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追索交叉科学无尽的前沿——《交叉科学:测度、评价与应用》序 精选

已有 2250 次阅读 2019-9-25 09:47 |系统分类:科研笔记

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这是为年轻科学计量学家张琳、黄颖合著的《交叉科学:测度、评价与应用》一书所写的序言。该书用科学计量学的方法对交叉科学的形成与结构、理论与应用、测度和评价等问题,进行了系统研究。序言从科学学的视角,就交叉科学的一阶主题与二阶主题,交叉科学的网络模型与形成机制,以及不断追索交叉科学的研究前沿等方面,对该书进行了分析、评论和推介。

刘则渊 / 大连理工大学

注:图片来源于新浪

黄沙直上白云间,

一片孤城万仞山。

羌笛何须怨杨柳,

春风不度玉门关。

这是著名唐代诗人王之涣(688-742)的《凉州词》。它生动地描绘了当时凉州以西玉门关一带春天大风刮起黄沙,直插云霄的天气景象。不知何时该诗的第一句被改成“黄河远上白云间”,流传至今。对此,我国著名的气象学家竺可桢(1890-1974)进行了辨识,指出:“实际上黄河和凉州及玉门关谈不上有什么关系,这样一改,便使这句诗与河西走廊的地理和物候两不对头。”对这首诗的辨析,告诉人们,诗人王之涣在诗文中融入了地理、物候知识,使这首名诗因微妙的知识交叉而直观形象;同时更显示出竺可桢先生有着深厚的人文底蕴,以其掌握的悠久历史文献记录和气象学相融合的理念,得以澄清这首唐诗的误传[1]。

如果说古代诗人的交叉知识来自生活经验的积累,那么竺可桢先生的古今文理交融的物候学思想,便是他在长期搜集中国古籍中有关气候记载与外国资料的基础上,以现代地理学和气象学的理论进行总结与概括的产物。这是现代交叉科学的一个经典范例。

大凡成就卓著的科学家,都善于借鉴和移植其他学科的思想和方法,开创新的交叉学科。譬如,我国卓越的地质学家李四光(1889-1971)把力学的原理和方法,引入到地质学领域,探索地壳运动的形变与断裂生成发展机制和规律,创立了地质力学这门新兴的边缘交叉学科[2]。科学史表明,一些重要的科学发现,往往是引入新观点新方法的结晶。例如,科学计量学之父普赖斯(Price, Derek John de Solla,1922-1983),在其名著《小科学,大科学》[3]中展示了一幅关于化学元素发现历程的统计曲线,由几组阶跃式逻辑型曲线衔接而成:第一组是由化学方法发现一系列元素而形成的逻辑型曲线,含60种元素;第二组阶跃式曲线是19世纪末起,引入X射线、放射性等物理学方法而发现一批新元素的过程;接着借助粒子加速器发现一批不稳定的超铀元素,在1950年前后完成最后一次阶跃,直抵元素总量的天花板。这是交叉科学方法导致科学发现的又一个生动案例。

对于近代科学史上的诸多交叉科学现象,早就引起中外学者的关注和研究,而且越来越受到学术界的重视,有关交叉科学的研究文献层出不穷。现在,由张琳、黄颖合著的《交叉科学:测度、评价与应用》一书,在借鉴和吸收前人研究成果的基础上,做了深入广泛的探讨和创造性的发挥,形成一部交叉科学领域集大成的著作。这里就几个基本问题略加考察与分析,以此和读者朋友一起领略这本交叉科学新作的特色和风采。

关于交叉科学的一阶主题与二阶主题。交叉科学,源自科学的整体性。著名物理学家普朗克(Max Planck,1858-1947)对此做过精辟的概括:“科学是内在的整体。它被分解为单独的部门不是取决于物质的本质,而是取决于人类认识的局限性。实际上存在着由物理到化学,通过生物学和人类学到社会科学的连续链条,这是任何一处都打不断的链条。”[4]这段精彩的话语被学术界广泛引用。

正是根据这幅高瞻远瞩的科学统一图景,本书作者借助文献计量学的方法,从多角度构画了本书的宏大蓝图,描绘了交叉科学连续链条的动态结构和波澜壮阔的演化历程。由此奠立了本书的文献基础,亦成为本书的首要特色。这里不妨转换为科学学的角度加以解读。

从科学学的视野看,首先涉及到交叉科学的两个层次问题。普赖斯在《科学的科学》(1964)一文中指出:“科学的科学,如同历史的历史一样,是一项具有头等重要性的二阶主题(second-order subject)。”[5]显然,科学家的科学研究,探讨交叉科学某门学科是一阶主题(first- order subject),也可称为一阶科学,其所研究的对象是直接来自于观察实验中自然现象的一阶信息;而科学的科学,即科学学、科学计量学及其对交叉科学的研究是二阶主题,它所分析的是科学活动特定社会现象的二阶信息,属于二阶科学的范畴。二者的关系是,前者是后者的基础与前提,或者说一阶科学是二阶科学的研究对象。

前面的导语所述竺可桢的物候学和李四光的地质力学等边缘学科,以及科学家用不同方法发现化学元素,都属于交叉科学和学科交叉本身的一阶主题。这反映了科学家创建某门交叉学科的客观基础。而普赖斯绘制的化学元素发现历程的统计曲线,则属于交叉科学研究的二阶主题。

该书梳理和展现的中外交叉科学著作状况,都可以分为一阶主题和二阶主题两大类。在国外尽管交叉科学的萌动由来已久,但出现交叉科学的概念大约在20世纪40年代,一直到1965年才出版以交叉科学为题的著作。在此列举两例,分属于一阶主题和二阶主题,从书名不难辨别:《交叉科学研究:促进生命科学、医学、物理科学与工程学之间的合作》(1990)和《交叉科学研究:过程与理论》(2016)。另外,2004年美国国家科学院发表的《促进交叉科学研究》报告,是交叉科学发展的一个里程碑,推动了交叉科学在发达国家的突飞猛进。

在我国,交叉科学起步甚晚。但伴随科学的春天到来,交叉科学在改革开放年代迅速兴起。被称为交叉科学之超学科(Transdisciplinarity)的科学学一些人士,推动了学术界对交叉科学的研讨,于1985年发起了一次交叉科学专题研讨会,特邀杰出的科学家“三钱”在会上做了报告:钱学森认为,交叉科学是自然科学和社会科学相互交叉地带生长出的一系列新生学科。一般公认的所谓正规学科也是交叉的,它们是不叫交叉学科的交叉学科。交叉学科在科学技术体系结构中有其位置,各个科学门类都相互交叉。钱三强推断,20世纪末21世纪初将进入交叉科学时代。各门自然科学之间、自然科学与社会科学之间的交叉地带,一贯是新生学科的生长点。科学学有一个著名的原理说,科学的突破点,往往发生在社会需要和科学内在逻辑的交叉点上。钱伟长指出,自然界、人类社会和人脑的思维是一个广泛而又普遍联系的连续体。这就决定了对这个连续体进行探索的科学认识,也应该是连续的。今天所说的交叉学科,是在连续体中的一段谱线、一个位置。现在这些位置有许多还是空白的,发展交叉科学,就是为了填补这些空白。“三钱”的报告在《光明日报》(1985.5.17)上发表,并收入会议文集《迎接交叉科学时代》[6]。这次会议特别是“三钱”密切结合科学实践的精彩报告在全国学术界引起强烈反响,标志着交叉科学研究在我国伊始就站在高起点之上。

30年多年来,我国出版的交叉科学文库与专著甚多。其中3本著作颇具代表性:一本是刘仲林的著作《现代交叉科学》(1998),系他自1985年以来有关交叉科学研究的成果总结,全面系统地阐述了交叉科学理论,是经典的交叉科学二阶主题作品。另一本是李喜先主编的《21世纪100个交叉科学难题》(2005),汇集了133位科学家编写的100个交叉科学难题,主要是自然科学各学科交叉问题,兼及自然科学和哲学社会科学之间的交叉问题(约为10题)。全书洋洋大观,16开本、800页,每个难题平均达8千字以上,总共近90万字,在国际上也属空前的鸿篇巨制,堪称交叉科学一阶主题的典型范例。遗憾的是,这部巨著及100篇难题文章,竟无参考文献,使该书的影响大打折扣。第三本是王续琨等著的《交叉科学结构论》(第二版2015),阐述了交叉科学的概念、分类、结构和趋势,共论及地理科学、资源科学、生态科学、海洋科学、警务科学、设计科学、服装科学、警务科学、工程史、工程学、工程哲学等28个具体的交叉学科领域,可见该书兼及交叉科学的一阶主题与二阶主题。刘仲林和王续琨也是国内发表交叉科学论文最多的前二位学者,对我国交叉科学发展做出了开创性贡献。

本书作者不惜笔墨,对国内外大量交叉科学著作进展进行综述,既是本书的必要内容,又是对本书的自我挑战,意在提升本书突破前人见解的难度,当然也彰显了两位年轻作者敢于超越以往交叉科学成果的学术自信。

关于交叉科学的网络模型与形成机制。交叉科学的本质,是自然科学内部、自然科学和社会科学之间的学科交叉网络。作者一再表达了本书另一个重要特色:交叉科学的复杂性网络特征,基于引文关系构建文献与文献之间的网络方法等。在我看来本书实际上确认了交叉科学的理论基础——网络模型,包括科学学奠基人贝尔纳(J.D.Bernal,1901-1971)关于科学发展的网络模型和普赖斯关于科学引文的网络模型。

1955年贝尔纳在《科学研究的战略》[7]一文中指出:“科学中的总的发展模式还是相当清楚的:这种模式与其说像树,不如说像网。与课题或应用直接相关的科学工作的内容,可以比做网的网眼。各条线的交叉点是经验和思想集合的地方,是中心点,是一些新发现,从这里产生各种各样的应用技术和科学学科。”这个科学发展的网络模型也形象地表述了交叉科学形成的网络模型。

普赖斯和贝尔纳息息相通,他透过加菲尔德(E.Garfield,1925-2017)发明的科学引文索引(SCI)[8]看到全新的引文网络模型。他说:“因为引证许多论文,也就形成了一个以某种复杂的方式,把它们全都连接在一起的网络。借助这种网络模型,人们就可以用图论和矩阵的方法来加以研究。”[9]在《科学论文的网络》[10]一文中,普赖斯继承和发挥了贝尔纳的科学发展网络模型思想:“每篇已发表论文和与之有直接关联的其他论文链接起来,从而展现出当代世界科学论文网络的总体特征。”这篇论文不仅开创了引文分析和网络分析的科学计量学主流方法,而且揭开了交叉科学发生和形成的引文网络机制。

在该文开头,普赖斯有一句箴言:“参考文献的模式标志科学研究前沿的本质。”科学文本不可分离的参考文献,是区别于非科学文本的显著特征。科学文本的引文,即所引注的参考文献,是科学文本的组成部分。正是科学文本引证不同理论、不同领域、不同学科的参考文献,形成复杂的科学引文网络与学科交叉网络,直接间接反映了不同理论之间、理论与实验之间的矛盾关系,科学引文之间多学科、跨学科的结构关系,引文代际之间继承与创新、基础与前沿的关系,表征了科学文化相对于非科学文化的优势与特征,从而构成科学学科及交叉科学生生不息、加速累积的内在机制与发展动力。由此深刻表明,论文参考文献,引文关系,在交叉科学发生和发展中有着何种重要的程度。

追寻交叉科学无尽前沿的计量研究。这本著作《交叉科学:测度、评价与应用》的书名,强调用科学计量学的方法进行交叉科学的测度和评价,迄今无出其右。计量分析贯穿全书是本书最突出的特色。同时,本书始终坚持以计量方法不断探索交叉科学的研究前沿。

作者张琳攻读博士学位伊始,在指导教师梁立明教授、联合培养博士的外方指导教师、鲁汶大学格兰采尔(Wolfgang Glänzel)教授的共同指导下,以WOS数据库所有学科的期刊互引全矩阵为基础,探讨整个科学的知识结构问题,实际上是一个交叉科学研究前沿的选题。在博士论文的研究中,她设计了引文熵、互引强度等新的计量指标,开发了“引文-文本”混合聚类算法;2010年获得博士学位之后,就以“基于混合聚类技术的交叉科学结构特征和演进趋势研究”为题获得国家自然科学基金青年项目资助;2015年再次获得基金项目“交叉科学的三维测度:内在知识基础、外在信息链接和科学活动模式”。从2010年完成博士论文,到现在写完这部书稿,已整整十年,称得上“十年磨一剑”之作了。

据我了解这本著作的内容已远远超出2015年基金项目的预期,因为张琳申请项目时征询过我的意见,我审阅了申请书并提出过中肯的意见和建议。从这本著作我欣喜地看到,两位作者共同探索交叉科学取得了“1+1>2”的效果,扩大了交叉科学研究的范围:该书测度方法不限于作者自己的研究,还广泛吸纳了交叉科学定量研究领域的其他经典或前沿思想、理论、方法;书中还把科学交叉拓展到技术会聚及专利分析;书稿内容还延伸到交叉科学的项目评价与科学基金。作者在交叉科学的一阶主题和二阶主题之间转换探讨,超越前人视界。

交叉科学由于学科交叉而成为复杂性科学的重要形态,因此其计量研究不同于一般科学的计量研究而呈现极其复杂的状况。不同的交叉科学测度视角、方法、甚至是具体的指标,在测度同一个研究对象时,可能得到不同的、甚至互相矛盾的结果。例如,从论文引文即参考文献的视角和从论文合著者即科学合作的视角,对同一组论文进行交叉科学的测度,得到的结果可能存在很大差异。因为基于引文关系测度的学科交叉反映了各个学科知识和信息的输入情况,揭示了研究主体的知识学科来源与相关结构;而基于科学合作的视角对研究主体进行交叉科学测度研究,则体现了交叉科学形成过程的活动模式与规律。这表明交叉科学是一个复杂、多维的概念,我们需要有多种维度去理解和分析。

交叉科学的评价问题同样非常复杂,无论是评价理论层面还是实践层面。这本著作对交叉科学影响的评价,往往得到一些大异其趣的结果:第一,并非交叉度越高的研究成果引文影响越大,在引文影响方面存在一个“交叉度”最佳规模值;第二,一般说来,科学论文的引文影响呈“滞后性”。相对于传统的科学成果,交叉科学成果的引文影响“滞后性”更为明显;第三,交叉科学虽然在引文影响方面存在明显的“滞后”现象,或不具有明显优势,但在社交媒体上Altmetrics(补充计量学)的影响指标方面却表现相对突出。

这些表明,交叉科学的计量研究本身是一个永无止境的前沿。

末了,我要为这篇序言写个“后记”,因为我想给这篇封笔之序找点理由。今年6月张琳教授将她和黄颖合著的《交叉科学:测度、评价与应用》书稿电子版发来,希望我为该书写序。我欣然应允,因为作序者往往是该书的第一读者,可以先睹为快。我深知,一本新书佳作一定胜过作序者,从中可以学到许多新东西。虽然作序,对一本书做必要的推介和评价,并非易事。但我不会写应景之作。吃透原作,引经据典,凭借科学学的历史与理论优势,对一本书进行解读与提升,是我写序的一贯风格。当我大致浏览了书稿,准备提笔写序之际,正是盛夏酷暑时节,却意外地看到地理学家竺可桢的《物候的古今差异》,涌出一丝凉意,找到了序的由头。其后,要事急事穿插其间,我断断续续阅读完书稿,也拖拖拉拉凑成这篇长序,已到九月秋高气爽之时,终于搁笔了。可喜的是,张琳教授又一次获准国家自然科学基金项目,题目近于交叉科学一阶主题且难度更大。我想张琳和黄颖一定会再度合作,征服路途更难的高峰。期待有兴趣的读者朋友们,同两位武大人一起聆听武大首倡者李四光创作的中国第一首小提琴独奏曲《行路难》,领悟其中蕴涵的唐代浪漫诗人李白(701-762)《行路难》的意境:

行路难,行路难;

多歧路,今安在?

长风破浪会有时,

直挂云帆济沧海!

 

(2019年9月16日于大连新新园)



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[1] 竺可桢. 物候的古今差异[R].汉典文化传播,2019,7,2.

[2] 李四光.地质力学之基础与方法[M].北京:中华书局,1947(1945年内部出版).

[3] Price DJD. Little Science, Big Science[M].New York:Columbia University Press,1963.

[4] M.普朗克.世界物理图景的统一性[A].转引自:黎鸣.试论唯物辩证法的拟化形式[J].中国社会科学,1981(3):3-23.

[5] Price DJD.“The Science of Science”[A]. in The Science of Science[C], Murice Goldsmith and Alan, L. Mackay (London: Souvenir Press, 1964):195-208;Price DJD. The Science of Science[J]. Science and Public Policy,June 1985,16(3):152-158.

[6] 中国科学技术培训中心. 迎接交叉科学时代[C]. 北京: 光明日报出版社, 1986.

[7] 贝尔纳,J.D..科学研究的战略(1955)[A].载科学学译文集[C].北京:科学出版社,1981:25-33.

[8] Garfield,E. Citation Indexes for Science: A New Dimension in Documentation through the Association of Ideas[J]. Science,1955 , (122):l08-111.

[9] Price DJD. The Science of Science[J]. Science and Public Policy,June 1985,16(3):152-158.

[10] 普赖斯,D.科学论文的网络[A].张崴 译,梁立明 校. 载刘则渊,王续琨主编.中国科学学与与科技管理研究年鉴2008/2009年卷[C].张崴译,梁立明校.大连:大连理工大学出版社,2010::29-39.








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