為解決國家“卡脖子”科技問題努力

李玲

周一清晨，中國科學院大學（簡稱“國科大”）校園幽靜如常，倏然聞得幾聲鳥鳴，格外清脆響亮。

林曉風塵仆仆從位于北京中關村的中科院物理所趕來，從國科大禮堂前大片青草地旁走過，快步進入辦公樓，打開電腦，開始認真翻看PPT課件。

手邊一杯剛剛沖泡好的咖啡，香氣彌散整個房間。“在國外那么多年沒有喝咖啡的習慣，反倒回國喝了起來”，作為國科大物理科學學院教授、博士生導師，科研處處長，林曉同時承擔教學、科研、管理工作，“每天事情多，必須得喝點兒提提神”！

培養學生主動思考、大膽質疑、尋根究底

英國科學家、小說家斯諾說過：“人文知識分子不懂熱力學第二定律，就好像科學家未讀過莎士比亞一樣令人遺憾。”

“熱學”是林曉為本科生講授的一門課程。為了把熱學課講好，他給自己提了一個要求：不因循守舊，要創新教學，既保持其科學性、邏輯性，又讓學生易于理解、易于接受。

平日里，林曉勤于研讀國際、國內主流熱學教材及相關書籍，摒棄陳舊過時的內容，選用新穎的、聯系實際的材料，在課程框架結構、前后順序等方面進行有的放矢調整，形成500多頁PPT課件。

林曉的熱學課在每周一、三下午，每堂課前，他都會在當天上午進行備課。雖然講過相同的知識點，可以按照PPT課件直接講，但他仍然堅持每次修改至少五分之一的內容，“一定要加一點新東西，好像有點強迫癥了”。

這些“新東西”包括知識點相關新聞、前沿報道，或是生活中的一些應用等。“不希望在課上給學生枯燥無味的感覺，還是要活潑一點”。

熱傳導、熱對流和熱輻射，是人們熟知的熱傳遞三種方式。在2019年底，一項新的研究通過實驗首次觀測到第四種傳遞方式——真空聲子熱傳遞。林曉將它加到課件里，但并沒有奉之為圭臬，“科學發現完全有可能在幾年之后被證明是錯的”。他鼓勵學生們用“存疑”目光去看待科學新發現。

有一些科學最新進展，比如，負泊松比材料特性是什么？如何設計超疏水或超雙疏表面？甚至于熱牛奶是不是比涼牛奶先結冰？林曉在課堂上簡要介紹這些課題，并進一步提供儀器設備供學生設計、進行實驗，培養他們主動思考、大膽質疑、尋根究底的能力與素質。

講了幾年熱學課，林曉對于學生哪些知識點不太清晰、哪些知識點掌握得不好很清楚，他把同學們在課下經常會問到、容易出問題的知識點凝練出來，加到課堂講義當中多角度地講解，讓學生學習并鞏固。

熱學是物理專業學生基礎課，也為廣大學生學習其他專業課程提供支持和幫助。比如熱學中的“熵”，雖然抽象晦澀，但在化學、材料、生命、信息甚至于社會科學中都有所應用。

“楊振寧先生曾說過滲透法學習的好處，一是可吸收更多知識，二是對整個動態有所掌握”。在熱學教學中，林曉努力引導學生進行滲透式學習。

國科大本科教育是“三段式”培養體制，既讓學生打下深厚的數理基礎功底，又可以按自己興趣愛好自由選擇、轉換專業、挑選導師。約60人的小班制，有不同專業背景和興趣愛好的學生，例如2019-2020學年林曉所教授的班上，就有數學、物理、化學、天文、生物、材料、計算機等10個專業的學生。

授課中，林曉會從不同專業角度進行思考、分析和認知，有意適當擴展知識點，如化學勢、反應焓、信息熵、耗散結構、奧斯瓦爾德熟化等，并指出熱學和其他學科聯系之處，鼓勵學生課后進一步拓深。“這樣不僅讓其他專業的學生很好地學習了熱學，也讓物理專業的學生初步了解其他學科知識，拓展知識面，寬口徑地為將來科研工作做準備”。

“教學有法，教無定法，貴在得法”，林曉認為，教學最核心因素是學生。他喜歡跟年輕學生在一起，了解他們的學習、思想，充分調研學生的數學物理基礎情況、學習能力以及他們的興趣愛好。通過創新教學實踐、因材施教，引導學生多讀書、深思考、善提問、勤實踐。

為了便于隨時和學生溝通，林曉特地申請QQ號，和同學們組建一個 QQ群，在課外通過線上群進行交流，轉發相關文章或前沿科研文獻，供學生選讀，還會通過群投票等功能，了解學生理解消化的能力和情況。

課間休息時，同學們簇擁過來問問題，林曉發現，一些同學較為靦腆，不善于發問與交流。一次，有位同學問他問題，卻被一旁熱心的同學搶先回答：“你怎么這么笨，應該是這樣的……”提問的同學一臉尷尬。

之后，林曉在QQ群開啟“匿名功能”，同學們可以在群里隨時匿名提問，他會針對每一個問題做解答。有時林曉在開會或有其他事忙碌，也會有熱心的、同樣是匿名的“好學生”及時幫助林老師解答。這個辦法讓學生不必擔心問題“太幼稚”而被嘲笑，有效保護了一部分學生的自尊心，提高了同學們學習和討論的積極性。

林曉講授的熱學課被評為“明星課堂”，入選首批中國科學院大學“本科榮譽課程”，獲中國科學院教育教學成果二等獎。他的課廣受學生好評，歷年課程評估一直名列前茅，2019年課程評估，獲得99.8分。

他的學生說，“林曉老師上課活力十足，對課本內容的再排版有助于同學們理解，課程內容多有擴充，十分豐富，培養了同學們的物理視野”。“熱學這門課數學方法和物理思維做到了緊密結合”。

有學生在課程結束后發來郵件：“我想在這里表達對您的感謝之情，覺得您的熱學課程教授得特別特別好。您把熱學里面與《熱力學與統計物理》有關的比較簡單的內容，都用深入淺出的語言教授給了我們，雖然很多東西都是考慮的最簡單的情況，但依然給了我很大的啟發。……目前初步打算，把姆潘巴現象作為我的畢業設計來做。”

把青年科研人員推到正循環道路上

中國科學院大學既是科學研究和學術交流的頂尖平臺，又是培養國家未來人才的高等教育院校。2013年底回國之后，林曉一面帶學生上課，教書育人；一面帶團隊做實驗，發表科研成果。他稱自己做著最喜歡的事情，很享受這樣的生活狀態和工作節奏。

2016年，國科大原科研處處長由于個人原因離職，科研處負責人位置空缺，同事們都勸他去試試，但林曉在大學教授的身份中自得其樂，自身意愿并不強烈，“一面有自己的科研團隊，有挺好的科研儀器和條件，平時和學生一起討論、分析試驗結果、發表文章，也可以保持較好的對外學術交流；另一方面，這里也不是純粹的科研機構，作為一名老師，能夠有一個課堂，給學生們講授知識，和年輕人互動交流，這種感覺很不錯”。

科研處副處長李金柱畢業于物理所，對林曉的“事跡”早有耳聞，“他不僅科研出眾，各方面能力都很突出”。李金柱跑去勸說，“你現在40歲還不到，也獲得了‘優青稱號，科研上有國家基金項目支持，現在有更多時間和精力，應該去嘗試一些新東西，為學校發展做一些貢獻”，“科研處并不是一個權力部門，而是一個服務部門，是一個職責，你現在應該為學校多做點事情”。

在同事們勸說下，林曉參加了學校的公開競聘，2016年底擔任科研處負責人。承擔行政管理工作后，教學加科研的“自在”生活不復存在，加班加點成了常態，為了節省時間和工作便利，林曉把家搬到實驗室附近，“走路只需七分鐘”。

新工作雖然又勞累又“不自在”，但他也漸漸感覺到，“在這個工作位置上，可以將一些好的做法去貫徹”。

他經過調研發現，年輕教師入職后，雖然有些啟動經費，但一般很快就用完，需要對外爭取經費，如果運氣不太好，則面臨沒有經費來源、一年“顆粒無收”的壓力，導致大量時間和精力用在寫材料、爭取經費，真正用于做研究的時間很少。

“如果能給年輕教師多一些經費支持，讓他們有更多時間做科研，做出成果，得到學術界和社會認可，就可以再爭取承擔更大、更重的任務，做更深入的研究，有更重要的發現和突破，獲得更好成果，進入一個良性循環。倘若一開始就面臨沒有經費——做不出成果——得不到認可——更沒有經費的惡性循環，那么科研生涯可能就迅速下滑了，這樣很危險”。當年，林曉到德國弗里茨·哈伯研究所等研究機構，也正是洪堡基金會的項目支持給予他生活及科研幫助，讓他在科研道路上不斷前進。“在這些年輕人最開始的階段一定要幫一把，扶上馬，送一程，把他們推到正循環道路上，之后就可以靠他們自身的能力去發展了”。

林曉向學校提出建議，希望從學校總體經費中劃撥一部分用來扶持青年教師做科研，并提出“科研能力提升計劃”，支持具有良好發展潛力的青年教師，培養相關學科領域學術帶頭人，得到校領導充分理解和大力支持。經過兩年多施行，這一計劃已經支持許多年輕教師迅速成長。

林曉時常到學校老師當中了解情況，一些行政管理人員反映：想去調研學習，但日常工作繁忙，沒有時間……林曉聽出了潛臺詞：沒有經費。

以前項目大多數是面向科研人員，從2018年起，科研處做了一個嘗試——增設面向管理人員的能力提升項目。面向學校服務于科研教學的管理崗位人員，包括財務、人事、學工、教務、總務、后勤等，設立項目經費，鼓勵和支持管理人員進行相關研究工作。比如去研究所、其他高校、甚至去海外高校廣泛調研，購買相關書籍等方式進行自我學習，通過調查研究提出有利于部門工作和學校發展的措施。

“如果你是一名行政部門職員，處長給你安排一些工作，你會習慣性地按部就班完成領導交辦的每一件事情，還是會思考這么做是不是最合適，怎么做才是最優？”

通過項目申報形式鼓勵管理人員思考：工作應該怎么干？學校哪些方面需要提高？應該如何提高？如何把日常“吐槽”變成一套行之有效的辦法？

“如此一來，工作并不是簡單地完成一項任務，而是發自內心想要去做這項工作，這在工作效率、創造性和完成度上是完全不一樣的”。國科大醫學中心副主任秦曉飛對這個項目贊賞有加，“管理人員能力提升項目通過個人申報，每年選拔20到30人給予調研等經費支持，充分調動了管理行政人員的主觀能動性和工作熱情”。

有關部委提出反對“四唯”，即人才評價制度不能唯論文、唯職稱、唯學歷、唯獎項后，國科大科研處在科研評價體系方面積極做相應嘗試。國家科技部、國家自然科學基金委和中科院根據國家戰略需求安排科學研究項目，國科大圍繞科技部重點研發項目、基金委項目、中科院先導項目等進行布局，組織科研團隊申請并積極跟進，為國家戰略需求服務，把一直以來以SCI論文為核心的評價體系，往解決國家卡脖子問題的方向引導，效果較為明顯。

比如通過“科教融合”，鼓勵教師到相關研究所的實驗室開展科研工作；與懷柔科學城在空間、產業、生態等方面資源優勢結合，推動學校參與多個國家重大科技基礎設施和交叉研究平臺建設。學校承接中宣部“馬克思主義理論研究和建設工程”重大課題；發射我國首顆空間引力波探測技術實驗衛星“太極一號”，并順利完成在軌測試任務；牽頭成立拓撲量子計算卓越創新中心和生物互作卓越創新中心等。

國科大作為中國科學院“率先建成國家創新人才高地”任務的重要承擔者，以“科教融合、育人為本、協同創新、服務國家”為辦學理念，是完成“出成果、出人才、出思想”戰略使命的重要依托，與中國科學院直屬研究機構在管理體制、師資隊伍、培養體系、科研工作等方面高度融合。

“基于此優勢，國科大可以更好對接國家重大任務”，林曉介紹。比如，國科大成立拓撲量子計算卓越創新中心。拓撲量子計算是交叉學科，牽涉很多領域，包括物理、材料、半導體、信息等，如果放在某一個研究所，學科相對單一，不利于協調其他力量參與。國科大學科門類齊全，由它牽頭，可以聯系中科院物理所、半導體所、理論物理所、計算所等。同時國科大作為高校，聯絡北京大學、浙江大學和上海交通大學等，這樣一來，拓撲量子計算卓越創新中心依托國科大、多個中科院研究所以及高校共同參與，共同推動量子計算的發展。

為解決國家“卡脖子”科技問題努力

“物理可以很大，大到研究地球、太陽系、銀河系、宇宙，比如宇宙是不是從大爆炸開始的？黑洞是什么？這是天文學。物理也可以很小，物體可以分解成一個個分子，再到原子，到原子核、電子，是不是無限可分？什么是夸克？這是粒子物理學。認識構成物質世界的‘基本單元也是人類孜孜以求的夢想。而我們既不是研究浩瀚的宇宙，也不是研究非常微小的一個個‘基本粒子，我們研究‘一堆原子在一起的凝聚態……”

林曉會用通俗易懂的語言向女兒解說他研究的“凝聚態物理”。正在讀小學的女兒開始接觸到一些物理常識，比如磁性、液晶、結冰、摩擦等等，“這些都屬于凝聚態物理研究的范圍”。

物理學是一門非常有趣又有用的自然科學，研究內容十分廣泛，凝聚態物理是物理學中最大分支。林曉說，關注“身邊的物理”，留心觀察，勤于思考，就會有所收獲。比如，為什么有的物體導電？如何控制半導體材料的導電性？超導的起源是什么？小孩子玩的磁鐵，磁性從哪來？以及現在人們都在討論的芯片，從根本上說，是物理中的能帶理論決定的……

現在，除了每周“雷打不動”的備課和上課時間，白天幾乎被行政工作占滿，晚上則成了林曉難得的科研時間。一天繁忙工作之后，重新抖擻精神，穿上“白大褂”，走進放置先進、尖端儀器設備的實驗室，指導學生，開始科學實驗，處理實驗數據，分析實驗結果……專注徜徉在科學海洋的夜晚，是他一天最自由的時刻。

在林曉看來，科學研究不僅僅是工作，更是具有重要職責和使命感的一項事業，它關乎未來，關乎國家，也關乎人類，林曉為之充滿熱情。

“科學技術是第一生產力，它可以帶來社會經濟、政治、文化和思維等一切領域的深刻變革，改變歷史發展進程，推動人類社會進步，加速共產主義實現。”林曉認為，個人的發展和國家的未來以及社會的發展是并存的，“脫離國家和社會，個人變得再好，也是沒有根的，從中華民族傳統道德到科學技術的發展，再到共產主義理想，都是貫通的”。

林曉鼓勵同學們追求科學夢想、獻身科學事業，立志做科學報國的未來科技領軍人才。他教授的學生畢業后，大部分都留在國內的科研院所繼續深造，為中國特色社會主義事業奮斗。

從電磁學中為人所周知的法拉第“一個新生嬰兒有什么用處”，到熱學中為人所熟知的“瓦特的燒水壺”，林曉說，科學其實并不是少數人憑空想象產生的，是生產力發展到一定階段，對技術提出要求，進而提出科學問題，推動了對科學的探索。這個過程往往要經歷無數次失敗，有時候一步之差，就可能與重大科研成果擦肩而過。

林曉曾在博士階段的實驗中發現一個現象：當把一個氧化鋅納米線壓彎時，它的電阻變大，也就是說，可以通過調節壓力來調節氧化鋅納米線的電導特性。在找了相關理論指導后，林曉將它作為一個發現，并佐以可能的解釋發表了。一年之后，王中林院士課題組就此現象提出一個新的概念“壓電電子學”，如今，壓電電子學已經發展成為一個龐大的領域。

很多時候，科學研究就是這樣，雖有遺憾，但正是人類科學一次次實驗的失敗，才最終獲得成果。在實驗驗證時，林曉經常遇到需要不斷改變實驗條件的情況，如降低實驗溫度，如把金的納米顆粒中的金原子從20個減為18個……在實際實驗操作中，這都非常困難，往往需要數月時間，科研人員要有足夠耐心克服困難，才能堅持到底。

林曉的科研工作主要集中于二維原子晶體的電子學特性及其在信息技術方面的應用，為解決國家的“卡脖子”科技問題而努力。他深刻理解“創新是指對自然或理論提出的新見解，而不是對已有研究結論的再次論證”。

在二維原子晶體的研究中，傳統辦法是尋找層狀結構塊體對應的二維單層材料，但林曉不被已有框架局限，和學生一起大膽創新、嘗試，最終制備出沒有對應層狀塊體的二維單層硒化銅材料，這種硒化銅材料具有天然的圖案化特性，在電子器件以及化學催化等方面極具應用前景。此外，還制備出二碲化鈀、砷化銀等多種具有新奇拓撲物性的二維原子晶體。他在國際重要學術刊物上發表論文70余篇，分別在2016年和2019年獲得國家自然科學基金優秀青年科學基金項目以及國家杰出青年科學基金項目支持。

根據國家需要，林曉近年開始“量子計算”相關的掃描隧道顯微學及輸運測量研究，作為中科院拓撲量子計算卓越創新中心重要成員，他承擔數項國家量子調控與量子信息重大科研任務。與此同時，他是國家重點研發計劃項目的課題負責人，中國科學院戰略性先導科技專項的課題負責人。

選擇物理，選擇更廣闊的人生

林曉的父親是復旦大學物理系畢業的高材生，但并沒有從事物理學研究，而是自學，當了一名醫生，在安徽安慶一個農場的醫院工作。林曉就出生在這里。兒時印象中，父親白天在門診部坐診，晚上下班后，時常有農場的干部或工人著急忙慌跑到家里，請父親去為病人看病。父親匆匆出門趕往病人家去的背影，深深印在他的記憶里。

學物理的父親并沒有跟林曉談論太多關于物理的事情，林曉對物理的興趣反倒是上了中學，學習物理課之后產生的。

第一次期中考試，林曉物理成績第一，分數比同學高出一大截。“當有一門課程，你發現學起來感覺挺舒服的時候，就會覺得比做其他事情更有意思”。

高考填報志愿時，他選擇了和父親相同的專業——物理。他自己也無法說清是父親潛移默化的影響，還是源于父子間一種天然的默契。

林曉從北京理工大學物理系畢業后，考取中國科學院研究生院/物理研究所的碩博連讀。2006年博士畢業時，歐美國家在物理學研究領域比中國發達不少，想要繼續搞科學研究，出國留學是最理想、最普遍的選擇，林曉和大部分將要畢業的同學一樣，也開始尋找國外的博士后研究所。

他選擇了德國馬克斯·普朗克科學促進學會（馬普學會）弗里茨·哈伯研究所。馬普學會前身是成立于1911年的威廉皇家學會，是為了適應德國工業和科學技術發展需求成立的專門研究機構，德國最大的科研組織，為德國科研事業做出巨大貢獻。

林曉看中了弗里茨·哈伯研究所的化學物理課題組，“我會選擇與博士研究方向有些關聯，但又不只是在一條非常窄的路上發展的方向”。科研之路上，林曉并沒有把研究的領域不斷縮窄，他會去關注自己“車道”旁邊的“車道”，適度地擴展科研能力和興趣愛好。

在德國弗里茨·哈伯研究所三年半之后，林曉選擇去了美國太平洋西北國家實驗室。

巍峨的喀斯喀卡山脈縱貫華盛頓州，把全州分成東西兩部分。西部西雅圖等城市由于太平洋的暖濕氣流被山脈阻擋，常年雨量充沛，東部由于高山作用而有大片沙漠區，美國太平洋西北國家實驗室就坐落在這里。由于這里氣溫高、雨水少，多年前幾乎無人居住，在當年美國“曼哈頓計劃”中被當做核廢料處理的理想之地，隨之發展為國家實驗室，研究工作重點也擴展到和環境問題相關的化學物理研究。

林曉在這里主要做氧化物研究，研究金屬氧化物和二氧化碳溫室氣體以及一氧化碳燃料氣體之間相互作用，努力在自然環境保護和能源循環利用等領域，從化學及材料層面做一些探索性研究。在這里，美國能源部的科研項目，頂尖的儀器設備，為他的工作提供良好的科研環境。

從2006年夏天到2013年秋天，整整七年國外的科研探索，林曉受益良多。他并沒有止步于實驗室埋頭搞科研，而是將觸角伸到國內外不斷快速變化的科技發展中。他發現隨著中國國力不斷強大，中國對基礎科學研究的投入、國內的科研氛圍、科研平臺已與國外相差無幾。終于等到了回國的那一刻，2013年，他選擇回歸母校——中國科學院大學。

中國科學院大學前身是中國科學院創辦的中國科學院研究生院。中國科學院成立于1949年，伴隨著新中國誕生，服務于國家戰略需求和經濟社會發展，圍繞現代化建設需要開展科學研究。

建國初期，中國科學院劃撥很多科學研究人員參加“兩彈一星”研制任務，占全院科研人員2/3，“這是為了中華民族能夠屹立于世界之林”。還有另外一批科研人員圍繞經濟社會發展做研究。比如，中科院當時組建水生生物研究所，研究魚的繁殖和生長。我們現在也許會好奇，研究魚是干什么用呢？當時有一個大背景是老百姓沒有肉吃，能把肚子填飽就不錯了，中國人民的飲食結構不合理。在這種情況下，怎么能夠攝取更多的蛋白質，怎么能夠提高人民的健康水平？水生生物研究所研究家魚遺傳育種和養殖技術，用魚提供給人們動物性食用蛋白。“作為一個國立機構，中科院承擔了許多這樣關系國計民生的研究項目。隨著經濟發展，我們可以去做更多的基礎研究。所以說科學院從建院開始，就承擔了很多從國防到國家經濟發展和民生的使命”。

從德國馬普學會弗里茨·哈伯研究所到美國太平洋西北國家實驗室，再到回歸中國科學院，林曉并不希望在某一狹窄的研究方向上“兩耳不聞窗外事”，而是主動拓寬研究道路以汲取更多養分。他不僅關注科研本身，更有一種家國情懷，時刻在思考和研究國家經濟建設、社會發展、國家安全和科技進步等，曾被評為中國科學院優秀共產黨員、北京高校優秀共產黨員。他總能以更加廣闊的思維與視角做出人生每一步重要選擇，教書育人如此，科研管理如此，科學研究亦如此。