科學組織范式的演變及其發展趨勢研究*

姜明智 曲建升 劉紅煦 卜玉敏

（1.中國科學院蘭州文獻情報中心 甘肅蘭州 730000）

（2.中國科學院大學圖書情報與檔案管理系 北京 100049）

（3.同濟大學圖書館 上海 200029）

隨著第三次信息革命的深入、互聯網技術普及和人工智能的發展，科學研究的組織手段不斷發展，大科學研究、集成研究、公民科學、開放科學特征日趨顯著，正在邁入數據密集型科研范式階段。范式(paradigm)這一概念由托馬斯·庫恩于1962年在《科學革命的結構》提出，即“指得到公眾認可的典型模式，作為一種模式或范例，它能夠替代作為一般科學存在的難題解決辦法的明確基礎性原則”。在不同的發展階段，科學活動的組織范式均基于不同的科學需求、經濟社會需求，以及研究對象和研究手段的不同而確定，其中國家科學活動主導主體和科研活動實施主體 （科研機構和科研人員）發揮著關鍵作用。本文通過對研究對象、組織結構、科研機構等三個方面的科學組織范式轉變及其驅動因素分析，梳理科學組織范式的重要內涵及其重要性，并探討科學組織范式的未來挑戰與趨勢。

1 研究對象的轉變：從興趣引導到大數據驅動

隨著科學認知水平的不斷提高與科學研究工作的不斷深入，科學的發展也推動了科學知識體系的豐富及分化，并逐步形成現代的學科門類體系。人類最初對于科學的探討主要集中在對大自然未知世界的興趣探索；隨著專業科研機構的涌現，科學研究逐步向更加專業的經驗科學、理論科學發展，及至進入第三次科技革命和互聯網時代，計算科學和基于海量數據的數據密集型科學成為科學研究的重要組織方式。

科學組織的對象也由好奇心驅動下的對于人類自身和自然界的探討，轉變到應用驅動的產業應用需求，再到數據驅動的數據密集型科學。數據密集型科學是對經驗科學的補充，并得益于計算機科學發展的支持。從自然科學到數據密集型科學的科學范式演進過程（見圖1）來看，最初只存在描述自然現象的實驗科學范式，該范式是以觀察和實驗為依據的研究，也稱為經驗范式。幾百年前理論科學產生，主要運用建模和歸納方法開展科研活動，即理論科學范式。隨著互聯網時代的來臨，科研人員開始重點研究計算科學，運用模擬科學范式，模擬復雜的現象進行科學研究。在20世紀60年代，數據科學出現，21世紀初期，吉姆·格雷面對數據科學時代，提出了數據密集系統科學范式（第四范式）的概念。“第四范式”是從認識論的高度來審視科學研究的發展趨勢，是各種科學研究范式的融合范式。

2 科學組織結構的轉變：從科層制組織到網絡型組織

隨著現代科學的不斷發展，科研機構的服務對象由傳統工業轉化為創新性產業產出，傳統科研機構的組織特征，包括權責分配、組織目標和人員結構等方面都在不斷發展進步，逐漸轉化為新型組織范式。本文將從科研機構中常見的組織結構的轉變來進行說明（見表1）。

傳統的科學組織論結構可分為科層制組織、權威接受型組織、責任型組織。其中：科層制（又稱官僚制）由馬克斯·韋伯提出，是一種基于法理型統治之上的，按照職能進行分工、分層，并以規則來管理上下級活動的管理方式。科層制組織遵守固定規則，自上而下地對組織工作進行安排，對組織成員的職權明確規定，組織成員只需要按照規定和指令進行工作，不需要獨立思考與創造。科層制組織具有穩定性強、專業化水平高、嚴密、效率高等優點，同時存在人員不夠靈活、缺乏創新性、積極性等問題。科層制包括直線職能制、事業部制、矩陣制等經典結構。

圖1 科學范式演進過程

權威接受型組織由巴納德提出，是對韋伯理論的繼承和發展。這是一種權威接受論，即任務的權威性不是任務提供者決定，而是由任務的接受方決定，在這種組織中，可以通過增強個體協作意愿，相互共同交流，通過有效的協作使下級接受上級的任務和權威。兩者都要接受規則（如法律、法規、規章、制度等）的約束，這有效提高了組織人員的科研熱情和工作效率。

隨著外部的動態不確定性增強，組織的生存越來越依賴于響應需求的速度，責任型組織由此產生。比起科層制組織和權威接受型組織，責任型組織通過內部人員的責任將其聯系在一起，構成一個完整的責任共同體，組織內部成員具有共同的目標，通過自愿參與的協作方式，根據各自職責進行分權，每個成員對自己的崗位負責，并承擔整個共同體的責任和利益。

表1 科學組織結構轉變

進入20世紀90年代，社會生產力不斷發展，人員流動性不斷增強，組織對于創新性與靈活性有了更高要求，原本按部就班的機械化模式嚴重影響了組織的創新與發展。為了進一步提高組織靈活性和效率，流程型組織和網絡型組織應運而生，組織范式也在逐漸向著更加靈活、有效的方向變化。

新型的科學組織結構又分為流程型組織和網絡型組織。其中，流程型組織又稱鏈式組織，流程型組織強調組織的整體性，其根據科研活動的各個流程來配置相應人員和工作，通過人員之間的相互協作，將組織的投入轉化為最終產出。流程型組織范式因此具有明晰的層級結構，各部門間分工明確、聯系緊密，上下游部門充分交流信息和優化調整，最終完成組織的任務。

隨著跨區域、跨機構、跨學科開展合作的需求日益凸顯，網絡型組織逐步興起。網絡型組織是以核心機構為主導，利用外部其他組織的優勢，共同開展科研任務。網絡型組織與其他組織的區別在于沒有集權控制，組織成員通過交流網絡權責分明。除了組織結構的轉變，科研機構也從最初的實體機構變成虛擬的網絡型組織，科研人員跨越時空進行科研交流。

傳統組織機構和新型組織機構在組織對象、結構特征、權責分配、組織目標、組織人員等方面有明顯差別（傳統與新型組織范式的區別見表2）。通過對科研機構組織范式分析研究，可以發現，組織范式從最初的集中管理到分散管理，權力下放，權責逐漸明晰；組織范式也更加注重效率與靈活性，組織與外界聯系更加密切，應變能力變強。除此之外，組織范式也更加注重組織內部與其他組織之間的關系，向著平等協同的方向發展。

除了組織結構外，科研經費來源也發生了轉變。學會這一科研機構創立之初，由于技術等方面的限制，學會創始人及會員主要是有一定經濟基礎的上層階級，經費主要依靠他們的支撐。隨著工業革命的發展，科研機構的研究成果具有了商業價值，企業、政府也開始參與其中，甚至建立專門的科研機構進行研究。隨著大科學研究的出現，大科學項目規模和投資巨大，政府開始發揮主要作用。

科研組織管理范式由最初的自上而下集中制向交互協助、職權分明方向轉變，由最初森嚴的集權制向平等和諧的權責分明制轉變。組織范式的演變主要集中在管理的集中與分散，靈活性與效率兩個基本點上。因此，范式構建需要解決分權與集權、靈活性與效率等一系列具體問題。新型組織范式甚至打破了原有的制度化，新型組織受到的規矩制約逐漸變少，組織更加具有動態性、靈活性、虛擬化，對外界的應變能力逐漸增強，與外界聯系更加密切。組織更加人性化，更加鼓勵成員創新，以提高組織整體素質。自工業革命后，科學組織開始出現，組織范式也相應出現并逐步完善成型。組織由最初的少數人主導到政府主導，組織的規模在逐漸擴大。組織不再拘泥于完成內部研究，而是主動與外界交流。組織內部平等與其他組織之間平等、共同進步。各種科研機構之間不是孤立的，而是在已有的科研機構基礎之上形成。

3 科研機構的轉變：從學院到眾包平臺

組織范式的演變是歷史發展、社會進步的產物。隨著科學技術的發展，社會需求的改變，原有的組織范式不斷調整，新的組織范式產生并發展。正是由于這種保持適應性并隨著社會需求變化的能力，組織才能不斷生存、發展和進步。中世紀以后，科學組織便開始出現，最初以學院或學會為組織單位；隨著工業社會的到來，學科體系開始建立，高校與研究所憑借其學科背景逐漸成為主導；伴隨學科集群的出現，科學公園、科學城、科研生產聯合體等科研基地開始與高校、研究所一道成為主導；隨著開放科學的發展，公民參與科學研究活動的熱情提高，組織由最初的少數人主導轉變到政府主導和公眾參與，組織的規模在逐漸擴大，也更加多樣化、復雜化，因此科研機構組織不是單一的，而是多種組織協作研究（科學研究機構組織模式的轉變歷程見表2）。

機構在不同的發展階段會有不同的組織戰略和發展目標，為了滿足不同的需求，需要對人力物力資源調配，更好地適應變化。各組織發展到一定程度，會進入到一個平穩發展時期，同時也會出現新型組織滿足和順應時代要求，但并不意味著原有機構已經失去了價值，這些機構仍然存在且隨著科學的不斷發展調整自己的組織范式與管理模式，并積極地與其他新興科學組織相互合作，跨學科、跨部門地協調共同開展科學研究活動。如今實驗室仍然是當今社會從事科研活動的最主要機構之一。

表2 科學研究機構組織模式的轉變歷程

3.1 學會、高校等學院組織

最早出現的科學組織便是學院組織，但僅限于內部研究，且對外封閉。17世紀初期，由許多業余愛好者建立的英國皇家學會，成為世界上最早出現的科研機構，旨在探索自然與科學的真諦。此外，比較典型的還有佛羅倫薩西芒托學院，它是第一個有組織化的科研機構。

學會于17-18世紀出現，由于對設備和技術的要求較高，僅有少部分對科學感興趣的科學家可以參與其中。進入19世紀初，柏林大學開始實行校—院—系（所）三級管理制度，并大力提倡提高大學的科學研究功能，大學開始科學研究與教育并行前進。由于高校的首要職能是教育而非科研，隨著學科分類體系的出現，研究所開始出現，使得專門用于科學研究試驗的實驗室應運而生。

3.2 實驗室

隨著工業革命的發展，科學研究對專業化水平的要求不斷提高，傳統的學會已經不能滿足其要求，科學研究工作從獨立的個人活動變為由多個研究者共同進行的集體活動，加強科學家之間的合作，同時借助高校的科研工具、資金，科學研究的主體單位轉化為高校實驗室。19世紀后期，工業實驗室出現，科學研究不再局限于單純的科學研究，而是將科學研究與商業盈利結合在一起。工業實驗室的出現，加強了理論與實踐的結合，既保證了研究成果得到充分利用，又可將盈利成果作為研究基金，以便于后續研究。組織的范式由最初的封閉式逐漸向開放式轉變，組織成員準入門檻降低，組織也開始針對社會需求進行科學研究。如卡文迪許實驗室（Cavendish Laboratory）由劍橋大學校長卡文迪許于 1871 年建設，是當今世界上影響最大的基礎科學研究機構之一。20世紀70年代后，卡文迪許實驗室通過建立科技園和企業校園實驗室實現了科學研究成果化、產業化的道路；并通過與其他科研機構跨機構、跨學科開展交叉學科、多學科研究，擴大了科學研究的范圍。

3.3 科學城—科研生產聯合體—科學公園

隨著現代社會開啟，傳統科研組織存在科學成果無法及時轉化成產品的問題，因而許多高校附近形成一定的集群，在高校周邊建立起科學公園、科研生產聯合體，形成一個科學城。科學公園是知識、人才、技術高度集中，“科研、教學、生產”三位一體化的區域性科研組織；科學公園往往將大學與工業研究結合在一起，通過將科研與生產高度融合，鼓勵科研人員創新。隨著跨學科研究與大科學發展，科學研究需要進一步集中聯合，科學城應運而生。如筑波科學城就是由政府全權主導，從規劃、審批、選址到科研等整個過程和運行都由政府來決定。政府通過科學城的規劃，可以集中人才、技術、資源，將生產與研究完美契合，形成相應的科學產業鏈。科研生產聯合體就是將科研單位與生產單位聯合在一起，比起科學城，科研生產聯合體不局限于地域，具有多個分散各地的單位，這些單位緊密聯系，互相合作。

科研組織機構在不同國家、不同歷史時期不斷發展演化，并不斷強化社會需求這一科學研究目標，以及逐步與產業化過程相結合。科學城、科學園與高校，高新科技公司聚集在一起，形成從理論到實驗到成果再到大規模產業化的鏈條。科研機構由最初的興趣、愛好驅動逐漸轉變需求驅動，組織范式更加成熟化、規范化。組織范式由最初的小規模化逐漸轉化為大規模組織，甚至由政府主導。

3.4 創新工廠和創客空間

20世紀90年互聯網興起后，網絡已經極大地改變了各類組織的組織模式。21世紀以來，開放科學、開放式創新同樣沖擊了原有科研組織模式。創客、創客空間、創新工場、開放式創新平臺、孵化器、公民科學等新形態層出不窮。

在電子計算機和信息技術創新價值體系下，企業科學組織開始轉型，科研準入門檻降低，創客開始出現。創客（Maker）是出于興趣愛好將自己的創新創意實現并轉化為產品的人，創客由產品的消費者轉化為創造者、實踐者。創客空間是一個社區化運營的工作空間，面向不同年齡段、不同背景的用戶（包括學生和創業者），提供給具有共同興趣的創新團隊和成員的一個公共開放的創新研究和培訓教育的交流平臺。創客空間作為一個整體，所有成員都可以參與到科學實驗中，將自己的興趣愛好變為現實，是一個集創造、學習、創新和發明為一體的全新工作空間。創客空間將創客們聚集在一起，創業者帶著項目入駐孵化器，除了獲得辦公場地以外，還將獲得孵化器內各個領域專家的深度指導和幫助，而創業者本身不需要注冊與投資公司，創業風險降低。創新工廠是企業致力于發展高新技術企業，培養高端人才，以創新科技為支撐，集成利用企業孵化器和企業加速器功能，為處于萌芽期的創業者提供資本、市場、技術、人力和法律支持，并提供全方位創業培訓，挖掘其內部潛能的一個創新創業平臺。

3.5 科研眾包

科研眾包（crowdsourcing）是當代科研活動的一種新方式，研究發起者通過互聯網將任務外包出去，公開征集和挑選合適方案，聚集大量的科研人員的協作進行科學研究，共同解決科研難題。科研眾包的主要參與者是公民科學家。公民科學（Citizen Science）也被稱為公眾參與科學研究（public participation in scientific research，PPSR），又 被 稱 為Crowd Science 、Crowd-sourced Science、Civic Science 或 Net worked Science。公民科學為“主要在業余的基礎上進行系統數據收集和分析、技術發展研究、自然現象測試等，以及這些研究活動的傳播”。NASA借助

35000多名公民科學家的力量，在Spitzer銀河系數據中找到了5000多個紅外泡，這對全面分析銀河系恒星形成過程中的能量平衡十分重要。

科研眾包包括大眾和外包兩部分，企業或機構就是發包方，將科研項目發到科研眾包平臺上；眾包平臺將人物細分成多個子項目、子任務，外包給接包方，也就是公民科學家；接包方完成任務后，將其傳到眾包平臺上，平臺對其任務進行審核、檢查，整理后選擇最優方案遞交給發包方（該組織模式示意圖見圖2）。

4 新型科學組織范式的發展趨勢分析

當前科研機構正處于數據密集型的科學范式發展進程中，跨機構、跨學科、平臺化、體系化、分工細化、開放協作的特征愈加突出，全新的科學組織范式正在形成之中。這一新型的科學組織范式將以數據驅動、開放協作為主要特征，并在科學研究活動、科研管理、科研人員組織等具體方面均具有專門的特征。

（1）科學研究活動的組織范式。科學研究活動的組織范式從第一范式的實驗科學到第二范式的理論科學，再到第三范式的計算和模擬科學，直到最新的第四范式數據密集型科學，每一次變化都是隨著科學認知的拓展、科技應用的發展、社會和公眾需求的改變等而產生。當前科學研究效率的快速提升、科學成果的加快涌現，均得益于過去數十年間信息技術和數據科學的支持。開放式的網絡化協作科研和數據驅動的數據密集型科研已成為科研活動的重要組織方式，而且可以預期，這一趨勢將持續加強，并最終建立基于先進技術、開放理念的全新的科學組織范式。

圖2 科研眾包平臺組織模式

（2）科研管理的組織范式。科研管理組織范式的演變具有以下特點：一是從最初的集中管理到分散管理，權利逐漸下放，權責不斷明晰；二是由最初的自上而下集中制向交互協助、職權分明方向轉變；三是由最初森嚴的集權制向平等和諧的權責分明制轉變；四是更加注重效率與靈活性，組織與外界聯系更加密切，應變能力逐漸變強。科研管理的組織范式將更加注重組織內部與其他組織之間的關系，科研機構和學科的邊界也將被打破，并形成以科學問題為主線，跨機構、跨地域、跨學科進行資源組織、人員管理和設施配備的新型科研管理組織范式。

（3）科研人員的組織范式。先進的科研設施與技術的發展，在兩個方面影響著科研人員參與科研活動的方式：一方面，專業人員的分析測試、觀測監測、模擬研究等手段和水平快速提升，支持專業人員向更專業的層面發展；另一方面，技術的發展也降低了科技活動的成本和準入門檻，在一些研究區域或研究對象寬泛的科學領域，公眾的參與度不斷提高，遠程、分布式、網絡化的科研人員組織范式日益普遍，允許更廣泛參與的開放科學成為傳統嚴謹科學的積極補充。新型科研人員組織范式的發展，也將在分布式科研任務的眾包管理和多源科學成果的集成等方面提出全新的管理要求。