科技強國植根于深厚的基礎(chǔ)研究

張先恩

科技強國植根于深厚的基礎(chǔ)研究

張先恩

《國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略綱要》明確提出，經(jīng)過“三步走”，新中國成立 100年之際要成為世界科技強國?，F(xiàn)在距這個偉大的目標(biāo)完成時限還有30多年，中國科技事業(yè)的設(shè)計者和踐行者都在為之奮斗。瀏覽一下世界科技強國，雖然都有不同的特點，但呈現(xiàn)一個共同的特征，即科技強國的形成和鞏固離不開厚實的基礎(chǔ)研究。這或許可以成為我們的借鑒。

1 科技革命、工業(yè)文明與強國更替

人類歷史長河，經(jīng)歷了農(nóng)耕經(jīng)濟、工業(yè)經(jīng)濟并正邁入信息經(jīng)濟。農(nóng)耕經(jīng)濟時代漫長，社會財富積累增長緩慢。近 400年，發(fā)生了若干次科學(xué)革命和技術(shù)革命，通過一系列顛覆性技術(shù)（如蒸汽機、內(nèi)燃機、發(fā)電機、計算機、網(wǎng)絡(luò)等），推動了三次產(chǎn)業(yè)革命（或工業(yè)革命），鑄就了輝煌的工業(yè)文明，其要素是人類社會經(jīng)濟工業(yè)化、城市化、法制化與民主化等，經(jīng)濟持續(xù)增長，社會財富增長積累超過歷史總和。

工業(yè)革命的發(fā)生發(fā)展伴隨著強國更替，而歷史上歐洲列強具有擴張?zhí)刭|(zhì)。英國作為蒸汽機和紡織機的發(fā)源地，最先完成工業(yè)革命，生產(chǎn)力極大提升，得以強軍強國，控制了當(dāng)時世界1/4的陸地疆域和人口，一度為“日不落”帝國。同期，歐洲主要國家相繼完成工業(yè)革命，經(jīng)濟總量迅速超過亞洲，成為世界第一。其中德國借力于兩次工業(yè)革命，統(tǒng)一國家，于 19世紀(jì)末成為歐洲新的霸主，其后發(fā)動了兩次世界大戰(zhàn)。美國得天獨厚地享受了歐洲科技革命成果，完成工業(yè)化，20世紀(jì)中發(fā)展成為世界上經(jīng)濟實力最為雄厚的國家。20世紀(jì)后半葉，信息技術(shù)等高技術(shù)在美國發(fā)生群體突破，帶動第三次產(chǎn)業(yè)革命，進一步拉開了與其他國家的距離。奧巴馬執(zhí)政期間，簽署了《美國競爭法案》（America COMPETES Act），其中承諾將基礎(chǔ)研究經(jīng)費10年翻番，以確保美國在所有科技領(lǐng)域的領(lǐng)先，鞏固其超級科技強國地位。

2013年，制造強國德國政府頒布了“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略行動，奏響了第四次產(chǎn)業(yè)革命的序曲，它可以認(rèn)為是信息技術(shù)革命的深化和提升，其特征是工業(yè)過程的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、綠色化，并建立一個高度靈活的個性化和數(shù)字化的產(chǎn)品與服務(wù)的生產(chǎn)模式。這種模式將極大地淡化傳統(tǒng)的行業(yè)界限，產(chǎn)業(yè)鏈分工將被重塑，創(chuàng)造新價值的效率將獲得極大提升，同時帶來資源環(huán)境效益，人類社會或許將進入新的工業(yè)文明階段。2015年，中國政府也出臺了《中國制造2025》，目標(biāo)是2020年基本實現(xiàn)工業(yè)化，制造業(yè)信息化水平大幅提升，2025年工業(yè)化和信息化融合上新臺階。2015年，國家還啟動了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動，部署了“互聯(lián)網(wǎng)+協(xié)同制造”“互聯(lián)網(wǎng)+人工智能”等11項重點行動。在這新一輪的技術(shù)變革和產(chǎn)業(yè)革命中，執(zhí)牛耳者，將執(zhí)天下。

2 科技革命源于基礎(chǔ)研究的百花齊放

文藝復(fù)興促進了人的思想解放，繁榮了藝術(shù)、文化和科學(xué)。16世紀(jì)起，歐洲出現(xiàn)了各類科學(xué)組織和學(xué)術(shù)流派，他們繼承了古希臘學(xué)者的邏輯思辨科學(xué)方法，并逐步發(fā)展出實驗性科學(xué)方法，利用兩種科學(xué)方法的結(jié)合，對大自然規(guī)律進行了卓有成效的探索，獲得大量新的發(fā)現(xiàn)，形成了不同學(xué)術(shù)流派，呈現(xiàn)自然科學(xué)百花齊放的局面。歐洲主要國家紛紛成立科學(xué)院，如：英國皇家學(xué)會（1660年成立）、法蘭西科學(xué)院（1666年成立）、德國科學(xué)院（1652年成立）、西班牙皇家學(xué)院（1713年成立）、俄羅斯科學(xué)院（1724年成立）、瑞典皇家科學(xué)院（1739年成立）、丹麥皇家科學(xué)院（1742年成立）、捷克皇家科學(xué)院（1784年成立）等。這些科學(xué)組織在促進科學(xué)研究和知識普及方面發(fā)揮了重要的作用。200年間，由伽利略和牛頓開創(chuàng)的、大批學(xué)者共同參與構(gòu)建的經(jīng)典物理學(xué)體系逐漸完善，其框架包括經(jīng)典力學(xué)、熱力學(xué)和統(tǒng)計物理學(xué)、經(jīng)典電磁場理論。經(jīng)典物理學(xué)體系精美的結(jié)構(gòu)和深刻的物理學(xué)內(nèi)涵，對人類科學(xué)技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。其中，牛頓在 1687年發(fā)表的論文《自然定律》，對萬有引力和三大運動定律進行了描述，奠定了物理學(xué)和工程學(xué)的基礎(chǔ)。

歐洲人對基礎(chǔ)研究的百花齊放推崇備至，這源于基礎(chǔ)研究具有不可預(yù)測性。科學(xué)精神和知識傳播，使歐洲的科學(xué)研究和創(chuàng)新不限于經(jīng)院式的研究模式。個人興趣驅(qū)動的研究比比皆是。典型的如：神職人員孟德爾在業(yè)余時間種植豌豆，發(fā)現(xiàn)了遺傳學(xué)第一定律和第二定律，成為經(jīng)典遺傳學(xué)之父；愛因斯坦1905年發(fā)表包括狹義相對論和光量子理論等劃時代論文時，還在伯爾尼專利局當(dāng)雇員。瓦特對蒸汽機的知識，主要是在大學(xué)車間當(dāng)修理工時勵志學(xué)習(xí)的，幫助他的物理學(xué)家與化學(xué)家布萊克教授，不會料到他后來成為推動工業(yè)革命的歷史人物。

在英國，除了牛頓以外，還涌現(xiàn)出了一大批歷史性學(xué)者，如法拉第（磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)者、電動機發(fā)明人）、道爾頓（近代原子理論的提出者）、羅伯特·虎克（顯微鏡的發(fā)明者及微生物之父）、焦耳（獨立提出能量守恒及熱力學(xué)第一定律）、達爾文（進化論的提出者）、麥克斯韋（經(jīng)典電動力學(xué)的創(chuàng)始人，統(tǒng)計物理學(xué)的奠基人之一）等。英國經(jīng)歷了科學(xué)精神的洗禮，科學(xué)發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造與創(chuàng)新的影響根深蒂固，并通過議會批準(zhǔn)建立了傳承至今的傳統(tǒng)專利體系，保護大眾創(chuàng)新和發(fā)明，因此，英國成為兩次科技革命的搖籃，也就不奇怪了。

文藝復(fù)興以來的科學(xué)實踐，正如英國哲學(xué)家弗朗西斯·培根所言：科學(xué)真正的目標(biāo)在于“人類生活被賦予新的發(fā)現(xiàn)和力量”。

3 中國基礎(chǔ)研究厚積薄發(fā)，正經(jīng)歷量變到質(zhì)變

與中國科學(xué)院“兩彈一星”紀(jì)念館比鄰的“早期學(xué)科歷史展”展館坐落在中國科學(xué)院大學(xué)懷柔校區(qū)山坡上，是一個不起眼的平房。展覽回顧了中國百年來的自然科學(xué)各領(lǐng)域的先驅(qū)人物，他們的名字和事業(yè)令人心生崇敬。然而，由于現(xiàn)代自然科學(xué)體系基本上源于西方哲學(xué)和科學(xué)，我們不得不承受近幾百年的落后。新中國通過《1956—1967年科學(xué)技術(shù)發(fā)展遠景規(guī)劃綱要》（簡稱《十二年規(guī)劃》），對基礎(chǔ)研究進行了全面布局，但后來嚴(yán)重受挫于政治動亂。經(jīng)過撥亂以后，中國實施了改革開放基本國策，并強調(diào)“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”。近40年來，中國的科技獲得長足發(fā)展，主要科學(xué)研究指標(biāo)反映出這種巨大變化。

科學(xué)論文是基礎(chǔ)研究成果展示、知識記載和傳播的主要形式。國際上有一些著名的科學(xué)文獻數(shù)據(jù)庫，如科睿唯安（Clarivate Analytics）的WoS數(shù)據(jù)庫、InCite和ESI數(shù)據(jù)產(chǎn)品（均原為湯森路透所擁有），以及愛思唯爾出版集團 （Elsevier）的Scopus數(shù)據(jù)庫等。這些數(shù)據(jù)庫開發(fā)了很好的平臺，可用于文獻檢索、學(xué)科發(fā)展分類分析、科學(xué)前沿?zé)狳c分析、各國/經(jīng)濟體、各機構(gòu)的科學(xué)文獻貢獻定量分析、影響力分析等。自然出版集團（NPG）還設(shè)立了“自然指數(shù)”（Nature Index，NI），通過分析68種各學(xué)科的經(jīng)典刊物，統(tǒng)計各國（經(jīng)濟體）、高校和科研院所在國際上最具影響力的科學(xué)期刊上發(fā)表論文數(shù)量的情況。

通過文獻計量學(xué)分析，宏觀上看，我國基礎(chǔ)研究發(fā)展可以概括為起步跟蹤階段、數(shù)量擴張階段和質(zhì)量提升階段。

（1）起步跟蹤階段。20世紀(jì)80年代，中國的科學(xué)研究基本上屬于跟蹤型，啟動的國家“863”計劃定位在“跟蹤研究外國戰(zhàn)略性高技術(shù)”，中國學(xué)者們在國際上發(fā)表論文極少。

（2）數(shù)量擴張階段。20世紀(jì)90年代中期，中國學(xué)者被鼓勵在國際學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文，這促進了創(chuàng)新性研究。2000年以后中國學(xué)者論文數(shù)量增長加速，大約在2009年前后相繼超過法、日、德、英等科技強國，成為國際科學(xué)論文數(shù)量第二大貢獻國，這還不包括國內(nèi)近 5000種科技期刊的文獻量。

（3）質(zhì)量提升階段。同行引用次數(shù)反映論文受關(guān)注程度，通常表示為10年引用次數(shù)。中國學(xué)者論文總引用數(shù)持續(xù)增長，原來預(yù)計 2020年達到世界第5位，可2013年就達到第4位，2016年成為世界第3，僅次于美國和英國。若將各個學(xué)科總引用數(shù)進行國際橫向比較，許多學(xué)科已經(jīng)進入前2～5名，顯示巨大進步。雖然中國學(xué)者論文的篇均引用仍然很低，但高影響論文（Top papers）數(shù)量或許更能反映中國的科學(xué)影響潛力。高影響論文包括熱點論文（Hot papers）和高被引論文（Highly cited papers）。至2017年4月，擁有萬篇以上高影響論文的國家依次為：美國67156篇，英國23413篇，中國19085篇，德國16438篇，法國10861篇和加拿大10672篇。此外，自然指數(shù)結(jié)果顯示，2016年中國在各學(xué)科經(jīng)典期刊上發(fā)表成果的頻度僅次于美國，居第 2位。這些數(shù)據(jù)清楚表明，中國基礎(chǔ)研究水平已經(jīng)大幅提升，在國際上占有前所未有的位置。中國已經(jīng)擁有世界上規(guī)模最為宏大的 R&D隊伍，2014 年R&D人員已達371萬，預(yù)計2020年達 480萬，其中基礎(chǔ)研究人員目前為7%，雖然整體素質(zhì)仍需不斷提高，但其中已經(jīng)有了相當(dāng)數(shù)量的一流科學(xué)家，他們構(gòu)成中國基礎(chǔ)研究的精銳群體，在國際同行中受到高度關(guān)注，已不斷有學(xué)者開始問鼎國際科學(xué)大獎。

然而，中國基礎(chǔ)研究所取得的進步，是在低水平上起步的，依然還處在積累階段，重大原始性創(chuàng)新的成果還很少，開創(chuàng)新方向、引領(lǐng)學(xué)科發(fā)展的能力尚很弱，教科書中仍然主要在講述西方學(xué)者的故事。因此，還要遵循科學(xué)發(fā)展規(guī)律，不驕不躁，潛心積累，厚積薄發(fā)，贏在未來。

4 基礎(chǔ)研究內(nèi)涵與使命

《弗拉斯卡蒂手冊》將基礎(chǔ)研究定義為：基礎(chǔ)研究是為了獲得關(guān)于現(xiàn)象和可觀察事實的基本原理的新知識而進行的實驗性或理論性研究，它不以任何專門或特定的應(yīng)用或使用為目的。其實，基礎(chǔ)研究包括純基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，后者與基礎(chǔ)研究的定義相矛盾。在國家重點基礎(chǔ)研究“973”計劃和國家自然科學(xué)基金支持的研究中，除少數(shù)純基礎(chǔ)研究以外，都有直接或間接的應(yīng)用導(dǎo)向。中國近年實施的科技計劃管理改革，強調(diào)全鏈條設(shè)計，其中基礎(chǔ)研究更是被打上了“應(yīng)用目的”的烙印。

基礎(chǔ)研究與前沿技術(shù)的界限其實非常模糊。前沿技術(shù)是近10多年出現(xiàn)的概念。按照定義，前沿技術(shù)是高技術(shù)領(lǐng)域中具有前瞻性、先導(dǎo)性和探索性的重大技術(shù)。這三性，也符合基礎(chǔ)研究特征。在國內(nèi)開展的前沿技術(shù)研究當(dāng)中，許多在國外已經(jīng)商業(yè)化，這樣的技術(shù)，就只能稱為跟蹤技術(shù)，至多是“me better（我更好）”。真正的前沿技術(shù)或?qū)倩A(chǔ)研究范疇，如藥物靶標(biāo)的發(fā)現(xiàn)、新型疫苗研究、分子網(wǎng)絡(luò)育種、干細胞與再生醫(yī)學(xué)、癌癥的免疫治療、合成生物學(xué)、基因編輯、量子通訊、量子計算、智能感知、類腦與人工智能、三維虛擬現(xiàn)實、高溫超導(dǎo)、智能材料、極端環(huán)境制造、第四代核能、聚變能、氫能、環(huán)境生物整治、空間技術(shù)瓶頸等。信息技術(shù)是典型的應(yīng)用性技術(shù)，也是基于科學(xué)的技術(shù)。當(dāng)年的計算機、晶體管和場效應(yīng)晶體管、集成電路、無線電通訊、光纖、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的發(fā)明，大都獲得諾貝爾獎或圖靈獎。開拓中的量子信息技術(shù)本身已經(jīng)貼上多項量子物理學(xué)諾貝爾獎標(biāo)簽。

可見，新的時期，基礎(chǔ)研究要跳出傳統(tǒng)定義的約束，其使命應(yīng)該包括：（1）堅持純科學(xué)研究，探索自然奧秘，促進科技自身發(fā)展；（2）針對國計民生中的重大科學(xué)問題，開展基礎(chǔ)性研究，提供新技術(shù)和解決方案。由此，真正實現(xiàn)“雙輪驅(qū)動”。

5 改進管理工作，為基礎(chǔ)研究注入新的活力

持續(xù)繁榮中國的基礎(chǔ)研究，頭緒萬千。筆者結(jié)合在管理機構(gòu)和科研一線工作的體會，提出幾個管理層面需要關(guān)注的問題。

（1）強化基礎(chǔ)研究投入。自從國家頒布了《國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要》（簡稱《規(guī)劃綱要》）以后，中國科技投入持續(xù)以兩位數(shù)增長，數(shù)年間成為全球第二大科技投入國，極大推動了科技整體發(fā)展。然而，其中用于基礎(chǔ)研究支出的比重一直徘徊在5%左右，遠遠低于世界經(jīng)合組織（OECD）的平均水平（大約15%）。多年來，這已經(jīng)成為科技界的一個熱點問題，但存在不同看法。一種意見認(rèn)為，基礎(chǔ)研究投入比例過低顯然不利于原始性創(chuàng)新；另一種意見則質(zhì)疑科技統(tǒng)計渠道的合理性。我們對基礎(chǔ)研究的內(nèi)涵和投入模式進行了國際比較，結(jié)論是，中國的基礎(chǔ)研究投入占R&D的比例確實過低，主要原因是企業(yè)R&D支出占國內(nèi)總R&D支出的比重大（約75%），且主要用于產(chǎn)品開發(fā)。若要大幅提升基礎(chǔ)研究投入比例，企業(yè)的R&D支出結(jié)構(gòu)需作重大調(diào)整，這在現(xiàn)階段幾乎不可能。這歸因于中國仍然處于工業(yè)化進程階段，發(fā)展經(jīng)濟是優(yōu)先選項（另文發(fā)表）。當(dāng)前，中國已經(jīng)確定了創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，企業(yè)創(chuàng)新原動力尤其重要。我們從華為等企業(yè)的發(fā)展實踐中，看到了這種希望。企業(yè)完成原始積累之后，開展與行業(yè)發(fā)展相關(guān)的基礎(chǔ)研究，對提升企業(yè)競爭力有現(xiàn)實意義。政府一方面還要繼續(xù)推進落實與企業(yè)發(fā)展有關(guān)的創(chuàng)新驅(qū)動政策，另一方面要盡可能強化對基礎(chǔ)研究的財政支持。中國2025年成為制造強國，一定離不開基礎(chǔ)研究的積累和創(chuàng)造性的貢獻。

（2）調(diào)整科技資助模式。20世紀(jì)80年代科技體制改革，將科研機構(gòu)的撥款制改為競爭性制度。引入競爭機制，對打破“鐵飯碗”，用好有限的科技資源，提高科學(xué)研究水平發(fā)揮了重要作用。經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展，中國構(gòu)建了含五個分體系、邏輯分工互聯(lián)的宏大創(chuàng)新體系。但在國家財政經(jīng)費支持方面，仍然延續(xù)競爭性為主的支持模式?，F(xiàn)實狀況是，高校的體量越來越大，人才眾多，社會資源廣泛，競爭優(yōu)勢越來越明顯，而國家科研院所的競爭力則不斷弱化，高端人才流出嚴(yán)重。還有一個現(xiàn)象：由于預(yù)算資源不足，國家科研院所人員不得不在外自行尋找合作伙伴，反過來與院內(nèi)機構(gòu)人員相互競爭，這大大削弱了國家科研院所的內(nèi)部協(xié)調(diào)能力。再有，已經(jīng)獲得財政高額穩(wěn)定支持的團隊和基地、機構(gòu)，均還能去申請競爭性經(jīng)費。宏觀來看，這是一種無序競爭。中國目前R&D人均研究經(jīng)費為37萬元人民幣，計劃2020年達到50萬元人民幣，仍只相當(dāng)于幾萬美元，遠低于發(fā)達國家水平。合理配置有限的資源，對提高經(jīng)費使用效率、防止滋生不良風(fēng)氣十分重要。建議采用國際上成熟的經(jīng)驗，對不同的創(chuàng)新單元采用不同的支持模式。例如，高校人才眾多、研究生生源豐富、創(chuàng)新活躍，適合自由探索研究，主要通過競爭性渠道和國家重點實驗室機制來支持。而國家科研機構(gòu)定位于戰(zhàn)略性和長期性定向基礎(chǔ)研究，適合預(yù)算性支持，且不宜再申請競爭性經(jīng)費（應(yīng)用性研究機構(gòu)除外）。機構(gòu)和基地是“鐵打的營盤”，人員可以流動，并接受外部評估。合理的分類支持模式，有利于充分發(fā)揮創(chuàng)新體系各創(chuàng)新單元的效能，并實質(zhì)性地促進合作。

（3）營造良好的科研文化氛圍?？蒲形幕瘺]有現(xiàn)成的定義。中國科學(xué)院的院訓(xùn)“唯實、求真、協(xié)力、創(chuàng)新”一定程度上代表了其科研文化，并被中國科學(xué)院廣大科技工作者主動踐行。科研文化其實具有全球?qū)傩?，是每一位科學(xué)研究從業(yè)者所必須具備的品質(zhì)和行為準(zhǔn)則。當(dāng)前有幾個現(xiàn)象值得高度關(guān)注：一是學(xué)術(shù)不端屢有發(fā)生，不斷觸及道德底線，侵蝕著科學(xué)精神。有一種觀點認(rèn)為，論文造假與不合理的評價有關(guān)。的確，分類評價需要切實落實，但在同樣條件下，絕大多數(shù)人還是講原則的，這是道德的力量。因此，治理學(xué)術(shù)不端，需要各級管理層和科技界共同努力。二是人才計劃有“帽子”化趨勢。各類人才計劃在不同的歷史時期發(fā)揮了積極作用。但現(xiàn)在人才計劃過多，不僅增加了管理成本，許多頭銜還演變成“帽子”，分層次地與個人待遇和科技資源配置掛鉤，高尚的精神激勵和榮譽激勵若變成低級的功利導(dǎo)向，負面效應(yīng)將不可忽視，這已受到科技界普遍關(guān)切。應(yīng)該看到，中國已經(jīng)擁有全球最年輕的科研隊伍，而且科研產(chǎn)出指標(biāo)令人矚目，在這種情況下，營造一個和諧公平、人盡其才、潛心科研的環(huán)境氛圍，是廣大科研人員最為需要的。因此建議人才計劃瘦身。良好的科研文化滋養(yǎng)創(chuàng)新的種子，需要精心營造與呵護。

6 結(jié)語

科學(xué)知識是人類共同財富，但中國是一個大國，且有特殊的國情，不僅要為人類作更多的科學(xué)貢獻，還需要有大量的技術(shù)創(chuàng)新和重大發(fā)明創(chuàng)造，而這些均寓于深厚的基礎(chǔ)研究積累。中國科技水平已經(jīng)今非昔比，通過進一步調(diào)整體制機制，營造寬松環(huán)境，全面夯實基礎(chǔ)研究，新中國百年之時建成科技強國，不是夢！?

【中國科學(xué)院生物物理研究所；

生物大分子國家重點實驗室；

中國科學(xué)院生物大分子科教

卓越創(chuàng)新中心?】

（《中國科學(xué)院院刊》

2017年第5期）

責(zé)任編輯：吳曉麗