北大科研进展

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“科研范式变革”专题研讨会在北京大学召开

    近日,由国家科学自然科学基金委员会(以下简称自然科学基金委)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的“科研范式变革”专题研讨会在北京大学召开。

 

 

    “当前形势下,迫切需要思考科学范式变革的问题:一是从最宏观的视角审视整体现代科学的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的研究范式正在发生怎样的变化?”会议上,中国科学院院士、北京大学前沿交叉学科研究院院长韩启德提出科研范式变革面临的两大问题。

 

 

    会上,来自不同领域的专家围绕这两大问题进行了深入研讨。

 

    非线性思维助推变革

    一般而言,科研范式指的是“科学研究的理念、行为和规范”。对科研范式变革的考虑,则顺理成章地以这三个方面为“纲”。

    “科研范式的变革,需要相应改变科研的思维方式、行为方式及组织方式。”自然科学基金委副主任陆建华在会议报告中表示。

    其中,思维方式的改变有望带来宏观上的根本性改变。陆建华认为,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,才有机会产生新方法、新原理、新技术。

    基于数学领域的长期研究,中国科学院院士、北京大数据研究院院长鄂维南总结出科学研究的两个基本范式,即数据驱动的“开普勒范式”和基本原理驱动的“牛顿范式”。如今,将数据驱动的机器学习方法和量子力学、分子动力学等物理学中的基本原理结合在一起,则可能形成新的科研范式。

    对此,他期待“平台科研”模式的兴起,也就是说,由过去单任务小农作坊模式升级为集成发展大平台的模式。”鄂维南期待,大平台建成后,小用户直接使用平台开发个人感兴趣的应用,化学、材料、生物和工程都有可能发展为有效场景。

    此外,“去中心化”的思路也备受关注。中国科学院分子细胞科学卓越创新中心研究员吴家睿指出,当前,科研模式正在经历从单向到多向、从“中心化”到“去中心化”的发展,因此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。

 

    具体领域探索展开

    事实上,不同领域的科学家们已经有意无意地在“非线性思维”的指导下,开展对“范式变革”的深入思考。

    近年来,结合“定量生物学”和“合成生物学”的“定量合成生物学”发展迅速。中科院深圳先进技术研究院研究员刘陈立认为,定量生物学应用数理逻辑思维研究生物系统基本原理,能够帮助人们理性设计合成生命体;合成生物学则通过自下而上的工程化思维,验证定量生物学对生命现象的定量预测。

    “二者结合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。”刘陈立表示。

    会议上,专家们还围绕人工智能、生命科学等领域的未来发展策略提出了建议。北京大学和清华大学讲席教授朱松纯表示,对于人工智能中高度复杂的大系统、大问题,应以大团队的方式组织开展,打通“产、学、研”构建创新链,促进人工智能与人文社科交叉融合。

    中国科学院自动化所研究员王飞跃指出,智能科技领域应从“计算思维”开始,弥补现实跟思维的鸿沟,把不确定、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。

    北京大学讲席教授、首都医科大学校长饶毅认为,生命科学应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将对生物研究的进步极为重要。

 

    创新组织形式

    韩启德在会议上强调,科学范式是科研组织中的重要问题,当前应自觉地提前思考、主动布局。

    如何进行有效的学科交叉,成为科学家们普遍关注的问题。对此,清华大学科技史系教授吴国盛指出,应重视科学史和科学哲学在交叉学科中扮演的重要角色。“科学史和科学哲学不仅能推动科学自身的统一,还能促进科学与社会的互动。”他表示,“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。”

    陆建华指出,在科研行为方面,交叉学科应当是汇集后的再整合,从加法到减法,再到乘法,才能产生质变、实现超越。“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。”

    例如,中国科学院院士、北京大学物理学院教授王恩哥带领的科研团队在水科学领域取得了重要进展。“我们基于力学、电学、光学、磁学等领域的知识,提出了新的科学问题,即凝聚态体系的全量子物理问题,由此深入研究了大家最熟悉却又不了解的水的系统。”王恩哥在此次会议上介绍了在这一个小领域中进行学科交叉融合的经验。

    2020年11月,自然科学基金委正式成立交叉科学部,探索促进学科交叉的顶层设计与管理工作。专家们认为,作为交叉科学部成立后的第一次专题研讨会,此次会议将推动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,应对未来科技挑战有所裨益。

 

    来源: 科学网、前沿交叉学科研究院

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