► NSF’s 10 Big Ideas

撰文 | 冯水寒

责编 | 叶水送

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近年来，全世界的科学和工程领域都获得长足发展。早在2016年，美国国家科学基金会（National Science Foundation，NSF）公布了10个大胆的、长期的涉及研究和工程领域的理念，确定了未来值得投资的科学和工程领域，这也被称为“NSF’s 10 Big Ideas”。

凭借其广泛的资助组合，NSF有推进这一系列尖端研究议程和进程的独特优势。当然，这也需要与产业界、私人基金会、科学研究院和学会、大学以及教育部门合作。通过资助能够推动国家繁荣、安全、健康和发展的基础研究工程。

2018年年底，NSF也公布了2019年的10大预测。2019年NSF将在它们上分别投入3000万美元，进而支持和确保美国在这些领域发挥领导作用。

1 前沿技术推动的人类未来工作

这主要包括了建立人与技术伙伴关系、提升人类的工作效率、阐明社会技术的蓝图、培养终身学习兴趣四个研究主题。了解不断发展的技术如何积极改善工人的生活以及人们如何改进这些技术，特别是在工作领域。前沿技术推动人类的未来工作使NSF研究团体凝聚在一起，开展关于人类、社会和技术间相互作用的基础科学研究，这将有助于塑造未来的工作，增加工人的机会以及发展美国生产力。

2 日益融合的研究

确立颇具挑战性的研究问题，并促进期间所需的合作。当今的重大挑战主要包括了保护人类健康，了解食物、能量和水的联系，多尺度探索宇宙奥秘，单靠某一门学科是无法解决的，它需要将各个领域的思想、方法和技术融合在一起，进而促进创新和发现。几十年来，NSF一直支持跨学科研究，以协调互惠的方式融合学科，促进成功探究强有力的合作。

3 利用数据带来的革命

主要包括了研究（NSF各个科学部）、教育（以教育研究框架为基础的创新）、先进的信息基础设施（加速数据密集型研究）三个主要方向，促使NSF的研究团体探寻数据科学和工程的基础研究，发展有凝聚力的、联合的、国家层面的方法，发展符合21世纪数据分析要求的人才队伍。

4 中等规模的研究基础设施

建立灵活的流程，资助中等规模的实验研究。NSF的科学和工程项目越来越多地依赖空间、成本和实施时间各不相同的基础设施——从重要的观测站到全国范围的传感器网络，再到小型实验。而其中造成的差错可能会导致错过一些机会，让基础科学无法运转。因此，需要一种新的研究基础设施方法（更加动态和灵活的方法）来应对这一新的现实，这对国家的经济、安全和竞争力有着深远影响。

5 迈向新北极

在整个北极地区，建立包含移动和固定的平台和工具的观测网络，以便记录和了解北极快速的生物、物理、化学以及社会变化过程。目前的对北极观测很少，不足以发现或模拟北极系统变化的过程以及评估这些变化对地球系统环境和经济的影响。因此，新北极观测网络的建立意义重大。

6 NSF的2026计划

“NSF 2026计划”于2018年夏季推出，它将允许系统性投入到长期项目的开发中，并抓住关键利益相关者对其可能存在的想象。“NSF 2026计划”旨在超越现有的科学结构和标准操作程序，确保不受限于任何特定“计划框”，在边界领域持续探索前沿和承担相应风险。这一计划能够以一种新的方式打破边界，弥补现存的不足，抓住新的机会。

7 STEM

STEM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）的首字母缩写，通过将技术和工程学并入常规课程，创造一种“元学科”，从而对数学、科学等学科的教学进行彻底革新。

NSF INCLUDES计划旨在改变教育和职业的发展途径，帮助以及扩大科学和工程的参与。该计划将会吸引慈善组织、联邦机构和科学专业协会等合作伙伴。事实上，这一计划的发展也将为NSF项目融入包容性和多元化思维方式提供借鉴。

8 量子跃进

利用量子力学，来观察、操纵、控制粒子和能量在原子以及亚原子尺度上的行为，从而发展用于传感、计算、建模和通信的下一代技术，并使其更加精准、高效。为了实现这些，研究人员需要了解量子力学，加强对量子材料的研究。

9 探寻生命的奥秘

该项目旨在阐明生物体的内在规律，预测生物体的表型，探寻生命奥秘，这将使得我们能够解决目前理解生命世界面临的最大挑战。

10 宇宙的窗口

科学家使用强大的、综合的新观测方法，可对物质和能量本质以及行为进行独特的见解，该项目能回答人类面临的最深刻的问题。如今，我们能够用之前完全不同的方法观察周围的世界，也希望能进一步扩大观察的范围。

注：文中图片均来自NSF

参考链接

NSF’s 10 Big Ideas