陈志 | 回归纯科学还是走向综合？——基础研究概念的演变与启示|中国古文献|基础研究|数学|陈志(嘉靖癸丑进士)|顶尖科学家论坛

【摘要】

基础研究本质上说是一个科技政策概念，源头是科学，基本属性被认为是纯科学，但是其最初使用却具有强烈的应用倾向。从“纯科学”“应用科学”二分法对应转变为“基础研究”“应用研究”二分法是科技政策意义上的语义转化，也是基础研究概念向纯科学的回归。虽然布什的思想不断受到挑战，基础研究判断标准更加多元化，范围不断扩大，更多人认为基础研究、应用研究、技术开发的关系像一个生态系统，但是线性模型并没有被完全颠覆。长期以来，我国基础研究的应用导向更加明显，应用基础研究等本应属于应用研究范畴的概念也很早被引入政策实践。“自由探索类基础研究”和“目标导向类基础研究”两分法的提出标志着我国在法律上正式将应用基础研究纳入基础研究范畴。新发展阶段，我国基础研究需要坚持“两条腿走路”，在强化国家战略需求、提升基础研究组织效率的基础上，要重视和加强对自由探索类基础研究的支持。

【关键词】基础研究纯科学应用基础研究自由探索目标导向

【中图分类号】F124/G322 【文献标识码】A

【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2023.09.002

基础研究是整个科学体系的源头，是所有技术问题的总机关。习近平总书记强调：“加强基础研究，是实现高水平科技自立自强的迫切要求，是建设世界科技强国的必由之路。”当前基础研究已经成为科技政策的焦点，成为科技工作的重要事项。但是基础研究这一概念从诞生之日起，内涵就发生着诸多变化，在不同制度环境、文化背景下，各个国家政府、科学家、企业家、工程师等相关主体的认识都不一样，而且还不断变化与反复。作为科技政策的重要概念和术语，它一开始与纯科学、基本研究、好奇心驱动的科学研究、基础性研究等紧密相关。随着含义、范围的不断丰富与拓展，基础研究的边界又涉及或扩大到定向基础研究、应用基础研究、战略性基础研究、目标导向基础研究等概念。同时，科学研究本身的规律与趋势也在发生变化，特别是近年来，科学技术深度融合，很难区分什么是以兴趣为导向的基础研究，什么是以应用或目标为导向的基础研究，更多政府把诸多技术领域的基础问题纳入基础研究领域。大科学时代对重大科技基础设施的需求和依赖程度大大提升，实际上这也对基础研究的支持范围和组织方式造成了影响。一时间，概念理解的差异、理论与统计之间的鸿沟、支持范围与正当性的拉扯，造成了基础研究政策及科学政策一定程度上的混乱。本文并不试图界定新发展阶段基础研究概念之本身。基础研究作为政策性概念，我们更应该超越概念之纠缠，去审视建设世界科技强国、实现高水平科技自立自强目标下，政府与社会需要针对哪些基础研究活动（包括很难与基础研究完全区分的应用研究）进行补强，形成什么样的组织与治理体系去实现战略目标下的科学突破。

概念起源：从萌芽到经典两分法

基础研究最核心的基因或者说概念的源头是科学，可以追溯到古希腊。古希腊被认为是近代科学的摇篮，其自然哲学为现代科学铺平了道路。古希腊人不仅希望建立一种完美知识体系，更把对知识的推崇推向了脱离世俗的境界，变成纯粹的“为学术而学术”。追求对自然的理解和认识，被认为是光荣而神圣的事业，实际应用则处于次要地位，这是希腊科学思想的典型特征，也是基础研究基本属性“纯科学”特征的来源。科学（science）一词最早见于14世纪，最初的含义是“知识”。随着17世纪科学革命的发生，科学概念的内涵从古希腊“亚里士多德”式转化为现代“培根”式，变为“对自然做一种基于实验方法的理论研究”，至此，科学形成了以数学语言与实验方法为主要支柱的近代学科框架。基于不同国家国情和科学共同体的具体需要，科学本身的内涵开始发生变化。

17世纪，欧洲各国学者对各自学科的“纯粹性”和“实用性”开始区分，例如“纯数学”（pure mathematics）和“混合数学”（mixmathematics），这被认为是先后由数学家阿德里安·范·罗门（Adriaan van Roomen）在1602年、英国哲学家弗朗西斯·培根（FrancisBacon）在1605年进行划分的。在18世纪晚期，康德赋予自然科学“纯科学”的地位，他认为自然科学是基于对自然界的“先验”概念化。最终在19世纪早期，“纯科学”（先验的，必然、不可改变的真理）与“应用科学”（依赖于经验证明，是有条件的）被明确划分，这种二分法一开始就不仅是学科发展的需要，而更多的代表了一种科学的等级化，即“纯科学领先于应用科学”。标志性人物是塞缪尔·泰勒·柯尔律治（Samuel Taylor Coleridge），他在编纂《大都会百科全书》时受到康德先验哲学的启发，正式引入并确立了这个二分法（Kaldewey et al.,2018, pp. 38-42）。这为后续概念的发展奠定了基础。

作为科技政策概念的形成：从应用到回归纯科学

19世纪后，伴随着科学活动越来越建制化，科学的组织性、体制化进一步加强，出现了“产业研究”（industrial research）等新词汇，政府、科学界、产业界都非常关注探索知识的活动，开始用“研究”（research）来代替“科学”（science）。作为身份的象征，纯科学被用来描述科学家所进行的工作，位于科学活动等级的顶端，反映了一种纯洁和高贵的感觉，这让从事日益重要的产业和工程领域研究的人员难以接受，并逐步引入替代术语“基本”（fundamental）和“基础”（basic），以避免因为其研究相对于纯科学可能的不纯洁的含义而遭到贬低。在19世纪初，美国的媒体和杂志上出现了“fundamental research”，德国也出现了“Grundla-genforschung”，这都是基础（本）研究的意思。相关概念的提出在美国最初出现在农艺学中，指的是解决育种过程中所存在的一些植物生理学方面的基本问题；德国是在数学领域提出的，指的是数学逻辑问题的一些基本证据（Kaldewey et al., 2018, pp. 13-17）。非常明显，此时基础研究概念与纯科学并不对应。

基础研究成为政策性概念几乎同时发生在20世纪初的英国和美国。美国农业部（Department of Agriculture）当时在科学研究中举足轻重，1915年，美国国会就美国农业部的预算问题举行了听证会，首次将“基础”（basic）和“研究”这两个词串联起来，用来描述农业部的职能。1916年英国成立科学和工业研究部，意涵基础研究主要目的是为了更好地促进工业研究（Pielke,2012, pp. 343-345）。显然，此时的基础研究仍然并非指纯科学，更不是“为了学术而学术”，而是指服务于具体目标的基础工作。

从“纯科学”“应用科学”二分法正式转变为“基础研究”“应用研究”二分法是科技政策意义上的语义转化，其标志是1945年万尼瓦尔·布什（Vannevar Bush）的开创性报告《科学：无尽的前沿》。由于在第一次世界大战中，科学知识生产对国家发展和军事应用的重要性凸显，美国成立了国家研究委员会，开始从国家层面对科学活动进行干预和支持。二战期间，美国在很短时间内实施了“曼哈顿计划”等代表性项目，基础研究快速转化为应用，取得了巨大的成功。但是二战后美国科学界认为，如果研究人员将自己的知识产权完全与社会需求挂钩，科学知识就会枯竭和短缺。同时，在二战即将结束的时候，时任美国总统罗斯福想要保留战时科学技术的伟大成就并将其用于和平用途。在这些背景下，布什基于二战时期推动国防科技研究发展的经验，在1945年6月将《科学：无尽的前沿》提交给了继任的杜鲁门总统。该报告将基础研究定义为“一般知识以及对自然及其规律的理解”，同时从四个方面阐释了国家支持基础研究的正当性：一是支持自然科学领域的年轻人；二是通过医学研究改善公共卫生；三是促进经济增长和就业保障；四是长期支持民用基础研究保障国家安全。同时，报告提出了两个信条：其一，基础研究不考虑实用目的；其二，基础研究是技术的引路人。随后即诞生了最广为人接受的线性模型：基础研究-应用研究-产品开发。该报告直接促成了美国国家科学基金的建立，使得基础研究与应用研究的分类合法化。布什进一步解释道，他决定使用“基础研究”（basic research）而不是“基本研究”（fundamental research）这个短语，是因为前者在政治话语中具有更强的可塑性。其隐含之意是基础研究的优势在于“基础”一词的隐喻，“基础研究”可以为科学进步和经济社会发展奠定基石。某种意义上，基础研究这个术语不仅是一个标签，还具有社会功能，比如，定义自我形象和保护科学自治（Calvert,2006, pp. 199-202）。

认识论与目的论的综合：从线性到象限与循环

布什将基础研究与实际或技术应用的动机分离开来，基础研究概念从工业研究转向了自然科学的学术世界，实现了回归纯科学。但布什的思想随后不断受到挑战。随着二战和冷战的结束，基础研究对国家、社会发展的作用没有战时那么直接和明显，之前由于军事需求对一些重要学科的资助也开始下降。经济竞争的日趋激烈要求科学更快地为经济服务，这导致国家对技术的支持持续增加。随着学者对科研活动规律的进一步认知，基础研究和应用研究二分法遭到了很多学者的批评。Rosenberg（1991, p. 335）认为：“将基础研究和应用研究二分的做法极其武断。这基于研究人员的动机或目标，但这种区分常常并没有用处或者启发性。”

从现实看，二战结束后，美国第一经济强国和科技强国的地位更加牢固，自然也成为全世界科学、技术和创新政策的主要参照物。1963年，经济合作与发展组织（OECD）发布了第一版《弗拉斯卡蒂手册》（Frascati Manual），在第一版手册中，虽然没有明确定义科学研究与试验发展（Research and Development，简称R&D），但给定了基础研究的大概范畴。在OECD及该手册的影响下，线性模型更加根深蒂固，并且实现标准化。变化出现在1970年，《弗拉斯卡蒂手册》第二版中区分了“纯基础研究”和“定向基础研究”，指出前者通常是出于研究者的科学兴趣，多出现在大学和部分非盈利机构或政府实验室；后者通常是研究者所在机构将研究者的工作定向于当前或潜在的科学、经济、社会领域。在1976年第三版手册中，基础研究被明确定义为“一种实验性或理论性的工作，主要是为了获取关于现象和可观察事实的基本原理的新知识，不预设任何特定的应用或使用目的”，自此，后续每一版《弗拉斯卡蒂手册》均延续了这一定义。这个定义首先采取了认识论标准，同时又进一步发展了布什信条的目的动机标准，但强调不设“特定”目的。1981年的《弗拉斯卡蒂手册》只强调了“定向基础研究”一词，指出这类研究定向于或针对某些广泛领域。直到1994年，第五版手册再次明确区分了“纯基础研究”和“定向基础研究”，指出前者不追求长期经济或社会效益，也不谋求将成果应用于实际问题或把成果转移到负责应用的部门；后者则期望为探索解决已知的或未来的可能性问题奠定基础。在后续版本中，这一界定基本沿用至今（经济合作与发展组织，2020，第29、35～36页）。然而直至目前，这一分类仅限于概念上的区分，在数据统计上尚不具备可行性。因为这个定义存在不少难点，例如“特定的应用目的”中的“特定”有多种理解，某项研究针对人体健康，那么是否所有的人体研究都不是基础研究？还是针对于某种具体疾病的研究才不是基础研究呢？

1997年，司托克斯（Donald E. Stokes）在其著作《基础科学与技术创新：巴斯德象限》中，提出了最具启发性和影响力的科学研究二维象限模型。他认为，基础研究与应用研究之间的关系并不是非此即彼的对立关系，它们之间存在某种交错关系。他依据科学研究的求知属性和应用属性将科学研究划分为４类，提出了著名的巴斯德象限，该象限的研究活动实现了应用目标与科学认知目标的结合，指由应用而激发的基础研究。这实际上以研究动机为分类标准，在原有的“基础研究”和“应用研究”之间插入了新的类别。虽然未能从本质上揭示科学（发现）和技术（发明）的内在逻辑，但却较完美地弥补或缩小了理论和现实的鸿沟，直接撼动了线性模型的地位。

当代科学技术各领域高度关联、互相交叉，客观上呈现综合性、整体性和融合性的特点。简单化地将基础研究、应用研究和产品开发划分隔绝，已然与客观规律相悖。很多学者进一步对线性模型进行了反思与突破。美国学者文卡特希·那拉亚那穆提（VenKatesh Narayanamurti）等人于2016年出版重要著作《发明与发现：反思无止境的前沿》，对线性科研模式作了深入批判，批判主要有：布什将纯科学等同于基础研究，忽略了工程研究这一重要元素；线性模型对特定的因果方向进行了假设，基础研究总是优先于应用研究，然而，现实并不总是支持这一点，例如，瓦特在热力学定律被确立之前发明了蒸汽机；线性模型阻碍综合性的跨学科研究，等等。在此基础上，他们界定了研究与开发，提出“发明-发现循环模型”，认为不应该区分基础研究和应用研究，而应该区分研究和开发，其中研究又包括发现和发明。应该秉持广义的“研究”概念，因为研究人员能够同时开展理论和实践研究，即在研究原型装置的同时，对其基本性质进行探索。知识生产同时来自于发明和发现，发明和发现的相互循环将这两方面的知识生产统一为一个整体（文卡特希·那拉亚那穆提等，2018，第28、69～70页）。

总体来看，基础研究概念经历了从纯科学的回归后，学界对其理解更加综合、多元。一方面，在Calvert（2006, pp. 251-260）的代表性研究中，一线科学家和科技政策制定者在界定基础研究时，其背后主要有6个方面的标准或考虑维度，其中最常用的两个标准是基于认识论和目的论。从认识论角度看，基础研究被认为是生产某种类型知识的活动。在目的论方面却存在一定的分歧，主要原因在于目的通常比较主观，研究者的目的与资助者的目的常常有所区别，不同研究者的研究目的也存在差异。当然，也有很多学者认为，与实际应用存在一定甚至是较远的距离也是判断基础研究的重要标准。另一方面，基础研究本身在一定程度上变成了“元概念”，研究者对其进行了语义叠加。例如，阿儒涵等（2022，第326～335页）认为战略性基础研究（strategic basic research）与国家战略需求明确挂钩，既可以是科学共同体“自下而上”以好奇心驱动，也可以是国家“自上而下”前瞻布局组织实施的研究。这种“战略性”实际上也成为支持政府资助基础研究合法性的理论基础之一。

我国基础研究概念的发展：从综合到中国式“二分法”

我国古代科学取得了辉煌的成就，近代以来，科学体制化不断推进，彼时，中国学者基本都沿用“科学研究”一词。新中国成立后，基础研究开始起步，“努力发展自然科学，以服务于工业农业和国防的建设”被写入《中国人民政治协商会议共同纲领》。1956年，毛泽东同志发出了“向科学进军”的号召，新中国第一个中长期科技规划——《1956-1967年科学技术发展远景规划》得以制定公布。该规划拟定了57项重大任务，专门将“自然科学中若干重要的基本理论问题”设立为一项重点任务，规划开展“短期内不能在生产上广泛应用，但是具有重大科学价值”的研究项目。这在一定程度上综合了“认识论”和“距离论”的属性。很快，我国科技政策研究者接受了国际上通行的“基础研究”概念和线性模型。但是考虑到我国当时的实际情况和国内外环境，我国学者认为，应该把科学研究划分为四类，即基础研究、应用基础研究、应用研究和推广研究，其中“应用基础研究”特点是“进可攻，退可守”（刘立，2022，第96～99页）。这个分类很快被应用到中国科学院相关文件。同时，这被认为是我国较早提出了“应用基础研究”概念，但与巴斯德象限指代的“应用激发的基础研究”有明显的区别。

1978年全国科学大会提出实现四个现代化的关键是实现科学技术现代化，这是我国基础研究的又一个起点。1985年，《中共中央关于科学技术体制改革的决定》提出，“在大力推进技术开发工作的同时，加强应用研究，并使基础研究工作得以稳定地持续发展”。1986年，我国成立国家自然科学基金委员会，提出“支持基础研究，坚持自由探索，发挥导向作用”。1989年，全国基础研究和应用基础研究工作会议召开，会议正式提出了“基础性研究”的概念：“基础性研究是获得新知识，促进科学自身发展，为经济和技术发展提供后劲的源泉”，包括基础研究和应用基础研究。同时，会议进一步提出，“基础性研究覆盖的学科划分为7个基础学科和8个含有基础性研究工作的应用科学”（国家科学技术委员会，1990，第75页）。很明显，无论从具体的语义表达，还是基于布什信条，应用基础研究都是应用研究。此后的诸多政策文件中，虽然发生了不少将“基础研究”和“基础性研究”混用和替用的情况，但是总体上基本沿用了基础研究和应用基础研究这个分类。例如，1995年《中共中央、国务院关于加速科学技术进步的决定》再次提出，“基础性研究的使命是探索自然界的规律、追求新的发现和发明、积累科学知识、创新新的学说，为认识世界、改造世界提供理论和方法”。但是应用基础研究到底是否属于基础研究在学界并未取得共识，这意味着在基础研究和应用研究之间的中间地带，应用基础研究到底偏向哪侧，没有统一的标准。一些科学家认为，应用基础研究属于基础研究，但是并没有提出明确的界限，在实际解释时又偏向应用研究。因此，更多的科技政策研究论文、政策文件中都明确或用例证的方法将应用基础研究划分到应用研究。赵平和卢耀祖（1997，第16～18页）认为，应用基础研究指有确定实际应用目的的技术基础理论研究，属于应用研究范畴，应用基础研究不应该是独立概念。中国独特的“基础性研究”和“应用基础研究”概念充分反映了我国长期以来对应用的强调，以及新中国成立以后我国研发投入更多偏向服务国家战略、经济社会发展需要的现实。

2000年后，作为科技政策概念，基础性研究慢慢淡出争论热点，但是基础研究的范围却再次扩大了。2001年，科学技术部、教育部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委员会五部门联合起草并印发的《关于加强基础研究工作的若干意见》中指出：“我国基础研究工作包括三个方面：以认识自然现象、揭示客观规律为主要目的的探索性研究工作；以解决国民经济和社会发展以及科学自身发展提出的重大科学问题为目的的定向性研究工作；对基本科学数据、资料和信息系统地进行考察、采集、鉴定，并进行评价和综合分析，以探索基本规律的基础性工作。”其中，探索性研究工作指的是OECD意义上的“基础研究”，至此，定向性研究工作取代了应用基础研究。

虽然在理论和具体实际运用上，我国基础研究概念与国际主流相比范围更大、更加综合，但是这些分类在数据分类和统计上却难以归集。因此，我国的科技统计还是以《弗拉斯卡蒂手册》为基础，引入了OECD的R&D概念，在基础研究方面也以《弗拉斯卡蒂手册》的定义为标准。当然，我国财政预算中财政科目设置上只有“科学技术支出”，而没有“R&D支出”，财政预算中的“基础研究”并不等同于统计意义上的基础研究，因此无法通过财政拨款得出政府对基础研究的拨款情况。受此限制，我国基础研究统计是通过自下而上的R&D支出调查进行的。在具体统计方法上，我国对规模以上企业进行全面调查，对规模以下企业进行抽样调查，包括基础研究在内的R&D数据已被纳入OECD数据库，与全球具备了一致性和可比性。

“十三五”以来，我国基础研究概念的综合化走向了中国式的二分法。《“十三五”国家科技创新规划》中将基础研究划分为“自由探索类基础研究”和“目标导向类基础研究”，前者指代的是OECD的“纯基础研究”，而针对后者，规划明确指出是：“面向我国经济社会发展中的关键科学问题、国际科学研究发展前沿领域以及未来可能产生变革性技术的科学基础，统筹优势科研队伍、国家科研基地平台和重大科技基础设施，超前投入、强化部署目标导向的基础研究和前沿技术研究。”在目标导向的基础研究具体任务部署中，面向国家重大战略任务部署的基础研究包括“农业生物遗传改良和可持续发展”“新材料设计与制备新原理和新方法”“极端环境条件下的制造”“重大工程复杂系统的灾变形成及预测”等9项任务；战略性、前瞻性重大科学问题包括“纳米科技”“物质深层次结构和宇宙大尺度物理研究”“核心数学及应用数学”“磁约束核聚变能发展”等13项任务。可以看出，目标导向类基础研究实际上包含了OECD的“定向基础研究”和我国政策语境下的“应用基础研究”。随后，这个新的二分法在2018年《国务院关于全面加强基础科学研究的若干意见》中被进一步确立，并被正式列入2021年12月修订通过的《中华人民共和国科学技术进步法》。

近年来，科学技术交叉融合加快，知识体系复杂化、巨型化，很多基础研究问题的开展，越来越依赖更多的技巧、昂贵的科研设备和庞大的研究团队，基础研究进入“大科学”时代，“有组织”的基础研究也因此被提上了日程（叶玉江，2022）。何传启（1997，第90～93页）认为，基础研究可以分为自由探索式基础研究、有组织的基础研究等。万劲波等（2021）提出“有组织的基础研究”是一种新的基础研究组织框架，并进一步从承担主体的角度区分了“有组织的基础研究”，认为必须引导基础研究主体分工协作，从而实现目标导向与自由探索有机结合。

2023年2月，习近平总书记在中共中央政治局第三次集体学习时强调：“要强化国家战略科技力量，有组织推进战略导向的体系化基础研究、前沿导向的探索性基础研究、市场导向的应用性基础研究，注重发挥国家实验室引领作用、国家科研机构建制化组织作用、高水平研究型大学主力军作用和科技领军企业‘出题人’‘答题人’‘阅卷人’作用。”这为新发展阶段依托国家战略科技力量推进“有组织的基础研究”提供了基本遵循。当然，将习近平总书记的指示落到实处，还需要进一步推动科学政策理论和实践创新。无论是中国，还是欧盟、英国、美国、日本等国家或地区，在有组织推进基础研究特别是大科学工程方面已经积累了一定经验，但在基础研究的资源配置和组织管理方面还有不少问题需要解决。例如，在战略导向的体系化基础研究、市场导向的应用性基础研究中，如何克服科学家、企业科研人员天然存在的文化差异，如何解决不同主体利益分配中极易出现的“搭便车”问题，这在美国战时科学研究与发展局（Office of Scientific Research and Development，简称OSRD）的研发项目、日本第五代计算机项目（Odagiri et al., 1997, pp. 192-193）涉及到的基础研究组织问题上，已经显露无疑。

结论与启示

基础研究概念从诞生之日起至今，其内涵发生了诸多变化。归根结底，基础研究是一个政策性概念和词汇，因此其演变体现了制度的差异化，这种制度的差异化还隐含了科学文化、科学共同体惯例等非正式制度的区别，所以各国以及不同科技创新主体对其理解与界定时所表现出的冲突、模糊和混乱，也就变得顺理成章了。基础研究源自“纯科学”，作为科技政策词汇，其诞生却带有强烈的应用倾向。布什的“二分法”及线性模型很大程度上是纯科学的回归，虽然现在其基于线性模型的认识与分类遭受很多批评，但至今还没有被更严谨、更符合当下科学发展现实需要的概念体系所完全替代，特别是在统计层面。从各国政府实践看，主要大国不再执着基础研究必须是纯科学，都从专注于探索客观现象和可观察事实的基本原理的“认识取向”向“认识取向”与“应用取向”并重转化，从专注于创造新知识的“生产导向”向“生产导向”与“扩散导向”并重转化。我国更是如此，自由探索和目标导向这一中国式“二分法”体现了更多的国家意志，已经包含了应用基础研究，实际上应该是应用研究的一部分。从未来发展看，我国需要针对不同类型基础研究分类施策，特别是在探索完善“两条腿”走路的中国特色基础研究道路时，不能偏废自由探索类基础研究这条“支撑腿”。针对自由探索类基础研究，需要从教育和人才抓起，涵养适度宽松、包容失败的科学文化，弘扬尊重科学、求真崇善的创新精神，改革评价和激励制度，大力支持长周期、探索性、原创性研究。针对目标导向类基础研究，需要加强基础研究的治理体系建设，在有组织、体系化攻关时提升组织效率，还要防范有组织研究中必然存在的合谋与垄断难题，而这在传统的科学政策议题中是不常见的。

（参考文献略）