【摘要】當(dāng)代科學(xué)發(fā)展出現(xiàn)了新趨勢，即科學(xué)研究的重心轉(zhuǎn)向了探究與人類自身生存和發(fā)展直接相關(guān)的問題，追求認識價值和實用價值的融合統(tǒng)一。由此，科學(xué)家要擔(dān)當(dāng)起卓越的工程師（包括發(fā)明家）角色，不僅需要掌握前人已經(jīng)積累起的相關(guān)科學(xué)知識，而且還應(yīng)成為卓越的工具研發(fā)者。只有將認知成果充分運用于技術(shù)的發(fā)明和更新之中，才能真正走在科學(xué)的最前列。我國目前的科技創(chuàng)新還存在一些薄弱環(huán)節(jié)，如新的科學(xué)工具和高端科學(xué)儀器研發(fā)不足。因此，需要廣大科技工作者發(fā)揚“愛國、創(chuàng)新、求實、奉獻、協(xié)同、育人”的科學(xué)家精神，肩負起歷史賦予的科技創(chuàng)新重任，把自己的科學(xué)追求融入全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的偉大事業(yè)中。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)家  科學(xué)工具  科學(xué)家精神    

【中圖分類號】G305    【文獻標識碼】A

科技強則國強，科技興則國興，科學(xué)技術(shù)從來沒有像今天這樣深刻影響著國家前途命運，從來沒有像今天這樣深刻影響著人民幸福安康。當(dāng)前世界百年未有之大變局加速演進，我國發(fā)展面臨的國內(nèi)外環(huán)境發(fā)生深刻復(fù)雜變化，一些西方國家在科技創(chuàng)新領(lǐng)域?qū)ξ覈M行封鎖打壓，核心技術(shù)“卡脖子”的問題日益突出，對加快科技創(chuàng)新提出了更為迫切的要求。在此種情況下，我們需要認識到，沒有挺得起腰的科學(xué)家精神，很難有站得住腳的科學(xué)成果。新時代新征程，我們要充分認識科學(xué)發(fā)展的新趨勢，大力弘揚新時代科學(xué)家精神，加快實現(xiàn)高水平科技自立自強。

當(dāng)代科學(xué)發(fā)展的新趨勢：認識價值和實用價值融合統(tǒng)一

近代自然科學(xué)誕生的一個主要標志是運用實驗和觀察方法去認識自然現(xiàn)象。對于當(dāng)時的科學(xué)家來說，當(dāng)需要從事實驗或觀測時，他們往往親自發(fā)明或制作工具。也就是說，他們需要擔(dān)當(dāng)起發(fā)明家和工程師的雙重角色。比如，伽利略為了做斜面實驗發(fā)明了可精確計時的水鐘，為了天文觀測制作了放大倍數(shù)更高的望遠鏡；牛頓為了做光學(xué)實驗發(fā)明分光儀，為了消除色差制作反射望遠鏡。不過，當(dāng)時的科學(xué)儀器還比較簡單，科學(xué)家本人或在少量助手的幫助下便能制作。

隨著科學(xué)的不斷演進和復(fù)雜性的增加，科學(xué)家內(nèi)部逐漸產(chǎn)生了分工：有些從事理論探索，有些從事經(jīng)驗研究，當(dāng)然，也有一些能在兩個方面均有建樹。由于科學(xué)的對象是自然界中的具體事物，所以，在科學(xué)共同體中，運用實驗或觀察方法從事經(jīng)驗研究的科學(xué)家占大多數(shù)。對于經(jīng)驗科學(xué)家而言，實驗或觀測工具的設(shè)計和制作既可以親自動手，也可以從專門生產(chǎn)儀器和設(shè)備的公司購得，或者兩者兼為。不過，倘若想要站在科學(xué)的最前沿，發(fā)明、設(shè)計以及制作針對研究對象的新工具便成為極具挑戰(zhàn)性和創(chuàng)造性的關(guān)鍵一步。由此，科學(xué)家要擔(dān)當(dāng)起卓越的工程師（包括發(fā)明家）角色。

大約自20世紀80年代以來，科學(xué)的發(fā)展呈現(xiàn)出一些新趨勢?？傮w來說，那些足以改變科學(xué)面貌的重大發(fā)現(xiàn)和理論創(chuàng)造的資源越來越少，科學(xué)研究的重心轉(zhuǎn)向了探究與人類自身生存和發(fā)展直接相關(guān)的問題。這些問題主要集中在新型材料和器件、醫(yī)療健康、生態(tài)環(huán)境、生活質(zhì)量以及經(jīng)濟社會等方面。從尺度上說，基礎(chǔ)性科學(xué)（物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)）的研究主要聚焦于從原子到細胞的層次。那么，在這些層次中，科學(xué)研究出現(xiàn)了哪些與以往不同的特點呢？

首先，物質(zhì)系統(tǒng)的基本組元和基本規(guī)律已經(jīng)明了：我們知道原子有多少種類，由什么組成，內(nèi)部和外部的基本作用力是什么；相應(yīng)的基本理論也已相當(dāng)成熟，量子力學(xué)和量子電動力學(xué)原則上能對幾乎所有的現(xiàn)象作出科學(xué)的解釋。研究重點不再是發(fā)現(xiàn)未知的基本存在物或基本規(guī)律，而是要集中探究由已知的組元和規(guī)律所限定的物質(zhì)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)、性能以及過程。也正是從分子層次開始，物質(zhì)系統(tǒng)呈現(xiàn)出我們通常所說的復(fù)雜性，即涌現(xiàn)出各種各樣新的結(jié)構(gòu)、性能以及過程，且具有很強的個性。比如，雖然組成蛋白質(zhì)的氨基酸只有20余種，但它們之間能夠耦合的方式和連接的長度卻是極其多樣的，因此，由蛋白質(zhì)組成的系統(tǒng)便呈現(xiàn)巨大的復(fù)雜性。

其次，科學(xué)的兩種基本價值越來越融合。科學(xué)的主要目的是增進人類的知識并造福于人類，因而，其具有兩個方面的基本價值：認識價值和實用價值。在探明基本存在物和基本規(guī)律以后，人們之所以依然花費巨大的精力研究各種物質(zhì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，不僅是為了加深理解，也希望在理解的基礎(chǔ)上利用這些物質(zhì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能，發(fā)明和制造可服務(wù)于人類生產(chǎn)和生活的新產(chǎn)品。比如，在對石墨烯的結(jié)構(gòu)和性能有了一定的認識后，人們開始研究如何將其轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，以期為人類所用。顯然，如果能夠深入了解一種自然物質(zhì)的組元、結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)其性能的具體機制，我們就有可能根據(jù)事先設(shè)想的目標來合成新的材料或生成新的物態(tài)，實現(xiàn)認識價值與實用價值的統(tǒng)一。

最后，計算機和計算技術(shù)成為科學(xué)研究的強有力工具。20世紀80年代以來，隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)的廣泛使用，一種科學(xué)研究的新方式迅速開啟，即除了理論和實驗以外的計算方式。這種方式通過建構(gòu)計算模型、介入數(shù)據(jù)處理和分析、建造人工智能系統(tǒng)等具體途徑，改變了科學(xué)的具體面貌和科學(xué)家的工作習(xí)慣。

推動科學(xué)進步的關(guān)鍵因素：新工具和新技術(shù)的發(fā)明

當(dāng)科學(xué)的重心是研究從原子到細胞的微觀對象的結(jié)構(gòu)、性能和動態(tài)過程時，最有效的方法就是直接地去觀測、追蹤或操控這些對象。而要做到這一點，只有通過發(fā)明新技術(shù)、制作新工具方可實現(xiàn)。事實上，近幾十年來，人們已經(jīng)發(fā)明或完善了多種探測和操控微觀對象的新技術(shù)和新工具，如掃描隧道顯微鏡、熒光蛋白技術(shù)、激光鑷子和冷凍電子顯微鏡等。這些新技術(shù)和新工具不僅極大地推動了基礎(chǔ)科學(xué)的發(fā)展，而且為科學(xué)成果的應(yīng)用和產(chǎn)品的開發(fā)開辟了新方向。這是因為一旦可運用工具對原子、分子和細胞等進行觀測或操控，就能將獲得的認識成果用于設(shè)計或制造新的材料、微型器件或藥物，進而實現(xiàn)認識價值與實用價值的融合。至于作為科學(xué)研究工具的計算機，在收集和處理數(shù)據(jù)的過程中已經(jīng)變得必不可少。特別是一些涉及海量數(shù)據(jù)和計算的大科學(xué)問題，只有在計算機和計算技術(shù)的幫助下才能展開和求解。

實際上，近十年來，大約一半的諾貝爾物理學(xué)獎和化學(xué)獎頒發(fā)給了發(fā)明新工具和新技術(shù)的科學(xué)家。比如，2017年諾貝爾化學(xué)獎授予了雅克·杜波切特（Jacques Dubochet）、喬基姆·弗蘭克（Joachim Frank）和理查德·亨德森（Richard Henderson），以表彰他們研發(fā)出能對生命分子進行三維成像的冷凍電子顯微鏡技術(shù)。2018年諾貝爾物理學(xué)獎授予了亞瑟·阿斯金（Arthur Ashkin），是因為其發(fā)明了光學(xué)鑷子，可以使用激光光束來抓取粒子、原子以及分子①。這足以表明，新工具和新技術(shù)的發(fā)明或發(fā)展在當(dāng)代科學(xué)研究中的分量。

在科學(xué)的許多領(lǐng)域，新工具的研發(fā)通常是進行前沿研究的科學(xué)家所為，因為他們能夠洞察值得探究的科學(xué)問題，知道需要研發(fā)什么樣的儀器或設(shè)備以便更好地去認識對象，也具備將科學(xué)原理加以物化發(fā)明新工具的知識。比如，阿斯金是一位專注于激光和非線性光學(xué)研究的物理學(xué)家，其在發(fā)明光學(xué)鑷子的過程中充當(dāng)了工程師的角色。而有些人在職業(yè)上原本是工程師，但在研發(fā)和使用儀器的過程中，偶然地作出了重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。最有代表性的是宇宙微波背景的發(fā)現(xiàn)。1964年，美國貝爾實驗室的無線電工程師阿諾·彭齊亞斯（Arno Penzias）和羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）在調(diào)試靈敏度很高的喇叭天線時，意外地檢測到天空中存在著一種揮之不去的“噪聲”。后來從天體物理學(xué)家羅伯特·迪克（Robert H. Dicke）那里得知，這是宇宙大爆炸留下的痕跡。宇宙微波背景是20世紀最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，彭齊亞斯和威爾遜也因此獲得了1978年的諾貝爾物理學(xué)獎。與在頂級期刊發(fā)表論文而獲得曝光的科學(xué)家相比，科學(xué)儀器的發(fā)明者和制作者往往要經(jīng)年累月地默默工作，因此更需要有淡泊名利、甘坐“冷板凳”的奉獻精神。

在當(dāng)代科學(xué)前沿，需要擔(dān)當(dāng)工程師角色的并不僅指研發(fā)儀器和設(shè)備的硬件工程師，也包括開發(fā)程序（尤其是人工智能系統(tǒng)）的軟件工程師。近年來，隨著人工智能技術(shù)的突飛猛進，通過設(shè)計和制作人工智能工具來解決科學(xué)問題，已經(jīng)成為推動科學(xué)進步的巨大力量。具有標志性的是運用機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)求解蛋白質(zhì)折疊問題（是指如何從蛋白質(zhì)的氨基酸序列確定它的空間結(jié)構(gòu)，這困擾了科學(xué)家們近半個世紀）。2021年7月，谷歌公司旗下的“深度思維（DeepMind）”團隊的人工智能程序“阿爾法折疊”（AlphaFold），成功預(yù)測出98.5%的人類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。②在科學(xué)界，目前普遍認為這是21世紀以來最為重要的科學(xué)成就之一。值得注意的是，“阿爾法折疊”可以作為一種新的科學(xué)研究工具，在其研發(fā)過程中，很多人擔(dān)當(dāng)了軟件工程師的角色或者本身就是軟件工程師。如“深度思維”公司聯(lián)合創(chuàng)始人德米斯·哈薩比斯就兼具科學(xué)家和工程師的雙重身份?？梢灶A(yù)見，研制人工智能系統(tǒng)，并通過人機協(xié)同去解決具體的科學(xué)問題，將成為未來科學(xué)研究的主要方式之一。

新發(fā)明的科學(xué)工具對于探測或操控微觀對象或復(fù)雜對象具有關(guān)鍵作用。比如，在腦科學(xué)中，發(fā)明新的更有效的探測大腦結(jié)構(gòu)和動態(tài)過程的儀器是最為重要的。因為這樣的儀器能夠厘清大腦的工作原理，為理解認知機制、意識現(xiàn)象和防治疾病提供堅實的科學(xué)基礎(chǔ)。而這些儀器的發(fā)明，正是在已有科學(xué)理論的定向指導(dǎo)下，不斷地將設(shè)計的原理和構(gòu)思等外化于具體的物質(zhì)載體的過程。這意味著，優(yōu)秀的科技工作者不僅需要掌握前人已經(jīng)積累起的相關(guān)科學(xué)知識，而且還應(yīng)成為卓越的工具研發(fā)者。因為只有這樣，才能充分將認知成果運用于技術(shù)的發(fā)明和更新之中，真正走在科學(xué)的最前列。正如中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員、南方科技大學(xué)講席教授楊學(xué)明提出的，“一定要強調(diào)科學(xué)儀器的重要性。只有發(fā)揮創(chuàng)造力，做真正獨特的科學(xué)儀器，才有可能引領(lǐng)科技創(chuàng)新”。需要指出的是，每個人的能力總是有限的，且當(dāng)今的科學(xué)研究也主要是以團隊的方式展開。因此，我們所說的科學(xué)家要擔(dān)當(dāng)工程師角色，并不意指每個科學(xué)家都應(yīng)該做工程師，而是說一個科學(xué)家團隊應(yīng)該具備這種能力。

當(dāng)前我國科研領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)：新的科學(xué)工具和高端科學(xué)儀器研發(fā)不足

新中國成立以來，特別是改革開放以來，我國的科學(xué)事業(yè)蓬勃發(fā)展，取得了舉世矚目的成就。就發(fā)表科技（不單指科學(xué)）論文的數(shù)量而言，中國科學(xué)技術(shù)信息研究所發(fā)布的《2023中國科技論文統(tǒng)計報告》顯示，我國各學(xué)科最具影響力期刊論文數(shù)量首次超過美國位列世界第一位，高水平國際期刊論文數(shù)量及被引用次數(shù)也均排在世界首位。截至2023年7月，我國的熱點論文數(shù)為1929篇，占世界總量的45.9%，數(shù)量比2022年統(tǒng)計時增加了6.7%，世界排名保持在第1位；按第一作者第一單位進行統(tǒng)計，我國發(fā)表高水平國際期刊論文9.36萬篇，占世界總量的26.9%，被引用次數(shù)為64.96萬次，論文發(fā)表數(shù)量和被引用次數(shù)均排在世界第一位。③這些數(shù)據(jù)證明了我國科技論文國際影響力的持續(xù)提升。但需要注意的是，我國真正重大的（比如諾貝爾獎級別的）科學(xué)發(fā)現(xiàn)和理論創(chuàng)造依然較少，具有世界影響的科學(xué)家還為數(shù)不多。比如，近十年來，人工智能（主要是機器學(xué)習(xí)）不斷掀起熱潮，我國研究人員發(fā)表的論文數(shù)和申請的專利數(shù)均已達到世界第一。但不可否認，我國人工智能研究仍存在頂天難落地難的問題。那么，阻礙我國科學(xué)研究整體性地達到高峰的原因是什么？一個既明顯又關(guān)鍵的因素就是新的科學(xué)工具和高端科學(xué)儀器的研發(fā)不足。比如，迄今為止，我國自主掌握的核心技術(shù)較少，科學(xué)（包括技術(shù)）工作者使用的絕大部分高端儀器依賴于進口。

近年來，我國已經(jīng)充分意識到科學(xué)儀器的基礎(chǔ)性和重要性。習(xí)近平總書記指出：“科技攻關(guān)要堅持問題導(dǎo)向，奔著最緊急、最緊迫的問題去。要從國家急迫需要和長遠需求出發(fā)，在石油天然氣、基礎(chǔ)原材料、高端芯片、工業(yè)軟件、農(nóng)作物種子、科學(xué)試驗用儀器設(shè)備、化學(xué)制劑等方面關(guān)鍵核心技術(shù)上全力攻堅，加快突破一批藥品、醫(yī)療器械、醫(yī)用設(shè)備、疫苗等領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)。”④道理顯而易見：跟在別人后面走，即便做得再好，也只能跟蹤、模仿，做補充研究。因此，提升科學(xué)儀器研制水平和使用效率、樹立科學(xué)儀器發(fā)展的正確理念、培養(yǎng)科學(xué)儀器研發(fā)人才等對我國高端科學(xué)儀器的發(fā)展至關(guān)重要。需要指出的是，不同于面向一般性生產(chǎn)和消費的儀器設(shè)備的制作，高端科學(xué)儀器和工具的設(shè)計和制作，需要研發(fā)者洞察尚待探究的科學(xué)問題、掌握相關(guān)的科學(xué)原理，這就意味著需要科學(xué)家勇于承擔(dān)、積極推進。而且，這類任務(wù)周期長、工作量大，難以發(fā)表論文和產(chǎn)生直接的社會影響，因此特別需要弘揚科學(xué)家精神。新中國成立以來，廣大科技工作者在祖國大地上樹立起一座座科技創(chuàng)新的豐碑，也鑄就了獨特的精神氣質(zhì)——科學(xué)家精神：胸懷祖國、服務(wù)人民的愛國精神，勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神，追求真理、嚴謹治學(xué)的求實精神，淡泊名利、潛心研究的奉獻精神，集智攻關(guān)、團結(jié)協(xié)作的協(xié)同精神，甘為人梯、獎掖后學(xué)的育人精神。在新時代的偉大征程上，廣大科技工作者應(yīng)自覺踐行、大力弘揚科學(xué)家精神。

面對科學(xué)教育和人才培養(yǎng)的新挑戰(zhàn)，需要弘揚甘為人梯、獎掖后學(xué)的育人精神

近幾十年來，以計算機和互聯(lián)網(wǎng)為標志的信息技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，對于基礎(chǔ)科學(xué)的研究產(chǎn)生了巨大影響。一方面，新的計算工具和計算技術(shù)為科學(xué)研究提供了重要手段；另一方面，新技術(shù)領(lǐng)域?qū)θ瞬诺奈Σ粩嘣龃?，對未來科學(xué)家群體產(chǎn)生了一定的分流效應(yīng)。在這樣的大背景下，我國教育部門推出了“強基計劃”以及“拔尖計劃”等措施，希望以此來培養(yǎng)一批日后從事基礎(chǔ)研究的后備人才。但不可否認，受文化傳統(tǒng)和考試制度等多種因素的影響，我國一些學(xué)生存在重視書本知識、輕視動手能力等問題。在書本知識方面，其重視通過解題鞏固知識以備考試，而輕視對科學(xué)原理的理解以及如何將科學(xué)原理運用于實踐的探究。此外，雖然我們經(jīng)?？梢月牭揭囵B(yǎng)交叉學(xué)科或跨學(xué)科人才的呼吁，但這種呼吁往往指的是文與理之間、不同的相關(guān)學(xué)科之間進行交叉，卻很少有人意識到，即使在基礎(chǔ)科學(xué)領(lǐng)域，也要實現(xiàn)“理”與“工”之間的交叉。比如，在基礎(chǔ)科學(xué)的教育和研究中，科學(xué)儀器通常被認為是可以購買的產(chǎn)品，因而會忽視一個優(yōu)秀的科學(xué)家應(yīng)該具有研發(fā)新工具的能力。由此，發(fā)掘一批對科學(xué)研究有興趣、有潛力的人才投身于基礎(chǔ)學(xué)科，不僅是弘揚新時代科學(xué)家精神的重要路徑，更是培養(yǎng)和儲備基礎(chǔ)學(xué)科拔尖創(chuàng)新人才的有力舉措。

事實上，導(dǎo)師在知識、經(jīng)驗、智慧、思維的傳承上有著不可代替的作用，一流科學(xué)家的學(xué)術(shù)視野、研究方法、人格修養(yǎng)等能夠給予學(xué)生深遠的影響。正如習(xí)近平總書記指出的：“科技創(chuàng)新，貴在接力。”“才者，材也，養(yǎng)之貴素，使之貴器。”只有重視科技人才的培養(yǎng)，學(xué)界才能“后浪”輩出，我國的科技工作才能實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)展。廣大科技工作者應(yīng)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中發(fā)揮識才、育才、用才的導(dǎo)師作用，真正做到言傳身教，甘做“鋪路石”和“領(lǐng)路人”，鼓勵年輕人大膽創(chuàng)新、勇于創(chuàng)新，讓青年才俊像泉水一樣奔涌而出。

綜上所述，人無精神則不立，國無精神則不強。新時代需要廣大科技工作者發(fā)揚“愛國、創(chuàng)新、求實、奉獻、協(xié)同、育人”的科學(xué)家精神，肩負起歷史賦予的科技創(chuàng)新重任，把自己的科學(xué)追求融入全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的偉大事業(yè)中。

（作者為華東師范大學(xué)哲學(xué)系、知識與行動研究中心教授、博導(dǎo)）

【注：本文系國家哲學(xué)社會科學(xué)基金重點項目“人工智能驅(qū)動科學(xué)的哲學(xué)基礎(chǔ)研究”（項目編號：23AZX020)階段性成果】

【注釋】

①《2018諾貝爾物理學(xué)獎獲得者出爐：美法加三名科學(xué)家因激光物理獲獎》，海外網(wǎng)，2018年10月2日。

②《人工智能程序預(yù)測出98.5%的人類蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)》，新華網(wǎng)，2021年7月23日。

③《首次超過美國！我國各學(xué)科最具影響力期刊論文數(shù)世界第一》，《光明日報》，2023年9月20日。

④《習(xí)近平：在中國科學(xué)院第二十次院士大會、中國工程院第十五次院士大會、中國科協(xié)第十次全國代表大會上的講話》，新華網(wǎng)，2021年5月28日。

責(zé)編/孫渴    美編/楊玲玲

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