关于从事科学前沿研究的基本方法和环境

东方论坛2013年第3期

科学方法对科学前沿研究中取得创新成果具有重要作用，自近代科学以来，科学家们一直非常重视解决的手段问题。随着现代科技的飞速发展，新的更先进的科研方法不断涌现，更新换代很快，直接影响着科学前沿研究的步伐和成果。

依据从事科学前沿研究的历史经验可知，要出创新成果，关键在于首先找到自己感兴趣而又满足科学发展之需求或经济、社会发展之需求的问题（课题），其后必须找到能有效地解决问题的科学方法。

科学研究方法包括科学思维方法和科学实践方法（如观察、实验、考察、探测等）两大类。在当代的科研活动中，只采用单一的科研方法，往往难以奏效。善于把思维方法与实践方法融为一体的人才，方具有优势，既能有效地解决上述两个关键问题，又能按照科学的工作部署有序而深入地展开研究活动，充分展现自己在研究过程中的创造性才能。为了达到此目的，下面阐述四个方面的问题。

一、当代科学前沿的特征是什么？

科学前沿，按照钱学森的观点沿着三个方向发展。一是对无机世界的认识由宏观向宇观至胀观方向深处发展；二是对无机世界的认识，由宏观向微观至渺观 方向深入发展；三是对生命世界的认识由宏观至微观方向深入发展，同时对生命起源、人类起源、人类社会的发展前途等问题进行全方位的整合研究。[1]（P2）宇观研究是从17世纪初伽利略发明望远镜开始的，微观研究是从17世纪中期胡克发明显微镜开始的。

一般说来，科学前沿是指各个学科中具有一定创造性且有助于学科发展的研究领域及其科研活动。既指研究别人没有研究或研究中尚未解决的问题，又指虽然别人研究过但自己的研究课题仍有较大创意的科研工作。

科学前沿是个具有时态性的术语，与时俱进，日新月异。现代科学技术经过一个多世纪的发展，当前具有了一些新的特征。

其一，沿着交叉综合发展趋势，已形成立体式的前沿结构

当代的科学前沿阵地已不是平面结构，更不是线性结构，而是一种立体结构，已很难区分前方和后方。科学具有认识世界的功能，技术具有改

关于从事科学前沿研究的基本方法和环境

张 道 民

（青岛大学，山东青岛 266071）

摘　要：科学方法对科学前沿研究中取得创新成果具有重要作用，直接影响着科学前沿研究的步伐和成果。科学研究方法包括科学思维方法和科学实践方法两大类，只有善于把思维方法与实践方法融为一体的人才，方具有优势，才能满足科学发展之需求或经济、社会发展之需求的问题（课题），又能按照科学的工作部署有序而深入地展开研究活动，充分展现自己在研究过程中的创造性才能。同时，科学前沿研究工作还需要具备一定的学术环境：高质量的人才团队；充分的学术自由；活跃的学术思想；不畏攻坚的奋进精神；以及较为优越的生活待遇和先进的研究手段等。

关键词：科学方法；科学前沿；基本方法；学术环境

中图分类号：C031 文献标识码：A 文章编号：1005-7110（2013）03-0035-06

收稿日期： 2013-02-26

作者简介： 张道民（1936- ），男，山东潍坊人，青岛大学教授，从事科学哲学、软科学研究。

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造世界的功能，通过高科技领域的发展，科学知识与技术融合为一体，科学知识直接为经济、社会发展服务的功能日益显示出来，新技术的开发也会成为科学前沿研究的课题。如人工智能的开发就与研究大脑的结构与功能紧密联系在一起，量子信息技术的开发，也必须研究光子纠缠的难题。

其二，研究对象日趋复杂化、超距化、超微化，攻坚难度日益增大

不论胀观研究，还是渺观研究，要想直接观察客体的运动状态很难，多为间接推测其结果。如太阳系以外行星的发现，玻色子和共振态的发现等。超重化学元素的发现，由于核反应截面随着原子序数的增大而急剧变小和半衰期变短，在线检测的难度越来越大，鉴定其化学性质的难度更大，致使发现超重化学元素的工作已临近尾声。和平利用核聚变能的研究工作，虽然科学家们经历了半个多世纪的跋涉，但要达到实用，仍有理论和技术难题需要逐个解决。如亿度（℃）高温的产生和控制以及“热密度界限”的克服等。人脑被钱学森称为一个巨复杂系统。要认清人脑的思维过程，不仅要搞清电波信息与化学信息的关系，而且更难的课题是解决感性认识如何转化成理性认识的机制问题。

其三，发展与变革速度加快

电子计算机自20世纪40年代发明以来，经过20世纪下半叶连跳四代的快速发展，21世纪以来已经进入高速运算时代（目前我国云计算已达每秒7000万亿次，美国正打算提高到每秒1亿亿次），同时也向多功能和智能化方向发展。基本粒子的发现，从20世纪30年代发现正电子开始，每十年上一个台阶，21世纪以来，科学家们已集中于质量极小的中微子结构和运动形态的研究。对希格斯玻色子的发现，已加速了对加速器的改装，使质子能量已高达7000亿电子伏，目前仍打算提高到8万亿电子伏。生命科学的实验技术发展也很快，在近十几年时间内，便形成了DNA合成技术、DNA序列分析技术、基因置换技术、DNA芯片技术、微RNA干扰技术、微流技术、荧光标记技术、纳米技术、功能性磁共振技术等技术体系，促进了生命科学研究工作快速发展。

我国的科研活动，由于高级人才的大力培养和引进以及国家科研经费的逐年增长，自进入21世纪以来发展也很快，不仅论文的数量增长快，质量也不断提高。据中国科技信息研究所去年底发布的2010年《科学引文索引》（SCI）的统计结果，被收录的中国科技论文数量为14.84万篇，排在世界第二位。

其四，微观研究与宏观、宇观研究相配合可深化对世界统一性的认识

从19世纪末发现铀的放射性到20世纪中期，科学家们已基本上认清了由原子核内放射出的射线类型及其本质，如α粒子、β射线、γ射线、电子、正电子、中子、质子、中微子等。依据这些知识说明了宇宙射线的基本组成。通过研究氘和氚在高温下聚合成氦的核反应，科学地解释了太阳发光的原因。狭义相对论和广义相对论都涉及到时间变慢的现象，虽然在狭义相对论中认为是物体高速运动的作用，在广义相对论中认为是强引力的作用，但都没有从物体时间变慢的机理上去说清原因。据科学家的理论预测，希格斯玻色子如果真的被实验发现了，并探明了它的实质和特性，就有可能解释物质为什么会有质量，而质量为什么会产生引力，到那时人们对世界统一性的认识就有可能豁然贯通。所以，科学前沿研究的新成果，将会对回答世界统一性的难题，做出新的贡献。

二、如何把科学前沿研究成果转化成科学生长点？

科学生长点有两个基本的含义：一指各个学科不断出现的新生点。如化学科学在建立周期系理论过程中新发现的化学元素；络合物化学中新发现的络合物；催化化学中新发现的催化剂及催化反应等。二指科学体系中产生新学科的分生点。如物理科学中牛顿力学、电动力学、统计力学、相对论力学、量子力学等学科的创立与形成。[2]（P1）科学生长点的生命力在于两个方面：一是科技系统自身发展对其需求的程度及其研究成果能满足的程度；二是人类社会发展对其需求的大小与迫切程度及其研究成果能满足的程度。只要需求程度高，都会极大地激发出科学家研究的积极性。如铀元素早在1841年就被发现了，可是当时科学家们只把它当成一个普通元素，没有引起研究的兴趣。可是到了19世纪末贝克勒尔发现了铀的放射性之后，尤其1939年哈恩·迈特纳发现了铀核的裂变反应和链式反应，科学家们马上意识到铀作为核燃料的重大意义，便迅速投入了高度的注意力，于是原子能科学生长点很快形成了，进而加速分化，核物理、核化学、原子能物理、原子能化学、核燃料化学、工艺学等学科纷纷成长起来。

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