歐美等地開放科學(xué)的發(fā)展經(jīng)驗及啟示

文/趙闊 陳嵐

2021年11月9日至24日，聯(lián)合國教科文組織大會第41屆會議審議通過了《開放科學(xué)建議書》（UNESCO Recommendation on Open Science），標志著世界開放科學(xué)邁入新階段。該報告將開放科學(xué)定義為：集各種活動和實踐于一體的包容性架構(gòu)，旨在實現(xiàn)人人皆可公開使用、獲取和重復(fù)使用多種語言的科學(xué)知識，加強科學(xué)合作和信息共享，并向傳統(tǒng)科學(xué)界以外的參與者開放科學(xué)知識的創(chuàng)造、評估和傳播進程。開放科學(xué)知識、開放科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施、科學(xué)傳播、社會公眾開放參與以及知識體系間的開放對話是開放科學(xué)的主要內(nèi)容。

一、開放資源獲取，支持知識的跨界跨域流動

開放資源獲取提升了數(shù)據(jù)的可獲得性、即時性與便捷性，促進知識的跨區(qū)域流動和共享。歐洲核子研究組織（CERN）于2013年創(chuàng)建了一個大型檔案和數(shù)據(jù)庫Zenodo。Zenodo堅持“所有研究領(lǐng)域、所有類型的研究產(chǎn)品”的存儲原則，存儲內(nèi)容涵蓋文章、數(shù)據(jù)集、圖像、海報以及軟件。Zenodo接受沒有格式限制的大文件。所有上傳數(shù)據(jù)被分配了一個數(shù)字對象標識符（DOI），這意味著無需在期刊上發(fā)表文章即可獲得唯一且永久的DOI，使出版物更容易根據(jù)國際標準被規(guī)范引用。人們可以從不同學(xué)科的角度找到關(guān)于特定主題的各種研究成果。此外，該數(shù)據(jù)庫還具有靈活的可訪問性、長期存儲能力以及自動集成歐盟委員會資助項目報告的功能。Zenodo代碼本身也是開源的，可通過GitHub網(wǎng)站訪問，有助于縮小國家之間和國家內(nèi)部存在的數(shù)字、技術(shù)和知識鴻溝。

知識的高效共享有助于共同解決世界性難題，構(gòu)建消息靈通、信息精準、公開透明、循證決策的學(xué)術(shù)命運共同體。例如，歐洲開源項目Nextstrain提供持續(xù)更新、公開可用的數(shù)據(jù)視圖以及可供公眾使用的數(shù)據(jù)分析工具和可視化工具。通過快速分析和廣泛傳播，該項目為科研和公共衛(wèi)生領(lǐng)域提供了新穎的監(jiān)測工具，有助于增強對流行病學(xué)的理解并提高疫情應(yīng)對能力。該項目中，來自世界各地的研究小組公開共享基因數(shù)據(jù)，提供交互式地圖并分享描述COVID-19分布的每周情況報告,通過合并不同的nCoV基因組并提供分析報告，一定程度上避免了科學(xué)工作的重復(fù)開展。

除了數(shù)據(jù)開源，政策作為一種資源也被廣泛開放共享。歐洲開放科學(xué)政策平臺（European Open Science Policy Platform，OSPP）就如何制定開放科學(xué)政策向歐盟委員會提供建議，并通過審查最佳實踐、制定政策指南、鼓勵利益相關(guān)者積極采納來支持政策實施。OSPP與其他高級別專家組就具體主題開展合作，并將利益相關(guān)者的觀點納入建議。此外，歐盟委員會于2010年推出了OpenA IRE，這既是一個在線門戶，也是一個專家網(wǎng)絡(luò)（34個國家開放獲取服務(wù)臺），用于支持歐洲開放獲?。╫pen access）政策的實施。OpenAIRE的國家開放獲取服務(wù)臺（NOAD）提供歐洲的開放科學(xué)概覽，在開放科學(xué)政策之外，還提供可用的基礎(chǔ)設(shè)施、支持網(wǎng)絡(luò)和開放獲取統(tǒng)計數(shù)據(jù)，幫助科學(xué)家們遵守開放科學(xué)政策。自2017年以來，歐洲學(xué)術(shù)出版與學(xué)術(shù)資源聯(lián)盟（SPARC Europe）和數(shù)字策展中心（DCC）合作審查歐洲的開放科學(xué)政策，每年更新兩次報告，報告不僅包含國家概況，還對各國相關(guān)政策進行分析和比較。其中，2020年的報告深入分析了十個類別的質(zhì)量，不局限于歐盟地區(qū)，還包含了活躍在歐洲研究領(lǐng)域的國家。

二、開發(fā)社會潛力，促進人人可參與的公民科學(xué)

隨著世界各國平均受教育年限與高等教育毛入學(xué)率的提高，越來越多的公民有意愿和能力享受信息時代的知識成果、參與知識生產(chǎn)過程，開放科學(xué)有望打破傳統(tǒng)學(xué)術(shù)界與社會、知識權(quán)威與公眾之間的藩籬?？茖W(xué)研究正在走出“象牙塔”，學(xué)術(shù)共同體的疆域從大學(xué)與科研機構(gòu)中心的學(xué)界延展和滲透到各行各業(yè)、各個領(lǐng)域，面向全民的知識傳播與知識創(chuàng)新成為可能。近年來，發(fā)達國家在公民科學(xué)方面進行了積極探索：

一是鼓勵全社會為人類社會重大公共衛(wèi)生與安全事業(yè)貢獻算力?！安皇强茖W(xué)家的你也可以做科研”是Rosetta@home項目的口號。目前，該項目主要對重要的冠狀病毒蛋白質(zhì)進行建模,人們可捐贈免費的計算能力來確定蛋白質(zhì)的三維形狀，即通過在計算機上運行Rosetta程序，幫助專業(yè)人員加快研究進程以對抗主要的人類疾病。通過參與Rosetta@home項目，人們可以了解有關(guān)蛋白質(zhì)世界的新事物，并成為相關(guān) 研究網(wǎng)絡(luò)的組成部分。與之類似的是Folding@home，該團隊于2000年9月向公眾發(fā)布了軟件，旨在模擬蛋白質(zhì)動力學(xué)，包括蛋白質(zhì)折疊過程以及與癌癥、阿爾茨海默氏癥、帕金森氏癥、亨廷頓舞蹈癥、流感等多種疾病有關(guān)的蛋白質(zhì)運動。執(zhí)行這些模擬需要巨算力且極其昂貴，F(xiàn)olding@home將在個人計算機上運行模擬的志愿者聚集，幫助研究者加快進程并更快地取得成果，從而為研發(fā)新的療法貢獻力量。

二是促進公民應(yīng)用地理信息系統(tǒng)解決社會公共問題。Greenspace Hack是一個支持物聯(lián)網(wǎng)和眾包的移動應(yīng)用程序，運用基于經(jīng)過驗證的NEST工具的眾包智能手機調(diào)查為社區(qū)團體、教區(qū)議會和其他利益相關(guān)者提供有關(guān)當(dāng)?shù)鼐G地的信息。使用綠色空間或進行綠色運動的人精神壓力較小，焦慮和抑郁較少，皮質(zhì)醇水平更健康，Greenspace Hack通過提供有力證據(jù)來證明哪些特征有助于在個人和地方層面促進更健康的城市環(huán)境，從而更好地設(shè)計城市綠地以促進健康。

三是利用技術(shù)平臺豐富教學(xué)實踐與學(xué)習(xí)資源。德國明斯特大學(xué)地理信息學(xué)研究所開發(fā)了senseBox（用于固定和移動傳感器的自助工具包），學(xué)校和實驗室等機構(gòu)可將senseBox的內(nèi)容整合到課程中，提升學(xué)校教育和社會教育的質(zhì)量，不僅能共享環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，還可查看、下載和研究來自其他參與者的全球數(shù)據(jù)。通過這一開放平臺，世界各地的人們可以發(fā)布他們捕獲的數(shù)據(jù)，回答各類研究問題。

三、開拓知識邊界，走向超學(xué)科的知識傳播與創(chuàng)新

從全球疫情、氣候變化到科技強國競爭、數(shù)字化革命，當(dāng)前人類面臨的諸多問題都是跨區(qū)域、跨學(xué)科、跨組織的，這些挑戰(zhàn)如此復(fù)雜而又相互關(guān)聯(lián)。人類社會總體的知識增長在為經(jīng)濟社會發(fā)展帶來動力和便利的同時，也催生了新的、更強的不確定性與復(fù)雜性，因此，開放科學(xué)應(yīng)運而生，成為知識傳播與生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型的重要表現(xiàn)。開放科學(xué)有助于在不確定性不斷增強的今天，促進人類知識創(chuàng)新活動從學(xué)科中心、學(xué)院中心、學(xué)者中心的傳統(tǒng)模式向問題導(dǎo)向、貢獻導(dǎo)向、合作導(dǎo)向的去中心化模式轉(zhuǎn)變。

開放科學(xué)超越了傳統(tǒng)的科研組織形式與合作方式，整合并最大化利用既有研究資源與基礎(chǔ)設(shè)施。美國開放科學(xué)網(wǎng)絡(luò)（Open Science Grid, OSG）成立于2005年，是由研究合作伙伴、高校、國家實驗室和軟件供應(yīng)商組成的聯(lián)盟，通過分布式高吞吐量計算（dHTC）的實踐及其最先進的技術(shù)發(fā)展來推進開放科學(xué)的發(fā)展。OSG提供開放科學(xué)池（OSPool）服務(wù)，將來自美國的計算資源聚合，供開放科學(xué)的參與者們廣泛使用，共享是核心原則。OSG由遍布美國的100多個獨立站點的計算和存儲元素組成，研究人員通過校園本地運行的接入點或OSG Connect接入點向OSPool提交計算工作。

開放科學(xué)堅持公益性、學(xué)科交叉性與組織類型的多樣性。OSPool訪問免費開放給與美國學(xué)術(shù)、政府或非營利機構(gòu)相關(guān)的研究人員，以及擁有訪問點的組織的研究人員（不限于美國），訪問權(quán)限涵蓋所有研究領(lǐng)域，包括社會科學(xué)、人文科學(xué)、生命科學(xué)、工程、醫(yī)學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)。OSPool可實現(xiàn)圖像分析（包括MRI、GIS等）、文本分析、參數(shù)掃描、模型優(yōu)化方法、機器學(xué)習(xí)和人工智能研究等。

開放科學(xué)加速了問題導(dǎo)向的研究進程，為科技創(chuàng)新提供契機。OSG官網(wǎng)上列舉了如下研究實例：美國夏威夷大學(xué)研究反物質(zhì)及其產(chǎn)生過程的研究生Anirvan向OSPool提交了超過800萬個工作，耗時近5000萬個核小時（core hours），模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)了以前從未產(chǎn)生過的光譜，但是，如果他是在自己的筆記本電腦上運行這些過程，則需持續(xù)到14021年。另一個例子是美國自然歷史博物館博士后研究員Ariadna Morales，在2018—2020年間，她使用OSG聯(lián)盟提供的服務(wù)結(jié)構(gòu)處理了她個人計算密集度最高的項目，在短短4周內(nèi)，通過80000個工作分析了20個蝙蝠基因組，而如僅依靠當(dāng)?shù)刭Y源，該任務(wù)則需花費4個月以上的時間。

四、對我國的啟示

綜合歐盟和美國等地區(qū)開放科學(xué)的發(fā)展經(jīng)驗，無論是公開透明的信息管理系統(tǒng)，還是共享協(xié)作的創(chuàng)新實踐，都離不開資源的有效利用。知識開放共享是有效突破知識的傳播界域，擴展知識的應(yīng)用范圍；公眾參與科學(xué)是有效利用學(xué)術(shù)部門以外的人力資源，激發(fā)各行業(yè)的創(chuàng)造潛能；跨學(xué)科知識生產(chǎn)則是有效利用多種學(xué)科知識，充分發(fā)掘設(shè)施資源的創(chuàng)新貢獻?？梢哉f，開放科學(xué)活動就是借助先進技術(shù)，秉持開放理念，促進人類社會對知識（信息）資源、人力（生命）資源與技術(shù)（物質(zhì)）資源的充分利用。由此足見，技術(shù)支撐和理念變革是開放科學(xué)發(fā)展模式的核心要素，也是開放科學(xué)不斷創(chuàng)新的重要動力。

（一）制定開放科學(xué)推進戰(zhàn)略，有針對性地提升開放程度

目前，我國僅在開放基礎(chǔ)設(shè)施及開放科學(xué)數(shù)據(jù)方面發(fā)布了高級別政策文件《國家科技資源共享服務(wù)平臺管理辦法》《科學(xué)數(shù)據(jù)管理辦法》，在開放科學(xué)整體及開源軟件、開放評估、開放出版等細分領(lǐng)域尚未出臺國家級指導(dǎo)文件，也無開放科學(xué)專項發(fā)展規(guī)劃。應(yīng)針對開放科學(xué)適用的學(xué)科類型、問題界域、人群范圍，以及開放科學(xué)涉及的國家/個人信息安全保障、解決重大公共衛(wèi)生安全問題的能力等關(guān)鍵方面展開深入研究，厘清開放科學(xué)背后的理論邏輯，以服務(wù)國家利益與人類福祉為宗旨，建立促進有助于解決“卡脖子”問題的科技創(chuàng)新制度機制，有效平衡效率、公平、質(zhì)量、誠信與可持續(xù)等價值間的張力，為我國開放科學(xué)的未來創(chuàng)設(shè)新的發(fā)展空間。

（二）搭建新型架構(gòu)與平臺，提高科研人員的使用技能

信息技術(shù)的迅猛發(fā)展為我國開放科學(xué)的進一步發(fā)展創(chuàng)造了條件和契機，為此，應(yīng)當(dāng)結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈、數(shù)字孿生等新興技術(shù)概念與信息技術(shù)發(fā)展前沿，向開放科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用廣度和深度進軍，搭建開放科學(xué)的新型技術(shù)架構(gòu)與資源互動平臺，提出我國開放科學(xué)平臺的提升策略。隨著科技資源供給形式動態(tài)化、多樣化發(fā)展，日漸成熟的云服務(wù)模式也為開放操作云端化提供了可能，尤其是面對龐大而分散的跨學(xué)科資源，大規(guī)模計算分析、科學(xué)數(shù)據(jù)與信息資源、科研軟件資源等的整合集成與云化，將極大助力廣大科技工作者的產(chǎn)出。在數(shù)據(jù)驅(qū)動型科研范式下，一線科研人員需要熟練掌握開源軟件工具、開源數(shù)據(jù)存儲庫等平臺的使用技能，才能做到隨需隨用，從容處理科學(xué)資源獲取、科學(xué)數(shù)據(jù)處理、科技論文撰寫、科研成果發(fā)布等方面的問題。

（三）整合技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施資源，建立問題導(dǎo)向的交叉學(xué)科數(shù)據(jù)庫

當(dāng)前，我國開放科學(xué)實踐尚處于數(shù)據(jù)開放獲取、研究成果共享的知識開放傳播階段，在挖掘利用人力資源與創(chuàng)新潛能、大規(guī)模整合多部門技術(shù)與基礎(chǔ)設(shè)施資源等方面還有較大改進空間。未來，應(yīng)結(jié)合我國國情與制度優(yōu)勢，借鑒和揚棄國際開放科學(xué)政策與實踐經(jīng)驗，為構(gòu)建面向創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的中國特色開放科學(xué)制度體系提供參考。這需要著力構(gòu)建服務(wù)全民終身學(xué)習(xí)的教育與知識共享體系，搭建跨學(xué)科與超學(xué)科的知識交流與研究平臺，建立問題導(dǎo)向的交叉學(xué)科數(shù)據(jù)庫，破除科技創(chuàng)新活動中的信息壁壘，制定知識管理的戰(zhàn)略規(guī)劃與重點舉措，促進我國開放科學(xué)始終為“四個面向”的科技創(chuàng)新事業(yè)服務(wù)，最終提升我國在全球開放科學(xué)規(guī)則制定中的話語權(quán)。