國家自然科學基金力學學科發(fā)展現(xiàn)狀和“十三五”發(fā)展戰(zhàn)略

詹世革 張攀峰

(國家自然科學基金委員會數(shù)理科學部，北京100085)

國家自然科學基金力學學科發(fā)展現(xiàn)狀和“十三五”發(fā)展戰(zhàn)略

詹世革1)張攀峰

(國家自然科學基金委員會數(shù)理科學部，北京100085)

結合國家自然科學基金力學學科“十三五”發(fā)展戰(zhàn)略，介紹了力學學科的特點與戰(zhàn)略地位，明確了國家自然科學基金力學學科的資助范圍和指導思想.并通過對力學學科2006—2015年面上項目、青年科學基金、重點項目以及截至2015年國家杰出青年科學基金和優(yōu)秀青年科學基金的申請和資助情況的分析，總結了自然科學基金的資助現(xiàn)狀及其推動力學學科發(fā)展的作用.最后對“十三五”期間力學學科發(fā)展應該關注的問題給出了建議和政策措施.

國家自然科學基金，力學，資助情況，“十三五”，發(fā)展戰(zhàn)略

引言

“十三五”時期是我國全面建成小康社會的決勝階段，經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài).依靠創(chuàng)新驅(qū)動、塑造引領型發(fā)展成為基礎研究供給側(cè)改革的必然要求.在2016年5月30日召開的全國科技創(chuàng)新大會、兩院院士大會、中國科協(xié)第九次全國代表大會上，習近平總書記提出了科技創(chuàng)新“面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求”的基本方針.國家自然科學基金定位于“資助基礎研究和科學前沿探索，支持人才和團隊建設，增強源頭創(chuàng)新能力”，勢必為我國實現(xiàn)科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，加快科學技術跨越式發(fā)展發(fā)揮積極的作用.力學是一門應用性很強的基礎學科，其發(fā)展呈現(xiàn)顯著的“雙力驅(qū)動”規(guī)律，既緊密圍繞物質(zhì)科學中所涉及的非線性、跨尺度等前沿問題展開，又涉及人類所面臨的健康、安全、能源和環(huán)境等重大問題，與科技創(chuàng)新“三個面向”的要求完全契合.當代力學強國都在力學的基礎研究和應用研究上同時發(fā)力，謀求實現(xiàn)兩者的良性互動.

1 力學學科的特點與戰(zhàn)略地位

力學是關于力、運動、變形及其關系的科學.力學研究介質(zhì)運動、變形的宏微觀行為，揭示力學過程及其與物理、化學、生物學等過程的相互作用規(guī)律.力學為人類認識自然和生命現(xiàn)象、解決實際工程和技術問題提供理論與方法，是人類科學知識體系的重要組成部分，對科學技術的眾多學科分支發(fā)展具有重要的引領、支撐和推動作用.

力學學科具有完整的體系和分支學科，并且與其他學科交叉形成了眾多交叉領域，其主要特點如下：(1)力學是一門既經(jīng)典又現(xiàn)代的學科，它以機理性、定量化地認識自然與工程中的規(guī)律為目標，同時具有基礎性和應用性；(2)力學是工程科技的先導和基礎，為開辟新的工程領域提供概念和理論，為工程設計提供有效的方法，是科學技術創(chuàng)新和發(fā)展的重要推動力；(3)力學是一門滲透性突出的學科，具有很強的開拓新研究領域的能力，不斷涌現(xiàn)新的學科生長點.

17世紀，牛頓力學體系的創(chuàng)立標志著人類歷史上第一門定量化學科的誕生，引領了自然科學的興起，奠定了力學基礎學科的地位，是許多自然科學、技術科學的先導，為認識自然規(guī)律、改造世界提供了最為關鍵和有效的手段.力學也是生命力強大和活躍的基礎學科，在20世紀，力學不僅完善了自身學科體系，而且產(chǎn)生了廣泛的學科交叉與融合，促使新的交叉學科形成，也極大地推動了其他學科的發(fā)展.同時，力學是幾乎所有工程科技的基礎和支撐，在我國現(xiàn)代化建設和國家安全中發(fā)揮了不可替代的作用.

與西方發(fā)達國家的現(xiàn)代化進程相比，我國尚處于工業(yè)化中后期，同時面臨著信息化的艱巨挑戰(zhàn).黨中央提出大力推進信息化與工業(yè)化融合，走新型工業(yè)化道路，這對力學學科提出了雙重任務.一方面，要著力解決我國工業(yè)化轉(zhuǎn)型發(fā)展面臨的提升裝備質(zhì)量、降低能源消耗和消除環(huán)境污染等突出問題；另一方面，要解決我國信息化發(fā)展中面臨的眾多力學前沿問題.此外，力學學科還要瞄準人類所共同面臨的健康、安全、能源和環(huán)境等世界性難題，為我國發(fā)展實現(xiàn)“彎道超車”和全面突破，發(fā)揮獨特作用，提供堅實支撐.

2 力學學科基金申請和資助概況分析

2.1 力學學科主要資助范圍和指導思想

國家自然科學基金委員會(以下簡稱“基金委”)數(shù)理科學部力學科學處主要資助力學中的基本問題和方法、動力學與控制、固體力學、流體力學、生物力學、爆炸與沖擊動力學等力學學科分支領域的研究.一方面資助處于國際前沿、具有創(chuàng)新學術思想的研究項目，另一方面?zhèn)戎刭Y助與我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和國家安全緊密結合的、能推動工程技術發(fā)展的研究項目，鼓勵利用國內(nèi)現(xiàn)有儀器設備和重點實驗室開展力學的實驗研究，提倡與相關學科的研究人員聯(lián)合開展學科交叉問題的研究.

2.2 力學學科基金項目申請和資助概況

為了更好地了解國家自然基金力學學科的資助情況，表1～表3分別列出了2006—2015年10年來面上項目、青年科學基金和重點項目的申請和資助情況(2015年根據(jù)新修訂的《國家自然科學基金資助項目資金管理辦法》(財教[2015]15號)，科學基金項目資金分為直接費用和間接費用，所列出資助金額和平均強度為直接費用，后面資助強度分析中均按不計設備購置費折算為資助總經(jīng)費).隨著國民社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，國家對基礎研究經(jīng)費投入穩(wěn)定增加，三類項目的申請數(shù)、資助數(shù)和資助強度也在不斷加大.這10年，國家自然科學基金面上項目的申請數(shù)和資助數(shù)分別增長51.06%和82.23%，資助率增長了5個百分點，平均資助強度增長了158.54%；青年科學基金隨著國家科教興國戰(zhàn)略下博士招生規(guī)模的擴大快速增長，申請數(shù)和資助數(shù)10年內(nèi)分別增加到322.61%和381.25%，規(guī)模逐步逼近面上項目水平，資助率增長了近4個百分點，但是平均資助強度基本保持不變；重點項目的申請數(shù)和資助數(shù)分別增長56.81%和60.00%，平均資助強度增長95.31%.

國家杰出青年科學基金(以下簡稱“杰青”)是國務院1994年批準設立、國家自然科學基金委員會負責管理的專項基金.杰青支持在基礎研究方面取得突出成績的青年學者自主選擇研究方向開展創(chuàng)新研究，旨在促進青年科技人才的成長，吸引海外人才，培養(yǎng)造就進入世界科技前沿的優(yōu)秀學術帶頭人.優(yōu)秀青年科學基金項目是基金委自2012年起設立的一個人才項目，將與青年科學基金項目和杰青之間形成有效銜接，完善國家自然科學基金人才資助體系.主要支持具備5～10年科研經(jīng)歷并取得一定科研成就的青年科學技術人員，在科研第一線銳意進取、開拓創(chuàng)新，自主選擇研究方向開展基礎研究.

表1 2006—2015年面上項目申請和資助情況

表2 2006—2015年青年科學基金項目申請和資助情況

表3 2006—2015年重點項目申請和資助情況

截至 2015年，基金委力學學科分別資助杰青(1994—2015)和優(yōu)青項目(2012—2015)94和38項，其依托單位分布情況見表4和表5.這些單位覆蓋了我國力學基礎研究的主要高校和相關研究所，但是和總申請量不一致的是國防相關的院校和研究所相對比例較低，這主要是由于面向國防重大需求的基礎研究成果積累以及評價體系的差異導致的.這些學者逐步成為各自領域內(nèi)的優(yōu)秀學術帶頭人和中堅力量，為力學學科的均衡可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎.

表4 國家杰出青年科學基金項目資助依托單位分布

表5 優(yōu)秀青年科學基金項目資助依托單位分布

圖1給出了杰青、優(yōu)青負責人年齡分布情況.杰青負責人獲資助平均年齡為41.1歲，優(yōu)青負責人獲資助平均年齡為35.5歲.杰青負責人年齡主要分布在37～45歲之間，36歲以下只有零星分布.年齡總體偏大，44、45歲獲得資助人數(shù)達到24項，占資助項目數(shù)25.53%.優(yōu)青負責人在35、36歲達到最高峰，共有20項，占資助項目數(shù)的52.63%.基本對應了博士畢業(yè)后獨立開展科研工作5～6年的時間期限，資助了一批脫穎而出的青年人才.

圖1 杰青和優(yōu)青項目負責人獲資助年齡分布

圖2和圖3分別給出了杰青、優(yōu)青負責人按分支學科領域分布的情況.其中固體力學比例最大，杰青和優(yōu)青項目所占比例分別為59%和53%，與其總體申請量占比1/2基本對應；流體力學杰青和優(yōu)青項目所占比例分別為22%和18%，比其總體申請量占比1/4要低，特別是優(yōu)青項目差別更為顯著.動力學與控制杰青和優(yōu)青比例分別為12%和13%，也比其總體申請量占比要低.生物力學和爆炸力學占比基本與其申請量占比對應.優(yōu)青資助上，生物力學占比達到11%，遠高于其在力學總體申請量的占比.

圖2 國家杰出青年科學基金資助項目按分支學科領域分布

圖3 優(yōu)秀青年科學基金資助項目按分支學科領域分布

2.3 經(jīng)費資助狀況與作用分析

國家自然科學基金作為國家支持基礎研究的主要資助渠道之一，肩負著源頭創(chuàng)新的重要歷史責任.科學基金良好的運行機制和持續(xù)穩(wěn)定的經(jīng)費投入，保證了力學學科基礎研究隊伍的不斷發(fā)展壯大，為繁榮基礎研究、全面提升國家自主創(chuàng)新能力、建設創(chuàng)新型國家發(fā)揮自己的獨特作用.

(1)維持了力學基礎研究隊伍的適度規(guī)模.我國與歐、美、日等工業(yè)發(fā)達國家明顯不同，除中國科學院力學研究所和若干行業(yè)擁有與力學相關的研究院所外，高等院校中還設有100多個力學系(所).在學術隊伍方面，我國有30余名從事與力學相關研究的兩院院士，約有8000人的力學基礎研究隊伍，中國力學學會的會員總數(shù)超過2萬人.國家自然科學基金通過穩(wěn)定的經(jīng)費支持機制，保障了科研人員潛心研究，加快推動我國基礎研究發(fā)展，在未來國際科技競爭中把握主動權,占據(jù)優(yōu)勢地位.

(2)支持了力學學科及其領域的基礎研究.通過國家自然科學基金面上項目的長期穩(wěn)定支持，我國力學工作者在非線性動力學與控制、航空航天動力學與控制、材料變形和破壞的多尺度與跨尺度力學、結構優(yōu)化設計方法、固體光測實驗力學、復合材料力學、多場耦合作用下固體的破壞和強度、極端環(huán)境下的材料/結構的關鍵力學問題、可壓縮湍流與穩(wěn)定性、高超聲速空氣動力學以及力生物學與細胞力學實驗方法等優(yōu)勢方向得到了進一步加強.同時也拓展了神經(jīng)系統(tǒng)動力學行為的識別和分析方法、認知系統(tǒng)動力學、納米/多孔/超材料/軟物質(zhì)等新材料力學、多物理場耦合及多過程相關的理論與方法、材料--力--化學耦合、極端條件下材料與結構響應的測試方法、微納尺度流動和界面效應、生命過程的力學--生物學耦合以及細胞組織再生的生物力學等一批前沿領域.

(3)引導了結合國家重大需求開展的基礎研究.通過國家自然科學基金重點項目、重大項目和重大研究計劃的實施，引導我國力學工作者結合國家重大需求開展基礎研究，增強了從實踐中提煉科學問題的能力，也對國家重大工程提供知識貯備和技術支持.尤其是2002年和2007年，分別啟動了國家自然科學基金重大研究計劃“空天飛行器的若干重大基礎問題”和“近空間飛行器的關鍵科學問題”，它們是我國在高超領域提出的第一個研究計劃，引導科學家圍繞國際上關注的航空航天高超聲速飛行器研究中的關鍵科學問題開展了系統(tǒng)的基礎研究，體現(xiàn)了力學作為航空航天技術最重要的基礎和支撐學科的作用，反映了“前瞻性、科學性、基礎性和支撐性”的頂層設計思想，充分體現(xiàn)了力學學科基礎研究“雙力驅(qū)動”的特點，其戰(zhàn)略意義是重大和深遠的.

(4)培養(yǎng)了一批青年人才和優(yōu)秀學術帶頭人.目前，力學研究隊伍呈現(xiàn)年輕化的趨勢.從前面申請和資助概況也可以看出，2006—2015年10年間，青年科學基金的申請數(shù)從230項增加到972項，青年學者的規(guī)模有了突破性增長，而面上項目負責人的年齡也呈現(xiàn)出年輕化的趨勢.國家自然科學基金不斷完善人才資助體系，已經(jīng)建立起青年科學基金、優(yōu)秀青年科學基金和國家杰出青年科學基金的人才系列資助鏈條.力學科學處也積極組織青年學者的培訓和交流活動.目前在動力學與控制、固體力學、流體力學、生物力學、爆炸力學5個學科分支領域，以及在實驗力學、計算力學2個跨學科分支領域已經(jīng)建立了“全國青年學者學術研討會”的品牌.及時把握學科發(fā)展態(tài)勢，甄選力學學科的基礎和前沿重要領域，組織高級講習班和專題學術研討會.給青年學者提供高起點、跨學科的學術交流平臺，便于他們了解學科前沿動態(tài)、拓寬學術視野、活躍學術思想，引導青年科技人才健康發(fā)展.

3 力學學科“十三五”發(fā)展戰(zhàn)略與優(yōu)先發(fā)展領域

3.1 “十三五”發(fā)展戰(zhàn)略

未來5年，基金委將繼續(xù)鼓勵力學學科原創(chuàng)性及引發(fā)學科理論創(chuàng)新的研究，重點加強面向國家重大需求的新概念、新理論、新方法和新技術研究，加大支持薄弱方向，不斷促進學科交叉，培育新的學科生長點.到2020年，努力培養(yǎng)具有國際影響力的力學家，形成在國際上有影響力的學科高地.“十三五”期間，重點支持多場多過程下固體的本構理論及極端力學行為、近空間高超聲速流場內(nèi)局部稀薄氣體流態(tài)機理和方法研究、高速流動中的可壓縮湍流問題、非線性系統(tǒng)的跨時空尺度動力學耦合機理及其應用等前沿問題的研究；加強新型材料的本構關系與強度理論、超常環(huán)境下材料與結構的力學行為、湍流理論及機理、高超聲速空氣動力學模擬與實驗、航空航天動力學與控制、生物組織與仿生材料的多尺度力學行為等優(yōu)勢學科；著力扶持多體動力學、結構力學和高速水動力學等薄弱學科；加強關注航空、航天、能源、海洋、環(huán)境、先進制造、交通運輸、人類健康等重大需求領域中的關鍵力學問題，形成對國家重大需求的重要支撐能力.

3.2 優(yōu)先發(fā)展領域

(1)高維/非光滑系統(tǒng)的非線性動力學理論、方法和實驗技術

主要研究方向：含非線性、非光滑性、時滯和不確定性等因素的高維約束系統(tǒng)的動力學建模、分析與控制，及學科交叉中的新概念和新理論；相關的大規(guī)模計算和實驗方法和技術研究.

(2)超常條件下固體的變形與強度理論

主要研究方向：超常條件下固體的變形與強度理論、柔性結構多場大變形本構關系與功能 –材料–結構一體化設計原理、新型復雜結構的不確定性動態(tài)響應規(guī)律及固體中彈性波傳播機理；相關的新實驗方法與儀器、多尺度算法與軟件.

(3)高速流動及控制的機理和方法

主要研究方向：與高速空天飛行器和海洋航行器流動以及多相復雜流動相關的湍流機理及其控制手段；稀薄氣體流動和高速流動的理論、模擬方法及實驗技術.

4 建議與政策措施

在 “十二五”期間，我國力學水平有了顯著提升，在力學學科前沿研究、與其他學科交叉融合、解決國家重大工程問題等方面，均取得令人鼓舞的進展.對于“十三五”期間力學學科的發(fā)展建議與政策措施如下：

(1)力學是數(shù)理科學部中與國家重大工程需求聯(lián)系最密切的學科.建議針對“海洋工程”、“能源與資源”、“環(huán)境與災害”、“航空航天”等國家重大工程領域，著力推動重大研究計劃、重大項目、重大科研儀器方面的布局和立項，成為引領科技重大專項的源頭.例如，在海洋結構與裝備的流固耦合力學、頁巖氣開采的斷裂力學、能源材料--力--化學耦合、超高溫材料力學、大型空天結構動力學、高效毀傷與防護力學、環(huán)境保護與環(huán)境流體力學及災害力學與防護控制等領域給予重點支持.

(2)建議在力學學科代碼中增加 “航空航天力學”、“流固耦合響應與控制”、“神經(jīng)網(wǎng)絡動力學及其應用”、“仿生與生物材料力學”、和“微納尺度流動”等學科代碼.

(3)建議針對力學實驗研究的特點，建立這類項目的評審標準、結題標準.一方面，應鼓勵以重大問題、核心問題為牽引研究實驗技術及科學儀器；另一方面，鼓勵實驗力學研究者更加注重交叉問題，將其他學科的新技術與力學測試技術相結合，自行設計和研制重大科學儀器.

(4)建議針對力學學科深度服務國防科技、國防科技需要高度保密等特點，積極探索對國防科技領域重大基礎研究項目的資助模式、評審和評價標準，出臺相關的特殊政策.

(5)力學是國防科技發(fā)展，特別是航空航天科技發(fā)展的主要支撐學科.我國的國防科技和工業(yè)領域擁有一大批重大科研設施，可為爆炸力學、沖擊力學、空氣動力學、船舶流體力學和飛行器力學與控制等方面的基礎研究提供重要的研究手段和技術支撐.然而，由于國防科技和工業(yè)部門的特殊性、重大科研設施使用費昂貴等原因，重大科研設施的開放度和使用率還不高.建議制定專門的“一攬子”政策，解決如何依托重大科研設施申請研究項目、聯(lián)合開展研究、優(yōu)惠實驗費用和項目質(zhì)量評估等方面存在的問題.

(6)結合基金委基礎科學中心項目的設立，建議選擇若干個學術水平高、國際合作好的研究群體，資助其建設國際力學研究中心；經(jīng)過若干年建設，成為國際力學研究的高地.

致謝本文學科特點、戰(zhàn)略地位以及發(fā)展建議措施部分源自于國家自然科學基金“十三五”規(guī)劃力學學科戰(zhàn)略研究報告，在此對力學“十三五”規(guī)劃戰(zhàn)略研究專家組表示感謝！

1 張攀峰，詹世革.力學學科“十二五”國家自然科學基金項目申請和資助情況.力學學報,2016,48(1):243-253

2 國家自然科學基金委員會.國家自然科學基金“十三五”發(fā)展規(guī)劃，2016年6月

3 國家自然科學基金委員會數(shù)學物理科學部.國家自然科學基金數(shù)理科學“十三五”規(guī)劃戰(zhàn)略研究報告.科學出版社，2017年1月

4 國家自然科學基金委員會,中國科學院.未來10年中國學科發(fā)展戰(zhàn)略--力學.北京：科學出版社，2012年2月

REVIEW OF NSFC PROJECTS ON MECHANICS AND THE 13TH FIVE-YEAR DEVELOPMENT STRATEGY

Zhan Shige1)Zhang Panfeng
(Department of Mathematical&Physical Science，National Natural Science Foundation of China，Beijing100085，China)

The manuscript generally introduced the discipline characteristic and the strategic position of mechanics according to NSFC development strategy plan on mechanics during the 13th Five-Year.The supported region and guiding pricinple on mechanics were alos presented.The project application and funding issues are presented in details,which include the General Program,Young Scientists Fund,Key Program from 2006 to 2015,and National Science Fund for Distinguished Young Scholars,Excellent Young Scientists Fund from begining to 2015.The role of NSFC fundings to promote mechanics development was discussed.At last,the suggestion to discipline development and NSFC funding policy were given.

NSFC，mechanics，funding,the 13th Five-Year,development strategy

10.6052/0459-1879-17-061

本文于2017–02–28收稿.

1)E-mail:zhansg@nsfc.gov.cn

詹世革,張攀峰.國家自然科學基金力學學科發(fā)展現(xiàn)狀和“十三五”發(fā)展戰(zhàn)略.力學學報,2017,49(2):478-483

Zhan Shige,Zhang Panfeng.Review of NSFC projects on mechanics and the 13th Five-Year development strategy.Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2017,49(2):478-483