張涵信、周恆、童秉綱院士:從流體力學發展看科研成果評價

2020-12-04 中國科學院

編者按:如今,中國科技期刊論文數量已躍居世界第一,但論文成果引用率低下、各學科創新能力不強的現實也在向人們發問:「唯文章論」式的科研成果評價體系,是否能夠繼續推動中國科研事業前進?

日前,就科研成果評價問題,中科院院士張涵信、周恆、童秉綱聯名撰文,並投書本報。我們感謝院士們對本報的重視與信任,並真誠希望院士們的文章能夠有力推動中國科學事業的發展與進步。

論文數量、發表刊物的影響因子以及引用率是近年來比較流行的科研成果評價方法。在流體力學領域工作的諸多同志,希望我們對此發表意見。我們認為,針對不同學科和不同問題,其合理的評價方法可能並不相同。

回顧流體力學的發展歷程,我們會發現,真正好的成果,是從實際出發,在解決實際需求上經得起考驗的成果。

現代流體力學源起實際需求

什麼樣的評價標準對學科發展有利,也許可以從那個學科的發展過程看出一些規律。現代流體力學奠基人普朗特的成功即是一例。

1904年,29歲的工程師普朗特在國際數學大會上發表了一篇僅有4頁的論文,提出了邊界層的新概念。哥廷根大學大數學家克萊因一眼就看出了其潛在的價值,認為那是該次會上最有價值的文章。他隨後建議哥廷根大學把普朗特請到學校來,為其成立流體力學研究所。很快,該研究所就成為國際上引領流體力學發展的中心。

對此,人們好奇的是,克萊因是一名數學家,為什麼能對流體力學中的一個成果作出準確的判斷。而普朗特原本是名工程師,為什麼會對流體力學這樣的基礎學科作出重大貢獻。

原來,在18世紀末,對理想流體的力學研究已取得系統性成果,而這與數學家的參與有關。克萊因是一名關心科學支撐技術發展的大數學家,對當時流體力學的進展已有了解,知道其成就及問題。特別是理想流體在物體表面不滿足實際的粘性邊界條件,大大限制了其解決實際問題的能力。普朗特的文章正是解決這一問題的關鍵,從而被克萊因一眼看中。

普朗特作為一名工程師,其研究流體力學更多是從實際流動現象出發,以能解決實際問題為第一要義。同時又力求把問題的解決建立在科學基礎上,而不滿足於僅僅用經驗或半經驗的方法。這一做法,客觀上符合科學和技術的發展規律,從而既解決了實際問題,又推動了學科發展。

普朗特在那4頁紙的論文中提出的邊界層概念,以及後來在其他學科中發現的類似現象,最終還促成了應用數學中有名的漸近匹配方法的出現。而值得人們深思的是,這篇意義重大的論文在很長時間裡,並沒有被人引用。只是在十幾年後,他的一個學生用級數的方法解出了他提出的方程,才開始被人引用。不久後,他的成果被寫入教科書,現在是每一個學流體力學的人必學的內容。

需求導向影響學科活力

世界上並不存在脫離具體事物的「純」基礎科學問題,一切客觀事物都是具體的。而在解決具體的科學和技術問題的過程中,卻有可能提煉出具有共性的學科問題,從而反過來推動學科的發展。這正是普朗特的研究所能在解決實際問題和促進學科發展上都取得了重大成就的原因。

普朗特的流體力學研究所從名字上看,似乎是一個純學術研究所,特別是它是設立在以理論研究著稱的哥廷根大學裡的。但實際上,它的研究,主要著眼於當時正在興起的航空技術。

到了二戰以後,客觀條件發生了很大改變。普朗特建立的流體力學研究所不再以促進航空技術發展為推動力,逐漸失去活力。1997年,哥廷根大學最終撤銷了該研究所,代之以更有發展前途的其他研究所。

與之形成對比的是,師從於普朗特的馮·卡門在美國堅持了以促進航空航天技術發展為主要目標的研究方向,不但對促進美國的航空航天技術作出了巨大貢獻,也大大促進了流體力學及其他力學分支的發展,出現了新的流體力學分支學科,如高速空氣動力學、稀薄氣體動力學、化學流體力學以及物理力學等。

在這裡,是否堅持應用需求導向成為影響流體力學學科活力的關鍵因素。流體力學研究中著名的湍流問題也是一個很好的例子。

對湍流的研究一開始就有兩種不同的著重點,一種是從理論推理出發,以簡單的湍流為研究對象,再試圖推廣至複雜的湍流問題。另一種則是根據實際的需求,從觀察物理現象出發,找出現象的物理本質和關鍵問題,提出簡化模型,進行分析計算。

80多年的實踐證明,第一種方法雖然發表的論文數以萬計,但仍不能解決實際應用的需求;第二種方法雖然開始時也要在一定程度上依靠經驗,但其將研究對象選定為管流、邊界層流等實際存在的湍流,在實驗和計算上做了許多工作,既解決了實際湍流計算中的眾多需求,還同時使對湍流本質的研究達到了新的高度。

雖然這一做法距離徹底弄清湍流本質及找到具有普適性的湍流計算方法也還有不小距離,但目前看來,我們還沒有找到比這更有效的研究方法。

如何作出正確評價

克萊因對普朗特成果的評價,可以說是科研成果評價的一個典範。它不僅影響了普朗特一個人,而且影響了流體力學直到現在的發展。

回顧這一歷程,我們發現,克萊因之所以能做到這一點,是因為他具備了作為一名評審人所應具有的三個素質。

首先是對論文所涉及的領域要有一個宏觀的了解。即了解當時流體力學的現狀和存在的問題,知道當時已發展得相當充分的理想流體力學之所以無法用於解決很多重要實際問題,關鍵是因為不能滿足流體在物面的粘性邊界條件。

其次是對論文要解決的問題的重要性能作出正確判斷。即看出普朗特的論文要解決的問題,正是針對理想流體力學的關鍵不足處,打中了問題的要害。

三是對該論文是否真的解決了或真能解決問題,能作出正確判斷。事實上,普朗特在論文中提出的思想和方法,真正發揮作用是十幾年以後的事了。所以克萊因的判斷帶有一定的預測性。

如果一個評審人具備了上述三條能力,對科研成果作出正確的評價自然就水到渠成了。

而對做研究的流體力學工作者來說,無論是為解決實際問題,還是為推動科學發展,都要從實際出發。如要提出簡化模型作為研究對象,則該模型必須能反映現象的主要本質。

真正好的成果,只能是那些能經得起考驗、在解決實際問題上確能發揮作用的成果。這裡和上面我們多次提到的實際問題,並不只是指有實用價值的工程技術問題,也包括對實際存在的重要自然現象的認識和預測等。

因此,對以文章的形式出現的流體力學科研成果,應力求像克萊因那樣去作評價,而不能簡單地以文章數量及所刊登刊物的影響因子等作為主要評價標準。因為按後一種方法評價很高的論文,也許過若干年後被發現實際沒有解決任何實在問題,這種例子並不鮮見。

(作者系中國科學院院士)

相關焦點

  • 中科院院士、流體力學家童秉綱病逝
    中國共產黨員、中國科學院院士、中國科學院大學教授童秉綱同志因病醫治無效,於2020年7月9日13時在北京逝世,享年93歲。童秉綱,1927年9月28日出生於江蘇省張家港市,1946年至1950年就讀於國立中央大學(現南京大學),1953年於哈爾濱工業大學師資研究生班畢業,1979年3月加入中國共產黨,先後在哈爾濱工業大學、中國科學技術大學和中國科學院大學工作。1997年當選為中國科學院院士。童秉綱是著名的流體力學家與力學教育家。
  • 流體力學家童秉綱院士逝世
    中國科學院院士、中國科學院大學教授童秉綱因病醫治無效,於2020年7月9日在北京逝世,享年93歲。童秉綱,1927年9月生於江蘇張家港,1950年畢業於南京大學機械工程系,1953年哈爾濱工業大學力學專業研究生畢業。
  • 流體力學家童秉綱院士在京逝世,國科大將上線追思專題
    新京報訊(記者 吳淋姝)10日,新京報記者從中國科學院大學童秉綱院士治喪辦公室了解到,根據童秉綱院士生前遺願及家屬意願,在疫情期間不舉行遺體告別儀式和弔唁活動。目前,學校正在籌備線上追思專題。童秉綱是著名流體力學家與力學教育家、中國科學院院士、中國科學院大學教授,9日因病醫治無效在北京逝世,享年93歲。10日14時許,新京報記者從中國科學院大學童秉綱院士治喪辦公室獲悉,由於正值疫情防控期間,根據童秉綱院士生前遺願及家屬意願,在疫情期間將不舉行遺體告別儀式和弔唁活動。
  • 中國科學院院士、流體力學家童秉綱逝世,享年93歲
    中國科學院院士、中國科學院大學教授童秉綱因病醫治無效,於2020年7月9日在北京逝世,享年93歲。  童秉綱,1927年9月生於江蘇張家港,1950年畢業於南京大學機械工程系,1953年哈爾濱工業大學力學專業研究生畢業。1961年到中國科技大學工作,歷任流體力學教研室主任、近代力學系主任,1981年擔任教授、博士生導師。1986年到原中國科學院研究生院(2012年更名為中國科學院大學)任教。1997年當選為中國科學院院士。
  • 流體力學家童秉綱逝世 今年我國已痛失20位院士
    中國共產黨員、中國科學院院士、中國科學院大學教授童秉綱同志因病醫治無效,於2020年7月9日13時在北京逝世,享年93歲。童秉綱,1927年9月28日出生於江蘇省張家港市,1946年至1950年就讀於國立中央大學(現南京大學),1953年於哈爾濱工業大學師資研究生班畢業,1979年3月加入中國共產黨,先後在哈爾濱工業大學、中國科學技術大學和中國科學院大學工作。1997年當選為中國科學院院士。童秉綱是著名的流體力學家與力學教育家。
  • 流體力學家童秉綱逝世,今年我國已送別20位院士
    中國共產黨員、中國科學院院士、中國科學院大學教授童秉綱同志因病醫治無效,於2020年7月9日13時在北京逝世,享年93歲。童秉綱是著名的流體力學家與力學教育家。他率先開拓了飛彈動導數的計算方法,並發展了氣動熱力學理論和新方法,在航天工程中取得顯著成績;倡導和引領了我國非定常流和渦運動的研究,推動了空氣動力學的發展;建立了飛行與遊動的生物運動力學交叉學科,產生了廣泛持久的國際影響。
  • 「致敬」走好,童秉綱院士!
    2020年7月9日,中國科學院院士、中國科學院大學教授童秉綱因病醫治無效在北京逝世,享年93歲。然而功課要學得深,只講應用是不夠的,還要講理論、講道理、講基礎,理論力學便是基礎中的基礎,不能深入掌握這個基礎,就很難有更長遠的發展。為了將理論力學課教好,童秉綱在讀研時便下苦功研究教學法,編寫了《理論力學教學方法指導書》,解決了理論力學授課中「理論容易習題難」的問題,受到學生的廣泛歡迎。
  • 【校慶故事】周恆院士:對校慶的另一種獻禮
    今年七月份,我校機械學院教授、中科院院士周恆將十五本書,通過「北洋基金會」贈送給學校。這本書的扉頁上有一句話:「謹以此書恭賀母校天津大學(原北洋大學)120周年華誕」,因此這是作者對學校校慶的獻禮。如果按書的價格來衡量的話,十五本書,最多值1425元,比起五億多元,實在是區區不足道。但對於學校這樣的單位,顯然有另一種意義。是不能以金錢來衡量的。
  • 童秉綱院士病逝】(藏頭詩)
    2020年我國已痛失20位院士【送別! 童秉綱院士病逝】(藏頭詩)付伯平悼懷哲士掃雲天,念記先賢拓廣緣。童韻開題澤世本,老來無悔壽福全。 2020. 07. 10晨附:中國科學院院士、中國科學院大學教授童秉綱因病醫治無效,於7月9日在北京逝世,享年93歲。
  • 新增院士陸夕雲:力學攀登者 創新越重嶺
    「入選院士,是一份榮譽更是一份責任」,陸夕雲坦言,未來要繼續傳承中國科大老一輩科學家的精神,讓科學研究瞄準世界科技前沿,服務國家重大發展戰略和國計民生。基礎研究「攀高峰」力學廣泛地存在於自然界和工程領域中,是研究物質機械運動規律的科學,大到航天科技應用,小到基本粒子運動,都要用到力學知識。遇見恩師童秉綱,陸夕雲覺得自己是幸運的。
  • 陸夕雲院士:流體力學專家
    陸夕雲院士陸夕雲,流體力學專家,中國科學院院士,中國科學技術大學近代力學系教授、博士生導師,中國科學技術大學工程科學學院執行院長。1985年,成績優異的陸夕雲被保送進入中國科大近代力學系,跟隨童秉綱院士攻讀研究生。力學廣泛地存在於自然界和工程領域中,是研究物質機械運動規律的科學,大到航天科技應用,小到基本粒子運動,都要用到力學知識。陸夕雲主攻的流體力學方向,是力學的一個分支,主要研究在各種力的作用下,流體運動狀態的變化以及流體與固體界面的相互作用規律。
  • ...鑷子」誕生,量子通信第一股登陸科創板,流體力學家童秉綱院士逝世
    7月6日,相關研究成果發表於美國《國家科學院院刊》。這項研究成果來自於美國華盛頓大學Michael Bailey團隊,他們在結石的周圍利用精準定位的超聲波製造高壓環,從而固定位置。如果高壓環移動了,它會拖拽結石隨行。研究團隊在3隻被麻醉的豬身上測試了該方法,他們在豬膀胱內使用玻璃珠代替腎結石,玻璃珠成功地按照預定的線路以超過90%的準確率移動。
  • 千餘位流體力學專家齊聚深圳 推動流體力學繁榮發展
    本屆會議由中國力學學會流體力學專業委員會主辦,南方科技大學力學與航空航天工程系承辦,獲得國家自然科學基金委資助。中國力學學會副理事長、南方科技大學陳十一院士擔任會議主席。來自全國各高校和科研院所共1100餘人參加了此次會議。會議開幕式和大會報告於2020年12月4日在南方科技大學會議中心舉行。會議主席陳十一院士主持開幕式。
  • 中科院院士、流體力學家童秉綱病逝,享年93歲
    據中國科學院大學微信公眾號消息,中國共產黨員、中國科學院院士、中國科學院大學教授童秉綱同志因病醫治無效,於2020年7月9日13時在北京逝世,享年93歲。童秉綱,1927年9月28日出生於江蘇省張家港市,1946年至1950年就讀於國立中央大學(現南京大學),1953年於哈爾濱工業大學師資研究生班畢業,1979年3月加入中國共產黨,先後在哈爾濱工業大學、中國科學技術大學和中國科學院大學工作。1997年當選為中國科學院院士。
  • 陸夕雲:做科研,何苦之有—新聞—科學網
    人物簡介 陸夕雲,1963年出生於江蘇泰州,流體力學專家,中國科學院院士,中國科學技術大學近代力學系教授 ■本報記者 陳歡歡 中國科學技術大學(以下簡稱中國科大)近代力學系有一面「院士牆」:嚴濟慈、錢臨照、郭永懷、錢學森……從1958年建校以來,40餘位兩院院士曾在這裡工作或學習過。 不久前,這面牆上又多了一個名字——2019年新晉中國科學院院士、中國科大教授陸夕雲。
  • 坐看「風雲」起——走進大氣科學和地球流體力學數值模擬國家重點...
    35年前,曾慶存非常前瞻性地看準了超級計算機對大氣科學的重要性,並留下了一句著名的話——「哪怕是當掉褲子也要買計算機」。  可是,在科技水平並不突出、科研經費捉襟見肘的上世紀80年代,這一切就好像是天方夜譚。吳國雄還記得,當時他從曾慶存處得知,國外有一臺淘汰了要賣掉的超級計算機,十分欣喜。
  • 郭尚平院士:地質學與醫學結合的微觀滲流力學
    在建立和發展油氣藏滲流、提高採收率的理論和方法及生物滲流理論等方面取得多項重要成果。他是我國最早按正規設計開發的兩個大油田(克拉瑪依油田和大慶油田薩爾圖中區)開發設計滲流研究計算負責人、克拉瑪依油田開發設計主要設計人,為我國油田開發做出重大貢獻。
  • 莞企導入院士科研成果,助力灣區經濟發展
    基於第三代半導體光源的低投射比投影儀關鍵技術科技成果評價會在京召開11月30日, 由中國高科技產業化研究會主持、廣東省院士成果轉化基地發展有限公司研發的「基於第三代半導體光源的低投射比投影儀關鍵技術」項目科技成果評價會在京召開
  • 他曾與錢學森共事,助中國航天事業發展
    本文轉自【科技日報】;與孔子同一天生日,他是新中國成立後的第一批博士生導師;跟錢學森一同工作,他是我國航空航天與國防事業背後的無名英雄;幾經起落,他卻篤志科研,成就卓著,卻像普通老師一樣每天拿著公文包準時出現在實驗室裡。 他就是我國近代力學的奠基人之一、中國科學院院士——童秉綱。
  • 智能賦能流體力學暨第二屆流體力學智能化研討會成功召開
    西工大新聞網11月10日電(葉坤 高傳強 攝影記者 郭友軍 視頻製作 劉新科)智能賦能流體力學暨第二屆流體力學智能化研討會於2020年11月7日至9日在西北工業大學長安校區南山苑國際學術交流中心成功召開。