科學(xué)智能科研范式對學(xué)科服務(wù)的影響

摘 要 目的/意義：科學(xué)智能（AI for Science，縮寫AI4S）科研范式將深刻改變科研工作流程，對學(xué)科服務(wù)的內(nèi)容、手段和方法等產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。方法：文章通過分析AI4S的原理、實(shí)現(xiàn)機(jī)制和作用，得出AI4S將促進(jìn)知識快速更新迭代，人類將進(jìn)入知識大爆炸時代，相應(yīng)的對AI4S系統(tǒng)進(jìn)行不斷充實(shí)完善是學(xué)科服務(wù)的主要內(nèi)容，AI4S作為學(xué)科館員的代理人是其主要手段和方法。結(jié)果/結(jié)論：在AI4S背景下，高校圖書館將進(jìn)入知識管理時代，學(xué)科服務(wù)主要通過AI4S系統(tǒng)進(jìn)行知識管理和提供知識服務(wù)。

關(guān)鍵詞 科學(xué)智能；高校圖書館；學(xué)科服務(wù)；知識管理

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2024.27.017

The Impact of Scientific Intelligence Research Paradigm on Disciplinary Services

LI Huaming

（Huaibei Normal University， Huaibei， Anhui 235000）

Abstract Purpose/Significance： The AI for Science （AI4S） research paradigm will profoundly change the workflow of scientific research， and will inevitably have a profound impact on the content， means， and methods of disciplinary services. Method： The article analyzes the principles， implementation mechanisms， and functions of AI4S， and concludes that AI4S will lead to rapid knowledge updates and iterations， and humanity will enter the era of knowledge explosion. Correspondingly， continuously enriching and improving the AI4S system is the main content of subject services， and AI4S as an agent of subject librarians is its main means and method. Result/Conclusion： In the context of AI4S， university libraries will enter the era of knowledge management， and subject services will mainly be managed and provided through the AI4S system.

Keywords AI4S; university library; subject services; knowledge management

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和學(xué)科交叉滲透的深入，科研活動每天都產(chǎn)出了大量的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)、科研數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。這些海量數(shù)據(jù)迫切需要機(jī)器進(jìn)行自動化、智能化處理，實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的智能化。鄂維南坦言：“長期以來，科研人員在實(shí)際研究中面臨四大痛點(diǎn)：其一，辛苦研究出來的基本原理等重要成果，用來解決實(shí)際問題時比較困難；其二，目前的實(shí)驗(yàn)手段，以及收集、處理、分析數(shù)據(jù)的效率相對低下；其三，科研團(tuán)隊(duì)工作方式多為‘作坊模式’，從頭到尾都自己干下來，科研效率亟待提高；其四，在解決生物制藥、材料研發(fā)等過程中面臨的實(shí)際問題時，仍然依靠經(jīng)驗(yàn)和試錯方式?！盵1]AI技術(shù)的突破給科學(xué)研究帶來了曙光，出現(xiàn)了科學(xué)智能（AI4S）——第五科研范式。近幾年來在深度學(xué)習(xí)等AI技術(shù)的推動下，AI4S在化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域取得了許多令人振奮的成果。有的對科技信息實(shí)現(xiàn)自動化的分析與挖掘；有的在科研數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上自動或半自動提出科學(xué)假設(shè)；有的具備自動操作實(shí)驗(yàn)的能力，能夠?qū)崿F(xiàn)整個科學(xué)研究過程的全自動化[2]。在通用領(lǐng)域，ChatGPT4更像無所不知的專家，還能夠完成郵件撰寫、文案編輯、摘要編寫和代碼生成等任務(wù)，AI對科學(xué)研究、技術(shù)創(chuàng)新帶來了全局性、根本性和顛覆性的影響。

學(xué)科服務(wù)是指圖書館的學(xué)科館員為滿足教學(xué)科研需要主動開展個性化、深層次的信息服務(wù)。自 1998 年清華大學(xué)引進(jìn)學(xué)科館員制度以來，學(xué)科服務(wù)經(jīng)過20多年的發(fā)展，盡管取得一定進(jìn)步，但仍存在服務(wù)內(nèi)容表淺，服務(wù)形式單一，協(xié)作互動不強(qiáng)和宣傳力度不夠等問題。根本原因在于學(xué)科館員缺乏學(xué)科專業(yè)知識和技術(shù)，無法精準(zhǔn)把握用戶需求，導(dǎo)致服務(wù)效果事倍功半。而AI4S能夠讓學(xué)科館員從學(xué)科專業(yè)壁壘中跳出來，通過訓(xùn)練某門學(xué)科垂直行業(yè)的AI4S系統(tǒng)，把專業(yè)知識問題交給AI4S系統(tǒng)來處理，學(xué)科館員專門從事知識管理與服務(wù)工作，提升學(xué)科服務(wù)的水平，開辟學(xué)科服務(wù)新局面。

1 AI4S的實(shí)現(xiàn)原理和機(jī)制

人工智能（AI）按實(shí)現(xiàn)路徑分為聯(lián)結(jié)主義、符號主義和行為主義。①聯(lián)結(jié)主義又稱結(jié)構(gòu)模擬，就是根據(jù)人腦的組織結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)智能。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是一種典型的結(jié)構(gòu)模擬，通過對人腦的基本單元——神經(jīng)元進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)具有學(xué)習(xí)、聯(lián)想和記憶等信息處理功能的人工系統(tǒng)。ChatGPT、文心一言、星火認(rèn)知大模型及Alpha Go等都是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的代表。②符號主義又稱功能模擬，它是一種基于邏輯推理的智能模擬方法，其原理是通過建立物理符號系統(tǒng)來進(jìn)行假設(shè)和有限合理性推理，長期以來一直處于人工智能中的主導(dǎo)地位。Google知識圖譜是當(dāng)前符號主義的主要代表。③行為主義又稱行為模擬，它是基于感知—行為模型的研究途徑和方法。典型代表是布魯克斯的六足行走機(jī)器蟲，屬于低級的人工智能系統(tǒng)?？傊?lián)結(jié)主義可用來存儲和構(gòu)建知識，相當(dāng)于人的感性思維；符號主義用來推理和發(fā)現(xiàn)知識，相當(dāng)于人的理性思維。兩者結(jié)合起來將解決知識的學(xué)習(xí)、存儲、推理和發(fā)現(xiàn)功能，最終實(shí)現(xiàn)類人智能系統(tǒng)。

根據(jù)孫蒙鴿、韓濤在《科研智能化與知識服務(wù)：內(nèi)涵、實(shí)現(xiàn)與機(jī)遇》文章中對AI4S實(shí)現(xiàn)原理的表述，將AI4S實(shí)現(xiàn)過程分為四個層次：學(xué)習(xí)層、推理層、銜接層和執(zhí)行層；學(xué)習(xí)層和推理層、推理層和執(zhí)行層之間存在迭代反饋關(guān)系。學(xué)習(xí)層主要實(shí)現(xiàn)科技數(shù)據(jù)的自動獲取及預(yù)處理，用于知識表達(dá)；推理層主要實(shí)現(xiàn)知識推理并形成科學(xué)假設(shè)，用于知識計(jì)算；銜接層主要對各種科學(xué)假設(shè)進(jìn)行評估、優(yōu)化并形成實(shí)驗(yàn)方案；執(zhí)行層則執(zhí)行實(shí)驗(yàn)方案并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較分析，用于知識發(fā)現(xiàn)，至于知識是否符合客觀規(guī)律還需要經(jīng)過實(shí)踐來驗(yàn)證。整個過程涵蓋了知識、數(shù)據(jù)、算法、算力四種核心要素，只有資金、技術(shù)和數(shù)據(jù)等實(shí)力非常雄厚的機(jī)構(gòu)才有能力開發(fā)AI4S系統(tǒng)。

知識表達(dá)有兩大任務(wù)：一是智能知識檢索，即通過AI引擎對輸入信息進(jìn)行解析、提取和表征成知識，再通過知識語義關(guān)聯(lián)的獲取和匯聚來輸出知識。二是精準(zhǔn)知識加工，在獲得相關(guān)知識內(nèi)容后，如何將其加工成機(jī)器可讀可計(jì)算的數(shù)據(jù)成為后續(xù)知識發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵。知識計(jì)算包含AI計(jì)算與AI優(yōu)化兩個步驟，AI計(jì)算利用知識圖譜，通過對知識進(jìn)行推理和演算，進(jìn)而形成某一科學(xué)問題的假設(shè)空間，即利用AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)將知識轉(zhuǎn)化成可計(jì)算的模型[3]。AI優(yōu)化則是結(jié)合優(yōu)化算法和機(jī)器人技術(shù)，遵循最優(yōu)方案原則，自主選擇參與實(shí)驗(yàn)的成分和條件，把理論層面的科學(xué)假設(shè)轉(zhuǎn)化成實(shí)際層面的實(shí)驗(yàn)方案。在執(zhí)行層面，借助AI機(jī)器人在實(shí)驗(yàn)室或虛擬實(shí)驗(yàn)室代替人來自動、快速和重復(fù)地做實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果。盡管如此，“AI在科學(xué)研究中的角色隨著深度學(xué)習(xí)的繁榮而發(fā)生了變化。早期AI方法只是作為輔助工具，幫助分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。如今，AI方法已成為更復(fù)雜任務(wù)（如定理證明、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和知識發(fā)現(xiàn)）實(shí)現(xiàn)過程中的關(guān)鍵技術(shù)”[4]。人類正逐步擺脫海量數(shù)據(jù)的束縛，通過AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)知識快速發(fā)現(xiàn)，加速科技創(chuàng)新和創(chuàng)造，人類將進(jìn)入知識大爆炸時代。

2 知識管理

在知識大爆炸時代，知識管理不僅局限于知識外部形態(tài)特征的管理，還重視對知識內(nèi)容的管理。知識管理的主要目的是提供知識服務(wù)，實(shí)現(xiàn)知識創(chuàng)新。

要進(jìn)行知識管理，須先明確知識的定義及類型?！吨袊蟀倏迫珪分袑χR的定義為：“所謂知識，就它反映的內(nèi)容而言，是客觀事物的屬性與聯(lián)系的反映，是客觀世界在人腦中的主觀映象。就它的反映活動形式而言，有時表現(xiàn)為主體對事物的感性知覺或表象，屬于感性知識，有時表現(xiàn)為關(guān)于事物的概念或規(guī)律，屬于理性知識?！睂τ谥R管理的定義，張兮、李玉龍、成一航等人在《數(shù)字化知識管理理論與應(yīng)用研究綜述》文章中將知識管理定義為：“組織從知識創(chuàng)造、知識識別、知識存儲、知識轉(zhuǎn)移和知識應(yīng)用等多種流程綜合管理，以提升組織創(chuàng)新和績效，使其在競爭中處于優(yōu)勢地位?！盵5]按照知識管理發(fā)展過程可分為傳統(tǒng)組織內(nèi)的知識管理、信息化知識管理和數(shù)字化知識管理三個時期，實(shí)質(zhì)上它們都屬于傳統(tǒng)的“科學(xué)知識圖譜”類知識管理，相當(dāng)于圖書的題錄，是對知識的外部特征進(jìn)行管理。另一類是以“Google知識圖譜”為代表的知識管理，其注重對知識內(nèi)容本身進(jìn)行管理，是基于本體和語義網(wǎng)技術(shù)，建立在語義網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)上知識庫架構(gòu)的知識庫統(tǒng)稱[6]。其核心功能在于知識計(jì)算，通過聚焦知識與AI的深入結(jié)合，打通知識與數(shù)據(jù)、模型之間的鴻溝，釋放知識的力量，讓知識以更自然、更合理的方式參與AI計(jì)算，助力千行百業(yè)快速、有效地進(jìn)行智能化轉(zhuǎn)型升級，推動人工智能向認(rèn)知發(fā)展。因此高校圖書館借助于AI4S系統(tǒng)，在知識管理和服務(wù)中將發(fā)揮更重要的作用。

3 知識管理時代的學(xué)科服務(wù)

3.1 傳統(tǒng)的學(xué)科服務(wù)

前學(xué)科服務(wù)主要包括以下內(nèi)容：①學(xué)科資源建設(shè)，它是學(xué)科服務(wù)的重要內(nèi)容和基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)科建設(shè)和發(fā)展的需要，有針對性地搜集、整理和組織學(xué)科資源，構(gòu)建具有針對性、完整性和系統(tǒng)性的學(xué)科資源保障體系。②信息素養(yǎng)培訓(xùn)，包括信息獲取、分析、處理和利用，以及數(shù)據(jù)管理、寫作指導(dǎo)和研究方法等方面的技術(shù)培訓(xùn)，是提高讀者信息素養(yǎng)和學(xué)術(shù)能力的重要手段。③學(xué)科咨詢與服務(wù)，它是學(xué)科服務(wù)的重要內(nèi)容，包括科技查新、專利分析、論文查重、學(xué)科分析、項(xiàng)目申請、成果推廣和提供學(xué)科資料、在線課程、教學(xué)輔導(dǎo)等內(nèi)容。④學(xué)科服務(wù)平臺，它是學(xué)科服務(wù)的重要手段，通過在線提供學(xué)科資源和服務(wù)，方便館員與讀者或讀者內(nèi)部之間進(jìn)行交流和溝通，提高工作效率。⑤學(xué)科服務(wù)評價與評估，通過對學(xué)科資源保障情況、學(xué)科服務(wù)效果和學(xué)科館員能力等方面進(jìn)行評估和評價，為學(xué)科服務(wù)改進(jìn)提供參考依據(jù)和解決辦法。

然而，由于學(xué)科知識專業(yè)性強(qiáng)、內(nèi)容多等特點(diǎn)，學(xué)科館員難以理解和把握用戶需求。再加上圖書館文獻(xiàn)資源來源多，統(tǒng)一組織和揭示困難，學(xué)科管理制度不合理等原因，許多高校圖書館的學(xué)科服務(wù)效果并不理想。隨著AI在科學(xué)研究中的應(yīng)用，學(xué)科專業(yè)性、文獻(xiàn)資源組織等問題將迎刃而解，AI系統(tǒng)能根據(jù)問題描述提供準(zhǔn)確、可靠和系統(tǒng)的知識信息供用戶使用。

3.2 AI4S的學(xué)科服務(wù)

由于AI4S系統(tǒng)具有強(qiáng)大的知識管理功能、海量存儲空間和智能決策能力，在它的助力下，學(xué)科館員的工作內(nèi)容、手段和方法將發(fā)生巨大變化。①學(xué)科館員的工作重點(diǎn)不再是建設(shè)學(xué)科資源保障體系，而是把專業(yè)學(xué)科資源進(jìn)行知識碎片化處理，與相應(yīng)的科研人員共同進(jìn)行專業(yè)AI大模型訓(xùn)練，建立垂直行業(yè)應(yīng)用的學(xué)科智能系統(tǒng)。在日常使用中學(xué)科館員還需要不斷地搜集相關(guān)專業(yè)知識信息，進(jìn)行專業(yè)知識投喂，使學(xué)科智能系統(tǒng)具有更完善的AI大模型知識處理能力。 ②信息素養(yǎng)培訓(xùn)側(cè)重于AI系統(tǒng)的使用和學(xué)術(shù)研究能力的提升。有了AI4S系統(tǒng)，科研人員就可以隨時隨地獲取自己所需要的知識信息，而如何高效利用AI4S系統(tǒng)就需要學(xué)科館員對他們進(jìn)行培訓(xùn)，包括如何利用系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新研究等，發(fā)揮系統(tǒng)作為強(qiáng)有力科研工具的潛能。③學(xué)科咨詢與服務(wù)。隨著AI4S在不同學(xué)科的廣泛應(yīng)用和完善，多個學(xué)科AI4S系統(tǒng)（即AI智能代理）通過知識交流協(xié)作形成AI4S群體，共同合作來滿足用戶的科學(xué)研究需求。學(xué)科館員的主要任務(wù)是通過對AI4S系統(tǒng)進(jìn)行學(xué)科標(biāo)識，根據(jù)學(xué)科體系之間的關(guān)系來劃分AI4S系統(tǒng)，以便AI4S系統(tǒng)之間依據(jù)標(biāo)識實(shí)現(xiàn)自動對接，共同實(shí)現(xiàn)用戶需求。④學(xué)科服務(wù)平臺將被AI4S系統(tǒng)完全取代，用戶直接通過AI4S系統(tǒng)隨時隨地獲取精準(zhǔn)服務(wù)。如何與用戶進(jìn)行線上、線下的有效溝通交流以準(zhǔn)確獲取用戶需求，將成為學(xué)科館員的工作重點(diǎn)，目的是使AI4S系統(tǒng)更適配用戶需要。⑤學(xué)科服務(wù)的評價與評估將體現(xiàn)在用戶對AI4S系統(tǒng)的使用上，通過分析用戶行為數(shù)據(jù)和服務(wù)效果來發(fā)現(xiàn)問題和改進(jìn)方向。

隨著AI4S系統(tǒng)在某一學(xué)科方面的應(yīng)用，學(xué)科館員除了上述主要工作之外，還要及時了解用戶的真實(shí)需求。它是開展有效學(xué)科服務(wù)的前提，在這方面AI4S系統(tǒng)幫不上忙，還需要學(xué)科館員通過傳統(tǒng)的線上、線下方式，扎實(shí)做好與用戶的溝通交流工作，跟蹤用戶需求變化，把相關(guān)需求信息轉(zhuǎn)化成知識，再通過收集相關(guān)知識投喂給AI4S系統(tǒng)，使其能更好地適配用戶需求。

4 結(jié)語

高校圖書館作為知識服務(wù)機(jī)構(gòu)，其主要優(yōu)勢是保存了海量的文獻(xiàn)知識，對知識信息進(jìn)行收集、保存、組織、管理和服務(wù)。在AI4S技術(shù)革新下，學(xué)科館員將充分發(fā)揮自身在知識管理與服務(wù)方面的優(yōu)勢，積極擁抱AI新技術(shù)，適應(yīng)知識管理時代的需要，更好地發(fā)揮自身的社會價值和作用。

基金項(xiàng)目：2021年度安徽高校人文社會科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目“基于館院合作建庫的學(xué)科服務(wù)形式研究”（SK2021A0311）。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉垠.AI撬動科研范式變革[N].科技日報，2023-3-28（01）.

[2] 孫蒙鴿，韓濤.科研智能化與知識服務(wù)：內(nèi)涵、實(shí)現(xiàn)與機(jī)遇[J].情報理論與實(shí)踐，2021，44（10）：41-49.

[3] 知識計(jì)算白皮書（2022年）[DB/OL].https：//13115299.s21i.faiusr.com/61/1/ABUIABA9GAAgt4-zlAYo4N2J9QY.pdf.

[4] 王飛躍，繆青海.人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究新范式：從AI4S到智能科學(xué)[J].中國科學(xué)院院刊，2023，38（4）：536-540.

[5] 張兮，李玉龍，成一航，等.數(shù)字化知識管理理論與應(yīng)用研究綜述[J].數(shù)據(jù)與計(jì)算發(fā)展前沿，2021，3（2）：23-38.

[6] 馮新翎，何勝，熊太純，等.“科學(xué)知識圖譜”與“Google知識圖譜”比較分析——基于知識管理理論視角[J].情報雜志，2017，36（1）：149-153.