国科大科学和教育融入,四十年的连锁反应

石耀霖到长安大学作了一场报告,你或许更能理解国科大坚持科教融合

科教融合2.0:春华秋实,初露锋芒
光阴似箭,那位高大魁梧,在山野间健步如飞的石院士如今已经白发苍苍,张健也不再是当年那个毛头小伙:“现在我们年纪都大了,石老师跟我说,接下来我们的任务就是培养学生了。”张健感慨道。

国科大科教融合:四代人,四十年的蝴蝶效应
告诉你国科大为何一路坚守科教融合

从这个实验室走出的陈石和高翔,无疑是其中的佼佼者。

2018年10月14日,中国科学院大学迎来了40岁生日。四十则不惑,国科大的“不惑”,就是历经四十载的探索实践,愈发坚定了对科教融合办学模式的信念。

2003年,石耀霖到长安大学作了一场报告。报告的内容很有意思:如何用地球动力学的模拟方法,研究SARS病毒的传播概率。他或许也没想到,台下听众席上的一个年轻人,从此萌生了新的梦想。

在这里,我们讲述国科大地球与行星科学学院四代科研人员的故事。他们是师生,传承着科教融合、教学相长的血脉;他们是同事,分享着科教融合、一树百获的硕果;他们是样本,昭示着国科大科教融合的运行轨道和内在机理。

两年后,25岁的陈石第一次来到北京,成为中科院研究生院校部的一名博士生,师从张健教授。成立不久的中科院计算地球动力学重点实验室,给了他初试身手的广阔舞台。

“一沙一世界,一花一天堂。”从他们的故事里,你或许更能理解国科大坚持科教融合,坚持的究竟是什么。

在长安大学读书时,陈石的专业是地球探测与信息技术。而实验室带头人石耀霖院士当时主要做数值模拟。为了更快适应这里的学习和工作,陈石花了大量时间阅读文献。

■本报记者 李晨阳 见习记者 韩扬眉

不久后,他便发现,除了在文海里漫游,还有一条捷径能让他迅速拓展视野。短短一个学期里,就有20多位国际知名的大科学家来学校作前沿报告。从全球板块构造讲到俯冲带,从地震学讲到地球自转。“我的眼界一下就开阔了,原来地球里边有这么多事情可做啊!”

北京怀柔的初秋,比其他时节更明净清朗。中国科学院大学地球与行星科学学院教授张健的心情,也因为一个好消息而愈发灿烂。

每年,计算地球动力学实验室还会利用夏季的小学期召开一次国际地球动力学年会,众多国外专家都会前来参会。他们之间建立了一种特别的合作模式,通过会议期间的交流,一些外国教授每年都会邀请地学院的研究生出国访问。

就在前不久,他招收的第一个博士生——今年38岁的陈石研究员,被提拔拟任中国地震局地球物理研究所副所长。

地学院的老师们不但鼓励学生利用这个机会结识外国专家,还把有留学意愿的学生写进推荐名单,统一提交给对方并等待回复。陈石当年就是通过这个机会,第一次到美国明尼苏达大学访问了3个月。

9月17日,雁栖湖校区刚刚举行过地球与行星科学学院四十周年纪念大会的开幕式。午休时,两位地震局地球物理研究所的老师微笑着走向张健,感谢他对这位新晋副所长的悉心培养。

这时的石耀霖,无疑已经是赫赫有名的“学科大牛”了。但陈石说:“尽管我只是个普通学生,却也有机会得到他的亲自指点,因此,也总觉得跟院士走得很近。”

转眼间,张健已经在国科大任教15年了。就像这个美丽的秋天一样,他也逐渐迎来了桃李丰收的季节。

无论自己的工作多忙,石耀霖总会抽出时间跟整个实验室的成员交流讨论。有一次,他用数学方法模拟敲钟后的震动传播过程:“地球遭遇大地震时,就像被敲响的钟,会产生自由振荡。我们可以假设这里有个震源,模拟地震波的传播……”这个有趣的点子后来成了一个师妹的课题,也给陈石留下了非常深刻的印象:“在一些非常生活化的事情里,都有可能蕴藏着非常有价值的科学问题。”

除陈石外,张健招收的第一个硕博连读毕业生高翔,30岁那年就成了中国科学院海洋研究所有史以来最年轻的特聘研究员。

陈石的直接导师张健,则善于为学生提供一个宽松的成长环境。他常常组织学生开讨论会。因为实验室的研究范围广,大家的兴趣也非常多,常常一通畅聊下来,就会涌现出许多有趣的点子。对学生自行提出的研究方向,张健大多予以鼓励和支持。

“我们实验室十多年的科教融合实践,如今开花结果了。”张健说。

陈石在这儿研究的第一个课题就有点儿天马行空:火星上有没有地幔对流?在整个博士阶段,像这样奇思妙想的题目他一个接一个地做。每个题目做完后,总能总结出一些有意思的东西。最后,他在四个跨度较大的方向上都发表了论文,其中包括两篇SCI论文,顺利拿到了博士学位。

如果说美国得克萨斯州的一场龙卷风,可以追溯到两个礼拜前亚马孙热带雨林里一只蝴蝶的振翅,那么,如今张健门下的累累硕果,也可以追溯到15年前石耀霖院士创建中科院计算地球动力学重点实验室;可以追溯到40年前,国科大的前身——中国科学技术大学研究生院的成立,同年,研究生院成立地学教学部,协调管理中国科学院、国家地震局等9个单位地学口的研究生教学培养工作。

“我心里很清楚,这些课题如果只有我一个人做,可能做着做着就做不下去了。”陈石说,“但张健老师很善于指导学生从庞杂的现象和数据中提炼出有价值的科学问题,进而形成有亮点的科研成果。”

中国科学技术大学研究生院从成立之初,就确定了“科教融合”的培养模式,将培养人才与科研紧密结合。依托各个研究所培养研究生,研究生院承担基础课和专业课的教学工作,研究所负责学生的科研实践和学术指导。

陈石攻读博士时,研究生院已经更名为中国科学院研究生院,步入了以组织建设为核心的科教融合2.0版本时期,形成了“三统一、四结合”的办学方针(全院统一招生、统一教育管理、统一学位授予;实行院所结合的领导体制、师资队伍、管理制度及培养体系)和“两段式”培养模式(学生先在研究生院集中教学园区完成为期一年的课程学习,然后进入研究所跟随导师在科研实践中开展课题研究并完成学位论文)。研究生院建设基础学院,地学部改为“地球科学学院”。

李政道、刘东生、彭桓武、管惟炎、邹承鲁、张文佑、傅承义、童第周、叶笃正等赫赫有名的科学大家,纷纷登上研究生院的讲台。

作为校部的学生,陈石结束了第一年的集中学习后,在其后几年里继续担任授课老师的助教,因此他有机会把一些课程听了一遍又一遍。

忆往事,知今日。40年间,尽管研究生院三迁校址,三易其名(2000年更名为中国科学院研究生院,2012年更名为中国科学院大学),但
“科教融合”的基因早在萌芽之初,便已写入了国科大的每个细胞,从此代代传承,从未磨灭。走进新的历史发展阶段,这条“科教融合”的根系必将绽放出更加绚烂的花朵。

“科教融合的一大优点是,课堂教学不会和科研实践脱节。这里老师讲的东西,要么是最前沿的,要么是最实用的。”陈石说。地学院开设的一门并行计算课程,当时授课的张怀老师并没有照本宣科地讲理论框架,而是细细剖析了并行计算领域最常用的MPICH函数库。这门课听完以后,学生很快就能上手去写一些并行计算的程序,并且运用到地球动力学的模拟过程之中。

科教融合1.0:筚路蓝缕,开疆拓土

几年前,中科院的一位领导去日本访问时,当地一位学者对他说:“你们中科院的一个小伙子,解决了我们70年没能攻克的一个地震问题。”

《中国科学报》记者眼前的张健谦虚幽默,他把自己比作两座驼峰之间承前启后的那副驼鞍,继承了中科院院士石耀霖的大家衣钵,也托举着诸多优秀学子。

这个小伙子就是高翔,刚从张健这里毕业两年,就被破格提拔为中科院海洋所研究员。2014年,他和加拿大地质调查局太平洋地球科学中心教授王克林在《科学》杂志上发表了一项合作成果:《以热流观测为约束研究粘—滑和蠕—滑型俯冲大断层的强度》,可用于大地震发生地点的评估。

1988年,石耀霖结束了在美国加州大学伯克利分校的博士学习和博士后研究工作,举家回到祖国,在研究生院地学部担任副教授。

论文发表后,日本海洋科学技术中心发起了一项全球性的热流探测和沉积物取样研究科考计划,该中心高知研究所时任所长给多国参研人员发送邮件,直接指出这项研究最重要的理论依据,就是高翔和王克林的研究成果。

当时的地学部授课教师中,有来自中科院地质研究所的一代泰斗刘东生院士,他提出了黄土的“新风成说”,使得中国黄土成为全球气候变化的三大自然档案之一。还有比石耀霖大3岁的刘嘉麒,他深入野外,考察了中国14个省的新生代火山分布的地质地貌特征;大石耀霖4岁的陈运泰,主持着我国第一支用宽频带数字化地震仪装备起来的近震源强地面运动观测的工作……

在认识王克林前,高翔的课题研究一度陷入了停滞。“张健老师建议我研究板块俯冲带上摩擦系数的问题。但我查阅的文献越多,就感到越迷茫,似乎很多研究者都在有意无意地回避这个问题。”

石耀霖在国内的研究刚刚起步,受限于实验室和经费条件,新工作举步维艰。但他开设的“地球动力学”课程刚刚讲了一个学期,就被评为研究生院的优秀课程。他选择了当时比较先进的美国出版教材,敦促学生仔细阅读并撰写报告,有意识地训练学生们多阅读英文原版资料和期刊,让他们的学习始终紧跟国际前沿。

这时高翔听说,一些知名的海外华人学者将归国开讲习班,其中就包括在这一领域内很有名望的王克林,他对此向往不已。张健得知后,主动资助他赴上海学习。短短几天的讲习班,让高翔受益匪浅。之后张健又介绍他去加拿大访问一段时间,在王克林的指导下开展研究工作。

第二年,石耀霖获得国家自然科学基金的第一笔资助,课题是“青藏高原动力学和热演化的三维数值模拟”。在这笔经费的资助下,他对青藏高原热演化进行了深入、系统的研究,提出了藏南热壳冷幔和藏北冷壳热幔的新见解。从这个项目开始,石耀霖在国内的科研事业迅速步入正轨。

“石老师教我的时候,经常督促我出国访问;等我自己当了老师,也鼓励学生有机会就出国学习。”在张健看来,这些都是自然而然的事情。

1994年,任教满5年的石耀霖获得博导资格。1995年,张健成为他招收的第一名博士生。这一年,研究生院校部只招收了3个博士新生,物理、化学、地学专业各一名。

回想起那段研究经历,高翔至今还能感受到那份激动:“我第一次感觉到,我也可以在科学上作出一份贡献!”

这时候,研究生院科教融合体制还处在最初级的1.0版本时期,研究生院邀请中科院研究所的研究员与本部老师共同授课,完成研究生课程教学,研究生学完基础课后回到各自的研究所,在导师指导下继续接受科研训练和培养。

2017年,高翔与王克林又在《自然》杂志在线发表了论文《俯冲断层发震带与幕式震颤及慢滑移带的流变学分离》。就这样,高翔成为海洋地质科学领域内少数同时在《科学》和《自然》两个顶级核心杂志发表论文的学者。

张健说:“我上学的时候,对科教融合的体会就是,研究所和校部两方面的老师都来给我们上课。”

(原载于《中国科学报》 2018-10-24 第4版 综合)

石耀霖属于研究生院本部的教授。当时,石耀霖刚刚拿到一个15万元经费支持的国家自然科学基金项目。这下,课题、经费、学生都到位了。石耀霖决定把张健放在自己的项目里“养”。

张健的工作是研究类地行星的热演化及其内部动力学。所谓类地行星,包括水星、地球、火星和金星,都拥有以硅酸盐石为主的地壳和以铁为主的金属核心。在当时,地球之外其他类地行星的数据很少,可供他们利用的研究资源非常匮乏。就连美国的“勘探者号”,也要再等9年才能登上火星搜集数据。石耀霖师生只能以地球的参数为基础,通过计算机数值模拟的手段去作研究。

在这么艰难的条件下,这个项目仍然产出了很多重要成果。而张健也伴随着课题迅速成长起来。作为石耀霖当时唯一的弟子,张健也充分享受到了近乎亲情的师生情谊。工作繁忙的时候,两人常常一同加班到12点。师母一到逢年过节,便端着饺子来探班。“我和石老师就停下来,一起吃顿饺子,吃完再继续干活。”张健不无怀念地说。

张健博士毕业后,到国家地震局地球物理研究所做了两年博士后,又去石老师曾经留学的加州大学伯克利分校访学两年。2003年,他回到石耀霖老师的课题组,并被任命为地学部的党总支书记。

这时的石耀霖已经是中国科学院院士并担任地学部主任。有趣的是,他这几年并没有招收新的学生,整个实验室还是只有两个人的“师徒店”。在石耀霖心中,有一个酝酿了好多年的、雄心勃勃的计划:建立我国第一个计算地球动力学工作站。

张健至今记得那一年春节,他和石老师顶着寒风,从基础筹备做起,一点一点建立一个全新的实验室。他们甚至专门跑到中央音乐学院去考察厕所、拍照,据此向施工方提出相关设计要求。中科院院士叶大年来参观时,也曾对这些细节的用心赞叹不已。

2003年4月,中科院计算地球动力学重点实验室正式成立,当时只是研究生院地学部的一个实验室。2010年12月30日,中科院正式批文,将该实验室纳入院重点实验室系列,并于次年揭牌运行。

当初只有一台机器、几名科研人员的工作站,如今已然发展壮大,成为推动我国地震监测和预测研究的重要科研力量。

“如果没有这个实验室,地学院不会是现在这个样子,我们一直是国科大最强大的专业之一。”张健自豪地说。

在去年完成的第四轮全国高校学科评估中,地学院共有4个学科被评为A+,地球物理学就是其中之一。

《中国科学报》 (2018-10-23 第1版
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