经济导刊
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建设科技强国,必须重视系统工程和技术科学(下)

梅永红 来源: 2023.09.04 10:33:20

 

最近几年,学术界许多人都在热议70多年美国前总统科技顾问范内瓦·布什提交的报告《科学:无尽的前沿》,被认为是美国科学政策的“开山之作”。其核心观点主要有两点:第一,科学的价值无可替代,如果没有科学进步,其他方面再多的成就也无法确保我们作为一个国家在现代世界中的健康、繁荣和安全;第二,广泛的科学进步源于学者的思想自由及研究自由,他们理应在好奇心的驱使下探索未知,自主选择研究的方向。

大工具、大数据、大合作是当今科研主导性方向

毫无疑问,范内瓦布什的报告深刻影响了美国战后的科技政策。但是,当人们将目光聚焦于“好奇心驱动”的时候,还有几个值得特别关注的背景和信息。一是范内瓦·布什本人是位工程师,而且一生将此引以为荣。就在呈送这份报告不久,他发表了一篇文章《诚如所思》(As We May Think),对一种实用设备进行了详尽预测,这就是我们现在广泛使用的个人计算机。二是当时正值二战刚刚结束,大批欧洲科学家汇聚北美。此前美国的基础理论主要依赖于欧洲,诺贝尔奖的80%是欧洲人贡献的,美国政府对基础研究的支持几乎为零,范内瓦·布什认为这个短板应当借人才之机尽快补上。三是这篇报告还有一个目标指向,就是二战前美国基础研究的过度实用化倾向,布什希望为科学家争取更大的权力,放权科学家自我管理。

总之,这个报告是在特定时期、特定政策背景下的产物,强调基础科学的重要性,鼓励好奇心驱动,但并非否定基础研究的目标导向,更不是否定技术科学、工程科学的价值,而是期望达到某种“平衡”。实际上,布什的理想从来没有完全变成美国的现实。特别是在科研范式上,美国科技政策尊重传统的“小科学”范式,即由科学家个人或小组提出假设,独立执行,探索式解决,但基于大工具、大数据和大合作的“大科学”范式不但没有因此退出舞台,反而越来越成为主导性方向。比较典型的有曼哈顿计划、阿波罗登月、人类基因组计划等。可以认为,战后近80年来,美国科学体系既尊重好奇心驱动的研究,又通过大科学的组织与交叉融合,不断开辟新的“科学边疆”。

另一位与范内瓦·布什同时代和齐名的伟大科学家欧内斯特·劳伦斯,他发明了回旋加速器,并因此获得1939年诺贝尔物理学奖。他主导分离出原子弹最为关键的原料——-235和钚,从而挽救了曼哈顿计划。美国有两座顶级国家实验室是以他的名字命名的,一个是劳伦斯伯克利国家实验室,另一个是劳伦斯利弗莫尔国家实验室。更为重要的是,他开创了跨学科的大科学时代,重塑了国家间科技竞争的游戏规则,并且帮助美国一举实现了基础科学的“弯道超车”。仅在劳伦斯伯克利国家实验室,就已培养出了13位诺贝尔奖获得者、70位美国国家科学院院士。

回旋加速器的发明充分体现了大科学的特征。一是学科交叉渗透,物理学家、化学家、材料学家、光学家、生物学家等汇聚起来,形成了科学史上前所未有的跨学科时代,著名的理论物理学家奥本海默就是其中一员;二是基础理论与技术科学、工程科学相互促进,彼此求证,点线面结合,构成了完整的科学技术体系;三是目标导向,有助于产业界广泛参与,同位素技术、原子核技术等都展现了令人激动的开发前景。为了解开核结构的神秘性,劳伦斯与其他科学家、工程师们合作,发明了由多个小脉冲对质子逐步加速到100万伏的加速器,其中从直线到圆形轨道,从常态到真空室,从10厘米验证到69厘米回旋加速器,每一步都是技术集成与工程实验的结果。可以说如果没有这项技术,以及由此发现并提纯的放射性元素——94号元素“钚”,就不可能有曼哈顿计划,就没有原子弹和今天的核能工业。

在当今尖端科学领域,古典传统小科学的局限性早已显而易见,这已成为不争的事实。比如在生命科学、人工智能、量子通信等领域,缺乏大工具、大数据和跨学科融合的“小科学”很难有所作为。那种局限于书斋斗室里的个人智识,已经无法进入微观和宇观的极限世界;基于还原论的原理性突破,也无法回答整体与系统结构的功能问题。“大科学”时代的到来,不但突破了“小科学”的各种局限,而且使得科学研究范式发生了三个显著变化:一是科学共同体的合作性超越了个人贡献,科学英雄时代让位于科学家的专业化分工协作;二是科学成为社会体系的一部分,既为社会做出贡献,又依赖于社会支持;三是科学的技术化趋势日益突出,现代科学不再是纯粹的科学,而是与技术紧密联系在一起。

新型举国体制:围绕国家战略目标,构建大科学组织体系

我国在基因组学领域20多年来的发展进程,也大致上反映出“小科学”与“大科学”的本质差异。当年学术界对研究路径存在明显分歧,一条是功能基因组方向,另一条是全基因组方向。最终功能基因组方向占了绝对上风,中科院、清华、北大等基本上都是这个路数,声名显赫的PI,顶级的新型研究机构,大量的研究经费,都砸向了功能基因组研究。而以华大基因前身——中科院北京基因组力推的全基因组方向几乎被完全否定,也导致多名核心成员离开体制南下深圳,独自扛起中国基因组学的另类之局。今天人们越来越清楚地看到,结构决定功能是世界观的基础,没有大工具和大平台,没有学科交叉融合,没有海量的基因组大数据,基因组学研究基本上就是一条歧路。期望通过“抄近路”而捷足先登,这是反逻辑、反规律的。正如李政道先生所说的,“一个个地认识基因,并不能解开生命之谜”。

2022年年底,我国研发经费投入已达到2.8万亿元,接近美国,成为全球第二位,是第三名日本的三倍,研发人员数量为全球第一。但是,如此巨量投入的效果究竟如何?仅从科研模式来看,目前我国大学和科研机构的研究范式仍然还是“小科学”主导,明显存在几个方面的问题:一是高度分散。在宏观大目标下派生出大量的子课题和PI,彼此之间少有关联与协作互动,被学界称之为“切豆腐”,大豆腐切成小豆腐,小豆腐切成豆腐块、豆腐丁、豆腐泥。二是多为跟踪模仿,少有新的突破和发现。90%以上高端科研仪器设备来自国外就能说明中国科研的大致定位。三是主要产出是SCI论文。论文和由此派生出的奖励及职称等关联利益为主要目标,因而科研的目的既不是科学本身,也不是为了解决实际问题,更无法形成价值闭环,而是科技人员个人名利的驱动。

可以断言,这种科研小分队、“个体户”的小科学范式,上不着天、下不着地,既无科学价值,更谈不上满足国家目标的需求。

最近一些学者再提我国科技成果转化率较低,这是一个长达几十年没有找到答案的问题,我认为本质上也是因为科研路径和范式的误区。第一,什么是成果?恐怕还没有一个确切的定义,许多文章和专利只是为了满足结题和职称评定,并不具备转化可能。第二,从成果到产品和商业模式,是一个基于特定应用与需求场景的工程化、系统化和再定义过程,本质上是要素组合的结果,而不是就科技论科技。第三,强调高校和科研单位的科技成果转化率,遵循的仍然是从科技到产品再到商品的线型思维,与实践相去甚远。

多年前,中国科学院老院长周光召先生就曾说过:“希望对创新有一个了解,并不是发表一两篇文章,包括SCI收录的文章,或者是申请一个专利就算是完成了创新。如果发表的文章根本没有人看,专利没有人买,没有产生任何经济和社会效益,这是不能叫做创新的。”

很多评价标准应该重新研究,仅用SCI排名或者是专利数多少来评判一个研究机构、一个学校,甚至一个企业对社会贡献大小是不够的,它是可以参考的一个指标,但是绝对不是充足的条件。直到今天,这个问题还没有真正得到解决。

提出这个问题,并不是否定小科学的价值。即使在大科学体系中,自由探索和好奇心驱动的研究仍然是必要的。我们不能将这两条路径对立起来,要更加强调局部与整体、微观与宏观的关系。有整体没有局部,不是科学;同样的,只有局部没有整体,也是教条的。最近国家正在一些“卡脖子”领域组建新型国家实验室,这也是打破小科学与大科学“两分法”的有益探索。我认为至少有三个要点:一是要凝练出明确的大目标;二是打破学科壁垒;三是形成稳定支持。

对“新型举国体制”的再认识

美国国家实验室是举国科技体制的一个典型。美国科研体系由国家实验室、高校和工业界共同构成,而国家实验室则是当仁不让的核心支柱和“定海神针”。美国国家实验室是二战后开始启动的,目前共有100多家,分别隶属联邦各部门,包括能源部、国防部和航空航天局等,但大多委托大学、非营利机构和私人企业运营。美国政府每年为此投入千亿美元,对实验室给予长期稳定的支持。美国国家实验室有以下几个特点:一是国家目标导向,服务于国家使命。美国的武器研制、原子能利用、太空竞赛等都是其标志性成就。二是规模宏大,包括人员、大型仪器设备、经费,都体现了国家实验室的集中性和战略重要性。三是大科学范式,以大型仪器为依托,坚持多学科大团队协作,这就是美国的举国科技体制。在这种体制下,催生了一大批关系国计民生和国家安全的重大科技成果,一大批世界顶级的科技人才,一大批引领世界的前沿科技方向。

我国是社会主义国家,具有集中力量办大事的制度优势,在科技领域的举国体制表现尤为突出。比较典型的有两弹一星、杂交水稻、载人航天、高速铁路,以及目前正在积极推进的大飞机、载人空间站等,之所以能够后来居上,跻身国际先进行列,关键就在于发挥了中国特色的制度优势。

但是,由于科技结构的过度扁平化、财政预算的过度短期化以及研发与应用的脱节,这种体制优势也在不少领域出现了异化和弱化。2006年国家中长期科技规划纲要确定的16个重大专项,其中不少被高度细分和切割。比较而言,目前美国的举国科技体制比中国更为充分、更加有效。

所谓科技结构的过度扁平化,是指我国至今未能围绕具体国家目标,形成类似美国国家实验室那样的研发组织。科研院所、大学和企业等的研发活动,更多的是围绕课题而非组织形态实现合理的分工与衔接。竞争性项目管理体制进一步加剧了机构间的分割,有时甚至表现为彼此之间的恶性竞争与内耗,重复立项、相互封闭,许多项目的管理过程往往成为各单位的利益平衡。如果说在过去计划经济体制下,还可以通过行政指令的方式实现相关力量的组合与配置,那么在今天市场经济条件下,实现大集中、大合作的机制和动力需要进一步明确。可以断言,如果不进行体制和结构的变革,没有包含科学、技术和工程在内的学科间相互交叉融合的大科学组织体系,集中力量办大事的制度优势就成了一句空话。

所谓财政预算的过度短期化,是指目前大学和科研院所的经费中,财政稳定支持的基本上是人头费,而科研活动经费大多是通过竞争性项目获得,即使基础研究也不例外。由此带来的一个重大问题就是研发活动的短期化,这对于那些需要长期积累的领域几乎是致命的。同时,由于这些年来的项目管理体制比较强调所谓领军人物的身份和背景,这也使得许多单位将工作重心放在引进或“造就”学术大咖,而不是那些需要十年磨一剑的高端平台、知识积累、学术氛围。用短期化思维处理长期性问题,结果导致许多项目结题之日便是结束之时,很难形成代际传承。

最近中央反复强调新型举国体制,这并不是再多搞几个专项,再增加多少经费,关键是要打破目前产学研用彼此脱节的机制痼疾,从体制、结构和政策等方面推进既符合大科学规律又充分满足国家目标导向的体系重组。

为此,我建议在关键和前沿领域抓紧组建不少于100个国家实验室,全面创新体制机制。

第一,充分体现国家目标、稳定支持、开放共享,长远布局;第二,大科学范式,技术科学主导,基础科学、技术科学、工程技术融合;第三,独立建制,主要委托大学、科研院所和企业(包括民营企业)负责运营,向中央政府负责;第四,打破课题组负责人制(PI),既强调专业分工,更注重协同合作;第五,定期评估,内部外部结合,定性定量结合,问题导向,结果导向;第六,鼓励产业界参与,与应用场景有机衔接。

还有一个值得高度关注的问题就是市场的参与度。科学研究活动不是孤立的,而是与经济社会发展和国家安全息息相关。过去很长一段时期,我们大都信奉科学无国界,近年来美国和西方国家的所作所为彻底打破了这一梦幻。市场也是如此,贸易政策可以迅速转化为地缘政治工具。多年前,我曾提出要把市场作为推进科技进步与创新的战略资源,强调研发政策与市场政策的协同,很大一部分原因就是中国市场大量排斥中国制造、中国创新。当下的竞争态势再次警示我们,不能把市场简单理解为供求交易关系。我们迫切需要形成产学研用一盘棋的格局,除了强化科学研究本身之外,还要对关键领域、“卡脖子”问题的产业政策、贸易政策、金融政策、税收政策和政府采购政策统筹规划。中国研发+中国制造+中国市场,这才是国家创新体系的要义。

(编辑  苏歌)



* 梅永红,中信改革发展研究基金会资深研究员,科技部政策法规司与体制改革司原司长。

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