創新與通識使科研之路更深廣

沈茸茸

創新是國家、民族進步發展的源泉，尤其是對于科技發展來說，創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新意識與獨到科研理念的青年科學家。

從一個建筑工程專業的普通大學生，到現在成為一名土木工程專業的教授和優秀科技人才，一路走來，郭彤教授深刻體會到創新對于一名科研工作者的重要性，以及通識博學作為科研工作基礎的必要性。無論是在教學或是科研中，郭彤教授都要求自己和學生們多質疑、多思考、多學習，唯有如此，才能保持不歇的創造力，并不斷進步；才能持續拓展科研工作的深度與廣度；才能在科研工作上取得成績，從而實現個人的理想與價值，同時為國家的科技發展做出貢獻。

創新思維，必需的科研品質

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

郭彤教授清楚地記得，當某位與會的專家在做交流報告時，在座的外國專家學者和學生聽到不解或質疑之處會隨時提出問題，與報告人及時地交流討論，卻鮮有來自中國的專家學者和學生提問。報告結束后的提問時間，也基本都是外國的專家學者和學生提問題。這一現象，引起了郭彤教授的注意與思考，也使他深刻地認識到作為一名科研人員與大學老師，培養自身與學生的創新思維是一件亟需重視并不斷堅持的事情。

郭彤教授說，他的不少學生都存在創新思維不足的問題。因為從小的學習方式，中國學生逐漸養成了接受式的學習習慣，善于讀書考試，卻不善于主動質疑與積極思考，但是在科研工作中，尤其是前沿的科技領域，往往一些已有的科學理論與看法并不一定是完全正確的，這時只有通過質疑，發現問題，才能獲得突破與創新。一些學生總是認為發表在權威期刊上的文章是毋庸置疑的，當郭彤教授與他們探討科研問題時，他們經常會局限于前人的理論和發現，缺乏質疑的意識與勇氣。每遇到這種情況，郭彤教授就會告訴學生，要想在科研中取得成績，就必須具備創新的能力，而創新的原動力來自質疑與思考，所以在學習與科研中，萬萬不可拘泥于前人的成果。已有的科研成果是在當時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行補充與改進，甚至取而代之，所以郭彤教授一直要求自己與學生們時刻不忘質疑，不忘思考，帶領著他的科研團隊在創新的科研道路上取得了許多突出成果。

談到應該如何培養創新思維，郭彤教授想起了錢學森說過的一句話：“正是音樂藝術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識，學會藝術的廣闊的思維方法，或者說，正是因為我受到了這些方面的藝術熏陶，才能夠避免死心眼，避免機械唯物論，想問題能夠寬一點、活一點。”郭彤教授對錢學森的這句話深有同感，他說，創新思維主要靠有意識地自我培養，除了敢于質疑、勤于思考之外，多多發展有益的興趣愛好對創新思維的發展也大有裨益。郭彤教授也愛好藝術，尤其是對音樂與文學偏愛有加。郭彤教授喜歡彈吉他，大學時期還與幾個同學共同組建過樂隊，雖然現在的空閑時間越來越少，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比較敏感，小學時期寫作文就常受到表揚，上中學以后逐漸對理科產生了興趣，后來考大學時選擇了工科，但是郭彤教授對文學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，科學需要嚴謹的理性推導，而藝術需要發散性的感性想象，這可以使人的思維變得活躍，跳出自己所學的專業，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，從而有效促進科研工作的開展。

通識博學，必要的科研基礎

“耐久性”和“抗動力災變性能”是土木工程結構的兩大核心性能。近年來，郭彤教授分別以“長大跨橋梁結構狀態評估”和“建筑結構抗震性能提升”為主要研究內容。一般人看來，橋梁與建筑是兩種不同的學科，為什么郭彤教授會既研究橋梁又研究建筑呢？

回答這個問題時，郭彤教授首先提到了“通識教育”這個詞。通識教育是培養創新型人才的有效方法，要求學生廣泛學習不同學科領域的知識和研究方法，促進不同學科知識之間的有機融合。目前的中國高等教育學科分類很細致具體，但是在歐美國家，大學里的學科分類卻比較宏觀，更加注重學科之間的交叉。郭彤教授的科研團隊在一些科研項目中曾涉及到信號處理方面的問題，但是因為相關知識的儲備不足而導致問題難以及時解決。當時，郭彤教授認為信號處理不是自己的專業，不能處理很正常，后來他問了美國的同行才知道，雖然專業基本相同，但是美國的同行在大學或研究生階段卻都學習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，努力汲取各個相關學科的知識，也要求他的學生不要局限于所學專業，應盡量拓寬知識面。土木工程是個傳統學科，如果想要有所創新，就需要與別的學科實現有機融合，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的專業，還要盡量多學習掌握其他學科的知識。

在國外，許多專家教授都是橋梁與建筑同時研究，但是在我國，目前橋梁與建筑仍是相對獨立的專業。從宏觀的角度看，橋梁與建筑的原理是相通的，只是技術運用的對象有差異，是一個大土木的概念。郭彤教授的碩士與博士階段的研究主要集中在建筑方面，后來因為國家重大工程的需要，便開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，我國現在已經開始越來越重視學科專業的交叉與相通，開始逐漸淡化專業間的界限。比如土木工程學科里的結構工程，起初主要研究的是靜力荷載下的響應分析，現在早已涵蓋了抗震等動力學方面的研究，同時防災減災工程也在開始涉及橋梁的防災減災，學科內各個專業的融合程度越來越高，將來的土木工程的專家教授都應該具備能夠同時駕馭橋梁與建筑的能力。

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大橋的24小時保健醫生

郭彤教授的一項重要研究成果是，他帶領團隊成功建立起融合數據采集、在線模態分析、狀態評估等功能的大型橋梁結構健康監測系統。

什么是橋梁健康監測呢？有專家曾打了個比方，“橋梁健康監測系統的工作，就像是給一個人做24小時不間斷的全面身體檢查，目的就是時刻監測橋梁健康，預防橋梁‘疾病的發生，變被動為主動。”

在橋梁設計建造階段，施工人員會先把監測設備預埋在橋梁結構中，當橋梁建成運營時，監測設備就開始對橋梁進行24小時不間斷地“看護”和數據的收集、分析。在這一套實時的、動態的數據基礎上，橋梁養護人員就可以建立一個數據分析的模型，并“診斷”出橋梁到底是哪個地方發生“病變”，哪些地方有發生“病變”的跡象。

橋梁健康監測的最初概念是在上世紀80年代提出的。1987年，英國在總長522米的福義勒橋上布設傳感器。此后，美國、挪威、丹麥、墨西哥、日本和韓國等國家，均在其國內發展了規模不等的數十個橋梁健康監測系統。我國在這一領域的起步稍晚，但進步很快，短短十數年，我國已經在此新興領域走在了世界前列。

如果你有幸走進相關監測中心，你會發現，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”。這些箱梁都是根據真實的大橋梁按比例縮小的，每片梁上都有傳感器，以測定各種變形應力數據，為大橋的建設和健康監測提供基礎的科技支撐。大橋的“體檢”就是通過大橋上安裝的各種傳感器來完成，這些傳感器會監測大橋的“體溫”、受力程度、臺風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“橋梁醫生”，會根據傳感器收集來的數據，為“橋梁病人”進行“心電圖”“腦電圖”“肝功能”等各項模擬試驗，從而為橋梁開出詳細的處方和治療方案。