第1章 新科技革命和产业变革的基本规律、未来趋势及政策体系
本章从总体上把握历次科技革命和产业变革的基本规律，判断新一轮科技革命和产业变革的趋势和关键技术拐点，提出应对新科技革命和产业变革的政策支持体系，主要包括三个部分。一是科技革命和产业变革基本规律。基于对历次科技革命和产业变革的梳理，分析科技革命的内涵、模式与动力，总结产业变革的基本特征，研究科学革命、技术革命及产业变革三者之间的转移和转化规律，为新一轮科技革命和产业变革的研判奠定认识规律基础。二是未来科技革命和产业变革的趋势特点及关键拐点。认识新一轮科技革命的特点、总体趋势和可能的重大突破领域，提出关键技术拐点的判断方法，重点开展颠覆性技术的案例分析，为制定应对新科技革命和产业变革的政策提供基础。三是应对新科技革命和产业变革的政策体系。从政策的系统性、协调性和层次性角度，构建新科技革命和产业变革背景下的科技创新政策的逻辑框架，提出应对新科技革命和产业变革的政策建议。
1.1 科技革命和产业变革基本规律
深刻认识科技革命和产业变革的基本规律是预判未来科技发展大势、研判未来科技发展拐点的基础，本节将对科技革命和产业变革的内涵、模式、动力及其特征进行分析。
1.1.1 科学发展与科学革命
1. 科学革命的内涵
英国剑桥大学近代史教授巴特菲尔德（Buttefield）*早使用“科学革命”描绘16～18世纪近代自然科学在欧洲迅速崛起所引起的变革，即近代第一次科学革命。科学革命有狭义和广义之分。狭义上，它指的是一个学科领域的科学革命，即一个新的科学理论取代或推翻旧的科学理论，如哥白尼日心说推翻托勒密地心说。广义上，它指的是一个历史时代的科学革命，即自然科学某一领域划时代的重大发现不仅引起本领域科学理论体系的根本变革，还带动其他相关科学领域的重大变革。如哥白尼的日心说不仅标志着近代天文学的开端，而且为后来伽利略、牛顿建立完整的力学体系和近代科学的发展奠定了基础。
科学理论体系由科学事实，科学思想观念，以及科学原理、定律所构成，其中，科学事实是科学理论体系的客观基础；科学思想观念是理论体系的内核；科学原理、定律则是理论体系的外核。科学革命是科学思想的飞跃，源于现有理论与科学观察、科学事实的本质冲突，表现为新的科学理论体系的构建，反映了人对自然的理论关系认识的质的飞跃（中国科学院，2009）。科学革命中建立的科学理论体系能够容纳现有科学事实并给以完满的解释，同时预见可能存在的未知现象与事实。新的科学事实可能证明原有科学理论的预见，也可能与此理论相悖，引发新的科学革命，形成新的科学思想观念；思想观念变革是科学革命的起点，而整个理论体系的变革则是科学革命形成的标志。
2. 科学发展模式
科学发展模式主要包括以下几类。一是以逻辑经验主义者卡尔纳普（Carnap）为代表的经验主义科学发展模式，认为科学知识是从观察取得经验，经过归纳和证实的真命题，科学发展便是这种知识的积累结果。这种模式强调了科学发展的经验基础、归纳和假说的作用。二是以批判理性主义者波普尔（Popper）为代表的理性主义科学发展模式，认为科学始于问题，科学发展是通过对问题的猜测与反驳的形式而进行的，科学发现的成果不是通过证实而是通过证伪而得到的。三是以美国科学哲学家、科学历史主义者库恩（Kuhn）为代表的历史主义科学发展模式，认为科学发展是由科学范式（paradigm）不断更替所形成的科学革命作为核心而展开的。新范式形成之后进入常规科学时期，发展到一定阶段后出现反常和危机，人们寻求新的范式取代旧的范式，导致科学革命的发生，之后再次迈进新范式下的常规科学时期。因此，科学发展本质上是常规科学与科学革命、积累范式与变革范式的交替运动过程。四是以日本物理学家、哲学家武谷三男为代表的实践主义科学发展模式，即“三阶段论”。首先是现象论阶段：科学界在实践中发现许多互不相关的自然现象。其次是实体论阶段：通过实践人们又发现了现象之间的某些规律性联系，但并未找到这些规律的内在联系。*后是本质论阶段：人们通过实践活动进一步揭示了规律之间的本质联系，发现了统一的规律。
1.1.2 技术发展与技术革命
1. 技术革命的内涵
1788年，英国的阿瑟?扬（Arthur Young）把当时重要的技术发明称为“革命”。19世纪60年代，马克思在《资本论》中*先使用“技术革命”或“工艺革命”等概念，并认为技术革命作为生产力革命的表现，还会引起生产关系的革命。恩格斯在1883年指出正在兴起的电气技术革命必将对社会产生深远的影响。技术革命是人类生存发展手段的飞跃，源于人类实践经验的升华和科学理论的创造性应用，导致重大工具、手段和方法的创新，表现为人的能力和效率的质的提升（中国科学院，2009）。一般来说，单一技术的重大突破不一定引发社会的技术革命，只有在技术体系中居主导地位和关键作用的技术发生飞跃，改变了技术规范，引起相关技术的一系列变革，导致整个技术体系的根本变革，才引发社会的技术革命。技术革命本质上反映了人对自然的实践关系的飞跃，标志着人类改造自然、创造人工自然的能力的根本性突破，它必然引起生产力的质的飞跃，引发产业革命和经济革命，成为划分经济社会形态和社会生产时代的标志。
2. 技术发展模式
技术发展的模式包括进化模式、周期模式等。进化模式包括人体功能外化与自然人化，即人体结构与功能的外化、对象化和自然界的人化、主体化。具体来看，从工具到简单机器是人手的外化与自然物的人手化，从工作机到发动机是人力的外化与自然力的人力化，从控制机到电脑是人脑的外化与自然信息的人脑化，显微镜与望远镜是人眼的外化与自然的人眼化，智能机器人是人体结构及功能的综合外化与自然物质能量信息的综合人化，生物技术和生命科学的发展是人类生命力和生殖力的不断强化（图1-1）。
图1-1 技术发展的进化模式示意图
技术发展的周期模式反映了技术的波浪式、阶梯式发展过程与规律。技术进步过程首先表现为技术本身从发明、创新到扩散的生命周期，技术功能水平从导入、成长、成熟到饱和的周期，其次表现为技术经济效果变化周期，即技术产品的市场销售额和利润额增长从缓慢、加速到下降衰退的生命周期。另外，技术进步还表现为原有技术周期完结而被一个新的技术周期所取代的历史过程，而且既有技术本身水平的周期更替，也有技术经济效果的市场周期更替；既有单元技术的周期，也有技术体系的周期。
3. 技术发展动力
技术发展的动力包括科学推力、市场引力及二者的结合。
科学推力是由技术的自然属性所决定的。基于“科学是技术之母，技术是科学的应用”的认识，以及科学理论向技术转化速度加快的现实，推断技术发展的主要动力是科学的推动作用。这种作用表现为科学理论及其揭示的自然规律为技术发展提供科学原理依据，科学发展程度决定了技术发展的水平，科学定律揭示的自然极限规定了技术功能的极限。
市场引力是由技术的社会属性所决定的。技术的*终成果是产品，只有满足社会需要并为市场所接受的技术产品才有生存和发展的机会，因此市场需求是技术发展的拉动力。社会及市场对技术的拉动作用主要表现为社会的实际需要提供了技术发展的方向，社会市场规模决定了技术及其产品的容量大小，社会的经济条件与政策环境规定了技术发展的支持能力。另外，同一种技术的基本原理因需求不同而形成不同的技术方向及*终产品。例如，核裂变技术因军事需要而用于核弹，因民用需要而用于建设核电站。
科学推力与市场引力的结合。由于技术兼具自然属性和社会属性，在现实中技术发展同时受到科学推力和市场引力的双重作用。因此，自然科学推动和市场需求拉动这两者的合力是技术发展*根本的宏观动力。另外，在不同的具体条件下，这两者的作用大小有所不同。例如，核技术、激光技术等现代技术得以发展，既有科学理论作为基础，又有社会和市场的现实及潜在需求。
1.1.3 产业革命内涵与特征
1. 产业革命的内涵
恩格斯*早使用“产业革命”一词来描述18世纪英国发生的机器大工业代替工场手工业的经济变革。马克思在《1861—1863年经济学手稿》中，阐述了工业革命起源于同加工的材料直接接触的那一部分工具的变革，接着引发蒸汽机的改进形成动力革命，由此又带动机械、化工、钢铁、煤炭、交通等工业部门的变革，导致整个工业的革命。马克思还指出产业革命不仅是生产力革命，而且是生产关系革命。据此可以将产业革命分为两类：狭义上，产业革命指重大发明在生产中的应用而引起一个产业部门的根本变革；广义上，产业革命指技术革命推动一系列产业部门的变革，进而导致社会的产业结构和生产方式的根本变革。
2. 产业革命的特征
产业革命以现实生产力和社会生产组织的矛盾运动作为内在动力，以某种生产工具的突破为先导，带动相关生产手段变革，从而导致整个社会物质生产活动的根本变革和社会生产力的重大飞跃。历次产业革命往往以先导产业的变革为起点，以主导产业的形成为高潮，引起产业结构和经济结构的重组调整和更新升级。产业革命的实质在于技术革命引起社会生产力的重大飞跃和整个生产方式的革命性变革，既包含生产力和生产关系的变革，又将*终导致经济和社会的重大变革。产业革命是技术革命的必然后果，技术革命是产业革命的前提条件。
1.1.4 科学、技术与产业革命的关系及其转移转化规律
1. 科技发展趋势
1844年恩格斯提出了科学发展加速率的思想，即科学发展与前一代人遗留下来的知识量成正比，在*普遍的情况下，科学按几何级数发展。美国科学计量学家普赖斯（Price）提出了科技发展的指数增长模型（普赖斯曲线），认为科学发展的指标遵循指数增长规律上升，具体量化指标包括科学期刊和科学文献、科学家数量、科学学科和科学费用的增长等。指数增长模型对于短期科技发展规律的刻画比较符合现实，然而从长期来看，科学的定量指标并不是在任何时期都按指数规律增加，尤其是对于未来较为遥远的时期，其不能对未来的长期趋势进行预测。因此普赖斯进一步提出科学增长的逻辑增长率（“S”形曲线），认为科学发展的指标在初始阶段遵循指数增长规律上升，当指标达到*大值一半时，增长率减慢，直至指标接近其极限值。
从阶段上看，科学发展可能会沿“S”形曲线趋于“饱和”位置，但从更长期来看，一次“饱和”表明原有科学范式的积累到达极限，需要进行范式变革，即科学革命，之后会出现另一个加速增长。因此从整个科技发展历程看，科学技术发展是通过渐进与飞跃两种基本形式的交替出现向前推进的，在渐进中完成量的积累，在飞跃中完成质的更替与范式转换，从而表现出螺旋上升的轨迹。渐进发展有两种形式：一是外延上的积累和扩张；二是内容上的充实、修正和协调。当渐进性的发展积累到一定程度时，原有科学理论会遇到无法解释的现象，原有技术无法突破的难题或者无法满足社会、经济、文化、军事发展的需要，此时科学发展将会孕育新的理论，技术发展孕育新的方法，并在某一时点产生质的飞跃，从而产生有本质区别的新理论、新技术。
科学发展的重心率表现为带头学科在时间维度上的更替（学科不平衡）和科学中心在空间维度上的转移（地域不平衡）。
带头学科依次更替理论由苏联著名哲学家凯德洛夫提出，其认为各学科发展不是齐头并进的，而是带有明显的不平衡性。带头学科在一个时期内的发展水平和速度走在其他学科前面，能够以自己的发展规模和实力影响其他学科，其概念、理论和方法对其他学科发展有不同程度的影响。带头学科更替表现出周期性和加速性特征。带头学科更替周期性是指单个学科与一组学科相间地成为带头学科。某一学科完成了科学发展的带头作用后，就让位于另一组学科，这一组学科起了带头作用后，又被其他某一学科取代，然后又是某一组学科带头，如此不断更替。带头学科的更替，充分体现了科学发展的不平衡性规律，这种更替的原因一方面在于社会需要，另一方面在于科学发展的内
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