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。

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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、社會經濟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，特別是希望優化知識生產路徑，以促進重大科學突破和全球重大問題解決。

一. “范式”概念的邏輯本質

“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）在其《科學革命的結構》一書中提出并進行系統性闡述的。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法解決的反常地步。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”?？茖W革命的本質是“范式”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。”在庫恩看來，“范式”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。

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。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（例如國家自然科學基金資助）得到有效統一。

二. 新時代科研范式變革的主要趨勢

自近代科學誕生以來，知識被不斷創造、發展，逐漸分化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，成為知識增長的譜系。為此，本文對科學基金18個學科的戰略科學家代表進行問卷調查。

調研顯示，科學家關注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。在關鍵詞之間的關系方面，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。

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，也體現了一些共性的內容，集中體現在科研范式變革的驅動力、研究方法以及科研活動的組織等方面趨勢。

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。

1. 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。Richard Gallagher等指出，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。

2. 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。如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。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、社會壓力徒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，往往涉及到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”。

3. 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。

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。

1. 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IllustrisTNG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，并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。

2. 生物學領域應用。2012年，Karr等人在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。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。

3. 地球科學領域應用。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”?！板尽币约訌妼Φ厍蛳到y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 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。但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

1.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。

2.學科交叉融合、跨部門合作趨勢進一步明顯，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。

三. 當前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，可以依據自身和社會需求，設置和調整自身學科專業。我國的學科設置是學科發展和科學研究的基本管理手段之一。管理機構一味突出學科專業劃分的管理功能，不利于發揮高校和科研院所的積極主動性，不能使其充分適應經濟社會發展和科學發展需求。在這種學科管理剛性的背景下，我國的學科過于細化，既不符合事物的本原，又不利于解決實際問題，由此會加劇了學術活動內容的割裂，形成“學科壁壘”。

部門、機構的協同以及共享機制有待健全

從選題上以跟蹤居多，原創性問題較少，解決應用部門的問題居多，綜合性的較少。體制機制溝通“壁壘”亟待突破。由于體制上的原因，各個部門、機構的分割，造成知識生產和流動的障礙，科研成果的合理分享遠遠不夠充分，對于原創思想的形成極為不利。科研數據多元化共享生態和機制亟待加強?？蒲袛祿拈_放共享意義重大，國外也已經形成多樣化的科研數據共享生態。但當前我國數據共享還是零星的、各自獨立的，管理服務科研數據的能力十分有限，科研數據共享的機制有待進一步探索。

科研管理有待多元化

探索兼具中央宏觀調控和多元化自由研究，建立既有“大科學”硬核心、又有“小科學”軟外圍組織的體制，是我國建設世界科技強國的必由之路。當前由于我國評價體系、體制和機制等多方面的問題，純基礎理論、科技基礎條件保障能力，以及學會期刊建設存在著明顯的不足，亟待改善。

四. 對策建議

科研范式變革涉及整個科學系統的變化。考慮到科研范式變革的復雜性及當前科學發展的現實需求，本文主要圍繞知識生產方式的優化，特別是科學基金管理提出4點對策建議。

1.改革學科管理模式，探索交叉學科新型管理模式

捋順政府與高校、科研機構的關系，擴大高校、科研機構自主權，探索建立積極主動適應經濟社會發展并符合教育科研自身發展規律的有效機制；強化統籌規劃和動態調整，逐步推動學科體系的均衡和協調發展；鼓勵創設交叉學科新型的學術組織，探索構建有效的運行機制，有效推進學科交叉。

2.加強純基礎理論研究

不斷建立和完善適應純基礎理論研究的保障、激勵和評價制度，加大科研單元的保障性經費支付力度，建立健全穩定的支持自由探索的體制機制，讓“板凳甘坐十年冷”的精神有了制度性保障。

3.加強使命導向研究，從深層次促進學科融通

開展常態化的遴選、迭代面向世界科技前沿和國家重大需求的科學問題；加強多學科協同、多主體參與的使命導向研究，加強頂層設計和統籌協調，尋求多元化的管理模式路徑，和與此對應的部門協調機制，以及人、財、物管理體制。

4.加強科技基礎條件保障能力和數據平臺建設

建立科技基礎條件保障能力專項基金，支持計算軟件、高端儀器設備等相關科技基礎條件保障能力建設，探索建立相應的評價、管理體系等長效機制；完善數據共享的制度規范建設，打造第三方的平臺來對接數據共享的需求。

文章源自：

杜鵬, 趙秉鈺, 孫粒, 等 . 新時代科研范式變革的內涵及應對 . 中國科學院院刊, 2023, 38(7): 991-1000, doi: 10.16418/j.issn.1000-3045.20230322001.

杜 鵬_1?趙秉鈺_1,2孫 粒₃沙小晶_1?張理茜₁王孜丹_4*

1 中國科學院科技戰略咨詢研究院

2 中國科學院大學 公共政策與管理學院

3 國家自然科學基金委員會 計劃與政策局

4 軍事科學院系統工程研究院

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