從“科學(xué)”到“工程”，我們希望培養(yǎng)“行星架構(gòu)師”
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| 日期：2026.02.04 資訊來源： 瀏覽人次：1325 |
——專訪中國科學(xué)院院士、天津大學(xué)地球系統(tǒng)工程研究中心首任主任劉叢強
■本報記者 陳彬 通訊員 趙暉
1月22日，天津大學(xué)成立國內(nèi)首個地球系統(tǒng)工程研究中心。成立儀式上，中國科學(xué)院院士、中心首任主任劉叢強直言：“地球系統(tǒng)工程學(xué)的誕生是人類在‘人類世’十字路口的一次自覺轉(zhuǎn)向，是一項關(guān)乎文明未來的宏偉工程。”
在我國，對于全球變化的科學(xué)研究始于20世紀80年代，并由此推動了地球系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展，但未系統(tǒng)形成“地球系統(tǒng)工程學(xué)”的概念和研究。2015年，天津大學(xué)成立表層地球系統(tǒng)科學(xué)研究院，2020年成立地球系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院，并在兩年后獲批全國首個地球系統(tǒng)科學(xué)博士/碩士點。
劉叢強既是地球系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院的首任院長，也是構(gòu)建“地球系統(tǒng)工程學(xué)”的主要倡導(dǎo)者。
從“科學(xué)”到“工程”，劉叢強為何要倡導(dǎo)這場學(xué)科方向的跨越？這又會給相關(guān)學(xué)科的發(fā)展帶來哪些影響？
一場“范式革命”
《中國科學(xué)報》：什么是地球系統(tǒng)工程學(xué)？什么原因促使你推動這一學(xué)科方向落地？
劉叢強：地球系統(tǒng)工程與管理最早提出于21世紀初，并在美英等國大學(xué)發(fā)展，但中國缺乏相關(guān)研究。鑒于國內(nèi)外缺乏系統(tǒng)研究，我提出構(gòu)建“地球系統(tǒng)工程學(xué)”學(xué)科，并規(guī)劃了其理論框架、學(xué)科屬性、教學(xué)方法及培養(yǎng)模式。
地球系統(tǒng)工程學(xué)是研究地球自然與人類復(fù)合體的交叉學(xué)科，通過跨學(xué)科、系統(tǒng)化且符合倫理的手段，對關(guān)鍵過程進行調(diào)控，以維護地球系統(tǒng)的健康、韌性與可持續(xù)性。
推動學(xué)科方向落地的核心動因有以下3點。
首先，是從“診斷”轉(zhuǎn)向“治療”的迫切需求。地球系統(tǒng)科學(xué)主要致力于描述、分析、預(yù)測地球各圈層相互作用的機制與演變規(guī)律。這一學(xué)科為人類提供了深刻的系統(tǒng)性認知，但仍主要屬于“診斷性科學(xué)”。然而，面對全球變化風(fēng)險，僅停留于“認知”已不足以應(yīng)對。人類需要主動設(shè)計干預(yù)路徑，實現(xiàn)對地球系統(tǒng)關(guān)鍵變量的定向調(diào)控，這需要工程化的思維與方法。
其次，針對復(fù)雜系統(tǒng)的調(diào)控需要“設(shè)計-實施-評估”的閉環(huán)。地球系統(tǒng)科學(xué)雖然揭示了系統(tǒng)的復(fù)雜性、非線性和反饋機制，但并未提供系統(tǒng)性干預(yù)的操作框架。而地球系統(tǒng)工程學(xué)可通過建立可計算、可模擬、可優(yōu)化的干預(yù)工具體系，實現(xiàn)從“預(yù)測可能未來”到“構(gòu)建合意未來”的跨越。
最后，大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)的應(yīng)用也為針對全球系統(tǒng)的工程化調(diào)控提供了技術(shù)基礎(chǔ)。全球碳中和承諾、生物多樣性框架等目標，也需要被轉(zhuǎn)化為可落地、可驗證的系統(tǒng)工程路徑。
總之，地球系統(tǒng)工程學(xué)標志著人類文明進入“行星管理”階段，即在承認人類已成為地球系統(tǒng)主導(dǎo)力量的前提下，以科學(xué)認知為基礎(chǔ)，以工程化手段履行行星尺度的責(zé)任。這不僅是學(xué)科的延伸，更是文明應(yīng)對生存挑戰(zhàn)的必然演進。
《中國科學(xué)報》：你多次強調(diào)地球系統(tǒng)工程并非現(xiàn)有工程概念的簡單升級，而是一次范式革命，這體現(xiàn)在哪些方面？
劉叢強：這種“范式革命”體現(xiàn)在以下5個方面。
在目標層面上，傳統(tǒng)工程追求特定功能輸出，如建造橋梁、發(fā)電，而地球系統(tǒng)工程旨在主動維持地球系統(tǒng)的非平衡穩(wěn)態(tài)，如將全球溫度、碳循環(huán)等控制在安全閾值內(nèi)，目標變?yōu)閷?fù)雜系統(tǒng)關(guān)鍵狀態(tài)變量的動態(tài)閉環(huán)調(diào)控。
在方法上，傳統(tǒng)工程依賴分解、標準化和確定性模型，而地球系統(tǒng)工程必須面對系統(tǒng)復(fù)雜性。其核心方法論轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬泳W(wǎng)絡(luò)耦合設(shè)計、基于地球模擬器的情景推演與風(fēng)險預(yù)判，以及在不確定反饋中持續(xù)學(xué)習(xí)、調(diào)整。
在時間尺度上，工程周期從數(shù)年延伸至數(shù)個世紀。
在倫理維度上，傳統(tǒng)工程的倫理邊界限于項目影響范圍，地球系統(tǒng)工程則要求對全人類、非人類生命乃至未來生命負責(zé)，面臨“沒有旁觀者的實驗”這一根本困境，需構(gòu)建全球共識性倫理框架。
在主體關(guān)系上，人類要從外部改造者轉(zhuǎn)變?yōu)榍度氲厍蛳到y(tǒng)的調(diào)控參與者，工程目標不再是征服自然，而是引導(dǎo)系統(tǒng)進入可持續(xù)的共同進化路徑。
總之，這場革命標志著人類從利用工具解決局部問題的文明階段，進入以整體性設(shè)計維護行星宜居性的新文明形態(tài)。它不僅是技術(shù)的升級，更是人類認知、責(zé)任與存在方式的深層重構(gòu)。
對人類智力角色的“重新定位”
《中國科學(xué)報》：這樣的改變對于相關(guān)人才提出了哪些新要求？
劉叢強：從“科學(xué)”到“工程”的躍遷，實質(zhì)是從認知到行動的變化，這就要求相關(guān)人才成為“行星架構(gòu)師”。
具體來說，這類人才首先要有復(fù)雜的思維模式，要同時具備系統(tǒng)性、工程性和適應(yīng)性思維。
在知識結(jié)構(gòu)層面，他們既要具備地球系統(tǒng)科學(xué)基礎(chǔ)以及高級工程與技術(shù)能力，如數(shù)據(jù)科學(xué)、模型仿真、負排放技術(shù)等，也要具備社會科學(xué)與治理知識，如國際政治、倫理學(xué)、經(jīng)濟學(xué)等。同時，他們還要能在地球科學(xué)模型、工程參數(shù)與社會經(jīng)濟指標間進行翻譯與遷移。
在能力拓展層面，他們既需要擁有行星級的模擬與推演能力，能將全球目標分解為區(qū)域行動，協(xié)調(diào)多層級治理沖突，還要有在缺乏完美方案時，基于原則作出悲劇性抉擇的倫理決策與價值權(quán)衡能力。
在倫理責(zé)任層面，他們要具備“行星管家”的自覺，對非人類生命、未來世代及地球系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生深切的道德責(zé)任感。
《中國科學(xué)報》：對此，我們的人才培養(yǎng)應(yīng)作出哪些改變？
劉叢強：我們要打破現(xiàn)有的學(xué)科壁壘，設(shè)立“地球系統(tǒng)工程學(xué)”獨立交叉學(xué)科學(xué)位，而非簡單增設(shè)課程。該學(xué)位的核心是“問題導(dǎo)向”而非“學(xué)科導(dǎo)向”。同時，要進行課程體系的重構(gòu)和教學(xué)方法的革新。
具體而言，要將課程分為基礎(chǔ)課程、方法論課程、實踐類課程和倫理課程等不同類型。在方法上，要將地球模擬器作為核心教學(xué)工具，讓學(xué)生在虛擬行星中進行“干預(yù)實驗”。實施“導(dǎo)師組制”，建立由地球科學(xué)家、工程師、社會科學(xué)家組成的聯(lián)合小組，負責(zé)指導(dǎo)每位學(xué)生。同時，通過嵌入國際組織、跨國技術(shù)團隊或地方適應(yīng)項目的方式，讓學(xué)生實現(xiàn)全球化實習(xí)與沉浸式學(xué)習(xí)。
在學(xué)科評價體系上，要實現(xiàn)從考核知識掌握度向評價復(fù)雜問題框架構(gòu)建能力、跨學(xué)科方案設(shè)計能力與倫理推理深度的轉(zhuǎn)變，并通過建立全球知識同步機制，支持學(xué)生終身學(xué)習(xí)。
總之，我們不再培養(yǎng)僅精通某一領(lǐng)域的“專才”，而是培養(yǎng)能在科學(xué)認知、技術(shù)可能性、治理現(xiàn)實與倫理約束之間進行創(chuàng)造性綜合的“行星架構(gòu)師”。
從“認知科學(xué)”走向“行動科學(xué)”
《中國科學(xué)報》：你對地球系統(tǒng)類學(xué)科的未來發(fā)展有怎樣的期許？
劉叢強：我希望地球系統(tǒng)類學(xué)科能從“認知科學(xué)”走向“行動科學(xué)”，并逐步形成“診斷-設(shè)計-干預(yù)-評估”的完整方法論體系，真正支撐全球可持續(xù)發(fā)展決策。同時，希望能夠驅(qū)動多學(xué)科的“化學(xué)融合”，而非“物理拼接”，使其成為融合自然、工程、社會與倫理知識的“超學(xué)科樞紐”，產(chǎn)生原創(chuàng)性系統(tǒng)理論。
此外，我更希望通過學(xué)科教育，培養(yǎng)出既能深入解析碳循環(huán)，又能設(shè)計全球治理方案，并具備代際倫理意識的“地球系統(tǒng)工程師”。
《中國科學(xué)報》：你認為這一學(xué)科未來還需要破解哪些關(guān)鍵性難題？
劉叢強：首先是制度創(chuàng)新。高校需建立跨學(xué)科的人才聘任、評價與資助機制，打破傳統(tǒng)院系壁壘。在國際層面，則需推動全球數(shù)據(jù)共享與模型開源協(xié)議，建立類似“全球地球工程風(fēng)險評估委員會”的新型治理機構(gòu)。
其次是技術(shù)工具革命。要開發(fā)下一代地球系統(tǒng)數(shù)字孿生平臺，深度融合人類社會經(jīng)濟行為模塊與實時感知數(shù)據(jù)。
最后是教育范式轉(zhuǎn)型。要支持開設(shè)“地球系統(tǒng)工程”專業(yè)學(xué)位，設(shè)計貫穿“從模擬到?jīng)Q策”的體驗式課程體系，同時推動建立全球高校-政府-企業(yè)實踐聯(lián)盟，讓學(xué)生直面真實尺度挑戰(zhàn)。
《中國科學(xué)報》(2026-02-03第4版高教聚焦)
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