì)，主動(dòng)應(yīng)對(duì)變革，從而為建設(shè)科技強(qiáng)國(guó)和高水平科技自立自強(qiáng)提供有力支撐，特別是希望優(yōu)化知識(shí)生產(chǎn)路徑，以促進(jìn)重大科學(xué)突破和全球重大問題解決。為此，本文首先梳理了“范式”概念的邏輯本質(zhì)，并基于調(diào)研分析了新時(shí)代科研范式變革基本趨勢(shì)，探討了我國(guó)在應(yīng)對(duì)科研范式變革時(shí)面臨的問題，提出知識(shí)生產(chǎn)相關(guān)的對(duì)策建議。

1 “范式”概念的邏輯本質(zhì)

“范式”（paradigm）這一概念和理論是由美國(guó)著名的科學(xué)史家、科學(xué)哲學(xué)家托馬斯· 庫(kù)恩（Thomas Kuhn）（以下簡(jiǎn)稱“庫(kù)恩”）在其《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》（The Structures of Scientific Revolutions）[6]中提出并進(jìn)行了系統(tǒng)性闡述。“范式”的概念出現(xiàn)后，其影響及運(yùn)用不僅限于科學(xué)哲學(xué)范圍，還不斷延伸到其他學(xué)科領(lǐng)域。

庫(kù)恩分別于1943 年、1946 年和1949 年獲得哈佛大學(xué)學(xué)士、碩士和博士學(xué)位，專業(yè)都是物理，其博士論文的導(dǎo)師是諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者約翰·范弗萊克（Johan van Vleck）。1947 年的一次機(jī)緣巧合對(duì)庫(kù)恩的學(xué)術(shù)生涯產(chǎn)生了決定性影響。當(dāng)時(shí)，庫(kù)恩被邀請(qǐng)參加了一期有關(guān)17 世紀(jì)力學(xué)起源問題的講座，以此為契機(jī)，他暫時(shí)中斷了自己的博士論文準(zhǔn)備工作，轉(zhuǎn)向深入研究伽利略、牛頓、亞里士多德等人的力學(xué)理論。庫(kù)恩發(fā)現(xiàn)，亞里士多德在其著作《物理學(xué)》中對(duì)運(yùn)動(dòng)問題發(fā)表了很多荒謬的論點(diǎn)，尤其引起庫(kù)恩注意的是，有很多后繼研究者在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里視這些錯(cuò)誤觀點(diǎn)為正確的。庫(kù)恩突然意識(shí)到，亞里士多德《物理學(xué)》的主題與近代物理學(xué)完全不同，這是導(dǎo)致以庫(kù)恩所處時(shí)代的學(xué)術(shù)眼光來(lái)審視亞里士多德《物理學(xué)》中部分內(nèi)容完全荒謬的根本原因。亞里士多德的讀者一旦將審視的眼光拉回到亞里士多德自己的知識(shí)范疇和邏輯框架中，《物理學(xué)》中在今后顯得“荒謬”甚至是“錯(cuò)誤”的內(nèi)容，就立即擁有內(nèi)在的邏輯[7]。于是，庫(kù)恩嘗試以亞里士多德本人的思維方式，試圖理解作者的意圖，于是亞里士多德的理論就變成了可以被理解的[8]。庫(kù)恩發(fā)現(xiàn)，新的力學(xué)理論體系和舊的力學(xué)理論體系都能在它們存在的特有歷史時(shí)間解決某些實(shí)際問題。但是，新、舊力學(xué)理論體系對(duì)觀察到的相同事實(shí)的闡述卻完全不一樣。亞里士多德力學(xué)體系和牛頓體系的關(guān)系是這種情況，牛頓體系和愛因斯坦體系的關(guān)系也是這種情況。因此，庫(kù)恩得出的結(jié)論是，科學(xué)進(jìn)步是累積的和知識(shí)持續(xù)積累增長(zhǎng)的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，并不能反映出歷史研究中展示的真實(shí)情況。

科學(xué)如何發(fā)展？這是庫(kù)恩在《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中不斷探尋的最核心的問題。事實(shí)上，正是“范式”的引入，形成了《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》的基本研究思路：常規(guī)科學(xué)由一種“范式”來(lái)刻畫，“范式”確保了科學(xué)共同體研究的問題的正當(dāng)性。如果一切順利，可以一直達(dá)到“范式”所確定的研究方法無(wú)法解決的反常地步。然后出現(xiàn)危機(jī)并不斷延續(xù)，直到新的科學(xué)成就開始指導(dǎo)新的科學(xué)研究，并形成新的“范式”?？茖W(xué)革命的本質(zhì)是“范式”的轉(zhuǎn)換和更替[9]。

在《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中，“范式”作為核心概念貫穿全書。庫(kù)恩[6]指出：“按既定的用法，范式指的是一種公認(rèn)的模型或模式”“我采用這個(gè)術(shù)語(yǔ)是想說(shuō)明，在科學(xué)實(shí)際活動(dòng)中某些被公認(rèn)的范例——包括定律、理論、應(yīng)用及儀器設(shè)備統(tǒng)統(tǒng)在內(nèi)的范例——為某種科學(xué)研究傳統(tǒng)的出現(xiàn)提供了模型?！痹趲?kù)恩看來(lái)，“范式”是對(duì)本體論、認(rèn)識(shí)論和方法論的基本承諾，是科學(xué)共同體共同接受的一組假說(shuō)、理論、準(zhǔn)則和方法的總體，這些共識(shí)成了科學(xué)家的一致信念。也就是說(shuō)，庫(kù)恩把科學(xué)共同體共同認(rèn)可的科學(xué)成就作為“范式”，這些“范式”告訴科學(xué)家該如何做、提出怎樣的問題、怎樣進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)。庫(kù)恩認(rèn)為，這些科學(xué)成就能“空前地吸引一批堅(jiān)定的支持者”和“并足夠無(wú)限制地為新的實(shí)踐者留下需要解決的各種問題”[6]。

但是，《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中的“范式”并不是一個(gè)精確的概念，具有靈活性、層次性和多樣性，“范式”轉(zhuǎn)換在不同層次的重要性也不盡相同。因此，本研究與庫(kù)恩“范式”概念的邏輯起點(diǎn)是一致的，希望能尋找有效②這里的有效性是指通過(guò)結(jié)果來(lái)進(jìn)行判斷。的知識(shí)生產(chǎn)方式以推動(dòng)科學(xué)突破、解決當(dāng)前全球面臨的重大問題和挑戰(zhàn)。這樣“范式”變革就與知識(shí)生產(chǎn)方式（如國(guó)家自然科學(xué)基金資助）得到有效統(tǒng)一。在尋找這種有效的知識(shí)生產(chǎn)方式時(shí)，可從2個(gè)出發(fā)點(diǎn)判斷：① 基于科學(xué)共同體而言——某一特定學(xué)科或者跨學(xué)科的知識(shí)生產(chǎn)方式，這種是全球性的，具有一定的普遍性；② 從社會(huì)的視角對(duì)科學(xué)活動(dòng)的相關(guān)組織方式進(jìn)行考察，比如選題與社會(huì)需求、資源分配等，這往往與國(guó)家對(duì)科學(xué)的管理模式密切相關(guān)。

2 新時(shí)代具體學(xué)科科研范式變革的主要表現(xiàn)形式

自近代科學(xué)誕生以來(lái)，知識(shí)被不斷創(chuàng)造、發(fā)展，并不斷形成系統(tǒng)化的理論和方法，從而成為具有特定范式的某一學(xué)科。學(xué)科隨著知識(shí)增長(zhǎng)、更替和分化不斷發(fā)展變化，形成不同分支領(lǐng)域，進(jìn)而發(fā)展成為知識(shí)增長(zhǎng)的譜系。為此，本次調(diào)研分為2個(gè)部分：① 根據(jù)國(guó)際上相關(guān)戰(zhàn)略研究的成果，重點(diǎn)分析物理學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)，關(guān)注學(xué)科發(fā)展和知識(shí)生產(chǎn)方式的變化；② 開展國(guó)家自然科學(xué)基金科研范式變革專項(xiàng)調(diào)研，對(duì)國(guó)家自然科學(xué)基金18個(gè)學(xué)科的戰(zhàn)略科學(xué)家進(jìn)行問卷調(diào)查。

2.1 國(guó)際相關(guān)學(xué)科戰(zhàn)略研究的成果調(diào)研——以物理學(xué)和生物學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)為例

（1）物理學(xué)。2005 年是國(guó)際“世界物理年”。為了紀(jì)念“世界物理年”，國(guó)際物理學(xué)界出版了2部重要的著作——《20世紀(jì)物理學(xué)》和《21世紀(jì)新物理學(xué)》。從《21世紀(jì)新物理學(xué)》[10]中也可發(fā)現(xiàn)物理學(xué)前沿發(fā)展的端倪和趨勢(shì)，了解知識(shí)生產(chǎn)方式相關(guān)的一些變化特點(diǎn)。物理學(xué)是關(guān)于物質(zhì)和能量的科學(xué)。當(dāng)前物理學(xué)變得更加復(fù)雜，沿著不同的方向分化。與未來(lái)物理學(xué)科研范式變革相關(guān)的內(nèi)容可以概括為3個(gè)方面：① 新的綜合。宇宙是龐大的，最終它又是由極小的東西構(gòu)成。在大尺度上，宇宙是由相對(duì)論下的引力理論描述的，而在小尺度上是由量子物理學(xué)描述的。多年來(lái)這2 種描述相互隔離，但是20 世紀(jì)后期人們有了新的認(rèn)識(shí)——宇宙是在一次大爆炸中創(chuàng)生的，而量子引力在這里起主要作用。這類研究成果也預(yù)示了一種新的綜合，科學(xué)家不僅對(duì)宇宙的微觀結(jié)構(gòu)有了更深入的認(rèn)識(shí)，也對(duì)宇宙大爆炸及其后續(xù)的演化和宇宙中的大尺度結(jié)構(gòu)有了更深的理解。② 簡(jiǎn)單與復(fù)雜。傳統(tǒng)上物理學(xué)家一直把“簡(jiǎn)單”作為追求的目標(biāo)，而現(xiàn)實(shí)世界具有復(fù)雜性，當(dāng)前物理學(xué)需要把二者協(xié)調(diào)起來(lái)，與各種客體把自己“組織”成自我持續(xù)的結(jié)構(gòu)的能力協(xié)調(diào)起來(lái)。在處理一些無(wú)法進(jìn)行解析的數(shù)學(xué)問題時(shí)，比如非線性系統(tǒng)問題，利用計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行模擬提供了另外的甚至有可能是全新的理解高度。③ 精巧的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。實(shí)驗(yàn)物理學(xué)根植于精巧的技術(shù)之中，新的物理學(xué)發(fā)現(xiàn)常常由技術(shù)突破和儀器設(shè)備革新而得到。

（2）生物學(xué)。2008 年9 月—2009 年7 月，美國(guó)科學(xué)院研究理事會(huì)應(yīng)美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）、美國(guó)能源部（DOE）、美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（NSF）要求，專門成立了“二十一世紀(jì)新生物學(xué)委員會(huì)”，經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)研和充分研討，形成了《二十一世紀(jì)新生物學(xué)》[11]。在《二十一世紀(jì)新生物學(xué)》中，與未來(lái)生物學(xué)知識(shí)生產(chǎn)方式變化相關(guān)的內(nèi)容可以概括為3個(gè)方面：① 知識(shí)整合。新生物學(xué)的本質(zhì)是生物學(xué)各學(xué)科之間的再整合，以及生物學(xué)與物理學(xué)、計(jì)算科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程學(xué)等多個(gè)學(xué)科的整合。這些從各個(gè)學(xué)科整合而來(lái)的知識(shí)促進(jìn)了人們對(duì)生物系統(tǒng)的更加深入的認(rèn)知和理解。② 超越還原論。傳統(tǒng)的研究手段一般以還原論出發(fā)，可有效指導(dǎo)研究人員揭示生命體中最基礎(chǔ)的分子、細(xì)胞、生理學(xué)和生態(tài)過(guò)程?；谶€原論的生物學(xué)研究方式仍將一直持續(xù)下去。但是，生物學(xué)家已經(jīng)開始努力研究在單一層次的生物組織中各種組分之間的相互作用，以及同時(shí)對(duì)多個(gè)組分進(jìn)行研究，并將這些知識(shí)進(jìn)行融合。這種超越還原論的研究手段一定程度上加強(qiáng)了研究人員對(duì)這些成分如何在一個(gè)生命系統(tǒng)中協(xié)同工作的理解。③ 設(shè)立大目標(biāo)，讓問題推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步。對(duì)于具有跨學(xué)科、系統(tǒng)水平、計(jì)算需求高的項(xiàng)目，傳統(tǒng)的資助渠道和體制結(jié)構(gòu)已經(jīng)不太適合。需要設(shè)立具有挑戰(zhàn)性的大目標(biāo)，并協(xié)調(diào)現(xiàn)有學(xué)術(shù)、公共和私營(yíng)機(jī)構(gòu)的有關(guān)資源，努力使得項(xiàng)目能在大多數(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生最大回報(bào)。

2.2 國(guó)家自然科學(xué)基金科研范式變革專項(xiàng)調(diào)研

本研究開展專項(xiàng)調(diào)研的涉及科學(xué)家共57位，主要來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金“十四五”發(fā)展規(guī)劃涉及18 個(gè)學(xué)科③具體的18個(gè)學(xué)科為：數(shù)學(xué)、物理學(xué)、力學(xué)、天文學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、納米科學(xué)、地球科學(xué)、資源與環(huán)境、農(nóng)業(yè)科學(xué)、能源科學(xué)、材料科學(xué)、海洋科學(xué)、空間科學(xué)、信息科學(xué)、工程科學(xué)、醫(yī)學(xué)、經(jīng)濟(jì)與管理科學(xué)。的戰(zhàn)略規(guī)劃負(fù)責(zé)人，以及國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)各科學(xué)部推薦的具有戰(zhàn)略視野的科學(xué)家。本次專項(xiàng)調(diào)研試圖了解各學(xué)科領(lǐng)域科學(xué)家對(duì)新時(shí)代科研范式變革的主要表現(xiàn)形式、科研范式變革對(duì)科研的影響，以及如何應(yīng)對(duì)這3 個(gè)方面問題的理解和認(rèn)識(shí)。調(diào)研發(fā)放問卷57 份，回收有效問卷31 份，回收率為54.4%，有效問卷填寫者涉及16 個(gè)學(xué)科，學(xué)科覆蓋率達(dá)到88.9%。在使用問卷調(diào)查法的同時(shí)，還對(duì)部分科學(xué)家進(jìn)行了訪談。

為了更為全面地考察戰(zhàn)略科學(xué)家對(duì)科研范式變革的理解，筆者團(tuán)隊(duì)對(duì)問卷調(diào)研結(jié)果進(jìn)行了詞云分析（圖1）。可以看出，戰(zhàn)略科學(xué)家關(guān)注度比較高的關(guān)鍵詞主要包括：學(xué)科、基礎(chǔ)、組織、數(shù)據(jù)、問題、復(fù)雜、系統(tǒng)、領(lǐng)域、交叉融合、模式、需求、社會(huì)、機(jī)制、協(xié)同、整體論等。在此基礎(chǔ)上，筆者團(tuán)隊(duì)還分析了關(guān)鍵詞之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系（圖2），其中大數(shù)據(jù)、問題、方向、社會(huì)、復(fù)雜、組織等居于相對(duì)較為核心的位置。

圖1 受訪科學(xué)家對(duì)于科研范式變革理解的詞云圖Figure 1 Word cloud of interviewed scientists’ understanding of scientific research paradigm transformation

圖2 受訪科學(xué)家對(duì)于科研范式變革理解的主要關(guān)鍵詞之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系Figure 2 Structural relationship between main keywords of interviewed scientists’ understanding of paradigm change in scientific research

3 新時(shí)代科研范式變革的主要趨勢(shì)

從具體調(diào)研內(nèi)容來(lái)看，不同的學(xué)科有其特有的研究對(duì)象、研究方法、理論體系，因而科研范式變革的主要表現(xiàn)形式并不完全一致。盡管如此，調(diào)研結(jié)果也呈現(xiàn)出一些共性的內(nèi)容，集中體現(xiàn)在科研范式變革的驅(qū)動(dòng)力、研究方法及科研活動(dòng)的組織等方面。

3.1 解決系統(tǒng)性復(fù)雜問題成為新時(shí)代科研范式變革主要驅(qū)動(dòng)力

解決系統(tǒng)性復(fù)雜問題成為當(dāng)前科學(xué)發(fā)展的主要目標(biāo)，這導(dǎo)致了原有學(xué)科內(nèi)容相應(yīng)的研究?jī)?nèi)容、方法和范疇等方面逐漸發(fā)生改變，形成科學(xué)研究的多層次、多尺度、動(dòng)態(tài)的基本特征，有力地驅(qū)動(dòng)了新時(shí)代科研范式的變革。這些系統(tǒng)性復(fù)雜問題往往具有3個(gè)特點(diǎn)。

（1）強(qiáng)調(diào)整體的性質(zhì)。整體由部分組成，但整體的性質(zhì)并不是各部分性質(zhì)簡(jiǎn)單相加，科學(xué)研究中每一個(gè)層次都有新的、有效的、普遍的規(guī)律，這些規(guī)律往往不能用還原論的方法中從更基本層次的規(guī)律推導(dǎo)出來(lái)。還原論一直并且仍將是科學(xué)研究活動(dòng)中獲取有用信息的關(guān)鍵。Gallagher 和Appenzeller[12]指出，對(duì)越來(lái)越少的東西了解得越來(lái)越多、不斷分化的子學(xué)科等對(duì)信息流動(dòng)和溝通可能會(huì)造成了一定程度的障礙。

（2）復(fù)雜性。在考察部分與整體的關(guān)系時(shí)，不免產(chǎn)生了復(fù)雜系統(tǒng)的作用（關(guān)聯(lián)）、反饋、相變等特質(zhì)。以氣候問題和臨床醫(yī)學(xué)中的慢性復(fù)雜性疾病為例。① 氣候問題。氣候問題一般由太陽(yáng)輻射反饋所主導(dǎo)。這些反饋可能會(huì)受到系統(tǒng)的非線性和未來(lái)變化模式的影響，但會(huì)有多大影響并不確定，也很難預(yù)測(cè)。氣候問題，可能永遠(yuǎn)都是復(fù)雜的：在混沌中存在確定性，在理解中存在不可預(yù)測(cè)性[13]。② 慢性復(fù)雜性疾病。當(dāng)前心腦血管類疾病、代謝性疾病、腫瘤、神經(jīng)精神類疾病等慢性復(fù)雜性疾病已成為對(duì)我國(guó)人口健康威脅最大的疾病。這些疾病的發(fā)病涉及眾多致病因素，大多發(fā)病機(jī)理至今仍不清晰。這無(wú)疑為慢性疾病發(fā)病的診斷與治療，以及新藥研發(fā)策略帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。有科學(xué)家在此次筆者團(tuán)隊(duì)組織的調(diào)研中指出，“回看人類對(duì)慢性復(fù)雜性疾病的認(rèn)識(shí)歷程，人類針對(duì)重大疾病的研究歷經(jīng)了從宏觀疾病表型到微觀分子分型的歷史變遷。一直以來(lái)，對(duì)復(fù)雜疾病發(fā)病機(jī)制的研究主要停留于局部組織病灶本身，很大程度上忽略了機(jī)體作為一個(gè)整體的系統(tǒng)改變，以及當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境變遷、患者生活習(xí)慣改變、社會(huì)壓力陡增等因素互作對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的綜合性的影響。近年來(lái)，對(duì)慢性復(fù)雜性疾病的認(rèn)識(shí)從局部病灶向機(jī)體整體拓展的趨勢(shì)初見端倪。人們逐步認(rèn)識(shí)到，慢性復(fù)雜性疾病不僅是局部組織器官的異常，往往涉及機(jī)體各個(gè)系統(tǒng)的共同參與，與自然環(huán)境、社會(huì)心理等因素密切相關(guān)，是多因素、多環(huán)節(jié)、多器官交互作用的結(jié)果”。

（3）多學(xué)科交叉融合。這些問題往往與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展遇到的重大問題和挑戰(zhàn)有關(guān)，并不是單一學(xué)科的研究能解決的，需要通過(guò)學(xué)科融合來(lái)尋求解決方案。例如，有效應(yīng)對(duì)21 世紀(jì)的大規(guī)模流行病，流行病學(xué)、社會(huì)科學(xué)、社交媒體、疫苗研制、外交、物流和危機(jī)管理等涉及的多學(xué)科整合必不可少[14]。又如，有科學(xué)家在調(diào)研訪談中指出，“對(duì)于慢病復(fù)雜性疾病來(lái)說(shuō)，需要樹立以微生態(tài)、免疫、代謝紊亂和神經(jīng)內(nèi)分泌失衡應(yīng)激為核心內(nèi)容的復(fù)雜疾病的‘整體研究觀’，建立疾病狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)部、細(xì)胞之間、細(xì)胞與器官之間、器官與器官之間的時(shí)空調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，搭建疾病的病理生理特征與臨床表型之間的關(guān)聯(lián)和對(duì)應(yīng)，分析疾病的共性機(jī)理與關(guān)鍵因素；集成多維組學(xué)、人工智能等前沿技術(shù)，發(fā)展一批新技術(shù)、模型，建立基于共性病理基礎(chǔ)的多維整體評(píng)價(jià)體系，繼而構(gòu)建基于共性病理基礎(chǔ)和疾病個(gè)性特征的整體診療體系”。

3.2 仿真模擬和數(shù)據(jù)科學(xué)可能成為推動(dòng)科研范式變革的有效突破口

（1）計(jì)算機(jī)仿真模擬正在學(xué)科未來(lái)發(fā)展中體現(xiàn)出巨大的價(jià)值。自近代科學(xué)誕生以來(lái)，實(shí)驗(yàn)歸納和模型推演成為科學(xué)研究的主要方法。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，仿真技術(shù)開始發(fā)展起來(lái)，早期主要在軍事領(lǐng)域應(yīng)用，20世紀(jì)80年代，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，仿真技術(shù)進(jìn)入了全新的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)時(shí)代，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)開始大規(guī)模地應(yīng)用于仿真訓(xùn)練、儀器儀表開發(fā)、虛擬制造、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)等生產(chǎn)生活的多個(gè)方面，并日益成為實(shí)驗(yàn)歸納和模型推演的必要補(bǔ)充。① 天文學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用。21世紀(jì)初，一些擅長(zhǎng)計(jì)算機(jī)建模的宇宙學(xué)家開始著手在超級(jí)計(jì)算機(jī)上模擬宇宙140億年的歷史。其中IllustrisTNG項(xiàng)目對(duì)宇宙中各種作用力的模擬達(dá)到了前所未有的精細(xì)水平，這使得科學(xué)家能夠觀察星系如何在140 億年的時(shí)間跨度內(nèi)形成、演化、成長(zhǎng)和促成新恒星形成的過(guò)程。這些宇宙學(xué)家建立并已經(jīng)利用該模型來(lái)進(jìn)一步揭示黑洞對(duì)暗物質(zhì)分布的影響、重元素如何產(chǎn)生和分布，以及磁場(chǎng)起源等問題。② 生物學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用。2012 年，Karr 等[15]在Cell上發(fā)表文章，首次模擬了生殖支原體（Mycoplasma genitalium）全生命周期并構(gòu)建了一個(gè)全細(xì)胞計(jì)算機(jī)模型，該模型涵蓋了生殖支原體的所有分子組及其之間的相互作用。這個(gè)全細(xì)胞計(jì)算機(jī)模型含有所有的基因功能解釋，并且可在多種數(shù)據(jù)中進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)正在分裂的支原體細(xì)胞中的每一個(gè)生物反應(yīng)步驟進(jìn)行計(jì)算[16]，可以應(yīng)用于生物學(xué)研究的多個(gè)方面。③ 地球科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用。計(jì)算機(jī)仿真模擬近期在地球科學(xué)領(lǐng)域也取得了較大的進(jìn)展。2021 年6 月，由中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所牽頭的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“地球系統(tǒng)數(shù)值模擬裝置”（以下簡(jiǎn)稱“寰”）在北京懷柔科學(xué)城落成啟用?！板尽蹦芨鼮樵敿?xì)地預(yù)測(cè)地球氣候和環(huán)境變化，并集成海量模擬數(shù)據(jù)，產(chǎn)生全球和我國(guó)周圍詳細(xì)的“地球數(shù)據(jù)庫(kù)”?！板尽敝荚诩訌?qiáng)對(duì)地球系統(tǒng)各個(gè)圈層間相互作用和演變規(guī)律的認(rèn)識(shí)，并為全球氣候和環(huán)境變化建立科學(xué)的預(yù)測(cè)基礎(chǔ)。為此，有科學(xué)家在調(diào)研中表示，“超級(jí)計(jì)算和人工智能的發(fā)展，計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)的能力和速度迅猛發(fā)展，充分利用高性能計(jì)算和科學(xué)仿真手段實(shí)現(xiàn)對(duì)新的實(shí)驗(yàn)、歸納和演繹即將成為科研范式變革的有效突破口?！?/p>

（2）數(shù)據(jù)科學(xué)展現(xiàn)出巨大的潛力。海量的數(shù)據(jù)、大幅提升的計(jì)算能力、數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等都在不斷催生數(shù)據(jù)科學(xué)的產(chǎn)生[2]。特別是在人工智能（AI）的推動(dòng)下，以AlphaFold2 為代表的AI for Science（人工智能驅(qū)動(dòng)下的科學(xué)）成果不斷刷新科學(xué)界的認(rèn)知。為此，有很多的科學(xué)家提出，數(shù)據(jù)科學(xué)將會(huì)是推動(dòng)科研范式變革的有效突破口。筆者認(rèn)為，數(shù)據(jù)科學(xué)驅(qū)動(dòng)下的科研范式變革正在發(fā)展之中，需要從兩個(gè)方面予以重點(diǎn)關(guān)注：① 目前，對(duì)數(shù)據(jù)科學(xué)的內(nèi)涵和外延仍缺乏較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x和學(xué)術(shù)界的共識(shí)，但一般可以從方法論視角和本體論視角2 個(gè)方面進(jìn)行探討。從方法論視角看，數(shù)據(jù)科學(xué)驅(qū)動(dòng)的科研范式也就是吉姆·格雷提出的第四范式，通過(guò)直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)以往的科學(xué)研究方法未曾發(fā)現(xiàn)的新模式、新知識(shí)甚至是新規(guī)律[17]。從本體論視角看數(shù)據(jù)科學(xué)，數(shù)據(jù)就是自然世界的符號(hào)化反應(yīng)。既然自然世界是客觀存在的，同時(shí)是具有共性的科學(xué)規(guī)律的，那么反映自然世界的數(shù)據(jù)空間同時(shí)也可能具有獨(dú)立于彼此領(lǐng)域的一般性規(guī)律[18]。② 數(shù)據(jù)科學(xué)目前剛剛起步，其建立及其作用的發(fā)揮還需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。當(dāng)前還需要在3 個(gè)方面開展積極的探索④張平文. 數(shù)據(jù)科學(xué)融通應(yīng)用數(shù)學(xué). [2020-03-07]. https://zhuanlan.zhihu.com/p/111710682.：通過(guò)數(shù)據(jù)平臺(tái)的建立來(lái)解決數(shù)據(jù)獲取、質(zhì)量、存儲(chǔ)、傳輸、管理及應(yīng)用場(chǎng)景問題；促進(jìn)機(jī)理與數(shù)據(jù)的融合來(lái)提升算法和模型的有效性；在離散幾何、離散拓?fù)?、圖論與組合等基礎(chǔ)數(shù)學(xué)中建立數(shù)據(jù)科學(xué)的根基。

3.3 創(chuàng)新科研活動(dòng)組織模式成為推動(dòng)科研范式變革的基礎(chǔ)

（1）科技創(chuàng)新鏈條進(jìn)一步豐富，由傳統(tǒng)意義上的從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到產(chǎn)品開發(fā)的線性模式變?yōu)榫€性模式和反向模式共存。例如，在信息領(lǐng)域中反向模式的科技創(chuàng)新屢見不鮮，不同于以往首先在基礎(chǔ)研究創(chuàng)新后再向產(chǎn)品開發(fā)傳遞的正向模式，從特殊到一般的反向創(chuàng)新形式與擴(kuò)散路徑在信息領(lǐng)域?qū)乙姴货r，如軟件工程領(lǐng)域。這種反向創(chuàng)新科研過(guò)程是指，“企業(yè)專門為特定市場(chǎng)開發(fā)的創(chuàng)新產(chǎn)品和服務(wù)，再以問題為導(dǎo)向通過(guò)基礎(chǔ)研究的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)產(chǎn)品的迭代優(yōu)化，遵循從特殊到一般的反向科研規(guī)律”[19]。有科學(xué)家在本次調(diào)研中提到，美國(guó)谷歌（Google）公司可作為反向創(chuàng)新的典型，她認(rèn)為，“Google AI 研究團(tuán)隊(duì)始終致力于基礎(chǔ)研究和系統(tǒng)工程的結(jié)合，團(tuán)隊(duì)大部分工作是為不同產(chǎn)品更快、更有效地完成任務(wù)提供研究支撐，從而催生了在自然語(yǔ)言理解、感知研究、算法和理論、軟件系統(tǒng)、AutoML、TPU 等方面基礎(chǔ)研究的突破，再通過(guò)與不同產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)的合作將研究成果廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品中”。

（2）學(xué)科交叉融合、跨部門合作趨勢(shì)進(jìn)一步明顯，對(duì)科研組織模式提出新挑戰(zhàn)。當(dāng)前，團(tuán)隊(duì)合作、多學(xué)科協(xié)同、跨部門合作、上下游貫通、企業(yè)及社會(huì)組織的介入，將成為新時(shí)代科研活動(dòng)組織方式的主要特征。有科學(xué)家在調(diào)研中表示，集成電路的發(fā)展具有典型意義?！耙环矫?，集成電路融合了物理學(xué)、化學(xué)、材料學(xué)、精密機(jī)械和自動(dòng)化、光學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等40多種學(xué)科及工程領(lǐng)域的最新成果，具有鮮明的學(xué)科交叉特征。另一方面，集成電路的發(fā)展也必將推動(dòng)精密儀器、凝聚態(tài)物理、納米技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展?！?/p>

4 當(dāng)前我國(guó)在應(yīng)對(duì)科研范式變革方面存在的問題

4.1 學(xué)科相互隔離、領(lǐng)域碎片化的問題嚴(yán)重

當(dāng)前我國(guó)在學(xué)科設(shè)置上存在管理剛性和過(guò)于細(xì)化的問題。各國(guó)學(xué)科管理的體制機(jī)制有所不同。例如，美國(guó)的學(xué)科專業(yè)劃分主要側(cè)重于統(tǒng)計(jì)、調(diào)查和引導(dǎo)，高等院校在開展教學(xué)、科研活動(dòng)時(shí)，可以依據(jù)自身和社會(huì)需求，設(shè)置和調(diào)整自身學(xué)科專業(yè)。我國(guó)的學(xué)科設(shè)置是學(xué)科發(fā)展和科學(xué)研究的基本管理手段之一。管理機(jī)構(gòu)一味突出學(xué)科專業(yè)劃分的管理功能，不利于發(fā)揮高校和科研院所的積極主動(dòng)性，不能使其充分適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和科學(xué)發(fā)展需求。在這種學(xué)科管理剛性的背景下，我國(guó)的學(xué)科過(guò)于細(xì)化，既不符合事物的本原，又不利于解決實(shí)際問題，由此會(huì)加劇學(xué)術(shù)活動(dòng)內(nèi)容的割裂，形成“學(xué)科壁壘”。

4.2 部門、機(jī)構(gòu)的協(xié)同及共享機(jī)制有待健全

（1）從選題上以跟蹤居多，原創(chuàng)性問題較少，解決應(yīng)用部門的問題居多，綜合性的較少。如何跨越機(jī)構(gòu)和部門利益，提出極具挑戰(zhàn)性的科學(xué)目標(biāo)，并建立相應(yīng)的協(xié)調(diào)管理機(jī)制，讓問題推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步，依然存在很大的挑戰(zhàn)。

（2）體制機(jī)制溝通“壁壘”亟待突破。由于體制的原因，各個(gè)部門、機(jī)構(gòu)的分割，造成知識(shí)生產(chǎn)和流動(dòng)的障礙，科研成果的合理分享遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠充分，對(duì)于原創(chuàng)思想的形成極為不利。

（3）科研數(shù)據(jù)多元化共享生態(tài)和機(jī)制亟待加強(qiáng)?？蒲袛?shù)據(jù)的開放共享意義重大，國(guó)外也已經(jīng)形成多樣化的科研數(shù)據(jù)共享生態(tài)。例如，免費(fèi)共享研究論文的Academia.edu，分享科研成果的ResearchGate，科研實(shí)驗(yàn)外包服務(wù)平臺(tái)Science Exchange，數(shù)據(jù)科學(xué)社區(qū)Kaggle，眾包創(chuàng)新科研平臺(tái)InnoCentive，全球最大的眾包開放創(chuàng)新中介平臺(tái)IdeaConnection 等。但當(dāng)前我國(guó)數(shù)據(jù)共享還是零星的、各自獨(dú)立的，管理服務(wù)科研數(shù)據(jù)的能力十分有限，科研數(shù)據(jù)共享的機(jī)制有待進(jìn)一步探索。

4.3 科研管理有待多元化

探索兼具中央宏觀調(diào)控和多元化自由研究，建立既有“大科學(xué)”硬核心，又有“小科學(xué)”軟外圍組織的體制，是我國(guó)建設(shè)世界科技強(qiáng)國(guó)的必由之路。當(dāng)前由于我國(guó)評(píng)價(jià)體系、體制和機(jī)制等多方面的問題，純基礎(chǔ)理論、科技基礎(chǔ)條件保障能力，以及學(xué)會(huì)期刊建設(shè)存在著明顯的不足，亟待改善。

（1）如何發(fā)展純基礎(chǔ)理論研究依然是一個(gè)重要的問題。純基礎(chǔ)理論研究往往來(lái)源于學(xué)科交叉，通常沒有直接的應(yīng)用價(jià)值，一般能為重大使命任務(wù)解決方案的產(chǎn)生提供了一種新的研究視角和思想啟迪。同時(shí)越是前沿原創(chuàng)的問題，研究風(fēng)險(xiǎn)越高，而目前我國(guó)的學(xué)術(shù)激勵(lì)機(jī)制和科研文化對(duì)風(fēng)險(xiǎn)持比較保守態(tài)度。

（2）專業(yè)軟件和儀器設(shè)備等方面基礎(chǔ)能力嚴(yán)重不足。例如，我國(guó)使用的高端科研儀器設(shè)備和專業(yè)軟件幾乎被國(guó)際巨頭壟斷，一旦國(guó)外供應(yīng)商停止供貨或者停止維護(hù)服務(wù)，那我國(guó)面臨的不單單是沒有國(guó)產(chǎn)替代產(chǎn)品的問題，甚至有可能是國(guó)內(nèi)科學(xué)研究全面停滯的問題。近年來(lái)，美國(guó)Mathworks 公司開發(fā)的Matlab 軟件在中國(guó)部分高校被禁用就表明了問題的嚴(yán)重性。

5 對(duì)策建議

科研范式變革涉及整個(gè)科學(xué)系統(tǒng)的變化?？紤]到科研范式變革的復(fù)雜性及當(dāng)前科學(xué)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，本文主要圍繞知識(shí)生產(chǎn)方式的優(yōu)化，特別是對(duì)科學(xué)基金管理提出4點(diǎn)對(duì)策建議。

（1）改革學(xué)科管理模式，探索交叉學(xué)科新型管理模式。捋順政府與高校、科研機(jī)構(gòu)的關(guān)系，擴(kuò)大高校、科研機(jī)構(gòu)自主權(quán)，探索建立積極主動(dòng)適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展并符合教育科研自身發(fā)展規(guī)律的有效機(jī)制；強(qiáng)化統(tǒng)籌規(guī)劃和動(dòng)態(tài)調(diào)整，逐步推動(dòng)學(xué)科體系的均衡和協(xié)調(diào)發(fā)展；鼓勵(lì)創(chuàng)設(shè)交叉學(xué)科新型的學(xué)術(shù)組織，探索構(gòu)建有效的運(yùn)行機(jī)制，有效推進(jìn)學(xué)科交叉。

（2）加強(qiáng)純基礎(chǔ)理論研究。不斷建立和完善適應(yīng)純基礎(chǔ)理論研究的保障、激勵(lì)和評(píng)價(jià)制度，加大科研單元的保障性經(jīng)費(fèi)支付力度，建立健全穩(wěn)定的支持自由探索的體制機(jī)制，讓“板凳甘坐十年冷”的精神有了制度性保障。

（3）加強(qiáng)使命導(dǎo)向研究，從深層次促進(jìn)學(xué)科融通。

開展常態(tài)化的遴選、迭代面向世界科技前沿和國(guó)家重大需求的科學(xué)問題；加強(qiáng)多學(xué)科協(xié)同、多主體參與的使命導(dǎo)向研究，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，尋求多元化的管理模式路徑，和與此對(duì)應(yīng)的部門協(xié)調(diào)機(jī)制，以及人、財(cái)、物管理體制。

（4）加強(qiáng)科技基礎(chǔ)條件保障能力和數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)。建立科技基礎(chǔ)條件保障能力專項(xiàng)基金，支持計(jì)算軟件、高端儀器設(shè)備等相關(guān)科技基礎(chǔ)條件保障能力建設(shè)，探索建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)、管理體系等長(zhǎng)效機(jī)制；完善數(shù)據(jù)共享的制度規(guī)范建設(shè)，打造第三方的平臺(tái)來(lái)對(duì)接數(shù)據(jù)共享的需求。

致謝感謝中國(guó)科學(xué)院學(xué)部工作局、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)計(jì)劃與政策局的指導(dǎo)，以及本項(xiàng)目中接受調(diào)研與訪談的科學(xué)家們。