科学家的发明(科学发明)

·用一个关键词来描述新工科，就是要顶天立地。顶天就是从0到1的原创，闯无人区。立地就是从1到10，到N，1到10强调的是核心技术攻关，也就是针尖捅破天；10到N是要对接市场，形成创新产品，促进新生业态。

（一）

著名工程科学家西奥多·冯·卡门曾说过：科学家发现已经存在的世界，而工程师创造一个过去从来没有存在过的世界。科学是发现，工程是创造，这就是科学与工程的本质区别。前段时间，我在复旦大学管理学院的瞰见云课堂上以《新工科与发明创造之问》为题做了一次分享，在我看来，新工科新就新在发明创造这四个字上。新工科既不同于科学的理科，也不同于传统的工科，而是要构建发明创造工程，突破学科交叉融合。

如果我们深刻了解四次工业革命发展的历史，就会发现新工科的本质和传统的工科是有区别的。

每一次工业革命都有一件科技创新标志物，它们完完全全是靠人类发明和创造出来的，它们一次次地推动了工业革命的进程。所以，分析这些标志物便可以明显地看到发明创造的功能与对历史的推动作用。

第一次工业革命的标志物是蒸汽机。很多人认为蒸汽机是英国发明家瓦特发明的，其实瓦特不是第一个发明者，而是远在1世纪的数学家希罗。他观察到当温度上升，茶炉有了蒸汽，就具有把茶壶顶起来的力量，于是发明了一个汽转球,这就是蒸汽机的雏形。直到14世纪，英国工程师托马斯·赛维利把它做成了最原始的蒸汽机，但这个蒸汽机效率不高，不能作为动力支撑工业生产。这时，在学校实验室做实验的瓦特通过分析总结发明了离心调速器，利用调速器就能够有效控制蒸汽机的速度，大大提高效率，这也是瓦特改良蒸汽机的一个重要标志。后来，瓦特与英国投资家合作申请专利，蒸汽机逐渐走向产业化。

第二次工业革命的标志物是发电机。英国物理学家法拉第是发电机的发明人，不过在法拉第之前，丹麦物理学家奥斯特已经发现了磁现象，法国物理学家安培也根据牛顿的万有引力原理证明了磁现象和电流之间的关系，但他们并没有发明动力机械发动机。通过多次实验，法拉第感受到磁和电的关系不是经过远距离而作用的，而应该是有一个场，使得电磁之间产生转换。法拉第没有受到完整的教育，还不能说清楚这一原理。40年后，数学家兼物理学家麦克斯韦根据法拉第实验笔记中提到的现象，天才地创造出了麦克斯韦方程。自这以后，发明家特斯拉、西门子发明了直流电机，特斯拉发明了交流电机，发电机成为第二个潜在动力。直到西门子将直流电机申请专利，并找到投资家使其产业化，成为了第二次工业革命的标志。

第三次工业革命中，计算机的原始创新者是图灵，而真正从原理上设计了计算机的是冯·诺依曼。实际上，远在公元200年左右，数学家刘洪就发明了算盘。到1642年，法国数学家帕斯卡做了一个机械的数字计算器。根据冯·诺依曼的原理，美国的莫奇利和埃克特发明了第一个电子计算机。但真正令计算机成为工业革命核心的是半导体的发明，这是贝尔实验室肖克利博士的成果，而后产生了晶体管、三极管，最终触发计算机的大规模使用。

炎热的夏天，大家都想回家打开空调享受凉爽，但发现空调效果不明显，大多数人遇到这样的情况，首先想到的是空调缺氟。

第四次工业革命延续了前三次工业革命的共性特点：发明成功的循环模式、产业化成功的循环模式。如果研究前人发明成功的循环，首先是观察得到概念，接着构想设计，然后做实验，实验中遇到不解的问题就去寻求原理，并根据原理设计改造、再实验、抽象原理、再设计改进，循环往复，直至成功。

这一循环过程有三个明显的特征，第一次发明之前和之后都有科学家的概念、抽象和演化，以及原理的科学抽象及数学化。提出原始发明的是数学家或物理学家，但要把它做成形象化的产品，靠的是发明家、工程师。所以真正的发明人得兼有科学研究能力和动手能力。而且前三次工业革命的第一次发明都是在学校的实验室完成的，所以学校对于发明创造而言至关重要。

但在实验室里做出一个产品是第一步，要真正走到市场上产业化、为工业革命发挥作用，还需要实现第二个循环：从实验室到公司和投资，再反复到实验室，再到公司，再到市场，再到资本。如果翻看历史的细节，瓦特、西门子在没有得到投资前都很难产业化。

加湿器产生的加湿空气体会被空气体净化器吸入，加湿效率降低可能会导致净化器滤网发霉。

（二）

在上述两个循环中，发明创造成功的人才有两部分，第一部分是发明成功的人才，是科学家、发明家、工程师在实验室层面的共同合作；第二部分则是产业化成功的人才，是前者与企业家、投资家的共同合作。要令发明的概念真正成为一个发展的产品实体、在工业革命中发挥标志物和核心作用，一定要有这两个循环和两支人才队伍。

在我看来，新工科建设的要点就是多学科的交叉融合，是科学、人文、工程、管理的交叉融合。新工科是培养复合型、综合性人才的新学科，其办学模式就是要实现两个循环：在学校培养是发明成功的循环，联合实验室载体、校企协同实现产业化的成功循环，要通过第一性思维的原理形成技术爆点，也要通过技术、产业、金融的融合，形成产业的结构性力量和爆发。

我们培养的科学技术发明创造人才不仅仅是被教出来的，而是在自身的学习、科研、生产、和交往中被锤炼出来的。

新工科要培养的工程科学家、发明家、工程大师、产业领袖这四类人才，应具备第一性原理思维和批判精神的思维，有观察实验能力、想象构想能力、洞察抽象能力、合成执行能力、协作领导能力。但不见得每一个工科人员都要具备以上所有能力，一个工程科学家具备前三个就足够了，即观察实验能力、想象构想能力、洞察抽象能力。如果还要能做设计，就得往下走，要做工程师就要有四个能力。如果做产业领袖，就要具备五个能力，特别是要具有协作和领导的能力。

用一个关键词来代替新工科，就是要顶天立地。顶天就是从0到1的原创，闯的是无人区。立地就是从1到10、到N，这是一个转化的过程。其中，从1到10强调核心技术攻关，也就是针尖捅破天； 10到N是要对接市场，形成创新产品，促进新生业态。

总结一下，新型人才一定是代表性科技的发明人、下一次工业革命的推进者。新工科人才的培养过程中，不同类型的人才至少要锤炼出五种能力里的三种，甚至是五种。一旦拥有了这些能力，他们就能在创新和创业过程中顶天立地，逐步走完0到1、10到N的落地步伐，这个过程一定是科、技、产、金、管融合交叉的创新，真正实现新工科的快速发展。

（作者甘中学，系复旦大学工程与应用技术研究院副院长，复旦大学智能机器人研究院院长，复旦大学特聘教授、博士生导师）

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