基本介紹
- 中文名：基礎科學研究
- 基本情況：是指認識自然現象、揭示自然規律
- 挑戰機遇：21世紀以來，知識經濟迅猛發展
- 簡介：科學家自主創新的自由探索
基本情況,挑戰機遇,發展目標,學科布局,前沿領域,重大戰略,專項計畫,
基本情況
前沿基礎科學研究，是指認識自然現象、揭示自然規律，獲取新知識、新原理、新方法的研究活動，主要包括：科學家自主創新的自由探索和國家戰略任務的定向性基礎研究；對基礎科學數據、資料和相關信息系統地進行採集、鑑定、分析、綜合等科學研究基礎性工作。《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》（以下簡稱《規劃綱要》）對今後十五年科技工作做出了總體部署，確定了“自主創新，重點跨越，支撐發展，引領未來”的指導方針，提出了建設創新型國家的總體目標。加強基礎研究是提高我國原始性創新能力、積累智力資本的重要途徑，是躋身世界科技強國的必要條件，是建設創新型國家的根本動力和源泉。“十一五”是我國科技、經濟和社會發展的戰略機遇期，也是落實《規劃綱要》的關鍵時期，制定實施國家“十一五”基礎研究發展規劃對我國科技、經濟和社會發展及創新型國家建設將發揮重要的作用。（國科發計字〔2006〕436號：關於印發《國家“十一五”基礎研究發展規劃》的通知）
挑戰機遇
21世紀以來，知識經濟迅猛發展，綜合國力的競爭將更加依靠持續的科學創新。擁有充足的基礎研究成果和大批高水平的創新人才，是一個國家躋身世界強國之列的根本保障。基礎研究是具有重大戰略意義的國家資源，重視和加強基礎研究已經成為當今世界各國科學技術發展的戰略重點。
1．前沿基礎研究是推動人類文明進步的內在動力
人類在探尋規律和追求真理的過程中凝結而成的科學與人文精神，以及基礎研究所匯集的智慧結晶，促進了人類思想的一次又一次的解放。20 世紀，相對論、量子力學、DNA模型的建立，形成了人類嶄新的時空觀、運動觀和物質觀，對於推動人類文明進步具有十分深遠的意義。
在物質科學領域，對“暗物質”和“暗能量”的最終認識和理解將對整個自然科學和哲學的發展產生難以估量的影響；在生命科學領域，人類基因組計畫的完成和非編碼RNA功能的發現，標誌著人類進入從整體和定量化的角度揭示生命奧秘的新階段；在信息科學領域，信息處理量爆炸性增長的需求，推動著微電子技術快速向納米、分子以至更微觀的層次推進，正在孕育著一次深刻的技術革命；在地球科學領域，觀測、模擬、試驗等新研究手段迅速發展，深化了對我們賴以生存的地球的認識，並對解決人類社會可持續發展中面臨的資源、環境、災害等問題產生重大影響；作為對現實世界數與形進行簡潔、高效、優美、抽象描述的數學正在向幾乎所有的知識領域推進，將為其它學科的發展起到不可取代的作用。基礎研究使人類對客觀世界的認識不斷地超越和深化，成為人類文明進步新的內在動力。
2．前沿基礎研究是實現國家發展戰略目標的重要途徑
基礎研究的重大突破不僅有助於豐富人類知識發現的寶庫，而且有助於推進經濟社會發展、提高國家創新能力和國家核心競爭力，基礎研究服務於國家發展戰略目標的社會經濟功能日益突出。
基礎研究成果具有超前性，基礎研究的重大突破對提高人們認識世界和改造世界的能力，對高新技術產業的形成、經濟發展與社會進步，乃至人們的生活方式，都將產生深刻的影響和引領作用。基礎研究是高新技術的源泉，為技術進步不斷開闢新的方向，促進新興產業的形成。與此同時，技術進步為基礎研究提出大量新需求，也為基礎研究提供新的研究手段和新的方法技術，推動基礎研究的加速發展。
“十一五”期間，我國經濟社會將以持續、協調、和諧發展為目標，大力建設創新型國家，逐步實現經濟成長方式的根本性轉變。基礎研究必須堅持科學發展觀，從國家現實的緊迫需求和今後可持續發展的戰略需求出發，或全面提升國家創新能力，解決一批國家經濟與社會發展中的關鍵科學問題，解決一批國民經濟與社會發展中的關鍵科學問題，為建立資源節約型、環境友好型的發展新模式做出基礎性、戰略性的貢獻，充分發揮“引領未來”的歷史使命。
3．我國基礎研究的現狀及存在的主要問題
改革開放以來，國家採取一系列有力措施支持基礎研究，加強巨觀管理與協調，改善研究環境，組織實施各類基礎研究計畫，形成了一支穩定的研究隊伍，取得了一批重要的成果。我國基礎研究整體水平顯著提高，初步實現從跟蹤向原始性創新、從量的擴張向質的提高的轉變。
基礎研究投入增幅較大。“十五”期間，國家通過組織實施國家重點基礎研究發展計畫（973計畫）、國家自然科學基金、知識創新工程試點、21世紀教育振興行動計畫、國家重點實驗室、國家重大科學工程、科技基礎條件平台建設及科技基礎性工作和社會公益性研究等專項計畫，增加了對基礎研究的投入。2001-2005年，全國基礎研究經費總投入465.5億元，年均增長19.4%，2005年達到131.2億元，較2000年的46.7億元增長了180.9%*。
我國科技論文的數量和質量均有較大提高，中國科學家的學術影響力大幅提升。我國科學家在國際高水平期刊上發表的論文數量激增，其中材料科學、數學、化學和物理學等學科領域的產出占有較高比重，生命科學正在以超乎常規的速度發展**。SCI收錄的我國科學論文從1997年起以年均19%的速度遞增，2004年達到5.74萬篇，居世界第5位（2000年位居第8位）。“十五”期間，我國共授予國家自然科學獎127項，其中“有機分子簇集和自由基化學的研究”和“澄江動物群與寒武紀大爆發研究”兩項成果獲國家自然科學獎一等獎。
我國基礎研究呈現良好的發展態勢。形成較為完整的學科布局，一批新興交叉學科得到快速發展，若干領域已進入世界先進行列；建成了一批高水平的國家重點實驗室、國家重大科學工程等基礎研究實驗基地；在若干領域湧現出一批世界水平的創新團隊和國際知名的科學家。
我國基礎研究儘管已取得長足發展，但整體水平與世界先進水平相比還存在較大差距，特別是原始性創新成果和高質量論文少，論文平均被引用率仍低於世界平均水平；國家自然科學一等獎常常空缺，國際重要獎項獲獎者少；基礎研究隊伍整體水平有待提高，具有國際影響力的傑出科學家為數不多，人才隊伍的結構和區域分布不盡合理；基礎研究投入占R&D經費的比例偏低，多年徘徊在5%左右，而創新型國家的基礎研究經費占R&D總經費的比例為15－20%；科技基礎設施和研究環境與國際先進水平存在明顯差距；基礎研究的創新環境有待改善，科學爭鳴和學術批評的氛圍亟待加強，急功近利的學術作風比較普遍，學術失范行為仍偶有發生。這些問題在不同程度上影響了我國基礎研究的健康發展，制約著我國原始性創新能力的提高。
發展目標
“十一五”期間，我國基礎研究發展的總體目標是：完善學科布局，培育和支持新興交叉學科，促進學科全面協調發展；在若干科學前沿領域實現重點突破，解決一批國家經濟社會發展中的關鍵科學問題；加強國家研究實驗基地建設，發展和完善科技基礎性工作支撐體系；建設一支高水平的基礎研究隊伍，造就一批具有世界影響力的科學家和研究團隊。顯著提升我國的原始性創新能力，為建設創新型國家和2020年躋身世界科學強國奠定堅實基礎。
具體目標是：
2．重點解決農業、能源、資源、環境、健康、信息、材料、海洋、空間等國家重大戰略需求的一批關鍵科學問題。
3．爭取在蛋白質科學、量子科學、納米科學技術、發育與生殖生物學等科學前沿領域實現重大突破，達到國際先進水平。
4．完善和發展國家研究實驗基地體系，一些研究基地達到世界一流水平。新建100個左右不同類型的國家重點實驗室，穩步推進國家實驗室建設；建設160個左右國家野外科學觀測研究站，形成國家野外科學觀測研究站網路體系。
5．穩定一支10萬人左右的基礎研究隊伍，形成500個高水平研究團隊，產生一批具有重要國際影響力的科學家。
6．提高科學數據、自然科技資源、科技文獻等的採集、加工、集成、共享、服務的整體水平，形成適應科技創新需要的基礎性工作支撐體系。
7．提高科學論文的質量，國際論文篇均引用率達到世界平均水平，取得一批原始性創新成果，獲得若干具有重大影響的國際性科技獎勵。
8．切實改進基礎研究管理體制，最佳化創新環境，形成鼓勵創新、寬容失敗、百花齊放、百家爭鳴的政策環境和學術氛圍。
學科布局
根據當前我國基礎研究的現狀和科學發展趨勢，學科發展布局的主要思路是立足於中國現狀，以世界主要已開發國家作為參照系，全面布局，協調發展，建立靈活柔性的調節機制，因地、因時制宜地確定投入重點，穩步推進基礎學科的發展，大力培育新興與交叉學科，高度重視自然科學與人文社會科學的交叉。
基礎學科：
物理學 物理學研究物質構成及其相互作用的基本規律，其研究成果推動著現代技術的發展。21世紀物理學面臨著粒子物理理論、統一所有作用力的理論、暗物質、暗能量等重大科學問題的重大挑戰。“十一五”期間，我國物理學應注重粒子物理、核物理、凝聚態物理（磁學、超導、半導體、表面、軟物質、極端條件下物理、低溫物理、晶體物理等）、納米科學、量子信息學、現代光學、原子/分子物理、電漿物理、理論物理、計算物理和聲學等各學科的均衡發展。加強物理學和其它學科的交叉與結合，促進新興學科發展。加強物理學的基本規律、概念、技術在其它科學中的套用。注重生命現象與活動中的物理問題、納米或低維體系物理的研究。
化學 化學是在原子、分子及分子以上層次研究物質的合成與轉化、分離與分析、結構與形態、功能與理論以及相關複雜體系化學過程的科學。現代化學科學的發展，既受到了人類對新材料、新能源等物質需求的推動，也受到了人類迫切需要了解自身、了解生命現象以及環境友好、可持續發展等客觀需求的促進。“十一五”期間，我國化學應注重無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、高分子化學與物理、化學工程、環境化學等各分支學科的深入和均衡發展，加強化學中新技術、新方法、新理論的基礎研究，優先發展與生命科學、新材料和納米、資源、能源、環境等領域有關的化學研究的新生長點，促進新興交叉學科如綠色化學、化學生物學等的快速健康發展。
天文學 天文學研究宇宙中天體和天體系統的形成、結構、活動和演化。21世紀天文學與物理學等學科的結合，使人類開始有條件向“最大”尺度的物理規律、“最深”層次的物質結構等重大科學問題發起衝擊。未來15年我國天文學的重點發展方向是在不同尺度、不同時標、各種極端條件、所有物理規律共同起作用的天體物理學，特別是其中的星系和宇宙學、高能天體物理、行星系統（包括太陽系）及地外生命。“十一五”期間，將加強比較行星學和月球科學以及空間平台研究，加速建設地面和空間大型望遠鏡，大力發展全波段天文。積極參與國際虛擬天文台工作，充分利用國際開放天文數據，從天文和工程兩個方面積極參與國際天文大項目，重視面向國家戰略需求的研究, 如日地空間物理以及天體動力學等。
地球科學 地球科學研究人類的生存環境——地球，對解決可持續發展中面臨的資源、環境、災害等問題至關重要。當代地球科學研究的特徵，一是對地觀測的迅速發展，二是地球系統科學的形成。“十一五”期間，地球科學應保持各分支學科（包括地質學、地理學、地球物理學、地球化學、測繪科學、大氣科學、水文科學、空間科學，及海洋科學、環境科學、生態學、工程技術科學中涉及地學的部分）的協調發展，注重學科間交叉融合。注重發展地球觀測與探測系統及地球模擬系統，推進觀測信息共享，發展地球各圈層相互作用、各要素綜合集成研究方面尺度轉換的方法學研究。力爭在地球系統各圈層相互作用，地球表層系統中的物理、化學、生物過程及其資源、環境、災害效應，人類活動對地球系統的影響和適應，以及中國地域特點和全球意義的資源、環境、災害問題等領域的研究取得突破，逐步將我國的區域優勢轉化為科學優勢。
生物科學 生物科學是研究生命現象和過程的基礎科學，包括生物的結構、分類、形態、生理、遺傳、發育、進化以及生物與環境的關係等方面。當前生物科學的發展表現出微觀與巨觀、分析與綜合相結合，由定性走向定量，由單一學科走向多學科相互交叉的特徵。“十一五”期間，要完善分子生物學、結構生物學、細胞生物學、遺傳與發育生物學、神經生物學、分類學、生態學、生物進化等經典生物學和現代生物學各分支學科的協調布局，加大對各種組學（如基因組學、蛋白質組學、轉錄組學、代謝組學等）、生物信息學、系統生物學、整合生物學、計算生物學等新興學科的支持。積極推進生物科學與數學、物理、化學、醫學、藥學、農學、信息科學、工程科學等學科的交叉。
交叉學科：
力學 力學研究力與運動的基本規律和實際套用，它是科學進展與重大工程技術的橋樑。本世紀力學的前沿包括微尺度力學與跨尺度關聯、湍流與複雜流動、高溫氣體動力學、生物力學與仿生、環境力學、多維系統動力學與控制、遠離平衡態與多場耦合的非線性複雜系統等。“十一五”期間，要發展斷裂力學、微觀力學、損傷力學、跨尺度關聯（宏、細、微觀）的方法、改造傳統的均質連續介質力學、材料的強度理論和新實驗手段、判斷構件和結構在各種複雜受力環境下的變形與失效行為的理論和方法、按照所需功能設計材料、計算力學，湍流和複雜流動理論，研究各種設計的最佳化問題。注重研究信息科學、生命科學、航空航天、自然災害等重要套用領域中的力學問題，完善力學學科的理論框架，發展新的試驗與數值模擬手段，促進力學與其它學科的交叉。
工程科學 工程科學是工程實踐的科學基礎，主要考慮運用自然規律，設計和創造人造系統。“十一五”期間，要加強研究國家重大工程的關鍵技術、先進制造技術、化學及生物過程的工業放大技術、高效與潔淨能源利用技術、開發近岸和深海油氣技術的基礎研究。重視重大工程可靠性、風險災害的防治與安全問題、工程系統中的複雜性問題與突變問題；重視交通系統和新型交通工具的基礎科學問題。注重資源高效利用與循環使用和信息技術在工程中的套用，強化學科交叉和領域滲透，提高國家製造工業創新能力；注重礦物、空間資源工程的可持續發展的研究，為我國經濟和社會可持續、穩定的發展提供理論基礎。
農業生物學 農業生物學是探討農業生物性狀形成過程的基礎科學。分子生物學和基因組學等現代生物科學的發展，為農業基礎科學研究注入了強大的生命力，以農業生物學基礎研究為源頭和支撐的農業生物技術將成為21世紀解決食物安全、健康、環境、能源等重大問題極具潛力的技術手段。“十一五”期間，農業生物學將重點研究具有重要經濟價值的動植物的基礎分子生物學，動植物產量和經濟性狀形成的信號和非蛋白編碼基因的調控機制，重要作物和畜禽的基礎細胞生物學，優良作物新品種分子設計理論和方法，農作物轉基因時空表達精確調控的分子機制，農業生態與生物安全，動植物生物反應器，功能與保健食品，生物質材料，生物質能源和污染農業環境修復的基礎生物學等。
生物醫學 生物醫學是套用現代生命科學理論和實驗方法研究人類健康和疾病的臨床基礎科學。生命科學的進步，推動了生命科學的分支學科如分子生物學、細胞生物學等與臨床醫學的緊密結合，使基於經驗的傳統臨床醫學轉變成為以現代生物學知識和實驗方法為基礎的生物醫學。“十一五”期間，要完善醫學遺傳學、生物醫學工程學、免疫學、微生物學、病毒學等生物醫學各分支學科的協調布局與發展。加大對幹細胞生物學和組織工程等新興學科的支持，加強生命科學基礎研究與臨床研究的結合。
能源科學 能源科學研究能源的生成、開發、轉換、利用、節約等規律及其與環境、經濟、社會等方面的相互關係。“十一五”期間，要保持各分支學科的協調發展，如能源化學、能源物理學、能源地理學、能源計算與測量、儲能、節能、一次能源、二次能源、生態能源、能源系統工程、工程熱物理、熱工學、動力機械工程、電氣工程、化學工程等；加強聚變能、高能粒子參與作用的能量釋放和新化合物的能量釋放等未來能源的基礎研究；大力推進能源科學與數學、物理、化學、材料科學、信息科學、工程科學、生物學等學科的交叉和融合，培育新的學科增長點，探求從根本上解決能源可持續發展的科學問題。加強新能量的產生、能量轉換、能量儲存和提高能量使用效率的基礎研究。
以參加國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）的建設和研究為契機，重點研究大型超導磁體技術、微波加熱和驅動技術、中性束注入加熱技術、包層技術、氚的大規模實時分離提純技術、偏濾器技術、數值模擬、電漿控制和診斷技術、示範堆所需關鍵材料技術，以及深化高溫電漿物理研究和某些以能源為目標的非托克馬克途徑的探索研究。
材料科學 材料科學是闡明材料的合成與製備、組成與結構、性質、使用性能等四個要素及相互關係的交叉性學科。“十一五”期間，將注重材料物理與化學、材料學和材料加工工程學科的協調發展，注重培育新的學科生長點以及與其它相關學科的交叉。圍繞新一代關鍵信息材料、能源材料、生態環境材料、生物醫用材料、分子電子器件、大飛機工程用材料、深空探測材料、納米材料與器件等進行基礎性和前瞻性研究。重點開展材料先進制備、加工新理論與新方法，材料組分、結構與性能的設計理論，材料環境效應和服役壽命的評價，分子、納米及介觀尺度下的材料科學問題，信息功能材料，生態環境材料，生物醫學材料，新型高性能結構材料以及表面技術的研究。
空間科學 空間科學是依靠空間運載器到圍繞地球的空間軌道甚至更遠的深空所進行觀測和實驗研究的科學。我國航空航天技術的持續高速發展，使空間科學研究成為我國基礎科學研究中，有條件實現跨越式發展並進入國際前列的學科領域。“十一五”期間，將重點開展硬X射線巡天和其它多波段空間天文觀測，太陽活動及其對地球系統的影響，微重力條件下的凝聚態物理、流體物理及燃燒過程，空間生物學，空間天氣監測、預警預報理論與方法，地球高層空間和深空環境的認識，利用地基－天基聯合觀測的空間科學研究,空間地球重力學，宇宙地質學以及隕石、撞擊事件和比較行星學等研究。
3．自然科學與人文社會科學交叉學科
心理學與認知科學 心理學與認知科學是揭示認知活動的本質，理解個體在複雜信息環境中的心理活動、行為模式與認知加工機制的交叉學科。隨著神經科學的迅速發展，以及計算機科學、信息科學和社會科學的介入，當前主要的研究趨勢是從分子、細胞和整體水平，對腦和認知過程進行多層次的綜合性的交叉研究。“十一五”期間，要完善心理學與認知科學各個分支學科的協調布局和發展，如認知心理學、教育心理學、社會心理學和行為科學等；加大對行為遺傳學、腦影像學和虛擬環境技術等新興學科的布局；積極推進神經科學與計算機科學、信息科學、語言學、社會學等學科的交叉。
管理科學 管理科學研究人類社會組織和管理活動的客觀規律，是跨自然科學、工程技術科學與人文社會科學的綜合性交叉學科。管理科學的創新既包括新理論、新方法、新技術，也包括解決國民經濟與社會發展中的重大戰略問題。“十一五”期間，要注重預測理論與方法、評價方法、最佳化理論與技術、決策理論與方法、運籌與運作管理、風險評價與管理、信息與知識管理、網際網路管理理論與技術、組織理論、質量與可靠性管理、企業管理、公共管理、區域可持續發展與管理等學科領域的均衡發展。加強管理科學方法論、有中國特色的企業管理理論、公共管理基本理論、區域發展與資源環境協調管理等領域的研究。
前沿領域
1．生命過程的定量研究與系統整合
對生命現象的本質和基本過程的研究，已進入到定量和系統整合的階段，體現出微觀與巨觀相結合、分析與綜合相結合、由定性走向定量、由單一學科走向多學科相互交叉的特徵。
“十一五”期間的主要研究方向：遺傳指令及其基因調控系統的時空關係；非編碼核糖核酸的表達調控與功能；表觀遺傳學；以生命系統中特定的組分、結構和功能為目標的各種“組學”；針對模式生物等特定生命系統中各種組分（基因、RNA、蛋白質等）的構成及其相互作用關係進行系統整合的系統生物學；極端環境中的生命特徵；系統發育與進化生物學；理論生物物理與生物信息學等。
“十一五”期間，爭取在遺傳信息的表達與調控、個體發育中的分子與細胞機制等方面取得重大突破，建立和完善系統生物學研究平台和模式生物平台。
2．凝聚態物質與新效應
凝聚態物理主要研究原子間有較強作用的稠密物質體系，是近年來物理學中發展最迅速的領域，研究範圍已從固體結構、相變、光電磁特性擴展到液晶、複雜流體、聚合物、生物結構，以及低維量子限域體系等。其發展趨勢是以發現凝聚態物質新材料、新現象和新規律為主，並注重這些新材料、新現象和新規律的套用研究。
“十一五”期間的主要研究方向：強關聯體系、軟凝聚態物質，及其它具有新量子特性的凝聚態物質與新效應；玻色-愛因斯坦凝聚，超導超流機理；極端條件下凝聚態物質的結構相變、電子結構；多種元激發過程以及電聲子相互作用等。注重將物理學的基本規律、概念、技術引入生命科學、信息科學、材料科學、化學、環境與能源科學。
“十一五”期間，要在強關聯體系、軟凝聚態物質、極端條件下凝聚態物質方面，加強新材料、新現象、新效應、新理論的研究，取得重大突破。
3．物質深層次結構和宇宙大尺度物理學規律
“十一五”期間的主要研究方向：粒子物理學前沿基本問題；暗物質與暗能量的本質；微觀和宇觀尺度以及高能、高密、超高壓、超強磁場等極端狀態下的物質結構與物理規律；統一所有物理規律的理論探索；宇宙的起源和演化；太陽、恆星和行星系統、黑洞和各種緻密天體、星系和星系團等各種天體和結構的形成及演化等。
“十一五”期間，要加速大型粒子與輻射探測器系統、多波段大型望遠鏡、高性能計算和數據分析能力的建設，加強國際合作，獲得取得重大發現和突破的能力，在理論、計算、實驗和觀測各個方面優先開展物理與天文等相關學科的交叉研究。
4．核心數學及其在交叉領域的套用
數學不僅是一門獨立的學科，而且還為所有其它科學、技術和工程提供描述問題的語言與解決問題的工具。數學在人類認識世界、描述和發現規律，以及培養創造性思維的過程中有著不可替代的作用。當代數學發展的主要趨勢為：數學各分支學科的進一步融匯，數學與科學、技術領域之間相互滲透，以及數學對高技術發展的直接參與。
“十一五”期間的主要研究方向：核心數學中的重大問題，包括數學中的結構問題，如代數結構、幾何結構、拓撲結構、分析結構與動力系統，朗蘭茲綱領，路徑積分和相變的數學理論；研究數學與物理學、生命科學、信息科學、工程科學、經濟與金融等學科相互交叉而產生的重要數學問題，如離散問題、隨機問題、量子問題、算法問題以及大量非線性現象中的數學理論和方法等。
“十一五”期間，要重點研究核心數學中的重大問題，並做出關鍵性貢獻；重視數學與其它學科交叉產生的重要數學問題，建立國家數學交叉與套用研究平台。
5．地球系統過程與資源、環境和災害效應
地球科學發展已經進入地球系統科學研究的新階段，是人類社會可持續發展的科學基礎之一。其目標著眼於系統了解地球各圈層間相互作用，認識面臨的資源、環境和災害等問題的基本規律，為建立新的地球科學理論，解決可持續發展中所面臨的資源、能源、環境、自然與人為的災害、國家安全等問題做出貢獻。
“十一五”期間的主要研究方向：行星地球環境與生命過程及其協同演化；大氣、水體、岩土體環境；太陽活動對地球環境和災害的影響及其預報；地球深部結構、組成、狀態、動力學及與其它地球子系統的關係；地球系統的複雜性與地球系統變異的可預測性；板塊邊界及板塊內部形變的特徵、動力學及其與地震、地質災害的關係；多圈層相互作用下的氣象、氣候災害發生機理；地表系統的物理、化學、生物過程及人地相互作用；海洋物理和生物地球化學過程及其資源、環境效應等。
6．新物質創造與轉化的化學過程
化學是發現和創造新物質的主要手段，同時也是一門在原子、分子及分子以上層次研究自然界以及人類自身相關複雜體系化學過程的科學。
“十一五”期間要實現功能分子、凝聚態和聚集態分子功能體系的設計、可控合成、製備與轉化，發展環境友好的新方法、新反應與新路線、新催化劑與新試劑，在能源轉換的利用方面取得突破。
7．腦科學與認知科學
了解人類的大腦及其認知功能，是最具挑戰性的基礎科學命題之一。其研究的目的是揭示腦與智力的關係；理解人類認知、智慧型的本質以及意識的起源；探索感知覺、意識、情緒、語言、思維等高級認知過程及其神經基礎。
“十一五”期間的主要研究方向：腦功能的細胞和分子機理，腦重大疾病的發生髮展機理；腦發育、可塑性與人類智力的關係；神經信息物質組學；腦的智力發育過程和機制；學習記憶等腦高級認知功能的過程及其神經基礎；感知覺信息的基本表達、信息加工及其大腦整合機制；視覺不變性識別和選擇性注意的腦機制；跨通道的協同記憶、抉擇與頓悟式的問題解決；語言認知和自動語言識別；發展可自主編程的腦式信息處理系統和新一代人工智慧和設計腦式智慧型計算機等。
“十一五”期間要建立和完善腦、認知與行為科學研究平台，加強腦功能的分子與細胞基礎和作用機理的研究，爭取在腦高級認知功能的研究中取得重大突破。
8．科學實驗與觀測方法、技術和設備的創新
科學實驗與觀測方法、技術和設備的水平是創新能力水平的重要標誌。當前，科學研究的實驗和觀測在空間上已發展到宇觀、介觀和微觀尺度，在時間上進入到飛秒、阿秒的量級，實驗室從地面擴展到了地下、水下、高山、高空和地球大氣以外的空間及深空。在極端條件和生命過程研究中要求動態、實時、原位、無損、靈敏的檢測、分析和成像。空間實驗和觀測要求發展重量輕、功耗低、耐輻射和高可靠性的先進探測器和電子學。國家安全要求發展高分辨、高選擇性和高通量的快速偵檢方法和手段。
“十一五”期間，重點研究生命科學中的動態、實時、原位、無損、高靈敏的檢測、分析和成像方法和技術；物質組成、結構及性能的空間、時間高分辨實時、原位觀測和表征的新方法；地球科學和空間科學研究中新觀測手段和信息獲取的新方法。爭取在單原子、單分子或單細胞的檢測新原理和新方法，高分辨、高選擇性和高通量的快速偵檢方法和手段，空間科學先進探測器和分析、成像設備的理論基礎等方面取得重大進展。
重大戰略
1．人類健康與疾病的基礎研究
隨著我國經濟社會的發展，危害中國人的疾病譜出現了“兩極分化”的情況，一方面危害中國人群健康的各種傳統疾病依然存在；另一方面則出現了與已開發國家相似的疾病譜。危害我國人民的主要疾病有：惡性腫瘤、心血管疾病、代謝性疾病（如肥胖症和糖尿病）、新生和重大傳染病、神經退行性疾病等。此外，還需加強人口控制和生殖健康、心理健康、營養與健康等影響我國人民生活質量等關鍵領域的基礎研究。“十一五”期間的主要研究方向：人體生理和病理過程的分子、細胞、組織/器官和整體機制；神經、免疫、內分泌系統在健康與重要疾病發生髮展中的作用；病原體傳播變異規律和致病機制；環境與營養對人體健康影響的分子與細胞機制；藥物在分子、細胞與整體水平上的作用機理；現代中醫藥學理論體系等相關基礎科學問題等。
“十一五”期間，爭取在惡性腫瘤、心血管疾病、代謝性疾病、新生和重大傳染病、神經退行性疾病等重要疾病發生髮展過程中的分子與細胞機制的研究方面取得重大突破，為相關疾病的診斷、預防和治療提供理論基礎。
2．農業生物遺傳改良和農業可持續發展中的基礎科學問題
擬南芥、水稻等模式植物基因組測序的完成，有力地推動了農業生物功能基因組學研究的興起和發展，並進入了以功能基因及其調控網路的高通量發掘、研究和利用為重點的基因組時代，極大地促進了動植物品種的分子遺傳改良。
“十一五”期間的主要研究方向：農作物產量和品質等重要性狀形成的功能基因組學；作物營養形成的代謝網路基礎及其調控；農作物抗逆性（旱、鹽、寒、澇等）與水分、養分和光能高效利用的生理及分子基礎；重要農作物雄性不育和雜種優勢利用的分子機理；重要農業生物新品種分子設計的理論和方法；畜禽重要基因資源評價與種質創新的基礎研究；重要畜禽品質與生長發育性狀形成的代謝與調控；動物重大疫病病原遺傳變異、宿主免疫及跨物種傳播機理；畜禽重大疫病病原大分子結構與功能研究；植物病原物與寄主作物相互作用的遺傳基礎與分子機理；固氮、生防等農業微生物功能基因發掘與作用機理；土地退化、化肥保持力減退和水資源枯竭等災變機理和環境最佳化。
“十一五”期間，要使我國在重要糧食作物（如水稻）和重要經濟作物（如棉花、油菜）的功能基因組學，及相關“組學”的研究中實現重大的科學突破；生物多樣性與新品種培育的遺傳學基礎、農業生物與環境的相互作用、分子遺傳改良的研究水平總體上有明顯提升。
3．人類活動對地球系統的影響機制
工業革命以來，隨著技術的迅速進步，人類活動已經成為改變地球環境的重要因素之一，並不可避免地威脅到人類自身的生存。人類如不能在可持續發展目標下科學地發展和利用已有的技術能力，則終將導致人類賴以生存的地球環境的嚴重破壞。因此，深入探討人類活動對地球系統影響的機制、預測與適應、調控機理等具有重要意義。
“十一五”期間的主要研究方向：土地利用與土地覆被變化規律；流域和區域需水規律與生態平衡；海洋資源可持續利用與海洋生態環境保護；能源利用方式的環境效應；區域和全球環境污染過程、主要污染物的源－匯關係及控制原理；重點流域大規模人類活動的生態影響和區域生態安全；重要生態系統能量、物質循環規律與調控，生物多樣性保育模式；資源探測與開發過程的災害風險預測等。
“十一五”期間，要強化水資源保障及供水安全、有毒污染物的區域暴露和生態系統安全等方面的研究，在系統認識土地和水資源演變的基本規律、持久性有毒污染物的環境和生態危害與重大災害預警方面取得突破。
4．全球變化與區域回響
工業革命以來，人類活動加劇了全球氣候變化。要正確估計由於我國經濟規模的迅速擴大和能源消耗的快速增長可能對全球變化的影響，以及全球氣候變化可能帶來的威脅，必須深入研究不同時間尺度的全球氣候變化及其區域回響，為科學制定我國長遠發展的相關政策和建立應對手段提供科學依據。
“十一五”期間的主要研究方向：大尺度水文循環對全球變化的回響以及全球變化對區域水資源的影響；不同時期人類活動與季風系統的相互作用；海-陸-氣相互作用與亞洲季風系統變異及其預測；中國海-陸-地生態系統碳循環過程；青藏高原和極地對全球變化的貢獻與回響及其環境效應；氣候系統模擬和預測模式的建立及其套用；我國近海對全球變化的回響和影響等。
“十一五”期間，要大幅度提高我國在全球氣候變化與大尺度水循環的關係、亞洲季風系統的長期演化以及陸地生態系統回響等方面的研究水平，提升預測未來氣候變化對我國不同地區人類生存條件影響程度的能力。
5．複雜系統、災變形成及其預測調控
複雜系統科學主要研究複雜大系統由微觀層次上各子系統之間的非線性相互作用所導致的巨觀層次上的系統行為、結構、功能演化與調控規律，可概括為自然界演化過程中形成的複雜系統、社會複雜系統、工程複雜系統等。複雜系統科學是現代社會和高技術發展的需求，也是基礎研究所面臨的重大科學挑戰。
“十一五”期間的主要研究方向：複雜系統科學的基本問題研究，包括複雜系統從微觀到巨觀的結構及性能如何自發形成與演化，複雜系統如何協調和干預，複雜系統不同尺度行為間的相關性；與具體學科相結合，解決相關學科中遇到的複雜系統的關鍵問題，包括突發事件的預測、預報和處理，對自然災害與氣候變化、重大工程系統事故的防範；複雜人造系統的干預和控制，如經濟與金融、大型工程系統設計與控制、城市規劃與發展、交通、電力網路和信息網路的安全和重大事故控制等。
“十一五”期間要重點研究複雜系統形成的機理、演變規律、突變與調控；建立對自然災害的監測、預警、預測、預報的理論方法；結合重大工程系統的安全性評估和事故預防，開展對人造複雜系統的研究，推動複雜系統理論在環境、工程、經濟、安全等社會活動方面的套用。
6．能源可持續發展中的關鍵科學問題
能源是現代社會經濟發展的重要物質基礎。目前我國能源的生產和利用與可持續發展的要求很不適應，能源保障問題日顯突出。在未來幾十年內，我國必須建成世界上最大規模的能源系統，以支撐我國經濟社會的發展。
“十一五”期間的主要研究方向：高性能熱力循環及熱－功轉換過程的關鍵科學問題；化石能源高效潔淨利用與轉化的基礎研究；煤炭聯產系統的關鍵科學問題；大規模利用核能的基礎研究；新能源和可再生能源大規模、經濟利用的原理和新途徑；高效節能及儲能技術的基礎研究；巨型互聯電網安全穩定和經濟運行的理論基礎；氫的製備、儲存、運輸和利用等。
“十一五”期間，要重點發展煤炭的超清潔、高效綜合利用，高性能熱－功轉換過程，並在支持大規模氫能系統建立和後續能源大規模利用的基礎研究方面實現突破。
7．基礎材料改性最佳化，新材料設計探索及其服役失效機理研究
國防安全、經濟發展、生活質量提高以及社會進步都有賴於材料科學技術的進步和發展，材料科學水平已成為衡量一個國家科技、國防、經濟發展水平和綜合實力的重要指標之一。
“十一五”期間的主要研究方向：研究基礎材料改性最佳化的理化基礎、相變和組織控制機制、複合強韌化原理；新材料的物理化學性質；圍繞低維化、人工結構化、集成化、智慧型化等新物理構架探索、設計和製備具有高性能和新效應的新材料；發展材料設計的理論模型、計算和仿真方法；材料先進制備、合成與表面強化技術基礎；以及材料與部件成型或器件製備的一體化設計新原理、新方法；材料高解析度（納米、分子、原子、電子尺度）、高靈敏度、原位的表征與測量新原理；材料服役與環境的相互作用、性能演變、失效機制及壽命預測原理等。
“十一五”期間，要重點發展高性能先進鋼鐵材料、輕質高強合金材料、新型信息功能材料、新型能源材料和高性能高分子材料；在材料設計、先進制備，材料安全服役方面取得突破，為基礎材料改性和最佳化提供科學依據。
8．極端環境條件下製造的科學基礎
極端製造是在各種極端環境條件下，製造極端尺度或極高功能的器件、功能系統和新物質。它引導當代先進制造主流技術的發展，並滲透到基礎產業、電子信息、空天運載、軍工產品等製造領域的核心技術中。
“十一五”期間的主要研究方向：微尺度加工、成形和改性中的界面物理化學作用；高密度能量和物質的微尺度輸運規律；微結構形態的精確表達與計量；微驅動、微操縱、微連線、微組裝等過程中的動力學、熱力學、摩擦學與量子力學等效應和機理；巨型製造系統中多種強能量場間的複雜耦合、能量的非線性聚集與發散、隨機漲落擾動與過程的檢測與控制；極端尺度結構與系統的精確形成、過程演變、功能創成與質量控制的理論與方法等。
“十一五”期間，要加強極端尺度工件的製造新原理，極端環境下製造中的物質和能量互動作用規律，微結構形態的精確表達與計量，以及複雜製造系統中工件的精確形成、過程演變、功能創成與質量控制的理論與方法的研究，並爭取在極端尺度製造方面取得重大突破。
9．航空航天的重大基礎科學問題
航空航天科學技術關係到我國的國家安全、經濟發展和社會進步。未來若干年內，我國在航空技術、探月、空間實驗室、軍/民用衛星、深空探測及各類飛行器等方面，應有很大發展。新型飛行器應具有高速度、高機動、高隱形、微小型化、智慧型化等顯著特點，其研製將面臨許多挑戰性的關鍵技術和基礎科學問題。相關領域的主要目標是為新型飛行器的發展提供創新科學思想、新概念與新方法；為理論創新和提高數值模擬與實驗研究能力，提供發展的平台。
“十一五”期間的主要研究方向：空間環境科學；支持航空航天發展的信息、能源、材料與生命科學；高超聲速空氣動力學和熱力學；熱環境與熱防護理論；磁流體與電漿動力學；微流體與微系統動力學；跨物質層次的固體變形和強度理論；新型材料的力學問題；超高速碰撞力學問題；多維動力系統及複雜運動控制；高超聲速推進系統的基礎理論；動力/推進一體化理論；力、熱、光、電磁多場耦合理論等。
“十一五”期間，要完善高超聲速空氣動力學、熱防護與熱結構、高超聲速燃燒和推進、材料結構一體化的實驗平台；加強空間探測理論研究，提高探測能力、空間環境模擬及空間效應分析與預示能力；加強高超聲速推進和超高速碰撞力學、高溫化學/熱力學非平衡流動、可壓縮湍流和複雜運動、跨物質層次的固體變形和強度理論、多目標最佳化、多維動力系統的複雜運動及控制理論等方面的研究。
10．支持信息技術發展的科學基礎
信息技術在高速發展和廣泛套用的同時，提出了許多急需解決的重大科學基礎問題，如新算法與軟體基礎理論，虛擬計算環境的機理，海量信息存儲和處理以及知識挖掘的理論和方法，人機互動理論，網路安全與可信可控的信息安全理論。
“十一五”期間的主要研究內容：新算法與高可信軟體基礎理論；信息處理方法與理論，智慧型信息處理的形式化理論與方法；機器學習、數據挖掘、知識發現的方法；多種工作模式下信息的獲取、處理與數據融合，新一代人機互動理論；信息安全協定、模型和機制；網路安全監控體系和信息系統安全理論；服務質量體制與協定；網路可擴張性與生存性理論；高性能計算機的基礎研究；獲取高分辨的客觀信息、海量存儲以及實時傳輸的新方法、新原理的研究等。
“十一五”期間，要在高可信軟體理論、海量信息處理算法、知識挖掘方法、信息安全基礎理論等方面取得重要突破，為信息技術的發展和套用提供新理論、新思想和新方法。
專項計畫
1．蛋白質研究
隨著人類基因組圖譜的公布，以及諸多動物、植物、微生物的基因組全序列測定的完成，生物科學進入了“基因組時代”。人類將在了解遺傳物質DNA全部序列的基礎上研究和認識生命的奧秘，闡明基因編碼的產物—蛋白質的功能己成為主要研究目標。蛋白質是最主要的生命活動載體和功能的執行者，對蛋白質複雜多樣的結構功能、相互作用和動態變化的深入研究，將在分子、細胞和生物體等多個層次上全面揭示生命現象的本質。同時，蛋白質科學研究成果將催生一系列新的生物技術產品，帶動醫藥、農業和綠色產業的發展，引領未來生物經濟。蛋白質科學已成為各國爭奪的生命科學制高點。
“十一五”期間的主要研究內容：重要生物體系的轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學、結構生物學、蛋白質生物學功能及其相互作用、蛋白質相關的計算生物學與系統生物學，蛋白質研究的方法學，化學生物學等。重點開展重要生物體系的蛋白質組學和結構生物學研究；開展蛋白質研究的方法學工作；建立和完善蛋白質科學研究平台。
“十一五”期間的主要目標：逐步建立有中國特色的蛋白質科學創新研究體系，在蛋白質組學、蛋白質結構與功能研究、蛋白質研究新技術方法領域取得若干重大突破，使我國的蛋白質科學研究整體水平達到國際先進，並形成5－6個在國際上有重要影響力的研究群體。
2．量子調控研究
通過操控原子、分子構造、納米構造、低維量子限域體系等，實現量子特性調控，如電子態的調控（波函式的調控、自旋調控、軌道調控及關聯態調控），電子、光子、聲子能帶的調控。量子調控及其物理研究的突破，將成為新型功能材料、光電器件和未來信息科學發展的重要基礎。
“十一五”期間的主要研究內容：低維量子限域體系的量子理論；量子信息理論，量子計算中的可擴展的多量子比特系統，遠程量子通信和量子安全系統等；分子電子學、自旋電子學器件結構與工作原理，如信息加工中的量子現象、相干電子輸運等；人工帶隙材料的結構與特性。
“十一五”期間的主要目標：爭取在與量子調控有關的量子現象的基本理論方面取得突破，初步實現基於這些現象的新量子調製技術，為搶占核心技術、推進新一代技術的跨越式發展奠定科學基礎。
3．納米科學技術研究
納米科學技術研究是當今科技發展的熱點之一，發展納米科學技術已成為許多國家提升國家核心競爭力的戰略選擇，也是我國有望實現跨越式發展的領域之一。對物質在納米尺度下表現出的奇異現象的認識，將有可能改變相關理論的現有框架，使人們對物質世界的認識進入到嶄新的階段。納米科學技術還孕育著新的技術革命，為材料、信息、綠色製造、生物和醫學等領域拓展新的發展空間。
“十一五”期間的主要目標：建立有中國特色的納米材料、納米器件、納米生物和醫學的研究體系，使我國的納米科技整體水平保持國際先進，並形成5－6個在國際上有帶頭作用的研究群體。
4．發育與生殖研究
動物克隆、幹細胞等一系列舉世矚目的成就，為生命科學與醫學的發展帶來了重大機遇。這些研究不僅涉及到生命科學中一些最基本的問題，如細胞增殖與分化、遺傳與發育等，而且對人類的健康和疾病防治具有重要意義。我國人口增長量大、出生缺陷多、移植器官嚴重短缺、老齡化高峰即將到來，迫切需要生殖與發育科學理論的突破和技術創新。
