中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 現(xiàn)代工程深刻影響著社會發(fā)展進程。工程技術的每一次重大突破，均催生全球性科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，并產(chǎn)生一批工業(yè)強國?！爱斀袷澜纾乱惠喛萍几锩彤a(chǎn)業(yè)變革正在重構(gòu)全球創(chuàng)新版圖、重塑全球經(jīng)濟結(jié)構(gòu)?！惫こ炭茖W和自然科學是現(xiàn)代工程的理論基礎。隨著社會生產(chǎn)力的不斷提高，人們開展工程活動的難度和復雜性也隨之不斷凸顯，使現(xiàn)代工程科學不斷向系統(tǒng)化、協(xié)同化、社會化發(fā)展。同時，工程科學不斷提升科學研究的復雜性和精密性，逐步向“大科學”模式轉(zhuǎn)變，極大增強了人類認識自然的能力。

基于我國國情來看，工程科學幾乎涉及國家生產(chǎn)生活的方方面面，支撐著國民經(jīng)濟和國防建設事業(yè)的發(fā)展，是推動我們?nèi)娼ㄔO社會主義現(xiàn)代化強國、實現(xiàn)中華民族偉大復興中國夢的重要基礎。但在工程科學研究方面，我國仍然存在著許多短板和不足。2014?年習近平總書記在中國科學院第十七次院士大會、中國工程院第十二次院士大會上指出：“多年來，我國一直存在著科技成果向現(xiàn)實生產(chǎn)力轉(zhuǎn)化不力、不順、不暢的痼疾?！逼渲幸粋€主要原因就是工程科學研究相對滯后于現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展。雖然近年來我國基礎研究的經(jīng)費投入不斷增加，工業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模與品種不斷擴大，但作為工業(yè)發(fā)展重要基礎的工程科學研究，仍存在許多基本科學原理、科學問題、科學思維和科研范式?jīng)]有取得明顯進步和突破等問題，這已成為我國科技創(chuàng)新鏈的薄弱環(huán)節(jié)。2021?年習近平總書記在中國科學院第二十次院士大會、中國工程院第十五次院士大會和中國科學技術協(xié)會第十次全國代表大會上進一步指出：“要大力加強多學科融合的現(xiàn)代工程和技術科學研究，帶動基礎科學和工程技術發(fā)展，形成完整的現(xiàn)代科學技術體系”。

回顧工程科學的發(fā)展歷程，在充分把握工程科學的內(nèi)涵、發(fā)展階段與現(xiàn)代特征基礎上，從源于工程、服務工程的角度出發(fā)，聚焦國家的工程重大需求，借鑒主要國家發(fā)展工程科學的經(jīng)驗和做法，探討工程技術中的共性科學問題。加大對工程科學問題的研究，不斷提升我國科技實力和科技創(chuàng)新，這對于我們抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革機遇，用工程科學推動科技創(chuàng)新、加快建設科技強國、實現(xiàn)高水平科技自立自強具有重要意義。

工程科學的內(nèi)涵、發(fā)展階段與現(xiàn)代特征

工程科學是人類在生產(chǎn)實踐過程中對改造自然手段方法的知識總結(jié)、提煉與升華，在推動生產(chǎn)力發(fā)展方面起著最直接的作用?；厮輲状喂I(yè)革命的產(chǎn)生、發(fā)展及代表性發(fā)明的應用概況，能夠為我們準確把握工程科學的內(nèi)涵、發(fā)展階段與現(xiàn)代特征提供重要依據(jù)。

工程科學的內(nèi)涵

錢學森?1947?年在浙江大學、交通大學和清華大學所做的“工程和工程科學”講演和?1948?年發(fā)表的文章中均就工程科學的科學內(nèi)涵及其重要性予以明確。20?世紀?50?年代，錢學森又提出“技術科學”的思想，強調(diào)“自然科學、技術科學和工程技術三個知識部門同時并進，相互影響，相互提攜”。

正如錢學森在《工程與工程科學》中指出：“在科學與工程技術之間已經(jīng)形成了一個獨立的學科體系，這就是工程科學?！彼J為，自然科學研究的主要目的在于發(fā)現(xiàn)和掌握自然界存在和發(fā)展的基本規(guī)律。相對于自然科學，工程科學是研究工程技術的一般規(guī)律，是工程中運用的綜合性的知識體系。也就是說，自然科學是一門認識自然的科學，工程科學是利用和改造自然的科學。通過工程科學帶動自然科學的發(fā)展，不僅能夠幫助自然科學獲得更多的科學發(fā)現(xiàn)、科學原理和技術創(chuàng)造，還能夠有效地將自然科學成果轉(zhuǎn)化應用。

工程科學的發(fā)展階段

縱觀工業(yè)革命的歷史進程，工程科學的形成和發(fā)展離不開自然科學，并經(jīng)歷相輔相成、互相促進的歷史過程。

18?世紀?60?年代，第一次工業(yè)革命在英國發(fā)生；蒸汽機的發(fā)明和使用，使大機器生產(chǎn)成為工業(yè)生產(chǎn)的主要方式；自然科學中的科學技術原理被大范圍應用并指導人們開展工程活動，這為工程科學的建立提供了重要基礎。同時，第一次工業(yè)革命的生產(chǎn)實踐也催生了熱力學這一物理學重要分支學科。在這一時期中，工程科學進入簡單機械動力的發(fā)展階段。

19?世紀?70?年代，電力的發(fā)明與應用引發(fā)了以電力為中心的第二次工業(yè)革命。以蒸汽機為主要機械動力的生產(chǎn)方式被電器和內(nèi)燃機的生產(chǎn)方式所取代，人類進入電氣時代。這個時期，各種新技術、新發(fā)明層出不窮，并被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。新興工業(yè)，如電力、石油、化工和汽車等，都要求實行大規(guī)模的集中社會化生產(chǎn)。工程科學在大規(guī)模的集中社會化生產(chǎn)中得以不斷發(fā)展完善，工程科學進入近代發(fā)展階段。

20?世紀?40?年代，隨著原子能技術、計算機技術的發(fā)明和應用，以及人工合成材料、分子生物學和遺傳工程、空間技術和海洋技術等高新技術的產(chǎn)生，引發(fā)了第三次工業(yè)革命。這標志著人類社會從機械化、電氣化的時代進入到另一個更高級的信息化時代。在這一時期中，工程科學進入以信息技術、新材料技術、新能源技術和生命科學技術為基礎，以材料、能源、信息一體化發(fā)展為標志的現(xiàn)代工程科學的發(fā)展階段。

這些工業(yè)革命的技術發(fā)明和工程活動案例表明，工程科學的發(fā)展不僅能極大提升國家、地區(qū)工業(yè)的規(guī)模和水平。更為重要的是，進入?21?世紀以來，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革中，國家、地區(qū)還可以獲得更多自然科學、工程科學和工程技術的新發(fā)現(xiàn)、新發(fā)明、新理論、新范式和新創(chuàng)造等，并培養(yǎng)出一大批具有創(chuàng)新思維的科學家。通過工程科學帶動自然科學的發(fā)展具有深遠意義。

工程科學的現(xiàn)代特征

如前所述，工程科學是具有豐富科學內(nèi)涵和技術內(nèi)容的、同社會生產(chǎn)緊密結(jié)合的基礎性科學?，F(xiàn)代工程科學不斷發(fā)展吸收其他學科的科學要素和理論精華，主要呈現(xiàn)?3?個重要特征。

社會化大生產(chǎn)向系統(tǒng)化、協(xié)同化發(fā)展，決定了工程科學具有系統(tǒng)性特征。工程科學在產(chǎn)生和發(fā)展的過程中，始終與生產(chǎn)領域緊密聯(lián)系，是要解決如何將科學技術應用到生產(chǎn)領域的一系列理論問題。從實踐角度來看，工程活動和工業(yè)生產(chǎn)中往往涉及大量具有不同特征、不同性質(zhì)的系統(tǒng)要素。因此，首先需要工程科學對此進行分析和研判，然后用系統(tǒng)科學的理論和方法組織工程活動，最終形成一個符合生產(chǎn)目的、具有特定功能的工程實體。具體來講，工程師會按工程需求進行系統(tǒng)和全面的分析，提出工程方案的可行性、實現(xiàn)途徑和風險化解措施，為工程實施提供科學和有效的方案。用系統(tǒng)工程方法實現(xiàn)整體最優(yōu)，而不追求單個要素的最優(yōu)。

時代發(fā)展和科技進步使工程科學具備了管理、改進、實施復雜工程的能力，決定了工程科學具有復雜性特征。錢學森在《工程與工程科學》中指出：“一個工程科學家提供的服務能夠澄清使人高度困惑的工程問題，并且能夠被用來避免工程設計中出現(xiàn)更多的錯誤?！碑斍?，現(xiàn)代工程科學已經(jīng)進入了以新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革為依托，向復雜系統(tǒng)開發(fā)、組織和運行管理發(fā)展的新時期。在這一變化中，傳統(tǒng)工程科學的專業(yè)理論與實踐也在不斷發(fā)展完善。以現(xiàn)代復雜工程系統(tǒng)的開發(fā)與建設為例，現(xiàn)代工程科學往往需要相關研究或工作人員不僅運用前沿技術對復雜系統(tǒng)工程的基本特征做出科學定量研判，還需要通過長期的運行和迭代改進復雜工程系統(tǒng)的開發(fā)與建設。

現(xiàn)代工程活動范圍和涉及學科領域的不斷擴大，決定了工程科學具有綜合性、交叉性特征。一個具體的工程活動和工程對象，往往涉及不同的科學領域，早已超出傳統(tǒng)的工業(yè)領域覆蓋范圍。因此，既需要聯(lián)合不同領域的科學家去解決同一個系統(tǒng)工程問題，又要在交叉融合中實現(xiàn)應用創(chuàng)新，形成科學活動、技術活動、社會活動、管理活動、文化活動集于一體的綜合體系。例如，由于涉及地質(zhì)學、水利學、建筑學、電力學、材料學、生態(tài)學、經(jīng)濟學、社會學等學科，我國的三峽水利工程是典型的多學科綜合交叉創(chuàng)新的產(chǎn)物，從而使這一工程在建成后既符合社會發(fā)展需要，又能發(fā)揮更大的經(jīng)濟效益。隨著工程運行涉及的生態(tài)安全和倫理等問題逐漸凸顯，人們開始在哲學層面對科學技術的目的和手段進行反思。在工程科學同哲學的交叉融合中，產(chǎn)生了工程哲學這一新的交叉學科；而工程哲學的不斷發(fā)展，又從理論和認知方面回答了“工程科學是什么”“我們需要工程科學去干什么”等問題，從而促進了工程科學的進一步發(fā)展。

工程科學的發(fā)展需求及目前存在的突出問題

工程科學是適應現(xiàn)代工程發(fā)展要求并從現(xiàn)代科學中分化、獨立出來的基礎科學研究領域。工程科學將面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求和面向人民生命健康，聚焦航天、核工業(yè)、信息、人工智能、先進制造等國家戰(zhàn)略安全基礎核心領域，以及類腦智能、量子信息、未來網(wǎng)絡、深海空天開發(fā)等前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革領域，布局實施一批重大專項和科研項目，產(chǎn)生一批重大原創(chuàng)科技成果，催生一批新興未來產(chǎn)業(yè)，從根本上解決關鍵性技術和“卡脖子”技術。只有以工程科學為基礎和先導，大力發(fā)展原創(chuàng)性工程技術，確保關鍵核心技術自主可控，才能夠擺脫西方國家的制約，實現(xiàn)高水平科技自立自強，真正成為工程強國，從而助力我國從大國向強國邁進。通過自然科學、工程科學和制造基礎的協(xié)同發(fā)展，支撐國家重大科技工程和科技強國建設。

總體上看，我國在不同階段針對制約科技發(fā)展的關鍵問題，從急起直追、填補國內(nèi)空白到在國際上占有一席之地，逐漸奠定了我國的科技基礎。特別是黨的十九大以來，我國大力加強多學科融合的現(xiàn)代工程和技術科學研究，充分發(fā)揮新型舉國體制的優(yōu)勢，大力支持周期長、風險大、難度高的戰(zhàn)略性科學計劃和科學工程。在《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和?2035?年遠景目標綱要》（以下簡稱《“十四五”規(guī)劃和?2035?年遠景綱要》）中，明確提出強化國家戰(zhàn)略科技力量，“在事關國家安全和發(fā)展全局的基礎核心領域，制定實施戰(zhàn)略性科學計劃和科學工程”。

2021?年，我國在研發(fā)方面投入的資金達到?2.79?萬億元人民幣，研發(fā)投入增速比上一年加快?4?個百分點，基礎研究經(jīng)費比?2020?年增長?15.6%，特別是在空間探測、核物理、量子科學、生物工程等多個原始創(chuàng)新領域取得了新的突破。然而，目前我國科技水平與美國仍有明顯差距，缺乏原始創(chuàng)新，高端器件和裝備幾乎全部依賴進口，在核心軟件、關鍵器件和基礎材料等方面頻頻被“卡脖子”，嚴重威脅國家安全和經(jīng)濟發(fā)展。更為重要的是，我國缺乏前沿技術或顛覆技術創(chuàng)新，尚未形成引領未來的科技能力?，F(xiàn)有科技計劃仍未解決基礎研究和應用研究相對割裂的問題，主要表現(xiàn)在?3?個方面。

在戰(zhàn)略層面，缺少面向國家重大需求的頂層設計和規(guī)劃，基礎研究布局重視自然科學和交叉科學，但對工程科學的布局比較薄弱?！俺墒煲粋€啟動一個”的自底向上的專項設立模式，容易造成“煙囪林立”和“木桶效應”。國家科技戰(zhàn)略規(guī)劃和資源配置體制機制亟待完善，對創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略的頂層設計及重大任務的路線圖和時間表有待進一步制定和明確。

在實施層面，短期內(nèi)貫通基礎前沿到應用示范，客觀上會急功近利，削弱基礎研究的支持力度，缺乏對基礎科學問題和關鍵性、顛覆性技術的長期持續(xù)攻關，存在基礎夯不實、打不牢的問題。如：基礎研究的財政投入力度不夠、支出結(jié)構(gòu)有待進一步優(yōu)化，對基礎研究的優(yōu)惠政策不夠完善，缺乏社會捐贈和基金機制等多渠道投入，支持基礎研究的投入機制不夠持續(xù)穩(wěn)定。

在科技攻關方面仍需強化問題導向。在對國家發(fā)展戰(zhàn)略、提高人民生活水平等方面最緊急、最緊迫的研究領域上，缺乏應對突發(fā)性事件的科技支撐能力。特別在當今世界經(jīng)濟陷入低迷、新冠肺炎疫情影響廣泛深遠的日趨復雜的國際環(huán)境下，我國在石油天然氣、基礎原材料、高端芯片、工業(yè)軟件、農(nóng)作物種子、科學試驗用儀器設備、化學試劑等關鍵核心技術上有待進一步突破。

與此同時，在向工業(yè)化、市場化、信息化、社會化、生態(tài)化發(fā)展的過程中，對我國大力發(fā)展工程科學、服務于全面建設現(xiàn)代化社會主義強國提出了更高要求。工程科學發(fā)展到今天，所具有的交叉性和綜合性的特征，要求我們必須關注和支持相關領域?qū)W科，使工程科學更加適應時代發(fā)展、更加符合我國社會主義初級階段基本國情，樹立新時代工程觀，貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的新發(fā)展理念，需要結(jié)合哲學、人文、社會等學科對工程活動進行綜合考量和評判，為我們能夠有效避免在開展工程活動中出現(xiàn)的相關社會問題提供重要思想和理論指導。

工程科學發(fā)展計劃的國際經(jīng)驗

根據(jù)國情和實際的需要，國際上各主要國家和地區(qū)重點部署新工程技術、新產(chǎn)品的前期探索研究（即競爭前的研究），制定實施了一系列工程科學相關戰(zhàn)略規(guī)劃，并列入國家整體科技發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃之中。

從美國、歐盟、英國、俄羅斯、日本等世界主要國家和地區(qū)在工程科學相繼發(fā)布的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃（計劃）來看（表?1）：一些規(guī)劃（計劃）是多國家聯(lián)合制定的，如英國、德國、法國、荷蘭、瑞典、丹麥、捷克等?20?多個國家共同制定的《歐盟研究基礎設施路線圖》；一些規(guī)劃（計劃）是通過一些具體職能部門來發(fā)布的，如美國國防部發(fā)布的《競爭時代國防部技術愿景》、美國國土安全部發(fā)布的《人工智能/機器學習戰(zhàn)略計劃》等?？傮w上看，這些規(guī)劃（計劃）基本上都涉及工程科學的最前沿和新興的技術與方向，對保持主要國家和地區(qū)的全球領先地位起到了重要的推動作用。

特別是當前，面對中美競爭態(tài)勢，美國拜登政府大幅增加基礎研究投入，美國眾議院提出《美國國家科學基金會（NSF）未來法案》，將大幅增加經(jīng)費并成立“科學與工程解決方案”新部門，強化自然科學與工程科學的交叉融合，促進美國國家科學基金會解決社會實際問題。這也是美國發(fā)展工程科學戰(zhàn)略舉措的典型例子。

實踐表明，這些國家和地區(qū)制定國家層面的發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃（計劃），為本國（地區(qū)）工程科學的發(fā)展提供了重要資助和支持。這些規(guī)劃的內(nèi)容有?4?個方面的特點。

工程科學發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃（計劃）的制定和實施采取系統(tǒng)全鏈條式管理模式。為了減少相關規(guī)劃（計劃）從制定到實施過程的不必要環(huán)節(jié)，各國（地區(qū)）負責規(guī)劃和路線圖制定的相關機構(gòu)同時也擔負著對工程科學的協(xié)調(diào)或管理職責，使國家重點實施的相關工程科學項目從納入路線圖、批準到資助，再到設計、建設、運營、結(jié)束的全過程（全周期）都能夠在相關機構(gòu)的監(jiān)督和管理下順利進行。同時，這些機構(gòu)往往建立了對工程科學的發(fā)展規(guī)劃（計劃）的監(jiān)測、評估及定期更新的機制，以保證其制定和實施的科學有效性。

工程科學發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃（計劃）的制定和實施具有長期性和連續(xù)性。根據(jù)各國實際國情，在國家優(yōu)勢領域上重點布局，基于當前國家的科技實力、科研背景、政府愿景和國內(nèi)外面臨的復雜形勢和挑戰(zhàn)，制定工程科學優(yōu)先發(fā)展方向。并在實施過程中，對優(yōu)先發(fā)展方向進行長期穩(wěn)定的支持。

工程科學發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃（計劃）的制定強化專家參與的咨詢模式。各國（地區(qū)）在制定這些規(guī)劃、計劃的同時，吸納廣泛的利益相關方參與到?jīng)Q策、管理和監(jiān)測評估工作中，邀請來自不同機構(gòu)和不同領域的專家參與其中，吸收并采納各領域各學科相關方面的意見，使制定的規(guī)劃（計劃）更能兼顧各方利益、實施和運行更為科學合理。

工程科學發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃（計劃）的制定兼顧科學性與風險性。各國（地區(qū)）相關機構(gòu)或部門篩查和選擇工程規(guī)劃（計劃），首先考慮的是入選的規(guī)劃（計劃）是否能夠?qū)崿F(xiàn)重大科技突破和解決現(xiàn)實問題；其次兼顧考慮經(jīng)濟效益和技術風險。

建議與思考

根據(jù)《“十四五”規(guī)劃和?2035?年遠景綱要》中關于加快建設世界科技強國、強化國家戰(zhàn)略科技力量、全面塑造發(fā)展新優(yōu)勢等要求，針對我國工程科學發(fā)展的突出問題，從宏觀政策和發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)，提出以下建議。

將工程科學納入《基礎研究十年規(guī)劃》，融合發(fā)展自然科學和工程科學，有機構(gòu)成我國戰(zhàn)略性基礎研究體系。2021?年習近平總書記在中國科學院第二十次院士大會、中國工程院第十五次院士大會和中國科學技術協(xié)會第十次全國代表大會上指出：“現(xiàn)代工程和技術科學是科學原理和產(chǎn)業(yè)發(fā)展、工程研制之間不可缺少的橋梁，在現(xiàn)代科學技術體系中發(fā)揮著關鍵作用?！睉凇痘A研究十年規(guī)劃》中加大對工程科學的支持力度，強化問題導向，針對國家戰(zhàn)略需求和全球重大挑戰(zhàn)，部署工程科學項目；促進自然科學和工程科學有機融合、協(xié)同發(fā)展、互為支撐，催生原始創(chuàng)新和顛覆性技術；解決高端科學儀器、工程母機、工業(yè)軟件等“卡脖子”問題；激勵企業(yè)開展工程科學基礎研究、技術創(chuàng)新、成果轉(zhuǎn)化、產(chǎn)業(yè)化等全鏈條科技創(chuàng)新活動，夯實企業(yè)創(chuàng)新主體地位。

以國家重大科技專項為牽引，優(yōu)先布局事關國家科技安全的工程科學，支撐我國科技強國建設。工程實力是國家的脊梁和基石，是推動經(jīng)濟增長的“倍增器”。工程科學直接支撐國民經(jīng)濟和國防建設，是全面建設社會主義現(xiàn)代化強國的基礎。以國家重大科技專項為牽引，聚焦事關國家科技安全和發(fā)展全局的核心領域，加大對工程科學投入力度。鼓勵“勇闖無人區(qū)”甚至“發(fā)現(xiàn)無人區(qū)”，為培育原始創(chuàng)新和新興產(chǎn)業(yè)提供堅實的理論基礎，通過“跨代”“換道”等方式，從“跟跑”轉(zhuǎn)變?yōu)椤邦I跑”，實現(xiàn)高水平科技自立自強，助力我國從大國向強國邁進。

在重大科技工程實施中，針對基礎性問題，布局自然科學和工程科學研究，并建立長效穩(wěn)定、滾動發(fā)展的支持機制。未來我國國家重大科技工程將面臨“無人區(qū)”挑戰(zhàn)，無國際成功經(jīng)驗可以借鑒，需要突破一系列基礎性問題。需充分發(fā)揮我國新型舉國體制優(yōu)勢，圍繞重大科技工程實施，布局自然科學和工程科學研究，組織國內(nèi)優(yōu)勢力量協(xié)同攻關；并建立長效穩(wěn)定、滾動發(fā)展的支持機制，對取得階段性重大科技成果，要簡化立項程序，直接滾動持續(xù)支持。

在重大科技工程實施過程中加大開放力度，匯聚全球科技資源，提升我國國際影響力。面對深空、病毒、災害等全球共同挑戰(zhàn)，實施國際化的重大科技工程，深化全球合作；從重大科技工程中提煉基礎科學問題并向全球發(fā)布，邀請各國科學家共同參與研究，加大開放合作力度，提升我國國際影響力。

（作者：李培楠 中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院，包為民 中國航天科技集團有限公司，姚偉 中國空間技術研究院錢學森空間技術實驗室；《中國科學院院刊》供稿）

相關文章