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《科學學與科學技術管理雜志》2015年第九期

有一類具有共同演化特征的產業(yè)在19世紀末逐漸形成，并在二戰(zhàn)后導致了全球經濟和社會的巨大變化，而進入21世紀，這類產業(yè)逐漸成為國家經濟的新引擎。這類產業(yè)的發(fā)展與科學進步有很強的關聯(lián)性，將其稱之為“基于科學的產業(yè)”。基于科學的產業(yè)可能推動整個經濟范式的改變，這充分體現(xiàn)在19世紀現(xiàn)代電氣工業(yè)與化工業(yè)及20世紀半導體對整個經濟范式的改造。而21世紀生物化學、生物醫(yī)藥、新能源、新材料等產業(yè)的影響初見端倪，逐漸成為國際產業(yè)競爭的焦點，也成為各國政府所密切關注的產業(yè)。改革開放三十多年來，我國在水利工程、機床制造、家電業(yè)等基于技術的產業(yè)領域取得了很大成就，但主要是基于產品和工藝技術、工程技術的改良。而在基于科學的產業(yè)領域，盡管我國在政策、投資、研發(fā)、新技術產業(yè)化等方面都進行了諸多努力，但發(fā)達國家相對于我國始終保持著較為穩(wěn)定、強勁的競爭優(yōu)勢。我國在上述產業(yè)領域的趕超存在諸多困難，在于沒有厘清基于科學的產業(yè)其獨特的現(xiàn)象和發(fā)展規(guī)律。本文通過訪談劍橋大學工程系石墨烯中心以及北京大學醫(yī)學院心血管科的研究人員獲得一手資料，結合二手數(shù)據(jù)分析心電圖和石墨烯兩個產業(yè)的發(fā)展歷程，分析并提出了基于科學的產業(yè)“積淀—突破—爆炸式增長”的發(fā)展模式以及該模式中的三類關系，即科學與技術的Z字形互動關系、核心產品與衍生產品的關系以及形成主導設計后本產業(yè)與其他產業(yè)的融合。

1文獻回顧與分析框架

1.1基于科學的產業(yè)概念的界定基于科學的產業(yè)有其一系列獨特的發(fā)展規(guī)律。如科學在該類產業(yè)發(fā)展中始終起著關鍵作用，是每一次產業(yè)根本性進步的發(fā)端；經歷長期的基礎科學研究的積淀，往往出現(xiàn)科學上的根本性突破，引發(fā)爆炸性的科研浪潮，形成平臺，支撐科學、技術、產業(yè)的快速發(fā)展；當產業(yè)的核心技術形成及核心產品結構定性后，技術往往與其他產業(yè)技術融合或向多個產業(yè)擴散。上述基于科學的產業(yè)中的技術進步現(xiàn)象用現(xiàn)有的六代創(chuàng)新模型都難以解釋。由于這六代模型形成時的商業(yè)環(huán)境和產業(yè)環(huán)境與現(xiàn)代有很大差異，導致其并沒有洞察這種新發(fā)展范式的特點。通過對六代創(chuàng)新模型的總結發(fā)現(xiàn)，后三代創(chuàng)新模型側重于關注創(chuàng)新的組織模式，前三代模型更多地關注創(chuàng)新的原始動力。然而由于20世紀50年代到80年代的經濟環(huán)境，學者們并沒有關注科學作為一種重要的創(chuàng)新原始動力對創(chuàng)新的獨特影響（如表1所示）。自20世紀70年代起，學者們開始專注這類基于科學的產業(yè)。Gibbons和Johnston首次提出了“基于科學的產業(yè)”這個概念，認為有一類產業(yè)，相對于其他產業(yè)，其技術創(chuàng)新明顯更加依賴于科學進步。Nelson和Winter在其《經濟演化理論》一書中對不同產業(yè)的技術創(chuàng)新進行了實證研究，提出了兩類技術體制，即“基于科學的技術體制”和“積累性的技術體制”。他們認為在前者產業(yè)中，技術創(chuàng)新的原始動力是產業(yè)發(fā)展的外生變量，如大學基礎科研的突破；而后者產業(yè)中，技術創(chuàng)新更多地依靠產業(yè)內部的技術積累。其他學者們也發(fā)現(xiàn)了這類產業(yè)的特性，并對其進行了研究。在總結上述學者研究的基礎上，本文將產業(yè)分為兩類：基于科學的產業(yè)：產業(yè)發(fā)展強烈地依賴于科學研究，產業(yè)的核心技術進步普遍地、一貫地、強烈地依賴于科學新發(fā)現(xiàn)。典型產業(yè)如生物化學、制藥業(yè)、有機化學、化妝品業(yè)等。基于技術的產業(yè)：產業(yè)發(fā)展對科學研究依賴性弱，該產業(yè)的技術進步主要表現(xiàn)為技術自身的演化，也就是由已有技術的突破、改進、組合、調整、變形而形成的新技術。典型產業(yè)如水利工程、道路橋梁建設、家具業(yè)、印刷業(yè)等。前人對上述兩類產業(yè)的特點進行了描述，在此基礎上分別將基于科學和基于技術的產業(yè)特點總結如下。基于科學的產業(yè)特點：（1）創(chuàng)新顯著地來源于科學研究成果。（2）創(chuàng)新源往往來自企業(yè)外部，多為公共研究部門。大學和研究所參與創(chuàng)新的程度很高，產學研是最典型的創(chuàng)新模式。產品和工藝等創(chuàng)新的本質是將科學新發(fā)現(xiàn)商業(yè)化。（3）企業(yè)與公共研究部門保持密切聯(lián)系來獲得外部知識成為創(chuàng)新成功的關鍵要素。（4）產業(yè)的技術創(chuàng)新機會豐富，科學上的進步創(chuàng)造了一系列的潛在產品。（5）R&D投入強度很高。（6）在這類產業(yè)—科學關聯(lián)中，往往是產業(yè)與其所基于的科學兩個領域發(fā)展都不成熟。例如生物醫(yī)藥業(yè)，該產業(yè)處于成長期，所基于的科學領域——生命科學、生物醫(yī)學也處于快速發(fā)展時期，不斷有新的研究發(fā)現(xiàn)[11]。基于技術的產業(yè)特點：（1）創(chuàng)新是技術本身的發(fā)展或工程活動的結果。（2）企業(yè)創(chuàng)新能力主要來源于組織內部積累性的學習過程。（3）創(chuàng)新成功的關鍵要素在于本企業(yè)的技術投入、技術積累以及對各種技術知識和能力要素的整合。（4）技術創(chuàng)新機會的增長相對穩(wěn)定。（5）R&D投入強度相對較低。（6）在這類產業(yè)—科學關聯(lián)中，往往是產業(yè)處于成長期或成熟期，而相關的科學領域發(fā)展比較成熟。如公路、鐵路橋梁工程、船舶制造、機床制造等工程領域，對應的機械原理、工程學等相對成熟、穩(wěn)定，在較長的時間內沒有突破性的新發(fā)展。

1.2基于科學的產業(yè)發(fā)展模式的分析框架經典的產業(yè)發(fā)展模式分析一般重點關注技術和市場（或產品、產業(yè)）兩個維度的演化問題。技術維度的分析主要涉及Dosi的技術范式和技術軌道理論，Christensen、Kim等人提出了技術成長曲線理論以及Galvin、Probert總結的技術路線圖工具。市場、產品、產業(yè)層面主要涉及Vernon的產品生命周期理論、Abernathy和Utterback的A-U模型以及Gort和klepper的產業(yè)生命周期理論。由于本文的研究對象——基于科學的產業(yè)其發(fā)展強烈地依賴于科學研究，產業(yè)的核心技術進步普遍地、一貫地、強烈地依賴于科學新發(fā)現(xiàn)，本文將科學作為一個維度來分析該類產業(yè)發(fā)展與科研的關系。同時，通過初步的數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)基于科學的產業(yè)存在普遍的產業(yè)融合現(xiàn)象，為了研究產業(yè)融合問題，本文將相關產業(yè)設為一個與科學、技術、產業(yè)平行的維度進行分析。

1.2.1分析的維度科學：重點關注重大的科研事件，剖析科研事件之間的聯(lián)系，如核心科學突破與外圍科學進步之間的關系結構以及對技術發(fā)展的影響。技術：關注技術突破的典型事件，技術突破之間的關系，技術突破對科學的影響，以及技術突破對產業(yè)發(fā)展的影響，如技術興起對產業(yè)興起的影響，主導設計對產業(yè)發(fā)展的影響等。產業(yè)：關注早期市場需求的形成、早期產品的形成、何時開始產業(yè)化并出現(xiàn)專利、核心產品與衍生產品等典型產業(yè)發(fā)展事件。其他產業(yè)：關注相關產業(yè)技術對所研究的產業(yè)的影響，分析產業(yè)融合問題。

1.2.2關注的指標時間及順序：需要關注關鍵事件的發(fā)生時間及順序，例如技術、產業(yè)興起的時間節(jié)點，科研積淀、核心科學突破、主導設計確立、產業(yè)融合發(fā)生的時間區(qū)間，以及發(fā)生的先后次序。通過時間順序初步推斷事件間的因果關系。維度間的關系：關注4個維度的相互關系。在基于科學的產業(yè)這個分析背景下，在整個產業(yè)發(fā)展的系統(tǒng)中，重點關注科學與技術之間是什么關系，技術如何影響產業(yè)，產業(yè)間的融合又產生什么影響等。

2基于科學的產業(yè)發(fā)展案例

2.1研究方法與數(shù)據(jù)來源考慮到“基于科學的產業(yè)”這個研究課題尚未形成成熟的理論體系，本文選取心電圖產業(yè)和石墨烯產業(yè)進行探索性案例研究，通過歸納法進行理論構建。選取心電圖和石墨烯兩個產業(yè)的原因在于這兩個產業(yè)是典型的基于科學的產業(yè)，心電圖的發(fā)明和石墨烯的成功制備分別獲得了1924年諾貝爾醫(yī)學獎和2010年諾貝爾物理學獎，兩個產業(yè)的發(fā)展都持續(xù)地高度依賴于科學研究。本文通過對心電圖和石墨烯兩個案例的研究，探討基于科學的產業(yè)的發(fā)展模式。案例資料數(shù)據(jù)來源：（1）科學論文：主要涉及心電圖、石墨烯技術路徑方面的文獻。（2）圖書：關于心電圖、石墨發(fā)展史的圖書。（3）訪談：分別對北大醫(yī)學院心血管內科、劍橋大學工程系石墨烯中心的研究人員進行了訪談，收集了一手數(shù)據(jù)。心電圖領域的訪談主要涉及心電圖科研成果、技術、產品的關系以及在臨床上的應用等。劍橋大學工程系石墨烯中心在全球石墨烯研究處于領先地位，筆者對該中心的幾名研究人員進行了訪談，主要涉及石墨烯基礎科研發(fā)展之間的關系以及石墨烯的應用前景。

2.2心電圖產業(yè)案例概況本文梳理了心電圖領域科學、技術、產業(yè)以及相關產業(yè)4個層面在發(fā)展歷史上的重大事件，厘清了各個事件之間的邏輯關系，總結為表2，并根據(jù)表2總結了心電圖產業(yè)發(fā)展路徑（見圖1）。心電圖產業(yè)的發(fā)展可以分為早期基礎科研、心電圖興起和近現(xiàn)代心電圖產業(yè)發(fā)展三個時期。第一時期（17世紀—18世紀）：電的利用，電對生物體組織的影響的觀察以及生物電的發(fā)現(xiàn)。17世紀初，物理學家Gilbert、Browne等發(fā)現(xiàn)了靜電的存在，在此之后，各種靜電計不斷被發(fā)明出來。在靜電計的幫助下，18世紀中葉到19世紀中葉的一個世紀里，Bancroft、Walsh、Sowdon、Galvani、Kite、Nobili等學者陸續(xù)發(fā)現(xiàn)并驗證了生物電的存在，并通過解剖實驗發(fā)現(xiàn)了生物電與肌肉、神經和部分器官（特別是心臟）機能之間的聯(lián)系。第二時期（1800—1895）：為了檢測出心電，驗電設備不斷改進，機器靈敏度不斷提高。在19世紀一個世紀里，Oerste、Schweigger、Nobi-li、Thompson、Arsonval、Deprez等學者不斷推動著驗電設備的進步。1858年Thompson發(fā)明了鏡式電流計。1872年Lippmann發(fā)明了毛細管電位計。由于驗電設備越來越靈敏，新的心電現(xiàn)象得以觀察，很多猜想得到了驗證。1850年，Hoffa證明了電流會導致心顫。1856年Koelliker和Muller利用電流表證明了每一次心跳都伴隨著電流變化。1875年Caton制成了第一份有明確記載的心電圖記錄。1885年Einthoven首次從體表記錄到心電波形。1887年Waller通過毛細管靜電計記錄下歷史上第一個人類的心電圖，證明了人類心臟跳動伴隨著有規(guī)律的電流變化并提出“心電圖（electrocardiogram）”一詞。1890年Burch通過數(shù)學方法，將毛細管靜電計記錄的數(shù)據(jù)轉化為圖形。第三時期（1895至今）：第一個精確心電圖問世，心電圖逐漸產業(yè)化為一種醫(yī)療工具。1895年Einthoven利用改良后的靜電計和1890年Burch改良的數(shù)據(jù)—圖像算法，檢測到人類心電5種波形：P、Q、R、S和T，成為現(xiàn)代心電治療的基礎。1903年，Einthoven開始與劍橋科學儀器公司商討弧線電流計的商業(yè)化生產。1906年，通過心電圖儀（以弦線電流計為基礎）測度的正常和異常心電圖，Ein-thoven首次系統(tǒng)地論述了許多心電醫(yī)學現(xiàn)象如：左、右心房、心室肥厚時，U波，QRS波，室性早搏，室性二聯(lián)律，心房撲動和完全性心臟傳導阻滯等。自此，有了心電圖儀和通過5種波形表達的標準正常心電圖，形成了現(xiàn)代心臟醫(yī)療和設備創(chuàng)新的基本邏輯：醫(yī)學家們逐步形成某類心臟疾病的心電圖確診標準—測度心電圖—與正常心電圖對比發(fā)現(xiàn)某類波形的異常—心電干預儀器—臨床治療。遵循這種基本邏輯，20世紀初至今，左、右心房、心室肥厚時，U波、QRS波、室性早搏、室性二聯(lián)律、房顫、心絞痛、梗死、心動過速等越來越多的心臟疾病被發(fā)現(xiàn)并形成確診的心電圖標準。同時，心電圖儀在一個多世紀的時間里也越來越先進，并與其他電路技術、無線技術結合，如1978年晶體管應用于心電圖儀。另外，起搏器、除顫器等心電干預設備得以問世并不斷改良，越來越輕薄，并可植入人體。1924年，Einthoven因發(fā)現(xiàn)心電圖機制獲諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

2.3石墨烯產業(yè)案例概況與心電圖產業(yè)的分析類似，本文梳理了石墨烯領域科學、技術、產業(yè)以及相關產業(yè)4個層面在發(fā)展歷史上的重大事件，厘清了各個事件之間的邏輯關系，總結為表3，并根據(jù)表3總結了石墨烯產業(yè)發(fā)展路徑（見圖2）。與心電圖產業(yè)不同，石墨烯產業(yè)興起于2004年，發(fā)展時間短但產業(yè)化速度快，科學、技術、產業(yè)3個層次間的時滯不如心電圖產業(yè)那樣明顯。另外，由于材料產業(yè)本身的特點，石墨烯產業(yè)與其他相關產業(yè)的關聯(lián)十分密切。石墨烯產業(yè)的發(fā)展可以分為早期基礎科研、實驗室石墨烯制備、石墨烯產業(yè)化發(fā)展3個時期。第一時期（1859—2004）：石墨結構和性質的早期研究，及石墨薄片的分離方法探索。1859年，英國化學家Brodie發(fā)現(xiàn)了氧化石墨具有層狀結構。20世紀初，X射線晶體學創(chuàng)立以來，石墨薄片的研究開始興起，科學家們努力嘗試觀察并分離更薄的石墨薄片。另一方面，也有很多科學家認為石墨烯是不可能在常溫下存在的。1918年，Kohlschütter和Haenni通過粉末衍射法發(fā)現(xiàn)了石墨氧化物薄片（graphiteoxidepaper）的性質。1924年，通過單晶衍射法發(fā)現(xiàn)了石墨氧化物質的結構。1934年，Peierls提出準二維晶體材料由于其本身的熱力學不穩(wěn)定性，在室溫環(huán)境下會迅速分解或拆解。關于石墨烯存在的可能性，科學界一直有爭論。1947年，Wallace率先開始研究石墨烯的性質，這是對石墨三維電子性質探索的開始。在這期間，Semenoff、DeVincenzo和Mele提出了無質量狄拉克方程，提出狄拉克點導致量子霍爾效應（石墨烯的特性之一是存在常溫量子霍爾效應）。隨著電子級顯微技術的發(fā)展以及分離萃取技術的發(fā)展，科學家們提取出的石墨薄片越來越薄。1948年，Ruess和Vogt發(fā)表了最早用透射電子顯微鏡拍攝的少層石墨（層數(shù)在3~10層之間的石墨）圖像。隨后，電子顯微鏡觀察到單層石墨。1966年，Mermin和Wagner提出Mermin-Wagner理論，證明不可能存在二維晶體材料。因此，作為二維晶體材料的石墨烯只是作為研究碳質材料的理論模型，一直未受到廣泛關注。然而對石墨薄片的研究熱情依然沒有減退，20世紀70年代，對單層碳原子石墨平面材料的關注超過了其他材料，這期間對石墨的研究主要依靠透射電子顯微鏡。1990年，開始嘗試微機械分離法制作石墨薄片，但到2004年前，薄度一直在50~100層以上。2002年，出現(xiàn)最早的石墨薄片生產技術專利，叫做“納米級石墨薄片”。這是最早的石墨薄片大規(guī)模生產的專利。第二時期（2004—2005）：成功分離單層碳原子石墨層，即石墨烯。2004年，Geim和Novoselov首次成功從石墨中分離出了單層碳原子石墨層，即石墨烯。由于上述提取技術，石墨烯的光、電、熱傳導、機械、生物化學、化學傳感等一系列優(yōu)良性質得以直接觀察。2005年，Kim和Zhang證實了石墨烯的準粒子（quasiparti-cle）是無質量迪拉克費米子（diracfermion），引起一股研究石墨烯的熱潮。自此，眾多科學家投身于石墨烯的研究。第三時期（2005至今）：石墨烯的各種特性被發(fā)現(xiàn)，科學成果激發(fā)了許多技術創(chuàng)新，產業(yè)化迅猛發(fā)展。由于成功實現(xiàn)了石墨烯的制備，大大促進了科學研究的進度，石墨烯在光、電、熱傳導、機械、生物化學、化學傳感等多方面的多種優(yōu)良特性在9年的時間里不斷被發(fā)現(xiàn)。如室溫量子霍爾效應、室溫高載流子遷移率、高光電轉換效率、石墨烯薄片與單層氦鍵合形成絕緣的石墨烷、超高等效熱導率和超低界面熱阻等。同時，在9年的時間里，石墨烯的制備方法也有了改善，從最初的昂貴且產量小的機械剝離法到SiC熱解外延生長法、氧化石墨還原法以及目前最常用的化學沉降法，成本不斷降低，產量不斷提升。科學領域，石墨烯的各種優(yōu)良特性激發(fā)了一系列的技術創(chuàng)新，形成了石墨烯包裝材料、石墨烯單分子傳感器、石墨烯高頻電路、石墨烯鋰電池、石墨烯薄膜等。這些技術創(chuàng)新推動了海水淡化、DNA測序、飛機材料、包裝材料、醫(yī)用傳感器、電子產品、光通訊系統(tǒng)、防彈衣等領域的發(fā)展。Geim和Novoselov因成功制備石墨烯獲得了2010年諾貝爾物理學獎。

3對案例的討論——基于科學的產業(yè)發(fā)展模式

3.1基于科學的產業(yè)中科學、技術、產業(yè)互動三角形基于科學的產業(yè)遵循積淀—突破—爆炸式增長的發(fā)展模式。圖3描述了這種發(fā)展模式中科學、技術、產業(yè)以及其他產業(yè)的互動關系以及技術興起、產業(yè)興起、產業(yè)融合的現(xiàn)有順序和科學重大突破、核心產品主導設計幾個重要節(jié)點形成的時間區(qū)間。產業(yè)發(fā)展中這種互動系統(tǒng)依次經歷技術的興起、產業(yè)的興起和與其他產業(yè)的融合幾個階段，形成了一個科學、技術、產業(yè)及其他產業(yè)的互動三角形。在科學的重大突破之前，有一個較長時間的科研積淀。在這個時期，技術和產業(yè)層面比較平靜。經過長期的科研積淀，科學研究產生重大突破，形成科學研究、技術創(chuàng)新、產業(yè)發(fā)展爆炸式的進步，并形成一個發(fā)展的平臺，支持相關的創(chuàng)新。科學的重大突破后產業(yè)開始逐漸形成。產業(yè)經過一定的發(fā)展形成核心產品的主導設計。而與其他產業(yè)的融合往往出現(xiàn)在核心產品的主導設計形成以后。在這個發(fā)展過程中，科學研究往往是每一項新進步的發(fā)端，是整個發(fā)展的原動力。上述科學研究的重大突破，根本性地提升了科學研究進步、技術創(chuàng)新、產業(yè)發(fā)展速率，使得整個領域的圖景發(fā)生根本性變化。例如人類心電5種波形的發(fā)現(xiàn)和標準的確定就是心電圖產業(yè)發(fā)展的一個“爆炸點”。人類將電療應用于臨床用了將近3個世紀的時間，而早搏，二聯(lián)律，房顫，心絞痛，梗死，心動過速等一系列心臟疾病的診斷和治療方法應用于臨床一共經歷了不到一個世紀的時間。總的來看，在爆炸點之前該領域科學、技術和產業(yè)的發(fā)展都相對平靜，而爆炸點之后，形成了三方面的變化：科學層面，基于人類心電標準波形和心電圖儀器的進步，上述很多心臟疾病得以研究。技術層面，心電標準的形成大大促進了心電圖儀的進步，同時發(fā)端于對各種疾病的科學研究，對應的起搏器、除顫器等設備應運而生。產業(yè)層面，各種儀器設備越來越便攜和便宜，產業(yè)化程度不斷提高。再如，石墨烯領域“爆炸點”以前的平靜和以后的活躍程度對比更加顯著。人類分離石墨烯的嘗試經歷了150年的時間，而之后石墨烯迅猛發(fā)展并滲透到各個領域僅僅用了10年的時間。在“爆炸點”之后，科學層面，石墨烯各個方面的性質研究速度增長迅速，新研究成果的公布需要按月衡量。這種速度的暴漲也是因為石墨烯的成功分離吸引了眾多其他相關領域的科學工作者進入該領域。技術層面，各類產品技術在10年的時間里迅速發(fā)展。產業(yè)層面，石墨烯向海水淡化、DNA測序、包裝運輸、通訊、電子等產業(yè)的滲透蓄勢待發(fā)。圖3說明的科研核心角色、核心與衍生創(chuàng)新的關系、與其他產業(yè)的融合以及科學與技術的Z字形互動關系將在下面中進行論述。這種互動三角形在心電圖產業(yè)中表現(xiàn)十分典型，但在石墨烯產業(yè)中表現(xiàn)不很明顯。主要是由于石墨烯產業(yè)興起僅僅十幾年的時間，整體的三角形互動模式還未完全顯現(xiàn)。

3.2科研在基于科學的產業(yè)發(fā)展中的角色本文發(fā)現(xiàn)在基于科學的產業(yè)發(fā)展中，科學研究自始至終處于核心地位。這種科研在產業(yè)發(fā)展中的核心角色并不能被經典產業(yè)演化理論所解釋。Ver-non將產品生命周期劃分為導入期、成熟期和標準化期3個階段。20世紀70年代，Abernathy和Utter-back提出了A-U模型，討論了產品創(chuàng)新和工藝創(chuàng)新的關系，并將產品的創(chuàng)新過程分為流動、過度和確定3個階段。Gort和Klepper提出了G-K模型，論述了產品的主導設計。他們按廠商數(shù)目對產品生命周期進行劃分，提出引入、大量進入、穩(wěn)定、大量退出（淘汰）和成熟等5個階段。Phaal提出了產業(yè)發(fā)展的科學—技術—應用—市場（S-T-A-M）的轉化，認為產業(yè)發(fā)展的S曲線上，隨時間推移產業(yè)發(fā)展的核心遵循科學—技術—應用—市場的轉化路徑。Christensen、Kim等人提出了技術成長曲線，認為技術的發(fā)展遵循S型路徑成長。Dos（i1982）等學者提出了技術范式和技術軌道的概念。上述理論的一個共同特點是認為在產業(yè)發(fā)展初期科學研究極其活躍，引領產業(yè)的發(fā)展，隨后科學研發(fā)頻率和規(guī)模下降，引領產業(yè)發(fā)展的核心要素向技術因素、工藝因素和市場因素轉移。然而上述產業(yè)演化及創(chuàng)新理論都未能解釋本文發(fā)現(xiàn)的這一現(xiàn)象，即在某些產業(yè)領域，科學自始至終處于核心和引領地位。例如心電圖產業(yè)的發(fā)展過程中，科學研究一直是產業(yè)發(fā)展的原始動力，是每一次進步的發(fā)端。第一時期基礎科學的進步階段，觀察電對生物體組織的影響以及發(fā)現(xiàn)生物電，特別是心電成為心電圖產業(yè)發(fā)展的基礎。正是這些基礎科學的積淀，逐漸催生了心電圖產業(yè)。這一階段科學原理的發(fā)現(xiàn)也推動了技術層面各種驗電設備的早期發(fā)展。第二時期心電圖產業(yè)開始形成的直接原因在于實驗室首次成功繪制了人類心電圖。由于前一時期對生物電的長期科研積淀，人們對生物電有了充分的了解并認可臨床的電療方法，實驗室心電圖的成功發(fā)現(xiàn)使人們看到了它的臨床價值。因為之前對心臟的電療處于“誤打誤撞”碰運氣的狀態(tài)，并沒有原理上的指導，電療使病情加重甚至使病人加速死亡的現(xiàn)象十分常見。心電圖的出現(xiàn)無疑成為了電療的“眼睛”，從此電療結束了誤打誤撞的發(fā)展階段。實驗室心電圖的發(fā)現(xiàn)很快促成了產業(yè)化生產。到了第三時期，心電圖產業(yè)的幾乎所有發(fā)展都來源于Einthoven發(fā)現(xiàn)的人類心電的5種波形。這5種波形至今依然是心臟疾病診療的基礎。即自從人類心臟正常波形發(fā)現(xiàn)后，所有的產業(yè)發(fā)展都遵循這樣的模式。心臟異常臨床表現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)心電圖與標準心電圖的差異、研究干預原理和方法、干預儀器的發(fā)明及生產制造、二聯(lián)律、心肌梗塞、心絞痛等心臟疾病的診斷和治療都是以人類心電5種波形為基礎的。再如石墨烯產業(yè)的發(fā)展，在最初的基礎科學進步階段，發(fā)現(xiàn)石墨的層狀結構、觀察并分離石墨薄片成為石墨烯成功提取的基礎。第二階段，實驗室成功分離出單原子層石墨薄片，即石墨烯，成為該產業(yè)興起的直接原因。第三階段，由于之前對石墨烯的研究處于“猜想”階段，進展緩慢。實驗室中成功提取了石墨烯，使得它成為研究者能夠拿在手中的“實實在在”的研究對象，對石墨烯的研究發(fā)展速度迅速提升。對石墨烯光、電、熱、機械、化學傳感等一系列優(yōu)良性質的研究都來源于實驗室的石墨烯提取技術。在這一階段，產業(yè)開始形成，但精密光學儀器、石墨烯薄膜、包裝材料、納米器件、光感材料、電路器件等一系列石墨烯相關技術發(fā)展以及在醫(yī)療器械、光通訊、電子產品、武器、包裝等領域的產業(yè)發(fā)展都基于科學層面實驗室中對石墨烯各種性質的發(fā)現(xiàn)和原理的研究。

3.3基于科學的產業(yè)中的核心創(chuàng)新與衍生創(chuàng)新基于科學的產業(yè)中，核心的科學突破形成核心產品，而一系列周邊的技術進步會形成產品系列。例如，核心的心電驗電技術和人類5種波形的標準確立形成了該產業(yè)的核心產品心電圖儀，用于各種心臟疾病的診斷。基于相同的心電基本原理，形成了心臟起搏器，通過脈沖發(fā)生器發(fā)放由電池提供能量的電脈沖，刺激心臟跳動；形成了心臟除顫器，通過較強電脈沖恢復竇性心律，治療心律不齊；形成了可以24小時監(jiān)護的便攜心電圖儀等儀器。石墨烯產業(yè)也有類似的現(xiàn)象。由于科學上石墨烯分離技術實現(xiàn)了石墨烯材料的制備。這個核心產品形成了用于海水淡化的石墨烯薄膜、用于DNA測序的石墨烯薄膜，形成了用于包裝、防彈衣、飛機材料等表面材料，形成了用于各種電路的電路材料等。

3.4基于科學的產業(yè)領域的產業(yè)融合產業(yè)發(fā)展到一定階段可能產生產業(yè)融合。上述兩個產業(yè)在發(fā)展到一定階段都出現(xiàn)了產業(yè)融合。對于心電圖產業(yè)，當科學領域形成標準、核心技術成熟，產業(yè)層面出現(xiàn)主導設計之后，發(fā)生了3次與其他產業(yè)的融合，根本性地提高了心電圖儀的性能。第一次融合發(fā)生在20世紀30年代，電子管應用于心電圖，取代了龐大易壞的弦線式電流計心電圖。第二次融合發(fā)生在20世紀50年代到80年代，晶體管取代了電子管，將靜態(tài)心電圖拓展為動態(tài)心電圖，發(fā)展了三維向量心電圖，性能提高的同時，心電圖儀的體積大大減小了。第三次融合發(fā)生在20世紀80年代，大規(guī)模的專用集成電路和計算機芯片應用于心電圖，同時CPU和軟件支持使得心電圖智能程度大大提高，實現(xiàn)了12導聯(lián)同步描計，能對心電波形數(shù)據(jù)進行存儲、回放、編輯、打印和傳輸。另外，無線技術也應用于心電圖儀，1999年心電圖實現(xiàn)了與無線技術結合，有助于組織專家會診。2005年，丹麥心臟病專家通過無線技術把心電圖數(shù)據(jù)從救護車傳送到醫(yī)生的電腦上，節(jié)省了搶救時間。而石墨烯作為材料領域的創(chuàng)新與其他產業(yè)的融合體現(xiàn)了材料領域的特性，能夠快速向多領域滲透。石墨烯本身也存在很多其他材料沒有的特別之處，在光、電、熱、化學傳感、生物、機械等幾個方面都有優(yōu)良特性，導致石墨烯材料在醫(yī)學儀器、過濾膜、包裝材料、電路、武器、光通訊、飛行材料、電池等很多領域都得到了應用。

3.5科學與技術的“Z”字形互動基于科學的產業(yè)中，本文還發(fā)現(xiàn)了科學與技術的“Z”字形互動關系。即科學研究明確原理促進了技術的發(fā)展，同時，科學的進一步發(fā)展需要技術上的支持，形成了技術需求。技術的發(fā)展進一步支持和推動了科學的發(fā)展。例如在心電圖領域，各種驗電設備的基本原理來源于對電的研究。同時，為觀測生物電，科學對技術的需求催生了無定向電流表的發(fā)明，使得生物電得以觀察。為了觀測心電，需要更精確的驗電設備，產生了新的技術需求，推動了毛細靜電計的發(fā)明，使得心電得以觀測。為了繪制心電圖，需要進一步增加驗電精度，于是發(fā)明了弧線電流計，成功繪制了心電圖。科學與技術遵循的上述關系，如果以時間作為橫軸，發(fā)現(xiàn)科學與技術的關系箭頭形成了一系列的“Z”字。石墨烯產業(yè)也有類似的現(xiàn)象。實驗室首次成功分離石墨烯為石墨烯的制備提供了理論依據(jù)，但物理剝離法無法應用于大規(guī)模制備。于是在技術層面出現(xiàn)了SiC熱解外延生長法、氧化石墨還原法及目前最常用的化學沉降法，為科學研究提供了更多的材料。

4理論思考與啟示

通過心電圖和石墨烯兩個產業(yè)的案例，本文探討了基于科學的產業(yè)獨特的發(fā)展模式和規(guī)律，指出了科研在這類產業(yè)發(fā)展中的核心角色，并形成以下創(chuàng)新的結論：第一，總結了這類產業(yè)積淀—突破—爆炸式增長的發(fā)展模式。第二，與傳統(tǒng)產業(yè)不同，基于科學的產業(yè)發(fā)展長期、穩(wěn)定、高度地依賴于科學研究的進步。第三，科學研究始終是該類產業(yè)領域中科學、技術、產業(yè)互動的發(fā)端，是積淀—突破—爆炸式增長路徑的核心。第四，通過案例討論了基于科學的產業(yè)發(fā)展中的三類關系，即科學與技術的“Z”字形互動關系、核心產品與衍生產品的關系以及形成主導設計后本產業(yè)與其他產業(yè)的融合。這些發(fā)展在管理實踐上有很多重要意義。首先，在企業(yè)管理方面，由于公共科研部門作為科研成果的主要源頭，在這類產業(yè)發(fā)展中起著至關重要的作用，企業(yè)與公共研究部門保持密切聯(lián)系來獲得外部知識成為創(chuàng)新成功的關鍵要素。其次，在國家產業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略方面，我國基于科學的產業(yè)面臨的發(fā)展困境是：發(fā)達國家相對于我國一直保持著較為穩(wěn)定、強勁的競爭優(yōu)勢，我國難以超越。這說明“引進、消化、吸收、再創(chuàng)新”的技術追趕模式存在局限性。本文認為應更地關注科學的重要作用及其與技術、產業(yè)的互動關系，推動重大科研成果的產業(yè)化，即科學合理設計產學研合作創(chuàng)新的機制與模式，是走出“落后—追趕—再落后—再追趕”怪圈的根本途徑。再次，我國“十二五”規(guī)劃中確定重點發(fā)展的七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)及子產業(yè)中，有很多屬于基于科學的產業(yè)，如納米及超導等新材料制備技術，生物技術新藥、生物醫(yī)學工程、生物育種、海洋生物等，新一代信息網(wǎng)絡技術，高端智能制造裝備技術等。如果這些產業(yè)的發(fā)展重復“技術學習和追趕”的老路，很可能在新一輪的國際產業(yè)競爭中失利。所以需要探索一條基于科學的產業(yè)發(fā)展的新路徑。由于在“基于科學的創(chuàng)新”與“基于科學的產業(yè)”研究領域尚未形成系統(tǒng)的理論，本文采用歸納法通過探索性案例研究進行理論構建，通過心電圖和石墨烯兩個案例歸納出的一般模式可能受到上述兩個產業(yè)固有特點的影響，研究的外部效度需要通過更多的不同產業(yè)案例或者定量研究進一步加以佐證。

作者：張鵬 雷家骕 單位：清華大學 經濟管理學院