时代呼唤工程科学家

贾玉树

2020-05-27 10:50:22　来源：学习时报

人类正在走进一个人工自然时代。车辆、道路、桥梁等，无论工作，还是生活，都被日益增长的人工物全方位包围起来；可穿戴设备、神经芯片与基因编辑等，从内外两方面向人本身逼近。作为工程主体的人类在一项更为宏大的自组织工程中开始沦为客体。这是现代科学的产物，也只能在现代科学的进一步发展中获得圆满解决。随着工程实践在陆地、海洋、天空、太空、网络空间和人的机体等各个领域的全面推进，现代工程对现代科学的依赖性与日俱增。新概念、新原理、新创意、新设计、新材料、新能源、新设备、新方法与新工艺等，离开现代科学的优先发展和全方位支撑，现代工程已经寸步难行。形形色色的工程科学正是伴随这样一种形势逐渐明朗、自觉、完善，并成为现代科学发展的主流。
然而，同具体行业的工程科学研究相比，人们关于工程科学本身的认识相对滞后，甚至工程科学、工程技术、科学技术、技术科学、科学工程等一系列基本概念也始终没能得到应有的反思，不可避免制约和影响工程实践的健康发展。工程科学是关于可能世界中各种各样的人工物的科学，是各行各业关于形形色色人工物科学研究的统称。全面、深入、系统地理解和把握人工物的多种不同属性及其特征，不仅是工程实践的前提和基础，而且是确保工程健康不可或缺的首要环节，需要大批职业工程科学家积极主动、自觉有意识地进行开拓性研究。无论科研、教学还是学科建设等，本质上都是人的问题。一流的人才必然造就一流的学科。从这种意义上讲，必须把培养工程科学家放在未来工程实践的首位。
具体说来，应当明确这样几个重要理论问题：第一，工程科学不是传统意义上的自然科学，也不能用自然科学代替工程科学。工程科学是关于人工物的科学，自然科学是关于自然物的科学。虽然从逻辑上讲，关于自然物的认识成果可以用来制造人工物，然而，从历史上看，两者并非前后相继、自然发生的。同时，自然科学家的兴趣也不在于改造世界。尤其在现代社会，工程实践对科学认识提出越来越多的要求，现有科学知识远远无法满足，从而必然要求一种专门围绕工程展开的科学研究优先发展，这就是工程科学。同传统自然科学相比，它具有明确目的性，不是可以改造世界，而是直接服务于人类改造世界的实践。工程科学的独立既适应人类实践发展，又扩充了人类认识的边界，更重要的是排除了工程实践持续不断的需求对自然科学家无休止的干扰，让他们可以随心所欲开拓新的疆域。
第二，工程科学也不是工程技术，更不能用工程技术代替工程科学。无论工程科学同传统自然科学存在多大的区别，它仍然是科学，属于人类认识自然的范畴，只不过这里的自然换成了人工自然而已。工程技术则截然不同，它属于人类改造世界的范畴，是工程科学的产物。一方面，工程科学是工程的思想前提和理论基础，在绝大多数情况下并不直接介入工程项目，而是游离于工程实践之外，在工程实验室中独立发展。另一方面，工程科学是现代技术的思想源泉和概念基础，现代工程实践中所谓核心技术，大都源于工程科学中，例如，芯片设计、制造离不开晶体管、半导体、材料和计算机等基础科学，光刻机就更是集分子激光、精密光学等众多基础科学于一身。正是这些以人工物为特征的工程科学发展滞后，使得中国难以出现像英特尔、高通这样的由实验室成果直接驱动的高科技企业。
第三，不能用培养传统工程师或自然科学家的模式培养工程科学家。一般说来，工程知识是关于“做什么”和“怎么做”的说明，通常以设备与工艺作为核心，是工学教育的主要内容。科学知识是关于“是什么”和“为什么”的阐释，通常以概念和理论作为核心，是理学教育的主要内容。工程科学知识是把“做什么”“怎么做”同“是什么”“为什么”有机结合起来。解决这种问题的出路，应当是建立独立的工程科学大学，起码应当分别在理工农医等大学中设置相应的工程科学学院。现代化的一个重要特点就是专业化与协作。
同工程和科学相比，工程科学的发展十分尴尬。尽管已经在人类社会生活的很多领域取得重要成就，但不是以工程技术的名义依附于工程实践，就是以科学技术的名义依附于自然科学，始终没有自己的独立地位。所以以火车、飞机、轮船、桥梁等可能世界中形形色色可以想象的人工物为核心，设置一套不同于理工农医类大学的课程体系，是培养工程科学家的首要任务。按照钱学森先生早年设想，工程科学家应当懂得他所想象的人工物的设计与制造原理，理解人工物的科学基础，并熟悉人工物分析的数学方法。对于任何一种工程构想，他应当准确评估其可行性与实施途径，项目失败以后能够及时分析原因并采取相应补救措施等。工程科学家必须超越各种专业性思维的局限，取长补短，全面发展。
第四，把自组织的世界观与方法论放在工程科学家培养和教育的首要地位。传统工程大都是系统内部的组织行为，很少考虑系统外部的环境因素。现代工程必须从人工自然的高度出发，科学分析、系统规划、可持续推进。当代陆、海、空、天、电等一系列的现代工程构筑起来的人工自然，是比我们这个时代的任何一项巨型超级工程都更加浩大的人类工程。它是不同民族、不同国家等按照各自的意志共同构筑起来的一项自组织工程，世界各国的工程科学家都必须对这项人工自然工程负责。所以工程科学家不仅应当理解和把握组织行为，而且必须尽可能地理解和把握自组织行为，明确工程实践的社会后果，应当比工程师和科学家具有更为强烈的社会责任感。充分认识和把握人工自然与天然自然的辩证关系，把所有工程项目都纳入人工自然的大生态系统中，这也是生态文明发展的要求。

编辑：迟语洋

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