探索知识体系的逻辑与架构

庞贝

在2016年5月30日举行的科技三会上，习近平总书记向科技界发出了“为建设世界科技强国而奋斗”的号召，被科技界视作又一个“科学的春天”的开篇。

对于如何建设世界科技强国，中国科协副主席、中国科学院副院长李静海院士，在第二届科协发展理论研讨会提出了他的思考——“探索知识体系的逻辑与架构”。

李静海院士主要从事颗粒流体两相系统量化设计和放大研究，是国家自然科学基金委介尺度科学重大研究计划首席科学家，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，瑞士工程院、英国皇家工程院和澳大利亚工程院外籍院士。现担任中国科协副主席、国际科学理事会（ICSU） 主管科学计划与评估的副主席，国际期刊 Particuology 主编和多个期刊的编委或国际顾问。

李静海院士认为，探索知识体系的逻辑与架构，是科技界在向科技强国行进路上迫切需要厘清的脉络，同时也是一个国家成为科技强国最应修炼的基本功。

世界科技强国目标对科技工作者提出什么要求？

李静海：以前我们说要建设“创新型国家”，2016年习近平总书记在科技三会上第一次提出要建设“世界科技强国”。“创新型国家”和“世界科技强国”这两个概念是不一样的，这是提出了新的目标，要求更高。

当前全球科学技术发展态势在发生一些变化，每个国家都在说重构国家创新体系，改变竞争格局，应对全球挑战。大家都在讨论新的科技革命、新的科研范式，比如说大数据、虚拟现实等等。在这样一个关键时刻，在这样的形势下，我们绝不能拉大差距，更要跨越式发展，科技界任重道远。

科技界如何为此做出贡献需要我们认真思考。我认为，只有对知识体系的逻辑和架构能够认识得比较清楚，才能做好科研布局，才能有效地促进学科的交叉，也才能提升科研的效率，才能提高创新能力。

探索知识体系的逻辑与架构应从哪些方面着手？

李静海：之前科技界往往讨论更多的是希望政府多投入，政府则希望投入了以后能解决问题，而且要尽快解决问题——投入和回馈当然非常重要，这是一个永恒的讨论主题。任何一个科技强国，它的科技投入占比都是很高的。但是，我要谈的一个观点，就是在投入和回馈以外，还有什么是更为重要的？

我认为有两个事情。第一就是科学技术的合理的布局；第二是科研模式的深刻变革。在这样一个关键的时刻，这两件事情对科技界来说更为重要。

在这样的大背景下，世界一些主要国家比如美国、德国、日本、英国、法国等国家，都在重点突破，构建体系，追求效益。我们国家科技界应该充分认识这一重大的变化趋势，突破惯性思维模式，学科交叉融合、重构创新体系，这是从国家层面需要做到的。这是我想强调的。

科学和技术要有机统一，所以科学布局应当遵守原则，符合发展趋势，科学的逻辑是来自于研究对象的关系，一致的结构，应该有个完整的系统考虑。应该符合发展趋势，所以现在大家提到无非是三个方面，一个是新的科学技术的革命，一个是重大的挑战问题，还有一个是科研模式的重大变革，现在正处在这三个发展趋势交汇的历史时期，所以在这方面做一些变革是非常必要的，只有这样我们才能抓住机遇，快速发展。

而从企业层面看，一些世界500强企业也在调整研发布局，增强核心竞争力。我自己亲身接触了这样两个企业，一个是法国的道达尔公司（全球四大石油化工企业之一），它认为原来的研发模式已经不能适应企业未来发展，于是把它整合成八个框架。巴斯夫（德国的化工企业，也是世界最大的化工厂之一）跟我们交流更多，它是做与化工相关的布局，认为只有这样布局，它的研发才能满足企业发展的需要。企业都这样来布局，我们科技界更应该进行深入思考。

科研布局要理顺哪些关系，明确什么逻辑，掌握何种规律？

李静海：关于这一问题我有这样一些思考和建议。

第一，要理清知识体系的结构和逻辑。

科学技术的布局不能就事论事，把一些科研机构堆积起来是不行的。一定要根据知识体系的结构和逻辑给科技布局提供一个科学的基础。有了好的布局，才能促进学科交叉。在这样一个科学技术日新月异发展的年代，没有充分的学科交叉已经很难取得突破。

科学技术体系的自然演化是一个逐步深化的过程。认识是有历史的局限性的，对同一事物，一百年前的认识和现在可能完全不同，但是这个发展是非常缓慢的。我们现在要做理性的变革，就需要与时俱进，科学理性地理清关系，发现规律，防止重复，这样才能有一个好的布局。

国家自然科学基金委学科目录，仅2015年一级学科、二级学科、三级学科就有600多个。教育部学科目录包括一级、二级、三级，也有500多个。国家自然科学基金委还有学科分类代码，这些都在一定的历史阶段发挥了非常重要的作用。在这样的背景下，我们形成了各个大学的学院、系，形成了各种各样的非法人中心和各种各样的学科。这个现状的问题是什么？自然无序。自然无序的简单排列缺少逻辑，会造成割裂。如果不与时俱进，做一些变革的话，副作用就会越来越大。

联合国教科文组織的一个报告说，现在有定义的学科领域就有8530个，在这样多的分支学科中，如果用数学排列组合，将会有多少种组合方式？如此众多的学科和交叉学科，资助体系如何才能满足需要？如何选择重点？

我是搞化学工程科学的，本来化学和化工做的是同一件事情，只不过是有所分工的上下游。但实际上，国内外化学化工交流起来非常困难，对同样一个问题，甚至连语言和术语用得都不同，所以难以交叉，发生了碎片化，这自然就影响到大的化学科学的发展。

鉴于此，我们提出这样一些问题：学科之间（指基础学科）、学科和领域（指技术领域）之间的关系是什么？能不能根据这些关系和其中的逻辑，布局我们的科研和教育体系？尽管之前我们有很多有重复的地方，但是有没有我们没有重视的环节？这些环节是不是与一些挑战性的问题紧密相关？

我希望理清知识体系的逻辑关系，而研究对象之间的关系就体现了知识的逻辑关系。弄清这些关系才能归纳共性，减少重复，促进交叉。

第二，考虑知识体系的多层次、多尺度和介尺度复杂性。

对同样的问题，信息来源相同，但是大家做判断的时候却形成不同的观点，这个区别来自于哪个方面呢？我认为就是因为介尺度上的复杂性。每一个层次上的复杂性介于单位和系统之间，这是最简单的大致对知识体系特征的一些描述。对自然界而言，从基本物质一直到宇宙都是分为不同层次的。根据认识的逐步深入，每一个层次建立起一个学科。以化学物质加工科学为例，我们分为三个层次：化学、化工和环境；生命科学也是如此，比如说脑皮层到神经体系结构也是多层次的。不认识这种多层次的特征，不认识每个层次介尺度上的复杂性，如何能在神经科学上取得突破？如何能把人们的认知的规律揭示得非常清楚？

第三，理清基础研究各个学科和技术体系及能源和材料相互之间的关系。

我认为技术体系和知识体系是可以融合到同一系统里面的。所有的技术领域都涉及不同层次的知识。如果我们再考虑能源、材料和信息这样几个社会经济要素的话，就可以把这些领域和知识体系加以融合。

我觉得知识大致可以归纳到不同层次，中心是一些基础的、共性的知识，比如力学、数学等等，越往外尺度越大。从中心向外放射状的线就代表每个技术，对技术和科学知识共同的挑战性问题就是在介尺度。比如，对化学工程来讲，我们有三个介尺度，三个介尺度和它们之间的关联是化学科学切实的困境。只有把这三个介尺度问题解决了，把这两个缺口联系起来，才能实现突破，这也是所有本领域科学家的一个梦想。

第四，是若干重大介尺度问题。介尺度问题有一些共性规律，如能源、制造、信息网络、生命科学，举例来说，要把细胞演化过程认识得一清二楚，单靠生物学家是不行的，必须要多学科参与。因为其中既有生物过程，又有化工过程，还有一些物理过程；而神经系统和智能科学，就是把人的认知应用到计算机领域。因此，必须认识它的结构特征，解决它的关键科学问题，才能够加以应用。

第五，就是各个领域鉴于介尺度科学概念的学科交叉。

不同层次都有介尺度问题，我们按共同规律才能建立起新的科研模式，取得重大的突破。

第六，一个领域的布局和规划，应该重点考虑知识结构的系统性和内在逻辑。这样才能促进交叉，减少重复；其次，应注重重大共性科学技术问题的提炼。我们不能只聚焦一些具体问题，没人管共性问题，而应该注意到哪些问题是最为关键的。共性问题如果得到解决，将是更高层次的科学进展，这才是战略科技能力；再次，要注意科学技术与经济社会的结合度。要解决实际问题，就要把社会、经济、科学、技术形成一个完整的体系来分析，这才是领域布局的思考。

以能源为例，国家必须考虑能源领域的布局，首先要有专业的团队，针对不同种类、特别的、战略性能源进行研究，然后将其划分为不同层次。每个层次有多学科交叉的研究单元，这些单元要研究每个层次上的共同规律，每个层次上不同能源种类的共同规律，然后還要跨学科的研究团队和平台，只有这样才能形成一个有实力的能源领域的布局。

第七就是形成新的科研模式。知识结构和逻辑的演化，使理论方法、工具和思维都会出现一些新的变化。传统的理论和方法固然重要，但是更要知道未来发展所需要的一些新的理论、新的方法。信息经济引发的变革，举一个简单的例子，如开放获取。我30年前做博士生的时候，要飞到北京来，匆匆忙忙跑到北京图书馆，早上领一些文献复印好，然后匆匆忙忙又回去。现在这个事情2分钟之内就可以完成。类似的变化必须引起我们的关注，研发模式的变革、学科和技术的演化一定要充分考虑。

现在的知识是碎片化的，因而跨学科的交叉非常重要。这种学科碎片化的知识，如果能整合成完整的知识体系的话，科学技术会发生根本性的变化，我们国家如果能考虑这样布局科学研究的话，我们所说的创新能力的提升将是空前的。

科技信息技术发展到今天，存在的知识几乎都是全球共享的，如果我们有一些科学组织来提升创新能力的话，那将真正实现科学技术的跨越式发展，科技强国进程就可以快速地推动。

最后，我总结这样几句话：科技格局和科研模式正在发生根本性的变化，认识知识体系的结构和逻辑是至关重要的，这比讨论和回馈更为重要，需要社会各界共同努力。学术界要有开放心态，中国科协可以发挥很大的作用。