瞄準基礎學科研究前沿，北大數理化生基礎學科以多項全球首創成果引領科研方向，以重大科學問題解決改寫傳統理論，以顛覆性技術開闢應用新領域，在國際學術界持續發揮重要影響力
文 |《瞭望》新聞周刊記者 唐敏 熊琳 魏夢佳
面對教育強國目標，作為中國高等教育的排頭兵，北京大學提出“2030年率先整體進入世界一流大學前列、若干學科進入世界頂尖學科行列、一批學科進入世界一流學科前列”的建設目標。
2021～2030年是北京大學新一輪“雙一流”自主建設周期。在這一週期，對標頂尖名校，北大擁有百年積澱的數理化生基礎學科力爭在2030年進入世界頂尖學科行列。
近日，《瞭望》新聞周刊記者走進北大數理化生四大學院，對話四位院長，了解中國特色、世界水平的基礎學科人才培養新動向，聆聽中國邁向世界科學中心的腳步聲。
北京大學王劍威教授（中）與博士生賈新宇（左）和翟翀昊（右）在北大實驗室測試集成光量子芯片（2025 年 2 月 18 日攝） 受訪者供圖
領軍基礎科研前沿
何為世界頂尖學科？在四位院長看來，很難通過某個單一或者複合指標來定量描述，可以從擁有頂尖的師資、培養頂尖的學生、産出頂尖的成果、在國際學術界持續發揮重要影響力等維度來觀察。
擁有頂尖師資隊伍。數學學院院長陳大岳認為，檢驗國際學術影響力的標尺是有多少人來申請教職，又有多少訪問學者來交流合作，是否能“近者悅，遠者來”。近年來，一批頂尖學者選擇加入北大數院任教，青年教師在新遴選博導中的比例顯著上升。2024年，菲爾茲獎得主、著名數學家阿圖爾·阿維拉受聘為北京大學數學研究生拔尖人才培養計劃國際顧問專家，助力高層次數學人才培養。
目前，數院教師隊伍在代數、幾何、拓撲學等核心領域形成老中青三代合理梯隊，學院為本科生配備院士、傑青等學者擔任學術導師，以活躍在前沿一線的老師指導博士生開展引領性研究，已有多名博士研究生在學業初期就取得優異的科研成績。近期，概率領域領軍學者丁劍帶領兩位博士生的研究成果在國際數學頂刊在線發表，展現了超強的科研實力。
吸引頂尖學生、頂尖青年人才。越來越多國內高校的優秀本科生選擇在北大攻讀博士學位而不是出國留學。數學學院優秀本科生留校繼續深造的比例逐年提升，近年來錄取優秀本科生專業排名處於年級前5%。
近年來，物理學院綜合成績前20名的學生中有一半以上選擇在北大繼續深造。院長肖雲峰説，這是基於對北大物理學院國際學術地位認可而做的選擇。學院一些領域相比國際頂尖大學已經形成競爭優勢，有最先進的實驗儀器設備，有一批處於研究最前沿的頂尖導師。
化學學院院長彭海琳介紹，學院在招生、空間、啟動經費、平台建設、顧問導師等方面為青年人才提供了一系列優厚政策與綠色通道，近年來涌現了一批引領化學前沿和交叉學科發展的頂尖青年人才。2025年6月25日，24小時內，化學學院馬丁、陳鵬、雷曉光三個組在國際頂刊連發三篇論文，展現了學院青年人才的科研創新活力與實力。
持續産出具有國際影響力的頂尖成果。近年來，數學學院在千禧年難題BSD猜想、朗蘭茲綱領等數學研究前沿方向取得系列重要進展，尤其北大數學“黃金一代”在國際數學界産生了顯著影響力，惲之瑋與張偉合作，通過建立連接數論與幾何的公式，為BSD猜想提供了框架性拓展。劉若川在p進霍奇理論、p進朗蘭茲綱領等領域取得突破，其工作被國際數學界稱為具有“奠基性”。近期公布的2026年國際數學家大會邀請報告人名單，14位出自北大數院，其中有2007級的王虹、孫鑫等四位，最年輕的是2010級的學生。尤其王虹，2025年2月，與團隊成功證明困擾數學界百年的經典難題“挂谷猜想”，被學術界視為2026年菲爾茲獎的熱門候選人，菲爾茲獎被譽為“數學界的諾貝爾獎”。
多項成果全球首創。例如，物理學院在國際上首次建立精細顆粒物固有振動譜測量的微腔方案，揭示出單個微生物細胞在不同生存狀態下的獨特聲學振動指紋信息；創新性發展出了一套基於高階靜電力的qPlus掃描探針技術，在國際上率先實現氫核的成像，並完成了qPlus型掃描探針顯微鏡的國産化樣機；原創性地構建了深度學習多體電子結構算法，成功開發具有自主知識産權的JaQMC、DeepSolid與DeepHall三套多體電子結構計算軟體，實現對材料、分子及凝聚態系統中量子多體態的高精度求解。
以原始創新攻克多項核心技術。化學學院聚焦人工智能化學、惰性資源活化轉化、新藥創制、新材料等關鍵領域，首創 “類AI”分子模擬架構；在鐵基費托合成中引入鹵素化合物，破解該領域高碳排放的世界難題；原創性提出了“RNA密碼拓展” 技術，構建基於RNA修飾的新型編程語言，改寫生命編程規則；創新核藥物靶向共價技術（CTR），破解傳統核藥物安全性與有效性難以兼顧的痛點；通過分子精準摻雜實現有機集成電路精準光控加工，為有機電子産業帶來革命性突破；創制高遷移率鉍基二維半導體材料體系，為我國後摩爾時代芯片新材料製造技術搶佔主動；通過烯碳材料定制化控制製備，實現其在尖端裝備等多項殺手锏級應用。
化學學院在稀土化學領域擁有深厚的研究基礎，取得了包括稀土串級萃取在內的多項重大科研成果。新時期，化學學院在原有稀土元素研究基礎上，進一步拓展至同樣具有重要學科價值和戰略意義的f族元素，包括稀土元素和放射性核素。
持續輸出引領未來的頂尖人才。北大數院培養的多位博士畢業生在海內外一流高校任教職，成長為各自領域的世界領軍青年數學家。例如，現任浙江大學數學科學學院副院長的江文帥成功解決了微分幾何領域的兩個重要猜想“曲率積分猜想”和“有限測度猜想”。現任北大數學科學學院助理教授的韋東奕在偏微分方程和隨機矩陣領域的研究，不僅推動了相關理論的發展，也為解決實際問題提供了新的視角和方法。
化學學院已培養100余名優秀博士生成長為獨立課題組學術帶頭人（PI）和研究生導師，開闢了獨立且各具特色的研究領域，成為我國化學及相關領域研究的領軍人才。畢業生中有24人榮獲斯隆研究獎，該獎項被譽為諾貝爾獎的風向標之一。
同時，越來越多化學學院的研究生畢業後到高端製造業、新能源、通訊技術、新材料、生物制藥等戰略性新興産業領軍企業就職，從事先進材料、新能源技術、理論與計算等方面的尖端研發工作，致力於突破“卡脖子”技術。
剛剛過完百歲生日的生命科學學院，百年來培養了16000多名學生，其中不乏各行各業的領軍人才，包括幾十位中國科學院院士。院長陳雪梅説，北大生命科學已經形成面向世界科學前沿的強大優勢，形成了國家級、省部級科研創新聯合體，持續展現出強勁的創新活力與學術引領力。
今年年初，北大生科鄧宏魁團隊在化學重編程技術上取得新進展，將人成體細胞誘導為多能幹細胞的時間縮短至10天，為再生醫學提供新工具。近五年來，北大生科研究生在國際頂刊發表原創性研究成果50多篇，在幹細胞治療、遺傳育種、前沿技術應用、生物多樣性與社會和諧共生等領域取得系列突破，並積極推動原始創新成果轉化與應用，服務國家重大戰略需求。
瞄準基礎學科研究前沿，北大數理化生基礎學科以多項全球首創成果引領科研方向，以重大科學問題解決改寫傳統理論，以顛覆性技術開闢應用新領域，在國際學術界持續發揮重要影響力。
創新高層次人才培養範式
基礎學科高層次人才是國家創新體系的重要支撐。在四位院長看來，大科學時代基礎學科高層次人才培養的核心在於學科交叉融合、培養範式創新。北大數理化生基礎學科聚焦國家重大需求，以原始創新引領前沿、技術突破引領發展，優化學科布局，創新推出一系列高層次人才自主培養舉措。
以交叉為導向整合資源，學用結合，培養能解決實際問題的複合型人才。
打破傳統學科邊界，在交叉領域布局新的學科增長點，培養交叉複合型人才。以化學學院為例，加強化學與材料和生命科學交叉，布局新化工和AI化學兩個新的學科增長點，增設“臨床醫學+化學”博士生聯合培養項目、“AI+化學”博士生聯合培養項目、科研博士項目等，以實質性聯合培養項目、前沿交叉課題、雙導師聯合指導培養模式帶動跨學科人才培養，以跨學科人才培養造就打通學科邊界的高水平人才。近期，化學學院開啟嘗試，由北京大學附屬醫院具有博導資格的臨床醫生與化學學院博士生導師聯合，以雙方在研合作項目申請，按專門培養方案培養“解決臨床需求”的人才。
聚焦國家重大需求，培養具備跨學科應用能力的人才，促進基礎研究向應用轉化。以物理學科為例，增設高能量密度物理、複雜與生命系統物理等專業，強化與醫學、能源、材料科學等領域的交叉融合，尤其研究生課程設置覆蓋高能量密度物理、複雜系統物理等方向，直接支撐高端芯片、新材料、國家安全等領域的技術突破。近期，物理學院研究團隊研發的可重構多功能集成光子芯片，算力密度處於國際領先水平。
以“做中學”創新人才培養模式。
物理學院將科研工作中的研究方法、技術路線、實驗手段、最新成果和跨學科知識融入教學內容，建立符合當前物理學科高層次人才培養需求的核心課程體系。創新開設“物理學前沿中的精密測量”高級實驗課程，在原有傳統的普物實驗教學模式基礎上，聚焦超高空間分辨、超快時間分辨、超高能量分辨、超靈敏電磁場探測、超靈敏聲學探測、超精密粒子探測等先進實驗技術，基於前沿研究成果設計教學內容，增加博士生對當前物理科學進展的深入理解。
通過“做中學”，物理學院研究生成為多項重大原創成果的主力軍。副院長林熙介紹，例如：建立了拓撲物態的動力學分類理論；提出“晶格傳質—界面外延”材料製備新範式並應用；發展出大規模集成的可編程光量子芯片技術並實現芯片上複雜量子糾纏製備與量子調控等。
將頂尖科研資源轉化為頂尖育人資源。在北京大學現代光學研究所，博士生積極參與到國家重大科研儀器研製項目“飛秒—納米時空分辨光學實驗系統”中，在平台的搭建、測試、驗收以及基於大平台開展的科研工作中錘煉系統、嚴謹的科學思維，探索頂尖科研的突破路徑，團隊在國際頂刊累計發表論文160余篇，培養了一批服務國家戰略需求、具有拔尖創新能力和國際視野的高水平博士生。
從“知識傳授”轉向“創新 啟發”個性化培養，強化基礎研究的底層技術體系和原始創新能力。
北大數理化生學科通過紮實開展強基計劃、數學英才班、物理學科卓越人才培養計劃等項目，遴選優秀學生；實施“3+X”本研貫通培養方案，在本科三年級結束時直接進入研究生培養階段，縮短總培養周期，通過“4+4本博直通車”等個性化培養，優化人才學術成長路徑。
以北大生命科學學院鹿鳴書院為例，作為教育部拔尖學生培養計劃2.0首批啟動的生命科學創新人才培養基地，聚焦生命科學及相關交叉學科領域，設立多專業方向教研室，依託北京大學前沿交叉學科平台，推動生命科學與腦科學、生物信息、生物醫學技術等領域的深度融合，形成“學科—知識—能力”多維交叉的新型培養體系。作為這一培養方式的進階，副院長朱健介紹，從2022級博士生開始，生命科學學院全面實施“輪轉定導、定專業”制度，博士生可根據興趣選擇導師與方向，動態調整培養路徑，強化興趣與科研方向的匹配度。學生通過輪轉制度深入了解免疫機制、基因編輯、幹細胞技術等前沿領域；接觸不同實驗室的研究方法，如分子動力學模擬、單分子定位成像等，拓展學術視野，增強跨領域創新能力。個性化培養讓有志於科研的人才脫穎而出。博士研究生參與基因組學、腦科學等前沿領域研究，多項原創性成果發表於頂級期刊。多位博士畢業生在生物醫學、生態保護等領域承擔國家重大科研任務，部分成為國家重點研發計劃項目負責人。
數學學院根據基礎數學和應用數學發展特點，採取不同培養模式。基礎數學圍繞核心數學問題，鼓勵學生自由探索；應用數學圍繞機器學習與人工智能的數學理論與方法、數據科學中的統計學基礎與方法、AI for Science等重點方向，實行科研輪轉制度，激發合作，多角度開展研究。
在世界舞&鍛造中國學派
今年以來，數學學院和國際數學中心舉辦了一系列高水平學術活動。一時間高手雲集，俊採星馳，數院智華樓的各個報告廳都排滿了會議。“有一天早上我聽了三場報告，三位報告人都是明年國際數學家大會的報告人”，陳大岳説：“身在智華樓就能感受最前沿的動態，這很有頂尖學校的氣象。”
以基礎學科為代表，北大構建起高層次人才國際化培養體系。
北大與世界近70個國家和地區的約400所大學及研究機構建立交流關係，並與80多所世界知名大學保持緊密合作，建設全球頂尖專家人才庫，培育具有全球視野的人才。加強基礎研究領域國際科技合作平台建設，通過承擔聯合科技攻關項目、組織國際學術會議等方式，不斷深化與全球頂尖大學、研究機構的實質性科技合作。
與世界頂尖高校與科研機構建立長期穩定的戰略夥伴關係，在“強強聯合”中全面提升人才培養質量與全球競爭力。例如，物理學院與歐洲核子研究中心（CERN）基於國際大型合作項目長期廣泛開展博士生的聯合培養，每年派出10余名博士生前往CERN。
以基礎學科為根基，北大正引領全球學術創新。
自2016年設立博雅博士後項目，北大吸引匯聚全球優秀人才從事博士後研究工作。在物理學院，越來越多的博士後來自海外院校，不乏普林斯頓、劍橋等頂尖高校的博士。在肖雲峰看來，這是對北大學術地位的認可與選擇，彰顯北大作為全球科研共同體核心節點的影響力，中國高等教育體系為全球科研生態提供“中國方案”。
順應世界高等教育中心轉移趨勢，北京大學基礎學科聚焦學科前沿加快引領步伐。數學學院發揮頂尖學者戰略引領作用，瞄準重大前沿問題開展自由探索；同時，聚焦模型、數據和算法結合，引領應用數學發展新方向。
物理學院充分發揮院士等戰略科學家的作用，聚焦國家重大需求，凝練攻關方向，形成粒子物理、新興量子材料、極端光學和重大應用三個重點方向，引領物理學科實力整體躍升。肖雲峰介紹説，物理學院高原寧院士帶領團隊正在高能物理實驗領域開展原創性研究，這是獨一無二的探索，一旦做出來就是世界領先。
