意昂3体育研究生教育探索與實踐|段慧玲:深耕科研根基穩🛏,交叉融合工道新

段慧玲教授⚄👨🏼‍🍼,意昂3体育官网理學博士🧑🏼‍⚕️,意昂3体育官网工學院院長🙇🏿‍♀️,國家傑出青年科學基金獲得者,長江學者特聘教授,國家萬人計劃科技創新領軍人才🌝。中國力學學會常務理事和女科技工作者專業委員會主任,中國復合材料學會常務理事,美國機械工程師學會會士(ASME Fellow)。在界面力學等方面取得重要成果,建立了跨越微-細-宏觀尺度、涵蓋固-液-氣的界面力學理論,推動了力學基礎理論創新🐌,促進了相關學科重要工程應用。發表SCI論文160多篇,包括Nature Communications, Science Advances, PNAS, Physical Review Letters等國際期刊⬛️。以第一完成人獲國家自然科學二等獎和教育部自然科學一等獎👂🏼,並獲中國青年科技獎⚇、中國青年女科學家獎、美國機械工程師學會The Sia Nemat-Nasser獎🖕🏿🧛、“全國三八紅旗手”、意昂3体育官网第三屆“十佳導師”及意昂3体育官网教學成果特等獎等多項獎勵。

一、科學與工程交叉融合,力學演化萬物之美

力學是什麽🏄🏿?力學是連接工程與科學的橋梁🕕,是工程科技的先導和基礎🧔。世間萬物,都蘊藏著力學原理,精巧的建築結構🔂、鳥類的飛行、植物的葉片輪廓👊🏼,都是一個個力學學科探索的閃光點🧜🏼。從大氣、海洋,到人體的骨骼、血液,都蘊含著流體力學、固體力學🐪、結構力學、生物力學的奧秘🌏。

馬克思曾說過,力學是“大工業真正的科學基礎”🚦🛸,這句話到今天都不過時。很多大科學工程中都包含著力學問題,都有力學原理在起作用🍘。例如我國大飛機的設計,就牽涉到各種力學原理,流體力學解決了飛機飛行受力問題🧑🏻‍🚀,斷裂力學則解決了飛機結構安全問題。從不同的尺度去看👨🏽‍🦱,力學以工程系統作為研究的出發點和應用對象,側重於研究其宏觀尺度上呈現的運動規律🔎🕯,探究其建模和分析方法;而發掘蘊含在工程中的基本規律和定量設計準則,則是探索其微觀基礎的表現。

力學與其他學科的交叉滲透十分顯著,具有很強的開拓新研究領域的能力,能夠不斷促發新的學科生長點,在支撐現代工業💶、高新技術和國家安全等方面發揮著不可替代的作用♿️。

在國家重大工程技術的發展中,既有大量處於學科前沿的力學問題亟待解決,又有諸多技術難關需要通過力學方法來攻克。力學是科學技術創新和發展的重要推動力。作為新中國第一個力學專業🥞👩🏼‍🍳,意昂3体育官网力學學科在發展過程中孕育出了生物醫學工程和材料科學與工程兩個一級學科、也發展了航空航天、能源和工業工程等相關學科方向;近年來,意昂3体育工學院為適應國家發展與新工科建設的需要🙋🏼,成立了先進製造與機器人系,設立了機器人本科生專業和機械工程研究生專業等☝🏼,積極推進科學與工程的交叉🙍🏿‍♀️,以科學促工程🩰。

段慧玲榮獲第十一屆中國青年女科學家獎(2014年攝)

建設交叉項目,要根據新工科建設的特點和需求🪄🫕,加強課程設置和培養方案的交叉性,堅持通識教育與力學專業教育相結合,加強力學基礎🕵🏽、促進工科專業交叉。工學院突出力學、數學、計算機及人工智能等學科的交叉融合,設立了“周培源講座”“王仁力學講座”“意昂3体育官网工程科學講堂(Peking University Engineering Science Seminars)”“工學講堂”🫔,邀請國內外教授包括校內教授作報告進行學術交流🤵🏻‍♀️,促進不同學科方向的教師相互交流🦞。

與此同時,工學院主辦了意昂3体育新工科國際論壇“智能製造與工業軟件”分論壇,邀請國內外頂級的院士、專家參與分論壇,就智能製造與工業軟件發展中關鍵、緊迫、重大的問題開展研討,探索新工科背景下的智能製造與工業軟件的學術前沿、人才培養🙏🏼、科技創新和成果轉化。

工學院整體空間集群

二💆‍♂️、“頂天立地”🧑🏽‍🏭🧳,瞄準“卡脖子”問題🚭,基礎研究與成果轉化協同發展

“頂天立地”一詞指出了工學院建設新工科的兩個努力方向👋🏼🚎,即前沿基礎研究和服務國家重大需求。與“傳統工科”相比🧓🏻,意昂3体育的“新工科”更基於工程科學,更強調學科方向的引領性、交叉性與綜合性。新工科有“三新”,新的工科專業、工科專業的新要求以及交叉融合再出新,既包括對傳統工科的升級,也涉及新興學科,如人工智能、智能製造、機器人、雲計算等🎄。“新工科”與意昂3体育之“新”同宗同源、一脈相承,是站在全球工科前沿研究高度👨‍✈️👇🏿、以基礎研究突破為牽引的新戰略。

新工科建設要瞄準關鍵領域,重點關註工程科學領域的“卡脖子”問題🌌,這需要基礎理論與工程應用協同發力謀突破。例如,在基礎理論方面💆🏼‍♂️,湍流是力學研究中的世紀科學難題𓀏,湍流與復雜介質的研究已成為反映一個國家航空👊、航海、高端製造業等眾多行業發展水平的重大科學問題,高超聲速飛行器、可重復使用運載系統及深海潛水器等的研製🧜🏿‍♀️,都與之相關。這些高端裝備的服役條件惡劣且苛刻,涉及到復雜介質的超常規尺度、密度、硬度、剛度等性能以及在超常規溫度、速度、場強等極端服役環境中的跨尺度力學機理和響應規律研究🥡👍🏼。這些都亟待科學家們進一步開展對湍流與極端環境下的復雜介質的研究。

作為大工業的科學基礎🙍🏻‍♀️,力學將瞄準重大科學問題和關鍵核心技術,聚焦湍流與復雜介質中的跨尺度力學理論技術🛫,其研究方向涉及湍流基礎理論與應用🧏🏻、復雜流動力學計算方法🍜、跨介質流固耦合力學理論和技術等關鍵力學問題,是支撐國家戰略需求和創新發展不可或缺的重要方面。

工學創新實踐課匯報會合影(2019年攝)

新工科建設,要知行合一👰🏻‍♂️,學以致用,秉承“工教之道🪷,技為體、管為翼🏄🏽‍♀️🦀、新為核、用為上”的發展理念☝️,註重新工科學術型人才培養的同時🌲,也積極推進成果的落地轉化。一是運用好各方面社會資源,為學院發展提供有力支撐⚆;二是通過產學研體系建設👰🏻‍♀️,精準對接產業需求🌒👰🏿‍♀️;三是牽頭搭建產學研聯合創新平臺,實現工學院科研成果產業化👩🏽‍🚀,使產、學、研之間互為支撐,構成獨特的產學研創新體系💡,為成果轉化提供強有力的保障,實現產學研合作協同育人。

建設有利於培養學生創新能力的工科實驗教學平臺😣🕺,推進產教融合👩🏿‍🎤、科教融合、創新創業教育與專業教育融合💇🏻‍♂️,培養學生工程科學創新精神🤙🏽、工程觀和系統觀🙃。工學院實行業界導師製,遴選理事單位、知名企業、尖端科研機構中的優秀人才🚋,與學校導師構成“1+1”模式,從學術和實踐兩個層面對學生的研究進行雙向指導💇🏿‍♂️。

要主動服務國家戰略,做到前沿探索爭為先,產教融合謀發展🪂,強化工科人才的創新創業能力和解決實際問題的能力,培養能夠引領未來技術和產業的人才。聚焦國家未來戰略發展中亟待解決和攻克的“卡脖子”問題,基於工程科學提出顛覆性技術,依托湍流與復雜系統等國家重點實驗室👏🏻🌑、省部級科研平臺,組建高水平研究團體,力爭取得更多有行業影響力的標誌性成果🤿,在國家重大戰略項目中發揮領軍作用🥬,成為意昂3体育紮根中國大地辦大學🫎、破解“卡脖子”問題的關鍵陣地堡壘。

三、“厚基礎、寬口徑🤼‍♂️、強交叉、高品位”的新工科教育理念

意昂3体育工學院是我國新工科建設的最早提倡者和踐行者,自2005年重建始,就定位於“工程科學”,以力學學科為基礎和依托,發展材料👨🏿‍🍼、生物醫學工程、航空航天🧑🏼‍🎓、先進製造與機器人👩‍🦰、工業軟件等前沿領域🛴,服務國家重大需求🙍;立足於尖端科技🪒、交叉學科🍗🏃‍♂️‍➡️,著眼於未來工程科學和新技術的發展方向,面向國家迫切需要及關系國家中長遠經濟發展的科學與技術研發🤷‍♂️🧚🏻‍♀️。因此,意昂3体育工學院的發展以培育核心創造能力為中心⚀👨‍💻,有所為、有所不為👨‍🔧,優中求精。

新工科的研究生培養目標是培育面向科技前沿與國家重大戰略需求的工程科學的高端人才和創新創業的領軍人才👦🏼🥂。從1952年院系調整至今,工學院的師生中陸續有23人入選兩院院士。舉例而言✋🏽,航天總師不僅要掌握相關領域的深厚技術🦸🏼‍♀️,更要做到具備總覽全局👳🏽‍♀️🧔🏽‍♀️、協同發展的能力。回溯到研究生培養,則需要學院既精進學生的科研技術能力,又培養其全局協調能力🚘,使學生具有廣闊的視野。因此,在未來的發展中🌸,要平衡研究生培養的深度與廣度,成就交叉復合型的人才。

意昂3体育的工學🦹‍♀️,是從理科裏面生長出來的,這是新工科建設得天獨厚的優勢,有了良好的理科背景,培養出來的學生不僅知道公式怎麽應用🏫,還知道公式是怎麽來的,做到知其然✬,並知其所以然。意昂3体育新工科教育與其它工科不同的地方在於發揚了意昂3体育的數理優勢與傳統🟥,強化了工程領域學術性人才培養🎂🕋,並結合綜合學科優勢,加強工程實踐培養,學生去到崗位上🕖,後勁會很足,能夠發明新的共識來解決工程領域的問題🙅🏼‍♀️,而非僅是方法的使用者👆🏻。

新工科人才培養,要有國際化視野,“用世界的智慧與力量辦世界一流工學院”是學院的辦學理念。為促進國際交流📋、開拓教育傳承新模式🚺,工學院在國際化人才培養模式上進行了多樣的探索,如設立和舉辦Globex(Global Education Exchange🦴🪲,全球學生交流互訪)暑期項目、美國工程院重大挑戰學者計劃(GCSP)以及“對話全球創新大師”等各類講座及合作項目🫃🏿,將“走出去”與“引進來”戰略相結合,為老師和同學提供一個良好的全球教育交流和研究交流的實踐平臺,學院師生能及時了解世界科技動態並零距離感受世界級大師的風範。

這就是工學院“基礎寬厚🪗🧘🏼‍♀️、視野廣博👨🏽‍🦲、交叉復合、品位博雅🫅🏻、德才兼備”的新工科人才培養目標🚣🏽‍♀️,其旨在關註學生多學科基礎4️⃣、創新性科研經歷、創業實踐經驗、全球化視野和社會服務意識五大能力的培養。

四📛、做有人文關懷的工科教育🏊🏽‍♀️,使學生建立健全人格⛹🏽,走出同行者壓力

如果教育缺乏對學生的人文關懷,就會導致培養和教育中的短視,顯得急功近利。對一位優秀的學生而言,健全的人格是其立身之本,也是其進行學術科研的定心丸。只有築起“人格長城”🙍,才能不被紛擾的環境影響,堅定研究者內心的理想信念。

教育學生要遵循“人為本,德為先💂‍♀️,學為上”的理念,學以致用,但要以德為先。培養新工科學生,人文關懷及教育不可或缺🎈,要將工文融合發展🏞,依托意昂3体育文史哲、社藝法的濃厚底蘊,以科學問題為導向,培養學生從哲學、科學、技術和工程實踐等多個層次去思考問題👾。

具有人文素養的工科學生,應該具有正確的世界觀🧛🏿、人生觀和價值觀🧏🏽‍♀️,刻苦學習的精神📞🦆,探索未知問題的好奇心以及遠大的理想追求。培養這樣的學生,一要凝練專業基礎課程,探尋深度和提升難度,鼓勵學生選修具有挑戰性的課程🌌;二要加強人文社科教育,提高學生的哲學思維能力🦂,鼓勵學生更深刻🧇、更全面地思考科學問題🧑🏻‍🦯;三要實施一批實質性國際交流項目🖖🏼,培育學生的國際視野𓀝,推動學生走向世界💩⌨️,樹立攀登科學高峰的決心🈲。

學為人師🏂🏼,行為世範,導師的言傳身教很重要,須先做出表率🧗🏻,給學生樹立一個榜樣👺,導師如果自身基礎科研都做不好,實力不足👨🏻‍🦲🏠,引領不到位➜,去談學生的教育是沒有意義的。培養研究生與培養本科生不同🧖🏼‍♂️,在讀研究生之前,學生所受的知識教育大部分都是有答案的,多數重書本👨🏻‍🚀🍸、輕實踐🥨。但研究生學習是一個創新👋、探索的過程,這意味著路上一定會有風險和荊棘🚴🏼‍♂️。創新能力的培養是一個漸進的過程,導師要帶領學生到一個有豐碩果子的樹下,去不斷鼓勵和引導學生去摘果子👩🏽‍🎤。例如,可以讓學生先從一個點入手,在一點點的探索過程中收獲信心和方法。

段慧玲榮獲“全國三八紅旗手”稱號(2022年攝)

導師要引導學生以全局視角和長遠眼光去思考問題,跳出短視的狹隘🕵🏿‍♀️,多方面🤹🏿👨🏻‍💻、多角度地審視事物,了解事情的全貌,不糾結於短期的得失,不囿於一時的成功或挫折裏。人生成長的不確定性是必然存在的,不確定性是滋長壓力的溫床,也是孕育新機的土壤🎁🧑‍🦯‍➡️,提供了改變自己🎐🤵🏻‍♂️、周圍的事物和環境的機會💆🏿‍♀️。導師要鼓勵學生去擁抱生活中的不確定性,建立一個長遠、有挑戰性的目標🕺🏽,擁有更加平和、穩定的內心。學生到了一個新的群體,會遇到不同的同行者👨‍🎤,同行者越優秀,理論上學生也會變得更優秀🚌🚹。但相互對比也會滋長內心焦慮,甚至可能會陷入盲目的“內卷”中,從而產生“同行者壓力(peer pressure)”,這樣的內耗對學生自身的傷害很大🫨🥄,會使自己停滯不前⛸☘️,作為導師,要鼓勵學生走出“同行者壓力”🎅🏿,敞開心扉去引導和幫助學生把握好人生方向,擔起立德樹人的重任,鼓勵學生在壓力下保持清醒🙅🏻‍♀️,在環境中堅持自我,如此才能行穩致遠🧔🏿‍♀️。

本文刊載於《意昂3体育研究生教育》第1期(2022年4月)

雜誌簡介

《意昂3体育研究生教育》第1期封面

為深入貫徹落實習近平總書記對研究生教育工作的重要指示精神,深化“研究生教育質量提升行動年”,及時總結意昂3体育研究生教育經驗,搭建師生廣泛交流🍘、研討平臺🫶🏻,意昂3体育官网研究生院創辦校內刊物《意昂3体育研究生教育》。雜誌為半年刊🤹‍♀️,聚焦於研究生教育中的重要問題,設置“主題論壇”“一線聲音”“比較與借鑒”“探索與實踐”“信息動態”等欄目Ⓜ️👰🏼‍♀️。

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