近日，由國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)（以下簡(jiǎn)稱自然科學(xué)基金委）主辦、全國(guó)前沿交叉學(xué)科研究院院長(zhǎng)聯(lián)席會(huì)/北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院承辦的“科研范式變革”專題研討會(huì)在北京召開。

“當(dāng)前形勢(shì)下，迫切需要思考科學(xué)范式變革的問(wèn)題：一是從最宏觀的視角審視整體現(xiàn)代科學(xué)的范式是否會(huì)有根本性的改變？二是從微觀的層面來(lái)觀察每個(gè)學(xué)科的研究范式正在發(fā)生怎樣的變化？”會(huì)議上，中國(guó)科學(xué)院院士韓啟德提出科研范式變革面臨的兩大問(wèn)題。

會(huì)議上，來(lái)自不同領(lǐng)域的專家圍繞這兩大問(wèn)題進(jìn)行了深入研討。

非線性思維助推變革

一般而言，科研范式指的是“科學(xué)研究的理念、行為和規(guī)范”。對(duì)科研范式變革的考慮，則順理成章地以這三個(gè)方面為“綱”。

“科研范式的變革，需要相應(yīng)改變科研的思維方式、行為方式及組織方式。”自然科學(xué)基金委副主任陸建華在會(huì)議報(bào)告中表示。

其中，思維方式的改變有望帶來(lái)宏觀上的根本性改變。陸建華認(rèn)為，在科研思維方面，雖然傳統(tǒng)的線性思維方式更直觀、直接，容易入手，但復(fù)雜問(wèn)題應(yīng)該嘗試使用非線性思維模式，才有機(jī)會(huì)產(chǎn)生新方法、新原理、新技術(shù)。

基于數(shù)學(xué)領(lǐng)域的長(zhǎng)期研究，中國(guó)科學(xué)院院士、北京大數(shù)據(jù)研究院院長(zhǎng)鄂維南總結(jié)出科學(xué)研究的兩個(gè)基本范式，即數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的“開普勒范式”和基本原理驅(qū)動(dòng)的“牛頓范式”。如今，將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法和量子力學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)等物理學(xué)中的基本原理結(jié)合在一起，則可能形成新的科研范式。

對(duì)此，他期待“平臺(tái)科研”模式的興起，也就是說(shuō)，由過(guò)去單任務(wù)小農(nóng)作坊模式升級(jí)為集成發(fā)展大平臺(tái)的模式。”鄂維南期待，大平臺(tái)建成后，小用戶直接使用平臺(tái)開發(fā)個(gè)人感興趣的應(yīng)用，化學(xué)、材料、生物和工程都有可能發(fā)展為有效場(chǎng)景。

此外，“去中心化”的思路也備受關(guān)注。中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員吳家睿指出，當(dāng)前，科研模式正在經(jīng)歷從單向到多向、從“中心化”到“去中心化”的發(fā)展，因此需要探索并建立具有共贏效應(yīng)的“去中心化”的新的科研模式。

具體領(lǐng)域探索展開

事實(shí)上，不同領(lǐng)域的科學(xué)家們已經(jīng)有意無(wú)意地在“非線性思維”的指導(dǎo)下，開展對(duì)“范式變革”的深入思考。

近年來(lái)，結(jié)合“定量生物學(xué)”和“合成生物學(xué)”的“定量合成生物學(xué)”發(fā)展迅速。中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員劉陳立認(rèn)為，定量生物學(xué)應(yīng)用數(shù)理邏輯思維研究生物系統(tǒng)基本原理，能夠幫助人們理性設(shè)計(jì)合成生命體；合成生物學(xué)則通過(guò)自下而上的工程化思維，驗(yàn)證定量生物學(xué)對(duì)生命現(xiàn)象的定量預(yù)測(cè)。

“二者結(jié)合有望推動(dòng)合成生物學(xué)從定性、描述性、局部性的研究，向定量、理論化和系統(tǒng)化的變革。”劉陳立表示。

會(huì)議上，專家們還圍繞人工智能、生命科學(xué)等領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展策略提出了建議。北京大學(xué)和清華大學(xué)講席教授朱松純表示，對(duì)于人工智能中高度復(fù)雜的大系統(tǒng)、大問(wèn)題，應(yīng)以大團(tuán)隊(duì)的方式組織開展，打通“產(chǎn)、學(xué)、研”構(gòu)建創(chuàng)新鏈，促進(jìn)人工智能與人文社科交叉融合。

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化所研究員王飛躍指出，智能科技領(lǐng)域應(yīng)從“計(jì)算思維”開始，彌補(bǔ)現(xiàn)實(shí)跟思維的鴻溝，把不確定、多樣、復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)內(nèi)化成系統(tǒng)本身處理問(wèn)題敏捷、向任務(wù)聚焦、向目標(biāo)收斂的能力。

北京大學(xué)講席教授、首都醫(yī)科大學(xué)校長(zhǎng)饒毅認(rèn)為，生命科學(xué)應(yīng)在了解了生物學(xué)的現(xiàn)象、過(guò)程和功能的基本描述之后，再通過(guò)以化學(xué)、物理為主的交叉來(lái)推動(dòng)生命科學(xué)，技術(shù)發(fā)展與學(xué)科交叉將對(duì)生物研究的進(jìn)步極為重要。

創(chuàng)新組織形式

韓啟德在會(huì)議上強(qiáng)調(diào)，科學(xué)范式是科研組織中的重要問(wèn)題，當(dāng)前應(yīng)自覺(jué)地提前思考、主動(dòng)布局。

如何進(jìn)行有效的學(xué)科交叉，成為科學(xué)家們普遍關(guān)注的問(wèn)題。對(duì)此，清華大學(xué)科技史系教授吳國(guó)盛指出，應(yīng)重視科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)在交叉學(xué)科中扮演的重要角色。“科學(xué)史和科學(xué)哲學(xué)不僅能推動(dòng)科學(xué)自身的統(tǒng)一，還能促進(jìn)科學(xué)與社會(huì)的互動(dòng)。”他表示，“科學(xué)在分裂的過(guò)程中，存在有一種本能的整合的沖動(dòng)，科學(xué)哲學(xué)家則可以幫助科學(xué)統(tǒng)一的進(jìn)程。”

陸建華指出，在科研行為方面，交叉學(xué)科應(yīng)當(dāng)是匯集后的再整合，從加法到減法，再到乘法，才能產(chǎn)生質(zhì)變、實(shí)現(xiàn)超越。“多學(xué)科在一起就是要起化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生新東西，最好能夠是‘無(wú)中生有’。年輕科學(xué)家要勇于突破，不為既定的認(rèn)知所固化。”

例如，中國(guó)科學(xué)院院士、北京大學(xué)物理學(xué)院教授王恩哥帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在水科學(xué)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。“我們基于力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等領(lǐng)域的知識(shí)，提出了新的科學(xué)問(wèn)題，即凝聚態(tài)體系的全量子物理問(wèn)題，由此深入研究了大家最熟悉卻又不了解的水的系統(tǒng)。”王恩哥在此次會(huì)議上介紹了在這一個(gè)小領(lǐng)域中進(jìn)行學(xué)科交叉融合的經(jīng)驗(yàn)。

2020年11月，自然科學(xué)基金委正式成立交叉科學(xué)部，探索促進(jìn)學(xué)科交叉的頂層設(shè)計(jì)與管理工作。專家們認(rèn)為，作為交叉科學(xué)部成立后的第一次專題研討會(huì)，此次會(huì)議將推動(dòng)自然科學(xué)基金委與科學(xué)家之間的溝通，對(duì)布署科學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略、促進(jìn)交叉科學(xué)發(fā)展，應(yīng)對(duì)未來(lái)科技挑戰(zhàn)有所裨益。