大數據環境下嵌入科研過程的信息服務模式研究*

鄧仲華 李立睿 陸穎雋

（武漢大學信息管理學院 湖北武漢 430072）

1 引言

如今，大數據這個術語已是耳熟能詳，它通常是海量的、形式多樣的、非結構化數據的代名詞，是信息化、網絡化快速發展下要經歷的必然過程。與此同時，在現代科學研究過程中，數據量的生成呈現指數增長也是顯而易見，不管是由于高通量的科學試驗，還是千萬億次的科學計算，高分辨率的傳感器，以及錯綜復雜的網絡科學研究環境。

因此，在大數據環境下，科學研究人員的信息需求和科學研究模式發生了顯著性的變化，而嵌入科研過程的信息服務在科學研究的整個流程中，始終堅持以科研人員為中心的原則，從其課題選定到結束的整個過程提供具有廣度的信息展示，個性化的信息推送和深度的信息互動。而科學研究的本質是信息的整理和分析，鑒于此，為順應科研環境的轉變，如何為科學研究人員提供高效的數據管理和新型的信息服務模式，是值得思考和探討的。

2 科學研究過程中信息服務的需求分析

2.1 科學研究模式的轉變

科學研究正在進入一個嶄新的階段，在信息與網絡技術迅速發展的推動下，大量從宏觀到微觀、從自然到社會的觀察、感知、計算、模擬、傳播等設施和活動產生了大量的數據。同時，學科的發展逐漸呈現交融化、協同化和復雜化，研究人員逐漸把數據作為科學研究的對象和工具，基于數據來思考、設計和實施科學研究，因此促進了數據密集型科學的興起，使密集型數據成為科學研究活的基礎，并逐步總結形成了科學研究第四范式的研究模式。

從科研人員的原始數據，相關數據到科技文獻的產出，研究過程中的數據和信息既是研究創新活動的參考資源和知識創造工具，又是新的研究的起點，科研人員必須在此基礎上依賴資源的數字化、交流手段的網絡化、科研工作的協同化以及科研數據的共享化來把握科學的發展規律，洞悉海量數據背后的信息和知識。然而科研人員研究對象和環境的轉變，使其對信息的發現和分析能力愈加欠缺，直接導致在數據的挖掘和信息的管理方面面臨著挑戰。以數據為驅動的數據密集型科學研究改變了科研人員的信息行為模式，同時也產生了新的信息服務的需求。

2.2 大數據環境下科學研究用戶的信息需求

當前，密集型科學數據作為大數據的重要組成部分，在具備大數據特征的同時，在數據分析和管理方面有更高的要求，必然導致科研人員對研究過程的個性化、專深化、集成化和協同化的信息需求不斷增強。

（1）大數據環境下科學研究對象的虛擬化，導致科研人員擁有更強的數字化交互式的信息管理能力需求。網絡快速傳播迅速產生的海量科學數據以及大量來自互聯網的數據和信息成為科學研究的主要組成對象，使得研究轉變成以網絡為基礎的高度協作性活動，如何對海量虛擬化的數據和信息進行有效管理，成為科研人員必須面臨的問題。

（2）大數據環境下科學研究需求的深度知識化，導致科研人員擁有海量數據實時的分析挖掘需求。一方面，以網絡為基礎的數字信息資源改變了科研人員的研究行為，數據的獲取不是問題的關鍵，而關鍵在于數據背后的深度知識挖掘；另一方面，科研人員需求泛化的同時，更加專深化。如何根據每個科研人員獨特的研究特征進行數據的跟蹤、比對和分析，使專業化和針對性的知識實時獲取，成為科研人員必須面臨的問題。

（3）大數據環境下科學研究交流方式的便捷化和多樣化，導致科研人員擁有科學數據融匯和多學科協同的信息資源共享需求。在數據密集型的科學研究學術交流過程中，交流方式隨著信息技術的不斷深入，而愈加便捷，但是對于整合所有科學數據和文獻，形成一個具有全球開放獲取的互操作世界，仍有相當大的差距。如何使科研人員在查看文獻的同時能夠找到文獻的所有原始數據，并可以在此數據基礎上，重現作者的分析過程，成為科研人員必須面臨的問題。

3 嵌入科研過程的信息服務模式的分析

3.1 嵌入科研過程的信息服務模式的含義

模式通常被解釋為某種事物的標準形式或使用人可以照著做的標準樣式。即模式是將解決某類問題的方法總結歸納到一定的理論高度，并用來幫助指導人們設計優良的解決方案和完成某類任務的方法論。因此，模式是方法的抽象概括和總結，是解決某一類問題的方法論。而信息服務，在傳統上認為的是以信息資源為基礎，利用各種方法或技術手段對信息進行收集、整理、使用并提供相關信息產品和服務的一種活動。并且伴隨著科研用戶需求的多樣化，逐漸轉變成通過研究用戶，以用戶的需求為導向來收集相關的數據和信息，進行信息組織和分析后，將有價值的信息傳遞給用戶最終幫助用戶解決問題，來實現信息增值。從這種意義出發，服務主體、服務客體、服務方法和服務內容是信息服務模式的主要組成部分，這些要素及其相關關系成了區別不同模式的主要依據。

另外，嵌入式理論提倡把事物的產生、發展和特點與其周遭環境聯系起來，放到更大的背景中去考察。而嵌入科研過程就是融入科學研究的整個細節和流程中，考慮科研用戶需求的產生與發展，從課題選定到結束的整個過程中提供滿足科研人員的具有全局性和個性化的信息與知識需求。將嵌入式理論應用到科研信息服務中，在一定程度上滿足了在網絡環境下科研人員面對的數據量體量大、結構多樣化、生成速度快、價值密度低的研究問題的個性化服務需求。

因此，嵌入科學研究過程的信息服務模式將數據管理與信息服務融入到科研用戶一線，嵌入到用戶科研環境和科研過程，是以專業的信息服務人員為基礎，采用先進的計算機技術（如云計算、語義網和Web3.0等），構建具有強大的資源整合能力、海量信息分析能力、大數據挖掘能力和多維度信息可視化能力的集成平臺，以科研用戶需求環境和需求趨勢為導向，是一種面向用戶發現問題、分析問題、解決問題和提供解決問題決策的信息展示、交互和推送的服務模式。

3.2 嵌入科研過程的信息服務模式的要素

信息服務模式是對信息服務活動的組成要素及這些要素之間相互關系的概況?；诖?，筆者將大數據環境下科學研究過程中的服務需求，組成嵌入科研過程的信息服務模式的服務主體、服務客體、服務方法及服務內容四個要素相結合并逐一進行分析。

3.2.1 服務主體

嵌入科研過程的信息服務模式的服務主體是信息服務活動的實施者，即信息服務人員，其根據科研人員的需要，采取相應的服務策略，提供滿足研究者需要的信息服務產品。在嵌入科研過程服務的環境下，一方面，服務主體要求嵌入科研人員情景中，并作為研究團隊成員，通過現場交互（包括現場和網絡渠道），來把握知識需求、組織知識環境、定制知識工具和提供服務成果。另一方面，服務主體提供的信息服務產品具有實時性、多樣性、針對性和易用性的特點，更加注重將科研人員自身的知識背景，研究工具、研究領域的實時動2態以及研究目標與信息服務產品的有機結合。

鑒于此，嵌入科研過程服務的提供者應需要包括：①具有對信息內容強大而靈活的分析能力的信息分析師；②具有支持信息資源知識化處理能力的知識建構師；③具有精通各種發現、分析和組織知識的方法與工具的檢索與組織專家；④具有對特定領域深入了解的情報分析專家和學科專家。這樣通過其之間的合作與互補，將大量跨領域科研人員、海量密集型的科學數據、信息內容和分析過程有機地融匯起來，促進科研人員高效推動成果的創新。

3.2.2 服務客體

嵌入科研過程的信息服務模式的服務客體是指信息服務的需求者，在一個特定的項目實施過程中，服務的需求者可根據應對研究問題的規模和復雜程度的人員數量進行劃分，包括了科研團隊群體需求者和單一科研人員需求者。

而鑒于嵌入科研過程的信息服務模式對于服務主體、服務方法和服務內容有更嚴格的要求，其成本也是相對較高的。因此，對于服務客體也有特定的要求，其中主要應包括以下兩個方面的科研人員：一方面，對于攻克涉及多學科，跨領域的重點研究項目的研究團隊，其面臨的課題更具開放性與不確定性，研究過程中隨之而來會遇到更多復雜的技術、方法等方面的難題，對于多學科的深層次信息服務擁有更強烈的需求；另一方面，對于引導學科發展方向的先驅，其面臨的課題更具專深化與前沿性，研究過程中隨之而來的是以戰略眼光審視研究問題，對于特定性的實時動態信息服務擁有更強烈的需求。這樣，嵌入科研過程的信息服務模式對于跨學科、跨國界和跨領域的重大科研項目以及具有前沿戰略性的研究工作無疑是一種值得考慮的服務模式。

3.2.3 服務方法

嵌入科研過程的信息服務模式的服務方法是針對科學研究的信息服務手段，其主要是為服務主體完成信息服務行為提供有效的工具。服務方法隨著科學研究方式的轉變而不斷變化，如今，現代科學研究朝著數據化和計算化的方向發展，從計算科學中逐步分離出了數據密集型科學，所有資源對象都被信息化、數字化表征，海量科學數據被迅速和大量創造，并經過網絡快速傳播。這樣，促使了新型的信息服務方法根據研究人員的研究場景，將研究過程中的信息或知識深度地嵌入到解決科學問題的各個過程，促使科研人員的知識發現和知識創造?；谇度胧嚼砟?，在總結傳統信息服務方式的文獻代查、專題報告總結的基礎上，筆者進一步深化了嵌入科研過程的信息服務模式的服務方法。

通過對研究問題的處理流程進行分析，在此將嵌入科研過程的信息服務模式的服務方法從四個方面進行展開：①嵌入科學研究過程的語義關聯的信息資源發現服務，在各類數字資源中嵌入語義導航體系，并融入科研人員與系統交流，構建關聯主題圖，觸發知識的偶然發現；②基于用戶情景的開放式信息資源獲取服務，采用模塊化組裝思想，進行信息關聯與協同化組織管理，根據科研人員當時當地具體情境自適應地提供獲取服務；③集成信息資源云平臺的大數據交互式的挖掘服務，科研人員針對個人分析問題、解決問題的獨特方式，借助云平臺中開放的分析挖掘工具進行相關的大數據深度分析，對于潛在問題進行定向分析；④融于可視化技術的動態多維信息資源呈現服務，從科研人員體驗入手，支持圖像界面、語音界面和觸摸屏界面，以構建、傳達和表示復雜信息或知識，通過豐富的數據觀察方式幫助科研人員識別隱性信息。

3.2.4 服務內容

嵌入科研過程的信息服務模式的服務內容是確定的信息產品，是服務主體交付給服務客體的最終成果或其享受到的各種信息服務。其主要保障科研人員在研究過程中項目的順利推進以及促進科研人員的自主創新和交叉融匯創新。在項目處理生命周期中嵌入科研過程的信息服務內容（見圖1）。

（1）評價與預測性信息推送。在識別問題的基礎上，服務主體一方面通過當前現狀的調查和相關問題的數據集分析挖掘，向科研人員提供其研究發展前沿與趨勢的預測性研究成果；另一方面，分析國內外當前類似項目組的科研狀況與進展，評價其優勢與劣勢，為項目的選定提供參考性和建設性建議。

（2）方案規劃信息參考咨詢。將服務主體嵌入到項目規劃中，不僅有助于服務主體能對項目在一定程度上有整體性和全局性的把握，而且有利于服務主體與服務客體的溝通，形成優勢互補。同時，服務主體以用戶需求為導向，通過多層次的探討，采用相應的工具，提供個性化的參考咨詢，保證項目規劃的科學性。

圖1 嵌入科研過程的信息服務模式內容

（3）過程管理與信息重構。數據密集型科研環境下實施項目，必須利用海量信息分類聚類、抽取要點和發現關系，來分析揭示隱藏的知識結構。而通過對信息網絡的重構，進行趨勢分析、問題鑒別和路徑探索是服務主體的優勢。利用這一優勢可以減輕科研人員的負擔，使其能夠集中精力于自己的研究領域。同時，在實施過程中遇到的困難，服務主體將實施情況與規劃對比，關注偏差，實時采用相應的服務方法幫助科研人員分析原因，提供可借鑒的解決方案。

（4）專題信息關聯性管理。在項目結題過程中，服務主體一方面依據數據生命周期全面分析整理并記錄科研用戶的數據處理情況，另一方面依據研究生命周期細致總結各階段研究成果，并將相關的數據、信息和知識進行關聯、回溯與保存。

4 嵌入科研過程的信息服務模式的特征

嵌入科研過程的信息服務模式是以信息服務為軸心，以科研用戶為中心，以數據資源為核心，以科研用戶需求為導向，以嵌入式信息服務團隊為重心開展工作。信息服務是嵌入科研過程的信息服務團隊提供的工作內容，服務團隊的工作是圍繞信息服務這一根本而展開的。滿足服務客體的實際需求和潛在需求是嵌入式信息服務團隊工作的最終目標，而為了達到這一目的，嵌入式信息服務團隊需要掌握核心的數據資源技術，以便能夠在課題查新、文獻檢索、隱性知識挖掘方面提供個性化、專業化的服務。

4.1 覆蓋協同多領域

科學研究是一個創新的過程，其需要具備的信息亦是多樣的，這樣嵌入式信息服務團隊對于科研的促進作用也是顯而易見的。一方面，學科的交融，科研項目的合作緊密化，科研用戶除了需要本學科研究的信息外，還需要大量交叉學科的知識，嵌入式信息團隊中的學科專家能夠采用輔助或合作的形式為科研用戶提供滿足其需求的個性化相關學科的信息或知識；另一方面，多領域科研用戶的合作，必須保證科研團隊間的目標協同和科研資源的組織協同，嵌入式信息服務團隊能夠與科研用戶加強交流互動，與用戶建立長期穩定的協作關系，并構建協同工作機制，來保證服務內容的有效性和針對性，服務方式的準確性和高效性。

4.2 貫穿科研全過程

科學研究是在現有的研究基礎之上來對未知事物的探索性活動，這就導致了科研用戶的研究活動具有動態的信息需求，在科研項目的選定階段，嵌入式信息服務團隊能夠以伙伴合作型方式推送課題項目的研究背景、研究綜述和研究進展；在科研項目的規劃階段，嵌入式服務團隊能夠整體和全局地把握課題項目所使用的相關技術或研究計劃方案；在科研項目的實施階段，嵌入式服務團隊能夠根據用戶的需要，跟蹤國內外研究進展和動態信息，對海量信息進行深入分析，對隱性知識進行全面挖掘；在科研項目的結題階段，嵌入式信息服務團隊能夠根據信息的生命周期，將信息進行歸類、關聯與保存。

4.3 情景感知個性化

科學研究的主體是科研用戶，而科研用戶情景是指用于表征與交互環境相關的實體狀態的信息集合，包括用戶位置、所處時間、用戶情緒、心理狀態及其相互關系等，能夠實時動態地獲取科研用戶情景信息，把握其具體需求，是科學研究活動高效推進的重要保障。與之對應，情景感知是對用戶情景的獲取與應用，嵌入科研過程的信息服務模式通過以下兩個方面的用戶情景感知來提供個性化服務：一方面，科研用戶與系統的交互，嵌入式信息服務團隊通過監控用戶在學科社區、博客和學科群等挖掘科研用戶偏好和相關隱性信息需求；另一方面，嵌入式信息服務團隊通過與科研用戶協同交流，及時感知獲取用戶的長期目標和短期目標，根據科研用戶的潛在需求來組織信息環境、定制信息工具、提供個性化的推送服務。

5 嵌入科研過程的信息服務模式所面臨的挑戰

數據密集型科學下的科研范式，更加強調科研人員在網絡環境下的協同交流、資源開放、信息共享、智能關聯與協同應用。嵌入科研過程的信息服務模式在促進現代科學研究創新的同時，也面臨著一系列的問題和挑戰，尋求合適的標準規范和技術對策有助于切實推動新型信息服務模式的轉變，促進科研過程的推進與創新。

（1）嵌入到用戶科研過程并且根據用戶研究背景提供個性化信息推送對情報研究人員的挑戰。一方面，大科學的興起，科研人員的研究課題通常會涉及多學科和多領域的研究，這就要求情報研究人員具有跨學科的綜合分析和信息獲取能力，從多視角、多層次為科研用戶提供信息服務；另一方面，將情報研究人員嵌入到科研過程，其必須具有戰略性的眼光，對研究的整個過程有全面的認識，明確每個階段為科研人員提供的信息服務類型，通過自身的優勢提供其所需的信息資源，必要時能夠進行科研項目的管理，以情報分析的嚴謹性來引導科研過程的科學性。

（2）新型技術的應用對密集型科學數據的全面整合與共享的挑戰。首先，大數據時代的到來，使科學研究正在被大量密集型的數據所淹沒，在數據的分級、歸檔、備份和保護的問題上對數據共享的性能提出了挑戰；其次科學研究大數據集涵蓋了各類學科、各類層次研究人員或團隊、各個研究階段以及各類來源的數據集合，這些數據集合的多樣性與復雜性對其整合提出了挑戰；最后科學研究范式發展成為以數據為驅動的研究模式，強調將科研數據集合長期保存，并且將數據與關于數據的文件集合成一體，數據的流動、交互、融合、引用和回溯都將記錄并保存下來，這對數據資源的整合與共享提出了又一新的挑戰。

（3）研究環境的變化以及相應信息服務方法的轉變對數據分析挖掘能力的挑戰。一方面，密集型數據分析挖掘成為信息服務必不可少的支撐點，而密集型數據在具備大數據特性的同時，必然使傳統的分析挖掘工具和算法面臨著挑戰；另一方面，嵌入科研過程的信息服務模式的服務主體需要利用數據對科研創新合作過程及交互型信息服務過程將要發生什么進行分析和預測，以便為服務客體實時提供相應的輔助決策，這種綜合性和多維性的預測對數據實時與深度挖掘提出了挑戰。

6 結語

大數據不僅僅是數據量的劇增，也不僅僅是信息技術的飛躍，而是人類對客觀世界認知飛躍的前奏，科學研究已進入數據密集型科學知識發現，因此，研究構建對科學數據、模型工具以及大數據挖掘平臺，支撐跨區域、跨學科和跨團隊的協同研究，滿足現代科學研究需求的信息服務模式，對于促進科研創新是非常重要和迫切的。

另外，深層次的嵌入科研過程的信息服務模式由于成本、技術和人員素質要求等限制，只能針對特定的有高度需求的科研人員或群體。但是，一方面對于嵌入科研信息服務模式的服務主體學科背景知識、新型技術的運用能力、嵌入服務意識、溝通能力和協作能力提出了更高的要求；另一方面，對于不同的科研人員和工作環境如何采用多樣化的服務方法來提供個性化的服務內容，促使其提升科研效率，也面臨著極大的挑戰。毫無疑問，面對全新科研范式帶來的強大動力，利用信息服務模式的轉變來推動科學研究的不斷創新和發展將是大勢所趨。

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