“巴斯德象限”：一个重大科研项目遴选与培育的新思路

Original 2017-02-11 饶玉柱 信息与电子前沿

“巴斯德象限”

一个重大科研项目遴选与培育的新思路

当今世界，高新技术发展呈爆炸式增长，各种颠覆性创新层出不穷，世界各国均将高技术研发作为增强国家综合国力的核心，党的十八大明确提出我国要实施创新驱动发展战略，高新技术发展必将成为提升综合国力和社会经济发展的重要战略支撑。而我国现行科研管理体制在促进高新技术发展方面明显不相适应：如统的过死、管的过细、导向不明、牵引不够等。

相比之下，美国国防高技术研究项目局（DARPA）过去几十年促成“互联网、高速飞行器、无人驾驶汽车、智能义肢、机器人、砷化镓、苹果手机的Siri”等研究成果，深刻影响了美国乃至全世界未来的发展。DARPA取得如此成就，与其独树一帜的组织架构和体制机制密切相关，特别是其项目遴选制度：DARPA对科研项目选择标准遵循“巴斯德象限”理论，即“应用需求明确、技术突破明显”，这种理念既确保了创新源于需求，又不囿于需求，使其始终能够敏锐把握真正具有颠覆性作用的创新科技。

一、 遴选项目划分：基础研究与应用研究

传统上，我们把科学研究分为两类，基础研究和应用研究。根据比较流行的说法，基础研究的目的是丰富人类的知识宝库，增加人类对自然的认识，研究问题的提出更多地来自于科学家自己的兴趣或者好奇心。其关键的一点，是现阶段看不到研究成果的商业价值。比如，对生命现象的探索，对宇宙起源的研究，对粒子结构的研究，天文观测，等等。而应用研究则是为了解决实际中的问题所开展的科学研究。虽然它的结果也丰富了人类对自然的认识，但应用研究的出发点是解决问题，是改善人类的生存状况。比如生物医药类的许多研究、能源技术领域的研究等等。

多年以来，人们一直对基础研究和应用研究的简单划分从不同角度提出了大量批评。实际上，基础和应用、科学和技术之间的联系日益紧密，大量的新知识越来越产生于应用情景，尤其是对于社会发展日益重要的领域（如农业、健康、环境、通讯等），基础研究和应用研究是缠绕在一起的。巴斯德象限类的科学研究出现在越来越多的研究领域，已经成为科学发展的一个主要趋势。

二、 现有科研项目的遴选培育机制

以863，973项目管理机构等为代表的科研管理组织在促进我国科学研究上起到重大作用，其现有的科研项目遴选机制概述如下：

863：“有限目标，突出重点” 根据中共中央《高技术研究发展计划(863计划)纲要》精神，863计划从世界高技术发展的趋势和中国的需要与实际可能出发，坚持“有限目标，突出重点”的方针，选择了生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能源技术和新材料7个高技术领域作为我国高技术研究发展的重点(1996年增加了海洋技术领域)。

973：“重大问题的基础研究” 着眼于解决国民经济建设、社会可持续发展、国家安全、攀登科学高峰等国家发展目标中所面临重大科学问题的基础研究和应用基础研究计划。在“统观全局、突出重点；有所为，有所不为”的思路下，采用“择需、择重、择优” 和“公开、公平、公正”的遴选原则，强调国家需求与重大科学问题的结合。

三、 遴选培育的新思路：“巴斯德象限”理论

(一) 背景与概述

1945年，美国科学与研发办公室主任万尼瓦尔·布什（Bush .Vannevar，1890－1974）向总统递交的《科学：永无止境的前沿》报告明确提出了科学与技术关系这一科技政策核心问题，更提出了名言：“一个在基础科学新知识方面依赖于他人的国家，将减缓它的工业发展速度，并在国际贸易竞争中处于劣势”。

该报告中两个基本观点日后成了美国科技政策的准则。其一，基础研究是不带任何应用目的的；其二，基础研究是技术创新的排头兵（pacemaker）。正是这两个准则规定了战后美国联邦政府与科学共同体之间的基本关系。布什向政策界灌输了科学认知和实用目的这两种研究目标根本互斥的观念，宣称产业、军事和健康事业发展所需的一切科技新知都只能由没有任何实用考虑的基础研究提供。布什报告在很大程度上，论证了国家出钱满足科学家们的好奇心的合理性。这个合理性的基础，在于相信基础研究的成果在未来会导致应用研究的突破，然后导致新产品的开发、设计，乃至最后的商业化。也就是说，基础研究是技术创新的源头。这一理论，被后人称之为创新的“线性模式”。

线性模式的局限性：首先，这对科学工作的动机的解释过于狭隘，在说明技术创新的实际源泉方面也过于狭隘。从历史发展来看，自19世纪以来，许多根本性的知识是头脑中想着某种特定用途的基础研究产生的，基础研究是依靠人的好奇心和事物的用途共同影响的。其次，用单一的线性模式描述科学向技术的流动过于简单。对基础研究和技术创新的关系来说，两者之间是相互作用和影响的：科学研究既会流向技术，同样技术发展也会反馈回科学研究。

因此科学与技术的关系、基础与应用的关系应该是一种动态的关系。科学已日益被技术进步探索的问题加以丰富，不仅仅是由科学内部的发展推进的。某种技术的发展对基础科学的需求绝不是建立在人为的学科分类之上的，这种需求来自于社会，其中蕴含着一系列的技术而不是单个的技术，因此这种研究就需要系统的、各学科的协同作战。

因此，在新形势下，布什的观点过时了，因为其强调的是供给方的作为，是供给导向的；而新形势下，技术政策的重点应该转移到需求导向。

美国普林斯顿大学的唐纳德斯托克斯（Donald Stokes）于1997年出版《基础科学与技术创新：巴斯德象限》（Donald Stokes, Pasteur’s Quadrant: Basic Science and Technological Innovation, Washington, D.C.: Brookings Institution Press, 1997）一书，该书涉及哲学、社会学、物理学、生物学、等许多学科，并且涉及到美国的历史、政治、政策结构等实际资料。此书一出版，即引起人们广泛注意，好评如潮，被称为90年代美国十大科技政策著作之一。

本书的前面章节涉及科学史和智力活动史的内容。包括三个方面的内容：研究议程的建构、研究体制的环境的创设和研究资助的渠道。后面的章节阐述的是基础科学与技术创新的关系，包括对这一领域每个科学政策的新的理解。

全书共分五章。

第一章提出并介绍科学史研究的传统，表明传统的关于基础研究与应用研究的二分法，存在着问题，是认识上的佯谬。
第二章探究了现代范式的渊源，介绍了纯研究与应用研究的分离的传统，及其对研究特质、机构设置、社会文化的影响，但是斯托克斯认为这并不能说明两者应该分离。
第三章，以各种官方及私人的机构研究作为支持构造出新的范式，并用经验实例加以证明，进一步澄清划分的问题。
第四章提出要更新科学与政府间的联系，并强调把这种联系体制化。
第五章，介绍科学与政府加强联系的实际操作方式。

针对布什所提出的两个基本观点，斯托克斯以大量的历史资料和现实情况说明，对于科学与政府的关系、对政策科技而言，最重要和最关键的是要关注巴斯德象限，即对由应用引起的基础研究的政策支持、项目投资和科学评价，而不应该也不可能从布什模式出发。

对此，斯托克斯发明了一套二维结构的新体系来说明基础研究和应用研究的关系，提出了一个新的科学研究模型——科学研究的象限模型。在他这个体系中，他依照研究究竟是由求知和拓展知识激发还是由应用激发为二维结构的两个坐标，把科学技术研究分为四类研究，他将它们分在四个象限。

(二) “巴斯德象限”理论的主要观点及内容

斯托克斯的“科学研究的象限模型”是一个二维的坐标体系，横轴是该项科学研究在多大程度上是面向应用的，纵轴为该项研究在多大程度上是面向认识世界的。

表1 科学（应用与基础）研究的象限模型

第Ⅰ象限代表单纯由求知欲引导而不考虑应用目标的基础研究，他称之为玻尔（Nie Bohr）象限。斯托克斯认为，以玻尔为代表的原子物理学家对原子结构的探索，典型地代表了求知的研究类型。

第Ⅱ象限代表既寻求拓展知识又考虑应用目标的基础研究，他称之为巴斯德象限。之所以称作巴斯德象限，是因为巴斯德在生物学上许多前沿性基础工作的动力是为了解决治病救人的实际难题；

第Ⅲ象限是既不由求知欲望引导也不考虑实用目标的研究，主要是强化研究者的研究技能，并对已有经验进行分析与整合，为研究者能够尽快地胜任新领域内的工作要下良好的基础。

第Ⅳ象限代表纯粹由实用目标引导而不追求科学解释的研究，他称之为爱迪生（Thomas Edison）象限；斯托克斯指出，爱迪生领导的研究组织重视具有商业利益的各种发明，很少有兴趣追问发明项目背后所隐含的科学内涵，更不注重用物理学的基本原理对新技术作出解释。

在科学研究的象限模型中，各象限之间的是双向互动的，每一个象限不是相互隔绝的，而是存在着复杂的双向联系。技术创新模型也需更新，科学和技术的联系是在各自沿着自己的轨道前进中发生多种联系的。根据科学研究的象限模型，必然引申出新的科学政策导向：重视巴斯德象限，即对应用背景引发的基础研究从政策上、项目组织和社会评价上予以重视，建立科学和社会之间新的联系。斯托克斯的模型无疑比布什模型更准确地反映了科学研究的实际情况。

(三) 对“巴斯德象限”理论的解读

斯托克斯的科学研究模型展现了突破冷战思维科学观的一种努力。然而政府应该与科学建立新的契约关系。应扩展到促进经济发展、提高人民健康水平和保护资源环境等国计民生领域。而这些领域的研究类型多是巴斯德象限内应用基础研究。

斯托克斯具体地指明了以下几点：

1、基础研究与应用研究之间并不界限分明，有的应用研究同时也是杰出的基础研究；

2、科学研究进程同时受认识目标和应用目标这双重目标的影响；巴斯德和其他许多研究中同时体现出双重目标的融合；

3、单一的线性模型描述由科学发现向技术创新的单向流动过于简单了；

4、本在基础科学方面相对落后，但在生产技术上却取得巨大成功。这一实例表明，科学与技术之间的关系远比布什的单一线性关系要复杂。

斯托克斯提出，在应用这个象限模型之前，必须明确回答四个关键的概念问题：

1、判定一项研究的归属基础研究或者应用研究的标准是看事先的目标还是事后的效果？有的研究是从探索未知出发的，其结果却是商业应用。

2、当一项研究有多个目标的时候，应该依据哪个（几个）目标来归类？这需要判断哪些目标是主要的，那些是次要的。

3、能否将二维的模型变成一维的，以适应人们一维思维的习惯？在决策者那里，通常太复杂的模型不被欢迎，这是现实。想办法把象限模型转换成一维空间（线性）的描述，是必须考虑的问题。

4、是否可以用研究成果距离市场应用的时间来确定研究的属性？比如，按照5年，10年，15年后达到商用来确定研究的归属是否可行。

图 1 创新的非线性模型

(四) “巴斯德象限”理论对我国科研项目遴选的启示

斯托克斯认为，纯基础研究（玻尔象限）与纯应用研究（爱迪生象限）是各自沿着自己的轨道发展的，而带有应用目的的基础研究（巴斯德象限）是连接上述两个轨道的枢纽。他把这个模型称之为“改进了的动力模型”。斯托克斯相信，他所提出的更接近现实的概念模型对于美国科技政策的制定具有重要的意义。1990年代的新形势，如冷战的结束、世界经济的一体化、贸易竞争的加剧、以及预算的紧张等等，都显示了二战以来占据统治地位的关于政府与科学共同体之间关系的传统的模型的不足。而巴斯德象限的发现，则可以弥补这个不足。

因此，巴斯德象限的科学研究可以成为未来政府与科学共同体之间的契约关系的一个基本出发点。巴斯德象限的研究深受公众的重视，因为这类研究照顾到了社会的需要。巴斯德象限的研究所具有的社会价值反过来还会加强社会对纯技术研究的支持。另外，如果一项研究一直关注其潜在的应用前景的影响的话，研究成果的应用也会少担很多风险。斯托克斯强调，要改变政府与科学共同体之间的传统契约，而在巴斯德象限模型基础上形成新的契约关系，还需要把两个迥异的判断标准结合起来考虑：一是科学家们对于研究活动本身的判断，二是政治家们关于社会对研究活动的需求的判断。

“巴斯德象限”理论所展现的关注应用背景的基础研究以及建设科学与社会之间新联系途径的观点，对我国科学发展大有借鉴之处。纵观“863”、“973”计划的全部成果，尽管我们大大加强了在关键和核心技术领域的研发力度，许多方面从无到有，掌握了自主知识产权，但具有原始性创新的成果还很少。虽然这与我国科学技术和人才总体水平有关，但我们也必须从科研管理体制，特别是项目遴选体制等多方面寻找原因。

“巴斯德象限”理论可以帮助我们在维持科研运行管理机制上保持求知和应用之间的张力。这需要解放思想，从多学科角度认真研究。

四、建议

在新的需求导向下，科研项目遴选培育的原则应该包括以下几点：

第一，科研管理机构必须部分地调整它的优先次序，从大规模资助任务导向的技术转变为帮助科研组织建立技术能力和国际竞争力。
第二，政府的技术政策必须平衡供给和需求双方的要求。鼓励科研机构发掘现有技术无法解决的、用户新需求并予以资助。除了重视开发新技术外，还应该重视技术的传播。政府必须关注企业是否具有发现、获取、采纳、应用新技术的能力。
第三，政府必须保持与科研主体的对话，以帮助自己制定合适的科研管理政策。政府可介入企业创新活动，采用“挑选赢家”的方式，为其提供资金，促成大学、企业、政府机构、政府实验室等的密切合作。
第四，更加强调基础研究，大科学项目可以鼓励并积极促进与其它国家的合作。

五、总结

习近平和其他国家领导人多次在不同场合强调：“注重解决实际问题，以重大问题为导向，全面深化改革”,要实现我国在科技领域的基础性、原创性、实用性创新的突破，应充分借鉴世界科技强国顶级研发管理机构的成功经验，建立“中国的DARPA”。发挥政府引领作用和组织作用，使集中力量办大事的体制优势，在高技术研发过程中成为重要推动力；应遵循需求牵引、技术驱动的理念，构建适应高新技术研发的体制机制，使科技人员真正焕发创新的勃勃生机；应发挥市场在资源配置中的决定性作用，激发各方面投资主体积极投身技术创新，孕育具有中国特色的创新产业生态环境，为推动我国高技术研发整体实力持续提升提供不竭动力。