报告的目的

• 介绍“人类知识高速公路上的教、学、研究和管理”
  • 目标、原理、架构
  • 现阶段成果
  • 广义来说，这属于科学学
• 得到您的批评和建议
• 忽悠您一起推动这个科学学新体系

内容大纲

• 背景和问题提出
• 核心概念和理念
• 体系架构
• 现阶段成果和未来计划

背景和问题提出

• 对科学家科学研究的经验和理解
• 对教和学的经验和理解
• 对企业或者国家等组织科技管理的经验和理解
• 对科学的理解
• 对集体智慧集体思考的追求

核心概念和理念

• 知识的联系
• 知识的层次：学科大图景、一般性人类思维
• 上下左右贯通
• 概念网络和基于概念网络的教学研究和管理

体系架构——人类知识高速公路

• 基础设施（数据、框架）建设
  • 各学科围绕大图景的概念网络，融合
  • 文档（论文、书籍、专利、政策文档、技术文档、习题、项目、案例）自身的概念地图，并标注到大概念网络
  • 辅助数据收集的子系统，文献共读平台
  • 用算法来构建概念网络和文档标注
• 提出和解决教学研究管理的问题
• 做成应用系统来检验，进而服务
• 问题、解法、答案的概念化系统化形成理论

现阶段成果和未来计划

• 整体路线图设计
• 人类知识高速公路建设
  • 汉字网络、英文单词网络
  • 数学、物理概念网络
  • 科学学、系统科学、量子信息概念网络

现阶段成果和未来计划

• 整体路线图设计
• 人类知识高速公路建设
• 人类知识高速公路上的教和学
  • 学习顺序算法、检测算法
  • 理解型学习行为和脑科学实验
  • 上下左右贯通行为和脑科学实验
  • 理解型学习人才培养
  • 习题、项目、案例标注
  • 理解型学习教学实验
  • 理解型学习教材编撰
  • 理解型学习系统设计

现阶段成果和未来计划

• 整体路线图设计
• 人类知识高速公路建设
• 人类知识高速公路上的教和学
• 人类知识高速公路上的研究
  • 给研究者的论文推荐
  • 给研究者的研究问题、研究方法推荐
  • 对论文基础性、创新性、交叉性的评价

现阶段成果和未来计划

• 整体路线图设计
• 人类知识高速公路建设
• 人类知识高速公路上的教和学
• 人类知识高速公路上的研究
• 人类知识高速公路上的管理
  • 企业知识库、集体智慧已经开始
  • 国家科技管理还需要把问题形式化
  • 科技布局战略平台已有初步设计

下面是细节

• 一个非常有野心的体系
• 有问题随时打断我
• 相信我，前方有路
• 有野望，持之以恒

引论：广义科学学的责任问题和出路

• 科学学的学科定位：素材、责任
• 科学学发展的问题
• 科学学发展出路

科学学的学科定位

• 素材：科学家的研究活动和活动的成果，以数据记录的形式
• 责任：帮助科学家做更好的科学，以及传播、管理从而间接地促进科学发展
• 如何实现？
  • 成功学？
  • 排序？

科学学的学科定位

• 作为一个（原则上）一切人类智力财富的组织者和运用者
  • 我们是如何拥有的？
  • 我们是如何运用的？
• 我们实现了学科责任吗，甚至在冲着学科责任而努力吗？

出路

• 我们要真的拥有。那题录、引文网络够吗？
• 我们要把责任变成概念化形式化以后的问题
• 我们要把运用变成学科思维方式和分析方法
• 然后，用方法来分析数据，来回答问题

出路

• 那到底要什么数据？
• 到底要哪些概念和形式语言？
• 有哪些学科思维方式和分析方法？
• 实践检验：促进了科学发展吗？

出路

• 数据和概念：人类知识高速公路
• 分析：数学，不仅仅是统计学
• 实践：研究、教、学、管理（科研、企业）

科学学新体系原理

• 人类知识高速公路上的教、学、研究和管理
  • 素材：人类知识高速公路
  • 目标（责任）：促进教、学、研究和管理
• 基于对科学家创造和创造性地使用知识的理解

科学家如何创造知识

• 对这些概念所对应的实际对象的经验
• 一个学科的核心概念
• 跟着前人来体验解决问题
• 再到体验提出问题
• 建立整个学科的概念地图
• 建立整个学科的大图景

学科大图景

• 这个学科的典型研究对象
• 典型研究问题
• 典型思维方式
• 典型研究方法
• 和世界以及其他学科的关系

科学家如何创造知识

• 第一层：事实性程序性知识
• 第二层：学科概念知识
• 第三层：学科大图景
  • 指导构建学科概念网络
  • 概念网络体现学科大图景
• 第四层：超越具体学科的一般性人类思维

一般性人类思维

• 批判性思维
• 系联性思考
  • 层次性思维，上下贯通
  • 类比思维，左右贯通，结构、关系
• 教和学的方法

生成关系，上下左右贯通

• 高层来自于对低层及其获取过程的总结提炼
• 低层可以由把高层用于典型研究问题获得
• 三四层称为高层知识生成器，具有迁移能力
• 各层知识也会发展，当然，更高层更慢

科学家如何创造知识

• 从低层知识提炼出来了高层知识
• 提出来自于实践的问题
• 提出来自于理论本身的问题
• 运用学科知识，尤其是高层知识，来解决问题
• 如果可能，总结创造新的高层知识

关于这个科学家创造知识的原理

• 其本身如何研究和检验
• 这个理解如何帮助建设更好的科学学
  • 更科学
  • 更承担学科责任
  • 更有方法

科学学新体系

• 建设人类知识高速公路
• 研究和检验其上的研究
• 研究和检验其上的教、学
• 研究和检验其上的管理，企业研发传承、科技管理
• 也是实现集体智慧的一个途径

建设人类知识高速公路

• 为各个学科构建学科概念网络
• 然后，各个子概念网络贯通起来
• 每个学科既有边界，又相互融合
• 仅仅保留那些和学科大图景紧密的概念和联系

拓展人类知识高速公路

• 标注典型研究案例，尤其是帮助概念、思维方式、分析方法、一般性思维提出的案例
• 标注研究论文
• 标注书籍、专利、政策文档
• 标注科学家活动，在某概念的发展上做了什么
• 形成“作者-论文-概念三层网络”
• 真正成为一切人类智力财富的组织者和运用者

作者-论文-概念三层网络

• 示意图
• 可以用来做什么：研究、教、学、管理

三层网络示意图

人类知识高速公路具体架构

• 融合各学科的概念网络，反映联系的概念词条
• 标注到概念和联系的文档（论文、书籍、专利、政策文档、案例）
• 文档自身的概念地图
• 文档的题录和引用数据
• 辅助用户标注的子系统
• 提出和转化、解决问题所形成的问题、答案和算法子系统
• 服务用户的应用子系统

三层网络可以做什么

• 研究
  • 辅助科学家决定做什么、怎么做、怎么写
• 教和学
  • 帮助学校师生教得更好
  • 帮助企业知识梳理、传承
• 管理
  • 辅助国家和企业科技管理者做研发布局
  • 辅助企业管理者构建人才队伍
• 集体智慧、集体思考

新体系下的科学学

• 数据：拓展了的人类知识高速公路
• 任务：从辅助研究、教、学和管理的角度，基于数据，提出和解决问题，形成答案、算法、平台，接受检验
• 典型分析方法：构建成体系的从数据到问题提出和解决的联系
• 之前的例如排序怎么看：为了更好地给科学家推荐论文，通过概念网络可以更好地排序

新体系下的科学学

• 甚至连论文评价也可以做的更好
  • 天生有了基于内容的论文学科分类
  • 更好地分类评价
  • 用于学科交叉程度研究
• 有统一的数据和数据描述框架，有明确的学科责任，发展学科分析方法
• 坚持数据、建模、分析、检验、概念化系统化，成为科学

如何构建这个体系

• 论文共同阅读管理（甚至编辑和出版）平台
• 人工构建学科概念网络
• 人工构建论文概念网络，标注论文到概念和联系
• 算法标注

如何构建这个体系

• 人类知识高速公路应用
  • 浏览
  • 研究布局
  • 概念、论文的指标体系
  • 问题和方法发现
  • 教和学的算法
• 围绕研究、教、学、管理提出和解决问题，成为算法和服务

细节和举例

• 论文共同阅读管理（甚至编辑和出版）平台
• 学科概念网络
• 汉字网络和汉字学习

论文一起读平台

• 系统自动收集部分论文，开源或综述
• 用户可以上传论文
• 自动产生或者获得题录、引文
• 用户标注概念、难点、体会，选择是否分享
• 系统指引对概念和贡献的标注
• 其他用户读的时候可以看到分享的标注
• 算法融合和学习标注
• 就算最懒的点评“烂，好”也有意义

论文一起读（写、出版）平台

• 论文写作时提供概念词条、文献
• 自动分类，总结，画概念地图，供用户参考
• 自动匹配评审人
• 初步评价，基于人类知识高速公路

学科概念网络

• 大图景、概念、联系、词条

学科概念网络

• 大图景简化版

学科概念网络

• 科学学核心研究问题

学科概念网络

• 论文指标

学科概念网络需要你

• 更完整的学科概念网络
• 论文到概念和联系的标注
• 论文自身概念地图
• 论文基础性、创新性评价
• 提出、形式化、解决问题

汉字研究的例子

• 汉字理解型学习

汉字研究的例子

• 高效学习顺序，甚至个性化
• 自适应诊断性检测算法
• 甚至决定教什么学什么，而不仅仅怎么学

汉字学习顺序算法

• 已知汉字之间的直接联系（$i$是$j$的部件）矩阵$a^{i}_{j}$
• 定义$A$的列归一化（对行求和等于1）的矩阵$\tilde{A}$
• 求解逆矩阵，其中$W$是使用频率，$\tilde{W}$是学习顺序 \begin{equation} \tilde{W}= \left(1-\tilde{A}\right)^{-1}W= W + \tilde{A}W+\tilde{A}^{2}W+\tilde{A}^{3}W + \cdots \end{equation}
• 考虑了汉字的使用频率、直接构成字的数量（度）、是否参与构成了很多层汉字

汉字学习顺序

• 成本-累计字数，成本-累计频率

推动科学学学科发展

• 学科核心任务
• 学科数据框架
• 正在建设人类知识高速公路
• 需要提出和解决更多围绕核心任务的问题
• 然后求解和检验，概念化系统化
• 形成学科，建立应用系统

致谢和带回家的话

• 感谢您的时间，建议和意见
• 感谢所有Sci$^{2}$100团队成员

教育系统科学研究中心|大物理研究团队