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中國網/中國發展門戶網訊 當前，科學技術已成為改變和影響世界經濟版圖和政治格局的關鍵變量。各國政府不斷調整與完善科技政策，加強重點領域研發投入，從而確保在國際競爭中占據有利地位。盡管全社會對科技的重視程度和投入越來越大，論文與專利越來越多，但顛覆性成果卻越來越少，獲得重大發現越來越困難，與過去相比需要投入更多的人員、時間、經費，科學發展路徑面臨挑戰。
從當前科技發展態勢來看，科技與經濟社會發展不斷融合滲透發展，多學科交叉融合不斷深化，科研范式正在發生著深刻的變革。特別是2007年1月，圖靈獎獲得者吉姆·格雷在美國國家研究理事會計算機科學和電信委員會（CSTB）大會的主題演講上，基于實驗歸納、模型推演、仿真模擬提出了第四范式的觀點：數據密集型科學發現，使得科研范式變革逐漸成為臺北汽車材料全球科技界探討的熱點問題。我們需要把握科研范式變革的機遇，探索更有效的方式來應對氣候變化、重大疾病、自然災害、經濟社會治理體系等全球性重大挑戰。這也特別需要科技界、政府乃至社會各界積極謀劃和適應科研范式變革來找到應對這些問題的方法。
為了更好地促進科學技術的發展，我們需要理解全球性科研范式變革的內涵和趨勢，主動應對變革，從而為建設科技強國和高水平科技自立自強提供有力支撐，特別是希望優化知賓利零件識生產路徑，以促進重大科學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，并基于調研分析了新時代科研范式變革基本趨勢，探討了我國在應對科研范式變革時面臨的問題，提出知識生產相關的對策建議。
“范式”概汽車材料念的邏輯本質
“范式”（paradigm）這一概念和理論是由美國著名的科學史家、科學哲學家托馬斯•庫恩（Thomas Kuhn）（以下簡稱“庫恩”）在其《科學革命的結構》（The Structures of Scientific Revolutions）中提出并進行了系統性闡述。“范式”的概念出現后，其影響及運用不僅限于科學哲學范圍，還不斷延伸到其他學科領域。
庫恩分別于1943年、1946年和1949年獲得哈佛大學學士、碩士和博士學位，專業都是物理，其博士論文的導師是諾貝爾物理學獎獲得者約翰·范弗萊克（Johan van Vleck）。1947年的一次機緣巧合對庫恩的學術生涯產生了決定性影響。當時，庫恩被邀請參加了一期有關17世紀力學起源問題的講座，以此為契機，他暫時中斷了自己的博士論文準備工作，轉向深入研究伽利略、牛頓、亞里士多德等人的力學理論。庫恩發現，亞里士多德在其著作《物理學》中對運動問題發表了很多荒謬的論點，尤其引起庫恩注意的是，有很多后繼研究者在相當長的時間里視這些錯誤觀點為正確的。庫恩突然意識到，亞里士多德《物理學》的主題與近代物理學完全不同，這是導致以庫恩所處時代的學術眼光來審視亞里士多德《物理學》中部分內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范疇和邏輯框架中，《物理學》中在今后顯得“荒謬”甚至是“錯誤”的內容，就立即擁有內在的邏輯。于是，庫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賓士零件解的。庫恩發現，新的力學理論體系和舊的力學理論體系都能在它們存在的特有歷史時間解決某些實際問題。但是，新、舊力學理論體系對觀察到的相同事實的闡述卻完全不一樣。亞里士多德力學體系和牛頓體系的關系是這種情況，牛頓體系和愛因斯坦體系的關系也是這種情況。因此，庫恩得出的結論是，科學進步是累積的和知識持續積累增長的傳統觀點，并不能反映出歷史研究中展示的真實情況。
科學如何發展？這是庫恩在《科學革命的結構》中不斷探尋的最核心的問題。事實上，正是“范式”的引入，形成了《科學革命的結構》的基本研究思路：常規科學由一種“范式”來刻畫，“范式”確保了科學共同體研究的問題的正當性。如果一切順利，可以一直達到“范式”所確定的研究方法無汽車冷氣芯法解決的反常地步。然后出現危機并不斷延續，直到新的科學成就開始指導新的科學研究，并形成新的“范式”。科學革命的本質是“范式”的轉換和更替。
在《科學革命的結構》中，“范式”作為核心概念貫穿全書。庫恩指出：“按既定的用法，范式指的是一種公認的模型或模式”“我采用這個術語是想說明，在科學實際活動中某些被公認的范例——包括定律、理論、應用及儀器設備統統在內的范例——為某種科學研究傳統的出現提供了模型。”在庫恩看汽車材料報價來，“范式”是對本體論、認識論和方法論的基本承諾，是科學共同體共同接受的一組假說、理論、準則和方法的總體，這些共識成了科學家的一致信念。也就是說，庫恩把科學共同體共同認可的科學成就作為“范式”，Benz零件這些“范式”告訴汽車機油芯科學家該如何做、提出怎樣的問題、怎樣進行觀察和實驗。庫恩認為，這些科學成就能“空前地吸引一批Audi零件堅定的支持者”和“并足夠無限制地為新的實踐者留下需要解決的各種問題”。
但是，《科學革命的結構》中的“范式”并不是一個精確的概念，具有靈活性、層次性和多樣性，“范式”轉換在不同層次的重要性也不盡相同。因此，本研究與庫恩“范式”概念的邏輯起點是一致的，希望能尋找有效的知識生產方式以推動科學突破、解決當前全球面臨的重大問題和挑戰。這樣“范式”變革就與知識生產方式（如國家自然科學基金資助）得到有效統一。在尋找這種有效的知識生產方式時，可從2個出發點判斷：基于科學共同體而言——某一特定學科或者跨學科的知識生產方式，這種是全球性的，具有一定的普遍性；從社會的視角對科學活動的相關組織方式進行考察，比如選題與社會需求、資源分配等，這往往與國家對科學的管理模式密切相關。
新時代具體學科科研范式變革的主要表現形式
自近代科學誕生以來，知識被不斷創造、發展，并不斷形成系統化的理論和方法，從而成為具有特定范式的某一學科。學科隨著知識增長、更替和分化不斷發展變化，形成不同分支領域，進而發展成為知識增長的譜系。為此，本次調研分為2個部分：根據國際上相關戰略研究的成果，重點分析物理學和生物學的發展趨勢，關注學科發展和知識生產方式的變化；開展國家自然科學基金科研范式變革專項調研，對國家自然科學基金18個學科的戰略科學家進行問卷調查。
國際相關學科戰略研究的成果調研——以物理學和保時捷零件生物學的發展趨勢為例
物理學。2005年是國際“世界物理年”。為了紀念“世界物理年”，國際物理學水箱水界出版了2部重要的著作——《20世紀物理學》和《21世紀新物理學》。從《21世紀新物理學》中也可發現物理學前沿發展的端倪和趨勢，了解知識生產方式相關的一些變化特點。物理學是關于物質和能量的科學。當前物理學變得更加復雜，沿著不同的方向分化。與未來物理學科研范式變革相關的內容可以概括為3個方面：新的綜合。宇宙是龐大的，最終它又是由極小的東西構成。在大尺度上，宇宙是由相對論下的引力理論描述的，而在小尺度上是由量子物理學描述的。多年來這2種描述相互隔離，但是20世紀后期人們有了新的認識——宇宙是在一次大爆炸中創生的，而量子引力在這里起主要作用。這類研究成果也預示了一種新的綜合，科學家不僅對宇宙的微觀結構有了更深入的認識，也對宇宙大爆炸及其后續的演化和宇宙中的大尺度結構有了更深的理解。簡單與復雜。傳統上物理學家一直把“簡單”作為追求的目標，而現實世界具有復雜性，當前物理學需要把二者協調起來，與各種客體把自己“組織”成自我持續的結構的能力協調起來。在處理一些無法進行解析的數學問題時，比如非線性系統問題，利用計算機模型進行模擬提供了另外的甚至有可能是全新的理解高度。精巧的實驗技術。實驗物理學根植于精巧的技術之中，新的物理學發現常常由技術突破和儀器設備革新而得到。
生物學。2008年9月—2009年7月，美國科學院研究理事會應美國國立衛生研究院（NIH）、美國能源部（DOE）、美國國家科學基金會（NSF）要求，專門成立了“二十一世紀新生物學委員會”，經過廣泛調研和充分研討，形成了《二十一世紀新生物學》。在《二十一世紀新生物學》中，與未來生物學知識生產方式變化相關的內容可以概括為3個方面：知識整合。新生物學的本質是生物學各學科之間的再整合，以及生物學與物理學、計算科學、數學和工程學等多個學科的整合。這些從各個學科整合而來的知識促進了人們對生物系統的更加深入的認知和理解。 超越還原論。傳統的研究手段一般以還汽車零件原論出發，可有效指導研究人員揭示生命體中最基礎的分子、細胞、生理學和生態過程。基于還原論的生物學研究方式仍將一直持續下去。但是，生物學家已經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，以及同時對多個組分進行研究，并將這些知識進行融合。這種超越還原論的研究手段一定程度上加強了研究人員對這些成分如何在一個生命系統中協同工作的理解。設立大目標，讓問題推動科學進步。對于具有跨學科、系統水平、計算需求高的項目，傳統的資助臺北汽車零件渠道和體汽車零件貿易商制結構已經不太適合。需要設立具有挑戰性的大目標，并協調現有學術、公共和私營機構的有關資源，努力使得項目能在大多數領域產生最大回報。
國家自然科學基金科研范式變革專項調研
本研究開展專項調研的涉及科學家共57位，主要來源于斯柯達零件國家自然科學基金“十四五”發展規劃涉及18個學科的戰略規劃負責人，以及國家自然科學基金委員會各科學部推薦的具有戰略視野的科學家。本次專項調研試圖了解各學科領域科學家對新時代科研范式變革的主要表現形式、科研范式變革對科研的影響，以及如何應對這3個方面問題的理解和認識。調研發放問卷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個學科，學科覆蓋率達到88.9%。在使用問卷調查法的同時，還對部分科學家進行了訪談。
為了更為全面地考察戰略科學家對科研范式變革的理解，筆者團隊對問卷調研結果進行了詞云分析（圖1）。可以看出，戰略科學家關注度比較高的關鍵詞主要包括：學科、基礎、組織、數據、問題、復雜、系統、領域、交叉融合、模式、需求、社會、機制、協同、整體論等。在此基礎上，筆者團隊還分析了關鍵詞之間的結構關系（圖2），其中大數據、問題、方向、社會、復雜、組織等居于相對較為核心的位置。
圖1 受訪科學家對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 受訪科學家對于科研范式變革理解的主要關鍵詞之間的結構關系
Figure 2 Structural relationship between main keywords of interviewed scientists’ understanding of paradigm change in scientific research
新時代科研范式變革的主要趨勢
從具體調研內容來看，不同的學科有其特有的研究對象、研究方法、理論體系，因而科研范式變革的主要表現形式并不完全一致。盡管如此，調研結果也呈現出一些共性的內容，集中體現在科研范式變革的驅動力、研究方法及科研活動的組織等方面。
解決系統性復雜問題成為新時代科研范式變革主要驅動力
解決系統性復雜問題成為當前科學發展的主要目標，這導致了原有學科內容相應的研究內容、方法和范疇等方面逐漸發生改變，形成科學研究的多層次、多尺度、動態的基本特征，有力地驅動了新時代科研范式的變革。這些系統性復雜問題往往具有3個特點。
強調整體的性質。整體由部分組成，但整體的性質并不是各部分性質簡單相加，科學研究中每一個層次都有新的、有效的、普遍的規律，這些規律往往不能用還原論的方法中從更基本層次的規律推導出來。還原論一直并且仍將是科學研究活動中獲取有用信息的關鍵。GalVW零件lagher和Appenzeller指出，對越來越少的東西了解得越來越多、不斷分化的子學科等對信息流動和溝通可能會造成了一定程度的障礙。
復雜性。在考察部分與整體的關系時，不免產生了復雜系統的作用（關聯）、反饋、相變等特質。以氣候問題和臨床醫學中的慢性復雜性疾病為例。氣候問題。氣候問題一般由太陽輻射反饋所主導。這些反饋可能會受到系統的非線性和未來變化模式的影響，但會有多大影響并不確定，也很難預測。氣候問題，可能永遠都是復雜的：在混沌中存在確定性，在理解中存在不可預測性。慢Porsche零件性復雜性疾病。當前心腦血管類疾病、代謝性疾病、腫瘤、神經精神類疾病等慢性復雜性疾病已成為對我國人口健康威脅最大的疾病。這些疾病的發病涉及眾多致病因素，大多發病機理至今仍不清晰。這無疑為慢性疾病發病的診斷與治療，以及新藥研發策略帶來了重大挑戰。有科學家在此次筆者團隊組織的調研中指出，“回看人類對慢性復雜性疾病的認識歷程，人類針對重大疾病的研究歷經了從宏觀疾病表型到微觀分子分型的歷史變遷。一直以汽車零件報價來，對復雜疾病發病機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體作為一個整體的系統改變，以及當前的生態環境變遷、患者生活習慣改變、社會壓力陡增等因素互作對機體產生的綜合性的影響。近年來，對慢性復雜性疾病的認識從局部病灶向機體整體拓展的趨勢初見端倪。人們逐步認識到，慢性復雜性疾病不僅是局部組織器官的異常，往往涉及機體各個系統的共同參與，與自然環境、社會心理等因素密切相關，是多因素、多環節、多器官交互作用的結果”。
多學科交叉融合。這些問題往往與經濟社會發展遇到的重大問題和挑戰有關，并不是單一學科的研究能解決的，需要通過學科融合來尋求解決方案。例如，有汽車空氣芯效應對21世紀的大規模流行病，流行病學、社會科學、社交媒體、疫苗研制、外交、物流和危機管理等涉及的多學科整合必不可少。又如，有科學家在調研訪談中指出，“對于慢病復雜性疾病來說，需要樹立以微生態、免疫、代謝紊亂和神經內分泌失衡應激為核心內容的復雜疾病的‘整體研Skoda零件究觀’，建立疾病狀態下細胞內部、細胞之間、細胞與器官之間、器官與器官之間的時空調控網絡，搭建疾病的病理生理特征與臨床表型之間的關聯和對應，分析疾病的共性機理與關鍵因素；集成多維組學、人工智能等前沿技術，發展一批新技術、模型，建立基于共BMW零件性病理基礎的多維整體評價體系，繼而構建基于共性病理基礎和疾病個性特征的整體診療體系”。
仿真模擬和數據科學可能成為推動科研范式變革的有效突破口
計算機仿真模擬正在學科未來發展中體現出巨大的價值。自近代科學誕生以來，實驗歸納和模型推演成為科學研究的主要方法。隨著計算機的發展，仿真技術開始發展起來，早期主要在軍事領域應用，20世紀80年代，伴隨著計算機技術的快速發展，仿真技術進入了全新的計算機仿真技術時代，計算機仿真技術開始大規模地應用于仿真訓練、儀器儀表開發、虛擬制造、電子產品設計等生產生活的多個方面，并日益成為實驗歸納和模型推演的必要補充。天文學領域應用。21世紀初，一些擅長計算機建模的宇宙學家開始著手在超級計算機上模擬宇宙140億年的歷史。其中Illu水箱精strisTNG項目對宇宙中各種作用力的模擬達到了前所未有的精細水平，這使得科學家能夠觀察星系如何在140億年的時間跨度內形成、演化、成長和促成新恒星形成的過程。這些宇宙學家建立并已經利用該模型來進一步揭示黑洞對暗物質分布的影響、重元素如何產生和分布，以及磁場起源等問題。生物學領域應用。2012年，Karr等在Cell上發表文章，首次模擬了生殖支原體（Mycoplasma genitalium）全生命周期并構建了一個全細胞計算機模型，該模型涵蓋了生殖支原體的所有分子組及其之福斯零件間的相互作用。這個全細胞計算機模型含有所有的基因功能解釋，并且可在多種數據中進行驗證，對正在分裂的支原體細胞中的每一個生物反應步驟進行計算，可以應用于生物學研究的多個方面。地球科學領域應用。計算機仿真模擬近期在地球科學領域也取得了較大的進展。2021年6月，由中國科學院大氣物理研究所牽頭的國家重大科技基礎設施“地球系統數值模擬裝置”（以下簡稱“寰”）在北京懷柔科學城落成啟用。“寰”能更為詳細地預測地球氣候和環境變化，并集成海量模擬數據，產生全球和我國周圍詳細的“地球數據庫”。“寰”旨在加強對地球系統各個圈層間相互作用和演變規律的認識，并為全球氣候和環境變化奧迪零件建立科學的預測基礎。為此，有科學家在調研中表示，“超級計算和人工智能的發展，計算機處理數據的能力和速度迅猛發展，充分利用高性能計算和科學仿真手段實現對新的實驗、歸納和演繹即將成為科研范式變革的有效突破口。”
數據科學展現出巨大的潛力。海量的數據、大幅提升的計算能力、數字經濟的發展等都在不斷催生數據科學的產生。特別是在人工智能（AI）的推動下，以AlphaFold2為代表的AI for Science（人工智能驅動下的科學）成果不斷刷新科學界的認知。為此，有很多的科學家提出，數據科學將會是推動科研范式變革的有效突破口。筆者認為，數據科學驅動下的科研范式變革正在發展之中，需要從兩個方面予以重點關注：目前，對數據科學的內涵和外延仍缺乏較為嚴謹的定義和學術界的共識，但一般可以從方法論視角和本體論視角2個方面進行探討。從方法論視角看，數據科學驅動的科研范式也汽車零件進口商就是吉姆·格雷提出的第四范式，通過直接對數據進行分析，發現以往的科學研究方法未曾發現的新模式、新知識甚至是新規律。從本體論視角看數據科學，數據就是自然世界的符號化反應。既然自然世界是客觀存在的，同時是具有共性的科學規律的，那么反映自然世界的數據空間同時也可能具有獨立于彼此領域的一般性規律。數據科學目前剛剛起步，其建立及其作用的發揮還需要一個漫長的過程。當前還需要在3個方面開展積極的探索：通過數據平臺的建立來解決數據獲取、質量、存儲、傳輸、管理及應用場景問題；促進機理與數據的融合來提升算法和模型的有效性；在離散幾何、離散拓撲、圖論與組合等基礎數學中建立數據科學的根基。
創新科研活動組織模式成為推動科研范式變革的基礎
科技創新鏈條進一步豐富，由傳統意義上的從基礎研究、應用研究到產品開發的線性模式變為線性模式和反向模式共存。例如，在信息領域中反向模式的科技創新屢見不鮮，不同于以往首先在基礎研究創新后再向產品開發傳遞的正向模式，從特殊到一般的反向創新形式與擴散路徑在信息領域屢見不鮮，如軟件工程領域。這種反向創新科研過程是指，“企業專門為特定市場開發的創新產品和服務，再以問題為導向通藍寶堅尼零件過基礎研究的發現推動產品的迭代優化，遵循從特殊到一般的反向科研規律”。有科學家在本次調研中提到，美國谷歌（Google）公司可作為反向創新的典型，她認為，“Google AI研究團隊始終致力于基礎研究和系統工程的結合，團隊大部分工作是為不同產品更快、更有效地完成任務提供研究支撐，從而催生了在自然語言理解、感知研究、算法和理論、軟件系統、AutoML、TPU等方面基礎研究的突破，再通過與不同產品團隊的合作將研究成果廣泛應用于產品中”。
學科交叉融合、跨部門合作趨勢進一步明油氣分離器改良版顯，對科研組織模式提出新挑戰。當前，團隊合作、多學科協同、跨部門合作、上下游貫通、企業及社會組織的介入，將成為新時代科研活動組織方式的主要特征。有科學家在調研中表示，集成電路的發展具有典型意義。“一方面，集成電路融合了物理學、化學、材料學、精密機械和自動化、光學、計算機科學等40多種學科及工程領域的最新成果，具有鮮明的學科交叉特征。另一方面，集成電路的發展也必將推動精密儀器、凝聚態物理、納米技術等相關學科的發展。”
當前我國在應對科研范式變革方面存在的問題
學科相互隔離、領域碎片化的問題嚴重
當前我國在學科設置上存在管理剛性和過于細化的問題。各國學科管理的體制機制有所不同。例如，美國的學科專業劃分主要側重于統計、調查和引導，高等院校在開展教學、科研活動時，可以 TC:osder9follow7
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