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1、论科技创新发生的机制与条件,对科学方法论的启示王焰新,Outline,引言 中国呼唤科技创新 科技创新发生的机制与条件 对科学方法论的启示,Introduction: 创新分类,原始性创新 继承性创新:理论,体制,技术现在提倡有目的的创新: Peter Drucker的论述,Peter Drucker:Innovation and Entrepreneuship,实例：真正使教育普及的是教科书:有了教科书,即使是平庸的老师也能够将一些知识灌输到30-35个学生中。 创新就是改变资源的产出，或改变资源给予消费者的价值和满足。 创新是企业家精神的知识基础。系统的创新即指追踪创新机遇的大来源。,Pe
2、ter Drucker：创新机遇的大来源,前四大来源来自于企业内部，它们基本上是一些征兆： 1。意外之事：意外的成功、失败、外在事件 2。不一致之事：现实与设想或推测的不一致 3。基于程序需要的创新 4。每个人均未注意的工业结构或市场结构的变化,Peter Drucker：创新机遇的大来源,后三大来源来自于企业外部： 5.人口统计数据(人口变化) 6.认知、情绪及意义上的变化 7.新知识,包括科学和非科学的重大的创新可能来自对变化征兆的分析,可能来自伟大的科学突破所带来的新知识的广泛应用,1 中国呼唤科技创新,中华民族的伟大复兴要求科技先行。近现代以来领先世界、开时代先河的开创性科技成果和重大
3、科技发现，没有在中国大地上产生过。,1 中国呼唤科技创新：对科技已经产生重大的社会需求,合理利用资源，保护生态环境，实现可持续发展已经成为紧迫任务。 农产品成本过高，质量品种不足，效益低下，对农业科技提出新要求。 工业结构不合理，管理不善，市场竞争力不强，大量企业亏损。迫切需要高新技术，改善产业结构，提高产品的科技含量和附加值。（高岭土的启示）。 就业形势严峻，需要开辟新的就业渠道。没有知识、科学态度和科学训练，人口多将成为严重包袱。反之，将汇聚世界上最强大的生产力和创造力。,家徒四壁，毒病缠身 山阴县砷中毒区,煤工业废弃物的资源化新技术,1 中国呼唤科技创新,实行了开放政策（必须长期坚持）
4、开始形成尊重知识尊重人才的社会环境,1 中国呼唤科技创新,提倡创新，努力构建全国科技创新体系： 科技基础平台：仪器，国家重点实验室，数据，文献，网络、自然科技资源；科技成果产业化（高新技术区；大学科技园；工程中心孵化器；生产力促进中心） 科技项目和人才资助体系：科技部973，863，科技攻关， NSFC；科学院创新基地和百人计划；教育部特聘教授、教学科研奖励计划，以及各省市区的地方科技项目,2 科技创新发生的机制与条件,2.1 前沿的研究方向 2.2 创新文化（1）：优良的学术传统和学术氛围 2.3 创新文化（2）：精神与政策 2.4 出奇制胜的学术思路 2.5 科技人才的素质 2.6 环境建
5、设,2-1 前沿的研究方向： 卡文迪希实验室的启示,二战前的卡文迪希实验室在原子结构和原子核物理方面作出了重要贡献。二战期间很多优秀科学家加入到为国防服务的行列，特别是发展核武器和雷达的工作。 二战后由于规模大保密性高，核物理研究从实验室分离出去，研究经费因此锐减。实验室面临科研方向的重新确定。,2-1 前沿的研究方向： 卡文迪希实验室的启示,新任实验室主任果断决定，1、利用X光衍射用于生物大分子的结构分析；2、利用雷达技术进行天文研究。 历史证明，利用物理学仪器和物理学家思维方法，重点从事天文和生物研究，是非常正确和极有远见的。短短几年时间，实验室开辟了射电天文学和分子生物学的崭新领域。在天
6、文上发现了类星体和脉冲星。有2位科学家因此获得了1974年诺贝尔物理奖。在生物分子上发现了DNA的双螺旋结构，有2位科学家因此获得诺贝尔生物和医学奖。此后，还有几位分子生物学家获得诺贝尔奖。这就使得在战后十分困难的条件下，该实验室成为世界最重要的科学中心之一。,前沿的研究方向: 当代地球科学的发展趋势,这里，首先简要介绍近年来国内外地球科学发展战略研究成果，再作一个简要总结，谈几点认识。,人类世(Anthropocene, the past 2-3 centuries, Paul Crutzen)期间地球发生的重大事件 （引自IGBP：全球变化与地球系统：一颗重负之下的行星,过去几代，人类过度
7、消耗历经数亿年形成的化石燃料； 直接的人类活动导致近50%的陆地表层已经发生变化，并伴随显著的生物多样性、营养循环、土壤结构与生物学、气候变化等后果； 当前被复合固定并作为肥料用于农业中的氮，要比所有陆地生态系统自然固定的氮还要多； 所有可获得的淡水一半以上被人类使用； 除CO2，CH4外，几种在气候上有重要意义的大气温室气体浓度已经显著上升； 沿海和海洋栖息地正被大规模改造，50%的红树林和湿地消失； 大约22%的人类所知的海洋渔业被过度开发或已经耗竭，超过44%的已经达到开发的极限； 全世界海洋与陆地生态系统的消耗率迅速增长，地球第一次处在由单一物种（人类）所造成的大耗竭事件中。,今后二、
8、三十年内，有1/4物种濒临灭绝，地球上30-70%的植物在今后100年内将不复存在，现正处于灭绝边缘和严重威胁之中的哺乳动物有406种。鸟类593种，爬行动物209种，鱼类242种。1979年非洲有165万头大象，现在仅剩65万头。这次绝灭的主要罪魁是人类。,4. 生物多样性是人类生存的基础,地质时代：鸟类300年一种；兽类800年一种17世纪：10年一种18501950：每年一种现在：植物每分钟一种；动物每天一种现在灭绝速度为历史上的上千倍！,现代是地球历史上又一个绝灭期,一些地球科学学科战略研究报告概要美国国家研究委员会（1993）：固体地球科学与社会（到目前为止，没有一份有关地球科学的发
9、展战略研究报告超越之）。,固体地球科学的目标是：了解整个地球系统的过去、现今及未来的行为。这种兴趣已从生命演化的地表环境，到地壳及其流体包层（大气圈和水圈）之间的相互作用，向下扩展到地幔和外核，并一直到内核。,地球科学家面临的社会挑战：提供充足的资源：水、矿产和燃料;对付灾害：地震、火山、滑坡、海啸、洪水; 避免干扰地质环境：土壤侵蚀、水污染、不适当的采矿实践和废物处置; 学会如何预测和调节环境、全球变化。,由此带来的科学目标是：了解全球地球系统所设计的过程，特别注意地球系统组成部分之间的联系和相互作用。维持充足的自然资源供给;减轻地质灾害;调节全球和环境变化并使之降到最小,上述研究目标体现了
10、对地球系统研究的一种整体方法，即要求对整个地球进行地质学、物理学、化学和生物学的交叉学科研究。这是因为地球的所有组成部分都是通过地质过程、地球物理过程和地球化学过程相互联系的，其中有些过程受近地表生物活动的控制。由此看，过去划定的基础和应用固体地球科学的界限是人为的。这种立足于全球整体性的研究方法，应当编入高校和中学的地球科学课程中。（对于教学改革提出新要求）,美国地质调查局未来作用、挑战和机遇委员会USGS的未来作用与机遇（2001）和美国地质调查局战略计划（1996-2005）1995年美国共和党人认为，USGS在当代社会经济中的作用不大，建议撤消之。激烈的辩论后，USGS保住了，但提出了
11、严酷的现实问题：USGS如何适应社会需要？！,地质工作的科学目标和任务要由社会驱动，需求驱动，战略目标以广泛了解人类与自然环境相互作用为中心，特别强调跨学科调查研究，把短期研究与长期研究有机结合，强调开发应用新技术。,需要长期研究的中心问题 气候变化 人口增长 臭氧消耗 土地利用模式 自然资源配置 非再生资源的保护 长期环境监测 环境改善的经济机制 工业生态,USGS到2005年的工作重点是：长期跨学科研究；减灾研究；资源质量和可供量；国际矿产/能源研究；非传统学科；区域和全国研究；集成地理空间数据；应用研究和开发；技术转让；参与有争论的问题；因问题而设的研究课题；涉及人口中心的研究；多风险评
12、估数码产品；快速事件反应。,英国地质调查局（BGS）2000年后的新战略：可持续发展的根基BGS是世界上第一个国家地质调查局，成立的目的是支持产业革命，主要任务是进行系统的地质填图，查明矿产资源的分布，支持工农业发展。过去的30年中，社会发展面临的问题已经改变，要求加强环境、自然资源和灾害的调查与管理。BGS的战略核心从以往偏重查明矿产资源的分布转移到环境和地质灾害上，使地学知识基础成为可持续发展的核心。,国际地球科学联合会战略规划委员会（2000）国际地球科学联合会的科学和组织战略整体战略的中心思想是，地学研究在经历了20多年以上以板块构造、地壳演化及矿产资源和能源为主的研究阶段之后，应把战
13、略重点放在满足社会持续发展上。,在科学研究的新方向上，确立5个优先发展方向：降低社团对自然灾害的脆弱性 减轻废物和污染的影响 了解全球环境变化 生物多样性 管理资源和维护环境,1肖庆辉（2001）21世纪地球科学展望：总结各国新的发展战略和科技政策，与过去有以下不同。地学将从矿产时代进入环境时代，其社会功能将由“矿产型”拓展为“社会型”，除研究岩石圈外，还要研究大气圈、水圈、生物圈的演变过程以及它们之间的相互作用。,我国学者的意见,地学研究必须与国家目标结合。因此，要求明确国家优先发展领域，使绝大多数资金流向优先资助领域。地学正在成为解决人类生存环境问题的关键学科，其社会功能进一步升级和拓展。
14、,肖庆辉（2001）21世纪地球科学展望：,地学目前的认识能力和知识水平已有所不及。只有适应社会需要，不断拓展研究领域。建立新的地学知识体系，才能更好发挥其社会功能。,肖庆辉（2001）21世纪地球科学展望：,2.孙枢、李晓波（2001）我国资源与环境科学发展战略刍议,通过解决这些问题，实现以下国家目标：,发展趋势,（1）整体观、系统观的研究思路得到加强；（2）跨学科的研究方式和专项计划的组织方式成为主流；（3）研究的突破越来越依赖于长期连续观测资料的积累与分析；（4）模拟与虚拟研究已成为解决资源与环境问题途径的重要手段。,Yucca Mountain,研究实例：美国Yucca Mt核废料处置
15、场,Safe Repository Performance (System Response) Involves,Flow and transport under the influence of heat from radioactive decay Above the repository horizon How water flows through the unsaturated tuff and its potential for contacting the radioactive waste canisters leading to corrosion and subsequen
16、t release of the radionuclides Below the repository horizon How radionuclides, in the event that they escaped from the corroded waste canisters, are transported, retarded, and isolated from the biosphere,Research Areas for Addressing the Two Broad Safety Issues,Climate Precipitation, Infiltration, Percolation Flow and transport in heterogeneous media of varying scales Fractures Faults Effects of radioactive decay heat on hydrological, mechanical and chemical processes Transport Fast flow through fractures Colloidal Retardation processes such as sorption and diffusion,
