近日，由國家自然科學基金委員會（以下簡稱自然科學基金委）主辦、全國前沿交叉學科研究院院長聯(lián)席會/北京大學前沿交叉學科研究院承辦的“科研范式變革”專題研討會在北京召開。

“當前形勢下，迫切需要思考科學范式變革的問題：一是從最宏觀的視角審視整體現(xiàn)代科學的范式是否會有根本性的改變？二是從微觀的層面來觀察每個學科的研究范式正在發(fā)生怎樣的變化？”會議上，中國科學院院士韓啟德提出科研范式變革面臨的兩大問題。

會議上，來自不同領域的專家圍繞這兩大問題進行了深入研討。

非線性思維助推變革

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

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

其中，思維方式的改變有望帶來宏觀上的根本性改變。陸建華認為，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，但復雜問題應該嘗試使用非線性思維模式，才有機會產(chǎn)生新方法、新原理、新技術。

基于數(shù)學領域的長期研究，中國科學院院士、北京大數(shù)據(jù)研究院院長鄂維南總結出科學研究的兩個基本范式，即數(shù)據(jù)驅動的“開普勒范式”和基本原理驅動的“牛頓范式”。如今，將數(shù)據(jù)驅動的機器學習方法和量子力學、分子動力學等物理學中的基本原理結合在一起，則可能形成新的科研范式。

對此，他期待“平臺科研”模式的興起，也就是說，由過去單任務小農(nóng)作坊模式升級為集成發(fā)展大平臺的模式。”鄂維南期待，大平臺建成后，小用戶直接使用平臺開發(fā)個人感興趣的應用，化學、材料、生物和工程都有可能發(fā)展為有效場景。

此外，“去中心化”的思路也備受關注。中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心研究員吳家睿指出，當前，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的“去中心化”的新的科研模式。

具體領域探索展開

事實上，不同領域的科學家們已經(jīng)有意無意地在“非線性思維”的指導下，開展對“范式變革”的深入思考。

近年來，結合“定量生物學”和“合成生物學”的“定量合成生物學”發(fā)展迅速。中科院深圳先進技術研究院研究員劉陳立認為，定量生物學應用數(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計合成生命體；合成生物學則通過自下而上的工程化思維，驗證定量生物學對生命現(xiàn)象的定量預測。

“二者結合有望推動合成生物學從定性、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。

會議上，專家們還圍繞人工智能、生命科學等領域的未來發(fā)展策略提出了建議。北京大學和清華大學講席教授朱松純表示，對于人工智能中高度復雜的大系統(tǒng)、大問題，應以大團隊的方式組織開展，打通“產(chǎn)、學、研”構建創(chuàng)新鏈，促進人工智能與人文社科交叉融合。

中國科學院自動化所研究員王飛躍指出，智能科技領域應從“計算思維”開始，彌補現(xiàn)實跟思維的鴻溝，把不確定、多樣、復雜的現(xiàn)實內(nèi)化成系統(tǒng)本身處理問題敏捷、向任務聚焦、向目標收斂的能力。

北京大學講席教授、首都醫(yī)科大學校長饒毅認為，生命科學應在了解了生物學的現(xiàn)象、過程和功能的基本描述之后，再通過以化學、物理為主的交叉來推動生命科學，技術發(fā)展與學科交叉將對生物研究的進步極為重要。

創(chuàng)新組織形式

韓啟德在會議上強調(diào)，科學范式是科研組織中的重要問題，當前應自覺地提前思考、主動布局。

如何進行有效的學科交叉，成為科學家們普遍關注的問題。對此，清華大學科技史系教授吳國盛指出，應重視科學史和科學哲學在交叉學科中扮演的重要角色。“科學史和科學哲學不僅能推動科學自身的統(tǒng)一，還能促進科學與社會的互動。”他表示，“科學在分裂的過程中，存在有一種本能的整合的沖動，科學哲學家則可以幫助科學統(tǒng)一的進程。”

陸建華指出，在科研行為方面，交叉學科應當是匯集后的再整合，從加法到減法，再到乘法，才能產(chǎn)生質變、實現(xiàn)超越。“多學科在一起就是要起化學反應產(chǎn)生新東西，最好能夠是‘無中生有’。年輕科學家要勇于突破，不為既定的認知所固化。”

例如，中國科學院院士、北京大學物理學院教授王恩哥帶領的科研團隊在水科學領域取得了重要進展。“我們基于力學、電學、光學、磁學等領域的知識，提出了新的科學問題，即凝聚態(tài)體系的全量子物理問題，由此深入研究了大家最熟悉卻又不了解的水的系統(tǒng)。”王恩哥在此次會議上介紹了在這一個小領域中進行學科交叉融合的經(jīng)驗。

2020年11月，自然科學基金委正式成立交叉科學部，探索促進學科交叉的頂層設計與管理工作。專家們認為，作為交叉科學部成立后的第一次專題研討會，此次會議將推動自然科學基金委與科學家之間的溝通，對布署科學發(fā)展戰(zhàn)略、促進交叉科學發(fā)展，應對未來科技挑戰(zhàn)有所裨益。