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《中国科学报》报道“原创性学科可拓学”
2015-12-23 15:35   审核人:

2015年12月18日,《中国科学报》发表文章报道原创性学科可拓学。

原文如下:

原创性学科可拓学

广东工业大学蔡文研究员

怎样创造新产品?怎样开拓新市场?怎样利用特殊资源?怎样提高管理水平?这些都需要创新。创新的关键是什么?——当然是创意。

然而,创意如何源源不断而来?由我国学者蔡文研究员自主建立的原创性学科——“可拓学”,为解决林林总总的矛盾问题开启了一道“阀门”。

正如蔡文所说:“可拓学研究的目的是使电脑聪明起来,能够帮助人类解决问题;也使人的头脑更聪明,可以按照一定的程序提出创意……”有专家认为:“可拓学最有可能成为具有中国自主知识产权的创新方法理论体系。”

可拓学研究的是什么?

环顾古今,人类的历史就是一部处理矛盾问题的发展史。

以往,多数是靠个人的聪明才智,冥思苦想,而后灵机一动,想出了新产品的构思和解决问题的主意——创意。

在蔡文看来,创意的产生是有规律可循、有方法可依的。

“通俗地讲,可拓学实际上就是利用事物可以拓展的性质,来解决矛盾问题的一门学科。从古至今,我们在生活中经常会碰到各种各样的矛盾问题,给我们带来困扰。”蔡文在接受《中国科学报》记者采访时,进一步解释“曹冲称象”这个典型的例子——只有一把能称两百斤的秤,却要称一头千斤以上的大象,如何称出它的重量呢?曹冲想出了“以舟称象”的“金点子”:即把大象拉上船,记录下船在河中下沉的位置;然后,把象拉走,在空船上放入石头,直到装载石头的船再次下沉到所做的记号为止,最后,称出船中石头的重量,这就是大象的重量。

我国学者收集了大量处理曹冲称象这类矛盾问题的例子,深入研究了人们解决矛盾问题的规律,历时30多年,形成了一门横跨哲学、数学与工程的新学科——可拓学。它通过基元思维、拓展、变换等形式化、流程化地产生一系列创意,然后通过优度评价法选出最佳策略,这样就使提出解决矛盾问题的创意能按照程序进行,通过大众化的工作,让每一个普通人能轻松掌握这套方法。

让我们按照可拓学的形式化、拓展、变换、评价这四步程序,来看看可拓学是怎样帮助普通人解决“称象”这一问题的:首先,把需要解决的问题形式化,核心问题的目标可以写成(大象,重量,x),条件可以写成(秤,称量,200斤)。具有重量的东西不止大象,还可以找出石头、沙、水、木头等等,这叫作拓展。曹冲聪明,就在于利用具有重量这一特征的石头代替大象,这叫作变换,把大象变换为前面拓展出来的多种东西,例如,把大象变换为等重的石头、沙子或人等等,通过称它们的重量,就能知道大象的重量。最后,就是评价。既然变换出这么多东西,哪一个创意才是最优的呢?这就要进行评价了。通过这四步,我们可以得到处理这一矛盾问题的创意。显然,曹冲是聪明的,但不是最聪明的。

在生产中,需要构思各种各样的新产品。他们发现,构思新产品本质上也是为了解决满足人们需要的矛盾问题,也可以用上面的四步方法提出新产品的创意。

利用可拓学的“转换桥”解决对立问题

和谐,是社会发展的主题。蔡文告诉记者,可拓学对于促进社会和谐能发挥一定的作用。例如,在香港,汽车都是靠左行驶,而内地的汽车则靠右行驶。如何将这两个不同规则的交通系统连接在一起?这似乎是一个无解的问题。但是深圳修建的皇岗桥使得靠左行驶的香港来车经过它,自动变成靠右行驶进入内地;同样,内地去的车经过它也会自动变成靠左行驶进入香港,这样就实现了路面上的和谐。人们的生产活动和生活中,存在大量这样的对立问题。可拓学根据这些对立问题的处理方法,抽象出化对立问题为共存问题的转换桥方法。利用“转换桥”方法可以解决矛盾、促进和谐。

也就是说,可拓学能够帮助人们形成“可拓思维”,它的创新方法既处理构思和设计过程的矛盾问题,也研究各行各业处理矛盾问题的方法,因此,可拓学能与很多学科交叉融合,并应用于各个领域产生矛盾问题的地方。从而可拓学在产品设计、企业策划、技术科学与人工智能等领域有着广泛的应用前景。

可拓创新方法研究用计算机帮助人们解决矛盾问题的可拓软件。目前这些成果已被应用于工程科学、信息科学、经济与管理等多个领域,国内学者应用可拓创新方法的成果获得一批软件著作权和专利。可以通过研制相应的计算机软件,应用于处理各具体领域中的矛盾问题或者研制用计算机构思新产品的软件等。

同时,蔡文也指出:“可拓学的价值在于两方面,一是用于人脑;二是用于电脑。”换言之,按照形式化、拓展、变换、评价这四步程序,可以找到解决矛盾问题的方案,人脑不再只能靠灵光一闪解决矛盾问题,而是可以遵循着解决问题的既定程序进行操作,提出解决矛盾问题和构思新产品的创意,使普通人聪明起来。

如果把可拓创新方法编成计算机程序在电脑上使用,就能使电脑具有生成创意的能力,通过可拓策略生成系统,帮助人们解决矛盾问题。这将产生智力的革命。

可拓学是我国原创科学研究中理论基础、方法体系、应用成果和队伍建设等较为完善的一例。2004年,中国科学院院士吴文俊和中国工程院院士李幼平为首的鉴定委员会鉴定认为,“经历20多年连续研究,蔡文等人已经建立一门横跨哲学、数学与工程的新学科——可拓学,它是一门由我国科学家自己建立的、具有深远价值的原创性学科。”

科技部、教育部、中国科学院、中国工程院、国家自然科学基金委等主办的香山科学会议上就“可拓学的科学意义与未来发展”指出:“(可拓学研究者)建设了一门以解决矛盾问题为目标的新的横断学科。它在各门学科和工程技术领域中应用的成效,不在于发现新的实验事实,而在于提供一种新的思想和方法。”

中国科学技术协会2008年和2010年先后在《学科发展报告》中大篇幅发布了可拓学研究成果。

可拓学的研究是一项具有深远意义的工作,目前,在解决矛盾问题的理论与方法的研究上,我们已经走在世界的前面。如果抓好应用研究工作,将会在世界的科学技术领域占有领先的地位。

走向国际科学殿堂

目前,可拓学的理论体系不断完备,而在可拓策略生成这一技术应用方面还大有可为,蔡文表示,可拓学的最终目标应该是通过计算机、利用互联网来帮助人类解决矛盾问题。目前,可拓学的工作主要有三个方面:一是让可拓学与网络、计算机相结合,力争在技术应用方面走在世界最前沿。这就需要我们结合全社会的力量,在技术上更进一步,把已经领先的理论与方法转换成技术。二是加强应用研究,包括在工程、信息和管理等领域的应用。三是开展普及推广,让更多人了解、学习和应用可拓学去解决实际问题。

目前,可拓学成果已被成功应用到多个领域,并得到学术界的认可。可拓学研究者还开展可拓学的应用研究——可拓工程,包括可拓策略生成、可拓数据挖掘、可拓控制、可拓检测、管理可拓工程等,特别是在人工智能和计算机领域中的应用研究十分活跃。

有的地方政府部门看到了可拓学的应用前景,开始进行相关研究。例如,广东省科技厅的科技计划项目支持可拓创新方法的应用与推广;甘肃省科技厅组织了一个基于可拓学的创新平台的软件工具研发;宁波市科技局支持了一个可拓学对企业自主创新的研究。

一场创意的革命正在可拓学的引领下悄然兴起。从以人为本的哲学层面来看,可拓学的价值还在于,使人们树立了一种矛盾问题可以解决的理念:世上万事万物都是可以拓展的,通过拓展、变换就可以得到解决矛盾问题的创意。

从上世纪80年代可拓学创立以来,经过了30多年的发展和完善,可拓学逐步传播到世界各地。美国、印度、德国、罗马尼亚、委内瑞拉、日本等国学者一同积极参与研究,形成了国际可拓学科学共同体,他们发表论文、出版专著,开展在机器人领域和信息领域等的应用研究,使可拓学走进世界科学殿堂。

2012年以来,美、罗、印等国专家分5期作为国际可拓学研究学者陆续来华(第4期在罗马尼亚科学院举办)学习这一学科,罗马尼亚科学院机器人专家Luigi VLADAREANU 教授等到广州学习回国后应用于机器人,专利“机器人系统的可拓混合力—位置控制”于2014年获日内瓦国际发明博览会金奖、俄罗斯联邦奖等殊荣。2013年,首届可拓学国际研讨会在北京召开,有9个国家120多名专家学者参加。这以后,蔡文研究员等可拓学学者先后应邀到欧美讲学,介绍可拓学。

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