基于大科学装置科普功能开发应用的实践探讨

                                                  姜联合 

一.大科学装置科普功能开发应用是创新科研与科普双轮共同发展的战略要求

（一） 重大科技基础设施是国家科技水平和综合实力的重要标志

      国家重大科技基础设施是指为提升探索未知世界、发现自然规律、实现科技变革的能力，由国家统筹布局，依托高水平创新主体建设，面向社会开放共享的大型复杂科学研究装置或系统，是长期为高水平研究活动提供服务、具有较大国际影响力的国家公共设施^[1]。其科学技术目标必须面向国际科学技术前沿和国家重大需求，为国家科学技术进步、国防建设与社会经济的发展做出战略性、基础性和前瞻性的贡献。20世纪中叶以后，科学发展的一个重要特征是重大科技基础设施的出现。

      重大科技基础设施为探索未知世界、发现自然规律、实现技术变革提供极限研究手段,是大型复杂的科学研究系统，是突破科学前沿、解决经济社会发展和国家安全重大科技问题的物质技术基础。在一定程度上代表国家科技水平、创新能力和综合实力，是世界科技强国的重要标志，是建设国际科创中心的基础设施,它的发展状况是国家科技水平和综合实力的重要标志之一。

      近几十年来，科学研究不断地向新的深度和广度拓展，前沿科学问题的复杂性已经大大超出了常规的、实验室规模的实验技术能够解决的范围，而且往往也不是单一学科的技术能够胜任的，重大的科技突破越来越依赖于大科学装置。如科学家要在极低温、强磁场、超高压等极端实验条件下探索新世界，离不开极端条件的实验平台。大科学装置作为显著提升相关领域实验研究能力的重大科技基础设施，能够提供最尖端的多学科研究手段，对取得重大原创性科学成果具有不可替代的突破作用，对交叉、新兴学科的发展以及突破高新技术瓶颈具有强大的支撑能力，能够持续地为技术创新和战略性新兴产业发展提供强大动力。

     2015年10月26日，习近平总书记在《关于〈中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议〉的说明中强调，“提高创新能力，必须夯实自主创新的物质技术基础，加快建设以国家实验室为引领的创新基础平台”[2]。

（二）大科学装置科普功能的开发是国际科创中心人文软实力建设的保证

      科学技术作为人类智慧的结晶，不仅创造了巨大的生产力，也形成了以科学知识为基础、以科学方法为支撑、以科学思想为核心、以科学精神为灵魂的先进文化，即科学文化，科学文化在现代化进程中对人类社会价值观念、道德意识、思维方式、生活模式和行为规范等产生深刻影响，为人类文明进步提供重要的思想源泉、物质基础、技术手段和有效载体[3]

     科技自主创新能力是国家核心竞争力的“硬实力”，全民科学素质是国家核心竞争力的“软实力”。科技成果只有为全社会所掌握、所应用，才能发挥出推动社会发展进步的最大力量和最大效用，科技创新包括科研的创新和科学普及的创新。大科学装置作为前瞻性科学研究的载体，为科学普及提供了重要的科技资源。从科学文化传播的角度看，科学研究的有效性在于创新知识更加广泛的传播和交流[4].大科学装置所构建的平台不仅是国际科创中心建设的主角，其科普功能的开发也是国际科创中心人文软实力建设及可持续发展的保证。

      大科学装置科普功能的开发是科学与教育、科学与普及、科学与文化连结的纽带，是国际科创中心可持续发展的软环境，是实现科技创新两翼 持续发展的保证。 大科学装置是科学技术普及工作的重要载体，是为公众提供科普服务的重要平台，具有鲜明的公益性特征。公众通过利用各类大科学装置，了解科学技术知识，学习科学方法，树立科学观念，崇尚科学精神，提高自身的科学素质，提升应用科学技术处理实际问题以及参与公共事务的能力。大科学装置科普功能的开发，可以满足公众提高科学素质的需求，实现科学技术教育、传播与普及等公共服务的公平普惠，对于全面贯彻落实科学发展观，建设创新型国家，实现全面建设小康社会的奋斗目标都具有十分重要的意义。党的两个百年的奋斗目标指出：促进科技与文化的融合，发展新型文化业态，提高文化产业规模化、集约化、专业化水平，构建和发展现代传播体系，提高传播能力。大科学装置科普功能的开发建设是科学与文化的结合，是全面提高国民科学素质的重要载体。

      科技硬实力产生于科技智力的软实力和巧实力，如何在科普工作中融入科学精神、科学思想、科学方法是最高境界的科普工作，大科学装置具备这个层面的能力和特色定位，其科技资源服务科普工作有巨大潜力和能力。

二、中科院大科学装置及自主研制科学仪器科普功能的应用

       中科院大科学装置及自主研制科学仪器不仅推动科学进步，而且为科学普及提供了平台资源。

（一）中科院大科学装置及科学仪器自主研制引领国际科学前沿

        在大科学装置群的建设中，中科院已建成大科学装置23个，其中对外开放21个，包括公共实验平台5个、专用研究设施9个、公益基础设施7个；另有2个涉密，暂时不对外开放。公共实验平台有：合肥同步辐射装置、上海光源、散裂中子源、强磁场实验装置、国家蛋白质科学研究（上海）设施、武汉国家生物安全实验室。专用研究设施有：北京正负电子对撞机、兰州重离子研究装置、全超导托卡马克核聚变实验装置、神光Ⅱ高功率激光实验装置、500米口径球面射电望远镜、郭守敬望远镜、大亚湾反应堆中微子实验、X 射线自由电子激光试验装置。公益基础设施有：中国遥感卫星地面站、遥感飞机与航空遥感系统、子午工程、BPL / BPM长短波授时系统、“实验1”科学考察船、“科学”号海洋科学综合考察船、中国西南野生生物种质资源库。中科院大科学装置，与国际同类大科学装置相比，一些设施上已具备一定的前瞻性和唯一性^[5]。在科学仪器的研制中，中国科学院实现自主创新，开展了关键部件研发、科学仪器研制、大型科研装备建设的整体构架，自主研制的科学仪器在基础科研、大科学装置及战略高技术领域均有广泛应用，20项自主研制的科学仪器中有 10余项技术指标达到了国际先进水平，一些成为世界唯一。其中包括：面向世界科技前沿自主研制了6项科学仪器，包括基于可调极紫外相干光源的综合实验研究装置（大连相干光源）、光电融合超合超分辨生物显微成像系统、太赫兹超导阵列成像系统、综合极端条件实验系统、超高分辨宽能断光电子实验系统——上海光源“梦之线”、新一代厘米-分米波射电频谱日像仪---明安图射电频谱日像仪。面向国家重大需求自主研制了7项科学仪器，包括复现高超声速飞行条件的激波风洞、深紫外固态激光源前沿装备研制、大型低温制冷设备、大型高精度衍射光栅刻划系统、4米量级高精度sic非球面反射镜制造系统、高性能条纹相机的研制、深部资源探测核心装备研发。面向国民经济主战场自主研发了 7项科学仪器，包括500MHz超导赫兹共振波谱仪的工程化开发、用于新型航空发动机性能提升研究的飞秒激光设备研发、分布式动态放射性探测成像系统、光电同步脑活动检测仪、用于人体肺部重大疾病研究的磁共振成像仪器、全自动干细胞诱导培养设备研制、高效能低成本多尺度离散模拟超级计算应用系统

       北京地区大科学装置集群平台共建有21个大科学装置 ，如表1所示。预计从2021年起，大科学装置将陆续建成投入运行，到2025年，在建的5个大科学装置也将全部实现投入使用^[7]。

表1 北京地区大科学装置一览

（二）大科学装置科普功能的应用实践

       大科学装置科普功能的开放开发是促进科学与文化融合的要求，是全面提升我国公民科学素质的重要举措，是国内外科学研究成果快速发展为全社会应用的必然结果，也是国际科创中心的重要组成部分。

      中科院对外开放大科学装置21 个，一些大科学装置已成为国际科普示范基地，开展了日常科普开放功能、参与了国家及中科院的重大科普活动，如，中科院公众科学日、全国科技周、全国科普日等活动；一些形成了科学教育基地，开展了对青少年的科学教育培养，也为一些科学研学活动提供了重要的支持；在中科院科学成果年度巡展中，大科学装置也独占一角，独领风骚，以科普展品的方式传递着科学原理、科学精神；更深层次的普及，通过科学大院公众号，开放传递科学内涵；一些也驻立于国际重大展项中，如世界园艺博览会中，西南种子资源库平台内容的展出；一些建设了常年对外开放的科普展厅；编写了大科学装置成套书籍等。

      根据中科院关于大科学装置的调查中显示，大科学装置延展了科学普及功能 ，在科普功能的延展及发展上目前表现不很均衡，一些大科学装置基地已成为 “国家科普示范基地”、“全国科普教育基地”和“首批中国十大科技旅游基地”。一些在经费、人员、科普方式等科普要素上还严重匮乏。如：专职的讲解人员；科普活动所需的设备和场地；稳定的科普经费支持等。调查显示：已成为科普基地的、有固定科普实施的，表现出制度化的科普功能应用，除了承接国家固定的开放以外，也自主开展特色科普活动、科技教育等。而没有成为科普基地的大科学装置，主要承担国家的固定开放，制度设施上还没有成形。专业的科普团队和先进的科普理念、每年固定的经费支持，是大科学装置持续开发科普功能的必须要素。

三、大科学装置科普功能开发应用的未来前景

       有效挖掘大科学装置设施的科普功能是科技为民，建设创新型国家的重要组成部分，在注重科技是生产力直接服务于社会经济发展的同时，在全社会形成一种让公众了解理解科学支持科学氛围，科技成果展示和科普工作对国家战略同样是非常重要的。科技经费投入，成果产出，推动社会发展是硬实力的体现，科普则是科技发展的辐射外溢的软实力的重要体现。大科学装置在展示科学体验环境、具象表现科普手法、由浅入深生动形象传递科学知识、表达科学思想方法上有独特优势， 集中展现可使科普效应叠加倍增。

       根据问题导向，在科普功能的开放和开发中，应注重科学传播功能反刍科研工作机制的建立，在科普功能延展、内容更新，创性能力上应有相应提升对策，在科普形式及科学文化传播中形成有效的连结，对各类科学传播功能进行分类定位，提升科普能力的工作方案和标准。

包括1）建立国家重大科研专项、重大工程项目、重大基金研究项目“重大项目科普专项基金”;2）建立科研结余经费重新纳入预算开展科普工作的体制机制;3）建立科研人员与工作内容对称开展科普工作的考评体制;4）建立学术期刊定期刊登科普文章的体制机制政策;5）建立大科学装置长期开放经费补偿机制;6）大科学装置与专业科普组织、社会团体、区域经济模块共同实施资源开发、创新更新机制;7）建立科学传播组织、区域经济发展组织与国家科技计划项目合作开展大科学装置开放优化的工作的制度和机制; 8）制定各类大科学装置科学传播功能分类定位，提升科普能力的工作方案和标准; 9）在科学文化、科学精神内涵指导下,顶层设计的科普培训方案; 10）制定不同功能定位专项和综合科普工作培训方案; 11）科普专业队伍和人才的科普培训; 12）大科学装置开放优化功能，科普、文化、经济连结网络联盟共建。

参考文献

[1] 国家发展改革委、 财政部 、科学技术部、 国家自然科学基金委员会.国家重大科技基础设施管理办法.发改高技〔2014〕2545号.

[2] 习近平.关于《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》的说明. http://www.xinhuanet.com/fortune/2015-11/03/c_1117029621.htm［2017-08-26］.

[3] 白春礼.弘扬科学精神，发展科学文化。求是，2012,6.http://www.qstheory.cn/zxdk/2012/201206/201203/t20120315_145640.htm.2019-10-24

[4] 姜联合，科技期刊是科学文化传播的重要科技资源平台。中国科学院自然科学期刊编辑研究会第22次学术研讨会论文集，2012-11-16 在线出版

[5] 中国科学院重大科技基础设施网站http://lssf.cas.cn/

[6] 中国科学院科学仪器自主研制，中国科学院院刊，2018（增刊1） ,14-92

[7] 子午工程二期启动建设-怀柔科学城五个大科学装置全部开工，全国科技创新中心（公众号），2019-7-29