【理论动态】天津大学肖松山：龙、复杂科学与卓越工程师培养

编者按：“新工科”建设是我国高等工程教育主动应对新一轮科技革命与产业革命的战略行动。曾就“新工科”和“卓越工程师培养”等相关议题对天津大学校长助理肖松山博士进行了深度专访。（详见：独家专访｜肖松山：建构新工科创新生态系统，培养卓越工程师）2024年1月，在“国家工程师奖”首次评选表彰之际，习近平总书记作出重要指示，对全国广大工程技术人员提出殷切希望：“坚定科技报国、为民造福理想，勇于突破关键核心技术，锻造精品工程，推动发展新质生产力，加快实现高水平科技自立自强，服务高质量发展，为以中国式现代化全面推进强国建设、民族复兴伟业作出更大贡献”，足见总书记对培养卓越工程师的高度重视。因此，在今年3月4日“促进可持续发展世界工程日”这一特殊时刻，再度携手肖松山博士，就“卓越工程师培养”这一主题展开新一轮的独家对话。肖博士从复杂科学的视角阐述了卓越工程师培养的重点问题，肖博士认为不仅需要“动手”“动脑”，更需要“动心”，要用一颗心去打动另一颗心。教育最有效的方法就是激发和引导学生，真正找到自己的激情所在、心动之所。

我心目中的卓越工程师续

记者：今年年初颁发的国家工程师奖名单中，我们看到有不少“总工程师”“总师”和“大国工匠”，还有关键技术的“发明者”、重大仪器装备的“设计师”，以及善于综合集成、迭代创新的卓越工程师团队，不少工程技术成果也堪称是“艺术杰作”，这些获奖者生动地验证了您去年在访谈中详述的五类卓越工程师的特点，展现了您对卓越工程师培养的深刻洞察。不知道您看过名单后，对于卓越工程师的培养目标是否还有新的思考或补充观点？

肖松山：爱因斯坦曾说，提出一个问题往往比解决一个问题更重要。有鉴于此，在五类卓越工程师的基础上，还特别想补充的是：善于提出或定义问题（产品）的工程师。比如乔布斯定义了智能手机的新形态，马斯克重新定义了火箭。

要培养善于提出或定义问题的能力，Critical Thinking至关重要。不少著名的大学校长和专家学者都认为Critical Thinking不仅是创新的重要源泉，更是当今教育的重要目标。但是“批判性思维”未必准确表达了Critical Thinking的内涵，请翻译者一定要多多包涵，我正是用Critical Thinking来对待它的翻译问题。

中文翻译一定要考虑中国的历史文化传统，由于中国特殊且不遥远的历史，人们常常提“批判”而色变，不仅领导会误解，学生和百姓也常常误解，更为重要的是“批判性思维”也许并没有真正反映Critical Thinking的精髓。“批判”并不是目的，甚至也不是手段。比如，针对波尔的量子力学，爱因斯坦等三位学者尖锐地指出这会导致“EPR佯谬”，Critical Thinking的结果是最终确认了“量子纠缠”现象。爱因斯坦和波尔堪称理论上的死敌，但却是一生的挚友。

有鉴于此，可与中华优秀传统文化相结合，从“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之”中汲取智慧和灵感，建议把Critical Thinking翻译成“审辨式思维”。

记者：今天（3月4日）是第四个“促进可持续发展世界工程日”，联合国教科文组织设立这一国际日既是为了彰显工程师以及工程对世界的贡献，也是期望能够推动工程解决全球发展中的重大问题。那么您觉得对于一位卓越工程师来说，在面向未来的产业发展时，或者在解决工程问题时，应该注意什么？

肖松山：卓越工程师的重要使命是造福人类、创造未来，而且必须是可持续发展的未来。OpenAI首席执行官萨姆·奥尔特曼在瑞士达沃斯举行的世界经济论坛年会上公开表示，人工智能行业正面临严峻的能源挑战。他警告说，即将到来的下一代人工智能系统将消耗前所未有的电力资源，这可能会对全球能源系统造成巨大压力。英伟达创始人黄仁勋也公开表示，“AI的尽头是光伏和储能，光想着算力，只想着计算机，至少烧掉14个地球的能源”。

当然，也有一些非常成功的案例，比如都江堰，比如中国西北沙漠地区的部分太阳能电站做到了发电、绿化、养羊一体化等。这些项目不仅取得了显著的经济效益，也兼顾甚至改善了当地的生态环境，为可持续发展做出了卓越贡献。因此作为工程师来说，在解决问题、推动产业发展的同时，要肩负起可持续发展的使命与责任。

肖松山：除了提出问题或定义问题的能力，解决复杂工程问题的能力是最为重要的。提出问题或定义问题的能力也许是中国目前最稀缺的，解决复杂工程问题的能力则是评判卓越工程师的金标准，因为我们一贯强调实践是检验真理的唯一标准。但大学只能为培养卓越工程师奠定基础，想要拥有解决复杂工程的能力，需要培养学生的复杂系统思维能力。

工程思维能力其实是一种典型的系统思维能力。提到工程，除了我们熟知的港珠澳大桥、西气东输、南水北调等工程，当面对复杂问题时，我们常常也说这是一项 “工程”，比如社会治理是一项系统工程、新时期高校教材建设是一项系统工程、党的建设新的伟大工程等等。当人们用“工程”来描述或比喻时，就是想强调这是一项非常复杂的系统工作。

时代发展也要求我们重视复杂系统思维能力。大家普遍认为，过去的三次工业革命都是以科学革命为先导，继而引发技术革命，最终导致产业革命。而现在，第四次工业革命已然来临，但很遗憾的是，我们不知道是什么科学革命引发了第四次工业革命。斯蒂芬·霍金在世纪之交明确提出：“21世纪将是‘复杂性’的世纪。”我理解霍金所说的“复杂性”是指复杂科学。复杂科学是研究复杂系统如生命、智能、宇宙等一般规律的科学。复杂科学世纪不是对智能时代和生命科学世纪的否定，而是二者的综合。

2021年诺贝尔物理学奖授予三位科学家，以表彰他们对复杂物理系统研究做出的开创性贡献。他们在看似无序的复杂系统中探寻到了秩序的存在，运用数学工具构建了物理模型，成功预判了混沌演化过程的具体结果。他们最为引人瞩目的成就是针对复杂物理系统提出了具有一定普适性的方法，并将其应用于全球气候变化等重大现实问题的研究。此次诺贝尔奖的颁发，无疑凸显了复杂系统科学研究对于人类社会发展具有强大的影响力。

近年来大模型技术的崛起，也在某种程度上证实了复杂科学时代的到来。人们对大模型背后的科学原理感到难以捉摸，无法像牛顿三定律或爱因斯坦质能方程那样，找到简洁明了的“终极公式”。相较于传统模型，大模型似乎因其“规模宏大”带来的极度复杂性，实现了从量变到质变的飞跃（本文称之为“涌现”），并展现出令人惊叹的智能潜力。这恰恰体现了“复杂性”的独特魅力所在。

国家卓越工程师做出重要贡献的四大领域：重大工程建设、重大装备制造、“卡脖子”关键核心技术攻关、重大发明创造，无一不是复杂系统。比如芯片的“卡脖子”技术不是单一的某项技术，不仅包括光刻机，还有设计软件、关键原材料等，即便是光刻机也是一个复杂系统。卓越工程师想在重大工程中有所贡献，毫无疑问需要复杂系统思维能力。大学不能直接培养卓越工程师，但是可以培养学生的复杂系统思维能力。从教育自身来讲，爱因斯坦曾说：“所谓教育，就是当⼀个⼈把在学校所学全部忘光之后剩下的东西。”而思维能力毫无疑问就是应该“剩下的东西”，尤其是在AI时代。

记者：在上次的访谈中，您在讲述系统哲学“涌现”时提到了龙的例子，我们知道龙是多种动物的综合体，您如何理解“龙”这样“组合”的概念？它与复杂科学之间又有什么样的联系？

与龙最为相似的现代工业文明成果是iPhone。当年iPhone诞生之时，有一令人难忘的商业评论：组成iPhone的所有零部件在iPhone诞生之前在市场上均找得到。而唯有乔布斯把这些零部件巧妙地组合在一起，产生了质的飞跃，设计出了划时代的伟大产品——iPhone。运用复杂思维，综合集成、迭代创新，使系统产生质的飞跃（涌现），这是工程创新的典型范式。

乔布斯曾说："Creativity is just connecting things. When you ask creative people how they did something, they feel a little guilty because they didn't really do it, they just saw something. It seemed obvious to them after a while." 

爱因斯坦也提到，“组合应该是创造性思维的重要特征”。

需要指出的是，爱因斯坦和乔布斯所说的“组合”，并不是盲目地拼凑，而是有机地整合，以创造新的价值、产生质的飞跃为重要标志，即“涌现”。 “涌现”是复杂科学的核心理念。王众托院士曾说：“20世纪最重要的术语是相对论，21世纪是涌现。”

记者：您觉得复杂科学及其涌现对于造就卓越工程师有何帮助？

肖松山：《中共中央国务院关于表彰国家卓越工程师和国家卓越工程师团队的决定》指出，“他们牢记初心使命、胸怀‘国之大者’，在重大工程建设、重大装备制造、‘卡脖子’关键核心技术攻关、重大发明创造等工作中，矢志爱国奋斗、锐意开拓创新，取得一批先进工程技术成果，不断提升国家自主创新能力，更好满足人民日益增长的美好生活需要，生动体现了工程师群体爱党报国、服务人民、敬业奉献、严谨笃实、精益求精、臻于卓越、团结协作、自立自强的崇高追求和宝贵精神。”

从中不难看出，尽管国家卓越工程师工作领域不同，但都取得了“先进工程技术成果”，实践表明，先进工程技术成果与重大原始科学发现不同，往往是相关工程科技综合集成、迭代创新的结果，甚至是产生涌现效应，使整个系统发生质的飞跃。

另外最近大家十分关注新质生产力。新质生产力是由技术革命性突破、生产要素创新性配置、产业深度转型升级而催生的当代先进生产力，它以劳动者、劳动资料、劳动对象及其优化组合的质变为基本内涵，以全要素生产率提升为核心标志。

显然，“培育壮大新质生产力是一项长期任务和系统工程”。优化组织是其重要的创新方法，使生产力产生质变是其基本内涵。而复杂科学和涌现专门研究如何使系统产生质的飞跃，产生“意外的惊喜”，这是创造新质生产力的重要理论方法。

因材施教、个性化培养

肖松山：此前接受采访时，开篇就提到，新工科不同学校应该而且可以有不同的方案。比如欧林工程学院、MIT、天大、成电、北航、华南理工等中外名校均结合本校实际制定了新的工程教育（新工科）实施方案，可以说是百花齐放、各具特色，并没有统一的放之四海而皆准的标准。国家卓越工程师虽然都取得了“先进工程技术成果”，但也各有各的卓越之处。

今年是龙年，继续说龙。龙生九子，一说为囚牛、睚眦、嘲风、蒲牢、貔貅、赑屃、狴犴、负屃、螭吻。龙生九子，因地制宜，和而不同。龙总是能结合具体功能需求、结合实际情况、结合不同文化和心理需求，幻化成不同的形象，这是典型的“实事求是”，唯盼不要叶公好龙、视龙之九子为孽种和异端，九子传承有序，是从实际出发创造性体现龙之精神的生动案例。与其相反，整齐划一、分毫不差地运用龙的形象，很可能就是教条主义和形式主义的体现。

我想这体现了因材施教、个性化培养的重要教育理念。“夫子教人，各因其材”（宋·朱熹《论语注》），因材施教是孔子最重要的教育思想之一。譬如，“仁”是《论语》中最重要的理念和概念之一，按现代教育理念，应该有唯一确定的“定义”。但不同的学生问什么是“仁”，孔子总会根据学生的特点给出不同的解答。樊迟问仁，子曰：“仁者先难而后获，可谓仁矣。”子贡曰：“如有博施于民而能济众，何如？可谓仁乎？”子曰：“…夫仁者，己欲立而立人；己欲达而达人。…”颜渊问仁，子曰：“克己复礼为仁。…”

在近现代教育里，虽然也强调因材施教，但是受制于客观条件，我们可以给予学生不同的培养平台，却无法真正做到对每个学生“各因其材”。随着科技的不断发展，特别是互联网、大数据、人工智能等新兴技术使教育教学有了更多的想象空间。我们的梦想是坚持“以人为本”，参考个人禀赋、学习记录和社会需要等辅助学生选专业、并为每个学生制定“个人专属”培养方案；学生不仅可以选专业，甚至可以选课程、选老师、选学习进度（如斯坦福大学提出的“开环”大学）；在学习的过程中，利用人工智能和大数据技术等，为不同的学生提供针对性的分析和“精准”指导，“一对一”进行答疑解惑。总之要根据学生的个人实际情况提供个性化的教育。

李培根院士在《工程教育需要从“知识导向”到“问题导向”的转型》一文中也指出：单一的目标导向思维会阻碍创造力和创新，那么“问题导向”难道没有问题？这里的区别在于，“目标导向”总是存在收敛倾向，使人专注于目标而忽略了对新奇踏脚石的搜寻；而“问题导向”却是发散的，不断滋生新的问题，而其中某些问题便可能是通往宝藏地的新奇踏脚石。