科学家重在发现，工程师贵在创造
《教育家》：党的二十大报告指出，教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。您如何看待教育、科技、人才这三者之间的关系？
涂善东：这里我们或许先要讨论下科学与工程技术的关系。科学和技术原本相对独立发展，古代客家人靠泥、瓦、木工技术建造出20多米高的土楼已堪称奇迹，但没有现代科学显然不可能建造出632米高的上海中心。
中世纪欧洲文艺复兴以后，思想大解放给科学和技术的快速发展创造了条件，激发了人们发现自然规律与发明创造的热情。1623年英国国王詹姆士一世提出修改了专属权法，宣布专利权只能授予“新发明项目”，知识产权给发明创造的人以动力。于是瓦特改良了蒸汽机，大大提高了蒸汽机的效率，推动工业革命在英国如火如荼地展开。实际上，瓦特只是一名技师，不是科学家。从这个角度讲，近代科学是先从技术开始的。
法国工程师尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺在琢磨蒸汽机做功的原理时，发现了热量平衡的道理，提出了卡诺循环的概念，形成了热力学第一定律，其研究也接近形成了热力学第二定律，由此热力学作为一个科学诞生了。利用热力学，又可以设计更多不同类型的热机，促进了技术及工程的发展。因此，可以说科学和技术，是互相促进、互为先后的。
工程科学是技术或工程后面的原理与规律，它强调更广泛的普适性。因此，钱学森的老师西奥多·冯·卡门（Theodore von Kármán）曾经很形象地说过“科学家发现客观存在的世界，工程师创造前所未有的世界”。工程，从物质利用来讲，就是把自然资源通过合理的利用建造出新的东西为人类服务，是以人为本的，是为了让世界更美好，这就是工程的意义。
认识世界与改造世界，首先需要文化知识。为此，陶行知提出教育是立国之本，是民族兴旺的标志。早期中国的落后，其实是教育的落后，从清朝到民国，识字率不过20%，其时一批革命家怀着教育救国的梦想，其中包括我的祖父，在辛亥革命北伐功成以后，弃政从教，以普及教育、开拓民智为己任，跑到乡间去办教育，到地头去教农民识字，尽管办几间小学、中学不见得起很大作用，但是其愚公移山之志还是很令人敬佩。识字率的真正提升是新中国成立后，中国共产党对教育高度重视，扫盲运动遍及全国，识字率提升非常迅速，到20世纪80年代之初达到了65%。
改革开放以后，我国的识字率突飞猛进。有了教育基础，就有了一批高素质的劳动力。优质的劳动力资源吸引了众多海外投资，促进了乡镇企业快速发展，工业化、城镇化速度不断提升，可以说文化素质奠定了我国改革开放的基础。1999年，国家开始实施高等教育大众化策略，高等教育招生规模不断扩大，以工程立国已成共识，有三分之一以上的学生是工科生，由此培养了新一代的工程师，支撑了国家经济的快速发展。有数据表明，工科毕业生的数量与我们国家GDP增长两条曲线正相关。随着工科毕业生数量的增加，GDP也在不断增加。工程师队伍支撑了国家经济的高速发展，体现了科学技术的作用。但是，新时期需要进一步建设创新型国家，需要造就更多、更大规模的创新人才队伍，不管是教育还是科技，都需要创新型人才来引领。显然，强调创新驱动的发展战略，没有创新人才，这些都不可能实现。
打破传统的格式化教育，营造宽松的创新环境
《教育家》：工程教育是我国高等教育的重要组成部分，在高等教育体系中“三分天下有其一”。站在新经济与人工智能快速发展的历史交汇点，如何对传统工程专业进行升级改造，新的工程教育应该是什么样子，中国工程教育如何在新的历史起点上重新开始？
涂善东：任何国际竞争归根结底就是人才的竞争。如何吸引优秀的科学家和工程师，如何从一个工程师大国变成创新人才辈出的大国，都是非常重要的。但目前的现实情况是我国的高端创新型人才仍非常稀缺，有待于我们的教育培养。我认为，只有营造一个宽松的创新环境，科技创新人才才能脱颖而出。
在“双一流”计划的支持下，我们的科研人才整体数量有了很大提升，科学研究有了起色，但是新的工程教育如何重新谋划未来，是一个非常大的课题。一方面，“新工科”的提出，直接推动了经济产业结构的调整，用一些新兴产业来覆盖传统落后的工业是非常必要的。但不能将机械、电气、土木、化工等典型工科专业简单划分为传统专业，因为这些专业仍然有旺盛的人才需求。随着产业的需求变化，如智能、绿色制造/建造等，可以通过创新培养模式，改革教学内容和方法，提高质量标准等，培养大批创新型卓越工程师。我们要立足于这些产业和社会对典型的工科专业的新要求，通过对专业的转型升级创新工程教育。另一方面，要鼓励高水平的领军人才在知识结构上有更多的交叉融合。像比尔·盖茨、马斯克等，他们都是优秀的工程师，同时他们在经济、管理乃至社会科学方面又有丰富的知识，这才是引领型的工程师。我们要研究他们的知识结构、成才路径，形成新的教育培养模式。
《教育家》：工程技术人才支撑了我们整个国家社会经济的快速发展。以人工智能为代表的第四次工业革命已经到来，全球已经进入快速智能化发展阶段，这对工程教育提出了很大挑战，在工业快速发展，社会深度变革的时期，工程教育的人才是否也要有一些改变和调整？有什么好的教育方法可以借鉴？
涂善东：打破传统的格式化教育，提升学生的兴趣，引发内生驱动力是关键。首先，从任务的角度来引导学生。在马斯克创立的Ad Astra学校，老师选择直接展示发动机，鼓励学生将发动机拆开，螺丝刀和扳手的用途就显而易见了。引导孩子主动探索研究，保护了学生的个性，培养了创新精神。而不是传统的给学生讲解螺丝刀和扳手的作用，以及使用时的注意事项。
我给大学一年级新生上工程导论课时，也会给学生三个任务。一是查找世界500强和一些创新型企业，构思一个高于现在、面向未来的组织机构，可以是深空、深海、深地探索，也可以是面向氢能、碳中和时代的一些装备研发机构等；二是提出能支撑该机构发展的优先领域及要解决的难题，还要分析至少5篇以上的科学或专利文献进行论证；三是写一个难题招标书，尽管大学一年级不具备解决这些难题的知识和能力，但可以写出难题招标，要求有充分的文献支撑和调研，提出解决这个难题需要多长时间、多少经费、有无工程伦理问题等。任务完成之后，再让学生把创新想法按照三个任务整合起来，给大家做展示。
其次，学生完成任务和开展项目，需要得到及时的反馈与指导，这需要更多的教学人力资源。无疑博士生助教制度是值得提倡的，它改变了现在大学教学人力资源不足的问题，当然我们也呼吁大幅度提高博士生助教的待遇。形成博士生助教制度，提高他们的教学能力，对我们未来工科教师的培养也是至关重要的。中小学的教师都经过师范的教育，受到了良好的教学法的训练。而我们大学工科的老师，都是读完博士、做完博士后，直接留校教书，教学能力不足是普遍的问题。
当然，仅有教育教学方法还不够，工程师要有工程实践，在学校就要培养学生的实践能力。医生的教育培养方式很值得工程教育学习，医生有临床实习要求，工科教育在这方面则比较缺乏，许多老师没有在工厂待过，不清楚工厂的真实情况，工程意识自然比较薄弱。
避免熵增，要把大学建成一个开放的体系
《教育家》：工业化转型要工程教育先行，工程教育与国家发展同频共振，我们面临的挑战是创新能力不足和创新人才不足。对此，您曾提出，创新型人才培养要求我们实施“全面工程教育”，即全过程、全包容、全民众的工程教育理念，培养“顶天立地”的优秀工程师。那么如何实施“全面工程教育”？对工程人才有哪些要求？
涂善东：“全面工程教育”将工程思维作为人类知识体系中不可或缺的基础，主张工程教育应包括整个教育和专业培养体系，覆盖从幼儿教育、小学、中学到大学本科、研究生和继续教育的各个教育阶段，将工程思维和工程文化根植于整个社会。其实，幼儿在搭积木时，便开始接受工程的概念了，积木拼成的一座桥梁、一架飞机、一辆汽车都是认识工程世界的开始；中学生可以做一些绘图设计，制作一些模型；大学生可以组织一些跨学科各种工程问题的研究和设计制造的实践等，设置创客空间无疑是值得提倡的。
“全面工程教育”倡导广泛的包容和融合，对大学来讲，要注重与经济、管理相结合，还要与一些新的工程领域，如碳中和、智能制造、微电子等整合起来。领导者要积极投身教育教学的实践中，按照人才培养的规格目标，在学校每一个层面上都需要做一些整合，学校层面推动跨院系的培养方案整合，院系则要推动课程、专业的整合。我们首先可以倡导在专业范围内的课程整合，让不同学科的老师一起讨论备课。其次，需要特别注重推动科技成果向教学转化，现在很多老师发完论文、做完项目，较少考虑把成果转化到教学的层面。其实，国际上衡量一所好的大学，往往要看他们的教学内容有多少是本校教师的成果。因此我们也要鼓励优秀的老师们把写论文、写专利的时间，拿出来写教案。效果虽然不是立竿见影，但却能影响我们的下一代。
优秀的工程创新人才必须站在前人的肩膀上，批判性地继承前人的工作，在发现问题的基础上，提出更好的改进方案，所谓批判出新知，科学和技术就是要不断“挑刺”，才能逐步完善。同时，要强调合作和团队精神，工程是集技术之大成的复杂体系，靠单打独斗是不行的，比如一台最高端的EUV光刻机，集合了数学、光学、流体力学、高分子物理和化学、表面物理与化学等基础科学成就，以及精密仪器、尖端机械及自动化、图像识别、智能软件等众多领域顶尖技术，有超过十万个零部件，需要全球5000家供应商共同合作，才能真正制造出来。
开展“全面工程教育”，大学要成为一个开放的体系。一个组织机构如果没有足够的开放性，就不能吐故纳新，慢慢地各个机体就会衰亡。如同热力学第二定律——熵增定律，热量从高温物体流向低温物体是不可逆的，如果在一个封闭系统里，熵不断增加，事物便会自发地向混乱、无序的方向发展。所以我们要保持革故鼎新的精神，积极向上，大脑活跃，才能有创造力。很多世界一流大学的教学都是圆桌讨论式的，而不是教授居高临下，这在心理上首先给大家营造了一个平等的氛围，学生才可以心情放松地提出挑战权威的问题。
工程所系，社会福祉人民安康
《教育家》：您一再强调工程伦理问题，在工程的转型升级中，工程伦理在工程教育中的意义是什么？
涂善东：工程的根本目的就是造福社会。要培养顶天立地的工程师，需要其有实践能力和家国情怀。一个人的一生很短暂，我们要做对人类有益、对社会有益的事情。20世纪80年代国际上开始推行一种“责任关怀”的企业理念，宗旨是在全球化工企业实现自愿改善健康、安全和环境质量。有一次，我在火车上偶然碰到一个熟人，他是跨国公司安全管理工程师，要到丹阳一家合作工厂去考察，他表示，合作伙伴在健康、安全与环境保护理念上要跟我们保持一致，才能成为产品链上的伙伴。这实际上也是保护了他们的产业链安全，提升了企业的工程伦理水准，这也是责任关怀重要的一部分。现在很多企业仍然缺乏工程伦理的意识，比如时常发生的食品安全问题、危险废物偷排、工程造假等，都凸显工程伦理意识的薄弱。
工程师的宗旨是造福人类，必须把人类的安全、健康、福祉放在至高无上的地位。为此，我在2015年提出“工科毕业生誓言”：公众安全，永在首位；履职专业，精益求精；言行如一，惟诚惟信；进取不懈，矢志创新。犹如医学教育的“希波克拉底誓言”，医生从事的是性命所托、人命关天的事情，要遵守医生的职业伦理。工程也一样，工程所系，社会福祉人民安康，步入工程及其相关领域，要恪守工程能力和职业道德。医生一台手术失败可能会死一个人，一个工程失败可能会牺牲许多人。所以工程师不能单纯追求技术，比技术更重要的，是应有的道德底线和职业操守。
工程、社会与自然是一个相互联系的三角形，我们过去的工程教育，更注重器物化、工程化和技术化的教育，人文精神和社会责任关怀的教育却很少。工程伦理缺失的根本是工程伦理教育的缺位，而要推动工程伦理的发展，首先就要补上教育这块“短板”。这也是追求内心的自在和谐所不可乏缺的。
