融合研究的产生、特点及对我国的启示

阿儒涵，张秀峰，李铭禄

（1.中国科学院科技战略咨询研究院；2.中国科学院大学公共政策与管理学院3.河南师范大学商学院；4.国家自然科学基金委政策局）

融合研究（Convergence Research）是近年来新兴的一种研究范式，已经显示出巨大的创新潜力，被认为是未来培育科技创新、解决社会经济发展重大科学问题的重要途径，目前已经引起了美国、欧盟、日本、韩国等国政府及各类资助机构的广泛关注。融合研究的核心理念在于以现实问题为导向，融合多学科、多领域以及位于创新价值链不同位置的研发及资助主体，实现突破性创新从而达到创新驱动发展、服务社会的目标。现阶段，我国正处于科技体制改革、创新发展模式调整的重要阶段，创新驱动发展战略的基本要求之一是“要坚持以问题为导向，充分发挥机构、人才、装置、资金、项目的活力，形成科技创新发展的强大合力”。融合研究的理念代表了科研组织模式的一种新思路和新途径，与我国对科技发展的需求不谋而合，对我国实现创新驱动发展具有重要的借鉴意义。

基于此，本文首先梳理提出融合研究的概念；其次，从学科发展路径和社会需求两个方面分析融合研究产生的过程；再次，从单一学科间关系及科研组织模式两个方面，以比较分析的方法，分析说明融合研究的新趋势及特点；最后，基于对融合研究概念、趋势、特点等分析，提出对我国政府科研资助的政策建议。

一、融合研究的概念与发展现状

2011年麻省理工学院教授、诺贝尔生理学与医学奖得主Phillip Sharp教授首次明确提出了融合研究（Convergence Research）的概念。融合研究是指以解决重大科学问题、引发科技创新为导向，在学科层面，融合多学科的知识、工具、思考方法形成一种产生新思想、新发现、新方法、新概念的全新的研究范式。在参与主体层面，不仅限于研究者的融合，更体现在研究者、资助方、用户等多主体的融合。Phillip教授指出，“融合研究是对所有科学研究模式的一种反思。”融合研究是对现有多学科（multidiscipline）、交叉学科（inter discipline）在研究对象、融合程度、利益相关方等多个维度上的拓展，为当今社会经济发展所面临的能源危机、食品安全等重大问题提供了打破学科界限的解决途径。融合研究代表科学在文化、理念上由传统的基于学科的组织方式向交叉融合方向的发展与转变，是对传统基于学科建立的研究机构的挑战，也是对科学研究组织方式的一种广泛的反思（broad rethinking）。

目前，融合研究虽然尚未形成成熟的体系、未能建立完善的资助机制，但是这种新兴科研组织、资助模式的优点已经在解决部分人类社会问题中得到体现。例如，在人类健康方面，通过融合生命科学、材料科学、电子与机械工程科学开发活体3D打印技术，为患者提供小到牙齿，大到心脏、肝脏等高精度的器官供体的设想。虽然打印活体心脏、肝脏等目标尚未实现，但目前的技术已经能够提供部分心脏组织及皮肤细胞的活体打印产品。在新能源开发方面，通过融合合成生物学、微生物学以及化学研发形成了新的电燃料（electrofuels），在当前能源危机的背景之下，实现了对新型、高效、可再生新能源的有效探索。

二、融合研究的产生

融合研究作为一种新的科研组织模式，其产生一方面顺应了学科发展的路径，另一方面，更多地受到社会经济需求外力的推动。因此，本文从学科发展路径和社会需求外力两方面分析融合研究的产生过程。

（一）从学科发展路径角度分析

从学科发展的路径角度分析，早期的科学主要起源于巫师、僧侣或者哲学家的有条理的思辨以及工匠的实际操作和传统知识。从16世纪到18世纪，科学开始逐渐向建制化方向发展，各种科学研究机构开始逐步成立，科学也逐渐向专业化方向发展。1820年，化学首先从自然哲学中分离出来而取得了学科的地位，不久之后，地质学（1840）、天文学、物理学、生物学（1860）也相继出现。19世纪中后期，学科分化的步伐加快。1926年，美国心理学家R.S.Woodworth首创提出了跨学科的概念，1937年，“跨学科”一词进入《新韦氏大辞典》《牛津英语词典》。此后，跨学科、交叉学科的概念逐渐繁荣起来，学科的发展由单纯的分化进入相互交叉的时代。进入21世纪，融合研究概念的提出在广度、深度上对交叉学科、跨学科等的概念进行了拓展。融合的对象不仅停留在科学及科学研究的层面，而是将与科学研究相关的资源、组织等纳入融合的对象之中。（图1）

以生命科学的发展为例。20世纪40年代，奥地利物理学家薛定谔出版了《生命是什么》一书，认为生命物质的运动必然服从于已知的物理学定律，激发了许多物理学家开始关注生命科学，并逐渐开始涉足生命科学领域的相关研究。这些物理学家在对生命科学进行研究的过程中使用了相对成熟的物理学、化学和数学的研究工具和方法，在很大程度上加快了生命科学研究的进程。例如，DNA双螺旋结构的提出过程则受到了物理学X-射线衍射方法、化学同位素测定等方法的启发。20世纪90年代，以基因组学、生物信息学为代表的交叉学科的产生，标志着学科发展进入了新的阶段。生物信息学通过采用数学、物理和信息科学的观点、理论和方法分析和研究生命现象，同时生物信息学的发展又为数学、计算机、软件技术和网络数据库技术的发展创造了新的结合点和突破口。进入21世纪，随着生物学技术在分子、细胞水平的快速深入发展，科学家在进一步应用物理学、计算科学、信息科学等领域的知识解密生命科学的奥秘的基础上，逐渐萌发了融合研究的理念。生命科学在与物理学、化学、计算机科学、纳米科学、工程学和数学的融合过程中，通过在知识上相互“授粉”的方式形成了综合性的分析方法，加深了科学家对生命科学的理解和研究。融合研究被认为是继分子生物学、基因组学之后生命科学领域的第三次革命。

图1 从学科发展路径角度分析融合研究的产生

（二）从社会需求外力角度分析

从社会经济发展对科学需求层次的角度分析，早期，科研活动主要是由个人的兴趣爱好所驱动，开展科学研究的目的主要是满足个人好奇心、探索自然奥秘，社会经济发展并未对科学提出明确需求。进入17世纪，社会经济发展的需求开始影响自然科学的发展。例如，为了确定季节，农牧业产生了对天文学的需求。灌溉、航海等的需求促进了力学的发展等。社会经济发展与科学技术进步之间产生了互动关系。然而这一时期，社会经济发展对科学的需求是简单的、区域性的，重点促进特定领域的自然科学从原有神学、哲学体系中分化。第一次世界大战期间，德国合成氨技术的发展和快速产业化，使各个国家开始认识到科学技术的巨大作用，战后英、法等国开始逐步建立科技管理机构，科学界也开始思考科学对社会产生的巨大影响。社会经济发展需求与科技进步之间的互动关系逐渐加强。20世纪末期随着学术界与产业界之间的关系日益密切，科研机构和大学逐渐进入经济和社会领域，科学研究中的社会需求成分进一步增加，Gibbons认为科学研究已经从研究的问题由学术共同体控制的模式1逐渐向研究的问题由实际应用和社会需求决定的模式2转变。21世纪以来，人类所面临的健康、能源、环境等问题日益复杂和严峻，然而原有以学科细分为基础的科研组织模式难以有效解决现实问题。强烈的社会需求催生了突破学科界限、以问题为导向开展科学研究的新的融合研究模式。（图2）

图2 从社会需求角度分析融合研究的产生

三、融合研究的特点分析

融合研究作为一种新的研究范式，在带动学科路径变革的同时也催生了新的科研组织模式。相应地，融合研究的特点一方面体现在学科发展路径层面上的跨越式发展；另一方面也体现在融合研究颠覆了传统科研组织模式，形成了全新的问题提出、科研组织、结果应用与影响机制。

融合研究的提出，使学科单元之间的关系从线性关系跨越式地发展到网络关系。在学科分化阶段，学科间是单向辅助的关系。例如，化学、物理学向生命科学输出方法与工具，加速生命科学领域内部的细分，从而促进生命科学学科的发展，学科单元之间的关系以单项输送、促进学科细分为主。进入学科交叉阶段，学科单元间的交互关系由单向输送发展为双向互动，交互的层级也由单纯的方法、工具层面拓展到理论层面的交互。例如，数学、信息科学、软件技术为生命科学提供了有效的技术手段，生命科学也为上述多学科的发展提供了新的突破口，并在交互过程中产生了新的学科。进入融合研究的阶段，学科单元之间的关系突破了线性关系进入到网络式的阶段，为了解决社会经济发展中面临的重大问题，不同学科围绕同一个问题展开从思想、方法、工具，甚至是学科语言与知识的交互融合。学科单元之间以问题为导向的横向交互催生了新的学科方向、研究领域，同时也促进了学科单元在某个问题点上纵深方向的发展，从而实现了学科发展路径的跨越式发展。（图3）

学科单元之间关系的跨越式发展也引发了科研组织模式的变革。在学科分化阶段，科研组织模式是分散型的、自发的，以小型实验室和科学家“单干”为主，不同学科的专家没有形成紧密的合作团体并致力于解决复杂的学科问题。进入学科交叉阶段，政府委托、外力牵引、科学共同体内部执行是科研组织模式的主要特征。第二次世界大战之后，随着国家实验室的建立以及政府主导的自上而下的科研组织模式的兴起，外部牵引的力量促进了学科的交叉与发展。政府根据自身需求有组织地开展科研活动，逐渐成为各国普遍采用的科研组织模式。这一时期政府主导的科研组织模式，以国家实验室为例，大都依托特定领域而建设，其作用在于提升国家核心竞争力，体现了国家目标与科学发展前沿的结合。然而，政府及各资助方的参与度大都局限于提出问题阶段，分析问题及解决问题的环节仍然在科学共同体内部完成，政府与科学共同体形成了委托代理的关系。融合研究产生后，社会经济发展问题与科研活动的深度融合贯穿整个科研组织模式的各个环节：从问题的提出、解决方案的设计直至研究的组织实施都是多学科研究者、资助方、用户甚至是社会公众共同参与、紧密协作的结果。在这一时期，问题导向、外部牵引的动力更强，融合多主体、多领域研究者的直接目标就是解决实际问题，并间接地催生新的学科、培养复合型人才。虽然在学科发展的不同阶段产生了新的科研组织模式，但新模式与旧模式之间并非替代关系，而是互为补充的关系，共同促进科技的进步与社会的发展。（表1）

四、对我国的启示

通过对融合研究的概念、产生及特点的分析，可以发现，融合研究是科学自身发展与社会经济发展需求共同作用的结果。融合研究与学科分化、学科交叉阶段最显著的差异体现在融合研究问题的提出不是来自科学共同体内部，而是来自社会经济发展中面临的重大问题。在科研组织方式上，不同于目前广泛采用的政府与科学共同体之间的委托代理模式，而是研究的资助主体、执行主体及其所形成的网络作为一个整体，共同开展研究。融合研究的直接结果是重大问题得到解决，在此之外通过融合研究的组织模式产生全新的学科领域、方向，培养具有复合能力的高水平人才。基于融合研究的特点及各国在促进融合研究发展的实践，从理念吸收、创新资助模式、具体资助机制三个层面提出以下启示。

图3 融合研究在学科发展层面的变化趋势

表1 学科分化、学科交叉、融合研究的比较分析

第一，关注融合研究发展趋势，吸纳融合研究资助的理念。融合研究作为新兴的资助模式已得到科技发展大国、强国的广泛关注，并在解决社会经济发展重大问题中显示出优势。例如，美国自然科学基金会、雷蒙德与贝弗利赛克勒基金会（RBSF）等已资助了多个融合研究项目。日本京都大学、东北大学、早稻田大学等都建立了融合研究中心或融合研究部以促进融合研究的发展。因此，建议我国资助机构密切关注融合研究的发展态势、资助实践及成效，吸纳融合研究的资助理念。

第二，构建基于融合研究理念的创新资助模式。将融合研究理念纳入政府科研资助框架内，探索在“五类计划”推进实施过程中吸纳融合研究思想的可行性及实施方案。例如在国家重点研发计划的资助中，吸收融合研究的资助模式，改进问题提出、研究资助与科研组织等多环节，通过改革资助模式，解决科技计划资助中“科技与经济两张皮”的问题。

第三，建立融合研究中心资助试点。借鉴美、日等国经验，在科技计划资助及大学基础研究资助中探索建立融合研究中心。一方面，在科技计划实施中设立融合研究资助试点，有助于探索符合我国国情的融合研究资助模式，进而通过创新资助模式提升政府资助效率；另一方面，在大学建立融合研究资助试点，有利于从源头推进面向问题导向的基础研究工作，加强复合型人才的培养，为社会经济发展输送真正可用之才。