瞄准基础学科研究前沿，北大数理化生基础学科以多项全球首创成果引领科研方向，以重大科学问题解决改写传统理论，以颠覆性技术开辟应用新领域，在国际学术界持续发挥重要影响力
文 |《瞭望》新闻周刊记者 唐敏 熊琳 魏梦佳
面对教育强国目标，作为中国高等教育的排头兵，北京大学提出“2030年率先整体进入世界一流大学前列、若干学科进入世界顶尖学科行列、一批学科进入世界一流学科前列”的建设目标。
2021～2030年是北京大学新一轮“双一流”自主建设周期。在这一周期，对标顶尖名校，北大拥有百年积淀的数理化生基础学科力争在2030年进入世界顶尖学科行列。
近日，《瞭望》新闻周刊记者走进北大数理化生四大学院，对话四位院长，了解中国特色、世界水平的基础学科人才培养新动向，聆听中国迈向世界科学中心的脚步声。
北京大学王剑威教授（中）与博士生贾新宇（左）和翟翀昊（右）在北大实验室测试集成光量子芯片（2025 年 2 月 18 日摄） 受访者供图领军基础科研前沿
何为世界顶尖学科？在四位院长看来，很难通过某个单一或者复合指标来定量描述，可以从拥有顶尖的师资、培养顶尖的学生、产出顶尖的成果、在国际学术界持续发挥重要影响力等维度来观察。
拥有顶尖师资队伍。数学学院院长陈大岳认为，检验国际学术影响力的标尺是有多少人来申请教职，又有多少访问学者来交流合作，是否能“近者悦，远者来”。近年来，一批顶尖学者选择加入北大数院任教，青年教师在新遴选博导中的比例显著上升。2024年，菲尔兹奖得主、著名数学家阿图尔·阿维拉受聘为北京大学数学研究生拔尖人才培养计划国际顾问专家，助力高层次数学人才培养。
目前，数院教师队伍在代数、几何、拓扑学等核心领域形成老中青三代合理梯队，学院为本科生配备院士、杰青等学者担任学术导师，以活跃在前沿一线的老师指导博士生开展引领性研究，已有多名博士研究生在学业初期就取得优异的科研成绩。近期，概率领域领军学者丁剑带领两位博士生的研究成果在国际数学顶刊在线发表，展现了超强的科研实力。
吸引顶尖学生、顶尖青年人才。越来越多国内高校的优秀本科生选择在北大攻读博士学位而不是出国留学。数学学院优秀本科生留校继续深造的比例逐年提升，近年来录取优秀本科生专业排名处于年级前5%。
近年来，物理学院综合成绩前20名的学生中有一半以上选择在北大继续深造。院长肖云峰说，这是基于对北大物理学院国际学术地位认可而做的选择。学院一些领域相比国际顶尖大学已经形成竞争优势，有最先进的实验仪器设备，有一批处于研究最前沿的顶尖导师。
化学学院院长彭海琳介绍，学院在招生、空间、启动经费、平台建设、顾问导师等方面为青年人才提供了一系列优厚政策与绿色通道，近年来涌现了一批引领化学前沿和交叉学科发展的顶尖青年人才。2025年6月25日，24小时内，化学学院马丁、陈鹏、雷晓光三个组在国际顶刊连发三篇论文，展现了学院青年人才的科研创新活力与实力。
持续产出具有国际影响力的顶尖成果。近年来，数学学院在千禧年难题BSD猜想、朗兰兹纲领等数学研究前沿方向取得系列重要进展，尤其北大数学“黄金一代”在国际数学界产生了显著影响力，恽之玮与张伟合作，通过建立连接数论与几何的公式，为BSD猜想提供了框架性拓展。刘若川在p进霍奇理论、p进朗兰兹纲领等领域取得突破，其工作被国际数学界称为具有“奠基性”。近期公布的2026年国际数学家大会邀请报告人名单，14位出自北大数院，其中有2007级的王虹、孙鑫等四位，最年轻的是2010级的学生。尤其王虹，2025年2月，与团队成功证明困扰数学界百年的经典难题“挂谷猜想”，被学术界视为2026年菲尔兹奖的热门候选人，菲尔兹奖被誉为“数学界的诺贝尔奖”。
多项成果全球首创。例如，物理学院在国际上首次建立精细颗粒物固有振动谱测量的微腔方案，揭示出单个微生物细胞在不同生存状态下的独特声学振动指纹信息；创新性发展出了一套基于高阶静电力的qPlus扫描探针技术，在国际上率先实现氢核的成像，并完成了qPlus型扫描探针显微镜的国产化样机；原创性地构建了深度学习多体电子结构算法，成功开发具有自主知识产权的JaQMC、DeepSolid与DeepHall三套多体电子结构计算软件，实现对材料、分子及凝聚态系统中量子多体态的高精度求解。
以原始创新攻克多项核心技术。化学学院聚焦人工智能化学、惰性资源活化转化、新药创制、新材料等关键领域，首创 “类 AI”分子模拟架构；在铁基费托合成中引入卤素化合物，破解该领域高碳排放的世界难题；原创性提出了“RNA 密码拓展” 技术，构建基于 RNA 修饰的新型编程语言，改写生命编程规则；创新核药物靶向共价技术（CTR），破解传统核药物安全性与有效性难以兼顾的痛点；通过分子精准掺杂实现有机集成电路精准光控加工，为有机电子产业带来革命性突破；创制高迁移率铋基二维半导体材料体系，为我国后摩尔时代芯片新材料制造技术抢占主动；通过烯碳材料定制化控制制备，实现其在尖端装备等多项杀手锏级应用。
化学学院在稀土化学领域拥有深厚的研究基础，取得了包括稀土串级萃取在内的多项重大科研成果。新时期，化学学院在原有稀土元素研究基础上，进一步拓展至同样具有重要学科价值和战略意义的f族元素，包括稀土元素和放射性核素。
持续输出引领未来的顶尖人才。北大数院培养的多位博士毕业生在海内外一流高校任教职，成长为各自领域的世界领军青年数学家。例如，现任浙江大学数学科学学院副院长的江文帅成功解决了微分几何领域的两个重要猜想“曲率积分猜想”和“有限测度猜想”。现任北大数学科学学院助理教授的韦东奕在偏微分方程和随机矩阵领域的研究，不仅推动了相关理论的发展，也为解决实际问题提供了新的视角和方法。
化学学院已培养100余名优秀博士生成长为独立课题组学术带头人（PI）和研究生导师，开辟了独立且各具特色的研究领域，成为我国化学及相关领域研究的领军人才。毕业生中有24人荣获斯隆研究奖，该奖项被誉为诺贝尔奖的风向标之一。
同时，越来越多化学学院的研究生毕业后到高端制造业、新能源、通讯技术、新材料、生物制药等战略性新兴产业领军企业就职，从事先进材料、新能源技术、理论与计算等方面的尖端研发工作，致力于突破“卡脖子”技术。
刚刚过完百岁生日的生命科学学院，百年来培养了16000多名学生，其中不乏各行各业的领军人才，包括几十位中国科学院院士。院长陈雪梅说，北大生命科学已经形成面向世界科学前沿的强大优势，形成了国家级、省部级科研创新联合体，持续展现出强劲的创新活力与学术引领力。
今年年初，北大生科邓宏魁团队在化学重编程技术上取得新进展，将人成体细胞诱导为多能干细胞的时间缩短至10天，为再生医学提供新工具。近五年来，北大生科研究生在国际顶刊发表原创性研究成果50多篇，在干细胞治疗、遗传育种、前沿技术应用、生物多样性与社会和谐共生等领域取得系列突破，并积极推动原始创新成果转化与应用，服务国家重大战略需求。
瞄准基础学科研究前沿，北大数理化生基础学科以多项全球首创成果引领科研方向，以重大科学问题解决改写传统理论，以颠覆性技术开辟应用新领域，在国际学术界持续发挥重要影响力。
创新高层次人才培养范式
基础学科高层次人才是国家创新体系的重要支撑。在四位院长看来，大科学时代基础学科高层次人才培养的核心在于学科交叉融合、培养范式创新。北大数理化生基础学科聚焦国家重大需求，以原始创新引领前沿、技术突破引领发展，优化学科布局，创新推出一系列高层次人才自主培养举措。
以交叉为导向整合资源，学用结合，培养能解决实际问题的复合型人才。
打破传统学科边界，在交叉领域布局新的学科增长点，培养交叉复合型人才。以化学学院为例，加强化学与材料和生命科学交叉，布局新化工和AI化学两个新的学科增长点，增设“临床医学+化学”博士生联合培养项目、“AI+化学”博士生联合培养项目、科研博士项目等，以实质性联合培养项目、前沿交叉课题、双导师联合指导培养模式带动跨学科人才培养，以跨学科人才培养造就打通学科边界的高水平人才。近期，化学学院开启尝试，由北京大学附属医院具有博导资格的临床医生与化学学院博士生导师联合，以双方在研合作项目申请，按专门培养方案培养“解决临床需求”的人才。
聚焦国家重大需求，培养具备跨学科应用能力的人才，促进基础研究向应用转化。以物理学科为例，增设高能量密度物理、复杂与生命系统物理等专业，强化与医学、能源、材料科学等领域的交叉融合，尤其研究生课程设置覆盖高能量密度物理、复杂系统物理等方向，直接支撑高端芯片、新材料、国家安全等领域的技术突破。近期，物理学院研究团队研发的可重构多功能集成光子芯片，算力密度处于国际领先水平。
以“做中学”创新人才培养模式。
物理学院将科研工作中的研究方法、技术路线、实验手段、最新成果和跨学科知识融入教学内容，建立符合当前物理学科高层次人才培养需求的核心课程体系。创新开设“物理学前沿中的精密测量”高级实验课程，在原有传统的普物实验教学模式基础上，聚焦超高空间分辨、超快时间分辨、超高能量分辨、超灵敏电磁场探测、超灵敏声学探测、超精密粒子探测等先进实验技术，基于前沿研究成果设计教学内容，增加博士生对当前物理科学进展的深入理解。
通过“做中学”，物理学院研究生成为多项重大原创成果的主力军。副院长林熙介绍，例如：建立了拓扑物态的动力学分类理论；提出“晶格传质—界面外延”材料制备新范式并应用；发展出大规模集成的可编程光量子芯片技术并实现芯片上复杂量子纠缠制备与量子调控等。
将顶尖科研资源转化为顶尖育人资源。在北京大学现代光学研究所，博士生积极参与到国家重大科研仪器研制项目“飞秒—纳米时空分辨光学实验系统”中，在平台的搭建、测试、验收以及基于大平台开展的科研工作中锤炼系统、严谨的科学思维，探索顶尖科研的突破路径，团队在国际顶刊累计发表论文160余篇，培养了一批服务国家战略需求、具有拔尖创新能力和国际视野的高水平博士生。
从“知识传授”转向“创新启发”个性化培养，强化基础研究的底层技术体系和原始创新能力。
北大数理化生学科通过扎实开展强基计划、数学英才班、物理学科卓越人才培养计划等项目，遴选优秀学生；实施“3+X”本研贯通培养方案，在本科三年级结束时直接进入研究生培养阶段，缩短总培养周期，通过“4+4本博直通车”等个性化培养，优化人才学术成长路径。
以北大生命科学学院鹿鸣书院为例，作为教育部拔尖学生培养计划2.0首批启动的生命科学创新人才培养基地，聚焦生命科学及相关交叉学科领域，设立多专业方向教研室，依托北京大学前沿交叉学科平台，推动生命科学与脑科学、生物信息、生物医学技术等领域的深度融合，形成“学科—知识—能力”多维交叉的新型培养体系。作为这一培养方式的进阶，副院长朱健介绍，从2022级博士生开始，生命科学学院全面实施“轮转定导、定专业”制度，博士生可根据兴趣选择导师与方向，动态调整培养路径，强化兴趣与科研方向的匹配度。学生通过轮转制度深入了解免疫机制、基因编辑、干细胞技术等前沿领域；接触不同实验室的研究方法，如分子动力学模拟、单分子定位成像等，拓展学术视野，增强跨领域创新能力。个性化培养让有志于科研的人才脱颖而出。博士研究生参与基因组学、脑科学等前沿领域研究，多项原创性成果发表于顶级期刊。多位博士毕业生在生物医学、生态保护等领域承担国家重大科研任务，部分成为国家重点研发计划项目负责人。
数学学院根据基础数学和应用数学发展特点，采取不同培养模式。基础数学围绕核心数学问题，鼓励学生自由探索；应用数学围绕机器学习与人工智能的数学理论与方法、数据科学中的统计学基础与方法、AI for Science等重点方向，实行科研轮转制度，激发合作，多角度开展研究。
在世界舞台锻造中国学派
今年以来，数学学院和国际数学中心举办了一系列高水平学术活动。一时间高手云集，俊采星驰，数院智华楼的各个报告厅都排满了会议。“有一天早上我听了三场报告，三位报告人都是明年国际数学家大会的报告人”，陈大岳说：“身在智华楼就能感受最前沿的动态，这很有顶尖学校的气象。”
以基础学科为代表，北大构建起高层次人才国际化培养体系。
北大与世界近70个国家和地区的约400所大学及研究机构建立交流关系，并与80多所世界知名大学保持紧密合作，建设全球顶尖专家人才库，培育具有全球视野的人才。加强基础研究领域国际科技合作平台建设，通过承担联合科技攻关项目、组织国际学术会议等方式，不断深化与全球顶尖大学、研究机构的实质性科技合作。
与世界顶尖高校与科研机构建立长期稳定的战略伙伴关系，在“强强联合”中全面提升人才培养质量与全球竞争力。例如，物理学院与欧洲核子研究中心（CERN）基于国际大型合作项目长期广泛开展博士生的联合培养，每年派出10余名博士生前往CERN。
以基础学科为根基，北大正引领全球学术创新。
自2016年设立博雅博士后项目，北大吸引汇聚全球优秀人才从事博士后研究工作。在物理学院，越来越多的博士后来自海外院校，不乏普林斯顿、剑桥等顶尖高校的博士。在肖云峰看来，这是对北大学术地位的认可与选择，彰显北大作为全球科研共同体核心节点的影响力，中国高等教育体系为全球科研生态提供“中国方案”。
顺应世界高等教育中心转移趋势，北京大学基础学科聚焦学科前沿加快引领步伐。数学学院发挥顶尖学者战略引领作用，瞄准重大前沿问题开展自由探索；同时，聚焦模型、数据和算法结合，引领应用数学发展新方向。
物理学院充分发挥院士等战略科学家的作用，聚焦国家重大需求，凝练攻关方向，形成粒子物理、新兴量子材料、极端光学和重大应用三个重点方向，引领物理学科实力整体跃升。肖云峰介绍说，物理学院高原宁院士带领团队正在高能物理实验领域开展原创性研究，这是独一无二的探索，一旦做出来就是世界领先。■
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