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前沿研讨丨21世纪工程范畴的严重挑衅
来历:中国工程院院刊 日期:2020-11-24 字号:[ ]

  近期,中国工程院外籍院士、美国国度工程院院士C.D. Mote Jr(牟德)在中国工程院院刊《Engineering》撰文指出,工程的根基使命是为用户停止缔造,20世纪是一个工程成就不凡的期间,而21世纪是工程立异和手艺变更加快的世纪。文章回首了20世纪工程范畴中取得的20项标记性严重成就,论述了21世纪工程范畴严重挑衅的愿景与方针,特别夸大工程愿景的打算要存眷工程的使命便是处理客户——人和社会的须要,并且以为完成工程愿景与方针还要正视人材培育,实行严重挑衅学者打算。
  一、叙言
  工程的根基使命是“为用户停止缔造”,这一使命已绝不摆荡地为人类、史先人类和其余性命情势,如虫豸、鱼类、鸟类和哺乳植物办事了数亿年。人类工程与其余性命情势工程的差别的处所在于,人类具有一种怪异的才能,能够或许或许或许或许去假想“为用户停止缔造”,而后停止缔造并终究完成,以知足首要的“用户须要”。其余性命情势很能够或许或许或许是经由进程退化进程畴前辈那边学到了工程缔造,如制作蚁穴、蜂巢和鸟巢。它们的缔造更多的是对初期履历的进修复制,而不是应用智力应答新际遇。不斥地新范畴的用户前进限定了物种的前进。以上的性命情势是一切工程用户品种中的典型,但只要人类工程才能带来引领较着的用户前进的新的缔造。
  古代人类有30万年的汗青,人类的说话能够或许或许或许或许追溯到5万年前,而智人在350万年前就从岩石上凿出了尖锐的东西。350万年前,人类在一切性命情势中的位置并不凸起。颠末人类不时地“为用户停止缔造”,经由进程新的设法、才能和代价来知足“用户须要”,从而增进人类的糊口、常识和繁华,人类在性命情势中的位置逐步凸起。其余性命情势没法与人类协作,由于它们在思惟、机遇、步履和懂得自身须要方面的顺应才能无限。人类工程带来的此刻的物种前进而不是灭尽的故事冗长且具有上风。是以在数千年后的21世纪,咱们能够或许或许或许或许发问,人类工程该当若何操纵其环球主导位置来掩护而不是剥削地球。这是本文面前的终究题目。
  二、概述
  20世纪是一个工程成就不凡的期间,世纪之交激起了美国国度工程院(NAE)与27个美国专业工程协汇协作,惩处、排名和记念其前20名的工程成就。NAE在2003年宣布了成就卷,落款为《百年立异——转变咱们糊口的20项工程成就》(A century of innovation: twenty engineering achievements that transformed our lives),并在网站http://www.greatachievements.org/上停止了总结。该成就卷配有那时的照片,加深了人们对阿谁期间的领会,并使公家能够或许或许或许或许取得相干的信息。专业协会将这些成就按其首要性由高到低顺次摆列,最初的综合排名如表 1所示。这份榜单对很多人来讲是鼓励民气的,由于这些成就都是在短短100年间内取得的。
  在该卷出书后,21世纪的工程立异立即就成了人们的乐趣地点,由于这是一个手艺变更加快的世纪。是以,在2007年NAE成立了一个由18人构成的国际委员会,由斯坦福大学的William Perry担负主席,他们假想了21世纪能够或许或许或许会有哪些不凡的工程缔造。可是,委员会的论断是,在新世记要可托地肯定不凡的工程缔造并为其排名只能靠回首完成,21世纪的加快变更使得人们乃至没法展望变更最大的范畴,更不用说展望此中最首要的范畴。作为一种替换方式,委员会提出,他们能够或许或许或许或许按照今朝对这个时期的工程挑衅的懂得,颁发“21世纪工程范畴须要完成的方针”,这并不是一件微缺乏道的事。
  当委员会动手这份申明时,它熟悉到了21世纪工程范畴展望的两个附加的限定。起首,在2007年,工程已是一项环球性的奇迹,而不是处所性或国度性的,是以百年的工程愿景必须放眼环球——这是汗青上的第一次。其次,工程的每一个范畴和规模都能够或许或许或许或许用4个英文单词来描写,从而将工程的手艺局部“缔造(creation)和处理打算(solutions)”与工程的用户局部“人(people)和社会(society)”接洽起来。可是,在全部20世纪和更早的时辰,在美国的工程教导中只要两个词,即“缔造”和“处理打算”,被用来描写工程,在很多人的脑海中工程自身亦是如许。比拟用户局部,工程的手艺局部占主导位置。
  半个世纪前,我是工程系的一位师长教师,那时很多师长教师被工程学吸收,缘由是如许他们就不用与“人和社会”(人的构造)打交道。工程教导中的人文和社会迷信局部较着处于首要位置,乃至与手艺局部摆脱。这一现实已构成了尽人皆知的负面成果。起首,工程教导使工程学师长教师与工程用户摆脱,和工程用户与工程摆脱。由于不熟悉到工程简直切义务是办事用户、国民和社会,是以工程教导是不完全的,更糟的是工程教导乃至具有误导性。对美国公家对工程概念的按期查询拜访证明,大大都公家不信任工程师会关怀社会题目。其次,要改正《21世纪工程严重挑衅》(Grand Challenges for Engineering in the 21st Century)愿景(vision)中对工程熟悉的缺乏,必须在工程体系愿景陈说中将用户局部作为工程的方针凸起显现。
  下面的愿景陈说是工程体系处理打算的方针,该处理打算经由进程工具方针的知足来到达用户的须要。配合成立的工程设想及其机能和操纵标准陈说了体系的愿景、方针和方针的挨次。
  Perry委员会的首要使命是为工程范畴的严重挑衅成立一个长达百年的环球性愿景,肯定工程的手艺局部,即“缔造和处理打算”明白地办事于用户局部,即“人和社会”。对这个题方针愿景陈说抒发了他们的工程体系处理打算的方针为“人和社会”。这份申明捉住了对用户的关头许诺——环球愿景;地球上人类性命的延续;在可延续性、宁静性、安康和糊口乐趣或某种水平的糊口品质方面向用户供给更好的办事。
  方针是特地挑选的“手艺打算”,当与经由进程方针取得的处理打算连系在一路时,能确保知足上述愿景陈说,即对用户的关头许诺。方针的数目和申明超出了知足愿景所需的成果。完成愿景的特定方针不必然是独一的。当把这些方针放在一路时,其可在指定的输出规模内知足每一个方针。配合成立的工程设想及其机能和操纵标准构成了体系的愿景、方针和方针。
  三、愿景——工程严重挑衅
  按照委员会的审媾和论断,愿景提出了工程严重挑衅的方针,或简要简要地说,是“21世纪工程须要完成的”用户题目。该愿景保障用户从工程、国民和社会题目中受害,但不划定完成这些的手艺题目。是以,愿景是工程体系处理打算中普通用户能够或许或许或许或许懂得的非手艺局部。由于针对方针所提出的手艺根本会完成愿景,愿景是体系题方针根本。不愿景,体系处理打算就不指定的方针。我间接按照Perry委员会的报告和此中供给的资料和这里提出的方针草拟了下面的愿景申明。Perry委员会报告不提出愿景,但若是它提出了愿景,很能够或许或许或许与这里的愿景类似。这些方针是委员会报告中的手艺局部,其零丁的处理打算在设想大将知足愿景中请求的用户须要。表2中所示的经由进程缔造处理打算来知足的14个自力的方针被称为工程的严重挑衅。
  在挑选赞助会商这一点的极度环境下,在任何处所完成这一愿景申明都将经由进程前进可延续性、宁静性、安康和糊口乐趣或糊口品质来改良地球上人类的糊口。固然完成这一愿景申明将在这4个范畴鞭策地球的成长,但该申明不宣称要肃除或防止影响任何题目。地球上的性命在这4个范畴中的前进并不解除局部前进的不均衡。可是,这些愿景确切处理了工程若何经由进程知足方针和告竣方针来明白地办事于“人和社会”。
  四、方针——工程严重挑衅
  Perry委员会发明,为范畴中的14个方针成立处理打算是完成愿景所需的最低请求。当你回首这些方针时,你能将它们与知足4个愿景希冀(可延续性、宁静性、安康和糊口品质)中的一个或多个接洽起来。鞭策方针的处理打算能够或许或许或许或许前进愿景和用户方针的对劲度和对“人和社会”的办事。其余方针也能够或许或许或许或许确保完成愿景,是以能够或许或许或许是完成愿景的备选打算。方针不必然是独一的,其余候选身分如本钱、可用性、靠得住性、宁静性等能够或许或许或许成为有吸收力的替换选项。
  五、方针——工程严重挑衅
  愿景和方针成立以后,将经由进程方针为每一个方针成立处理打算。可是,Perry委员会未提出完成每一个方针绝对应的方针,也未提出完成该愿景的每一个方针的绝对首要性。
  咱们倡议为这些方针提出两种差别但都公道的处理打算。此中一种打算是把每一个方针的方针当做一个“工程体系题目”。此打算的A组工程师团队已具无为方针开辟方针处理打算所需的必备才能。别的 B组工程师团队以后尚不具无为该方针开辟方针处理打算所需的才能,是以,B组团队的方针将须要先筹办承当实行工程体系打算的合适休息力,随后开辟出方针处理打算。由于这是一个持久的、环球性的题目,以是选用还不具有完成方针所需的才能的休息力(B组),或选用已具有完成方针所需的才能的休息力(A组),仿佛都是可行的挑选。终究,B组将为A组供给休息力,或他们将简略地归并。
  六、严重挑衅学者打算——打造人材团队
  2008年,在NAE宣布的《21世纪工程严重挑衅》中,Perry委员会仅在此中提出了愿景和方针,却不对方针的完成、排名或实行停止会商,也不为严重挑衅供给处理打算,而是将方针处理打算和愿景实行的题目遗留给先人。以后,Thomas Katsouleas师长教师(杜克大学工程系主任)、Yannis Yortsos师长教师(南加州大学工程系主任)和Richard Miller师长教师(欧林工程学院前校长)得出论断:若是21世纪工程范畴的成长标的目的要朝着完成《21世纪工程严重挑衅》中的愿景和方针的标的目的迈进,那末此刻是时辰将工程学师长教师和工程学教导体系引入此中。若是这些挑衅要对21世纪的工程发生影响,那末此刻的师长教师将来将能够或许或许或许成为完成这一方针的工程师。是以,他们实行了严重挑衅学者打算(GCSP)。以后的工程教导课程整体上贫乏对师长教师该当具有应答工程严重挑衅危险所需的懂得力和职业本质请求,是以这一打算旨在侧重培育工程专业师长教师的这一本质。GCSP有潜力鞭策工程和工程学教导成为21世纪社会须要的中间。
  GCSP是对现有一切工程项方针补充,旨在培育多文明、多学科的师长教师团队,以成立环球性题方针处理打算,从而为人类和社会办事。简而言之,GCSP培育师长教师具有面临工程严重挑衅的环球视线。自2009年发起以来,GCSP的大学成员不时增添。
  GCSP打算有5个特点,这些特点对严重挑衅的终究胜利相当首要。起首,GCSP是对任何国度/地域的任何大学供给的任何传统工程项方针补充。该打算赞助师长教师懂得和筹办现今时期协作性、多文明、多学科的环球工程步履,如(但不限于)工程严重挑衅。作为一个教导桥梁,GCSP将每一个国度的工程名目扩大到环球规模。其次,该名目增进师长教师对工程严重挑衅的懂得,从而为以后他们鼓励环球社区的任务奠基根本。再次,工程严重挑衅的愿景的采取现实上取决于GCSP在环球规模内的胜利扩大,由于将来将由这些师长教师及其继任者把工程严重挑衅思惟推行到全天下的社区、大学和社会。经由进程如许做,他们能够或许或许或许或许赞助塑造环球工程教导的将来。最初,那些完成了大学学业,并但愿持续以专业人士和(或)自愿者的身份与GCSP缔盟的师长教师,将无机遇经由进程不时强大的GCSP社区撑持将来的师长教师。
  为了便利履行,GCSP必须清楚、简略并要重视师长教师的必备焦点才能,而以后普通的工程学课程并不这类请求。师长教师的才能是从教导履历中取得的。对师长教师而言,GCSP并不是对打算的办理。每一个到场GCSP 的大学办理者办理本身响应的课程。每所大学在以下方面具有自立决议权:师长教师登科、讲授方式、评价师长教师才能的方式;根据师长教师在每项才能颁发严重挑衅学者证书;向美国NAE主席保举有资历取得严重挑衅学者奖的师长教师等。NAE主席会以小我庆祝信的情势认定每位及格的师长教师为严重挑衅学者。
  若请求举行GCSP,请拜候GCSP网站(www.engineeringChallenge.org/GrandChallengesScholarsProgram. aspx)。请求者须要供给大学提拔师长教师打算的信息,以确保师长教师5项才能的培育成长和打算的胜利举行。
  七、师长教师才能
  GCSP才能是对现有任何教导打算的补充,能够或许或许或许或许赞助师长教师在环球规模内与其余国度的师长教师和专业人士到场结合工程协作。这是21世纪工程请求的一项首要才能。该打算的根本是师长教师成就,而不是行政运转法式,是以任何打算都可将其作为教导补充。每所大学自立决议其行政法式并自立决议师长教师登科、课程筹办,和师长教师在5项才能范畴中每一个范畴的终究才能(凡是大大都都不是工程学课程的一般构成局部)。
  经由进程与来自差别文明、差别学科和差别概念视角的人彼此交换,师长教师终究能够或许或许或许或许真正懂得这5项才能。早在两千多年前,孔子针对这一点提出倡议:“不闻不若闻之,闻之不若见之,见之不若知之,知之不若行之。”要懂得经由进程小我到场取得的才能,不只仅须要凝听、浏览、写作或分管义务。在现今环球互联的天下里,为了胜利展开协作,人际来往夸大了顺应的庞杂性和须要性。
  每所主理大学都具有并运转其核准的GCSP。以严重挑衅为主题的打算设想将确保5项才能之间的分歧性和连通性。GCSP不是划定性的打算。它以成果为根本并且运转矫捷。“21世纪工程师”的理念确保了机构履行打算的矫捷性。
  NAE的感化是去激起和增进活动、提倡愿景、调集好处相干者和有关方面、到场社区互动和变更。NAE对 GCSP的运作不承当负何义务,也不为任何GCSP供给资金撑持。它掌管核准新打算的举行、存档记实并按期掌管地域集会。它还为一切的GCSP举行年度集会,此中包含能够或许或许或许对打算的成长感乐趣的相干方。它还能够或许或许或许或许增进对GCSP的懂得和在环球规模内扩大,以赞助增进 GCSP的终究胜利。可是,每项GCSP都自力于NAE和其余GCSP。
  八、严重挑衅学者打算收集
  停止2019年12月16日,美国有75个大学构造展开了已核准的或正在检查的GCSP,别的有83所大学表现有乐趣展开该打算。在国际上,有17所大学打算已核准或正在检查中,别的53所大学正处于摸索成立打算进程中。已核准或行将获得核准的国际打算别离位于阿布扎比酋长国,澳大利亚,巴西,加拿大,中国际地、香港和台湾,意大利,印度,黎巴嫩,马来西亚,荷兰,罗马尼亚,新加坡和英国。其余国度和地域,如哥伦比亚、印度尼西亚、以色列、爱尔兰、哈萨克斯坦、俄罗斯、韩国和越南,也正在摸索开辟该打算。
  一个由严重挑衅奖学金名目构成的环球生态体系,作为一个由多种多样、自力、怪异的名目构成的收集,与其余有乐趣接纳彼此进修的最好理论的名目构成共生干系,长短常可取的。经由进程GCSP在环球规模内扩大这平生态体系以打仗到更年青的工程师,这也是完成严重挑衅的环球实行的一个首要契机。
  工程专业的师长教师将GSCP视为工程界及其专业将来的成长标的目的,并对环球GCSP表现出最大的乐趣。GCSP 为师长教师带来了史无前例的机遇,如:
  努力于环球视线和环球处理打算;
  引入“人和社会”,提出环球工程处理打算,作为工程界的希冀;
  熟悉到文明对工程处理打算的可行性相当首要;
  熟悉到经济身分常常是处理打算是不是可行的决议性身分;
  熟悉到多学科、多文明的工程团队对庞杂的体系处理打算的变更性;
  筹办在环球规模内处置严重挑衅之外的工程奇迹;
  熟悉到工程打算愿景可控的缘由。
  九、总结与会商
  (1)工程严重挑衅是由处所处理打算构成的一项环球打算。该打算逾越环球,或即便在一个小的国度内,GCSP也须要很多处所处理打算的调和协作。
  (2)在到场美国GCSP的师长教师中,一半以上是女性和多数族裔,他们遭到用户对“人和社会”存眷的吸收和开导。
  (3)虽然研讨生很能够或许或许或许会从应答环球挑衅的筹办任务中受害匪浅,可是让本科生做好这类筹办任务并不是工程教导的一般特点。
  (4)现今的师长教师能够或许或许或许或许接管GCSP愿景包含的工程手艺和用户义务。
  (5)GCSP将每一个国度的工程名目扩大为环球性名目,培育师长教师的多文明、多学科的立异才能,为人类和社会办事。
  (6)天下上任何处所的任何大学都能够或许或许或许或许实行GCSP。
  (7)GCSP赞助现今工程师为应答21世纪的工程题目做好筹办,GCSP对其很是首要。
  (8)工程严重挑衅愿景的完成取决于GCSP在环球规模内的采取度。GCSP在环球规模内的采取成果既能赞助工程师应答工程严重挑衅,又能将GCSP拓展至环球规模。



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