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国家自然科学基金委成功举办“科研范式变革”专题研讨会
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更新时间:2021-04-23

326日,“科研范式变革”专题研讨会在北大博雅国际会议中心召开。本次研讨由国家科学自然科学基金委主办,全国前沿交叉学科研究院院长联席会/北京大学前沿交叉学科研究院承办。中国科学院院士韩启德、王恩哥、汤超、鄂维南、朱邦芬,以及吴家睿、吴国盛、王飞跃、朱松纯、饶毅、鲁白、黄铁军、刘陈立等来自北京大学、清华大学和中国科学院等单位的26位专家,与国家自然科学基金委副主任陆建华、谢心澄、基金委交叉科学部常务副主任陈拥军及交叉科学部工作人员参加了本次研讨。

“科研范式变革” 是基金委交叉科学部正式成立后举办的第一个专题研讨会,也是全国前沿交叉学科研究院院长联席会在202012月深圳全国首届前沿交叉学科论坛暨前沿交叉研究院联席会上正式成立后第一次承办的会议。

研讨会由陈拥军、汤超和刘陈立分别主持。陆建华首先做开场致辞。他认为本次研讨的举办正当其时。科研范式变革的新时代即将到来,我们需要主动拥抱变革、积极谋划变革、适应变革。他希望与会专家们能站在人类科学发展史的时间尺度和全球化的空间视角,探讨全球科技发展所面临的共性危机和挑战。交融众人智慧,博采众家之长,共谋范式变革,共享科技未来,为我国科技发展中长期规划和远期目标的制定提供有力的科学支撑。

在上午专题发言部分,中国科学院生物化学与细胞生物学研究所吴家睿首先做了“从‘中心化’科研模式到‘去中心化’科研模式”的报告。他认为科研模式当前正在经历从单向到多向、从“中心化”到“去中心化”的发展。需要探索并建立具有共赢效应的“去中心化”的新的科研模式。

清华大学科学史系吴国盛以“分久必合”为题,回顾了从中世纪到现代,思想观念与学科分支的开创乃至融合的过程,以及科学史学科对于交叉科学的意义。他指出到了20世纪之后,科学技术与社会已经成为一个专门的学术领域。科学史和科学哲学在交叉学科中扮演着重要角色,一是推动科学自身的统一,二是促进科学与社会的互动。科学在分裂的过程中,存在有一种本能的整合的冲动,科学哲学家则可以帮助科学统一的进程;此外还可推动科学教育并促进科学与社会的沟通。

中国科学院自动化所复杂系统管理与控制国家重点实验室的王飞跃做了“从交叉到跨越:智能科技与科研新范式”的主题报告。王飞跃认为现代科学研究已经从小数据发展到大数据、再到小智能、深度智能,其对应的哲学也要扩展。数据智能的数据必须依靠生产,再用智能技术把大数据凝练成小智能、深度智能、精准知识。正因为人工世界能够生产数据、并具有“无中生有”的特性,所以才有可能实现“正和”的全球化发展。王飞跃还认为,交叉学科最该做的是从计算思维开始,弥补现实跟思维的鸿沟,把一个不定、多样、复杂的现实内化成系统本身处理问题敏捷、向任务聚焦、向目标收敛的能力。他认为“人是万物的度量”,未来必须靠知识自动化走向明天,形成一个完整具有6SSafety SecuritySustainabilitySensitivityService Smartness)特性的世界。

北京大学与清华大学讲席教授朱松纯以“人工智能:学科大交叉、大融合”为题,讲述了人工智能领域对内融合统一、对外交叉拓展的趋势。他认为通用人工智能势将成为今后国际前沿争夺的焦点,并将产生巨大的社会影响。目前面临的是高度复杂的大系统、大问题,比如人工智能,需要综合思维与新的科研组织方式,以大团队的方式攻坚克难;同时还需要打通“产、学、研”,构建创新链。在科学范式上,中国文化思想中的综合、系统思维,以及举国科研体制可能有机会突破美国和西方所信奉的还原主义科研范式。尤为重要的是新形势下的科研人才培养。他提出以“系统性、前沿性和针对性”为特点,建设“通识、通智、通用”的人才培养模式。同时以人工智能与人文社科交叉融合的科研文化,训练出一支人工智能的“科技王牌军”,打造新的科研范式。

北京大学物理学院王恩哥立足于水科学领域,分享了关于交叉科学的感想,针对玻恩奥本海默近似不能够准确描述比较轻的元素构成的凝聚态体系,在力学、电学、光学、磁学性质方面存在的一些问题,重新考虑原子核的量子效应。因此,他们提出了凝聚态体系的全量子物理问题,既将原子核与电子一起做量子化处理。并由此深入研究了大家最熟悉却又不了解的水的系统,“把简单的事情做正确”。

北京大数据研究院鄂维南基于数学领域,为大家首先进一步明确了科学研究中最基本的两个范式:开普勒和牛顿范式。开普勒范式是数据驱动,牛顿范式是基本原理。科学家长期面临着如何将这两种范式有效地结合在一起的基本问题。在实际场景中,随着维数增加,计算量成指数增长,形成维数灾难。而高维情形却正是机器学习(深度学习)大展拳脚的地方。将数据驱动的机器学习方法和基本原理,如量子力学、分子动力学等物理中的基本原理结合在一起,就可以得到新的范式,也可以说是开普勒范式和牛顿范式的有效组合,能够突破过去很多由于维度过多而造成瓶颈问题,由此也带来了目前理论研究最大的机遇——将过去单任务的小农作坊模式升级为集成发展大平台的安卓模式。大平台在建成后,小用户可以直接使用平台开发个人感兴趣的应用。不仅如此,传统的化学、材料、生物和工程等,也有可能发展为平台应用的有效场景,形成未来的平台科研的模式,打造国际化的科研社区。

中科院深圳先进技术研究院的刘陈立通过新兴交叉领域“定量合成生物学”的介绍,分享了对科研范式的理解。合成生物学是通过工程重构来理解生命背后规律的研究方式是一种新的科学范式,被称为“造物致知”,但其最主要挑战是缺乏理性(可预测性)设计的指导。刘陈立等人提出“定量合成生物学”方向来应对这一挑战。定量生物学应用数理逻辑思维研究生物系统基本原理,旨在用简单定量关系描述复杂生物过程,能够帮助人们理性设计合成生命体;合成生物学自下而上的工程化思维,使人们能够通过构建合成生物系统,验证定量生物学对生命现象的定量预测。定量生物学和合成生物学的交叉互补将大大促进学科的发展,有望推动合成生物学从定性、描述性、局部性的研究,向定量、理论化和系统化的变革。

北京大学讲席教授、首都医科大学校长饶毅。他认为生命科学的主要范式仍然停留在对生物现象的描述。而目前进一步的工作,则是在了解了生物学的现象、过程和功能的基本描述之后,再通过以化学、物理为主的交叉来推动生命科学。技术发展与学科交叉对生物研究的进步极为重要。新技术的发展和出现往往帮助解决了旧问题。

在专题报告的最后,国家自然科学基金委陆建华从信息与通信工程学科、以及工程系统的角度来谈了他对范式变革的理解。陆建华认为科研范式就是科学研究的理念行为和规范。因此,科研范式的变革,需要相应改变科研的思维方式、行为方式还有组织方式。在科研思维方面,虽然传统的线性思维方式更直观、直接,容易入手,但复杂问题应该尝试使用非线性思维模式,从而有机会产生新方法、新原理、新技术。要从系统的角度来实现突破。所以科研范式的变革首先是要变革线性思维的泛化。在科研行为方面,交叉学科一定要注意汇集后的再整合,从加法到减法,再到乘法,这样才能产生质变,实现超越。最后在科研组织方面,陆建华提出了交叉型的平行管理模式,这也是一种非线性的管理方式。

在中午与下午的自由发言和讨论部分,与会的各位专家继续围绕科研范式变革的主题畅所欲言,同时也就在专题报告中意犹未尽的问题,进行了更为深入的探讨。上海科技大学刘志、北京大学黄岩谊、清华大学沈晓骅、北京生命科学研究所董梦秋、北京大学黄铁军、清华大学汪小我、北京大学江颖、清华大学张强锋、中科院战略咨询院万劲波、北京大学陈鹏、基金委罗思阳、北京大学刘颖、中科院生物物理研究所李栋、北京大学江颖等也各自就学科范式、交叉学科研究、交叉人才的培养等方面提出了自己的看法。陆建华在讨论过程中,回应了专家们对交叉学科部建设的一些建议以及项目申请中共同关心的一些问题。他进一步强调多学科在一起就是要起化学反应产生新东西,最好能够是“无中生有”。年轻科学家要勇于突破,不为既定的认知所固化,又回到熟悉的线性思维方式。

在热烈自由讨论之后,陆建华、韩启德与陈拥军分别做了总结发言。陆建华表示将会好好总结研讨会专家们的发言和建议并进行提炼。韩启德赞扬了此次会议的成功举办,召集了来自不同学科的专家从不同角度对科研范式变革进行了深入探讨。当前量子科学、生命科学、信息科学包括人工智能的发展为现代科学带来了巨大改变,在此形式下对科学范式的思考迫在眉睫:一是从最宏观的视角、即从整个现代科学的角度来考虑范式是否会有根本性的改变?二是从微观的层面来观察,每个学科也同样存在着不同的范式。而科学范式的转变,将会直接改变科学研究的方式。他表示赞同陆建华所提出的科学范式的三个方面,包括思维方式,行为方式,还有组织方式。无论从哪个层次入手,这三个方面都是在考虑范式转移问题时的。科学范式是科研组织中的重要问题,它对科技发展、制定科研战略、乃至在研讨会上很多专家提出的马太效应、效率低下等等方方面面的问题均有影响,所以需要自觉地提前思考、主动布局。在科研组织模式方面,要广泛听取尽量多的人意见,特别是要能鼓励和发挥出年轻人的积极性,他们是学科交叉的主要力量。在今后,要更多地举办类似的论坛,更广泛地征集论坛的主题,利用论坛为科研组织工作提出一些值得探讨的方向,也使得更多的科学家投入到一起,把从上到下与从上到下的机制有机地结合起来,发挥作用。

会议最后,陈拥军特别感谢了韩启德院士在交叉科学部成立过程中的贡献,表示要不负国家和科学界对交叉科学部的期许,做好应尽的顶层设计与管理工作,并欢迎科技界随时为交叉科学部提出积极性的建议。交叉科学部将尽最大努力为从事交叉科学的科学家们提供便利和助力。

此次研讨会的举办,推动了国家自然科学基金委与科学家之间的沟通,对部署科学发展战略、促进交叉科学发展,应对未来科技挑战,乃至全国前沿交叉院长联席会的发展都提供了一个良好的开端。