美国科学院《无止境的前沿》未来75年，科学的模样

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2020年12月17日，美国国家科学院出版报告《无止境的前沿——科学的未来75年》（The Endless Frontier: The Next 75 Years in Science）。该报告是为纪念万尼瓦尔·布什的《科学：无止境的前沿》（简称《布什报告》）发表75周年，美国国家科学院于2020年2月26日召开的科技政策专题研讨会的研讨成果。报告从科研事业、科学传播、政府和大学科研机构伙伴关系的演化等方面，提出了将美国的基础研究与今后几十年的经济增长关联起来的对策建议。

文章仅供参考，观点不代表本机构立场。

美国科学院《无止境的前沿——科学的未来75年》

发布时间：2020年12月

来源：美国国家科学院

编译：学术plus 谭惠文

关键内容一览

（1）基础研究与政府关系的根本定位：政府仍是美国研究事业的核心。（2）目标与愿景：如何更好地保持科技政策的活力。（3）应对新时期科研，提出：“融合科学家”，包容性创新理念。
（4）重视科技与公众的交流，科普并令公众参与到科技发展和创新中，涉及到制度文化层面的深层改变。（5）慈善事业是催化剂：支持高风险、跨学科研究活动、有助于文化变革。
（6）政府与大学关系是否需要改变？取决于是否能够创造更多战略成果。（7）创新转化如何更有效？支持创新的4类资产，促进创新转化的5个方面。

1. 研究与政府

研究与政府关系的根本定位

作为美国历史上最有影响力的科学政策报告，首部《科学：无止境的前沿》（《布什报告》）于1945年公开发布，该报告作者万尼瓦尔·布什提出：在学院、大学和研究机构进行基础研究与知识前沿的拓展，既可以培养富有创新精神的人才，又可以将这些思想应用到工业、政府和社会的实际问题中。1939年，万尼瓦尔·布什与罗斯福总统密切合作，政府开始大力支持战时项目，建立了战后政府和科学研究之间的重要关系。由此，成就了雷达、青霉素、反潜武器和原子弹的惊人发展与重要成果，这一科学研究机制也为美国75年来的经济与社会发展奠定做出了巨大贡献。

政府对学院、大学和研究所研究人员的支持仍然是美国研究事业的核心。但是在过去的75年里，科学和它所服务的社会发生了巨大的变化。研究企业规模更大，国际化程度更高，跨学科，依赖大型设施，并与私营经济和工业、军事和非营利部门相互联系。同时，新的社会问题也已凸显，如流行病、慢性病、社会不平等、系统性种族主义、网络安全、气候变化、社会两极分化和大规模移民等。因此，美国科学界开始研究《布什报告》中的科学资助形式是否能适应当今的社会变革，是否应提出新的科学发展政策。

因此，本报告汇集了300多名研究人员、政策制定者、商界领袖、慈善家和其他专家，就新知识和新技术继续应用于国家需求进行讨论。旨在展望科学的未来，以及如何定位我们的研究事业，以便在21世纪最好地为国家和社会服务。

本报告认为，基础研究应该独立于其他国家优先事项，并且作为国家优先发展事项的先决基础和驱动力。《布什报告》中提出的愿景，也是对基础研究和政府之间关系的根本性重新定位。

2. 目标

2.1 优化研发系统

国家科学基金会将长期投资：关于数据革命、人类技术发展产生的新工种、理解生命规则和宇宙等方面。并优化与工业、慈善机构等的伙伴关系，进一步加强科学研究，并为新发现更快成为新产品和服务铺平道路。

2.2 直面国外竞争

其他国家已经认识到通过支持科学研究可以获得的优势，于是也采取了与美国类似的策略。美国在全球研发方面（R&D）支出中的份额从2000年的近40%下降到2017年的28%。在此期间，中国在全球R&D融资中的份额从不到5%上升到25%以上。激烈的全球竞争使得《布什报告》中的模型已经不够了，尤其是在一些高风险的先进技术领域。数字经济的出现正在深刻地重塑劳动力，因此，需要国家科学基金会资助和促进整个科学研究范围内的基础研究，以及在此基础上的更多创新。

2.3 满足高科技人才需求

美国必须为提供高质量、可获得和负担得起的科技教育。必须从中小学教育到研究生院，且在全国的机构普及。学院和大学需要培养掌握人工智能的学生，接受的道德原则和文化价值观的教育。此外，需在奖学金、培训和博士后奖励等关键方面进行联合投资。技能的缺乏逐渐成为美国经济增长的瓶颈。除了全方位探索每一种教育途径，还要提升现有工人的素质。而长期以来中产阶级最可靠的成长路径之一就是STEM教育。为满足对STEM劳动力的需求，美国必须吸引和留住国外顶尖人才。

2.4 研究目标

美国的全球技术领先地位正受到威胁。其原因是没有推动大学、行业和政府采取协调一致的应对措施。必须克服当前的预算限制，并由联邦政府主导负责对研究的支持，在国家科学基金会建立一个新的技术委员会，专注于高风险技术，且将人文和社会科学列入研究内容，因为高风险技术必然会带来一些社会后果。

2.5 研究转化

寻求新的方法来促进和加速技术从实验室向市场的转移。新的竞争力战略必须支持那些可能对严重的全球问题产生重大影响、但风险太大或太复杂而又无法吸引风险资本资金的想法和发明。在创新生态系统方面，美国占优势，但在创新转化市场方面，中国是最快的。

3. 研究规划升级

3.1 打破学科壁垒

随着科学研究事业的扩大和发展，“科学研究者的多样性”这一问题更为凸显。因此需要建立一个自下而上和自上而下的多元化科学家群体。与战后时期的另一个巨大差异是，现在的科学更具协作性和国际性。尤其是一些科学需要大型项目、大型设施和跨学科的(通常是国际性的)团队，在这些团队中数据可以自由共享。

目前的人才要求更加倾向“融合科学家”——能够与科学家合作并从其他学科中吸取知识的人。我们必须使研究生教育现代化，以便更好地满足现代科学的需要。与此同时，随着越来越多的国家投资于自己的科学能力，优秀的科学研究正在各地进行。下一代将更加国际化，并且需要建立支持国际科学的系统。

然而，学科多样融合的趋势必将改变研究和培训的评估与资助方式。这种文化变革很难，例如，如果研究人员因合作和跨学科的工作而获得奖励，人们会询问和学习该如何实现这些事情。如果只奖励《科学》、《自然》、《细胞》或你选择的任何期刊上的论文数量，或你获得的资助数量或全部出版物的数量，什么都不会改变。此外，这些激励措施需要适用于整个研究过程。

3.2 克服研究的局限性

建议扩大国家科学基金会现有的科学政策、技术和社会项目，将这些项目产生的知识整合到研究资助和监管决策中，还要加大创新边缘化社区的利益。经济合作与发展组织(经合组织)和其他国际机构率先提出了包容性创新的理念，即与社区建立伙伴关系，开发专门满足这些社区需求的技术。最后还需要重新审查保护知识产权和促进商业化的条款如何才能最好地为公众利益服务。这些政策的制定理念是，发明者的利益和公众的利益是统一的，同时保护两者将更有助于技术的进步。

大学和公司有创新的动力，并能够通过专利保护创新。但这种激励可能会限制技术的获取，并不一定是公民所需要的创新。因此，如果公共利益和发明者利益不一致，需要政府进行干预。

4. 科学与公众

75年前的《布什报告》忽略了一个科学繁荣昌盛的关键因素，即：科学的交流。为了传达科学的真正本质，科学家必须是好的沟通者。这意味着不仅要将科学术语翻译成通俗语言，还需要一种移情的交流方式。

4.1 建立双向对话

关于公众参与的大部分讨论都集中在科学家如何更好地向公众传达他们的想法上。但是很少有人关注社会观点如何与科学家交流。例如，STEM教育现在是一个众所周知的术语，但是目前没有一个等价的缩写能够把对政策、政治和文化的理解传达到科学家的理解概念中。

4.2 参与早期研究

亚利桑那州立大学建立了一个机制：大学、科学中心和非党派智库聚集在一起，研究核废料、气候变化、基因编辑、自动车辆和互联网的未来等问题，并且从研究一开始就参与其中。尽管这一机制很薄弱，但提供了一个模型。不仅是科学创造未来，而是科学与公众共同创造未来，而。这将是制度文化层面的深层改变。

4.3 赋予公众权力

联邦政府有意在学术界建立一个研究基础设施来支持商业化，让更多的人参与创新和创造。让公众参与科学需要建立一个基础设施，利用工具和过程来解决社区优先事项，而不仅满足系统内人员认为的优先事项。建立这样的基础设施可以在不同类型的机构中自下而上或自上而下地完成，一个切实可行的步骤是彻底改革联邦科学机构的公众意见征询程序。另一个是利用现有的公共机构，包括科学博物馆、课后项目和其他家庭聚集的地方。

5. 科学与慈善

但在过去的几十年里，私人慈善机构对科学研究的捐赠一直在增加。与大学的资助共同创造了一个更加平衡的科学资助系统，不同的资助者给研究事业带来不同的优势和重点。形成了一种巨大的“美国文化力量”。未来利用这些资产既是挑战，也是机遇。

5.1 慈善事业蓬勃发展的地方

慈善机构可以做那些政府因为各种原因做不到的事情。

首先，慈善机构可以有更高的风险容忍度，而政府可能不得不选择风险较低的选项。慈善机构的董事会“通常喜欢那些保证会成功的高风险的事情。
第二，有些研究领域政府难以支持，比如跨学科课题，没有一个政府机构负责某个领域。类似地，一些科学家数量不成比例的新兴领域尽管前景看好，但也可能被政府忽视。
第三，慈善机构非常适合支持有助于文化变革的活动。斯隆基金会通过要求人们描述谁将参与提议的活动来支持多样性、公平性和每笔赠款的包容性。通过多样化的方式，基金会可以抓住机会发挥其作用。

然而，慈善家在支持项目时，必须避免只资助那些反映慈善家利益和优先事项的冲动。

5.2 慈善是变革的催化剂

慈善机构提供的高风险资金就像科学风险资本一样。慈善机构可以投资那些可能不是主流但有潜力产生巨大收益的研究。这些技术具有敏捷性，可以快速转换方向或从事新形式的研究。它们可以让科学家走上其他人没有走过的道路，让研究人员追求“非传统的，有时可能是革命性的想法”。他们可以比其他机构更有耐心，提供多年的支持。

6. 政府-大学关系

美国大学研究体系在过去75年中发生了巨大变化。本节主要讨论：政府与大学的伙伴关系是如何演变的，以及未来是否需要进一步的变革。

6.1 保持竞争优势

很多国家在决定研究资金的流向时，通常考虑的是政治而不是价值，但美国能够抵制这一点，所以取得了巨大的成功。尽管受到保密的限制，但资助决定依然建立在竞争和科学严谨性判断之上。

美国能源部的17个国家实验室作为“技术经济引擎，也是发现和实现科学目标的引擎”，除了完成特定的政府任务之外，实验室也开展了大量技术转让活动。前能源部长里克·佩里(Rick Perry)就设立了能源部的第一位首席商业化官，专门负责监督技术转让。这种向开放、参与公私伙伴关系、技术转型的转变是一个重大转变。

6.2 间谍活动风险

美国开始担忧，其他国家的研究企业将通过学术间谍活动，消耗美国研究机构的知识产权，这一问题在《布什报告》时并不存在。总的来说，保持科学的开放性和透明度是一种有助于维护科学质量的模式。但在一些关键领域，需要采取有力措施来防止数据和技术的泄露。大学有义务在这些领域保持高度警惕，并与其他机构和国家合作，严格保护敏感信息，同时考虑开放和合作的价值。需要发展和壮大与我们价值观相同国家的国际伙伴关系。

然而，根本问题是如何延续过去75年的成功，而不仅仅是如何限制知识产权的渗透。1976年，R&D联邦基金约占美国国内生产总值的1.1%，而现在只占不到0.7%，降幅超过30%。资助水平与泄密问题同等重要，甚至更重要。

近年来，美国高校从国外申请本科和研究生项目的学生人数急剧下降，而竞争对手国家的人数有所上升。在这个问题上，如果沉溺于本土主义的本能，会削弱将国内外最优秀、最聪明的人纳入我们科学事业的能力。

6.3 大学-政府关系需要改变吗？

回答这一问题，需要重点考虑：是否可以通过现有的伙伴关系来创造更多的战略成果。例如，现有的伙伴关系能否扩展到公司和其他实体？这种伙伴关系的扩大能否加快从基础研究到应用研究再到产品和服务的转变。

7.创新转化

从基础研究到创新与经济增长

在研讨会的最后讨论中，洛克希德·马丁公司前董事长兼首席执行官诺曼·奥古斯丁(Norman Augustine)将支持国家创新系统的资产分为四种类型，分别是：知识资本、人力资本、金融资本与更广泛的创新生态系统。

知识资本方面，美国仅将其国内生产总值的0.2%用于联邦对基础研究的支持。然而，经济学家已经表明，国内生产总值的很大一部分是科学技术进步的结果。
人力资本方面，根据伦敦《泰晤士报》报道，美国拥有世界上最好的研究型大学——前5名中的5所大学均是美国大学，前25名中的18所也在美国。然而，尽管联邦政府已经开始对一些私立大学的捐赠基金征税，各州却一直在削减对公立高等教育的投资，并将许多顶尖大学转变成奥古斯丁所说的“没有许多私立大学所享受的捐赠基金的准私立大学”。此外，根据世界经济论坛的数据，在数学和科学两个学科方面，美国的K-12学校在世界上排名第48位，在授予工程学士学位方面，美国在世界上排名第76位。
金融资本方面，虽然科学技术在经济中的作用呈爆炸式增长，但是在近半个世纪内，公共和私人研发支出总额占国内生产总值的百分比保持相对稳定。与此同时，美国工业缩减或关闭了大部分最好的研究实验室，相比之下，中国在研发总支出和风险投资基金方面超过了美国。奥古斯丁认为，这应是总统大选级的头条新闻，但是却没有被提及。
创新环境方面，许多研究人员花费大约40%的时间准备报告或提案，但是获得资助的机会只有15%。同时，监管压力使得越来越多的美国公司选择在海外建立研究实验室，大学与行业有着各自的利益、程序分歧也阻碍了新概念从基础研究转化为产品的进程。

为了支持国家创新系统，奥古斯丁从以上四类资产的角度提出未来应该注重：简化资助方、研究人员与研究应用人员之间的联系。从根本上改革我们的K-12公共教育系统，并建立一种能够从所有美国人的才能中受益的创新企业。

7.1 增加联邦研究经费

在为研究提供资助时，政策制定者通常会非常关心“收益与成本”的价值指标。对此，麻省理工学院斯隆管理学院经济学和创业学教授西蒙·约翰逊（Simon Johnson）认为：科学的社会回报“非常高”。美国最好的工作都在科技领域，因为科学代表着创造力，代表着未来5年、10年、15年后的趋势，只要抓住了这些想法并转化为有用的产品与服务，就必定产生不可估量的收益。因此，增加科研投资势在必行，并提出要在10年内增加9800亿美元，这意味着美国联邦政府对研究的资助将翻一番。

然而，美国政府对科学的支持将逐渐下降。相比之下，但其他国家正在增加研发的投资。因此，在赢家通吃的经济法则下，注重研发的国家很可能在未来领先于美国。因此，约翰逊不仅主张增加联邦政府对研发（R&D）的支持，还主张扩大资助范围。

7.2 基本原则vs先见之明

《布什报告》中描述的基本原则即：投资基础研究，仍然至关重要。如果联邦政府不投资于基础的、基本的、好奇心驱动的研究，就不会有创新所必需的“种子”。此外，《布什报告》的先见之明还表现在：需要将研究生教育与联邦研究经费挂钩。然而，布什没有预见到，如今的美国研究与教育吸引了更多的外国学生。

7.3 多样化研究系统

高级研究所所长罗伯特·迪格拉夫（Robbert Dijkgraaf）说，未来75年将比过去75年更加令人兴奋。从原子到基因再到比特，这对社会和经济产生的影响显然要比过去75年更加强烈。科技政策制定者已经意识到多元化投资组合的重要性。研究系统的多样化可以使其保持强大的活力。

7.4 教育模式的颠覆

应从根本上重新思考教育模式，尤其是如何吸引本科生和研究生留在科学领域，如何能培养他们他们有所成就。在未来75年里，学院和大学的教师必须关注“与他们不同的人”，吸收那些本来没有考虑进入科学界的“与众不同”的新鲜血液。这将是开启美国未来的崭新方式。

7.5 拓宽学术价值的定义

最后，伍斯特理工学院(WPI)院长劳里·莱辛(Laurie Leshin)提出了一个问题：高等教育需要创造什么样的支点来为未来75年做准备。《科学：无止境的前沿》呼吁研究人员“在他们自己选择的课题中做自由的研究工作。”但该报告也提出了一个社会契约，在这个契约中，研究将产生经济、医疗和社会效益，以换取社会的支持。

而就目前来说，关键的问题是如何使科学和STEM教育更接近社会需求，以加强布什报告的核心社会契约。其中一种方法是让所有学生研究科学和社会交叉领域的问题，这些问题根植于世界各地的社区。

（全文完）

作者专栏

谭惠文，学术plus评论员，专注研究国际科技与军事战略

大国竞争中，3个关键新兴信息技术丨未来5年，颠覆世界军事的7项关键技术丨美国《2020战略评估》丨《保持美国创新优势2020》丨《关键与新兴技术国家战略》丨2030世界经济大势丨国家网络空间“作战与防御框架”全解析丨先进产业的“深度转型”丨《“后新冠世界”生存指南》丨全球数字监控生态系统2020丨战斗意志基本原理分析……长按识别二维码查看更多观点或进入公众号“个人专栏”结识“学术plus”专家作者团队。