闕仁波

摘要：

對(duì)錢學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想提出的歷史背景作了嘗試性的反演，以經(jīng)驗(yàn)技術(shù)與科學(xué)技術(shù)之間的差異作為切入點(diǎn)來(lái)引入和介紹錢學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想。以該思想為理念的人才培養(yǎng)模式對(duì)力學(xué)教學(xué)富有啟迪性，文中結(jié)合具體案例作了深入的闡釋。

關(guān)鍵詞：錢學(xué)森;技術(shù)科學(xué);人才培養(yǎng)模式;力學(xué)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G640;TU-4? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ?文章編號(hào)：1005-2909（2021）04-0016-08

力學(xué)與數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)、地理學(xué)和生物學(xué)并列為七大基礎(chǔ)學(xué)科，作為“最基本的自然科學(xué)（恩格斯語(yǔ)）”和“大工業(yè)的真正科學(xué)的基礎(chǔ)（馬克思語(yǔ)）”，曾為各學(xué)科提供了最具影響力的理論基礎(chǔ)和研究范式，亦是工業(yè)革命的杠桿。特別地，1910—1960年的50年間，由于助力突破了聲障和熱障等層層障礙而對(duì)航空航天技術(shù)作出了杰出的貢獻(xiàn)，力學(xué)成為技術(shù)科學(xué)與工程技術(shù)相互作用的典范[1]。然而， 20世紀(jì)60年代以后，“力學(xué)的黃金時(shí)代”亦隨之而去，計(jì)算力學(xué)的成熟和計(jì)算軟件的普及更加劇了該趨勢(shì)。中美不少高校原來(lái)獨(dú)立的力學(xué)系被拆并到其他理工院系[1-4]，而力學(xué)課亦退化為理工科基礎(chǔ)課的一部分。該現(xiàn)象，一方面顯示了成熟學(xué)科因更具基礎(chǔ)性而融入其他學(xué)科，另一方面，邊緣化亦顯示了對(duì)力學(xué)的重要性認(rèn)識(shí)不足和重視不足。學(xué)時(shí)的壓縮，加之力學(xué)課程的難度相對(duì)較大，不少學(xué)生畏而生厭，給力學(xué)教學(xué)帶來(lái)一定的難度。

鑒于上述情形，通過(guò)解讀錢學(xué)森多年前提出的技術(shù)科學(xué)思想[5-8]，探討力學(xué)的學(xué)科定位、研究方法和教學(xué)模式，并結(jié)合實(shí)際作一些思考，提出建議，以期達(dá)到拋磚引玉之效果①。

一、 錢學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想的歷史溯源

科學(xué)哲學(xué)家漢森曾說(shuō)：“觀察滲透著理論?！睘榇?，先將鏡頭拉遠(yuǎn)，試著從科技史的大背景反演錢學(xué)森提出技術(shù)科學(xué)思想的歷史緣起，然后再聚焦該思想，以期從歷史中得到更多的借鑒。

（一） 經(jīng)驗(yàn)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)

愛(ài)因斯坦于1953年說(shuō)，西方的發(fā)展是以兩個(gè)偉大的成就為基礎(chǔ)的，即，希臘哲學(xué)家發(fā)明的形式邏輯體系（在歐幾里得幾何學(xué)中）和（在文藝復(fù)興時(shí)期）通過(guò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)找出因果關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方法[9]。

在古希臘，學(xué)者傳統(tǒng)和工匠傳統(tǒng)是涇渭分明的。

學(xué)者研究是為了滿足好奇心，而非發(fā)展生產(chǎn)力的手段。亞里士多德指出，希臘學(xué)術(shù)有兩個(gè)重要特征：1）出自“驚訝”，純粹為“求知”;2）以“閑暇”為條件[10]。羅素說(shuō)，希臘人追求抽象邏輯世界之美和真理沉思至上的內(nèi)在價(jià)值[11]。此時(shí)的科學(xué)和技術(shù)亦是涇渭分明的，科學(xué)只認(rèn)識(shí)自然，技術(shù)只改造和利用自然，技術(shù)不以科學(xué)為基礎(chǔ)。在古希臘時(shí)期，畢達(dá)哥拉斯學(xué)派建立了數(shù)學(xué)理性，亞里士多德開創(chuàng)了邏輯理性，阿基米德開創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)理性，古希臘社會(huì)形成了自由研究的文化氛圍[12]，為近代科學(xué)的發(fā)生和發(fā)展奠定了文化基礎(chǔ)。

相比古希臘人的科學(xué)理性，羅馬帝國(guó)時(shí)期的羅馬人則追求實(shí)用理性，他們?cè)谲娛鹿こ毯统鞘薪ㄔO(shè)等技術(shù)方面頗有成就，但在科學(xué)方面建樹不多，他們的技術(shù)，亦只是經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，不以科學(xué)為基礎(chǔ)[10]。

歐洲的文藝復(fù)興是對(duì)古希臘民主和科學(xué)的復(fù)興，在復(fù)興中開創(chuàng)了近代科學(xué)。近代科學(xué)的基本特征之一是注重實(shí)驗(yàn)，達(dá)·芬奇曾說(shuō)：“實(shí)驗(yàn)?zāi)耸谴_定性之母?！辟だ蚤_創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)相結(jié)合的研究方法，牛頓力學(xué)更是形式邏輯體系和通過(guò)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)因果關(guān)系完美結(jié)合的典范[13]。他們都為近代科學(xué)奠定了基礎(chǔ)。

經(jīng)歷了近代科學(xué)革命后，科學(xué)迅猛發(fā)展。第一次工業(yè)革命前后，數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科取得突破性進(jìn)展，一方面延續(xù)探求自然奧秘的科學(xué)傳統(tǒng)，另一方面亦關(guān)注工程技術(shù)的問(wèn)題。該變化導(dǎo)致了工程技術(shù)從以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)向以科學(xué)為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)，科學(xué)從象牙塔走向工業(yè)界，“學(xué)”以致“用”，并以其杠桿效應(yīng)，放大了技術(shù)對(duì)生產(chǎn)力的推動(dòng)作用。從此，科學(xué)，從原來(lái)的“求真”轉(zhuǎn)向了“求力”和“求真”、合規(guī)律和合目的的統(tǒng)一[14]。工程技術(shù)的科學(xué)化，大約始于第一次工業(yè)革命時(shí)期（約1750—1850年），興盛于第二次工業(yè)革命之后（19世紀(jì)下半葉至今）[15]?？茖W(xué)與技術(shù)的相互催化，使人類在過(guò)去約300年的科學(xué)技術(shù)突變中取得的成果，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了在此前幾千年的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)漸變中取得的成果。

然而，近代科學(xué)，卻只是歐洲的獨(dú)幕劇，并未在中國(guó)上演。在眾多“李約瑟難題”的解答中，有一種解答頗有見地，亦對(duì)本文頗有啟示，既要區(qū)分科學(xué)與技術(shù)，又要區(qū)分基于經(jīng)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)和基于科學(xué)的科學(xué)技術(shù)[16-17]，在古代，是中國(guó)的技術(shù)領(lǐng)先于西方的技術(shù)，而近代，是西方的科學(xué)技術(shù)超越中國(guó)的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)[17-18]。從庫(kù)恩科學(xué)發(fā)展圖式看[19]，中國(guó)處于前科學(xué)階段。

其實(shí)，縱觀中外科技發(fā)展史，早期的技術(shù)均屬于經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，基于科學(xué)、以科學(xué)作為修飾詞的科學(xué)技術(shù)畢竟只是近代科學(xué)革命之后的事。注意本文中“科學(xué)技術(shù)”中的“科學(xué)”即此用法，而非作為與技術(shù)并稱的名詞。經(jīng)驗(yàn)，是只知其然的知識(shí);而科學(xué)，是知其所以然的知識(shí)?；诮?jīng)驗(yàn)的技術(shù)開發(fā)主要采用歸納法，而基于科學(xué)的技術(shù)開發(fā)主要采用演繹法;經(jīng)驗(yàn)技術(shù)是模仿、后生、單生、技能和漸變的技術(shù)，而科學(xué)技術(shù)是創(chuàng)造、前生、多生、知識(shí)和突變的技術(shù)[17，20]。

上述發(fā)展歷程在土木工程中體現(xiàn)為：

文藝復(fù)興時(shí)期，達(dá)·芬奇研究了確定作用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的力及通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定材料強(qiáng)度等問(wèn)題，但他的發(fā)現(xiàn)被埋沒(méi)在他的筆記本里，15—16世紀(jì)的工匠依然只能憑經(jīng)驗(yàn)和直觀判斷決定構(gòu)件的尺寸。最早嘗試用解析法確定構(gòu)件安全尺寸是從17世紀(jì)才開始的，一般認(rèn)為，伽利略的名著《關(guān)于兩門新科學(xué)的對(duì)話》（1638年）標(biāo)志著材料力學(xué)的開端[21]，書中系統(tǒng)描述了通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)研究材料力學(xué)和動(dòng)力學(xué)，提出了固體的強(qiáng)度問(wèn)題，介紹了木梁強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，提出了等強(qiáng)度梁的概念，討論了在重力作用下物體尺寸對(duì)強(qiáng)度的影響。1660年，胡克提出了表征材料應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的胡克定律。1687年，牛頓提出了牛頓三大定律。伽利略、胡克和牛頓共同奠定了近代土木工程的理論基礎(chǔ)[22]。此后，土木工程技術(shù)逐漸從經(jīng)驗(yàn)技術(shù)轉(zhuǎn)向了科學(xué)技術(shù)，加之工業(yè)革命后，金屬材料的大量生產(chǎn)，改變了過(guò)去以土和木等天然材料為主要建材的局面，使土木工程一改幾千年來(lái)的緩慢發(fā)展模式，進(jìn)入了突飛猛進(jìn)階段，在力學(xué)的基礎(chǔ)上崛起了一座座高樓大廈。法國(guó)1747年建立了世界上第一所工科大學(xué)——法國(guó)巴黎路橋?qū)W校，工程師佩羅內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)的巴黎路橋?qū)W校研究了石拱橋的壓力線，并用力學(xué)和材料強(qiáng)度理論對(duì)拱橋和橋墩的尺寸進(jìn)行計(jì)算，建了許多坦拱橋，使歐洲的石拱橋設(shè)計(jì)達(dá)到了很高水平。盡管歐洲坦拱橋的出現(xiàn)比趙州橋晚了一千多年，但卻是建立在理論基礎(chǔ)上的科學(xué)設(shè)計(jì)[22]。雖然用現(xiàn)在的力學(xué)和美學(xué)去審視趙州橋，都會(huì)驚嘆其科學(xué)性，但畢竟當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)建造者沒(méi)能提煉出理論，減弱了其科學(xué)的可重復(fù)性和推廣普及性。隨著工程系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，單純的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)不再能勝任。很難想象，沒(méi)力學(xué)理論，古代的工匠能單憑經(jīng)驗(yàn)確定現(xiàn)在摩天大樓的構(gòu)件尺寸;很難想象，沒(méi)美國(guó)塔科馬橋的風(fēng)毀事件而引發(fā)的橋梁風(fēng)工程研究，不解決“卡門渦街”所致的風(fēng)振，以及抗地震等理論，目前世界最大跨徑（1 991 m）橋梁——日本明石海峽大橋能成功運(yùn)營(yíng)于風(fēng)振和地震影響皆強(qiáng)烈的地帶。

（二）哥廷根應(yīng)用力學(xué)學(xué)派

19世紀(jì)末，哥廷根大學(xué)的數(shù)學(xué)家克萊因認(rèn)為，應(yīng)將包括數(shù)學(xué)在內(nèi)的自然科學(xué)知識(shí)全面系統(tǒng)地應(yīng)用于發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)，為貫徹該理念，他于20世紀(jì)初在哥廷根大學(xué)創(chuàng)建了應(yīng)用數(shù)學(xué)系和應(yīng)用力學(xué)系，邀請(qǐng)了普朗特等加入，開創(chuàng)了哥廷根大學(xué)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)和應(yīng)用力學(xué)協(xié)調(diào)發(fā)展的黃金時(shí)代，使以理論科學(xué)基地著稱的哥廷根大學(xué)成為應(yīng)用技術(shù)的搖籃[23]?？巳R因不僅在數(shù)學(xué)方面貢獻(xiàn)卓著，他提出的埃爾朗根綱領(lǐng)表明幾何可借助群論方便地分類，對(duì)幾何學(xué)的分類和統(tǒng)一影響深遠(yuǎn)，他還努力促成數(shù)學(xué)和物理的學(xué)科交叉。哥廷根應(yīng)用力學(xué)學(xué)派在克萊因和普朗特的共同領(lǐng)導(dǎo)下，一時(shí)成為大師之淵藪，如被譽(yù)為“現(xiàn)代工程力學(xué)之父”的鐵摩辛柯[4]和被譽(yù)為“航空航天時(shí)代科學(xué)奇才”的馮·卡門皆出自該門派。

理論與實(shí)際、科學(xué)與技術(shù)、數(shù)理科學(xué)與應(yīng)用科學(xué)緊密結(jié)合是哥廷根應(yīng)用力學(xué)學(xué)派極具代表性的治學(xué)理念和學(xué)術(shù)風(fēng)格。馮·卡門更是“以填平理論科學(xué)與應(yīng)用技術(shù)之間的鴻溝為己任”[23]。他在加州理工學(xué)院（CIT）傳承和發(fā)揚(yáng)了哥廷根學(xué)派的理念和風(fēng)格，“理”加“工”的綜合，發(fā)展有理科依據(jù)的工科。作為“卡門科班”的學(xué)生，錢學(xué)森一脈相承，繼續(xù)傳承和發(fā)揚(yáng)了該理念和風(fēng)格，高屋建瓴地提出了技術(shù)科學(xué)思想。

如果說(shuō)錢學(xué)森之問(wèn)，是“對(duì)大學(xué)的可能世界的極致追求”[24]在中國(guó)實(shí)現(xiàn)的一種期許，那么基于錢學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想的人才培養(yǎng)模式，則是“培養(yǎng)科學(xué)技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造人才的模式”[25]在培養(yǎng)技術(shù)科學(xué)家層面的一種體現(xiàn)，其中暗含讓中國(guó)教育之癥結(jié)部分終結(jié)之良方，亦可部分看作錢學(xué)森之問(wèn)的回答。

（三）錢學(xué)森技術(shù)科學(xué)思想

錢學(xué)森認(rèn)為，科學(xué)理論不能把自然界完全包括進(jìn)去，總有些東西是不能從科學(xué)理論推演出來(lái)的。雖然自然科學(xué)是工程技術(shù)的基礎(chǔ)，但又不能完全包括工程技術(shù)，將自然科學(xué)的理論應(yīng)用到工程技術(shù)，不是一個(gè)簡(jiǎn)單的推演工作，而是個(gè)高度創(chuàng)造性的工作。因此，將科學(xué)理論應(yīng)用于工程技術(shù)的說(shuō)法是不確切的，更確切地說(shuō)是科學(xué)理論和工程技術(shù)的綜合，而綜合自然科學(xué)和工程技術(shù)，產(chǎn)生有科學(xué)依據(jù)的工程理論需要另一門學(xué)問(wèn)，即技術(shù)科學(xué)[7]。

馮·卡門說(shuō)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存的世界，工程師創(chuàng)造未來(lái)的世界。力學(xué)既可發(fā)現(xiàn)現(xiàn)存的世界，亦可創(chuàng)造未來(lái)的世界[26]。一語(yǔ)道破了力學(xué)之技術(shù)科學(xué)的學(xué)科定位。在技術(shù)科學(xué)中，力學(xué)屬于最早成熟且強(qiáng)勢(shì)的學(xué)科。

根據(jù)司托克斯提出的科學(xué)研究象限模型[27]，技術(shù)科學(xué)處于巴斯德象限，即應(yīng)用基礎(chǔ)研究（圖1）。其研究目標(biāo)是創(chuàng)造有科學(xué)依據(jù)的工程理論為工程技術(shù)服務(wù)，從而可不依賴經(jīng)驗(yàn)而對(duì)新技術(shù)進(jìn)行科學(xué)預(yù)見，引領(lǐng)工程發(fā)展。

技術(shù)科學(xué)要從工程中提煉科學(xué)問(wèn)題，以工程帶科學(xué)，但所提煉的應(yīng)是具有普遍性的工程理論問(wèn)題，否則將會(huì)異化為以工程代科學(xué)，不過(guò)是解決特例而已。例如，1940年美國(guó)塔科馬橋風(fēng)毀后，其失敗的機(jī)理由馮·卡門等從事航空工程的科學(xué)家給出，他們把航空工程中熟悉的風(fēng)致顫振理論用于分析土木工程，充分顯示了空氣動(dòng)力學(xué)的普適性。

相比自然科學(xué)的自由探索，技術(shù)科學(xué)更注重以應(yīng)用為導(dǎo)向的定向攻關(guān)，不是被動(dòng)地由工程推動(dòng)，對(duì)于工程而言，其具有前瞻性、科學(xué)性、基礎(chǔ)性和支撐性。如高層建筑或大跨橋梁，要求輕質(zhì)高強(qiáng)材料，輕質(zhì)到可謂“斤斤計(jì)較”，而對(duì)于航空航天材料，則更嚴(yán)苛，如方岱寧院士所說(shuō)：“輕質(zhì)是航空航天永恒的追求，‘斤斤計(jì)較遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須做到‘克克計(jì)較?！比绱耍侥軐⒏嗟哪芰︱v出來(lái)承受外荷載而非自重。對(duì)于特殊工程，技術(shù)科學(xué)的目標(biāo)將從傳統(tǒng)的選材料模式進(jìn)入設(shè)計(jì)材料模式，以此來(lái)推動(dòng)高性能材料的發(fā)展，進(jìn)而引領(lǐng)工程的發(fā)展。

科學(xué)與技術(shù)之間的作用不是單向度的，不僅是從“學(xué)”到“術(shù)”的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，亦包括從“術(shù)”到“學(xué)”的理論建構(gòu)，是反饋反哺的動(dòng)態(tài)過(guò)程，如圖2所示。

二、利用技術(shù)科學(xué)的統(tǒng)一性啟示

現(xiàn)象具有多樣性，而經(jīng)過(guò)科學(xué)抽象后的實(shí)質(zhì)則具有統(tǒng)一性。從上述可知，技術(shù)科學(xué)研究的是工程中的共性科學(xué)問(wèn)題，而該過(guò)程，采用比較多的是歸納法，但歸納往往只是不完全歸納，卻可能得出普遍性。由普遍性通過(guò)演繹推理，可得特殊性。已有成果所能演繹的路徑不止一條，亦未必已經(jīng)窮盡，如前所述，科學(xué)技術(shù)是多生技術(shù)，要充分結(jié)合工程作學(xué)科交叉研究，將科學(xué)發(fā)現(xiàn)向技術(shù)轉(zhuǎn)化的潛能充分釋放出來(lái)。

教材、專著的撰寫以及授課不得不采用自上而下的推演法（演繹法），而重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)往往是倒過(guò)來(lái)的，亦即自下而上的歸納法[28]。教材、專著和授課的內(nèi)容，亦是研究所得的結(jié)果。一方面，教學(xué)中要學(xué)會(huì)從統(tǒng)一性中演繹出特殊性，亦要學(xué)會(huì)不斷將特殊性納入統(tǒng)一性中或發(fā)展成統(tǒng)一性，學(xué)會(huì)普遍聯(lián)系，把不同領(lǐng)域的共性展現(xiàn)出來(lái)，利用相似性，從學(xué)透一個(gè)分支內(nèi)容，迅速融會(huì)貫通其他分支內(nèi)容。另一方面，作為一種科研思維訓(xùn)練，要學(xué)會(huì)從教材、專著和授課的內(nèi)容中，反演科學(xué)發(fā)現(xiàn)者的思路歷程，從中獲得啟迪。力學(xué)教學(xué)中要注重培養(yǎng)學(xué)生該種思維方式，特別在課時(shí)壓縮的情況下，可采取該方式對(duì)力學(xué)課程內(nèi)容作整合和優(yōu)化。

在“大土木”的培養(yǎng)模式下，采用公共力學(xué)基礎(chǔ)課的原因在于作為技術(shù)科學(xué)的力學(xué)的普適性。理性力學(xué)作為一門橫斷的基礎(chǔ)學(xué)科，從研究工程中具有共性問(wèn)題的力學(xué)中再進(jìn)一步研究更具共性的問(wèn)題，用統(tǒng)一的觀點(diǎn)對(duì)各力學(xué)分支進(jìn)行系統(tǒng)綜合地探討，并力圖用公理體系來(lái)演繹力學(xué)理論[28-30]，構(gòu)建大統(tǒng)一理論，頗具錢學(xué)森“橫斷綜析的大成智慧”的感覺(jué)。盡管大多數(shù)高校的本科教學(xué)，沒(méi)開設(shè)該課程，但教學(xué)中可貫穿一些理性力學(xué)的思想方法。無(wú)論是材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)抑或彈性力學(xué)，從理性力學(xué)的觀點(diǎn)看，都是從本構(gòu)關(guān)系、平衡（或動(dòng)力）和幾何關(guān)系三方面建立方程，在邊界條件（空間邊值問(wèn)題）或初始條件（時(shí)間初值問(wèn)題）下求解，不同問(wèn)題的差別只是力學(xué)模型所對(duì)應(yīng)的工程背景不同而已。初始條件決定了之后任何時(shí)刻物體的位置和速度，邊界條件決定了物體其他任何位置的位移、應(yīng)變和應(yīng)力，頗具牛頓力學(xué)中的決定論[15]感覺(jué)，不過(guò)對(duì)低速宏觀的情況，確實(shí)如此。

如主應(yīng)力和對(duì)應(yīng)的應(yīng)力主向、主應(yīng)變和對(duì)應(yīng)的應(yīng)變主向、自振頻率和對(duì)應(yīng)的振型、穩(wěn)定臨界荷載和對(duì)應(yīng)的失穩(wěn)變形形式，從代數(shù)的角度看，均可歸為特征值和特征向量問(wèn)題。

如莫爾圓適用于平面應(yīng)力張量、平面應(yīng)變張量、剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性矩張量和變形體的截面慣性矩張量，實(shí)際上，對(duì)于平面情況下的二階對(duì)稱張量在坐標(biāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的分量計(jì)算具有普適性。故學(xué)過(guò)應(yīng)力莫爾圓即可推而廣之。

如土力學(xué)中土體的固結(jié)方程和熱傳導(dǎo)方程形式一樣，同屬于拋物線型方程。

如波動(dòng)方程可用于描述許多完全不一樣的和表面上互不相干的物理現(xiàn)象。

諸如此類，工程統(tǒng)一于力學(xué)，力學(xué)統(tǒng)一于數(shù)學(xué)，教學(xué)中要善于發(fā)現(xiàn)和充分利用技術(shù)科學(xué)的統(tǒng)一美。

三、學(xué)會(huì)對(duì)經(jīng)驗(yàn)成分和科學(xué)成分的成分分離和成分化合

工程技術(shù)問(wèn)題影響因素甚多，只能抓住主要矛盾和矛盾的主要方面，忽略次要矛盾和矛盾的次要方面，此外，從自然科學(xué)到工程技術(shù)不是簡(jiǎn)單的推演，相比自然科學(xué)，技術(shù)科學(xué)中帶有更多經(jīng)驗(yàn)的成分[7]。工程師往往采用不完美的技術(shù)解決艱難的工程問(wèn)題，“對(duì)工程科學(xué)的學(xué)習(xí)和研究應(yīng)沿著欣賞完美、發(fā)現(xiàn)不完美、探索更高層次的完美的螺旋式道路去攀登”[31]。一方面，要將工程技術(shù)建立在科學(xué)基礎(chǔ)之上，另一方面，要學(xué)會(huì)從工程技術(shù)課程中分離出工程理論和經(jīng)驗(yàn)技術(shù)，對(duì)于前者，要追根溯源找出其所屬學(xué)科、理論依據(jù)和切入方法;對(duì)于后者，思考如何改進(jìn)，使之不斷科學(xué)化。如此，方能將自然科學(xué)和工程技術(shù)融合，在推導(dǎo)過(guò)程中知其所以然，而不只是套規(guī)范，否則將陷入麻省理工學(xué)院早期工程師培養(yǎng)模式，即“前兩年著重在自然科學(xué)，后兩年著重專門業(yè)務(wù)，但是這兩部分之間沒(méi)有結(jié)合起來(lái)”[7]。

具體到本科力學(xué)教育，由于力學(xué)課程大多在低年級(jí)開設(shè)，此時(shí)以之為基礎(chǔ)的工程技術(shù)課還沒(méi)開設(shè)，還處于上述的前一階段教育中，要把兩者聯(lián)系起來(lái)很難。但力學(xué)的很多問(wèn)題，本身就是實(shí)際工程的理論建模，而模型的求解主要依賴于數(shù)學(xué)和物理，介乎數(shù)理科學(xué)和工程技術(shù)之間，離數(shù)理科學(xué)和工程技術(shù)皆較近，更容易打通學(xué)科壁壘。前一部分內(nèi)容，學(xué)生已經(jīng)具備，只需簡(jiǎn)單回顧即可，而后一部分，應(yīng)適當(dāng)增加工程概念的介紹，縮小力學(xué)模型與實(shí)際工程間的差距

，將數(shù)學(xué)、力學(xué)、工程有機(jī)聯(lián)系，形成一個(gè)富有邏輯的有序進(jìn)階的知識(shí)體系，而非空中樓閣，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)工程技術(shù)課時(shí)回顧該部分內(nèi)容，讓他們化分為合。達(dá)·芬奇曾說(shuō)：“力學(xué)是數(shù)學(xué)科學(xué)的天堂，因?yàn)?，我們?cè)谶@里獲得數(shù)學(xué)的成果?！盵30]類似地， 工程是力學(xué)科學(xué)的天堂，因?yàn)?，我們?cè)谶@里獲得力學(xué)的成果。數(shù)學(xué)的抽象性因在力學(xué)中的應(yīng)用而減弱，對(duì)數(shù)學(xué)的理解在力學(xué)應(yīng)用中而加強(qiáng)。同理，力學(xué)的抽象性因在工程中的應(yīng)用而減弱，對(duì)力學(xué)的理解在工程應(yīng)用中而加強(qiáng)。在后續(xù)專業(yè)課程中，重點(diǎn)訓(xùn)練從工程中提煉科學(xué)問(wèn)題，進(jìn)行理論建模的能力。

當(dāng)學(xué)生認(rèn)識(shí)力學(xué)之大用和學(xué)好力學(xué)課對(duì)工程技術(shù)課的作用時(shí)，才能激發(fā)起他們的興趣而努力學(xué)之。如材料力學(xué)對(duì)混凝土、結(jié)構(gòu)力學(xué)對(duì)多高層建筑、土力學(xué)對(duì)基礎(chǔ)工程、流體力學(xué)對(duì)橋涵水文等，應(yīng)重視力學(xué)課對(duì)工程技術(shù)課的基礎(chǔ)性支撐作用。當(dāng)然，實(shí)際工程中很多計(jì)算由計(jì)算機(jī)完成，但計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果需要有把關(guān)的工作，此即定性（或概念）力學(xué)，故要加強(qiáng)定性（或概念）力學(xué)的教學(xué)。將計(jì)算的繁瑣交給計(jì)算機(jī)后，更應(yīng)加強(qiáng)這方面，同時(shí)亦留出時(shí)間和精力作理論創(chuàng)新。

工程技術(shù)課程的考核應(yīng)以盡量多的綜合性大作業(yè)或課程設(shè)計(jì)代替知識(shí)點(diǎn)的簡(jiǎn)單考核，訓(xùn)練學(xué)生將問(wèn)題從“體系—體—面—線—點(diǎn)”的先整體后局部解構(gòu)，到“點(diǎn)—線—面—體—體系”的先局部后整體的逐步解決并綜合集成的能力。在工程技術(shù)課與力學(xué)課結(jié)合的過(guò)程中強(qiáng)調(diào)作為技術(shù)科學(xué)的力學(xué)對(duì)工程技術(shù)課的基礎(chǔ)性和重要性。數(shù)學(xué)（理）—力學(xué)（理工）—工程技術(shù)（工），在系統(tǒng)貫通中將知識(shí)體系化而非碎片化，更有利于培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用自然科學(xué)和工程技術(shù)的能力，特別是全過(guò)程參與而非僅僅解決某個(gè)階段問(wèn)題的實(shí)際能力。

力學(xué)的學(xué)習(xí)應(yīng)貫穿后續(xù)的工程技術(shù)課，讓學(xué)生在應(yīng)用力學(xué)的過(guò)程中重新發(fā)現(xiàn)力學(xué)，如此，才能更好地將工程技術(shù)課建立在力學(xué)課的基礎(chǔ)之上。

四、發(fā)揮科學(xué)史哲的浸潤(rùn)作用

錢學(xué)森說(shuō)自己是從“工程技術(shù)走向科學(xué)論”的。錢學(xué)森提出的技術(shù)科學(xué)思想，不僅得益于他親自踐行的專業(yè)深度，亦得益于他對(duì)科技發(fā)展脈絡(luò)的清晰認(rèn)識(shí)，以及跨學(xué)科、跨層次和戰(zhàn)略性的哲學(xué)高度。他將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系分為4個(gè)層次，從下到上分別為：工程技術(shù)、直接作為工程技術(shù)理論基礎(chǔ)的技術(shù)科學(xué)、基礎(chǔ)科學(xué)、哲學(xué)，他將哲學(xué)位于改造客觀世界的實(shí)踐技術(shù)之上[32]。在談到愛(ài)因斯坦提出狹義相對(duì)論，而龐加萊和洛倫茲卻沒(méi)抓住機(jī)遇時(shí)，楊振寧評(píng)論道，研究要有自由的眼光，必須能同時(shí)近觀和遠(yuǎn)看同一課題，須遠(yuǎn)距離眼光與近距離探索相結(jié)合，正是自由調(diào)節(jié)、評(píng)價(jià)與比較遠(yuǎn)近觀察結(jié)果的能力形成了自由眼光。洛倫茲失敗是因?yàn)樗挥薪嚯x眼光，而龐加萊失敗是因?yàn)樗挥羞h(yuǎn)距離眼光，愛(ài)因斯坦成功是因?yàn)樗麑?duì)于時(shí)空有更自由的眼光[33]。縱觀錢學(xué)森的科學(xué)歷程，史哲給了他遠(yuǎn)距離眼光，專業(yè)給了他近距離眼光，讓他形成了自由的眼光。除了專業(yè)，我們亦應(yīng)在史哲方面向他學(xué)習(xí)，以拓展知識(shí)的維度。

“由于教科書是使常規(guī)科學(xué)得以延續(xù)的教學(xué)工具……在每次科學(xué)革命以后都必須重寫……這樣，教科書總是一開始就剔除科學(xué)家對(duì)他的學(xué)科的歷史感……隨著被重寫，科學(xué)再一次看上去大體像是個(gè)累積性事業(yè)?！盵19]托馬斯·庫(kù)恩在其著作《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中的這段話，放在今天也仍然適用。如前所述，科學(xué)技術(shù)具有經(jīng)驗(yàn)技術(shù)無(wú)法比擬的先進(jìn)性，隨著科學(xué)的發(fā)展而更新，科學(xué)革命亦會(huì)帶來(lái)科學(xué)技術(shù)革命。然而正如托馬斯·庫(kù)恩所言，很多教材都缺乏歷史感，學(xué)生看到的只是既成的存在狀態(tài)，而非演化的發(fā)展過(guò)程。為彌補(bǔ)教材的不足，多閱讀科學(xué)史，以獲得對(duì)科學(xué)的整體印象，在塑造歷史的思想中汲取智慧，在充滿質(zhì)疑、批判、創(chuàng)新和超越的動(dòng)態(tài)變革史中激起創(chuàng)新精神。多讀學(xué)科史，獲取學(xué)科的歷史地圖，看清學(xué)科發(fā)生、發(fā)展、分支和交叉的脈絡(luò)，以及在科學(xué)史的大背景中與其他學(xué)科的關(guān)系，在對(duì)來(lái)處、定位和趨向了解的基礎(chǔ)上能更好地尋找研究的切入點(diǎn)。盡管科研追求的是前沿，但歷史是曾經(jīng)的前沿，而今的借鑒。我們既應(yīng)作共時(shí)性的橫向比較，亦應(yīng)作歷時(shí)性的縱向比較，在歷史的經(jīng)緯中全面比較。力學(xué)作為最早成熟并為自然科學(xué)特別是物理學(xué)奠基的學(xué)科，其發(fā)展史貫穿整個(gè)科學(xué)發(fā)展史，且“宇宙之大，基本粒子之小，力無(wú)所不在”[26] 。

哲學(xué)是從總體上對(duì)世界進(jìn)行宏觀認(rèn)識(shí)，科學(xué)是對(duì)自然界進(jìn)行分門別類的微觀認(rèn)識(shí)。哲學(xué)以“遠(yuǎn)”的眼光和直覺(jué)來(lái)洞察，科學(xué)以“近”的眼光和邏輯來(lái)探究。若能輔以哲學(xué)，技術(shù)科學(xué)家將形成自由的眼光，可全景，亦可聚焦。在 “互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代，是否亦可仿之：不是“哲學(xué)家”，但可作“哲學(xué)+”;不從事“哲學(xué)專業(yè)”，但可從事“哲學(xué)+專業(yè)”;讓“自然哲學(xué)”在分離為“自然（科學(xué)）”和“哲學(xué)”后重新變?yōu)椤白匀?哲學(xué)”。形而上，以哲學(xué)的方法論為方向感，從哲學(xué)的整體觀統(tǒng)一和概括，從哲學(xué)的高度俯瞰，以避免知識(shí)專業(yè)化和視野狹窄所帶來(lái)的不良影響。

可閱讀專業(yè)方法論、工程哲學(xué)和科學(xué)哲學(xué)。力學(xué)，本身就富有哲學(xué)的意味。牛頓力學(xué)中的世界觀曾是近代主流科學(xué)思想的理論基礎(chǔ)，為200多年的西方科學(xué)思想和世界觀提供了總體框架[15]。

類比前述的將技術(shù)盡力建立在科學(xué)而非經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將理念盡力建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上，是所得的啟示之一。類比前述的以演繹方式開發(fā)的科學(xué)技術(shù)比以歸納方式開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)更有效的論述，以科學(xué)的理論來(lái)指導(dǎo)工作，而非僅靠時(shí)間效應(yīng)去累積經(jīng)驗(yàn)，亦是所得的啟示。

五、結(jié)語(yǔ)

自然科學(xué)—技術(shù)科學(xué)—工程技術(shù)間的關(guān)系，恰似地基—基礎(chǔ)—上部結(jié)構(gòu)的關(guān)系，技術(shù)科學(xué)可看作是應(yīng)用基礎(chǔ)研究，技術(shù)科學(xué)家，要承上啟下，突破兩個(gè)“單純”（純科學(xué)和純技術(shù)）而將之化合（技術(shù)科學(xué)），在縱向上形成一個(gè)嚴(yán)密的邏輯體系。

技術(shù)科學(xué)研究的是工程中普遍適用的理論，具有統(tǒng)一性。力學(xué)教學(xué)中要充分利用該特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生以一種統(tǒng)一的觀點(diǎn)去看問(wèn)題。

技術(shù)科學(xué)力求將工程技術(shù)建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上。力學(xué)教學(xué)中，不僅要討論力學(xué)模型的數(shù)學(xué)求解方法，更要加強(qiáng)力學(xué)模型的工程概念介紹，讓學(xué)生將技術(shù)的科學(xué)基礎(chǔ)和科學(xué)的工程背景相融合。力學(xué)的學(xué)習(xí)，不應(yīng)僅局限于力學(xué)課程，更應(yīng)貫穿后續(xù)的工程技術(shù)課程，讓學(xué)生在應(yīng)用力學(xué)中重新發(fā)現(xiàn)力學(xué)。

教學(xué)中，既要讓學(xué)生了解教材或教學(xué)采用的演繹法，亦要培養(yǎng)學(xué)生反演歸納的研究思維。

技術(shù)科學(xué)是跨層次的學(xué)科，是科學(xué)和技術(shù)之間的橋梁，兩者對(duì)其都有反饋和反哺的作用。加強(qiáng)科學(xué)史和學(xué)科史的學(xué)習(xí)，有助于全面了解其演化和變革過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神。加強(qiáng)哲學(xué)的學(xué)習(xí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生從更概括更統(tǒng)一的高度上看待問(wèn)題。參考文獻(xiàn)：

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The enlightenment of H.S.Tsiens thoughts on technological

science to mechanics teaching

QUE Renbo

（School of Civil Engineering， Xiamen University Tan Kah Kee College， Zhangzhou 363105， Fujian， P. R. China）

Abstract：

Inverse analysis of the historical context in which Qian Xuesen （H.S.Tsien） proposed idea of technological science was performed. The difference between technology based on experience and technology based on science were first introduced. And then the idea of technological? science proposed by Qian Xuesen was introduced logically. The talent training mode based on such a philosophy of technological science is inspiring，especially for mechanics teaching. An in-depth interpretation was offered by combining with examples.

Key words：

Qian Xuesen; technological science; talent training mode; mechanics teaching（責(zé)任編輯 周 沫）