如何科研选题？凝练科学问题案例“海岸带环境变迁与文化文明演替”

                               
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7 }- Y. Z% V1 Q科研选题是科技工作首先需要解决的问题。国家自然科学基金委员会（以下简称自然科学基金委）高度重视科学问题凝练工作，先后实施了明确资助导向、完善面向科学前沿和国家重大需求的科学问题凝练机制等一系列改革举措。为了通过总结和宣传我国科学家凝练科学问题的成功经验，从理念和方法上给科研人员以启迪和信心，引导科技界更加自觉地探索和运用科学方法不断提升凝练科学问题的能力和水平，自然科学基金委组织开展凝练科学问题案例编写工作。
案例以科研人员发现问题、凝练方向、奋勇攀登的心路历程为主线，由自然科学基金委各科学部工作人员依据科研人员工作实践调研总结形成，并通过小同行审读、大同行评阅的方式，进一步提升科学性和可读性，形成了凝练科学问题案例共81个。以下是案例之一，供参考。
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海岸带环境变迁与文化文明演替

凝练科学问题的过程及意义
1. 科学问题的探索过程
) t2 F; v8 u1 [+ U0 N大陆架区域历来是国际海洋权益争端的敏感区。中日韩就东海大陆架划分提出了各自不同的主张。中国政府根据《联合国海洋法公约》自然延伸原则，主张我国东海的大陆架在地形地貌、地质构造和物质来源上可以自然延伸到冲绳海槽，查清大陆架早期人类活动与我国文明形成发展的关系，是争取我国最大海洋权益的有力证据。2020年12月，习近平总书记作出重要批示：“建设中国特色中国风格中国气派的考古学 更好认识源远流长博大精深的中华文明”。
* `6 O3 F+ m% R; I* U/ W; z* R我国东部沿海地区许多先进的新石器文化在内陆找不到源头，且在距今8000年前后、距今6000年前后和距今4000年前后同时发生演替，成为长期困扰考古界的难题。在此背景下，海岸带环境变迁与新石器文化演替的关系，越来越受到考古学家的重视。自末次盛冰期以来，随着海平面从约–120米上升到现今高度，海岸带的范围、位置发生了巨大变化，从山前滨海平原到大陆架边缘的沉积体系，蕴藏着丰富的人类史前活动遗存，是重建环境变迁与新石器文化演替关系不可多得的载体，为中华文明形成发展研究提供了独一无二的环境变迁证据。
对此，国家自然科学基金委员会组织了考古学、海洋地质学、生命科学、信息科学等领域专家共同研讨10余次，经中华文明起源研究驱动、多学科深度交叉融合，形成了以下两个关键科学问题：①海岸带环境变迁是如何影响中华文明演替、发展的？驱动机制如何？②海岸带早期文化是如何影响海岸带环境变化的？对中华文明和世界文明有着怎样的贡献？
  i. ?3 o7 L& f. I  j: o2. 解决本科学问题面临的困难
解决本科学问题面临的主要困难是如何重建2万年以来海岸带-大陆架环境变迁、农业起源、人类活动和文明演替的证据链。从空间上，需要揭示2万年以来海平面变化、海洋沉积物覆盖陆架的穿时性过程和阶段性海平面变化关键时段（距今1.5万年、1.2万年、8000年、6000年和4000年）的古海岸线分布，查明适合早期人类生存的地貌环境位置；从时间上，需要揭示2万年以来典型地貌单元高分辨率海进、海退历史和自然环境变化过程，从中提取人类活动的环境古DNA、土壤侵蚀等多种信息。现有的农业起源和文明起源考古学理论属于内陆绿洲-大河文明起源理论体系，主要采用传统的地层类型学分析方法，而面对广阔的海岸带-大陆架沉积区域，在文明起源探索的时间深度、空间广度上，都需要突破原有研究思路和技术方法的限制。
3. 研究本科学问题过程中的创新点
通过自然科学和社会科学的交叉融合，本项目旨在发展海岸带新石器文化研究的新范式、新理论，预期取得技术方法、科学证据两方面的创新突破。
技术创新：通过海底三维“CT”，构建古地貌沉积数字模型，实现大陆架考古调查从二维到三维的跨越；通过海底可视化智能大口径发掘采集技术、浅海-滩涂钢结构基坑技术，实现考古发掘从表层到深层的跨越；通过对环境事件、人类活动时空节点的大数据分析，实现环境-文化协同演化研究从单因素到多因素的跨越。
科学突破：通过地球物理勘探技术与考古地层学的交叉，获取海岸带-大陆架史前早期人类遗存科学证据，实现研究区域从陆地到海洋的突破；通过生命科学DNA技术与早期人类材料的交叉，获得人群迁徙和融合证据，实现研究材料从宏观到微观的突破；通过地质沉积记录与数字模拟大数据的交叉，获得气候演变和农业起源历史的证据，实现研究记录从定性到定量的突破。
2 N% P5 G( x" n9 Q4. 研究本科学问题的意义
  l6 Y2 G8 o7 @+ y- u通过对我国海岸带-大陆架不同区域、不同时间尺度的关键地质-考古记录分析和交叉研究，本项目的预期研究意义包括以下四点。
（1）发现新证据，提出新理论：扩展研究范围，实现寻找农业起源、早期文明新证据从河谷-平原到海岸带-大陆架的延伸；改变研究思路，实现从“大河文明”向“海岸带文明”的理论转变；升华研究目标，实现人类起源研究关注点从“中华文明多元一体”向“世界文明的和谐与共同繁荣”的迈进。
（2）发展新学科，构建新范式：突破传统自然驱动或人文驱动单一的研究理念，确立海岸带人地关系相互作用、协同演化研究的新思路；融合地质学、考古学、海洋科学等多学科研究技术和方法，实现传统田野考古-水下考古向海岸带-大陆架考古新体系的转变；发展大陆架考古学新学科，构建自然科学与人文社会科学交叉融合的新范式。
（3）建设中国气派考古学：改变西方主导的科技考古体系，构建我国主导的文化-文明-环境协同演化的考古学体系；改变以区域农业、文明起源为基础的西方学术体系，构建以全球农牧渔文明系统纵深演化为核心的学术体系；改变以西方文明为中心的全球话语体系，构建以人类命运共同体为核心的全球话语体系。
7 m6 w; `0 E! i( U: U0 j, F: R8 A% z（4）追溯中华文明起源，捍卫国家主权与权益：东海大陆架划界，一直是我国与相关国家之间悬而未决、争端不断的问题，事关我国的资源、经济和国防安全。建立我国陆域海域早期人类遗存区之间在年代、环境和石器文化上的关联证据链，追溯中华文明之源，为国际谈判提供无可辩驳的地理、地质和考古事实依据，捍卫国家的主权与权益。
/ y3 h; g1 J; A3 t: v. n6 D案例点评
在我国东部沿海地区发现的许多早期新石器文化到目前为止还没有在内陆找到源头。它们究竟来自何方是长期困扰考古界的难题。自末次盛冰期以来的两万年间，随着气候的变暖，海平面的上升，海岸线向陆地方向推进，留在海岸带的人类史前活动遗存逐渐被海水淹没或埋藏于沉积物之中，难以被发现。面向这一科学难题，该项目计划向海的方向寻找史前人类的“足迹”，重建两万年以来海岸带-大陆架环境变迁、农业起源、人类活动和文化文明演替的证据链。然而，要在广阔的海岸带-大陆架沉积区域，发现文化文明的遗存、确定它们的时间、限定它们的范围，都会面临严峻的挑战，难度犹如大海捞针。为此，该项目有针对性地设计出了一套完整的研究方案，逐个克服在海岸带-大陆架调查研究环境变迁与文化文明演替可能遇到的技术瓶颈。总而言之，该项目利用自然科学的思维范式和方法论，充分发挥学科交叉的优势和高新技术的作用，着力解决人文社会科学领域的重大科学问题，目标是提出新的文明演化理论，构建考古研究新范式，建设中国气派考古学。该项目的研究思路新、目标高、方案好，学科交叉融合深、范围广。希望该项目能为“建设中国特色中国风格中国气派的考古学 更好认识源远流长博大精深的中华文明”做出新贡献。
案例供稿部门：交叉科学部案例审读人：中国科学院青藏高原研究所  陈发虎
案例点评人：西北大学  张兴亮
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以上案例内容节选自《凝练科学问题案例》（科学出版社，2023）

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