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科研五点零 精选

已有 26442 次阅读 2015-5-26 14:26 |个人分类:博客和科研|系统分类:观点评述| 医学科研, 技术服务


一、21世纪科研创新特点

科学研究的定义是:为了增进知识,以及利用这些知识去发明新的技术而进行的系统的创造性工作。科研活动发展到当今的阶段,早已不是大众想象中的 “爱迪生试用了接近1600种灯丝材料最终成功发明了电灯泡”这样的模式了“科研”成为了多个职业科研人员进行的高度分工又高度合作的一项工作。 具体到医学方向,我们可以看到以下个方面的特点

1)研究深度:由整体向细胞水平分子水平,又向系统水平转变。一项好的研究,要有细胞水平的论证分子水平的论证模式动物水平的论证,以及指导临床标本水平病人整体水平的论证。最重要的是,要将不同水平的结论整合和统一起来。

2)研究形式:由单学科向多学科整合转变。一项有影响力的研究,必须跨多学科,运用多学科技术手段,不能只运用某一个技术学科的一种技术手段。通常要运用分子生物学手段细胞生物学手段医学遗传学手段病理生理学医学统计学手段,甚至还要用到生物物理学和医用材料学的手段。颠覆式的创新一定是在交叉学科等边缘学科中,或者是在热点研究视野的边缘地带产生。科研要有能力将不同学科的不同手段有机整合起来,共同指向同一个科学问题的解决,也要有能力将创新视线移到热点领域的边缘地带

3)科研目的:由单纯科研向科研效益型转变。越来越多的科研项目,从纯理论研究转向应用型或应用基础型研究。这也是研究型医院中的以“转化医学”命名的实验室越来越多的原因。    

4)研究规模:由单个实验室向多个实验室,甚至多中心转变。如分子生物学实验室细胞生物学实验室遗传学实验室的多实验室参与。大型科研项目,往往需要疾病动物模型中心医学工程材料研究中心医学信息统计和处理中心等多中心参与

    近年来在科研形态上的这种转变,是巨大的,是革命性的。当代的科研,完全不同于阿基米德时代,泡澡就可以发现科学;不同于牛顿时代,在苹果树下睡觉就可以发现科学;也不同于孟德尔达尔文时代,凭着富余生活的业余爱好,就可以发现科学。靠个人才能发现科学的时代好像逐渐离我们远去了。现代医学科研的进行,需要配备拥有各种精密仪器的生物技术实验室,需要大团队大合作,才能真正取得一些突破。例如,如果你想打造优秀的生命科学或医学科研团队,你要有分子生物学方面的专家,你要有细胞生物学方面的专家,你要有病理学、遗传学、信息学、统计学甚至材料学方面的专家。

有效的创新必须在人类需求的驱动下才能启动和达成。 真正的突破性创新,更往往是那些已满足基本需求的人脑中产生的灵感火花。这些人,即所谓的大科学家,往往心态富足,思想和行为独特而自由奔放。这就是人类的创造特性。然而, 在当代这种社会变革背景下,却出现了一个和人类创造特性相违背的趋势,就是科研越来越成为一种只能由职业选手、专业人员从事的工作。越来越多的科研工作者不是从兴趣爱好出发,而是不得不将科研工作视为赖以生存和养家糊口的职业。科研创新活动所指的问题越来越深入与复杂,又迫使职业科研团队合作的规模越来越大,成越来越多样。

有效的人类创造需要参与创新的个体具有特立独行的思想和心灵。大规模的团队合作,又需要团队各成员有统一目标和协调的行动。这样,悖论就产生了。

   21世纪科技时代就是这样一个具有鲜明特点的新科技时代。新的时代一定会有一种新的科研模式,去解决个体与全局,创新与继承之间的悖论。

在2013年4月的汉诺威工业博览会上,德国政府提出了“工业4.0”战略,目的是为了提高德国工业的竞争力,在新一轮工业革命中占领先机。该战略已经得到德国科研机构和产业界的广泛认同在这种模式中,传统的行业界限将消失,并会产生各种新的活动领域和合作形式。创造新价值的过程正在发生改变,产业链分工将被重组。学术界和产业界的普遍观点认为,工业1.0实现了“大规模生产”(蒸汽机的发明),工业2.0实现了“电气化生产”(电力的广泛应用),工业3.0实现了“自动化生产”(产品的标准化),而工业4.0将实现“定制化生产”,并且定制周期简短,生产方便快捷。“工业4.0”概念即是以智能制造为主导的第四次工业革命,即革命性的生产方法。

科研的发展也如历次工业革命一样经历了一个发展演变的过程从四大文明古国的科学曙光,到古希腊古罗马时代的科学启蒙;从中世纪科学与宗教的剧烈碰撞,到近代天文、物理、化学的萌芽;从哥白尼的日心说,到达尔文的进化论;从孟德尔的豌豆到摩尔根的果蝇;从青霉素的发现,到紫杉醇的提取;从沃森克里克的DNA双螺旋到人类基因组测序的完成。在科技创新历史道路上,人类或苦心孤,或心灵碰击,或天马行空,或众志成城,各种方式和阶段交替上演,数千年步履蹒跚,不经意地就穿过了21世纪的门槛科研团队中个体与全局,创新与继承之间的矛盾,使得革命性的新科研方法的诞生非常急迫。

 

二、科研模式的发展路径与特征

人类科学研究已不期然地经历了科研1.02.03.04.0时代,目前正迈入科研5.0时代。那么,什么是科研1.0,2.0, 乃至5.0呢?

1)科研1.0:

是指那些由某个具有超常洞察力和想象力的人获得的零星的偶发的新知识和发明,如阿基米德总结杠杆原理和浮力原理等。

这一阶段重要成果有:关于自然界万物的本质问题解释——元素论;关于物质结构问题解释——原子论;关于天体系统的模型问题解释——宇宙论。古希腊人对自然哲学做出了巨大贡献,古罗马人则在实用技术上取得了重要成果。

这一阶段取得的成果是辉煌的,但是我们必须注意到,由于完全依赖科研主体(这一时代的“天才”)自身的智慧与想象力,缺乏规模化、持续化、系统化的研究体系这一时期的种种发现都带有相当大的偶然性成分,科研产出的效率非常低下,后续也难以进行持续性的探索和研究,往往只能停留于对种种表象的归纳总结。

2)科研2.0:

是指一些有一定知识的人利用系统的学术知识和工具进行研发。这些人往往是贵族出身,有钱有闲,或者获得贵族的支持,可以从自身的兴趣出发专职进行科学研究,如牛顿达尔文孟德尔等。

这一时期,自然科学的发展成就卓著,取得了一系列重要成果。开普勒发现了行星运动的椭圆定律、面积定律、周期定律;伽利略发现了自由落体定律;牛顿系统论述了惯性定律、作用力反作用力定律、加速度定律和万有引力定律。但这一时期的科学发展仍是落后于生产技术的。例如:战争中发射了无数的炮弹,人们却搞不清怎样才能通过改善弹道设计提高命中率。多数学科还很落后,主要仍是在收集材料,积累经验,进行分门别类的初步整理阶段。

这一阶段的科学研究带有浓厚的“贵族的玩意”色彩,几乎所有的科研活动都有贵族、大商人甚至国家出面资助。这一时期的科研群体规模仍然非常小直到十九世纪以前,科学家多数都出身于贵族家庭、中产家庭至少是受过高等教育的家庭。他们之所以成为科学家,除了浓厚的兴趣和自身的努力之外,更关键的是享受到了当时极度稀缺的系统化教育资源。这一阶段的科研,仍然是少数人的游戏。

3)科研3.0:

是指专业研究机构里,如高等学府专业研究所的课题组研究模式。每个科研工作者都是职业的科研工作者,他们以一个科研小组的形式对一些科研问题进行攻关。

这一阶段从十九世纪末开始持续至今,取得了许多关键性科研成果,包括现代物理学的两大支柱——量子论和相对论,以及DNA结构的确认,计算机的发明等。

这一模式发展到现在,仍是目前最为大众所熟知的“科研”模式:课题组负责人申请项目/课题,安排学生做实验,发文章,写专利。支持一个课题组的主要经费来源是各种横向/纵向的项目/课题,为了获得足够的经费,保证实验室的正常运行,课题组负责人往往不得不将大部分精力花费在课题申请环节,而从事科研的主体是他们的助手和学生。越来越多的科研人员从事科研不是从自己的兴趣爱好出发,而是不得不将科研工作视为赖以生存的职业。

这一模式发展到现在,形成了规模空前的专职科研队伍,取得了众多重要成果同时,这一模式展现出的弊端也是非常明显的。在现阶段,从政府到学校和研究机构,对于科研水平的评价标准都是比较单一和落后的,“影响因子”指向性过强。同时,国家在科研经费的投入上重器材,轻人才。科研经费向资深专家倾斜严重,海外归来学者和本土学者的待遇和晋升通道差别较大,加之研究生和青年学者相对较低的收入水平,这一系列因素不可避免造成了一部分本土高质量青年科研人员的流失。而部分科研人员选择科研的目的也不单纯,很大一部分研究生选择继续深造,是为了逃避社会,缓解就业压力或者为就业增加砝码。偏离了科研兴趣,面对着晋升或者毕业必需的文章压力,同时还要为生活中柴米油盐的琐事担心。如果使用这样的研究人员作为科研主体,科研产出的效率可想而知。

4)科研4.0:

是指政府或大公司通过影响力组织多个专业的科研团队进行合作科研。多见于各种国家级项目国防军工项目,如曼哈顿工程探月工程人类基因组计划等。这种模式的优势非常明显,即在可调配范围内进行大规模的投入和大范围的资源整合,科研产出的效率明显高于之前的任何一种模式。

这类模式对于资源调配与投入要求都非常高不过近年来随着经济环境的改善,越来越多的“重大专项”不断上马这本是一件好事但许多课题往往止于论文发表,也只满足于论文成果,对于解决实际科学问题意义不大。另外,由于目前的立项评审制度问题,立项方向上也难以避免出现或大或小的偏差。

北大饶毅先生曾撰文指出:“科学经费大项目,不一定是大科学,国内较多的科学大项目,如几个部委主持的大项目,以常规小科学为主,并非大科学。大项目中,绝大多数自然科学的项目,并无绝对明显的国家需要。”他同时谈到自己作为立项评审专家组成员的亲身经历:“专家组组长通过秘书发给专家组成员们电子邮件,附上一个单子,上面有几十个项目,请成员们打分排名50多个项目如果排名在前10左右,有可能就获得立项。每个项目有两段介绍,‘国家战略需求分析及需要解决的关键问题’ 和‘主要研究内容和研究目标’。每段大约250字,共500字,有时还有另外一些文字介绍,不过内容也有限。依赖如此少的信息,除了对少数一两个有点感觉,对绝大多数项目,无法知道哪个项目优于哪个项目。因此,很有深度的项目可能体现不出来。而很一般的项目,如果会写短小精悍的标语口号,也能很动听。而实施的可能性,多半也无法比较。”在这样的情况下,难以避免地出现团队和局部的需求大于国家需求,这种情况下的大投入,最终变成了大浪费。

以上四种模式都是为大众和科研群体所熟知的传统科研模式。人类社会发展到今天,正处于一个由工业化社会、信息化社会迈入大数据社会的关键性历史时期在这样的背景下,现代科学技术也在从大科学技术时代向超科学技术时代转变。 这个时代的科研模式,既有别于个人主导下的小科技时代(科研1.02.0),也有别于政府研究机构或跨国公司主导下的大科技时代(科研3.04.0),而是一个以用户直接参与,以商业化组织为主体的科技创新时代。非主流超常规科学技术的发展一定会逐步取代常规科学技术成为未来科学技术发展的主流。 科研创新也从重点关注人类基本生理与安全需求,转向更加关注人类审美和情感的需求。 在这样的时代背景下,新的科研模式——科研5.0模式应运而生是必然的

5)科研 5.0:

是指社会上各种掌握科学知识和技术能力或资源个人或组织,通过连接整合,在用户直接参与,自愿多赢的原则上进行的科研活动。

科研5.0模式的特点之一就是科研成果的用户直接参与科研本身,科研主体本身即是科研成果所服务的群体。正如YouTubeFacebook维基百科常常被认为是第二代网络的典范一样,用户直接参与到产品构建中来,内容有玩有制作和分享。“你并不清楚我想要的,只有我自己才清楚我想要的”这种“谁用谁决定”的方式大大减少了科研目标的方向性错误和偏差。这种注重“参与感”的理念在制造系统中已经开始得到体现:物联网通过虚拟网络—实体物理系统,包括智能机器、存储系统和生产设施,能够相互独立地自动交换信息、触发动作和控制。客户形成的且要求的端到端工程贯穿整个价值链。发展势头迅猛的小米一开始就让用户参与到产品研发过程中来,包括市场运营。他们把自己的迅速崛起归功于这样的理念:第一是参与感;第二是参与感;第三是参与感。正是这种科技成果使用者的直接参与特性,决定了这种科研创新模式的高度人性化。也就是说,在科研5.0模式创造的产品和服务产品,将不以功能和技术特性为本,而是以人类的审美和情感为本。在新的时代,科研又将个体化,人性化。可以预见,新模式下的科学研究,将一改过去冷冰冰的贵妇人形象,既小家碧玉的温柔润滑,又兼备知性美女的聪慧通达。

科研5.0模式的第二个重要特点是网络与连接思维的运用连接比拥有更重要,为什么?地球上人和人之间间隔不超过6个。这就是网络和连接的力量。举一个最简单的例子:你的研究中有一部分实验样品需要拍摄TEM照片,这需要包括一台常规配置的JEM-2100型透射电镜+一位经验丰富的专职维护与操作人员+一间常年恒温恒湿无尘的实验室+维护设备正常运载最低限度的液氮消耗大家可以算一下这些加起来需要的时间成本和经济成本。是不是只要我的项目要用,我就要在项目申请里写我要买设备找房子培养工作人员,需要2000万?不是的,现在我只要知道如何能找到已经拥有这套测试设备的实验室,并和他们联系确认相应的样品测试需求和收费标准,这套系统就可以为我所用,我不需要自己盖一个实验室出来,而对方也提高了设备使用率,避免了这类大型仪器和操作人员“无所事事”带来的浪费这是科研连接思维的一个最小也最简单的例子类似地,细胞培养也是一样,动物模型建立也是一样。从整个科研项目层面来看,在连接思维的指导下,我甚至不需要有自己的实验室,不需要花费时间和金钱投入到管理为我工作的科研人员;只要我能提供自己感兴趣,想取得突破的方向,就会有科研顾问与我讨论制定足够新颖并且可行的实验方案,甚至可以从我不熟悉的方向出发为我提供建议。同时,还有技术专家把整个项目细分到在该方向技术水平突出的实验室进行实施,有数据处理团队根据我的需求为我提供个性化的实验报告。我需要做的,就是提出关键的科学问题,之后找到有能力统筹调配这类资源的机构--如百替生物--进行合作。

大家可以看到,这个特点决定了新模式有望能突破学术版图的限制,极大地激发社会创造性个体的创新激情 新的模式,将为年轻有活力但资源少的年青科学家们,很好地解决他们科学领域中令人深恶痛绝的白发学霸问题,从而极大地激发社会创造力。

科研5.0的第三个特点,就是这一模式特别适用于在传统主流学科的边缘地带或交叉领域进行颠覆式创新。以医学科研为例,现阶段想在医学科研领域取得突破,仅靠在单一领域进行持续性技术的改良是远远不够的,大多要依赖跨专业(临床医学与分子生物学)、跨学科(医学与材料学)甚至跨领域(医学与社会科学)的综合技术创新。另一方面,传统主流学科中,许多通行多年,得到普遍认同甚至形成该学科内常识的理论概念,其适用范围往往也有限制,在学科边缘地带往往蕴含着更多的创新生长点。在这传统主流学科的边缘地带或交叉领域取得的小创新,对于传统而言往往是颠覆式的。在科研3.0、4.0等传统模式的科研活动中,各学科之间壁垒重重,“各自为战”的现象明显即使研究人员有在学科边缘和交叉地带进行学科创新的需求,也往往苦于对另一学科不了解,没有合适的平台进行合作。科研的5.0模式通过网络和连接思维的运用,在资源整合和合理利用上有传统科研模式无法比拟的长处,因此采用科研5.0模式在学科交叉和边缘领域进行创新有天然的优势。

科研5.0的第四个特点是遵从提出问题比解决问题重要的理念和原则。 五点零科研者认为:解决问题仅是一个数学上、逻辑上或实验上的技能而已,而提出新的问题,却需要创造性的想象力,标志着科学的真正进步。科研过程中最宝贵的是富有创造性科学性可行性及实用性的ideas我们希望我们的科学家能够把他们宝贵的时间和精力都投入到提出有价值的科学问题上,而不是日复一日,年复一年在实验室盯着学生进行机械重复操作。这种模式就是科研的5.0模式,就是科研问题由直接使用者(如临床医生)提出,问题的解决通过用户及各种技术人力资源的连接整合完成。

 

定义

兴盛时期

特点

优劣点

典型范例

科研1.0

是指那些由某个具有超常洞察力和想象力的人获得的零星的偶发的新知识和发现

公元三世纪

完全依赖科研主体(这一时代的“天才”)自身的智慧与想象力,带有相当大的偶然性成分

取得了一些成果,但缺乏规模化、持续化、系统化的研究体系。

阿基米德发现杠杆原理

科研2.0

是指知识贵族利用系统的学术知识和和工具进行研究获得新知识和新发现。这些人往往是贵族出身,有钱有闲。或者获得贵族的支持,可以相对专职地进行科学研究

世纪到十八世纪

从科研主体自身的兴趣出发,但仍然是贵族和少数人的游戏

自然科学的发展取得了一系列重大成果但科研主体规模仍然有限,效率较低。

牛顿总结出经典力学三大定律

科研3.0

是指专业研究机构,如高等学府专业研究所的课题组研究模式。每个科研工作者都是职业的科研工作者,他们通过组成一个科研小组的形式对一些科研问题进行攻关

 

世纪末至二十世纪

实验室负责人需要申请项目,由他们的助手和学生作为科研主体进行研究

科研主体规模大,产出多,有一系列关键成果,但产出/投入比不高

计算机的发明

科研4.0

是指政府或大公司通过影响力组织多个专业的专业科研团队进行合作科研

 

二十世纪

由政府或者大公司主导,在可调配范围内进行大规模的投入和大范围的资源整合

科研效率相对较高,但在立项中难以避免方向性偏差带来的重复投入与浪费

曼哈顿工程

人类基因组计划、973基础科研计划等

科研5.0

是指社会上各种掌握科学和技术资源个人或组织,通过连接整合,在自愿多赢的原则上在学科的边缘地带进行的颠覆式科研创新活动

 

二十一世纪

科研成果的用户直接参与科研本身,尊重人性,人的审美和情感出发,充分体现有机系统思维和连接思维

轻松高效的科研模式,是目前较新的科研理念,大众熟悉程度不高

百替生物Science Exchange模式

 

三、科研5.0模式的现状与远景

   费洛斯特拉托斯说:凡人看到眼前的事智者预见即将发生的事情。目前国内社会对于科研工作的了解不到位,对于科研人员缺乏尊重和保障民众普遍对于科研工作缺乏客观的认识虽然我国已经加大了对于科研的支持和投入,但由于种种条条框框的限制,社会和经济资源等方面还远远不能够匹配目前社会高速发展科技进步需求。与其说目前科研总投入不够,倒不如说科研产出效率不高更准确。2014年,我国研发费用总额将近 15000亿元,占GDP比重超过2%。但是,如此巨额的投入所换来的成果却不令人满意。主流意见似乎只要给够经费,给配上最先进的各种仪器设备,科研水平很快就能上来,科研就像种花一样简单,浇够水施好肥就能静待收获了。这就造成了我们现在的一些高校和科研院所,经费越拿越多,设备越来越先进,但还是缺乏有影响的、可转化的、能切实解决重大科学问题的成果。在现阶段我们非常遗憾地看到,目前不仅人均科研贡献低,而且单位科研经费的科研产出也低。这明显是结构性的效率问题。单纯地提高经费拨付额度当然可以提高科研总产出,但是很难改善科研效率,这是科研3.0和科研4.0模式始终难以解决的问题,也是我们社会亟需采用科研5.0新模式的原因。

在发现澳大利亚的黑天鹅之前,欧洲人认为天鹅都是白色的,“黑天鹅”曾经是他们言谈与写作中的惯用语,用来指不可能存在的事物,但在澳洲第一只黑天鹅的发现改变了他们原来似乎不可动摇的看法。或许在今天之前,大众和科学工作者对科研模式也都有自己固有的看法。新的科研5.0模式产生,会引起一场科研方式的变革。目前,在科研领域的少数机构,如中国的百替生物、美国的Science Exchange,已经开始采用这种全新的模式让专业的人做专业的事,通过连接,众筹众包,集合各种优势资源进行各种交叉学科和边缘地带的科学创新,以期大幅地提升科研效率

 

 

                                       100biotech 郭磊 王伟娜




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