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2023年07月17日
【新华社】瞭望丨凝练基础研究关键科学问题

◇“需要搭建科技人才与企业的沟通桥梁,衔接科学产出与技术创新两个环节,让科学家在国民经济主战场中帮助发现问题、解决问题。”

◇自然科学基金委自2020年起设立了原创探索计划项目,旨在资助从0到1的原创性研究工作。研究内容由申请人自行提出,不限领域或方向,只需要两名国内外有较高影响力的同行专家推荐即可,以解决原创研究按常规渠道难以获得资金支持的问题

◇世界已经进入大科学时代,基础研究组织化程度越来越高,制度保障和政策引导对基础研究产出的影响越来越大。从重大战略需求中凝练关键科学问题,需要从国家层面加强组织,发挥建制化凝练问题的优势


文 |《瞭望》新闻周刊记者 扈永顺

上海“基础研究特区计划”一期试点入选者、复旦大学教授徐凡(右)与学生使用自主研发的曲面拓扑软抓手对各种颗粒物进行智能抓取 复旦大学供图


由全球知名学术出版机构“施普林格-自然出版集团”下属机构最新发布的自然指数数据显示,中国作者在2022年对高质量自然科学研究作出了最大贡献,在高质量期刊上发表论文份额首次排名全球第一。

该自然指数显示了近年来我国科研人员在全球高质量科研产出中的进步,表明我国基础研究质量稳步提升。

提出科学问题,是进行基础研究的第一步。

为推动凝练基础研究关键科学问题,近年来相关部门出台了诸多举措。自然科学基金委先后采取了明确资助导向、完善面向科学前沿和国家重大需求的科学问题凝练机制等一系列政策举措,引导科技界持续提升申请质量,努力扭转“把基础研究做成无目标的应用研究,把应用研究变成低水平的基础研究”现象;2021年中国科学院出台“基础研究十条”,提出围绕国家战略需求中最紧迫的科技问题和世界前沿科学难题,找准科学问题。

在瞄准重大需求目标导向上,搭建制度性桥梁,推动科学家从“四个面向”中凝练科学问题。加强国家应用数学中心等基础研究基地和平台建设,进行战略导向的体系化基础研究。引导多元投入,创新国家科研经费与行业部门、地方政府、大型企业等的联合资助模式;在自由探索方面,针对非共识项目进一步创新科研资助方式,加快建立颠覆性、非共识基础研究选题发现机制,设立基础研究特区打破科研管理惯性,保障科研人员自由探索、勇闯无人区;建立问题凝练长效机制,从国家层面加强组织,发挥建制化凝练问题的优势。围绕基础研究创新环境建设、人才评价方面实施一系列改革举措。

近年来,我国对基础研究的投入持续加大,基础研究经费投入年均增长近15%,接近全社会研发投入增长速度的2倍,有力支撑了铁基超导、量子信息、干细胞、合成生物学等领域的重大成果产出,为实现高水平科技自立自强夯实基础。

瞄准重大需求凝练问题

在中科院遗传发育所的大豆功能基因组与分子设计育种实验室内,数千份大豆材料在日光灯的照射下茁壮成长。这是田志喜研究员正在进行的大豆新品种选育。

科研选题是科技工作者首先需要解决的问题。经济高质量发展急需高水平基础研究的供给和支撑,需求牵引、应用导向的基础研究战略意义凸显。瞄准大豆高产这一国家重大需求,田志喜带领团队寻找攻关方向。“我们每年需要的大豆只有不足20%产自国内,其余需要进口。近年来大豆进口量一直持续在9000万吨/年以上,提高大豆产能是我国农业领域最迫切的国家需求之一。”田志喜总结,我国大豆进口依赖原因有二:一是大豆单产低,是主粮产量的三分之一甚至四分之一,世界主要大豆生产国平均亩产已经达到220公斤,我国平均亩产仅为130公斤左右;二是我们面临人口多、耕地少的国情。

培育单产高的大豆新品种,研发适应盐碱地种植的大豆新品种是解决我国大豆进口依赖的关键所在。

按常规育种方法,育种人员更多依靠肉眼观察大豆表型进行选育,而且一年只能选育一季,耗时长。为摸清大豆5万个基因的控制机理,田志喜团队创新群体基因组学研究方法,构建了首个大豆图形结构泛基因组,阐明大豆种质资源演化遗传基础,阐释了重要农艺性状调控位点的耦合关系,取得系列重要成果,相关研究成果为解决我国大豆高产提供了重要的理论和技术支撑。

今年3月22日,田志喜团队协同其他团队,以大规模基因组、变异组、表型组、转录组、泛基因组数据为基础,开发了大豆多维组学深度整合数据库,为大豆育种人员提供了高质量的大豆组学数据检索和分析平台。田志喜希望通过5年时间,用分子设计育种培育出更高产、更耐盐碱的大豆新品种,提高我国大豆自给率。

从“四个面向”中凝练科学问题,搭建科学家连接社会实际需求的桥梁,正成为多方努力的方向。

很多变革性工程技术、“卡脖子”难题看起来是技术难题,但根源是在基础研究上。“需要搭建科技人才与企业的沟通桥梁,衔接科学产出与技术创新两个环节,让科学家在国民经济主战场中发现问题、解决问题。”中国科学院院士、中国科协副主席袁亚湘告诉记者。

以数学为例,科技部设立了13个国家应用数学中心,国家重点研发计划还启动了数学和应用研究重点专项,推动数学家从生产实践中凝练科学问题。

中国科学院院士徐宗本担任陕西国家应用数学中心主任,他告诉《瞭望》新闻周刊记者,中心面向国家重大需求,聚焦大数据与人工智能、非常规油气藏勘探、未来通信技术、传染病防控等领域中的关键数学理论与方法研究,已取得系列重大数学与数学技术成果。

例如中心与华为技术有限公司共建西交—华为数学技术联合实验室,提出了5G通信中的关键数学算法,解决了目前通信系统资源调配依赖人工、信道估计精度受限等瓶颈问题,为华为解决5G通信技术中的难题、探索6G新技术作出了重要贡献;近期联合实验室还在通信物理层矩阵计算基准算法研究上取得了突破,这对提升通信性能,降低基站能耗,突破芯片工艺封锁具有重要意义,新算法至少带来1~10倍的计算加速,这一成果已被应用部门采用。

加强科学问题凝练也出现在了《国家自然科学基金“十四五”发展规划》专门章节中。规划提出按照“四个面向”的要求,更加注重科学问题凝练。例如在项目立项过程中,坚持“自上而下”和“自下而上”相结合,广泛听取部门、行业、产业界、科技社团的意见和需求,充分发挥专家评审组、专家咨询委员会的作用,从经济社会发展需求、产业创新发展需要等方面,开展专业论证和科学研判,凝练提出关键科学问题。

在资金支持方面,自然科学基金委联合基金项目为国家自然科学基金支持问题和需求导向型基础研究开辟了新渠道。通过设立联合基金,发挥科学基金的平台导向作用,创新与行业部门、地方政府、大型企业等的联合资助模式,探索建立需求、人才、成果对接平台,进一步放大财政资金杠杆效应,促进行业与区域原始创新能力提升,营造基础研究多元投入新局面。

拓宽非共识科研项目空间

面向世界科技前沿的探索性课题原创性强、往往是非共识的,并且非共识的基础研究可能超越科学发展水平、研究思维定势或现有技术条件,创新失败的风险较大。创新科研资助方式,鼓励科学家依据自身兴趣探索前沿领域,是实现原创科研突破的重要路径之一。

2020年4月,科技部、财政部、教育部、中科院、工程院、自然科学基金委共同发布了《新形势下加强基础研究若干重点举措》,提出优化完善非共识项目的遴选机制和资助机制,建立非共识和颠覆性项目建议“网上直通车”,全时段征集重大需求方向建议。

越来越多具备“颠覆性、非共识、高风险”等特征的原创项目在创新遴选方式中脱颖而出。西湖大学生命科学学院讲席教授朱听的研究领域——构建与自然生物学系统手性相反的镜像生物学系统,就是一个非共识原创项目。

当被问及为什么会选择这一科学问题时,朱听说因为这是一个“有趣的猜想”。生物体内自然出现的生物分子具有特定的手性,即生物分子有右撇子和左撇子。生物分子的手性起源之谜是自19世纪人类发现其具有手性特征以来一直悬而未决的科学问题,其中一个有趣猜想是宇宙中是否存在,或是否可能在实验室中人工创造出一种镜像生物学系统。

基于对该问题的兴趣,朱听想到从构建镜像版本的中心法则出发,在实验室中人工合成镜像生物学系统。但这一非共识前沿探索,曾让朱听遇到了难题:很难得到竞争性项目经费支持。

类似的难题也是众多探索前沿领域的科学家面临的窘境。例如有另一科研人员在申报一项名为“学件的关键技术研究”的原创课题项目经费时,由于其原创性强、风险性高,多数评审专家对其可行性持怀疑态度,因而该项目未获资助。

针对原创研究非共识、易失败,难以获得项目资助的现实情况,自然科学基金委自2020年起设立了原创探索计划项目,旨在资助从0到1的原创性研究工作。研究内容由申请人自行提出,不限领域或方向,只需要两名国内外有较高影响力的同行专家推荐即可,相关学部审查通过后,可获得1~3年的资助,每年资助强度不超过100万元,以解决原创研究按常规渠道难以获得资金支持的问题。

朱听的课题获得了原创探索计划项目支持。在项目资助下,该团队利用化学、生物学等多学科手段构建与天然生物分子手性相反的镜像生物学系统。目前,他们已初步实现了镜像中心法则中的镜像核酸复制、转录、逆转录等过程,开发了镜像DNA信息存储、镜像核酸的定向进化等技术。

同样,“学件的关键技术研究”原创课题也通过了探索计划项目评审。评审专家将研究思想的原创性和预期成果的引领性作为首要评价标准,评审要点中弱化对可行性的要求。最终,该项目获得会议评审专家的全票通过。

据了解,未来自然科学基金委还将加快建立颠覆性、非共识基础研究选题发现机制。例如实施推荐申请机制,支持信誉良好的专家、机构或管理人员等直接推荐项目,让有想法有能力、勇于创新的科学家能够得到支持,提升推荐人、推荐机构的责任感和成就感。

探索在各地展开。2021年,上海出台《关于加快推动基础研究高质量发展的若干意见》,提出“基础研究特区”制度创新,让科学家敢试、敢闯。上海市政府每年向每个特区单位投入2000万元,持续5年;试点单位以不少于1∶1的经费比例共同投入。复旦大学科学技术研究院副院长徐晓创表示,在鼓励青年科研人员勇闯基础研究无人区上,基础研究特区提供了相对充足的资源和更安心的环境。

研发一款光帆飞行器,用高能激光推动100纳米厚、展开后约10平方米的光帆,将飞行器加速到光速的20%,飞往离太阳系最近的恒星系统——半人马座α星。复旦大学航空航天系教授徐凡被这个科幻小说中的场景深深吸引。基础研究特区计划在复旦启动后,徐凡得知这项计划鼓励青年科研人员勇闯无人区,失败风险高的项目也可能入选,就申报了“宇航光帆薄膜结构稳定性与智能调控”项目并成功立项。徐凡获得了上海市200万元以及复旦大学的配套科研经费投入。在长期、稳定的政府和高校支持下,徐凡已取得不少进展。近日,徐凡课题组的研究成果发表于《物理评论快报》,并被《自然》杂志“研究亮点”栏目报道。

科技部有关负责人表示,下一步,要改革完善项目形成机制,探索面向世界科技前沿的原创性科学问题的发现和提出机制,建立对非共识项目和颠覆性技术的支持和管理机制,进一步加大基础研究投入,优化投入结构,加大对冷门学科、基础学科和交叉学科的长期稳定支持,为科研人员静心思考、潜心研究、全心投入提供更好的服务,支持和鼓励广大科技工作者勇闯创新无人区。

建立问题凝练长效机制

“解决‘卡脖子’难题,需要高度重视凝练基础研究科学问题,除了依靠科学家的兴趣进行自由探索,还应针对国家重大需求建立凝练科学问题的机制。”徐宗本认为。

第一,充分发挥科学家特别是战略科学家凝练关键科学问题的积极性。“战略科学家在识别和凝练基础研究关键科学问题上扮演着重要角色。他们常常具有很高的学术造诣,能在多个学科之间建立桥梁,善于识别新的研究方向和潜在的科学突破。”中国科学院院士、中国科学技术大学副校长杨金龙认为。

徐宗本认为,首先可通过建立机制或管理规范,明确将凝练科学问题作为战略科学家的本职任务;其次,可设立凝练问题研究专项,支持战略科学家开展以凝练科学问题为目标的研究;再者,建立完善激励机制,对凝练出重大科学问题的科学家给予一定形式的认可和奖励。

第二,进行有组织的科学问题凝练。世界已进入大科学时代,基础研究组织化程度越来越高,制度保障和政策引导对基础研究产出的影响越来越大。从重大战略需求中凝练关键科学问题,还需要从国家层面加强组织,发挥建制化凝练问题的优势。

“对于战略产业和重大工程领域基础研究关键科学问题凝练,政府和研究主体应该发挥主导作用,探索建立关键科学问题凝练机制。”中国科学院创新发展研究中心主任穆荣平认为。

自然科学基金委数学物理科学部常务副主任董国轩介绍,自然科学基金委数学物理科学部正在探索建立前沿科学问题征集机制,通过发挥高水平专家的战略咨询作用和“双清论坛”等学术交流平台功能,引导科研人员围绕国家重大需求开展基础研究。例如与中国工程物理研究院等行业部门深入沟通,调研重大工程项目、经济主战场中的重大需求等,发掘其背后存在的关键基础科学问题;广泛联系与学部初步凝练的科学问题相关的一线专家学者,组织开展定期系统性研讨和不定期专题研讨。围绕初步凝练的科学问题,进一步梳理所涉及的领域和方向,理清需要突破的核心问题、可能采取的技术方法以及人才队伍情况等,不断明晰关键科学问题和有望取得突破的科学问题等,为后续自然科学基金委发布指南和资助提供决策参考。

科学问题往往涉及多个学科,跨学科交流、合作可以帮助科研人员从不同角度理解和解决问题,催生更多重大突破。“因此,科技主管部门要搭建多学科交叉研究平台,鼓励从交叉学科中凝练问题。”杨金龙说。

第三,塑造有利于找准关键问题进行攻坚克难的科研环境。越是有重大突破意义的创新,失败的可能性往往越高。因为害怕失败,科研人员的“胆子”也会变小,对判断一个问题是否为科学问题存在较大困难。特别是青年科研人员对如何提出高质量科学问题信心不足。

“需要创建一个开放和鼓励探索的研究环境,激发科研人员的好奇心,使他们更愿意去探索未知,提出并解决关键科学问题。还需进一步优化人才考核评价方式,提高青年科研人员对凝练原创科学问题的热情。”杨金龙说。

(《瞭望》2023年第29期 )

文章来源:https://h.xinhuaxmt.com/vh512/share/11593236?d=134b23a&channel=weixin


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