創(chuàng)新與通識使科研之路更深廣

沈茸茸

創(chuàng)新是國家、民族進(jìn)步發(fā)展的源泉，尤其是對于科技發(fā)展來說，創(chuàng)新更是必不可少的推動力，2014年“江蘇省十大青年科技之星”獲得者郭彤教授就是一位具有積極創(chuàng)新意識與獨(dú)到科研理念的青年科學(xué)家。

從一個(gè)建筑工程專業(yè)的普通大學(xué)生，到現(xiàn)在成為一名土木工程專業(yè)的教授和優(yōu)秀科技人才，一路走來，郭彤教授深刻體會到創(chuàng)新對于一名科研工作者的重要性，以及通識博學(xué)作為科研工作基礎(chǔ)的必要性。無論是在教學(xué)或是科研中，郭彤教授都要求自己和學(xué)生們多質(zhì)疑、多思考、多學(xué)習(xí)，唯有如此，才能保持不歇的創(chuàng)造力，并不斷進(jìn)步；才能持續(xù)拓展科研工作的深度與廣度；才能在科研工作上取得成績，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)人的理想與價(jià)值，同時(shí)為國家的科技發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

創(chuàng)新思維，必需的科研品質(zhì)

2005年，郭彤從東南大學(xué)土木工程學(xué)院博士畢業(yè)，成為了一名大學(xué)老師與科研人員，正式開始了自己的職業(yè)生涯。由于工作關(guān)系，郭彤教授經(jīng)常會去國外參加一些學(xué)術(shù)交流會議，通過參加這些會議，郭彤教授感覺到在創(chuàng)新思維方面，中國學(xué)者與西方國家的一些學(xué)者相比，仍有所欠缺。

郭彤教授清楚地記得，當(dāng)某位與會的專家在做交流報(bào)告時(shí)，在座的外國專家學(xué)者和學(xué)生聽到不解或質(zhì)疑之處會隨時(shí)提出問題，與報(bào)告人及時(shí)地交流討論，卻鮮有來自中國的專家學(xué)者和學(xué)生提問。報(bào)告結(jié)束后的提問時(shí)間，也基本都是外國的專家學(xué)者和學(xué)生提問題。這一現(xiàn)象，引起了郭彤教授的注意與思考，也使他深刻地認(rèn)識到作為一名科研人員與大學(xué)老師，培養(yǎng)自身與學(xué)生的創(chuàng)新思維是一件亟需重視并不斷堅(jiān)持的事情。

郭彤教授說，他的不少學(xué)生都存在創(chuàng)新思維不足的問題。因?yàn)閺男〉膶W(xué)習(xí)方式，中國學(xué)生逐漸養(yǎng)成了接受式的學(xué)習(xí)習(xí)慣，善于讀書考試，卻不善于主動質(zhì)疑與積極思考，但是在科研工作中，尤其是前沿的科技領(lǐng)域，往往一些已有的科學(xué)理論與看法并不一定是完全正確的，這時(shí)只有通過質(zhì)疑，發(fā)現(xiàn)問題，才能獲得突破與創(chuàng)新。一些學(xué)生總是認(rèn)為發(fā)表在權(quán)威期刊上的文章是毋庸置疑的，當(dāng)郭彤教授與他們探討科研問題時(shí)，他們經(jīng)常會局限于前人的理論和發(fā)現(xiàn)，缺乏質(zhì)疑的意識與勇氣。每遇到這種情況，郭彤教授就會告訴學(xué)生，要想在科研中取得成績，就必須具備創(chuàng)新的能力，而創(chuàng)新的原動力來自質(zhì)疑與思考，所以在學(xué)習(xí)與科研中，萬萬不可拘泥于前人的成果。已有的科研成果是在當(dāng)時(shí)的限定條件下取得的，隨著研究的不斷深入，新的科研成果會不斷對其進(jìn)行補(bǔ)充與改進(jìn)，甚至取而代之，所以郭彤教授一直要求自己與學(xué)生們時(shí)刻不忘質(zhì)疑，不忘思考，帶領(lǐng)著他的科研團(tuán)隊(duì)在創(chuàng)新的科研道路上取得了許多突出成果。

談到應(yīng)該如何培養(yǎng)創(chuàng)新思維，郭彤教授想起了錢學(xué)森說過的一句話：“正是音樂藝術(shù)里包含的詩情畫意和對人生的深刻理解，豐富了我對世界的認(rèn)識，學(xué)會藝術(shù)的廣闊的思維方法，或者說，正是因?yàn)槲沂艿搅诉@些方面的藝術(shù)熏陶，才能夠避免死心眼，避免機(jī)械唯物論，想問題能夠?qū)捯稽c(diǎn)、活一點(diǎn)。”郭彤教授對錢學(xué)森的這句話深有同感，他說，創(chuàng)新思維主要靠有意識地自我培養(yǎng)，除了敢于質(zhì)疑、勤于思考之外，多多發(fā)展有益的興趣愛好對創(chuàng)新思維的發(fā)展也大有裨益。郭彤教授也愛好藝術(shù)，尤其是對音樂與文學(xué)偏愛有加。郭彤教授喜歡彈吉他，大學(xué)時(shí)期還與幾個(gè)同學(xué)共同組建過樂隊(duì)，雖然現(xiàn)在的空閑時(shí)間越來越少，但是在忙碌的工作之余，音樂仍然是他最好的舒緩方式。另外，郭彤教授從小就對文學(xué)比較敏感，小學(xué)時(shí)期寫作文就常受到表揚(yáng)，上中學(xué)以后逐漸對理科產(chǎn)生了興趣，后來考大學(xué)時(shí)選擇了工科，但是郭彤教授對文學(xué)的愛好始終沒有改變，家中的案頭床前總是會擺著幾本自己喜歡的小說、散文。

郭彤教授說，科學(xué)需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦硇酝茖?dǎo)，而藝術(shù)需要發(fā)散性的感性想象，這可以使人的思維變得活躍，跳出自己所學(xué)的專業(yè)，換一種眼光與思維方式，也許能夠帶來意想不到的靈感與啟發(fā)，從而有效促進(jìn)科研工作的開展。

通識博學(xué)，必要的科研基礎(chǔ)

“耐久性”和“抗動力災(zāi)變性能”是土木工程結(jié)構(gòu)的兩大核心性能。近年來，郭彤教授分別以“長大跨橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估”和“建筑結(jié)構(gòu)抗震性能提升”為主要研究內(nèi)容。一般人看來，橋梁與建筑是兩種不同的學(xué)科，為什么郭彤教授會既研究橋梁又研究建筑呢？

回答這個(gè)問題時(shí)，郭彤教授首先提到了“通識教育”這個(gè)詞。通識教育是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效方法，要求學(xué)生廣泛學(xué)習(xí)不同學(xué)科領(lǐng)域的知識和研究方法，促進(jìn)不同學(xué)科知識之間的有機(jī)融合。目前的中國高等教育學(xué)科分類很細(xì)致具體，但是在歐美國家，大學(xué)里的學(xué)科分類卻比較宏觀，更加注重學(xué)科之間的交叉。郭彤教授的科研團(tuán)隊(duì)在一些科研項(xiàng)目中曾涉及到信號處理方面的問題，但是因?yàn)橄嚓P(guān)知識的儲備不足而導(dǎo)致問題難以及時(shí)解決。當(dāng)時(shí)，郭彤教授認(rèn)為信號處理不是自己的專業(yè)，不能處理很正常，后來他問了美國的同行才知道，雖然專業(yè)基本相同，但是美國的同行在大學(xué)或研究生階段卻都學(xué)習(xí)過信號處理的基本課程。從此以后，郭彤教授便開始不斷給自己充電，努力汲取各個(gè)相關(guān)學(xué)科的知識，也要求他的學(xué)生不要局限于所學(xué)專業(yè)，應(yīng)盡量拓寬知識面。土木工程是個(gè)傳統(tǒng)學(xué)科，如果想要有所創(chuàng)新，就需要與別的學(xué)科實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合，包括信息、電子以及控制理論，所以這就要求科研工作者們不僅要精通自己所學(xué)的專業(yè)，還要盡量多學(xué)習(xí)掌握其他學(xué)科的知識。

在國外，許多專家教授都是橋梁與建筑同時(shí)研究，但是在我國，目前橋梁與建筑仍是相對獨(dú)立的專業(yè)。從宏觀的角度看，橋梁與建筑的原理是相通的，只是技術(shù)運(yùn)用的對象有差異，是一個(gè)大土木的概念。郭彤教授的碩士與博士階段的研究主要集中在建筑方面，后來因?yàn)閲抑卮蠊こ痰男枰汩_始了橋梁工程方面的課題，此后就一直橋梁與建筑兼顧。郭彤教授說，我國現(xiàn)在已經(jīng)開始越來越重視學(xué)科專業(yè)的交叉與相通，開始逐漸淡化專業(yè)間的界限。比如土木工程學(xué)科里的結(jié)構(gòu)工程，起初主要研究的是靜力荷載下的響應(yīng)分析，現(xiàn)在早已涵蓋了抗震等動力學(xué)方面的研究，同時(shí)防災(zāi)減災(zāi)工程也在開始涉及橋梁的防災(zāi)減災(zāi)，學(xué)科內(nèi)各個(gè)專業(yè)的融合程度越來越高，將來的土木工程的專家教授都應(yīng)該具備能夠同時(shí)駕馭橋梁與建筑的能力。

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大橋的24小時(shí)保健醫(yī)生

郭彤教授的一項(xiàng)重要研究成果是，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功建立起融合數(shù)據(jù)采集、在線模態(tài)分析、狀態(tài)評估等功能的大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。

什么是橋梁健康監(jiān)測呢？有專家曾打了個(gè)比方，“橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的工作，就像是給一個(gè)人做24小時(shí)不間斷的全面身體檢查，目的就是時(shí)刻監(jiān)測橋梁健康，預(yù)防橋梁‘疾病的發(fā)生，變被動為主動。”

在橋梁設(shè)計(jì)建造階段，施工人員會先把監(jiān)測設(shè)備預(yù)埋在橋梁結(jié)構(gòu)中，當(dāng)橋梁建成運(yùn)營時(shí)，監(jiān)測設(shè)備就開始對橋梁進(jìn)行24小時(shí)不間斷地“看護(hù)”和數(shù)據(jù)的收集、分析。在這一套實(shí)時(shí)的、動態(tài)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，橋梁養(yǎng)護(hù)人員就可以建立一個(gè)數(shù)據(jù)分析的模型，并“診斷”出橋梁到底是哪個(gè)地方發(fā)生“病變”，哪些地方有發(fā)生“病變”的跡象。

橋梁健康監(jiān)測的最初概念是在上世紀(jì)80年代提出的。1987年，英國在總長522米的福義勒橋上布設(shè)傳感器。此后，美國、挪威、丹麥、墨西哥、日本和韓國等國家，均在其國內(nèi)發(fā)展了規(guī)模不等的數(shù)十個(gè)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)。我國在這一領(lǐng)域的起步稍晚，但進(jìn)步很快，短短十?dāng)?shù)年，我國已經(jīng)在此新興領(lǐng)域走在了世界前列。

如果你有幸走進(jìn)相關(guān)監(jiān)測中心，你會發(fā)現(xiàn)，在一間巨大的房子里，一大排“袖珍”大橋箱梁整齊地排列著，每片梁上都有電線伸出來，密密麻麻的電線集中在一起，就像在硬邦邦的水泥上“繡花”。這些箱梁都是根據(jù)真實(shí)的大橋梁按比例縮小的，每片梁上都有傳感器，以測定各種變形應(yīng)力數(shù)據(jù)，為大橋的建設(shè)和健康監(jiān)測提供基礎(chǔ)的科技支撐。大橋的“體檢”就是通過大橋上安裝的各種傳感器來完成，這些傳感器會監(jiān)測大橋的“體溫”、受力程度、臺風(fēng)地震和船舶撞擊對橋體造成的損害、橋體受腐蝕的程度等等。而這里的“橋梁醫(yī)生”，會根據(jù)傳感器收集來的數(shù)據(jù)，為“橋梁病人”進(jìn)行“心電圖”“腦電圖”“肝功能”等各項(xiàng)模擬試驗(yàn)，從而為橋梁開出詳細(xì)的處方和治療方案。