第一章 E-SCIENCE的发展背景及缘起

发轫于20世纪40年代的信息革命，不断变革人类生产、生活的方方面面。经济的全球化、信息的网络化已经成为一个普遍的现实，人类已真切地生活在信息社会中。在科学研究过程中，如同“显微镜打开微观世界的大门，天文望远镜把人们的视野引向广袤的宇宙”（桂文庄，2007），信息通信技术（Information Communication Technology，ICT）作为一项颠覆性的技术（Christensen C.M，2013），引发了知识生产的方法、组织模式、学术评价等方面的巨大变化。正如著名计算机科学家、图灵奖获得者吉姆·格雷（Jim Gray）在2007年所指出的，在信息时代，历史学家成为了科学家，科学家成为档案管理专家和资源存储者，基于网络、数据和计算资源的数据密集型的新型科研范式正在形成，吉姆·格雷把这种范式称为科学研究的第四范式。

信息时代给知识生产模式带来了一系列的变化，在工具层面，如高效的电子化文档编辑工具、精准的数据采集工具、便捷的多媒体通信工具在科学研究中被广泛采用。在科研环境上，信息通信技术为科研工作者提供了迅速获得学术资源的数据库和搜索平台，研究资料的获取、知识的发现与发表都变得高效快捷。基于此背景，英国于20世纪末率先提出E-SCIENCE的概念，英国研究理事会时任科学技术办公室主任John Taylor于1999年提出E-SCIENCE，代指信息时代科学研究的新形态。John Taylor指出E-SCIENCE是在重要科学领域中的全球性合作以及使这种合作成为可能的下一代基础设施（南凯，2006）。英国国家E-SCIENCE中心下的定义是：E-SCIENCE是指大科学发展背景下所日益增加的分布式全球协作，这种科学协作的一个典型特征是科学家能进入大规模大容量的数据库和数字资源网络以及高性能的可视系统。基础设施与协作是迄今为止对E-SCIENCE的定义中被广泛认同的两个基本构成要素。中文表达中的科研信息化（江绵恒，2002；桂文庄，2007；褚鸣，2009），其内涵与E-SCIENCE并没有实质差异，是在中文语境下对基于网络信息技术的科学研究环境、科研工具、科研组织形式的概括与总结。科研信息化引发了科研数据的生产、存储、共享、交流等各环节的根本性的变化，为大规模的科研协作、共享式的科研进步提供了可能。

E-SCIENCE的概念一经提出，其重大意义和价值就被世界各国高度重视，随之，美国、日本、欧盟、韩国及中国等都开展了新型科研基础设施平台的建设，以推进国家科技事业的发展。其中，美国国家科学基金会（NSF）在《21世纪科学研究的信息化基础设施》报告中明确提出“在未来，美国科学和工程上的国际领先地位将越来越取决于在数字化科学数据的优势，取决于通过成熟的数据挖掘、集成、分析与可视化工具将其转换成信息和知识的能力”（NSF，2007）。为此，美国圣地亚哥超级计算中心（SDSC）提出他们之后关注的焦点是数据导向型科学与工程研究。这需要超过100PB的数据存储系统，保存时间超过100年，支持数十个大学和科研机构进行数据密集型的数值模拟和分析研究的计算能力（NSF，2007）。最早于2005年，中国国家自然科学基金委员会曾制订了“以网络为基础的科学活动环境研究”重大研究计划，部署了《计算化学E-SCIENCE研究与示范应用》和《网络环境下抗禽流感病毒H5N1药物的大规模虚拟筛选研究》两个重点项目，这是我国对E-SCIENCE理念的成功尝试。

当前，迅速发展的科研信息化及新型科研范式的形成正在深刻地影响着知识的生产与科学研究的组织。正如物理学家海森堡所说，“科学扎根于交流，起源于讨论”，飞速发展的信息技术使得科学研究者、实验与观察设备、计算工具密切地连接在一起，交流和讨论变得异常便捷，已经有大量的案例可以证明，信息技术支撑下协同工作的科研环境可以支撑基于网络的协同科研组织的形成，能消除时空的限制，能有效促进科研活动中的共享、合作与交流，有效的分布式虚拟组织能集合互补的专业知识、分布的信息、天文台、计算机资源和其他的独特设施，虚拟组织不仅能用于支持知识产出，也能学习和快速应对突发事件。

从20世纪90年代末至今，围绕基于网络的协同科研组织这种新型的科研模式和科研组织形式，国外开展了大量的实践探索。英国以其电子化基础设施（e-Infrastructure）为信息技术支撑，诸多研究理事会推动或资助了面向各个学科的基于网络的协同科研组织建设，其中尤以联合信息系统委员会（Joint Information System Committee，以下简称JISC）所资助的系列虚拟研究环境（Virtual Research Environment，以下简称VRE）建设项目成果显著，以这些VRE为支撑平台，英国在大学、著名实验室形成了一批高效运行的基于网络的协同科研组织。美国依靠其强大的网络信息技术构建起了以TearGrid、Open Science Grid（OSG）为代表的科研网格，在大学里建起了一系列成功的基于网络的协同科研组织，如美国麻省理工学院（MIT）的CSBI，以普渡大学（Purdue University）为核心的六所大学组建的nanoHUB，还有新加坡南洋理工大学与MIT合建的SMA（Singapore MIT Alliance）等。欧盟的德国、法国、荷兰等国家也在应用基于网络的协同科研组织的形式升级或新建本国及欧盟内部的科研组织。基于网络的协同科研组织已然成为欧美发达国家学术组织创新的重要选择。

面对科研信息化的飞速发展及基于网络的协同科研组织的形成，中国把应用信息技术变革科研模式和科研组织已写入中国的教育信息化纲领性文件。中国《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》中三次提到高校科学研究的信息化与数字化。按照该规划，中国在2020年可构建起方便易用的数字化科研协作支撑平台，提供交流、合作、管理与服务一体化的信息化研究环境，促进高校、科研院所、企业科技教育资源共享，支持跨学科、跨领域的科研与教学相结合团队的协同工作，推动高校创新科研组织模式与方法。但与欧美发达国家在基于网络的协同科研组织实践上的蓬勃发展形成鲜明对照的是，中国大学对基于网络的协同科研组织的实践却乏善可陈。为数不多的实践案例中有上海市教委从2002年起建立的E-研究院（E-Institute），以网络信息技术连接上海市各高校科研力量，在计算机、数学、生物学等学科建立基于网络的协同科研组织，并且取得一定成效。还有西安交通大学的企业战略与群体决策虚拟研究中心、中国教育部科技与发展中心在2012年牵头成立的“互联网应用创新开放平台联盟”（IIU），以及武汉大学自2007年开始建设的DragonLab科研创新平台都尝试应用协同科研平台支撑基于网络的协同科研组织的发展。

在国内外开展对基于网络的协同科研组织深入实践的同时，欧盟、美国也对基于网络的协同科研组织的运行效果开展了持续的评估研究。比较典型的是欧盟2006—2008年开展了一次对基于网络的协同科研组织开展人文社会科学科研实践的大规模调查（Accelerating Transition to Virtual Research Organization in Social Science，以下称为欧盟就基于网络的协同科研组织的实施效果的调查）。美国在推动建设基于网络的协同科研组织和虚拟研究环境的同时，在国家科学基金会（NSF）的信息基础设施办公室（Office of CyberInfrastructure，OCI）内设了一个专门的研究小组对基于网络的协同科研组织的运行情况进行跟踪和效果评估，并部署了一个《作为社会技术系统的虚拟组织》的研究专项（Virtual Organizations as Sociotechnical Systems，以下简称美国NSF的VOSS），迄今为止已经资助立项了57项课题，研究基于网络的协同科研组织的信任形成、公众参与、资金吸纳、权益分配及科研信息安全等课题。欧盟与美国NSF就基于网络的协同科研组织所做的专项研究报告都显示，与传统的科研组织形式相比，基于网络的协同科研组织具有较高的灵活性和资源利用率，且突破了传统科研组织的边界藩篱，可以有效地整合研究成员的学术特长。

著名管理学家德鲁克在1998年就曾指出，创新即是用知识生产新知识，不是民间所说的“灵感”，也不是孤单的个体干得最出色，创新需要系统的努力和高度科学的组织。信息时代的科研是置身于全球背景下的科学研究，研究群体不再只是所在的研究机构、所处的学科等传统归属，而是围绕某一个研究课题的全球同行，只有让自身一开始的研究就置于全球同行的关注之下，才能产生出高质量的研究成果。诚然，学术社交网络的形成不能全部依赖网络，通过电子邮件或者其他网络社交工具开始的人际关系是一种相对不稳固的社交关系。在网络社区、虚拟空间中的交流不能完全代替实体物理空间的交流，应借助学术会议、面对面的交流等传统形式让学者之间的交流变得更为亲切真实，这样学者间的信任才有望达成。虽然在网络空间，精英科学家无暇与普通学者开展充分的交流，但作为学生、科学研究的初入门者、普通科学家如果不能积极主动地参与到基于网络的学术交流中，那只会与精英科学家的距离拉得更大。