创新与通识使科研之路更深广

沈茸茸

创新是国家、民族进步发展的源泉，尤其是对于科技发展来说，创新更是必不可少的推动力，2014年“江苏省十大青年科技之星”获得者郭彤教授就是一位具有积极创新意识与独到科研理念的青年科学家。

从一个建筑工程专业的普通大学生，到现在成为一名土木工程专业的教授和优秀科技人才，一路走来，郭彤教授深刻体会到创新对于一名科研工作者的重要性，以及通识博学作为科研工作基础的必要性。无论是在教学或是科研中，郭彤教授都要求自己和学生们多质疑、多思考、多学习，唯有如此，才能保持不歇的创造力，并不断进步；才能持续拓展科研工作的深度与广度；才能在科研工作上取得成绩，从而实现个人的理想与价值，同时为国家的科技发展做出贡献。

创新思维，必需的科研品质

2005年，郭彤从东南大学土木工程学院博士毕业，成为了一名大学老师与科研人员，正式开始了自己的职业生涯。由于工作关系，郭彤教授经常会去国外参加一些学术交流会议，通过参加这些会议，郭彤教授感觉到在创新思维方面，中国学者与西方国家的一些学者相比，仍有所欠缺。

郭彤教授清楚地记得，当某位与会的专家在做交流报告时，在座的外国专家学者和学生听到不解或质疑之处会随时提出问题，与报告人及时地交流讨论，却鲜有来自中国的专家学者和学生提问。报告结束后的提问时间，也基本都是外国的专家学者和学生提问题。这一现象，引起了郭彤教授的注意与思考，也使他深刻地认识到作为一名科研人员与大学老师，培养自身与学生的创新思维是一件亟需重视并不断坚持的事情。

郭彤教授说，他的不少学生都存在创新思维不足的问题。因为从小的学习方式，中国学生逐渐养成了接受式的学习习惯，善于读书考试，却不善于主动质疑与积极思考，但是在科研工作中，尤其是前沿的科技领域，往往一些已有的科学理论与看法并不一定是完全正确的，这时只有通过质疑，发现问题，才能获得突破与创新。一些学生总是认为发表在权威期刊上的文章是毋庸置疑的，当郭彤教授与他们探讨科研问题时，他们经常会局限于前人的理论和发现，缺乏质疑的意识与勇气。每遇到这种情况，郭彤教授就会告诉学生，要想在科研中取得成绩，就必须具备创新的能力，而创新的原动力来自质疑与思考，所以在学习与科研中，万万不可拘泥于前人的成果。已有的科研成果是在当时的限定条件下取得的，随着研究的不断深入，新的科研成果会不断对其进行补充与改进，甚至取而代之，所以郭彤教授一直要求自己与学生们时刻不忘质疑，不忘思考，带领着他的科研团队在创新的科研道路上取得了许多突出成果。

谈到应该如何培养创新思维，郭彤教授想起了钱学森说过的一句话：“正是音乐艺术里包含的诗情画意和对人生的深刻理解，丰富了我对世界的认识，学会艺术的广阔的思维方法，或者说，正是因为我受到了这些方面的艺术熏陶，才能够避免死心眼，避免机械唯物论，想问题能够宽一点、活一点。”郭彤教授对钱学森的这句话深有同感，他说，创新思维主要靠有意识地自我培养，除了敢于质疑、勤于思考之外，多多发展有益的兴趣爱好对创新思维的发展也大有裨益。郭彤教授也爱好艺术，尤其是对音乐与文学偏爱有加。郭彤教授喜欢弹吉他，大学时期还与几个同学共同组建过乐队，虽然现在的空闲时间越来越少，但是在忙碌的工作之余，音乐仍然是他最好的舒缓方式。另外，郭彤教授从小就对文学比较敏感，小学时期写作文就常受到表扬，上中学以后逐渐对理科产生了兴趣，后来考大学时选择了工科，但是郭彤教授对文学的爱好始终没有改变，家中的案头床前总是会摆着几本自己喜欢的小说、散文。

郭彤教授说，科学需要严谨的理性推导，而艺术需要发散性的感性想象，这可以使人的思维变得活跃，跳出自己所学的专业，换一种眼光与思维方式，也许能够带来意想不到的灵感与启发，从而有效促进科研工作的开展。

通识博学，必要的科研基础

“耐久性”和“抗动力灾变性能”是土木工程结构的两大核心性能。近年来，郭彤教授分别以“长大跨桥梁结构状态评估”和“建筑结构抗震性能提升”为主要研究内容。一般人看来，桥梁与建筑是两种不同的学科，为什么郭彤教授会既研究桥梁又研究建筑呢？

回答这个问题时，郭彤教授首先提到了“通识教育”这个词。通识教育是培养创新型人才的有效方法，要求学生广泛学习不同学科领域的知识和研究方法，促进不同学科知识之间的有机融合。目前的中国高等教育学科分类很细致具体，但是在欧美国家，大学里的学科分类却比较宏观，更加注重学科之间的交叉。郭彤教授的科研团队在一些科研项目中曾涉及到信号处理方面的问题，但是因为相关知识的储备不足而导致问题难以及时解决。当时，郭彤教授认为信号处理不是自己的专业，不能处理很正常，后来他问了美国的同行才知道，虽然专业基本相同，但是美国的同行在大学或研究生阶段却都学习过信号处理的基本课程。从此以后，郭彤教授便开始不断给自己充电，努力汲取各个相关学科的知识，也要求他的学生不要局限于所学专业，应尽量拓宽知识面。土木工程是个传统学科，如果想要有所创新，就需要与别的学科实现有机融合，包括信息、电子以及控制理论，所以这就要求科研工作者们不仅要精通自己所学的专业，还要尽量多学习掌握其他学科的知识。

在国外，许多专家教授都是桥梁与建筑同时研究，但是在我国，目前桥梁与建筑仍是相对独立的专业。从宏观的角度看，桥梁与建筑的原理是相通的，只是技术运用的对象有差异，是一个大土木的概念。郭彤教授的硕士与博士阶段的研究主要集中在建筑方面，后来因为国家重大工程的需要，便开始了桥梁工程方面的课题，此后就一直桥梁与建筑兼顾。郭彤教授说，我国现在已经开始越来越重视学科专业的交叉与相通，开始逐渐淡化专业间的界限。比如土木工程学科里的结构工程，起初主要研究的是静力荷载下的响应分析，现在早已涵盖了抗震等动力学方面的研究，同时防灾减灾工程也在开始涉及桥梁的防灾减灾，学科内各个专业的融合程度越来越高，将来的土木工程的专家教授都应该具备能够同时驾驭桥梁与建筑的能力。

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大桥的24小时保健医生

郭彤教授的一项重要研究成果是，他带领团队成功建立起融合数据采集、在线模态分析、状态评估等功能的大型桥梁结构健康监测系统。

什么是桥梁健康监测呢？有专家曾打了个比方，“桥梁健康监测系统的工作，就像是给一个人做24小时不间断的全面身体检查，目的就是时刻监测桥梁健康，预防桥梁‘疾病的发生，变被动为主动。”

在桥梁设计建造阶段，施工人员会先把监测设备预埋在桥梁结构中，当桥梁建成运营时，监测设备就开始对桥梁进行24小时不间断地“看护”和数据的收集、分析。在这一套实时的、动态的数据基础上，桥梁养护人员就可以建立一个数据分析的模型，并“诊断”出桥梁到底是哪个地方发生“病变”，哪些地方有发生“病变”的迹象。

桥梁健康监测的最初概念是在上世纪80年代提出的。1987年，英国在总长522米的福义勒桥上布设传感器。此后，美国、挪威、丹麦、墨西哥、日本和韩国等国家，均在其国内发展了规模不等的数十个桥梁健康监测系统。我国在这一领域的起步稍晚，但进步很快，短短十数年，我国已经在此新兴领域走在了世界前列。

如果你有幸走进相关监测中心，你会发现，在一间巨大的房子里，一大排“袖珍”大桥箱梁整齐地排列着，每片梁上都有电线伸出来，密密麻麻的电线集中在一起，就像在硬邦邦的水泥上“绣花”。这些箱梁都是根据真实的大桥梁按比例缩小的，每片梁上都有传感器，以测定各种变形应力数据，为大桥的建设和健康监测提供基础的科技支撑。大桥的“体检”就是通过大桥上安装的各种传感器来完成，这些传感器会监测大桥的“体温”、受力程度、台风地震和船舶撞击对桥体造成的损害、桥体受腐蚀的程度等等。而这里的“桥梁医生”，会根据传感器收集来的数据，为“桥梁病人”进行“心电图”“脑电图”“肝功能”等各项模拟试验，从而为桥梁开出详细的处方和治疗方案。