基于科学研究分类视角下的有组织科研的嵌入模式研究

谷昭逸　李　侠¹

摘要：文章以科学研究目标是否明晰作为目标导向的标准和以研究路径是否明晰作为过程导向的标准构建出四象限分类模型，将现代科学研究分为四大类：研究目标明确且研究路径完备、研究目标明确但研究路径模糊、研究目标模糊且研究路径模糊、研究目标模糊但研究路径完备。根据科学史的证据对各类研究模式的特点、结构与组织化程度进行分析，揭示出第一象限研究适合采用有组织科研模式，第二象限研究适合采用有限度的有组织科研，而第三、第四象限的研究以自由探索为主，前者完全不适于有组织科研，而后者则适合采取有限度的有组织科研。在此基础上探讨有组织科研的具体嵌入模式与路径。

关键词：科学研究分类  有组织科研  嵌入模式  路径

中图分类号：N01

一、绪    论

为了有效化解中国科技领域所面临的“卡脖子”难题，最行之有效的路径应是充分利用现有的科技资源，通过制度创新与组织创新，改造中国的科研体系，从而强化攻克关键核心技术的能力。基于这种背景，科技部办公厅、财政部办公厅、教育部办公厅等六部门在2020年联合印发《新形势下加强基础研究若干重点举措》，其中重点强调了要优化基础研究总体布局、完善国家科技计划体系、激发创新主体活力等若干条促进提升我国基础研究的重点指示[1] 。2022年9月，中央全面深化改革委员会第二十七次会议进一步明确，要健全关键核心技术攻关新型举国体制。同年10月，党的二十大作出完善科技创新体系的新部署新要求，为健全新型举国体制，打赢关键核心技术攻坚战，促进高水平科技自立自强提供新方向新动能。我国科技的顶层设计已经为21世纪科技发展的大方向定下了基调：将要有一大批重点科研工作以新型举国体制为纲，以有组织科研的方式展开。回到微观层面，有组织科研该如何推进与落地呢？回顾科技发展的历史脉络，国家层面深度参与科学发展早已有迹可循，英国科学学家贝尔纳（J. D. Bernal）分析了第二次世界大战后各国科学事业的开展情况，发现在资本主义体制下，科学事业的扭曲是自身难以解决的弊病，只有通过建立更加先进、更加合理的社会体制，才能最终实现科学为人类福祉服务的理想，而贝尔纳在苏联经验中找到了答案，他认为科学事业的出路在于马克思主义，苏联将科学事业作为完全统一的整体并经由长期规划来发展，最终取得了不俗的成就（贝尔纳，1982）。尽管贝尔纳所信赖的苏联模式并未如预期那般成功，但是探索科技发展的新型组织模式仍然是当代世界各国科技管理部门的重要任务之一。

二、对现代科学研究分类的一些新思路

科学技术发展到今天已处于大科学时代中的成熟阶段，大科学时代科学研究的特征是：研究目标宏大、跨学科深度融合、经费投资力度强、人才聚焦效应明显等。如此庞大的资源如何有效配置在任何领域都是一个重大问题，如何将大科学时代科学研究的特征与有组织科研有机结合起来，就是当下亟须解决的问题，为此，需要对现代科学研究提出一种新的分类方式，并针对不同研究类型探索有组织科研的合理嵌入模式与边界。

科学研究的分类问题长期以来都是学界讨论的热点话题之一。目前的分类标准有如下两种：第一种是国际上普遍采用的三分法，把科学研究分为基础研究、应用研究和试验发展研究三大类。自20世纪下半叶以来，以纯理论研究为核心的基础研究与以现实目标为导向的应用研究间的边界愈发模糊，传统的科学研究三分法虽然尚能适应宏观层面的统计需求，但对于学术推进而言，亟须对科学研究的分类提出更为细致的新划分标准。第二种是美国科技政策专家斯托克斯（Donald E. Stokes，1927—1997）提出的科学研究四象限模型，即将科学研究按是否追求对自然事物本质的认知与是否出于应用考虑作为分类标准。

斯托克斯提出的二维四象限科学研究分类模式可以很好地兼顾二维场域下研究的两大主要特征：认知与应用，摆脱了以往科学研究分类过于单一化的弊端。在斯托克斯提出的分类模式中，他将科学研究的四大类型分别置于了玻尔象限、巴斯德象限、爱迪生象限和皮特森象限中，详见图1。

图1  斯托克斯的科学研究四象限分类图

基于现代科学探索的本质与内在驱动机制，笔者希望在前人研究的基础上，提出一种具有可操作性的现代科学研究分类模式。

科学研究的基本属性是求知，无论是加深对某一领域的认知、开拓学科疆域，还是打破常规范式、建立新范式，都将经历认知从未知到已知的转变过程。从认识论的角度出发，哲学家区分了“知”的三种方式，分别是：知道某事实；知道怎么做；通过亲知而知。与之相对的“无知”则是：不知道；缺技能；不亲知（赖尔，1992）。

以认识论中的“知”与“无知”的概念作为理论基础，笔者尝试提出一种以研究目标是否明晰和研究路径是否完备为两个维度，构造一种有别于斯托克斯的二维四象限模型。该模型中的四个象限分别对应研究目标明确且研究路径完备的科学问题、研究目标明确但研究路径模糊的科学问题、研究目标模糊但研究路径完备的科学问题、研究目标模糊且研究路径模糊的科学问题，具体分类模式详见图2。

图2  基于“目标-路径”的科学研究分类模型

三、基于“目标-路径”科学研究类型的内涵及特点

任何科研活动都离不开“目标-路径”的设定，为了验证这四种分类模式存在的合理性，需要借用科技史上的代表性案例进行细致化分析。

第一象限是研究目标明确且研究路径完备的科学问题。这类科学研究问题与著名科学哲学家托马斯·库恩（Thomas Kunn）所说的“常规科学”概念类似。库恩肯定了常规科学在科学发展中的积极作用。在常规科学阶段，科学共同体按照公认的范式进行科学解谜工作，扩大范式应用的范围并提高范式解题的精准性（库恩，2003）。同理，第一象限的科学研究问题正是推动21世纪科技发展的“基本盘”。这类常规问题构成了当今科技活动的八成以上内容，正是这些渐进式的累积推动了科技的迭代与可持续发展。究其原因在于，科学共同体都具备相近的科学素养，受相同范式的指引，所用科学仪器精度接近，处于一种完全按部就班的常规科学工作区间。

这种类型的科学研究活动，基本上可以形式化与编码化，在这个领域，采用人工智能模式将极大推进科技的发展，这就是新型的有组织科研的嵌入空间与路径选择模式。从研究路径和工具来看，无论是首次在棋类比赛中击败人类顶尖高手的“Deep Blue”（深蓝）和“AlphaGo”（阿尔法狗），还是近两年掀起巨浪的大模型GPT-3、GPT-4和Sora等，它们的工作空间都属于第一象限。提升它们能力的最核心路径就是加深人工智能神经卷积网络的层数、深度与敏感性和增加训练集的训练量。如2024年5月，Google DeepMind公司发布一种新AI（artificial intelligence，人工智能）模型AlphaFold3，用于预测蛋白质、DNA、RNA、小分子等的几乎所有生物分子结构和相互作用，结构生物学家的工作几乎一夜之间完全被替代，因此笔者认为人工智能的发展道路是符合第一象限规范化的科学研究问题，也是适合有组织科研落地的领域。

第二象限是研究目标明确但研究路径模糊的科学问题。这类科学研究的远景目标已被明确设定，往往都肩负着重大国家使命，但现有的研究手段、研究工具的匮乏导致通向预期成果的路径尚未明晰。如攻克癌症等问题就属于第二象限中的典型现代科学研究问题，为此，不妨以能源领域和卫生领域的案例对其进行揭示。先是能源领域的核聚变民用化探索。核聚变的原理是指两个轻原子核在超高温或高压情况下，结合成一个较重的原子核并释放出巨大能量的过程。核聚变作为能源来源最显著的优点包括以下几方面：成本低廉、环境污染危害轻、产生能量充足等，因此核聚变被视为未来社会的“终极能源”。“终极能源”的标签使得核聚变民用化成为科学共同体的焦点和共同努力的终极目标。目前世界上主要发达国家都在这个领域投入了大量的人力、物力，但至今仍未取得理想的效果。该领域的任何突破都会引发全世界的关注，如2022年7月美国加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室首次成功在核聚变反应中实现了能量净增益，但这种核聚变的维持时间是十分短暂的。要实现核聚变长时间的稳定运行，目前在核聚变发电站如何承受极度高温、如何实现稳定的磁约束聚变等关键技术手段方面依旧缺失，这就是由研究路径的模糊性所致。与之类似的是公共卫生领域攻克癌症的尝试。癌症作为公共卫生领域对人类健康威胁最大的疾病，攻克癌症被认为是医学领域的圣杯。早在1971年12月，美国总统尼克松签署了《国家癌症法案》，希望能够毕其功于一役彻底攻克癌症，由此吹响了美国向癌症宣战的号角，然而该法案实施的最终结果是：只能在一定程度上降低癌症死亡率。时隔51年后的2022年，美国总统拜登宣布重新启动抗癌登月计划，试图再次尝试治愈癌症，因此攻克癌症是医学界的一个十分清晰的研究目标。然而时至今日，虽然在诊断、预防方面实现了巨大进步，但在选择哪种具体研究路径，以及何种技术路线上仍然是不清晰的，因此离真正攻克绝大多数癌症的目标依然遥远。这两个案例就是典型的第二象限研究，这个象限的研究（改为只适合有限度采取有组织科研的模式，）不适合采用有组织科研的模式，因为新工具、新方法及新理论的发明是不可预期的。

第三象限是研究目标模糊且研究路径模糊的科学问题。这类科学问题的最显著特征就是偶然性。处于该象限中的科学问题要取得突破，不仅依赖于前期科学共同体的积累，还需要借助一定的运气和突破常规思维框架的勇气。这里提到的运气之定义，是指一个事件对于主体而言是运气，当且仅当，这个事件的出现不在主体的控制之中（Lackey，2008）。这也就是偶然性强的直观体现。科学史上这样的奇迹很多，如1665年牛顿在故乡伍尔索普逃避瘟疫时看到苹果落地，由此激发了他对某种未知力的思考，多年后他终于发现万有引力定律。在这个案例中研究目标与路径都是模糊的。再比如X射线的发现，1895年威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Conrad Röntgen）在进行阴极射线的研究时，偶然发现了对着阴极射线发射的一块涂有氰亚铂酸钡的屏幕发出了光，而放电管旁边原本严密封闭的底片，也已曝光变成了灰黑色（王渝生，2012）。伦琴意识到这是一种不同于阴极射线的特殊射线，根据其特性以“一种新射线（初步通信）”为题，上交维尔茨堡物理学医学学会秘书处，将其命名为X射线，意为他尚未了解这一射线本质（张九庆，2018）。经过多次的试验和归纳，他发现了X射线的放射性。更加具有魔幻色彩的案例是德国化学家凯库勒（Friedrich August Kekulé）在研究苯环的结构时做的那个奇妙的梦。他梦见了一条咬着自己尾巴、首尾相连的蛇，由此获得启发，从而发现了苯的环形结构。所以对第三象限中的科学问题的研究，不仅需要依赖科学共同体自身的智慧与坚持，更依赖于偶发事件、运气与机会的助推。这一象限是科学的蛮荒地带，在这个领域根本无法有效开展有组织科研。

第四象限是研究目标模糊但研究路径完备的科学问题。第四象限科学问题的一个最大特点是最终研究成果是未知的，但所拥有的研究范式、路径和工具却是相对完备的。最能代表第四象限中的科学研究问题当属高能物理学和宇宙学。在高能物理领域中，使用高能对撞机一直是很成熟的一种实验手段。如正负电子线性对撞机、大型强子对撞机、中国环形正负电子对撞机等已经成为粒子物理学家最常用的研究工具。如利用大型正负电子对撞机实验发现了规范玻色子W和Z等基本粒子（岳崇兴等，2020）。尤其是当21世纪进入了万亿能标（Terascale）时代，大型强子对撞机等装置成为科学共同体探索未知领域最重要的工具手段（黄艳华等，2007）。与高能物理领域相似，在宇宙学领域的深空探索中，当天文学家试图对宇宙深处建立起更为详细和具体的基础认知框架时，却发现已有的地面观测难以满足观测需求，唯一可行的途径就是从太空直接进行观测。随着哈勃空间望远镜的出现，有力地证实了宇宙加速膨胀、暗物质存在等一系列重要发现，这些发现都是事先无法预料的，它们基于已有的研究路径为天文学开拓了新的研究疆域，也为人类进一步探索太空提供了观测保障和开拓信心，进一步扩展了人们对于太空的新认知（高晓培、云涛，2011）。这就是第四象限中科学研究最具有代表性的案例，这个领域可以采取有限度的有组织科研模式。

根据上文的论述，表1总结了四个象限中科学问题的类型、特征与是否可以采取有组织科研模式。

表1  现代四大科学类型的主要特征

四、现代科学研究模式的实践进路选择

为了早日实现高水平科技自立自强，建成现代科技强国，需要对四种不同类型的现代科学研究选择最为合适的实践进路，以保障各类科学研究活动都能处于最有效的运行状态。为此，基于四大科学研究类型的特征、科研组织化程度与模式相结合，分析与不同类型科学研究活动相匹配的实践进路。

对处于第一象限的科研类型，最合适的实践进路应该是通过嵌入有组织科研的形式维持现行的科研模式及规模，以此保证我国科研活动基本盘的稳定性与连贯性。在科研经费投入方面，2022年我国R&D（research and development，研究与开发）支出已经达到了33 278亿元，R&D投入强度已达到2.64%，R&D投入强度已超过大多数欧盟国家；在科研产出方面，2012～2022年的十年间，中国学者共计发表科技论文3 979 164篇，总量稍次于美国排在世界第二位；2021年中国学者发表了80 521 篇高水平国际期刊科技论文，排名世界第一。由此可见，在第一象限的科学研究类型中，中国科技界的表现很优秀，在这个类似常规科学的领域内，科学成果产出同样遵循常规科学的累积性特点，由于研究目标与路径都是明确的，建议大力推进有组织科研的知识生产模式。在这一区域中，知识生产的连贯性与稳定性需要人才队伍与运行制度的稳定性支撑。因此，在此领域遇到困境或小危机时需要采取渐进式改革，避免出现科研生态环境的剧烈变化，相信体系的适应调节能力，减少过度干预，维护系统稳定，避免造成不必要的混乱与失序。

对于第二象限的科学研究问题，这个领域的核心在于探索未知的研究路径，这是科学走向前沿时经常遇到的问题。如何找到合适的研究路径（或工具）？有限度地采取有组织科研不失为一种有效的实践策略。因此，在这个研究区间强调适度有组织科研对于促进该类型科研活动是必要的也是适当的。对于中国科技界而言，处于第二现象的科研问题常常事关国家使命，这也在一定程度上支持了举国体制的应用场景，而举国体制作为一种特殊类型的有组织科研，它的经典案例有耳熟能详的“两弹一星”，国外对应的则是曼哈顿计划、阿波罗计划等。另外，大科学时代科研活动的最明显特征包括科研难度高、科技投入巨大，以及大设备、大团队协作等，有组织科研运行模式的出现也正是迎合了源于科技自身发展的需要。这种组织化科研的优点在为国家使命服务时非常明显，如由国家力量主导的科研活动，利用分工原则，既解决了各个科研主体因预期不明而举步不前，以及人员、仪器、经费不足问题；同时组织机构拥有的权力还可以协调多个科研机构共同攻关同一科学问题，实现“多路径单目标”的实践模式，既能提升研究的凝聚力，又能建构与维护一个良性竞争空间。这一竞争模式因各个科研团队选择的理论进路不同，规避了恶性的同质化竞争。在新型举国体制下，充分发挥有组织科研的制度创新，将极大地帮助我国在日益复杂的科技竞争环境中脱颖而出。

对于第三象限和第四象限所对应的科学研究问题，即研究目标模糊但研究路径完备或模糊的科学问题。这两类科学问题最大的共性集中在了研究目标模糊上。面对无明确目标导向的科学研究问题，采用立靶式的有组织科研手段并非最适用的实践进路，需要采用科学研究的最朴素形式—自由探索，因为没有人知道何时、何地、何人能做出什么样的成果，这也是科学的英雄主义的最集中体现，这一类型的科学研究活动在小科学时代中非常盛行，如伽利略、波义耳、牛顿等都是自由探索式研究的代表性人物。虽然进入大科学时代后，这类自由探索的科学研究模式逐渐式微，但它仍是科学探索的最基本形式。由于这种研究的高度不确定性，为了避免出现科研资源的浪费，对于第三象限科学研究的投入规模需要有所控制。

在第四象限中，所面临的科学问题是研究目标模糊但研究路径是完备的，针对此类问题仍需要鼓励采用自由探索的形式，或者采取适度的有组织科研模式。早在2016年时，获得国家最高科学技术奖的中国科学院院士赵忠贤就曾对前沿科学重点研究计划支持的自由探索模式赞叹有加（曹丙利，2017）。赵忠贤院士带领研究团队在2008年时率先实现铁基超导，为中国在铁基超导领域做出了杰出贡献。铁基超导体概念在提出初期是反科学常识的，因为磁性是破坏超导电性的原因之一，所以以铁这类磁性金属作为超导材料可谓是天方夜谭，这类反科学常识的项目很难获得经费支持和科学共同体的协同配合。针对这种问题只有通过自由探索的路径才能实现，因此赵忠贤院士认为“可以说没有自由探索就不会产生铁基超导这项成果，要鼓励科学家做自由探索，允许科学家把‘打酱油的钱用来买醋’”。自由探索不仅赋予了特立独行的科学家打破常规的一种选择，同时为依赖长期主义的特定科学研究类别提供了可以沉下心来的宽松科研环境。

五、结    语

综上所述，基于科学研究目标是否明确和研究路径是否完备将现代科学研究分为四类。根据这四类科学研究的鲜明特征和国内科研大环境，提出了可行的实践进路，分别为维持现状（第一象限采取有组织科研模式）、适度有组织科研（第二象限）、鼓励自由探索（第三象限采取完全放弃有组织科研模式，第四象限有限度采取有组织科研模式）。

需要特别注意的是研究路径，这里的路径从狭义来看就是研究工具或手段，在大科学时代要重视大科学装置的运用。科学技术的进步离不开科学实验装置的支持，美国科学史家彼得·伽里森（Peter Galison）在他的《实验是如何终结的？》一书中强调了“当代科学发现的过程是由新工具驱动的”。科学仪器在伽里森所提出的砖墙模型中占据重要地位，可以被看作科学发展的重要推动力。正所谓工欲善其事，必先利其器，在众多科学仪器中，随着前沿科学领域研究的门槛越来越高，对实验仪器的精度提出了极高要求，这也是当今世界各国都在加强大科学装置建设的深层原因所在。第二象限所关注的科学研究问题就属于研究路径模糊的类型。就目前而言，中国大科学装置建造工作已经平稳度过了萌芽期和成长期，与发达国家之间的差距已经缩小，并且初具规模（西桂权等，2020）。这里要警惕的是大科学工程/大科学仪器建设的“大跃进”现象，利用好现有的这些研究工具在当下具有重要意义。遗憾的是当下很多大科学仪器存在使用率偏低，大科学装置研发过程效率低下，依托大科学装置产出的重大科研成果仍较少等问题（谷昭逸、李侠，2022）。因此如何妥善运用大科学装置，依托如此稀缺的科研资源进行重大科技课题攻关是当下亟须解决的问题。

参 考 文 献 

王渝生. 2012. X射线的发现. 科学世界, (5): 84-85.

张九庆. 2018. 牛顿的苹果: 科学中的意外发现. 科技中国, (7): 94-97.

岳崇兴, 张纳倩, 于海湄. 2020. 高能对撞机实验之未来发展趋势. 辽宁师范大学学报(自然科学版), 43(1): 27-32.

黄艳华, 江向东, 陈和生. 2007. 发现量子宇宙: 粒子对撞机的角色. 现代物理知识, (2): 17-23.

高晓培, 潘云涛. 2011. 从哈勃太空望远镜的论文产出看大型科学仪器对科学研究的支撑作用. 中国科技论坛, (3): 15-20.

曹丙利. 2017. 鼓励科学家在前沿领域自由探索. 前沿科学, 11(1): 1.

西桂权, 付宏, 刘光宇. 2020. 中国大科学装置发展现状及国外经验借鉴. 科技导报, 38(11): 6-15.

谷昭逸, 李侠. 2022. 从引力波的发现看大科学装置的作用. 民主与科学, (3): 3-8.

贝尔纳 J D. 1982. 科学的社会功能. 陈体放, 译. 北京: 商务印书馆.

赖尔 G. 1992. 心的概念. 徐大建, 译. 北京: 商务印书馆.

库恩 T S. 2003. 科学革命的结构. 金吾伦, 胡新和, 译. 北京: 北京大学出版社.

Lackey J. 2008. What luck is not. Australasian Journal of Philosophy, 86(2): 256-257.

作者简介：谷昭逸，男，上海市人，上海交通大学科学史与科学文化研究院，科学技术史博士生，主要研究方向为科技政策、科学社会学。李侠，男，辽宁省辽阳人，教授，博士生导师，现任职于上海交通大学科学史与科学文化研究院，研究方向为科技政策、科学社会学与科学哲学。

[1] 《新形势下加强基础研究若干重点举措》，https://www.most.gov.cn/xxgk/xinxifenlei/fdzdgknr/fgzc/gfxwj/gfxwj2020/202005/t20200511_153861.html。

【博主跋】今天接到主编信息，告知要寄杂志了。这篇文章折腾快两年了，现发在《演化与创新经济学评论》2025（2），与王老师合作愉快，是为记！

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