開放科學中的學術交流研究綜述

【摘要】簡介開放科學的含義及其結構與動因，說明新一代科技信息交流需求是開放科學發展的主要動力，分析開放科學計算工程的發展條件，并且提出學術交流支撐服務的若干想法。

【關鍵詞】網格 云計算 社會網絡 公眾聯合資源 學術交流需求 科技信息政策 Web2.0 eScience

開放科學是一種新型科技交流方式

當前，科技發展日新月異，交錯復雜，無論是大科學含義下的全球性大型聯合研究項目，還是小科學含義上的獨立創作工作，在這個日益變化的時代，都需要了解開放科學的影響。

1.1 開放科學是什么

“開放科學”（open science）是指除了最終研究成品之外，研究人員分享他們在研究過程中的每個元素，以促進研究人員之間合作的一種新型科研方式，它能夠促使科研人員自發地開展新的虛擬合作研究[1]。例如，根據機構知識庫的存繳政策，機構支持的科研人員在科學研究過程中，其所累積的數據以及投稿論文的最終修訂稿等，都是屬于最終研究成品以外（如期刊刊出的論文或者合成化學藥品）的研究過程中的素材；提供這種素材是加入開放科學的方式之一；不過，開放科學還具有更為廣泛的泛知識管理機制。

開放科學是一種知識生產的動力系統。從技術前瞻（technological foresight）的角度來看，未來科研工作的進展，取決于當前知識的生產、存儲、利用、傳播（開放性和可讀性）對未來科研活動的設計和限制。從公平與效率的經濟學原理來看，開放科學是信息披露和保密之間的平衡機制，通過平衡達到效率的最優化，意即信息披露的利益取決于隨后研究人員使用披露信息的一部分，因此，保密知識的成本以及個人尋找知識的相對弱勢等因素是開放科學的相對優勢[2]。從知識社會學的長期戰略思維來看，保持科學開放能夠提供更高層次的社會福利，在一些公共政策領域里，開放科學具有得到公眾支持、適當規劃知識產權權益、強化科學規范和機構作用等好處。

以計算機工程的角度來看，開放科學的具體應用包括4項要素：①科學數據、元數據的發布執行原則；②開源和基于網絡的使用、驗證和探索研究；③云計算和分布式計算效率；④基礎設施共享[3]等。這4項基礎要素是開放科學當前在業界比較普遍的一種范疇和內容。下文將提到這些內容的具體含義和發展條件。

1.2 開放科學的發展動因與結構

開放科學的發展動因在于科學家如何決定是否與他們的同事共享或者不會共享信息，然后才是開放科學的基礎建設和計算工程，其發展結構受制于每項具體的科技信息政策。

有關研究表明，社會資本（即預期互惠）與科學家社群在何種程度上符合開放科學的信息共享相關規范有關，而科學界彼此之間的競爭利益則是中等程度的影響因素，其取決于科學家屬于哪種社會網絡與行業競爭系統[4]。 換言之，不同學科、不同科學社群以及不同國家地區等的科研制度結構，也會影響該領域的開放科學進展。例如，一項針對丹麥生命科學研究人員所做的專利對學術研究的意義及其開放科學的觀點的調查顯示：從事基礎研究（特別是生產力相對較低）的科學家對專利的學術研究意義持懷疑態度；而研究資助的受助人、與業界密切相關的科學家以及全職教授和高生產力的科學家們，則不太關心開放科學的事情[5]。可見，開放科學的理念正確，但是實行起來還還存在若干問題，值得進一步研究。特別是開放科學作為知識生產的動力系統，其發展動因在于科學界的預期互惠原則。

另外一項結構性因素是市場設計，市場設計的三個基本原則是：市場厚度、去除擁塞和市場安全。良好的市場設計可能帶來創新型社會的健全發展，而違反市場設計的原則，則可能抑制資源配置的效率。有人從市場設計的角度，提出開放科學所披露的規范價值，可能會對生產思想的作者獲得市場回饋的能力產生質疑[6]。人們已注意到開放科學發展過程中的危機，但是，為什么又需要開放科學呢？

科技信息交流的新需求

學術交流向來是科技發展的一個重要組成部分，健全良好的學術交流體制會促進科技創新，反之亦然。當前以及可預見的未來科技創新，將更加依賴學術信息交流并將其作為一個重要基礎。科技信息交流的新需求有四個特點：大規模計算資源的需求、全球共同研究的需求、數據驅動科研以及研究成果再利用的需求。這4項需求，促使科技信息交流朝向開放科學的方向發展。

2.1 大規模計算資源的需求

首先，盡管個人計算工具的數量不斷增加（如筆記本電腦的快存記憶體、中央處理器、高容量記憶體等），但是科學研究數據的增長規模更為巨大！趨勢表明，科研用戶如何管理大規模的復雜性數據將成為未來科技發展的主要基礎設施問題，因為這些科研數據可能讓用戶的計算資源飽和，而使得用戶自己面臨窘境，并且扼殺協作和共享[7]。從大科學的角度來看，計算資源甚至已經成為國家戰略資源的一部分，其重要性不亞于戰略性儲備石油或者糧食。

計算科學的最新進展是使用千萬億次的資源，加深科學觀察的細粒度以及加大科學成果的規模；它可以處理諸如材料科學的物質研究、艾滋病毒的物種研究、腦血管血流動力學的生物醫學應用[8]等復雜科學的問題。形象地說，這類研究需要的不僅僅是可驗證的范式，還需要不斷實驗所帶來的“好運氣”，人們必需借助開放科學所帶來的大規模計算資源，來增加“擲骰子”的次數，以獲得哪怕只是一點點的“好運氣”的機會（推薦閱讀《上帝擲骰子嗎：量子物理史話》一書）。

2.2 全球共同研究的需求

在海洋科學領域的科學文獻方面，學術資源集成商EBSCO為科學界提供了一份開放科學指南——一份免費提供給發展中國家的機構和科學家的科學期刊目錄[9]。然而，這僅僅是附和，而非真正滿足了全球共同研究項目的需求。科學家真正需要的開放科學模式是通過先進的統計方法和工具，如分類、關聯規則挖掘、聚類分析等工具分析數據，通過事件元數據記錄的固定性和相對簡單的模式，使標簽輸出到其他存儲的技術簡化，并且利用來自其他社群現有的數據挖掘組件等[10]的模式。

這種需求來自于某些必須是全球性合作開展的研究。例如，聲音是許多海洋生物生存活動的一個重要因素，而噪音對海洋生物的影響是當前海洋科學的一大未知變數。大量證據表明，在過去的幾十年里人類噪音已成為海洋噪音的主要組成部分，特別是在一些日益工業化的地區。如果要進行全球海洋觀測，并且實現對重要海洋生物生存功能與關系的預測功能，需要收集、觀察和建模等研究，而科學數據的交流及其保障機制，就成為了一個重要議題[11]。類似海洋噪音的研究，還有許許多多，然而重要的是，人們必須借助開放科學才能達到數據共享和共同計算的效果。

2.3 數據驅動科研的需求

數據驅動科研背后的一層含義，就是科研數據的保存、流通、管理、保障等一系列的需求和問題。以結構生物學為例，早期發展階段并沒有建立維護實驗數據的制度，然而，隨著科研問題日益復雜化，目前在結構生物學界的人們越來越相信這些未被充分保管好的數據對于每個大分子結構的研究具有重要的參考價值[12]；數據被存檔和收集起來，并且在適當的時機發布，是開放科學的重要舉措。此外，共享科研設施，例如同步輻射光束線所廣泛使用的復雜數據的存儲、訪問和管理問題，也是伴隨著開放科學所衍生的新課題[12]。目前，人們認識到數據驅動科研在實踐層面上，最佳做法便是開放科學。

2.4 研究成果充分利用的需求

研究成果被埋沒的原因很多，最為可惜的是良好的研究成果因為沒有立即轉化為商業產品，而被日益增長的文獻垃圾所掩埋掉。10多年來，化學信息學對分析化學、生物化學藥理學和藥物發現等具有卓越貢獻，然而其面臨的挑戰是如何更快地發展更好的產品：開放科學的模式有助于做出這些判斷，并且一些開放科學的工具，有助于一些已經處于最壞情況（缺乏資金而且缺乏利用）的項目，轉變為最佳情況（從系統生物學到虛擬生理的完全集成）的利用等[13]。其關鍵在于化學產品開發，往往需要在主流（即被接受、可預期的項目）和新穎之間做成選擇。因此，研究成果的充分利用，或者說是研究數據的再利用，成為強勁拉引開放科學發展的需求動力。

因應新需求所產生的新工具

在科技信息交流的新需求下，新的工具便應運而生。開放科學的網格技術、安全與授權機制、云計算與智慧電網的應用以及數據交換包和社會網絡工具等，是這一波科技變革從大到小的各種科研新工具。

3.1 開放科學的網格技術

開放科學網格（OSG）支持新科學、新科學家以及新方式的研究工作，通過在線教育、共同參與以及分發任務等，產生各種規模的新的社群活動[14]。開放科學網格是一種大型分布式計算基礎設施分布式系統，它能夠為科學界提供日益多樣化的服務和軟件開發，也促進了從業人員和研究人員的團隊協作，實現了開放科學的初步理想[15]。

網格是由分散的機構所擁有的資源組成的，因此，必須利用網格計算環境的基于策略的調度技術，來處理新一代多媒體應用需求的異構資源：①它必須支持資源使用限制的調度；②它必須提供網格資源分配問題的最優化解決方案；③它必須考慮到資源分布的地理性和異質性；④它必須能夠跟蹤資源，進行工作量的調整[16]等。

通過開放科學網格，能夠提供數百個通過標準訪問計算和存儲資源的網格界面[17]。因此，各國紛紛推進網絡基礎設施建設，從科研角度上，這些基礎建設能夠支持虛擬組織更有效地創建和利用知識[18]。

3.2 開放網絡的安全與授權機制

為了建設完備的網格基礎設施，資源供應者必須發布關于它的潛在資源和服務信息，使得用戶和虛擬組織更容易判斷資源的選擇和調度；然而，這樣一個對外提供包括敏感數據的網站，容易揭露用戶的私人信息和曝露重要的實體數據等。因為這些潛在的安全漏洞，開放科學網格收集的數據包括資源選擇、監督、審計、故障診斷、記錄和現場核查等，需要一套風險評估和潛在威脅預警的模型，以管理和保護敏感數據[19]。在數以千計的用戶和數百個機構之間的開放網格中，數據存儲地點容易受到黑客攻擊，網絡安全成為跨越體制的問題，特別是大型科學實驗的管理以及科學家的社會網絡的協作規則是需要共同討論和遵守的制度；通過混合整數規劃（MIP）模型以及采取一些合作規則（例如，必要時暫停合作或關閉網站），能夠最大限度地降低威脅級別[20]。

安全機制與授權機制密不可分。始創于2006年的互操作性授權，是為促進開放科學網格（OSG）和電子科技（EGEE）項目的網格之間的互操作性，藉由一個共同的授權協議，授權不同的軟件產品進行集成和社會融合[21]。如此一來，開放科學網格（OSG）和電子科學網格（EGEE）就有了一個基于公鑰基礎設施的共同安全模型，使得網格資源授予訪問用戶具有一個虛擬組織（VO）的身份，而不是個人身份；為此，人們尋求一個授權的互操作性的聯合項目，去定義包括一個共同的通信協議、授權和屬性身份的眾多定義，以及可以實施重要網格中間件的基礎設施和數據集成機制[22]，從而滿足了開放科學的數據流通需求，同時又可保障開放網絡的安全性。

3.3 云計算與智慧電網的應用

大型開放科學網格，為研究人員提供了大量的計算資源，可以根據要求而限制訪問，但是可能會影響用戶的工作流，所以在許多情況下，通過設施即服務（IaaS）云計算，使得個人用戶和社群的受限范圍縮小，由于可以結合當地資源和需求資源配置的一個或以上的IaaS提供商等調配資源、遠程訪問和環境配置等的靈活性，網格基礎設施（如網絡虛擬工作站（WOW））的管理就變得比較容易掌握[23]。

例如，美國變形彈性網絡（deformable elastic network， DEN）通過一個簡單而直觀的網絡接口集成到SBGrid科學門戶網站，提供接入智慧電網服務，能在幾個小時內完成許多過去花費數千小時的標準計算 [24]。智慧電網通過實施資源網關的標準接口，實現資源的統一訪問。在開放科學網格（OSG的）上，對用戶的虛擬組織（VO）成員身份授予權限[25]。這些措施有利于調動計算資源，達到運算效率最優化。

3.4 支撐開放科學的數據交換與工作交流

如前所述，科技研發有研究數據重新利用、重新挖掘以及重新組織等需求，因此如何促使開放數據的交換和交流，便是一個小規模層次上的關鍵問題。以Talkoot工具包為例，這種小程序，能夠有系統地收集、標記和共享地球科學數據，成為一種分享數據、工作過程和研究筆記的網絡學術信息交流工具[1]。盡管不如智慧電網或者云計算那樣涉及龐大資金和設備投入，卻是開放科學中必不可少的一種新工具。另一方面，不僅僅是研究成果和實驗數據的交流，在網上進行自我組織的研究項目也正在成為新型的科技研發方式。例如，在myExperiment社會網站上，人們能夠共同進行發現、共享和策劃科學的工作流程和實驗計劃，它是一套支持研究人員和社群的工作流程社會化的模式[26]。這種新的嘗試，使得新一代科研人員認識到：開放科學使研究內容的傳播更加廣泛，可能會縮短知識流轉的周期和知識發現的時間。

新工具所產生的新問題

技術創新的關鍵往往不在于科學理論和工程實踐，而在于之前所提到的需求變化、社群交流模式變化、生產條件變化以及最為關鍵的、如下將提到的、往往被人忽視的形而上因素。

4.1 開放科學的倫理問題

對生命倫理基本原則的尊重（如自主權、隱私權、善意原則、正義和研究完整性等）與開放的科學數據共享的技術工具之間，必須保持平衡，才能夠有效地發展開放科學，一味顧慮倫理保障而無視科學發展的需求，是不切實際的，然而，一味強調技術工具而忽視科學倫理，更得不到社會群體的支持。所以，在科學技術與科學倫理之間，就需要科技信息政策居中協調并作為一個平衡雙方的杠桿。例如，在干細胞研究領域里，目前，可公開訪問的SNP數據庫，因為允許個體識別的新方法和相關工具的應用，已經備受爭議。目前對科學倫理所采取的技術保障措施，不能完全保護捐助者的身份資料；對此，國際干細胞論壇（ISCF）發布 的“SNP人類胚胎干細胞的出版政策聲明”中，強調了相關研究工作的倫理[27]。這說明“開放”科學其實也需要一定程度的自我約束和共同規范，如此，才能穩健成長。

4.2 支撐開放科學的政策研究問題

科學界對于開放科學往往有著不同的認識，例如什么是重復性、計算資源、科學榮譽、數據共享、成果共享、同行評審、成效評估等的含義往往模糊不清，從而需要廣泛的意見和動機調查，并且通過不同的宣傳，達到凝聚共識和達成協議。這些工作有賴于專業科技信息政策研究與咨詢的工作小組推動，方能使得科研人員更容易獲得學術信息交流的便利服務，并更好地從中受益[28]。這是純粹從知識服務的角度來看待開放科學的政策決策支援工作。

如果從結構性矛盾等體制來看，開放科學機制與專利激勵制度的矛盾，則更需要科技政策的居中協調。例如，在生物醫學研究領域的體制內，知識產權（IP）制度使專利保護擴展到新的領域，這種變化帶來了兩個風險：①高成本的研究工具和少量具有獲利效果的研究成果，弱化了知識傳播；②對傳統上與科技進步相關的開放規范的破壞[29]。一項針對法國大學教授的調查顯示：從大學到產業的技術轉讓，會延遲研究結果的公布，從而阻礙了科學知識的傳播，特別是在生命科學和醫藥領域中的知識商品化現象，更為顯著[31]。可以說，由于受到公共資金資助的研究人員目前還處于一個混合體制之內，所以這種環境迫使他們在“開放科學”和“專利制度”的共享公約和市場規則之間擺蕩不定，再加上最新的知識產權實踐與不斷增長的科技產品的緊密互動，深刻地影響科研經費政策，所以情況更加復雜而難以穩定發展。這些都是目前制約開放科學發展的政策問題。

走向未來的新型圖書情報服務工作

圖書館是在創新型社會中進行科研成果描述、收集、保存、管理、取用等工作的重要組織。

不同種類的研究資源共享的規模越來越大，其中新形式的學術交流（如Web2.0或者其他非正式交流模式）的實踐模式、阻礙者與推動者、創新動力等，值得進一步研究[31]。例如，我們可以將新興的“社會網絡”看作是有數以百萬的人在一個集體的知識系統上（包括社區、博客、論壇、郵件列表、協作門戶和其他在線系統）進行集體創作，這些技術是傳統研討會議、論文發表、書籍出版等分享知識機制的補充，而且成本更小。越來越多的科學家和研究人員開始利用這些“開放資源工具”作為集體討論與科研成果發布的變革方式，它們利用同事的專長以加快科學知識的發現過程[32]。在這種環境下，圖書情報工作面臨的挑戰是什么？

開放創新和開放資源工具是為了支持不同的人合作而出現的新思路，這為科學研究和教育提供了新的機遇，開放科學2.0包括公眾科學論文、公開講座以及集體智慧創作等幾個方面，它不僅提高個人成果的顯示度，也鼓勵學術理論和工作實踐之間的交流[33]。這種傳統上的非正式信息交流模式正在變成主流的信息交流模式，圖書情報機構將如何面對這一轉變？一項英國e-Science項目的調查結果表明，雖然政策要求公開資源共享，并且在日常生活中也存在廣泛共享的精神，但是仍然有許多不確定因素和尚未解決的問題，如出版形式和方式以及它的權益管理等[34]。未來，科技信息政策在開放科學的發展過程中，將日漸凸顯其重要性，如何深入了解技術、如何運用技術解決政策問題以及如何用政策指導開放科學的健全發展，都是這個時代的新挑戰。圖書館人必須重新思考如何在現有服務的基礎上，進行符合開放科學精神的創新工作實踐。

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