2022-2-8

来源：Interdisciplinary Materials（微信公众号）  发布时间：2022/2/2

作者介绍：高瑞平 研究员，国家自然科学基金委员会副主任

关于交叉学科研究的思考与战略布局

学科交叉融合是科学发展的鲜明特征，交叉学科孕育着重大创新机遇，资助交叉科学研究是资助机构的重要使命、是科技界关注的焦点和热点。值此《交叉学科材料》创刊之际，将交叉科学研究的一些思考与科技界同行探讨。

一、强化交叉科学研究是开启科技创新的必然选择

学科交叉融合是科学研究的重要时代特征。习近平主席在两院院士大会、中国科协十大上的重要讲话指出，新一轮科技革命和产业变革突飞猛进，科学研究范式正在发生深刻变革，学科交叉融合不断发展，科学技术和经济社会发展加速渗透融合。纵观科技发展史，学科的发展经历了高度综合、高度分化、高度分化基础上高度综合的过程[1]。现代学科呈现出系统综合的态势，学科分化与交叉融合并进，一方面传统学科不断地分化出新的分支，动态演变持续推进；另一方面学科界限日益模糊，单一学科的理念、知识、方法、工具不足以应对重大科学问题。跨学科研究、学科交叉研究不断地开拓着新的研究领域，孕育出新的学科生长点和激动人心的革命性创新。只有深刻认识并牢牢把握学科交叉融合这个大趋势，才能在未来科技竞争中抢占先机。

学科交叉融合是加速科技创新的重要驱动力。习近平主席在清华大学考察时强调，重大原始创新成果往往萌芽于深厚的基础研究，产生于学科交叉领域。科学上的新理论、新发明的产生，往往是在学科的边缘或交叉点上，重视学科交叉将使科学本身向着更深层次和更高水平发展。著名物理学家海森堡认为：“在人类思想史上，最有成果的发现常常发生在两条不同的思维路线的交叉点上”。当今世界，新的学科生长点生成、科学前沿的重大突破、重大原创性科研成果的产生，大多是多学科交叉融合的结果，这也是未来科学技术发生革命性变化的重要源泉。以自然科学领域诺贝尔奖为例：经粗略统计，1901—1920 年获奖的成果中具有学科交叉研究特征的占比约为 19%。21 世纪以来，这一比例增至 40% 以上。特别是诺贝尔化学奖，2001 年以来获奖成果约 2/3 具有学科交叉特征[2]。DNA分子双螺旋结构、量子化学、核磁共振成像技术、青蒿素治疗疟疾等重大科技成就，都离不开多学科交叉融合。加强对学科交叉融合的重视并大力支持交叉科学研究，才能实现高水平创新成果的不断涌现。

学科交叉融合已成全球共识。科技强国纷纷推出一系列科技计划或组建跨学科研究中心以强化对交叉科学研究的支持。比如，日本于2007年设立世界顶级科学研究中心计划（WPI计划），鼓励具备国际影响力的高水平学术带头人组建国际化研究团队，开展基础研究和应用基础研究的跨学科融合研究。截至2016年12月WPI研究中心已斩获包括2项诺贝尔奖在内的25项科技大奖[3]。斯坦福大学于1998年推出“Bio-X计划”，基于生物学与医学、工程学、计算机科学、物理学、化学等不同学科开展跨学科研究，着力解决生命科学中的重大问题。在该计划的支持下，科研人员在生物科学研究领域取得了诸多突破性成就，如Ronald Davis教授开发的基因测序技术，成为基因组学的奠基石，在人类基因组图谱的绘制中发挥了重要作用[4]。哈佛大学于2007年成立了第一个“跨学院系”——干细胞与再生生物学系，麻省理工学院成立了能源研究组织、生物技术处理工程研究中心，耶鲁大学组织由工程系和医学院教授共同授课的教学和研究计划等。由此可见，通过采取切实举措支持交叉科学研究，才能顺应世界科技发展潮流，把握科技创新主动权。

二、推进学科交叉研究应加强顶层设计和协同推进

在学科交叉融合日益重要的今天，我国科技和教育管理部门、大学和科研机构纷纷推出切实举措。教育部新设“交叉科学”门类，国家自然科学基金委员会设立交叉科学部，各类科技计划设立交叉科学领域研究项目。北京大学创建交叉学科研究院，清华大学创建前沿交叉学科研究院，中国科学技术大学建立交叉学科理论研究中心，上海交通大学建立生命与环境交叉平台等，我国交叉学科发展和交叉科学研究有了长足进步，微型化双光子荧光显微镜、纳米药物递送系统等一批有明显学科交叉特性的创新成果陆续涌现。报告显示，我国在交叉学科研究方面的论文产出从2009年的310353篇增长到2013年的444744篇，占世界份额约20%。2013年进入分值前10%的论文有45051篇，与美国数量相当[5]。

但总体上看，我国交叉科学研究发展相对滞后，学科之间的交叉研究还缺乏深层次实质性的融合，推动学科交叉融合力度不够，科技评价体系缺乏长远规划，交叉科学人才较为短缺。

为此，面对百年未有之大变局，在经济社会高质量发展越来越倚重科技创新的今天，应该增强科学理性，充分利用科学研究范式变革和学科交叉融合的机遇，以更大力度推动交叉科学研究发展。

一要强化系统布局。在管理体系方面，管理部门应单独设立针对交叉研究的相关机构，加强对学科交叉融合的统筹管理和整体推进。在科研实体方面，高等院校和科研机构应布局一批交叉特征突出的科学研究中心。面向科学前沿和未来制高点，集成优势资源，推动学科交叉融合，汇聚和培养高水平人才，打造科学研究高地。凝聚不同学科背景的科研人员，提供交流、合作的平台，打破学科壁垒，推动科技创新。在学科设置方面，要加强体系建设，促进自然科学与社会科学的学科交叉，加强数理科学、化学、信息科学、工程材料等与生命医学的交叉，加强能源、资源、生态环境、地学等问题导向交叉学科研究，促进形成新的学科增长点，在前瞻性、战略性、引领性基础研究领域推动学科交叉融合。

二要加强重点部署。各类科技计划要为交叉科学研究留出专门渠道，在准确把握学科发展趋势基础上，突出问题导向和前沿引领，在脑科学、人工智能、未来计算、新药创制、合成生物学、先进材料、先进制造、生态环境等可能催生重大原创成果的重点交叉领域有针对性地加强项目部署。在此过程中，鼓励各学科领域分类施策，革新研究范式，加速创新进程。以材料学科为例，当前对高端设备和先进表征技术依赖性越来越强，对全生命周期绿色化和资源高效利用要求越来越高，与应用需求结合更加紧密。面对这样的发展趋势，材料科学的发展跟不上新技术革命的步伐，材料性能满足不了某些特殊要求，材料的开发仍不能摆脱炒菜式的研究模式，没有很好的方法根据需求来构筑或设计材料。为此，我国材料学界进行了深入探索。2011年12月，在北京召开“材料科学系统工程”香山科学会议，材料界的专家学者提出建设发展符合中国材料领域的集理论计算平台、数据库平台和测试平台“三位一体”的“材料科学系统工程”。2015年，上海材料基因组工程研究院成立，在材料基因数据库、集成计算与软件开发、高通量材料制备与表征、服役与失效机理等方面开展交叉融合研究。这些工作都为材料学科的内涵式高质量发展做出了很好的探索，应当是下一步支持的重点。

三是加强交叉研究人才培养。借鉴发达国家经验，全方位加强交叉研究人才培养。鼓励跨学科招收研究生，鼓励多学科领域的教授联合培养研究生，在教学内容设置、研究等方面全面贯穿交叉、融合、综合化的培养新模式。鼓励大学开设新兴学科、前沿交叉学科或跨系、跨学院选修课，开阔学生的视野，培养他们从事交叉科学研究的兴趣。鼓励青年科学家和博士生参与承担跨学科的重大科研项目，开展学科交叉研究。

四是营造有利于交叉研究的良好环境。深入推进评审评价机制改革，避免将评价结果与薪酬、待遇等直接挂钩，避免功利主义蔓延。应充分考虑交叉研究评价的特殊性，建立适宜评价的、动态调整的评价体系，构建符合交叉研究特点和规律的项目管理和资源配置机制，鼓励科学家加强协同、促进交叉研究，力争取得重大科学突破。要努力构建鼓励探索、推动交叉、宽容失败的良好氛围，为交叉研究人员创造良好的研究环境和充足的发展空间。要加强平台建设，为各学科人员互访交流、碰撞火花提供舞台。

三、国家自然科学基金委员会支持交叉科学研究的改革举措

国家自然科学基金委员会作为我国资助基础研究的重要渠道，一直以来高度重视对交叉科学研究的支持。经过长期发展，形成了重大项目、重大研究计划、基础科学中心项目、联合基金项目在内的交叉融合支持体系。“十三五”以来，在材料领域布局了“材料结构和性能的高压调控原理与技术”、“先进光学膜材料多重尺度结构调控及功能实现”、“受限空间高火安全性高分子材料构建原理与方法”等10个重大项目，启动实施了“功能基元序构的高性能材料基础研究”、“航空发动机高温材料/先进制造及故障诊断科学基础”等重大研究计划。近年来，我国科研人员在材料交叉研究方面取得的软材料与生物软组织的表面失稳力学、基于同步辐射技术的纳米材料生物效应研究等成果都离不开这些项目的支持。

2020年，国家自然科学基金委员会深刻把握新一轮科技革命、特别是正在发生的科研范式变革带来的重大机遇和挑战，遵循基础研究发展规律，在广泛听取各方面意见的基础上，成立了交叉科学部，统筹科学基金交叉科学领域整体资助工作。以重大基础科学问题为导向，以交叉科学研究为特征，统筹和部署面向国家重大战略需求和新兴科学前沿交叉领域研究，建立健全学科交叉融合资助机制，促进复杂科学技术问题的多学科协同攻关，推动形成新的学科增长点和科技突破口，探索建立交叉科学研究范式，培养交叉科学人才，营造交叉科学文化。

2021年，交叉科学部正式启动资助工作。全年共安排资助计划5.6亿元，通过优秀青年科学基金项目、国家杰出青年科学基金项目、创新研究群体项目、基础科学中心项目、重大项目、重大研究计划项目等类型开展资助工作。目前已批准资助24项优秀青年科学基金项目、14项国家杰出青年科学基金项目和4项创新研究群体项目。在这42项项目中，与材料领域相关的有8项，占比19.05%。其他项目还在评审过程中。

交叉科学部将坚持探索新科学研究范式、解决重大交叉科学问题的资助定位，重视人才培养，不断优化项目和资源配置，探索建立符合交叉研究特点和规律的资助管理机制。要突出问题导向，引导和鼓励科研人员凝练交叉科学问题，聚焦知识体系中不同知识范畴中的复杂性共性原理和重大复杂科学问题。要以实质性交叉为导向，推动新兴交叉领域取得重大原创突破。

在此基础上，国家自然科学基金委员会启动了基于板块的资助布局改革，根据“源于知识体系逻辑结构、促进知识与应用融通、突出学科交叉融合”的原则，将现有的9个科学部整合为“基础科学、技术科学、生命与医学、交叉融合”4个板块，重塑资助布局，强化治理能力，加强统筹谋划和分类管理，更加强调对交叉科学研究的支持，不断提升科学基金资助效益。

《交叉学科材料》的创办是我国材料学界的一件大事，将为从事材料相关领域交叉研究的科研人员交流创新思想、启发创新思路提供阵地，为推动材料领域交叉研究发展提供新的动力。武汉理工大学在近30年里一直倡导和开展材料与信息科学、生命科学和能源技术的交叉研究，取得了丰硕的成果。我相信由武汉理工大学和Wiley出版集团联合创办的Interdisciplinary Materials，一定能取得成功。希望广大科研人员将好的研究成果、新的研究想法放到这个平台上与同行交流，共同推动产出更多高质量研究成果。

Gao R. Interdisciplinary research: Thoughts and strategic layouts. Interdiscip. Mater. 2022;1:6‐10. doi:10.1002/idm2.12013