關(guān)于從事科學(xué)前沿研究的基本方法和環(huán)境

張道民

（青島大學(xué)，山東青島 266071）

關(guān)于從事科學(xué)前沿研究的基本方法和環(huán)境

張道民

（青島大學(xué)，山東青島 266071）

科學(xué)方法對(duì)科學(xué)前沿研究中取得創(chuàng)新成果具有重要作用，直接影響著科學(xué)前沿研究的步伐和成果?？茖W(xué)研究方法包括科學(xué)思維方法和科學(xué)實(shí)踐方法兩大類，只有善于把思維方法與實(shí)踐方法融為一體的人才，方具有優(yōu)勢(shì)，才能滿足科學(xué)發(fā)展之需求或經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展之需求的問題（課題），又能按照科學(xué)的工作部署有序而深入地展開研究活動(dòng)，充分展現(xiàn)自己在研究過程中的創(chuàng)造性才能。同時(shí)，科學(xué)前沿研究工作還需要具備一定的學(xué)術(shù)環(huán)境：高質(zhì)量的人才團(tuán)隊(duì)；充分的學(xué)術(shù)自由；活躍的學(xué)術(shù)思想；不畏攻堅(jiān)的奮進(jìn)精神；以及較為優(yōu)越的生活待遇和先進(jìn)的研究手段等。

科學(xué)方法；科學(xué)前沿；基本方法；學(xué)術(shù)環(huán)境

科學(xué)方法對(duì)科學(xué)前沿研究中取得創(chuàng)新成果具有重要作用，自近代科學(xué)以來，科學(xué)家們一直非常重視解決的手段問題。隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，新的更先進(jìn)的科研方法不斷涌現(xiàn)，更新?lián)Q代很快，直接影響著科學(xué)前沿研究的步伐和成果。

依據(jù)從事科學(xué)前沿研究的歷史經(jīng)驗(yàn)可知，要出創(chuàng)新成果，關(guān)鍵在于首先找到自己感興趣而又滿足科學(xué)發(fā)展之需求或經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展之需求的問題（課題），其后必須找到能有效地解決問題的科學(xué)方法。

科學(xué)研究方法包括科學(xué)思維方法和科學(xué)實(shí)踐方法（如觀察、實(shí)驗(yàn)、考察、探測等）兩大類。在當(dāng)代的科研活動(dòng)中，只采用單一的科研方法，往往難以奏效。善于把思維方法與實(shí)踐方法融為一體的人才，方具有優(yōu)勢(shì)，既能有效地解決上述兩個(gè)關(guān)鍵問題，又能按照科學(xué)的工作部署有序而深入地展開研究活動(dòng)，充分展現(xiàn)自己在研究過程中的創(chuàng)造性才能。為了達(dá)到此目的，下面闡述四個(gè)方面的問題。

一、當(dāng)代科學(xué)前沿的特征是什么？

科學(xué)前沿，按照錢學(xué)森的觀點(diǎn)沿著三個(gè)方向發(fā)展。一是對(duì)無機(jī)世界的認(rèn)識(shí)由宏觀向宇觀至脹觀方向深處發(fā)展；二是對(duì)無機(jī)世界的認(rèn)識(shí)，由宏觀向微觀至渺觀 方向深入發(fā)展；三是對(duì)生命世界的認(rèn)識(shí)由宏觀至微觀方向深入發(fā)展，同時(shí)對(duì)生命起源、人類起源、人類社會(huì)的發(fā)展前途等問題進(jìn)行全方位的整合研究。[1]（P2）宇觀研究是從17世紀(jì)初伽利略發(fā)明望遠(yuǎn)鏡開始的，微觀研究是從17世紀(jì)中期胡克發(fā)明顯微鏡開始的。

一般說來，科學(xué)前沿是指各個(gè)學(xué)科中具有一定創(chuàng)造性且有助于學(xué)科發(fā)展的研究領(lǐng)域及其科研活動(dòng)。既指研究別人沒有研究或研究中尚未解決的問題，又指雖然別人研究過但自己的研究課題仍有較大創(chuàng)意的科研工作。

科學(xué)前沿是個(gè)具有時(shí)態(tài)性的術(shù)語，與時(shí)俱進(jìn)，日新月異?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)經(jīng)過一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，當(dāng)前具有了一些新的特征。

其一，沿著交叉綜合發(fā)展趨勢(shì)，已形成立體式的前沿結(jié)構(gòu)

當(dāng)代的科學(xué)前沿陣地已不是平面結(jié)構(gòu)，更不是線性結(jié)構(gòu)，而是一種立體結(jié)構(gòu)，已很難區(qū)分前方和后方?？茖W(xué)具有認(rèn)識(shí)世界的功能，技術(shù)具有改造世界的功能，通過高科技領(lǐng)域的發(fā)展，科學(xué)知識(shí)與技術(shù)融合為一體，科學(xué)知識(shí)直接為經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展服務(wù)的功能日益顯示出來，新技術(shù)的開發(fā)也會(huì)成為科學(xué)前沿研究的課題。如人工智能的開發(fā)就與研究大腦的結(jié)構(gòu)與功能緊密聯(lián)系在一起，量子信息技術(shù)的開發(fā)，也必須研究光子糾纏的難題。

其二，研究對(duì)象日趨復(fù)雜化、超距化、超微化，攻堅(jiān)難度日益增大

不論脹觀研究，還是渺觀研究，要想直接觀察客體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)很難，多為間接推測其結(jié)果。如太陽系以外行星的發(fā)現(xiàn)，玻色子和共振態(tài)的發(fā)現(xiàn)等。超重化學(xué)元素的發(fā)現(xiàn)，由于核反應(yīng)截面隨著原子序數(shù)的增大而急劇變小和半衰期變短，在線檢測的難度越來越大，鑒定其化學(xué)性質(zhì)的難度更大，致使發(fā)現(xiàn)超重化學(xué)元素的工作已臨近尾聲。和平利用核聚變能的研究工作，雖然科學(xué)家們經(jīng)歷了半個(gè)多世紀(jì)的跋涉，但要達(dá)到實(shí)用，仍有理論和技術(shù)難題需要逐個(gè)解決。如億度（℃）高溫的產(chǎn)生和控制以及“熱密度界限”的克服等。人腦被錢學(xué)森稱為一個(gè)巨復(fù)雜系統(tǒng)。要認(rèn)清人腦的思維過程，不僅要搞清電波信息與化學(xué)信息的關(guān)系，而且更難的課題是解決感性認(rèn)識(shí)如何轉(zhuǎn)化成理性認(rèn)識(shí)的機(jī)制問題。

其三，發(fā)展與變革速度加快

電子計(jì)算機(jī)自20世紀(jì)40年代發(fā)明以來，經(jīng)過20世紀(jì)下半葉連跳四代的快速發(fā)展，21世紀(jì)以來已經(jīng)進(jìn)入高速運(yùn)算時(shí)代（目前我國云計(jì)算已達(dá)每秒7000萬億次，美國正打算提高到每秒1億億次），同時(shí)也向多功能和智能化方向發(fā)展。基本粒子的發(fā)現(xiàn)，從20世紀(jì)30年代發(fā)現(xiàn)正電子開始，每十年上一個(gè)臺(tái)階，21世紀(jì)以來，科學(xué)家們已集中于質(zhì)量極小的中微子結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)形態(tài)的研究。對(duì)希格斯玻色子的發(fā)現(xiàn)，已加速了對(duì)加速器的改裝，使質(zhì)子能量已高達(dá)7000億電子伏，目前仍打算提高到8萬億電子伏。生命科學(xué)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展也很快，在近十幾年時(shí)間內(nèi)，便形成了DNA合成技術(shù)、DNA序列分析技術(shù)、基因置換技術(shù)、DNA芯片技術(shù)、微RNA干擾技術(shù)、微流技術(shù)、熒光標(biāo)記技術(shù)、納米技術(shù)、功能性磁共振技術(shù)等技術(shù)體系，促進(jìn)了生命科學(xué)研究工作快速發(fā)展。

我國的科研活動(dòng)，由于高級(jí)人才的大力培養(yǎng)和引進(jìn)以及國家科研經(jīng)費(fèi)的逐年增長，自進(jìn)入21世紀(jì)以來發(fā)展也很快，不僅論文的數(shù)量增長快，質(zhì)量也不斷提高。據(jù)中國科技信息研究所去年底發(fā)布的2010年《科學(xué)引文索引》（SCI）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，被收錄的中國科技論文數(shù)量為14.84萬篇，排在世界第二位。

其四，微觀研究與宏觀、宇觀研究相配合可深化對(duì)世界統(tǒng)一性的認(rèn)識(shí)

從19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)鈾的放射性到20世紀(jì)中期，科學(xué)家們已基本上認(rèn)清了由原子核內(nèi)放射出的射線類型及其本質(zhì)，如α粒子、β射線、γ射線、電子、正電子、中子、質(zhì)子、中微子等。依據(jù)這些知識(shí)說明了宇宙射線的基本組成。通過研究氘和氚在高溫下聚合成氦的核反應(yīng)，科學(xué)地解釋了太陽發(fā)光的原因。狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論都涉及到時(shí)間變慢的現(xiàn)象，雖然在狹義相對(duì)論中認(rèn)為是物體高速運(yùn)動(dòng)的作用，在廣義相對(duì)論中認(rèn)為是強(qiáng)引力的作用，但都沒有從物體時(shí)間變慢的機(jī)理上去說清原因。據(jù)科學(xué)家的理論預(yù)測，希格斯玻色子如果真的被實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了，并探明了它的實(shí)質(zhì)和特性，就有可能解釋物質(zhì)為什么會(huì)有質(zhì)量，而質(zhì)量為什么會(huì)產(chǎn)生引力，到那時(shí)人們對(duì)世界統(tǒng)一性的認(rèn)識(shí)就有可能豁然貫通。所以，科學(xué)前沿研究的新成果，將會(huì)對(duì)回答世界統(tǒng)一性的難題，做出新的貢獻(xiàn)。

二、如何把科學(xué)前沿研究成果轉(zhuǎn)化成科學(xué)生長點(diǎn)？

科學(xué)生長點(diǎn)有兩個(gè)基本的含義：一指各個(gè)學(xué)科不斷出現(xiàn)的新生點(diǎn)。如化學(xué)科學(xué)在建立周期系理論過程中新發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素；絡(luò)合物化學(xué)中新發(fā)現(xiàn)的絡(luò)合物；催化化學(xué)中新發(fā)現(xiàn)的催化劑及催化反應(yīng)等。二指科學(xué)體系中產(chǎn)生新學(xué)科的分生點(diǎn)。如物理科學(xué)中牛頓力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、相對(duì)論力學(xué)、量子力學(xué)等學(xué)科的創(chuàng)立與形成。[2]（P1）

科學(xué)生長點(diǎn)的生命力在于兩個(gè)方面：一是科技系統(tǒng)自身發(fā)展對(duì)其需求的程度及其研究成果能滿足的程度；二是人類社會(huì)發(fā)展對(duì)其需求的大小與迫切程度及其研究成果能滿足的程度。只要需求程度高，都會(huì)極大地激發(fā)出科學(xué)家研究的積極性。如鈾元素早在1841年就被發(fā)現(xiàn)了，可是當(dāng)時(shí)科學(xué)家們只把它當(dāng)成一個(gè)普通元素，沒有引起研究的興趣?？墒堑搅?9世紀(jì)末貝克勒爾發(fā)現(xiàn)了鈾的放射性之后，尤其1939年哈恩·邁特納發(fā)現(xiàn)了鈾核的裂變反應(yīng)和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，科學(xué)家們馬上意識(shí)到鈾作為核燃料的重大意義，便迅速投入了高度的注意力，于是原子能科學(xué)生長點(diǎn)很快形成了，進(jìn)而加速分化，核物理、核化學(xué)、原子能物理、原子能化學(xué)、核燃料化學(xué)、工藝學(xué)等學(xué)科紛紛成長起來。

科學(xué)生長點(diǎn)都由科學(xué)知識(shí)的基本要素（科學(xué)事實(shí)、科學(xué)理論、科學(xué)方法）所構(gòu)成，其中任何一個(gè)要素有了新發(fā)現(xiàn)或新創(chuàng)造或新發(fā)明，都有可能發(fā)展成新學(xué)科。

從發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)事實(shí)到形成科學(xué)生長點(diǎn)，往往需要經(jīng)過從偶然性到必然性、從模糊到精確的過渡過程。如化學(xué)元素鑭系理論的提出，只有發(fā)現(xiàn)了大多數(shù)稀土元素，對(duì)其必然性的變化規(guī)律有了系統(tǒng)性認(rèn)識(shí)時(shí)，才得以成功。

科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法及其技術(shù)設(shè)備的創(chuàng)新，尤其大型儀器、設(shè)備的創(chuàng)立，都有可能形成新的學(xué)科生長點(diǎn)。因?yàn)檫@些方法都為新學(xué)科的形成提供并積累了大量的科學(xué)事實(shí)。如射電望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明，形成了射電天文學(xué)；離子加速器的發(fā)明，形成了核物理學(xué)等。思維科學(xué)方法引入各學(xué)科中也能形成新學(xué)科，如比較法應(yīng)用于生理學(xué)，形成比較生理學(xué)；統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)方法引入物理學(xué)中，形成統(tǒng)計(jì)物理學(xué)；量子力學(xué)的理論、方法應(yīng)用于化學(xué)和生物學(xué)中，相應(yīng)地形成了量子化學(xué)和量子生物學(xué)等?？傊匾暱茖W(xué)理論和科研方法在各個(gè)學(xué)科之間的移植，都有可能形成新的科學(xué)生長點(diǎn)和新的學(xué)科。這就是交叉科學(xué)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)。

通過科學(xué)研究提煉或綜合成的科學(xué)原理而產(chǎn)生的科學(xué)生長點(diǎn)，與前兩者不同。前兩者都得先發(fā)現(xiàn)并積累科學(xué)事實(shí)，經(jīng)過認(rèn)清其本質(zhì)或變化規(guī)律，然后給予理論解釋而形成；后者往往先提出假說、模型或猜想，后經(jīng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)而形成。如楊振寧和李政道提出的弱相互作用下宇稱不守恒的理論觀點(diǎn)，就是經(jīng)過吳健雄的精確實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證之后，才正式推翻了長期被公認(rèn)的宇稱守恒定律普遍適用的錯(cuò)誤觀點(diǎn)。

三、科學(xué)前沿研究中四種基本的思維方法及其重要作用

1、綜合思維——探索世界的統(tǒng)一性

綜合和分析是人們認(rèn)識(shí)過程中相輔相成、辯證統(tǒng)一的科研方法。分析是手段，綜合是目的，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性的大小，關(guān)鍵在于綜合所達(dá)到的高度和成果。在科學(xué)前沿研究中任何一次新的綜合成果都是對(duì)客觀世界統(tǒng)一性的一種新認(rèn)識(shí)。較小的綜合，是對(duì)人們認(rèn)識(shí)世界統(tǒng)一性的補(bǔ)充和豐富；大的綜合可導(dǎo)致科學(xué)發(fā)生革命性的變化。

下面介紹幾種經(jīng)常用到的綜合方式：

其一，依據(jù)對(duì)事物本質(zhì)的認(rèn)識(shí)進(jìn)行綜合

牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力，實(shí)現(xiàn)了天體星球的綜合；道爾頓的原子論，得出了一切物質(zhì)均由原子構(gòu)成的綜合結(jié)論；麥克斯韋的電磁理論實(shí)現(xiàn)了電場與磁場、電磁波與光波的綜合；20世紀(jì)以來，愛因斯坦相對(duì)論和普朗克量子論的創(chuàng)立以及玻爾原子模型和薛定諤方程的創(chuàng)建等，都是應(yīng)用綜合思維以揭示事物的本質(zhì)所獲得的成果，也都強(qiáng)化和豐富了人們對(duì)世界統(tǒng)一性的認(rèn)識(shí)。

其二，依據(jù)不同事物之功能的互補(bǔ)性進(jìn)行綜合——亦稱橫向綜合

進(jìn)入20世紀(jì)以來，隨著研究范圍的擴(kuò)大和研究對(duì)象日益復(fù)雜化，涉及的知識(shí)面越來越廣，研究方法也日趨多元化、集約化，單一學(xué)科的理論和方法已不能滿足解決實(shí)際問題的要求。盡管各個(gè)學(xué)科都有自身的理論和研究方法，但各個(gè)不同學(xué)科的理論、方法功能之間又具有互補(bǔ)性，使各種不同學(xué)科（領(lǐng)域）之間的交叉、綜合既有必要性，又有可能性。如物理學(xué)中熱力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)及量子力學(xué)的理論和方法引入化學(xué)中相應(yīng)地形成了化學(xué)熱力學(xué),光化學(xué),電化學(xué),量子化學(xué)等學(xué)科，構(gòu)成化學(xué)科學(xué)的重要理論基礎(chǔ)，極大地促進(jìn)了無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)及分析化學(xué)的發(fā)展。進(jìn)入21世紀(jì)以來，交叉科學(xué)的綜合發(fā)展勢(shì)頭更加活躍，不僅加快了物理學(xué)和化學(xué)向生物學(xué)的滲透，而且自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)、人文科學(xué)的相互交叉滲透，也形成了必然的發(fā)展趨勢(shì)。生態(tài)科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)科學(xué)以及醫(yī)學(xué)的形成與發(fā)展，都是交叉綜合發(fā)展的結(jié)果。其中存在和出現(xiàn)的問題，既有自然科學(xué)的原因，更有社會(huì)科學(xué)、人文科學(xué)的原因。

其三，依據(jù)目標(biāo)的一致性將各種技術(shù)、方法綜合成功能齊全的工藝工程——也稱縱向綜合

如機(jī)械設(shè)備的制造（生產(chǎn)）流程，化學(xué)工藝流程，建筑工程、水利工程，兩彈一星工程等，都屬于這種綜合類型。系統(tǒng)工程的出現(xiàn)，把各種綜合方式提高到了更科學(xué)的水平。

其四，依據(jù)知識(shí)結(jié)構(gòu)層次由低向高層次的綜合

整個(gè)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)系統(tǒng)大致可分成四個(gè)層次，由低到高依次為工程技術(shù)→技術(shù)科學(xué)→基礎(chǔ)科學(xué)→哲學(xué)。通過這種綜合，人們的認(rèn)識(shí)可由實(shí)踐具體上升至抽象的至理認(rèn)識(shí)。抽象的方法有形式邏輯、數(shù)理邏輯、辯證邏輯等。

這種綜合方式運(yùn)用得當(dāng)，可有效地提高上述三種綜合方式的效率。

2、哲學(xué)思維

像核科學(xué)家盧瑟福、相對(duì)論創(chuàng)始人愛因斯坦、理論物理學(xué)家玻爾等國際著名科學(xué)家對(duì)哲學(xué)的重視已為科學(xué)界所敬佩。我國著名（亦是國際著名）的科學(xué)家錢學(xué)森對(duì)哲學(xué)的重視程度更令人羨慕和贊譽(yù)，[1]（P129-131）他不僅有理解和把握辯證唯物主義哲學(xué)的深度，而且在解釋科學(xué)問題時(shí)運(yùn)用得很嫻熟，提出了獨(dú)到而有遠(yuǎn)見卓識(shí)的思想和見解。讀后令人茅塞頓開、心曠神怡。這是我寫哲學(xué)思維的第一個(gè)理由；其二是因?yàn)殚L期以來有些青年人對(duì)辯證唯物主義哲學(xué)存在著片面的理解，往往把研究哲學(xué)的人看成是搞政治的，這可能是由于我國過去長期把哲學(xué)作為一門政治課而造成的。因而就出現(xiàn)了學(xué)自然科學(xué)的人可以不要掌握哲學(xué)，甚至對(duì)哲學(xué)不感興趣。須知，馬克思主義哲學(xué)中包括辯證為唯物主義、認(rèn)識(shí)論和歷史唯物主義三個(gè)部分，其中只有歷史唯物主義才歸于政治或社會(huì)科學(xué)范疇。認(rèn)識(shí)論和歷史唯物主義都屬于辯證唯物主義哲學(xué)的應(yīng)用部分。辯證唯物主義和認(rèn)識(shí)論既可應(yīng)用于自然科學(xué)研究工作也可應(yīng)用于社會(huì)科學(xué)和人文科學(xué)的研究工作。不論從辯證唯物主義哲學(xué)本身看，還是從認(rèn)識(shí)論的角度看，兩者對(duì)搞好自然科學(xué)前沿研究（尤其涉及到基本理論的研究和疑難問題的研究）均起著不可替代的理論指導(dǎo)作用，況且還有方法論的重要作用。劉路對(duì)西塔潘猜想的破解，采用反向思維，運(yùn)用反向數(shù)理邏輯而獲得成功，在一定的程度上就是重視方法論研究的回報(bào)。

3、系統(tǒng)思維

著名的人民科學(xué)家錢學(xué)森在其輝煌的一生中，尤其44歲歸國之后，為了祖國的國防建設(shè)事業(yè)和科學(xué)教育事業(yè)的發(fā)展做出了不朽的巨大貢獻(xiàn)，把自己的才能發(fā)揮到極致，除了他有強(qiáng)烈的愛國心之外，從他的知識(shí)結(jié)構(gòu)看，主要是牢固而雄厚的力學(xué)知識(shí)、系統(tǒng)科學(xué)知識(shí)和哲學(xué)知識(shí)。我認(rèn)為從事科學(xué)前沿研究的人才（尤其是拔尖人才、帥才），除了掌握研究課題的專門科學(xué)知識(shí)外，還應(yīng)掌握哲學(xué)知識(shí)和系統(tǒng)科學(xué)知識(shí)。因后兩種知識(shí)是人才搞好綜合思維，創(chuàng)造高水平的科研成果所必須具備的思維功能和指揮功能。

1981年，錢學(xué)森老人從工作一線領(lǐng)導(dǎo)崗位上主動(dòng)退下來以后，又滿懷激情地投入到世界觀、科學(xué)觀、系統(tǒng)觀和哲學(xué)觀的研究活動(dòng)之中，創(chuàng)立了系統(tǒng)學(xué)、科學(xué)體系學(xué)、思維科學(xué)以及綜合集成方法學(xué)等新學(xué)科，豐富了系統(tǒng)科學(xué)，推動(dòng)了系統(tǒng)科學(xué)理論與方法的發(fā)展和普及。錢老通過哲學(xué)的概括，把自然科學(xué)稱之為“物理學(xué)”，社會(huì)科學(xué)稱之為“事理學(xué)”，人文科學(xué)稱之為“人理學(xué)”，并大力提倡三者之間的交叉融合。

在學(xué)習(xí)掌握系統(tǒng)思維的過程中，主要把握系統(tǒng)論的三個(gè)基本原理，即整體性原理、層次結(jié)構(gòu)原理和相關(guān)性原理。系統(tǒng)方法主要是系統(tǒng)分析與系統(tǒng)綜合法、系統(tǒng)工程和綜合集成方法。[3]（P107）

4、元科學(xué)思維

雖然“元物理學(xué)”概念早在古希臘時(shí)期由亞里士多德提出，但現(xiàn)代意義的“元科學(xué)”概念卻在20世紀(jì)30年代由英國科學(xué)家貝爾納提出。自進(jìn)入20世紀(jì)以來，科技發(fā)展呈現(xiàn)出科技社會(huì)化和社會(huì)科技化的趨勢(shì)，科技逐漸成為一種社會(huì)建制，其發(fā)展過程受影響的因素日益增多，既有動(dòng)力，也有阻力。于是有社會(huì)責(zé)任和遠(yuǎn)見的科學(xué)家就開始轉(zhuǎn)向以科學(xué)為對(duì)象的研究工作，研究科學(xué)的形成和發(fā)展的規(guī)律，進(jìn)而提出促進(jìn)科學(xué)不斷向前發(fā)展的對(duì)策，因而研究科學(xué)的科學(xué)（即元科學(xué)metascience）便應(yīng)運(yùn)而生。到目前，以科學(xué)學(xué)為名的各種學(xué)科已經(jīng)產(chǎn)生和形成，如數(shù)學(xué)學(xué)、物理學(xué)學(xué)、化學(xué)學(xué)、生物學(xué)學(xué)、哲學(xué)學(xué)等，說明元科學(xué)思維具有很強(qiáng)的生命力。

元科學(xué)的研究方法稱為元研究（metaresearch）。這種方法是以某門學(xué)科的活動(dòng)和知識(shí)體系的整體為對(duì)象，研究它如何成為科學(xué)和如何實(shí)現(xiàn)合理應(yīng)用的科學(xué)。就整個(gè)科學(xué)系統(tǒng)而言，還要回答科學(xué)是什么的問題。該方法的主要特點(diǎn)是：①時(shí)態(tài)性。由于是先有科學(xué)活動(dòng)及其形成的科學(xué)體系，然后才能把它作為研究對(duì)象，元研究應(yīng)該是現(xiàn)在對(duì)過去的研究。但這種研究不全同于純歷史學(xué)的研究，不是詳細(xì)地研究每個(gè)歷史細(xì)節(jié)，而是以哲學(xué)思維為導(dǎo)向，抓住影響科學(xué)全局發(fā)展的主要因素和重要因素，得出規(guī)律性的認(rèn)識(shí)，以前展性謀劃該學(xué)科的未來發(fā)展趨勢(shì)。②反思性。雖然元研究方法具有反向思維和反復(fù)思維（不是反思一次就結(jié)束了，應(yīng)隨著科學(xué)的發(fā)展進(jìn)程，不斷進(jìn)行反思）的含義，但不能等同于反向思維。因?yàn)檫壿媽W(xué)中正向思維與反向思維的路徑剛好相反，得出的結(jié)論不同。③多視角性。由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，既涉及科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系，又涉及到自然界與社會(huì)的關(guān)系，應(yīng)把自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)及橫斷學(xué)科結(jié)合起來，綜合各個(gè)角度的反思認(rèn)識(shí)，方能得出全面而正確的結(jié)論。④知識(shí)的再創(chuàng)造性。在科學(xué)前沿研究過程中已獲得創(chuàng)造性成果的人會(huì)有一種這樣的體會(huì)，當(dāng)你面對(duì)一堆調(diào)查材料或一批批實(shí)驗(yàn)結(jié)果反復(fù)地整理加工、分析和思考時(shí)，會(huì)突然出現(xiàn)一種靈感或頓悟，發(fā)現(xiàn)了新的問題或解決問題的方法。這就是知識(shí)的再創(chuàng)造性。如果通過反復(fù)思考，你只是對(duì)原有的知識(shí)認(rèn)識(shí)得更深入更透徹了，并進(jìn)一步完善了自己的想法和觀點(diǎn)，也算是一種知識(shí)的再創(chuàng)造。任何人尋找和確立一項(xiàng)研究課題時(shí)，都要先進(jìn)行資料搜集工作，并對(duì)資料進(jìn)行分析研究。這就是一種元科學(xué)研究，只是過去可能有的人尚未提到這個(gè)高度來看待罷了。

在元研究中經(jīng)常采用的創(chuàng)造性思維方法有：分析與綜合方法，發(fā)散思維方法（如列舉事物或現(xiàn)象的新特征、新要素，擴(kuò)大原有概念或術(shù)語的內(nèi)涵和外延）和收斂思維方法（如從眾多要素和因素中提煉出最基本的要素及主要的因素），類比法、聯(lián)想法以及在上述方法運(yùn)用中出現(xiàn)的直覺、靈感和頓悟。[3]（P102,98-100）

四、科學(xué)前沿研究需要什么樣的學(xué)術(shù)環(huán)境？

為了有利于說清這個(gè)問題，找到正確的答案，先舉個(gè)典型的事例：DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者沃森和克里克于1951年開始立志研究DNA結(jié)構(gòu)時(shí)，都屬于青年（沃森才23歲，克里克為35歲）。當(dāng)時(shí)沃森屬于美國信息學(xué)派。他是于1951年參加在意大利召開的生物分子結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)會(huì)上，聽了英國物理學(xué)家威爾金斯關(guān)于DNA的X射線衍射圖像的報(bào)告后，而下定決心專門研究DNA結(jié)構(gòu)的。并經(jīng)導(dǎo)師推薦進(jìn)入了英國劍橋大學(xué)實(shí)力雄厚的卡文迪什實(shí)驗(yàn)室佩魯茨研究組，在此與英國結(jié)構(gòu)學(xué)派的克里克結(jié)伴研究DNA結(jié)構(gòu)。他們從1951年底到1953年2月底共提出過三個(gè)結(jié)構(gòu)模型。起先，他們依據(jù)威爾金斯提供的DNA X射線衍射圖并經(jīng)自己的計(jì)算提出了“三條鏈的螺旋結(jié)構(gòu)”。當(dāng)他們邀請(qǐng)威爾金斯和弗蘭克林討論自己的模型時(shí)，兩位客人發(fā)現(xiàn)他們把DNA的含水量算少了，導(dǎo)致DNA的密度估算值過大，因此該模型被否定。在1952年期間，沃森和克里克一面各自回到原來的研究工作，一面繼續(xù)堅(jiān)持DNA結(jié)構(gòu)研究，請(qǐng)教有關(guān)的專家、學(xué)者，獲取新的學(xué)術(shù)信息。如劍橋大學(xué)數(shù)學(xué)家格里菲斯告訴克里克，DNA的堿基之間結(jié)合力是A-T和G-C類型，異配而不是同配；同年6月他們從生物化學(xué)家查加夫那里了解到嘌呤與嘧啶的堿基比為1:1；隨后又從美國著名化學(xué)家鮑林那里獲得了方法論的啟示，即采用多種方案、模型進(jìn)行比較研究，以獲取最優(yōu)結(jié)論；同時(shí)又聽說鮑林很快就有可能建成DNA結(jié)構(gòu)模型，于是從1952年末開始，沃森和克里克就針對(duì)DNA結(jié)構(gòu)模型是三鏈?zhǔn)竭€是雙鏈?zhǔn)剑瑝A基在內(nèi)側(cè)還是在外側(cè)等方案夜以繼日地進(jìn)行研究。1953年2月初沃森再次走訪了皇家學(xué)院的威爾金斯和弗蘭克林，于2月后兩周提出了第二個(gè)模型，即雙螺旋結(jié)構(gòu)、堿基在中間、同配。就在沃森高興時(shí)刻，同室的化學(xué)家多諾休卻提出異議，認(rèn)為模型中鳥嘌呤和胸腺嘧啶不是烯醇型，應(yīng)是酮型。這樣就使堿基配對(duì)1:1關(guān)系和氫鍵的形成都得到很好的說明，第三個(gè)正確的模型便成功誕生。近一個(gè)多世紀(jì)以來，在科技界類似這樣的事例不勝枚舉。從上述事例的實(shí)踐中可以總結(jié)出，什么樣的學(xué)術(shù)環(huán)境最有利于科學(xué)前沿研究工作。我初步歸納出五個(gè)方面的內(nèi)容，請(qǐng)專家、學(xué)者們雅正。

其一、組建高質(zhì)量的人才團(tuán)隊(duì)

高質(zhì)量的人才團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出高水平的科研成果，造就高質(zhì)量的青年人才。20世紀(jì)50年代生物學(xué)研究工作就有生化學(xué)派、信息學(xué)派和結(jié)構(gòu)學(xué)派三大學(xué)派，各有一批優(yōu)秀、精干的人才團(tuán)隊(duì)。DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)者沃森和克里克分別是信息學(xué)派和結(jié)構(gòu)學(xué)派的青年學(xué)者，他們的成功有其必然性。如果沒有其他專家、學(xué)者友好地提供X射線衍射圖像及其研究的成果和見解，單靠其個(gè)人的想象力是不可能成功的。在一定的程度上可把DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)看成是科研團(tuán)隊(duì)集體的貢獻(xiàn)。像英國劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的研究團(tuán)隊(duì)，丹麥玻爾的研究團(tuán)隊(duì)，在20世紀(jì)初期就培養(yǎng)出了一批又一批的杰出青年人才，都是確鑿的事實(shí)。

團(tuán)隊(duì)人才的組合，應(yīng)由團(tuán)隊(duì)主持人親自選定那些既有興趣又有優(yōu)秀才能的科研人才，包括一定比例的青年人。

其二、科學(xué)前沿人才都要具有不畏攻堅(jiān)的奮進(jìn)精神

沃森和克里克盡管在不長的一年多的時(shí)間里實(shí)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的科研目標(biāo)，但也不是一帆風(fēng)順的，尤其提出的第一個(gè)模型被否定之后，推遲了近一年時(shí)間才提出了第二個(gè)模型。他們沒有灰心，繼續(xù)了解相關(guān)的信息，思考有關(guān)的問題。一但發(fā)現(xiàn)了新的機(jī)會(huì)時(shí)，便果斷地投入到窮追不舍、日夜奮戰(zhàn)的“戰(zhàn)斗”之中，很快取得成功。

為了適應(yīng)研究DNA結(jié)構(gòu)的需要，沃森主動(dòng)進(jìn)修了生物化學(xué)，克里克自學(xué)了生物學(xué)?？茖W(xué)前沿研究由于其研究對(duì)象的復(fù)雜性，涉及的知識(shí)面越來越寬，原來已有的基礎(chǔ)知識(shí)出現(xiàn)短板是常有的事。一旦出現(xiàn)這種情況，主動(dòng)補(bǔ)課的精神很可貴，值得提倡。這樣做有利于研究工作的深入，有助于充分利用別人的實(shí)驗(yàn)資料、聽取別人的建議、吸取別人從事創(chuàng)新研究的方法和經(jīng)驗(yàn)。

在前沿科學(xué)研究中，堅(jiān)決杜絕虛榮心、鍍金、抄襲、造假等學(xué)術(shù)不正之風(fēng)。

其三、要有充分的學(xué)術(shù)自由，讓科學(xué)研究回歸科學(xué)本色

科學(xué)前沿研究是科研人員自主的活動(dòng)，任何外行人都不許直接干預(yù)?？蒲许?xiàng)目主持人應(yīng)由精通研究課題且具有科學(xué)管理能力的人才擔(dān)任。在學(xué)術(shù)活動(dòng)中對(duì)不同的觀點(diǎn)能統(tǒng)一則統(tǒng)一，不能統(tǒng)一時(shí)不要勉強(qiáng)，允許再研究再討論。即使有的人其觀點(diǎn)不符合實(shí)際情況，或者研究工作失敗了，對(duì)正確的觀點(diǎn)和結(jié)論也能起到一方面佐證的作用。

其四、活躍學(xué)術(shù)思想，使創(chuàng)新活動(dòng)蔚然成風(fēng)

高等學(xué)校、科研院所應(yīng)主動(dòng)創(chuàng)造條件，讓從事前沿科學(xué)研究的各類人才爭取多參加國內(nèi)外高水平的學(xué)術(shù)會(huì)議，同時(shí)在其內(nèi)部發(fā)動(dòng)、鼓勵(lì)研究人員經(jīng)常舉辦各個(gè)層次的學(xué)術(shù)交流活動(dòng)，起到不斷充實(shí)自己，啟迪新思路的作用?？上В覈壳叭杂胁簧俚母叩葘W(xué)校和研究機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)交流氣氛不濃，還沒有形成經(jīng)常性的多層次的學(xué)術(shù)交流習(xí)慣，甚至有些人還相互保密;也有的高校領(lǐng)導(dǎo)人和管理者仍持教學(xué)與科研對(duì)立的觀點(diǎn)，沒有把高校辦成教學(xué)與科研和諧發(fā)展的學(xué)術(shù)陣地。須知，缺乏科研能力和學(xué)術(shù)思維的教師是培養(yǎng)不出高水平創(chuàng)新人才的。

其五、要有后顧無憂的生活待遇和先進(jìn)的研究手段

前沿科學(xué)研究必須有健全的資金制度支持。舉辦學(xué)術(shù)活動(dòng)、參加學(xué)術(shù)會(huì)議需要資金，建立先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室、購買先進(jìn)的儀器、設(shè)備和材料，更需要大量資金做后盾。沃森在1950年獲得博士學(xué)位后，就是通過申請(qǐng)到研究員基金的支持赴歐洲深入研究DNA結(jié)構(gòu)的。資金是完成科研項(xiàng)目重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，其道理人人皆知。我在1997年發(fā)表的《現(xiàn)代科技發(fā)展的動(dòng)力論》一書中已把“物質(zhì)動(dòng)力”作為第一動(dòng)力要素而論述過。在此不再贅述。

[1] 上海交通大學(xué).智慧的鑰匙——錢學(xué)森論系統(tǒng)科學(xué)[M].上海: 上海交通大學(xué)出版社,2005.

[2] 張道民.試論科學(xué)生長點(diǎn)[J] .科學(xué)技術(shù)與辯證法,1986.

[3] 李慶臻.科學(xué)技術(shù)方法大辭典[Z].北京: 科學(xué)出版社,1999

責(zé)任編輯：侯德彤

Basic Methods and Environment of Doing Researches on Frontier Sciences

ZHANG Dao-min

( Qingdao University, Qingdao 266071, China )

Scientific methods play a key role in achieving results of frontier science researches.These methods include scientific ways of thinking and scientific practice,the combination of which can bring about advantages and satisfy the needs of scientific,economic or social development.This can ensure that scientific research is done in a systematic way and give full scope to the creative ability in research.Meanwhile,scientific research also needs some academic environment,high-level research teams,full academic freedom,active academ ic thoughts,good living conditions and advanced research means.

scientific method; frontier science; basic method; academic environment

C031

A

1005-7110（2013）03-0035-06

2013-02-26

張道民（1936- ），男，山東濰坊人，青島大學(xué)教授，從事科學(xué)哲學(xué)、軟科學(xué)研究。