探索知識體系的邏輯與架構(gòu)

龐貝

在2016年5月30日舉行的科技三會上，習近平總書記向科技界發(fā)出了“為建設世界科技強國而奮斗”的號召，被科技界視作又一個“科學的春天”的開篇。

對于如何建設世界科技強國，中國科協(xié)副主席、中國科學院副院長李靜海院士，在第二屆科協(xié)發(fā)展理論研討會提出了他的思考——“探索知識體系的邏輯與架構(gòu)”。

李靜海院士主要從事顆粒流體兩相系統(tǒng)量化設計和放大研究，是國家自然科學基金委介尺度科學重大研究計劃首席科學家，中國科學院院士，發(fā)展中國家科學院院士，瑞士工程院、英國皇家工程院和澳大利亞工程院外籍院士?，F(xiàn)擔任中國科協(xié)副主席、國際科學理事會（ICSU） 主管科學計劃與評估的副主席，國際期刊 Particuology 主編和多個期刊的編委或國際顧問。

李靜海院士認為，探索知識體系的邏輯與架構(gòu)，是科技界在向科技強國行進路上迫切需要厘清的脈絡，同時也是一個國家成為科技強國最應修煉的基本功。

世界科技強國目標對科技工作者提出什么要求？

李靜海：以前我們說要建設“創(chuàng)新型國家”，2016年習近平總書記在科技三會上第一次提出要建設“世界科技強國”?！皠?chuàng)新型國家”和“世界科技強國”這兩個概念是不一樣的，這是提出了新的目標，要求更高。

當前全球科學技術發(fā)展態(tài)勢在發(fā)生一些變化，每個國家都在說重構(gòu)國家創(chuàng)新體系，改變競爭格局，應對全球挑戰(zhàn)。大家都在討論新的科技革命、新的科研范式，比如說大數(shù)據(jù)、虛擬現(xiàn)實等等。在這樣一個關鍵時刻，在這樣的形勢下，我們絕不能拉大差距，更要跨越式發(fā)展，科技界任重道遠。

科技界如何為此做出貢獻需要我們認真思考。我認為，只有對知識體系的邏輯和架構(gòu)能夠認識得比較清楚，才能做好科研布局，才能有效地促進學科的交叉，也才能提升科研的效率，才能提高創(chuàng)新能力。

探索知識體系的邏輯與架構(gòu)應從哪些方面著手？

李靜海：之前科技界往往討論更多的是希望政府多投入，政府則希望投入了以后能解決問題，而且要盡快解決問題——投入和回饋當然非常重要，這是一個永恒的討論主題。任何一個科技強國，它的科技投入占比都是很高的。但是，我要談的一個觀點，就是在投入和回饋以外，還有什么是更為重要的？

我認為有兩個事情。第一就是科學技術的合理的布局；第二是科研模式的深刻變革。在這樣一個關鍵的時刻，這兩件事情對科技界來說更為重要。

在這樣的大背景下，世界一些主要國家比如美國、德國、日本、英國、法國等國家，都在重點突破，構(gòu)建體系，追求效益。我們國家科技界應該充分認識這一重大的變化趨勢，突破慣性思維模式，學科交叉融合、重構(gòu)創(chuàng)新體系，這是從國家層面需要做到的。這是我想強調(diào)的。

科學和技術要有機統(tǒng)一，所以科學布局應當遵守原則，符合發(fā)展趨勢，科學的邏輯是來自于研究對象的關系，一致的結(jié)構(gòu)，應該有個完整的系統(tǒng)考慮。應該符合發(fā)展趨勢，所以現(xiàn)在大家提到無非是三個方面，一個是新的科學技術的革命，一個是重大的挑戰(zhàn)問題，還有一個是科研模式的重大變革，現(xiàn)在正處在這三個發(fā)展趨勢交匯的歷史時期，所以在這方面做一些變革是非常必要的，只有這樣我們才能抓住機遇，快速發(fā)展。

而從企業(yè)層面看，一些世界500強企業(yè)也在調(diào)整研發(fā)布局，增強核心競爭力。我自己親身接觸了這樣兩個企業(yè)，一個是法國的道達爾公司（全球四大石油化工企業(yè)之一），它認為原來的研發(fā)模式已經(jīng)不能適應企業(yè)未來發(fā)展，于是把它整合成八個框架。巴斯夫（德國的化工企業(yè)，也是世界最大的化工廠之一）跟我們交流更多，它是做與化工相關的布局，認為只有這樣布局，它的研發(fā)才能滿足企業(yè)發(fā)展的需要。企業(yè)都這樣來布局，我們科技界更應該進行深入思考。

科研布局要理順哪些關系，明確什么邏輯，掌握何種規(guī)律？

李靜海：關于這一問題我有這樣一些思考和建議。

第一，要理清知識體系的結(jié)構(gòu)和邏輯。

科學技術的布局不能就事論事，把一些科研機構(gòu)堆積起來是不行的。一定要根據(jù)知識體系的結(jié)構(gòu)和邏輯給科技布局提供一個科學的基礎。有了好的布局，才能促進學科交叉。在這樣一個科學技術日新月異發(fā)展的年代，沒有充分的學科交叉已經(jīng)很難取得突破。

科學技術體系的自然演化是一個逐步深化的過程。認識是有歷史的局限性的，對同一事物，一百年前的認識和現(xiàn)在可能完全不同，但是這個發(fā)展是非常緩慢的。我們現(xiàn)在要做理性的變革，就需要與時俱進，科學理性地理清關系，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，防止重復，這樣才能有一個好的布局。

國家自然科學基金委學科目錄，僅2015年一級學科、二級學科、三級學科就有600多個。教育部學科目錄包括一級、二級、三級，也有500多個。國家自然科學基金委還有學科分類代碼，這些都在一定的歷史階段發(fā)揮了非常重要的作用。在這樣的背景下，我們形成了各個大學的學院、系，形成了各種各樣的非法人中心和各種各樣的學科。這個現(xiàn)狀的問題是什么？自然無序。自然無序的簡單排列缺少邏輯，會造成割裂。如果不與時俱進，做一些變革的話，副作用就會越來越大。

聯(lián)合國教科文組織的一個報告說，現(xiàn)在有定義的學科領域就有8530個，在這樣多的分支學科中，如果用數(shù)學排列組合，將會有多少種組合方式？如此眾多的學科和交叉學科，資助體系如何才能滿足需要？如何選擇重點？

我是搞化學工程科學的，本來化學和化工做的是同一件事情，只不過是有所分工的上下游。但實際上，國內(nèi)外化學化工交流起來非常困難，對同樣一個問題，甚至連語言和術語用得都不同，所以難以交叉，發(fā)生了碎片化，這自然就影響到大的化學科學的發(fā)展。

鑒于此，我們提出這樣一些問題：學科之間（指基礎學科）、學科和領域（指技術領域）之間的關系是什么？能不能根據(jù)這些關系和其中的邏輯，布局我們的科研和教育體系？盡管之前我們有很多有重復的地方，但是有沒有我們沒有重視的環(huán)節(jié)？這些環(huán)節(jié)是不是與一些挑戰(zhàn)性的問題緊密相關？

我希望理清知識體系的邏輯關系，而研究對象之間的關系就體現(xiàn)了知識的邏輯關系。弄清這些關系才能歸納共性，減少重復，促進交叉。

第二，考慮知識體系的多層次、多尺度和介尺度復雜性。

對同樣的問題，信息來源相同，但是大家做判斷的時候卻形成不同的觀點，這個區(qū)別來自于哪個方面呢？我認為就是因為介尺度上的復雜性。每一個層次上的復雜性介于單位和系統(tǒng)之間，這是最簡單的大致對知識體系特征的一些描述。對自然界而言，從基本物質(zhì)一直到宇宙都是分為不同層次的。根據(jù)認識的逐步深入，每一個層次建立起一個學科。以化學物質(zhì)加工科學為例，我們分為三個層次：化學、化工和環(huán)境；生命科學也是如此，比如說腦皮層到神經(jīng)體系結(jié)構(gòu)也是多層次的。不認識這種多層次的特征，不認識每個層次介尺度上的復雜性，如何能在神經(jīng)科學上取得突破？如何能把人們的認知的規(guī)律揭示得非常清楚？

第三，理清基礎研究各個學科和技術體系及能源和材料相互之間的關系。

我認為技術體系和知識體系是可以融合到同一系統(tǒng)里面的。所有的技術領域都涉及不同層次的知識。如果我們再考慮能源、材料和信息這樣幾個社會經(jīng)濟要素的話，就可以把這些領域和知識體系加以融合。

我覺得知識大致可以歸納到不同層次，中心是一些基礎的、共性的知識，比如力學、數(shù)學等等，越往外尺度越大。從中心向外放射狀的線就代表每個技術，對技術和科學知識共同的挑戰(zhàn)性問題就是在介尺度。比如，對化學工程來講，我們有三個介尺度，三個介尺度和它們之間的關聯(lián)是化學科學切實的困境。只有把這三個介尺度問題解決了，把這兩個缺口聯(lián)系起來，才能實現(xiàn)突破，這也是所有本領域科學家的一個夢想。

第四，是若干重大介尺度問題。介尺度問題有一些共性規(guī)律，如能源、制造、信息網(wǎng)絡、生命科學，舉例來說，要把細胞演化過程認識得一清二楚，單靠生物學家是不行的，必須要多學科參與。因為其中既有生物過程，又有化工過程，還有一些物理過程；而神經(jīng)系統(tǒng)和智能科學，就是把人的認知應用到計算機領域。因此，必須認識它的結(jié)構(gòu)特征，解決它的關鍵科學問題，才能夠加以應用。

第五，就是各個領域鑒于介尺度科學概念的學科交叉。

不同層次都有介尺度問題，我們按共同規(guī)律才能建立起新的科研模式，取得重大的突破。

第六，一個領域的布局和規(guī)劃，應該重點考慮知識結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)性和內(nèi)在邏輯。這樣才能促進交叉，減少重復；其次，應注重重大共性科學技術問題的提煉。我們不能只聚焦一些具體問題，沒人管共性問題，而應該注意到哪些問題是最為關鍵的。共性問題如果得到解決，將是更高層次的科學進展，這才是戰(zhàn)略科技能力；再次，要注意科學技術與經(jīng)濟社會的結(jié)合度。要解決實際問題，就要把社會、經(jīng)濟、科學、技術形成一個完整的體系來分析，這才是領域布局的思考。

以能源為例，國家必須考慮能源領域的布局，首先要有專業(yè)的團隊，針對不同種類、特別的、戰(zhàn)略性能源進行研究，然后將其劃分為不同層次。每個層次有多學科交叉的研究單元，這些單元要研究每個層次上的共同規(guī)律，每個層次上不同能源種類的共同規(guī)律，然后還要跨學科的研究團隊和平臺，只有這樣才能形成一個有實力的能源領域的布局。

第七就是形成新的科研模式。知識結(jié)構(gòu)和邏輯的演化，使理論方法、工具和思維都會出現(xiàn)一些新的變化。傳統(tǒng)的理論和方法固然重要，但是更要知道未來發(fā)展所需要的一些新的理論、新的方法。信息經(jīng)濟引發(fā)的變革，舉一個簡單的例子，如開放獲取。我30年前做博士生的時候，要飛到北京來，匆匆忙忙跑到北京圖書館，早上領一些文獻復印好，然后匆匆忙忙又回去。現(xiàn)在這個事情2分鐘之內(nèi)就可以完成。類似的變化必須引起我們的關注，研發(fā)模式的變革、學科和技術的演化一定要充分考慮。

現(xiàn)在的知識是碎片化的，因而跨學科的交叉非常重要。這種學科碎片化的知識，如果能整合成完整的知識體系的話，科學技術會發(fā)生根本性的變化，我們國家如果能考慮這樣布局科學研究的話，我們所說的創(chuàng)新能力的提升將是空前的。

科技信息技術發(fā)展到今天，存在的知識幾乎都是全球共享的，如果我們有一些科學組織來提升創(chuàng)新能力的話，那將真正實現(xiàn)科學技術的跨越式發(fā)展，科技強國進程就可以快速地推動。

最后，我總結(jié)這樣幾句話：科技格局和科研模式正在發(fā)生根本性的變化，認識知識體系的結(jié)構(gòu)和邏輯是至關重要的，這比討論和回饋更為重要，需要社會各界共同努力。學術界要有開放心態(tài)，中國科協(xié)可以發(fā)揮很大的作用。