位于地下700米的江門中微子實驗探測器呈現巨大的球形結構（2023年6月15日攝） 鄧華攝/本刊
“需要搭建科技人才與企業的溝通橋梁，銜接科學産出與技術創新兩個環節，讓科學家在國民經濟主戰場中幫助發現問題、解決問題。”
自然科學基金委自2020年起設立了原創探索計劃項目，旨在資助從0到1的原創性研究工作。研究内容由申請人自行提出，不限領域或方向，隻需要兩名國内外有較高影響力的同行專家推薦即可，以解決原創研究按正常管道難以獲得資金支援的問題
世界已經進入大科學時代，基礎研究組織化程度越來越高，制度保障和政策引導對基礎研究産出的影響越來越大。從重大戰略需求中凝練關鍵科學問題，需要從國家層面加強組織，發揮建制化凝練問題的優勢
文 |《瞭望》新聞周刊記者 扈永順
由全球知名學術出版機構“施普林格-自然出版集團”下屬機構最新釋出的自然指數資料顯示，中國作者在2022年對高品質自然科學研究作出了最大貢獻，在高品質期刊上發表論文份額首次排名全球第一。
該自然指數顯示了近年來大陸科研人員在全球高品質科研産出中的進步，表明大陸基礎研究品質穩步提升。
提出科學問題，是進行基礎研究的第一步。
為推動凝練基礎研究關鍵科學問題，近年來相關部門出台了諸多舉措。自然科學基金委先後采取了明确資助導向、完善面向科學前沿和國家重大需求的科學問題凝練機制等一系列政策舉措，引導科技界持續提升申請品質，努力扭轉“把基礎研究做成無目标的應用研究，把應用研究變成低水準的基礎研究”現象；2021年中國科學院出台“基礎研究十條”，提出圍繞國家戰略需求中最緊迫的科技問題和世界前沿科學難題，找準科學問題。
在瞄準重大需求目标導向上，搭建制度性橋梁，推動科學家從“四個面向”中凝練科學問題。加強國家應用數學中心等基礎研究基地和平台建設，進行戰略導向的體系化基礎研究。引導多元投入，創新國家科研經費與行業部門、地方政府、大型企業等的聯合資助模式；在自由探索方面，針對非共識項目進一步創新科研資助方式，加快建立颠覆性、非共識基礎研究選題發現機制，設立基礎研究特區打破科研管理慣性，保障科研人員自由探索、勇闖無人區；建立問題凝練長效機制，從國家層面加強組織，發揮建制化凝練問題的優勢。圍繞基礎研究創新環境建設、人才評價方面實施一系列改革舉措。
近年來，大陸對基礎研究的投入持續加大，基礎研究經費投入年均增長近15%，接近全社會研發投入增長速度的2倍，有力支撐了鐵基超導、量子資訊、幹細胞、合成生物學等領域的重大成果産出，為實作高水準科技自立自強夯實基礎。
瞄準重大需求凝練問題
在中科院遺傳發育所的大豆功能基因組與分子設計育種實驗室内，數千份大豆材料在日光燈的照射下茁壯成長。這是田志喜研究員正在進行的大豆新品種選育。
科研選題是科技工作者首先需要解決的問題。經濟高品質發展急需高水準基礎研究的供給和支撐，需求牽引、應用導向的基礎研究戰略意義凸顯。瞄準大豆高産這一國家重大需求，田志喜帶領團隊尋找攻關方向。“我們每年需要的大豆隻有不足20%産自國内，其餘需要進口。近年來大豆進口量一直持續在9000萬噸／年以上，提高大豆産能是大陸農業領域最迫切的國家需求之一。”田志喜總結，大陸大豆進口依賴原因有二：一是大豆單産低，是主糧産量的三分之一甚至四分之一，世界主要大豆生産國平均畝産已經達到220公斤，大陸平均畝産僅為130公斤左右；二是我們面臨人口多、耕地少的國情。
培育單産高的大豆新品種，研發适應鹽堿地種植的大豆新品種是解決大陸大豆進口依賴的關鍵所在。
按正常育種方法，育種人員更多依靠肉眼觀察大豆表型進行選育，而且一年隻能選育一季，耗時長。為摸清大豆5萬個基因的控制機理，田志喜團隊創新群體基因組學研究方法，建構了首個大豆圖形結構泛基因組，闡明大豆種質資源演化遺傳基礎，闡釋了重要農藝性狀調控位點的耦合關系，取得系列重要成果，相關研究成果為解決大陸大豆高産提供了重要的理論和技術支撐。
今年3月22日，田志喜團隊協同其他團隊，以大規模基因組、變異組、表型組、轉錄組、泛基因組資料為基礎，開發了大豆多元組學深度整合資料庫，為大豆育種人員提供了高品質的大豆組學資料檢索和分析平台。田志喜希望通過5年時間，用分子設計育種培育出更高産、更耐鹽堿的大豆新品種，提高大陸大豆自給率。
從“四個面向”中凝練科學問題，搭建科學家連接配接社會實際需求的橋梁，正成為多方努力的方向。
很多變革性工程技術、“卡脖子”難題看起來是技術難題，但根源是在基礎研究上。“需要搭建科技人才與企業的溝通橋梁，銜接科學産出與技術創新兩個環節，讓科學家在國民經濟主戰場中發現問題、解決問題。”中國科學院院士、中國科協副主席袁亞湘告訴記者。
以數學為例，科技部設立了13個國家應用數學中心，國家重點研發計劃還啟動了數學和應用研究重點專項，推動數學家從生産實踐中凝練科學問題。
中國科學院院士徐宗本擔任陝西國家應用數學中心主任，他告訴《瞭望》新聞周刊記者，中心面向國家重大需求，聚焦大資料與人工智能、非正常油氣藏勘探、未來通信技術、傳染病防控等領域中的關鍵數學理論與方法研究，已取得系列重大數學與數學技術成果。
例如中心與華為技術有限公司共建西交—華為數學技術聯合實驗室，提出了5G通信中的關鍵數學算法，解決了目前通信系統資源調配依賴人工、信道估計精度受限等瓶頸問題，為華為解決5G通信技術中的難題、探索6G新技術作出了重要貢獻；近期聯合實驗室還在通信實體層矩陣計算基準算法研究上取得了突破，這對提升通信性能，降低基站能耗，突破晶片工藝封鎖具有重要意義，新算法至少帶來1～10倍的計算加速，這一成果已被應用部門采用。
加強科學問題凝練也出現在了《國家自然科學基金“十四五”發展規劃》專門章節中。規劃提出按照“四個面向”的要求，更加注重科學問題凝練。例如在項目立項過程中，堅持“自上而下”和“自下而上”相結合，廣泛聽取部門、行業、産業界、科技社團的意見和需求，充分發揮專家評審組、專家咨詢委員會的作用，從經濟社會發展需求、産業創新發展需要等方面，開展專業論證和科學研判，凝練提出關鍵科學問題。
在資金支援方面，自然科學基金委聯合基金項目為國家自然科學基金支援問題和需求導向型基礎研究開辟了新管道。通過設立聯合基金，發揮科學基金的平台導向作用，創新與行業部門、地方政府、大型企業等的聯合資助模式，探索建立需求、人才、成果對接平台，進一步放大财政資金杠杆效應，促進行業與區域原始創新能力提升，營造基礎研究多元投入新局面。
拓寬非共識科研項目空間
面向世界科技前沿的探索性課題原創性強、往往是非共識的，并且非共識的基礎研究可能超越科學發展水準、研究思維定勢或現有技術條件，創新失敗的風險較大。創新科研資助方式，鼓勵科學家依據自身興趣探索前沿領域，是實作原創科研突破的重要路徑之一。
2020年4月，科技部、财政部、教育部、中科院、工程院、自然科學基金委共同釋出了《新形勢下加強基礎研究若幹重點舉措》，提出優化完善非共識項目的遴選機制和資助機制，建立非共識和颠覆性項目建議“網上直通車”，全時段征集重大需求方向建議。
越來越多具備“颠覆性、非共識、高風險”等特征的原創項目在創新遴選方式中脫穎而出。西湖大學生命科學學院講席教授朱聽的研究領域——建構與自然生物學系統手性相反的鏡像生物學系統，就是一個非共識原創項目。
當被問及為什麼會選擇這一科學問題時，朱聽說因為這是一個“有趣的猜想”。生物體内自然出現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謎是自19世紀人類發現其具有手性特征以來一直懸而未決的科學問題，其中一個有趣猜想是宇宙中是否存在，或是否可能在實驗室中人工創造出一種鏡像生物學系統。
基于對該問題的興趣，朱聽想到從建構鏡像版本的中心法則出發，在實驗室中人工合成鏡像生物學系統。但這一非共識前沿探索，曾讓朱聽遇到了難題：很難得到競争性項目經費支援。
類似的難題也是衆多探索前沿領域的科學家面臨的窘境。例如有另一科研人員在申報一項名為“學件的關鍵技術研究”的原創課題項目經費時，由于其原創性強、風險性高，多數評審專家對其可行性持懷疑态度，因而該項目未獲資助。
針對原創研究非共識、易失敗，難以獲得項目資助的現實情況，自然科學基金委自2020年起設立了原創探索計劃項目，旨在資助從0到1的原創性研究工作。研究内容由申請人自行提出，不限領域或方向，隻需要兩名國内外有較高影響力的同行專家推薦即可，相關學部審查通過後，可獲得1～3年的資助，每年資助強度不超過100萬元，以解決原創研究按正常管道難以獲得資金支援的問題。
朱聽的課題獲得了原創探索計劃項目支援。在項目資助下，該團隊利用化學、生物學等多學科手段建構與天然生物分子手性相反的鏡像生物學系統。目前，他們已初步實作了鏡像中心法則中的鏡像核酸複制、轉錄、逆轉錄等過程，開發了鏡像DNA資訊存儲、鏡像核酸的定向進化等技術。
同樣，“學件的關鍵技術研究”原創課題也通過了探索計劃項目評審。評審專家将研究思想的原創性和預期成果的引領性作為首要評價标準，評審要點中弱化對可行性的要求。最終，該項目獲得會議評審專家的全票通過。
據了解，未來自然科學基金委還将加快建立颠覆性、非共識基礎研究選題發現機制。例如實施推薦申請機制，支援信譽良好的專家、機構或管理人員等直接推薦項目，讓有想法有能力、勇于創新的科學家能夠得到支援，提升推薦人、推薦機構的責任感和成就感。
探索在各地展開。2021年，上海出台《關于加快推動基礎研究高品質發展的若幹意見》，提出“基礎研究特區”制度創新，讓科學家敢試、敢闖。上海市政府每年向每個特區機關投入2000萬元，持續5年；試點機關以不少于1∶1的經費比例共同投入。複旦大學科學技術研究院副院長徐曉創表示，在鼓勵青年科研人員勇闖基礎研究無人區上，基礎研究特區提供了相對充足的資源和更安心的環境。
研發一款光帆飛行器，用高能雷射推動100納米厚、展開後約10平方米的光帆，将飛行器加速到光速的20%，飛往離太陽系最近的恒星系統——半人馬座α星。複旦大學航空航天系教授徐凡被這個科幻小說中的場景深深吸引。基礎研究特區計劃在複旦啟動後，徐凡得知這項計劃鼓勵青年科研人員勇闖無人區，失敗風險高的項目也可能入選，就申報了“宇航光帆薄膜結構穩定性與智能調控”項目并成功立項。徐凡獲得了上海市200萬元以及複旦大學的配套科研經費投入。在長期、穩定的政府和高校支援下，徐凡已取得不少進展。近日，徐凡課題組的研究成果發表于《實體評論快報》，并被《自然》雜志“研究亮點”欄目報道。
科技部有關負責人表示，下一步，要改革完善項目形成機制，探索面向世界科技前沿的原創性科學問題的發現和提出機制，建立對非共識項目和颠覆性技術的支援和管理機制，進一步加大基礎研究投入，優化投入結構，加大對冷門學科、基礎學科和交叉學科的長期穩定支援，為科研人員靜心思考、潛心研究、全心投入提供更好的服務，支援和鼓勵廣大科技工作者勇闖創新無人區。
上海“基礎研究特區計劃”一期試點入選者、複旦大學教授徐凡（右）與學生使用自主研發的曲面拓撲軟抓手對各種顆粒物進行智能抓取 複旦大學供圖
建立問題凝練長效機制
“解決‘卡脖子’難題，需要高度重視凝練基礎研究科學問題，除了依靠科學家的興趣進行自由探索，還應針對國家重大需求建立凝練科學問題的機制。”徐宗本認為。
第一，充分發揮科學家特别是戰略科學家凝練關鍵科學問題的積極性。“戰略科學家在識别和凝練基礎研究關鍵科學問題上扮演着重要角色。他們常常具有很高的學術造詣，能在多個學科之間建立橋梁，善于識别新的研究方向和潛在的科學突破。”中國科學院院士、中國科學技術大學副校長楊金龍認為。
徐宗本認為，首先可通過建立機制或管理規範，明确将凝練科學問題作為戰略科學家的本職任務；其次，可設立凝練問題研究專項，支援戰略科學家開展以凝練科學問題為目标的研究；再者，建立完善激勵機制，對凝練出重大科學問題的科學家給予一定形式的認可和獎勵。
第二，進行有組織的科學問題凝練。世界已進入大科學時代，基礎研究組織化程度越來越高，制度保障和政策引導對基礎研究産出的影響越來越大。從重大戰略需求中凝練關鍵科學問題，還需要從國家層面加強組織，發揮建制化凝練問題的優勢。
“對于戰略産業和重大工程領域基礎研究關鍵科學問題凝練，政府和研究主體應該發揮主導作用，探索建立關鍵科學問題凝練機制。”中國科學院創新發展研究中心主任穆榮平認為。
自然科學基金委數學實體科學部常務副主任董國軒介紹，自然科學基金委數學實體科學部正在探索建立前沿科學問題征集機制，通過發揮高水準專家的戰略咨詢作用和“雙清論壇”等學術交流平台功能，引導科研人員圍繞國家重大需求開展基礎研究。例如與中國工程實體研究院等行業部門深入溝通，調研重大工程項目、經濟主戰場中的重大需求等，發掘其背後存在的關鍵基礎科學問題；廣泛聯系與學部初步凝練的科學問題相關的一線專家學者，組織開展定期系統性研讨和不定期專題研讨。圍繞初步凝練的科學問題，進一步梳理所涉及的領域和方向，理清需要突破的核心問題、可能采取的技術方法以及人才隊伍情況等，不斷明晰關鍵科學問題和有望取得突破的科學問題等，為後續自然科學基金委釋出指南和資助提供決策參考。
科學問題往往涉及多個學科，跨學科交流、合作可以幫助科研人員從不同角度了解和解決問題，催生更多重大突破。“是以，科技主管部門要搭建多學科交叉研究平台，鼓勵從交叉學科中凝練問題。”楊金龍說。
第三，塑造有利于找準關鍵問題進行攻堅克難的科研環境。越是有重大突破意義的創新，失敗的可能性往往越高。因為害怕失敗，科研人員的“膽子”也會變小，對判斷一個問題是否為科學問題存在較大困難。特别是青年科研人員對如何提出高品質科學問題信心不足。
“需要建立一個開放和鼓勵探索的研究環境，激發科研人員的好奇心，使他們更願意去探索未知，提出并解決關鍵科學問題。還需進一步優化人才考核評價方式，提高青年科研人員對凝練原創科學問題的熱情。”楊金龍說。■