思想的力量：重大工程技術(shù)挑戰(zhàn)的國際影響力

C.D.Mote Jr., Dame Ann Dowling,周濟

Presidents of the US National Academy of Engineering (NAE), Royal Academy of Engineering (RAE), and Chinese Academy of Engineering (CAE)

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思想的力量：重大工程技術(shù)挑戰(zhàn)的國際影響力

C.D.Mote Jr., Dame Ann Dowling,周濟

Presidents of the US National Academy of Engineering (NAE), Royal Academy of Engineering (RAE), and Chinese Academy of Engineering (CAE)

古往今來，工程科學(xué)技術(shù)發(fā)展為人類經(jīng)濟社會發(fā)展注入了前所未有的強勁動力。目前，人類所面臨的眾多全球性重大挑戰(zhàn)也正需要通過工程科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展來解決。自2008年以來，從提出“重大挑戰(zhàn)”的概念，到美國、英國和中國三國工程院成功舉辦兩屆“全球重大挑戰(zhàn)論壇”，極少有一種思想能像“重 大工程技術(shù)挑戰(zhàn)”這樣迅速而有力地俘獲專業(yè)人士、決策者以及公眾的想象力。這個想法一經(jīng)提出，便開始風(fēng)生水起并風(fēng)靡全球。

1.面臨重大挑戰(zhàn)

21世紀(jì)以來，世界多極化、經(jīng)濟全球化深入發(fā)展，文化多樣化、社會信息化持續(xù)推進。全球正面臨著一系列重大挑戰(zhàn)，對人類生存和發(fā)展構(gòu)成嚴重威脅。

可持續(xù)發(fā)展是現(xiàn)代化的永恒主題。工業(yè)革命以來，科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展使人類的物質(zhì)財富大大豐富，不斷增長的人口正以地球無法承受的速度消耗資源，煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)化石能源的快速開采和消耗正在不斷加劇能源供應(yīng)安全問題；同時，全球范圍內(nèi)大量生產(chǎn)、大量消費、大量廢棄的傳統(tǒng)發(fā)展模式還帶來了巨大的環(huán)境問題和氣候變化問題，直接威脅著經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

健康和高質(zhì)量的生活是人類共同的訴求。2015年聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展峰會指出，全球超過8億人每天收入不足1.25美元，仍生活在極端貧困中。而且我們也需要解決目前的8億多人口和2050年前預(yù)計增長的20億人口的吃飯問題。

勢不可擋的全球化無可規(guī)避地制造、催生并加劇了大量公共衛(wèi)生問題，并戲劇性地改變了世界疾病譜。當(dāng)前，流感、瘧疾、艾滋病和重癥急性呼吸綜合征(SARS)等各種新舊傳染病仍對人類健康構(gòu)成重大威脅，抗生素耐藥性等新的問題層出不窮，公共衛(wèi)生危機愈發(fā)不可控和難以預(yù)料。

改造支持世界文明進步的城市基礎(chǔ)設(shè)施是21世紀(jì)的工程師們面臨的一項艱巨任務(wù)。隨著城市規(guī)模的日益擴大，城市人口、工業(yè)、交通運輸過度集中，城市基礎(chǔ)設(shè)施所構(gòu)成的這個物理系統(tǒng)變得愈加復(fù)雜，產(chǎn)生了多種不同形式的“城市病”，如交通擁堵、環(huán)境惡化、住房緊張、就業(yè)困難和生活質(zhì)量下降等，造成城市化進程中人與自然、人與人、精神與物質(zhì)之間各種關(guān)系失諧。

非傳統(tǒng)安全領(lǐng)域的系統(tǒng)性風(fēng)險和全球化風(fēng)險正在逐步增加，恐怖主義、經(jīng)濟金融安全、信息安全和極端天氣等問題已經(jīng)呈現(xiàn)出跨國性、復(fù)雜性、突發(fā)性和不確定性的特點，成為全人類共同面對的重大挑戰(zhàn)與威脅。

2.重大工程技術(shù)挑戰(zhàn)的思想

2008年，一個由18位杰出工程師、科學(xué)家、企業(yè)家和有識之士組成的委員會提出了“重大挑戰(zhàn)”的概念，在甄選重大挑戰(zhàn)方面開展了大量工作。委員會收到了世界各地數(shù)千位熱心人士提供的意見，同時亦有50多位各領(lǐng)域的專家對委員會的報告進行了評議。各種挑戰(zhàn)可以簡要概括如下，它包含了幫助我們已知的人類生活在這個星球上維持下去的14項目標(biāo)：

? 讓太陽能變得更經(jīng)濟；

? 通過核聚變提供能源；

? 推動碳封存的發(fā)展；

? 管控好氮循環(huán)；

? 提供潔凈水；

? 改善城市基礎(chǔ)設(shè)施；

? 推動衛(wèi)生信息學(xué)的進步；

? 研發(fā)出更好的藥物；

? 對大腦進行逆向工程；

? 防范核恐怖；

? 確保網(wǎng)絡(luò)空間的安全；

? 加強虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展；

? 推動個性化學(xué)習(xí)；

? 研發(fā)出各種科學(xué)發(fā)現(xiàn)工具。

所有重大挑戰(zhàn)都基于一個簡單但根本的想法：如何在21世紀(jì)維持高品質(zhì)的生活和安全性，并將其擴大至全球范圍？這不是某個國家、某個企業(yè)或某個政府的想法。這個星球上的所有人都可以在這個想法中發(fā)現(xiàn)自我。這個想法吸引著所有人——而這種情況真的相當(dāng)罕見。永遠不要低估一個想法的力量！

在重大挑戰(zhàn)提出之時，委員會并沒有按重要性或解決可能性對其劃分級別，也沒有針對如何解決這些重大挑戰(zhàn)提出任何實施計劃。相反，這些重大挑戰(zhàn)的提出是為了鼓舞專家、青年以及公眾找出解決之道。重大挑戰(zhàn)是一則行動號召。它們引燃了一個不斷擴大的全球性全民運動，并改變著人們對未來的思考，以及對工程技術(shù)在打造未來的過程中所承擔(dān)的職責(zé)的思考。

解決這些重大挑戰(zhàn)需要我們推動工程技術(shù)的進步。由于媒體的疏漏或誤傳，公眾對工程技術(shù)的認識和了解通常多有謬誤。例如，在日內(nèi)瓦附近建造的、用于探索自然世界基本構(gòu)成和發(fā)現(xiàn)“上帝粒子”(即希格斯玻色子)的大型強子對撞機是當(dāng)今時代最偉大的工程技術(shù)成就之一。但是，與對撞機相關(guān)的宣傳對建造它的工程技術(shù)基本上絕口不提。

重大挑戰(zhàn)亦督促我們在表達“工程”含義時停止使用“技術(shù)”一詞。技術(shù)是一項成果，它與工程無關(guān)。如果公眾對工程一無所知，那么我們又如何能讓公眾對工程的含義有正確的理解呢?

解決重大挑戰(zhàn)還需要工程領(lǐng)域之外的眾多專業(yè)人士群策群力，因為重大挑戰(zhàn)屬于工程系統(tǒng)問題。欲獲得并實施這些挑戰(zhàn)的解決方案，公共政策、法律、醫(yī)藥、國際關(guān)系和科學(xué)(包括社會科學(xué)和文化)，以及全人類均必須投身其中。但是，工程技術(shù)將在解決這些重大挑戰(zhàn)的過程中扮演著主導(dǎo)角色。

3.全球重大挑戰(zhàn)論壇

兩屆全球重大挑戰(zhàn)論壇充分彰顯出這些重大挑戰(zhàn)的全球?qū)傩?，而第三屆論壇已在計劃之中。舉辦這些論壇的目的是探討工程創(chuàng)新和教育領(lǐng)域的全球合作機遇。由中國工程院、英國皇家工程院和美國國家工程院主辦的首屆全球重大挑戰(zhàn)論壇于2013年在倫敦召開；第二屆論壇于2015年在北京召開；第三屆論壇將于2017年在華盛頓特區(qū)召開。

2015年9月召開的北京論壇共有800多人參加，包括來自世界各地的知名工程師、企業(yè)家和社會領(lǐng)袖。這場通過網(wǎng)絡(luò)方式全球直播的論壇亦成為在線參加論壇的數(shù)百名學(xué)子的線上課堂。致力于推動全球各國參與 重大挑戰(zhàn)事務(wù)的本屆論壇為我們帶來了合作、友誼以及民眾和社會對工程技術(shù)所發(fā)揮作用的全新認識。

全球重大挑戰(zhàn)論壇可產(chǎn)生多項成果。它們可以利用現(xiàn)有進步來解決多項挑戰(zhàn)。它們亦可鼓舞更多的學(xué)子投身于工程事業(yè)。它們可以提醒學(xué)子和工程師他們所從事的職業(yè)的魅力、不凡和重要性，以及他們對地球和未來世代所承擔(dān)的職責(zé)的重要性。它們可以向決策者傳遞一個直接但有效的信號：如果你們需要為這個星球打造一個繁榮、可持續(xù)和安全的未來，那么你們需要工程技術(shù)來實現(xiàn)這一目標(biāo)。

考慮到所有這些潛在成果，論壇采取的最有效手段是選出世界各地那些所從事工作可能對地球未來產(chǎn)生巨大 影響的工程師，并讓他們講述自己的故事。在北京召開的論壇上，演 講者們探討了可持續(xù)發(fā)展、城市基礎(chǔ)設(shè)施、健康、能源、教育、安全和恢復(fù)力，以及一個似乎偏離工程領(lǐng)域但實際上又屬于眾多工程技術(shù)工作核心的主題——生活樂趣。正如來自普林斯頓大學(xué)的羅伯特?索科洛教授在論壇上所指出的：“電子產(chǎn)品為我們獻上了高保真的音樂；航空旅行讓我們可以接觸不同類型的人類文化和自然環(huán)境；電子產(chǎn)品通過提供浩若煙海的信息培養(yǎng)著我們的求知欲；形式多樣的工程技術(shù)幫助我們探索宇宙和歷史，并進行分享。”工程技術(shù)亦在打造我們?nèi)祟惖奈磥怼?/p>

隨著這些故事的徐徐展開，一些關(guān)鍵信號也隨之浮出水面。第一個信號就是最振奮人心和革命性的若干創(chuàng)新正在從傳統(tǒng)學(xué)科之間脫穎而出。在北京論壇上，帝國理工學(xué)院哈姆林中心主任楊廣中介紹了可實現(xiàn)普適性和個性化醫(yī)療保健、并能將信息學(xué)與健康和醫(yī)療相結(jié)合的可穿戴設(shè)備和智能植入裝置。來自華威大學(xué)的杰克?科恩介紹了可轉(zhuǎn)變?nèi)藗兣c各種社會體系交互方式的消費級虛擬現(xiàn)實技術(shù)的潛力。

第二個信號就是將工程技術(shù)、社會科學(xué)和人文領(lǐng)域的從業(yè)者及其真知灼見聯(lián)合在一起，構(gòu)建優(yōu)秀團 隊，實現(xiàn)突破，并解決可持續(xù)能源和氣候變化等全球性問題，這是一項基本要求，與包含性無關(guān)。

對于第三個信號，微軟創(chuàng)始人比爾?蓋茨已經(jīng)在首屆論壇的主旨演講中闡述過：“市場是一個非常強大的創(chuàng)新推動因素，但它亦存在盲點?！彼趥惗氐恼搲现赋?，投入到男性禿發(fā)治療的研究經(jīng)費要多于瘧疾治療的研究經(jīng)費。如果市場出現(xiàn)衰退，那么基于挑戰(zhàn)的方法——無論來自政府、基金還是社區(qū)——將成為推動變革的關(guān)鍵所在。

這兩屆論壇充分證明：通過在實踐中引入跨學(xué)科、基于挑戰(zhàn)的方法，國際工程界可以改變這個世界。重大挑戰(zhàn)已催生出一系列倡議來發(fā)揮和利用專業(yè)人士的熱情與承諾，比如美英兩國研究理事會之間關(guān)于解決人人享有清潔水源之挑戰(zhàn)的聯(lián)合號召。

論壇推動了與會者——從學(xué)生到院士乃至行業(yè)領(lǐng)袖和決策者——之間的對話、討論與合作。論壇讓工程師們有機會將我們在這個星球上所知的生活方式延續(xù)到未來世代①The collaboration was announced by the US National Science Foundation Directorate for Engineering on April 3, 2013.Available from: www.nsf.gov/pubs/2013/nsf13082/ nsf13082.jsp.。

倫敦論壇的合作伙伴英國工程與自然科學(xué)研究理事會已經(jīng)在2014年開展了它自己的工程重大挑戰(zhàn)研究。2016年，受到全球重大挑戰(zhàn)的啟發(fā)，英國政府宣布設(shè)立一項全球性挑戰(zhàn)研究基金，5年的總價值超過15億英鎊，將致力于支持研究解決重大挑戰(zhàn)，支撐全球發(fā)展。

4.教育領(lǐng)域的要務(wù)

證實重大挑戰(zhàn)之強大性的另一項、同時也更重要的指標(biāo)是這些重大挑戰(zhàn)對教育的影響。

在北京論壇開幕的前一天舉辦了一個為期一天的學(xué)生日活動，由參加本次論壇的大學(xué)生展開商業(yè)計劃方面的角逐。每支團隊由6名本科生組成，均在2014年年底前組建成立；每個主辦國各有30位學(xué)生代表出戰(zhàn)；北京論壇上共有90位學(xué)生參加。團隊成員推選出一位隊長，該隊長必須是一位工程專業(yè)的學(xué)生。每個團隊均根據(jù)與重大挑戰(zhàn)相關(guān)的概念擬訂一份創(chuàng)業(yè)計劃(某些團隊甚至還開發(fā)出產(chǎn)品并申請了專利)。各團隊的商業(yè)計劃均已在論壇召開之前完成，并在北京舉辦的學(xué)生日活動期間交由一支由企業(yè)家和創(chuàng)新者組成的國際裁判團決出勝負。

同樣，在北京論壇上，三國工程院和FIRST Robotics (FIRST是“For Inspiration a nd Recognition of Science and Technology”的縮寫，即“科學(xué)技術(shù)的啟迪與認可”)宣布將從2017年召開的第三屆全球重大挑戰(zhàn)論壇起開展合作。FIRST Robotics通過其舉辦的、參賽選手覆蓋83個國家的近5萬場競賽而被6~18歲的學(xué)生所熟知。在與三國工程院開展的全新合作中，F(xiàn)IRST系列賽事將根據(jù)重大挑戰(zhàn)來確立自己的目標(biāo)。FIRST錦標(biāo)賽將緊接在華盛頓特區(qū)的論壇之后舉行。此外，先于論壇舉辦 的大學(xué)生競賽仍將繼續(xù)舉辦下去，以便進一步讓學(xué)生及其父母、贊助商、政府、企業(yè)、導(dǎo)師和公眾了解這些重大挑戰(zhàn)。

在各項具體活動之外，重大挑戰(zhàn)亦被普遍證實是教育的催化力。圍繞重大挑戰(zhàn)組織的教學(xué)計劃正在推動工程教育從一個競爭性、基于教學(xué)的學(xué)習(xí)課程向?qū)嵺`、合作、跨學(xué)科、解決問題的努力方向轉(zhuǎn)型。例如，美國國家工程院成立了一個“重大挑戰(zhàn)學(xué)者計劃”，旨在吸引全球人才去關(guān)注和解決屬于重大挑戰(zhàn)的各種問題。它是一個課內(nèi)和課外相結(jié)合的課程，旨在將學(xué)生們打造成為可以解決重大挑戰(zhàn)以及類似問題的新一代。迄今為止，逾160名“重大挑戰(zhàn)學(xué)者”已經(jīng)獲得了學(xué)位。重大挑戰(zhàn)運動對英國的高等教育體系也產(chǎn)生了影響，許多領(lǐng)先的工程院系現(xiàn)在都提供基于挑戰(zhàn)的課程。

同樣，作為論壇背后的一個推動力，以美國國家工程院前任院長查爾斯?維斯特命名的“維斯特獎學(xué)金”為美國境外才華橫溢的學(xué)生與美國境內(nèi)的頂級工程院校搭橋牽線，使那些來自知名國際學(xué)府的研究生們有機會在頂級美國大學(xué)投身于解決一項全球重大挑戰(zhàn)的研究工作(資助一年的差旅和學(xué)習(xí)費用)。

2015年，在一封于白宮科學(xué)展上呈交給美國總統(tǒng)巴拉克?奧巴馬的承諾書中，逾120位美國工程學(xué)院的院長宣布將致力于培養(yǎng)新一代 可以解決21世紀(jì)人類社會所面臨的最迫切問題的工程師，包括重大挑戰(zhàn)。每個簽字的學(xué)院均承諾每年將培養(yǎng)20~150位有能力主導(dǎo)解決此類大規(guī)模工程系統(tǒng)問題的“重大挑戰(zhàn)工程師”，最終目標(biāo)是在未來十年內(nèi)培養(yǎng)出超過2萬位“重大挑戰(zhàn)工程師”。各個院校將通過整合五大教育要素的特別課程來培養(yǎng)“重大挑戰(zhàn)工程師”：①圍繞重大挑戰(zhàn)開展的實踐研究或設(shè)計；②與客戶和導(dǎo)師一起參加實踐和跨學(xué)科經(jīng)驗學(xué)習(xí)；③創(chuàng)業(yè)和創(chuàng)新經(jīng)驗；④全球和跨文化的視角；⑤通過服務(wù)學(xué)習(xí)培養(yǎng)社會意識。

此種工程教育方法對吸引和保留該領(lǐng)域不受重視的女性和少數(shù)族裔尤為有效。在獲得學(xué)位的“重大挑戰(zhàn)學(xué)者”當(dāng)中有一半為女性——而在美國獲得工學(xué)學(xué)士學(xué)位的女性僅占19 %。女性以及不受重視的少數(shù)族裔表示他們對為民眾出力的同時亦有能力改變世界的想法尤為感興趣。正如一位“重大挑戰(zhàn)學(xué)者”所說的，重大挑戰(zhàn)需要我們“終其一生投身于某些事務(wù)，并將我們所學(xué)習(xí)到的歷史經(jīng)驗教訓(xùn)傳遞給下一代；重大挑戰(zhàn)不僅面向那些已經(jīng)投身于科學(xué)領(lǐng)域的人士，同時亦面向那些有志于科學(xué)革新的任何人士?！?/p>

重大挑戰(zhàn)亦成為大學(xué)預(yù)科教育的一股推動力量。例如，位于北卡羅來納州的一所新成立的高中就組織了與重大挑戰(zhàn)相關(guān)的課程；全球范圍內(nèi)亦不斷有學(xué)校在采取類似的做法。在第一年，該學(xué)校將14項重大挑戰(zhàn)當(dāng)中的5項列為課程。正如該校的一位學(xué)生所說的：“我從來沒想到一位工程師設(shè)計出的東西可以幫助到如此眾多的領(lǐng)域?！?/p>

5.直面挑戰(zhàn)

重大挑戰(zhàn)的采納過程更接近于一項運動，而非一個項目。在各種運動中，眾人被他們所采納、培育以及向他人介紹的需求和想法所吸引。如果某個想法具備足夠的說服力，那么其他人亦會將其采納，從而讓該運動呈指數(shù)增長。隨著該項運動的擴大，對重大挑戰(zhàn)的關(guān)注亦將與日俱增，而人人均將受益于這些重大挑戰(zhàn)的解決。

過去，工程技 術(shù)已解決了規(guī)模與重大挑戰(zhàn)相當(dāng)?shù)母鞣N問題。通過前幾代人所無法想象的運輸和通信領(lǐng)域的創(chuàng)新，工程技術(shù)與地球牢牢結(jié)合在一起。工程技術(shù)已創(chuàng)造出養(yǎng)活70多億人口所需的各種設(shè)備和系統(tǒng)，向全世界人民送去了健康和安全。工程技術(shù)已多次證明其有能力解決各種難題并改善人類的生活。在全社會的支持下，以及在過往成就樹立的信心的推動下，工程技術(shù)將再次直面這些挑戰(zhàn)。

著眼未來，面對全球挑戰(zhàn)，締造美好生活，是全世界人民共同的心聲，符合全人類的長遠利益，需要全世界的科學(xué)家和工程師相互配 合與密切合作，推動全球工程科技的創(chuàng)新和進步。這要求我們集經(jīng)濟、科技、社會于一體，發(fā)展科技含量高、經(jīng)濟效益好、資源消耗低、環(huán)境污染少、人力資源優(yōu)勢得到充分發(fā)揮的新型工業(yè)，建立可持續(xù)發(fā)展的循環(huán)型社會；提倡人與自然和諧相處，圍繞綠色低碳、生物多樣性、全球性生態(tài)環(huán)境問題，促進環(huán)境技術(shù)向全過程防控和綜合治理方向發(fā)展；推動傳統(tǒng)能源的清潔化，優(yōu)先發(fā)展風(fēng)電、太陽能發(fā)電、核電等新能源和可再生能源，建立多元優(yōu)化、綠色清潔、安全高效及可持續(xù)發(fā)展的能源體系，應(yīng)對能源革命與氣候變化；推動醫(yī)學(xué)向預(yù)防醫(yī)學(xué)、預(yù)測醫(yī)學(xué)、個體化醫(yī)學(xué)和參與醫(yī)學(xué)相結(jié)合的模式發(fā)展；加強多學(xué)科交叉-綜合的土木工程科學(xué)和技術(shù)研究，建設(shè)“資源節(jié)約型、生態(tài)環(huán)境友好型”的基礎(chǔ)設(shè)施；從事前預(yù)防、事中處置和災(zāi)后恢復(fù)全過程統(tǒng)籌考慮，在技術(shù)上給出應(yīng)對全球化安全威脅的體系化解決方案。

人才決定未來，教育成就夢想。我們希望更多的人，尤其是年輕人，會被全球重大挑戰(zhàn)的想法所吸引，一起參與其中，通過全球合作最終找到解決重大挑戰(zhàn)的方案。

正如中國工程院主席團名譽主席宋健在倫敦召開的第一屆全球重大挑戰(zhàn)論壇上所說：“科學(xué)傳承著我們祖先對于世界的好奇，而工程則是對人類先祖求生技能的傳承。對于我們工程師來說，這是一個千載難逢的好機會，使得我們能夠發(fā)揮所學(xué)，將人類在地球上的生存方式描繪出來，留給子孫后代?！?/p>

2095-8099/? 2016 THE AUTHORS.Published by Elsevier LTD on behalf of Chinese Academy of Engineering and Higher Education Press Limited Company.This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

英文原文: Engineering 2016, 2(1): 4—7

C.D.Mote Jr., Dame Ann Dowling, Ji Zhou.The Power of an Idea: The International Impacts of the Grand Challenges for Engineering.Engineering, http://dx.doi.org/10.1016/J.ENG.2016.01.025