高等教育科研信息化的現狀與趨勢研究

[摘要]高等教育信息化若要對大學在新時期的創新發展產生革命性的影響，就必須分別落實到大學的教學、科研與社會服務這三大職能上?？蒲行畔⒒歉叩冉逃畔⒒闹匾M成部分，正在重塑著大學科學研究的體制、機制和面貌。文章從大學、學科、國家等多個層次介紹了高等教育科研信息化的發展現狀，并將目前對于該領域的研究歸納為關鍵技術、資源服務和虛擬科研共同體三個方面。在對高等教育信息化發展歷史、現狀和研究情況的整體把握之下，基于當前信息技術與科研發展的趨勢，從基礎設施、內容資源服務體系和科研文化三個視角展望了高等教育科研信息化的未來。

[關鍵詞]高等教育；科研信息化；科研共同體；科研文化；資源服務

[中圖分類號]G40-057 [文獻標識碼]A [論文編號]1009－8097(2012)05-0005-05

教學、科學研究、社會服務是當代大學的三大職能，三者互相促進、密不可分。對于大學，尤其是研究型大學來說，科研已成為其核心競爭力的重要標志。作為信息時代教育創新發展的革命性推動力，信息化正在推動世界大學科研方式的創新，重塑著整個國家科學研究的體制、機制和面貌。本文以高等教育科研信息化為主題，嘗試對其現狀和研究作簡要介紹，并展望了其未來發展趨勢。一 高等教育科研信息化的發展現狀

科研信息化在英語中被稱為e-Science或e-Research，前者最早由英國學者JohnTaylor提出，其意義為“在重要科學領域的全球性合作，以及使這種合作為可能的下一代基礎設施。”而后者更側重于“信息技術對研究過程與研究活動的支持，以及信息技術為科學研究所提供的新的可能性?！眹鴥纫嘤小靶畔⒒茖W研究”的概念，本文對此不作區分，統一稱之為科學研究信息化，簡稱科研信息化。

科學研究，尤其是自然科學和科學技術研究，是跨國界的。但是科研體制、科研模式和其背后所體現的科研文化，又必然要受到不同國家、不同民族歷史文化傳統和不同社會文化土壤條件的影響和制約。比如有的國家高水平的科學研究主要依托于名牌大學進行，也有的國家則超越大學體制，從國家層面創建獨立于大學之外的高層次、高水平科研機構和體制。這兩種科研體制和科研模式雖有較大差異，但是近半個世紀以來，卻出現了明顯的相互吸取甚至相互融合。一方面表現為世界各國大學尤其是名牌大學，承擔國家重大科研課題和項目越來越多、比重越來越大；另一方面，獨立于大學之外的國家和地方科研機構與大學的聯系越來越密切，對名牌大學的依賴，尤其在高層次人才培養等方面對名牌大學的依賴、與大學的合作越來越強。大學作為整個國家科研的重要組成部分，其科研運作與整個國家的科研體系聯系緊密、互相促進。

進入21世紀以來，信息化與全球化這兩大潮流合流，極大地改變了人們的工作方式、學習方式、生存方式，打破了200多年西方工業文明建立起來的各種體制和機制壁壘，由此決定并推動了從大學到國家等各個層面展開的科研信息化如火如荼的迅猛發展。

英國是第一個從國家層面推動科研信息化的國家。作為近年來英國政府在信息技術領域支持的最大研究計劃，“英國政府于2000年提出了e-Science計劃，總經費2.15億英鎊”。經歷了兩個階段的建設之后，英國建立起了一個國家性質的信息化科學研究中心，一批優秀的研究中心和眾多的普通研究中心，并在網格中間件、可持續運行的網格服務環境、網格支持環境中心、數據維護中心等方面的研究和開發上取得了一批成果。

繼英國之后，美國、澳大利亞等主要發達國家都提出了自己的科研信息化國家計劃，2005年，美國國家科學基金會(NSF)啟動了“賽博基礎設施”(cyber-Infrastructure，簡稱CI)建設計劃，“旨在建設由一系列高速互聯網絡、先進計算資源、各種應用軟件及專門技能構建起來的科學與工程研究平臺。經過幾年的發展，CI早己超出了科學與工程的領域，成為聯結世界各地包括社會科學與人文藝術科學在內的科研工作者和教育工作者的巨型公共知識服務體系?！迸c英美兩國相似，“澳大利亞建立了包括高速網絡、高性能計算能力、信息資源共享等在內的Systemic Infxastructure用來支持科研信息化，以確保其研究人員仍然在全球范圍內具有競爭力?！蔽覈诮逃康葐挝坏母叨戎匾暸c領導下，充分利用中國教育和科研計算機網CERNET的基礎設施和豐富資源，建立了“中國教育科研網格ChinaGrid，覆蓋了中國主要一流研究性高校的網格節點，成功地把CERNET上自治、分散、異構的網絡資源整合起來并綜合發揮其整體效能，使其成為了世界上最大的超級網格之一”。科研信息化要求在一國乃至跨國的范圍內實現資源的共享和科學家之間基于信息技術的合作，為此，一方面需要自上而下，從國家層面制定發展規劃和計劃，建設大規模、大范圍的信息化基礎設施以支撐資源共享、協同研究、科研管理等基本功能的實現，同時創建一整套適應這種新型科研的管理、評價體制，并在國家建設的基礎之上，進一步通過國與國之間的合作來推動全球范圍內科研信息化的實現。另一方面也需要上下聯動，各地區、各學校、各學科基于特定需求，以國家統一的基礎設施和管理服務為基礎，從自身特點出發研究、建設科研信息化的環境、資源和服務，開發特定應用。比如在英國的e-Science建設組織架構中，包括一個跨學科的核心計劃理事會，開展跨學科基礎設施的研究和建設，此外還有七個學科的研究理事會，它們得到政府的撥款，從學科角度出發制定各自的e-Science研發計劃，作為一個重要的組成部分參與到e-Science的建設中。

國家層面龐大的數字化科研基礎設施建設，國家乃至跨國范圍的科研成果與資源共建共享，不僅極大地推動了大學科研方式的數字化轉變和科研工作者數字化生存能力的提升，更重要的是徹底打破了傳統科學研究的封閉狀態，促進了不同專業和學科、不同學校、不同地區、不同國家科研工作者之間的相互了解與合作，這不僅使許多傳統科學模式中根本無法想象、無法實現的跨學科、跨國界、跨文化巨型科研項目開始出現并迅速發展。有力推動了科學研究的全球化，同時也帶動了大學高層次科研人才培養的國際化，促進了大學科學研究與人才培養，尤其促進了高層次人才培養的聯系與內在結合。二 高等教育科研信息化研究概述

對大學科研信息化展開的研究屬于多學科交叉的新舞臺，整合了信息技術、信息管理、大學科研管理等眾多領域，計算機科學、通信科學、信息管理學、教育技術學等多個學科均從各自的角度進行了開拓性的研究與聯合攻關研究。從目前進展情況來看，可以將大學科研信息化研究的主要課題歸納為以下三大方面：

1 對科研信息化關鍵技術的研究

科研信息化從基礎設施建設的視角來看，基本理念在于整合互聯網上豐富的資源，包括儀器設備、計算資源、信息資源、知識資源等等，消除“信息孤島”，而網格計算正是利用互聯網把分散在不同地理位置上的多個資源，包括計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識資源等“全面連通和統一分配、管理及協調起來，通過邏輯關系組成一臺‘虛擬的超級計算機’”。網格計算中的一個重要研究方向是中間件技術，解決由于平臺上存在各種各樣的系統軟件以及多種風格各異的用戶界面而導致的分布異構問題。此外，為了提高科研信息化環境的易用性，使得網格更加的智能化從而提供更加高端的服務，產生了諸如知識網格、語義網格等技術。前者旨在從海量數據信息中發現和管理知識，后者則是主要解決現有網格上存在信息格式異構，信息語義的多重性以及信息關系的匱乏和非統一等問題。云計算是近年來在網格計算、分布式計算等技術基礎之上所發展起來的最新的網絡資源集成式服務，從網格計算到云計算，是推動與整合科研信息化關鍵技術的大趨勢。

2 對科研信息化資源服務的研究

科研資源包括了各類基礎設施、儀器設備、計算能力、內容資源(包括科研數據、信息、知識)等等。其中對于儀器設備、計算能力等的研究主要集中在通過網格技術、分布式計算等實現大型儀器設備和計算資源的共享上。而對于內容資源服務的研究則大部分從圖書情報學的視角展開，其目的是為科研過程提供數據、信息和知識的支撐，研究的問題包括元數據的應用和開發、數據庫集成管理、高端科學數據服務、知識提供服務、知識的交流和積累服務等方面，其核心是傳統的圖書館等內容資源提供者向數字圖書館的轉變，從而構建數字化內容資源服務體系，為科學研究過程提供全方位的知識服務。通過信息化整合分散在各個圖書館、數據庫等的數據、信息和知識，為科研過程提供“嵌入式的服務”，使得科學家能夠方便高效地滿足研究過程中的知識需求，比較熱點的研究包括知識管理、知識挖掘、智能代理、知識的可視化等?！皵底謭D書館使得分布在世界各地的研究人員能夠知識交流的公共平臺展開實質性的互動……數字圖書館是當代研究型大學的心臟，是推動全球化科研共同體的形成與發展的支撐力量?！?/p>

3 對虛擬科研共同體的研究

科研信息化的目的是促進全球性的科研合作，其中重要的一點是基于信息技術的支持創建虛擬科研共同體，實現跨學科、跨部門、跨地域的開放性科研合作。對于虛擬科研共同體的研究主要集中在虛擬研究環境(VRE)及其科研機制的構建和設計上?！疤摂M研究環境指的是基于科研信息化基礎設施的協同研究空間及其服務?！逼溲芯堪蒲行畔⒒脚_(如Sakai)或網絡協同科研環境，如目前最為流行的基于面向服務架構模式(Service Oriented Architecture，SOA)的應用模型；科研信息化工具的研發，包括數據挖掘與數據統計、知識管理、討論交流、成果發布工具等?；谔摂M研究環境，科學家組成科研虛擬團隊，創建出信息時代的全新科研組織結構和科研文化，創造出跨時空、跨地域、跨文化的交流分享與協同工作新模式，形成全球化的科研共同體。三 科研信息化的未來展望

1 云計算——搭建集成與分布相統一的基礎設施

一直以來，網格計算都是科研信息化最為基礎的技術支撐平臺，所有國家的科研信息化基礎設施架構均以網格計算為基礎。網格計算旨在整合互聯網上分散的各類資源，建造科研“資源池”，實現像使用水電一樣使用科研資源。網格計算是理想化的模型，然而現實的互聯網情況卻要復雜得多，網上充滿著松散的異構資源，資源的異構性成為整合的最大障礙。開發中間件是最常用的解決方案，然而仍然面臨著許多挑戰和難題。由于異構性這一問題的存在，作為一種令人憧憬卻實現起來障礙重重的技術，網格計算一直未能達到其所設想的理想境地。然而，網格計算的“資源池”思想和整合網絡資源的技術，卻成為了今天云計算的重要思想和技術基礎。

云計算由谷歌于2006年最早提出，它在技術上是“效用計算(Utility Computing)、網格計算(Grid Computing)、自治計算(Autonomic Compmmg)等計算科學概念的綜合應用實現”。云計算通過更高的集成性解決了異構問題，通過建造集成化的計算資源——“云”，實現了網格計算所構想的“資源池”的理念。云計算提供三個層次的服務：“IaaS(Infrastructure as a Service，基礎架構即服務)；PaaS(Platformas a Service，平臺即服務)；SaaS(Software as a Service，軟件即服務)”。將這三層服務應用于科研，可以實現基礎通訊設施、實驗儀器、網絡平臺、軟件應用、信息資源等各種資源的集成共享。目前世界范圍內一些國家和地區的大學正在探索和實踐云計算和云服務的理念，比如北卡萊羅納州立大學虛擬計算實驗室(VCL，Virtual Computing Laboratory)的虛擬計算項目；中國科技大學的“瀚海星云”校園云服務平臺；英國紐卡爾斯大學Paul Wastson教授和他的團隊開發的云計算平臺e-Science Central：臺灣大學的“筋斗云”項目等。

隨著云計算在科研信息化領域的突飛猛進，未來的科研基礎設施，將是一個集成與分布相統一的、多層次的“資源云”體系——為科研工作提供一體化、全程式、個性化的科研資源服務。一方面，海量的科研資源通過集成技術無縫地聚合在一起，從而提供在用戶看起來無限擴展的服務。這些服務嵌入到科研工作的全過程之中，如同在科學家手邊一樣，在科學家需要支持和幫助的時候可以方便地獲得。比如建立一站式的科研資源門戶，整合包括實驗儀器、計算資源、內容資源(數據、信息、知識)等科研資源，科學家可以隨時通過接入“云”中享受到個性化的服務，免去大量繁雜的工作，并獲得靈感的啟發，以最佳的狀態投身于最具有創造性的科研活動之中。另一方面，科研資源的集成并不意味著在物理上的完全集中，而是分布在各個地區、各個大學、大學中的各個學科、部門之中，這些分布在各地的科研資源各自也構成小的“資源云”，它們的聚合形成更高層次的“大云”，各層次的“云”相互配合構成一個多層次的科研云計算體系。“云”中各類硬、軟件資源的建設亦是分布與集中相統一的模式，各單位都參與到資源的建設之中，并通過一套管理、評價的體制、機制將這些資源篩選、集成到更高層次的云中，實現制度化的科研資源共建共享。

2 數字圖書館一構建信息時代的內容資源服務體系

傳統科學研究最重要的兩個地方，一是實驗室，二是圖書館，前者提供儀器設備，后者提供知識服務。在信息技術出現之前，“研究型大學圖書館的質量直接制約著其科學研究的質量與水平”。因為圖書館儲藏了人類千百年來的知識精華，為科研人員提供了研究的知識基礎。隨著信息技術的迅速發展，網絡數據庫等新興的數字化資源越來越成為科研過程中不可或缺的組成部分，并最終催生出集成、高效和個性化知識服務平臺——數字圖書館。“數字圖書館是基于網絡環境下共建共享的可擴展的知識網絡系統，是超大規模的、分布式的、便于使用的、沒有時空限制的、可以實現跨庫無縫鏈接與智能檢索的知識中心?！睂τ诖髮W來說，數字圖書館集成了傳統圖書館、網絡數據庫、數字化圖書庫等各類最為基礎的知識資源，為科研全過程提供人性化、個性化、高端化的內容資源服務，是科研信息化最為重要的基礎設施之一。

當前，數字圖書館正在走向科研過程中的嵌入式服務，數字圖書館作為一種觸手可及的資源提供方，在科研工作者遇到任何需要知識提供的時候，都可以方便地獲得自己想要的之知識幫助，利用先進的智能搜索技術和個性化推送技術，免除了傳統復雜繁瑣的內容查找。同時其信息服務越來越走向高端，不僅提供原始的數據、信息、知識，更提供數據分析、信息統計、知識挖掘等深層次、高附加值的知識服務，滿足科研工作越來越高端、深入的需求。

特別值得提出的是，現有的科研信息化技術、內容、系統等資源很大一部分是由國外創建和控制著的，比如大部分學術數據庫都控制在西方公司和機構手里，為此每年我們要交納數額巨大的使用費。如何打破這種被動的局面，研發出中國原創的科研信息化成果?以數字圖書館為核心的內容資源建設中蘊含著大量的機會。比如漢語文獻資料的處理。漢字與英文等西方文字在知識的處理方面有很大不同，對此王選在漢字照排方面的成功對科研信息化具有很大的啟發意義。這對我們來說，至關重要。我們的科研信息化總體水平與西方發達國家有著較大的差距，全方位的趕超需要較長的時間，但從中國的傳統文化出發，則有可能實現局部突破，在數字圖書館等領域中產生原創性的成果。

3 信息時代的科研文化——創建全球化科研共同體

傳統的科研模式誕生于工業文明之中，科研資源相對封閉、學科之間壁壘重重，科學家之間的交流合作受到時空的限制，與這些特征相伴隨的是傳統的科研文化與價值觀體系。信息技術在創造一個全新的大學科研時空，引發現有科研方式變革的同時，也在呼喚著一種信息時代的科研新文化。美國密歇根大學的前校長，著名的高等教育戰略思想家杜德斯達特認為信息技術將推動全球化科學研究共同體的誕生。所謂共同體，其最根本的特征是有共有的文化價值觀。信息時代的全球化科研共同體，其文化既具有與傳統科研文化一脈相承的共性，又具有開放、合作的鮮明時代特性。這突出的表現在對“競爭與合作”這一科研文化中的永久矛盾和永恒主題的認識之中。一方面信息技術將帶來科研資源的共享，科學家之間的便利交流，從而使得跨學科、跨地域的科學研究合作成為可能，另一方面信息技術所帶來的共同性：共同的目標，共享的資源使得“科學家之間的競爭更加激烈”。與信息技術帶來的這種“競爭與合作”的新景觀相伴隨而來的是科學研究中的誠信問題，信息技術是一把雙刃劍，在帶來了開放、共享的科研新時空的同時，也使科研工作者的科研道德面臨挑戰。正如一些學者所言：“信息技術引發的科研方式變革必然會與既有科研范式中某些傳統價值觀產生沖突和對抗?！遍_放的科研資源和合作的科研環境，客觀上為剽竊等違反基本科研道德的行為提供了更加便利的條件，對于科研工作者的誠信與自律提出了更高的要求。誠信不僅是科研的基本準則，亦是高等教育賴以存在的基本準則，“是東西方大學精神的共同歸宿”。在當前這個價值觀相對混亂的轉型時期，堅持以誠為本是科學研究健康發展的根本所在。如果信息技術的應用對科學研究的誠信和價值造成了削弱和損害，這樣的科學研究就必須接受嚴格檢驗，甚至被科學共同體拒絕和排斥。

以開放、合作為基本特征的科研文化必然要求與此相適應的科研體制變革，隨著學術出版數字化、網絡化時代的到來，科學家的成果發表、檢驗乃至整個科研過程都有了新的模式，作為“科學研究中具有基礎性作用和機制的環節與部分”，學術出版的變革呼喚著新的科研評價體制，從而在適應信息化的時代要求的同時保證科研成果的質量，而這比技術革新本身更重要也更困難。對此，根本出路在于大學精神的回歸，在于科技與人文之融合，其立足點顯然必須扎根于大學優秀人才選拔、培養過程對“誠信”、“自律”、“合作”等基本科學文化價值觀的呼喚與高度重視。

科學和技術從來都是“雙刃劍”。要想保證科學研究及其成果應用始終沿著造福人類而不是危害人類的軌道健康發展，不僅需要堅持正確的科研價值導向，而且必須建立和完善一系列強有力的科研政策和法規體系。這在日益龐大和復雜的科研信息化建設過程中，顯然是一個必須引起高度重視的時代難題。