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中国科学院院士、兰州大学校长严纯华教授访谈—《稀土、基础科学研究与人才培养》

作者:肖琴 整理编辑 来源:上海交通大学学报 日期:2022-01-05 加入收藏

   
  众所周知,在稀土元素被发现和应用的230多年历史中,各国科学家和企业家都做出了不可磨灭的贡献。新中国成立之后,特别是中国改革开放后,中国稀土的研发和产业快速发展,目前稀土已是我国具有国际话语权的重要战略资源和优势领域。 在这个过程中,中国的科学家在研究稀土元素分离、提取和应用等方面做出了重要贡献。在谈到“从亲历者的角度,回顾一下中国稀土研发的历程,并从理论突破、应用研究和技术开发三个方面我国科技工作者所做出的贡献”时,严纯华表示:

  中国成为世界稀土资源储量大国,始于丁道衡先生1927年发现的白云鄂博铁矿。1935年何作霖先生又在该矿发现了伴生的稀土矿物,由此开启了我国的稀土研究,并逐渐展开了探、采、选、冶等一系列研究工作。

  20世纪60年代后期至70年代前期,我国稀土产业和科技发展出现了新起点。稀土研究开始走进高等学校与科研院所,形成高校、科研院所和国家部委所属产业三条主线。这三条主线曾在20世纪70年代后期产生交汇,在以时任国务院副总理、中国科学院院长方毅为代表的老一辈管理者的直接领导和推动下,我国稀土科技工作迈出了快速发展的步伐。在计划经济的大背景下,中央政府组织实施了一系列重大项目,由此我国稀土应用翻开了崭新的一页,产生了很多有别于国外和前人的新思路,但总体上还处于探索发展阶段,产业规模和技术水平远低于美国和法国。

  改革开放后,我国稀土产业迎来了发展的第二个高潮。我们继续沿用了计划经济时期的组织形态,把科研院所、大专院校以及产业研究机构与生产企业结合起来,基于国内过去几十年来在同位素分离和核分离方面的工作基础,形成了很多具有开创性的特色流程。改革开放前,国外知名公司不允许中国人去参访生产流程,更不会让中国人靠近关键生产环节,因此,我们没有成功的海外经验可参照,很多工艺恰恰是在这样的压力下,由我们中国人自己研究出来的。我的老师徐光宪先生,早年在美国哥伦比亚大学学的是理论化学,回国后从事的也是理论化学研究,因为工作需要,先转入结构化学的教学和研究,后又响应国家战略需求,转向核化学分离理论和方法研究。核分离技术的研究和工业应用实践为稀土元素分离提供了思路和启发,而我国化学家和矿冶学家在分离试剂及其构效关系方面的合作研究,则为稀土分离技术开发和流程优化打开了一扇新的窗户,奠定了现在稀土分离工业和稀土产业的理论和工业基础。此后,随着改革开放的不断推进,中国稀土产业从国有企业,发展到与乡镇企业、民营企业等多种所有制企业共存,形成了百花齐放的局面。当各家企业都有降低产品成本,提高和稳定产品质量的需求时,技术创新就摆在了大家面前。企业通过创新,提高产能可以获得真金白银的回报,能动性自然就被调动和激发起来。由于当时稀土功能材料和器件应用研发在国内还未完全展开,所以我们的产品主要面向出口,供大于求的情况时有发生,本来我们应该是“卖方市场”,但在相当长的一段时期却变成了“买方市场”。国内各家企业都不希望自己的产品滞销,于是竞相压价,结果反倒让国外企业渔翁得利。但辩证地看,也正是生产企业间存在的竞争,从某种程度上反而促进了这一时期企业创新的积极性和技术水平的提高。

  到了20世纪80年代末,我国稀土产量已位居全球第一。此后全球的稀土几乎全部由我国提供,我们的产品质量达到并超越了同期世界发达国家生产水平,不输法、美、日等国的老牌稀土生产企业。当时法国的稀土分离和生产技术位居全球第一,美国次之,日本则擅长精加工,虽然日本企业采用的完全是传统分离工艺,但他们的自动控制技术全球最好。20世纪90年代后,中国稀土产业开始对全球稀土市场产生重要影响,但依然未能掌握定价权。与此同时,稀土开采对生态环境的影响逐渐为社会所关注,中央政府开始从控制稀土资源开采这一源头上实施整顿措施。

  我国的稀土资源可以粗略地分为北方矿和南方矿两个主要矿种。北方矿以白云鄂博矿为代表,稀土伴生于铁矿,因此稀土的开采量迄今仍由铁矿的开采量决定。

  南方矿是另一种对世界具有冲击性的中国特有稀土矿藏,20世纪70年代先后在赣南、粤北、闽西一带被发现,一般称其为离子吸附型稀土矿。这一矿物的稀土元素以离子状态通过物理和化学作用力吸附于黏土表面,通过等当量其他适当离子把稀土离子浸取交换出来,再通过化学沉淀方式予以固液分离回收。我国离子吸附型稀土矿包含了除钷(Pm)以外的所有稀土元素,其中,中重稀土的含量特别高,弥补了世界上其他稀土资源中重稀土元素含量低的缺陷。由于中重稀土元素在高新技术材料中的作用更大,离子吸附型稀土矿的重要性更为突显。但是,南方矿的分布地域太广,又都处于经济欠发达地区,政府有效控制开采的难度很大,导致早年盗采、滥采情况频发。如何优化南方矿的开采控制,让稀土资源得到节约型高效利用,同时又保护稀土资源产地的生态环境,是近20年来各级政府始终努力的方向。

  这些年来,我国在管理上日趋成熟,企业的责任感也日益增强。国家先后成立了六大稀土产业集团,形成了央企与地方政府、地方国企及其他所有制企业紧密合作的格局,优化了利益分配和管理模式,促进了有序竞争。

  由于稀土开采过程会对矿区的生态环境产生影响,且离子吸附型稀土矿的开采浸取过程一旦控制不当,将会影响植被和地下水质,因此必须将资源的高效利用与生态环境的保护修复统筹考虑,树立可持续发展和绿色发展的意识。

  我国对资源绿色控制性开采政策的优化,一度也引起了西方国家的不满。多年来,西方国家已习惯低价享用中国稀土资源,反过来再用加工后的稀土功能材料和器件赚取中国人财富的经营模式,他们难以接受稀土价格提升,也难以接受从以他们为主的“买方市场”向以我国为主的“卖方市场”的转变。近年来,我国政府通过加大生态环境保护力度,规范市场竞争,鼓励企业做大做强,进一步激发了企业的内生动力和技术创新水平,国际竞争力持续提升,以我国为主导的国际稀土产业新格局正在逐步形成。

  我国科研和产业机构日益提高的科技创新能力,为实现资源的高效绿色开采,以及向产业“下游”功能材料和电子器件领域的发展奠定了基础。20世纪80年代以来,中国的稀土产量和质量一直占据全世界龙头地位。但是,中国稀土如何继续往“下游”发展已成为科学家、企业家和政府管理者共同面临的问题。第一,要科学合理地开采。因为资源的不可再生性,要树立“大自然是最好的资源储存地”的思想。随着理论的进步、技术的成熟,开采方式必将趋于环保,这有助于资源的有效利用、高效提取和绿色生产。第二,往“下游”功能材料和器件生产延伸。通常,若将自然赋存的稀土资源的价值设为1单位的话,从自然界富集提取后的原料约增值到10单位,再分离成单一元素后又会增值10倍以上,若进一步做成功能材料和器件的话,价值会呈指数增长。这也是稀土科技发展历程中,我国科学家和工程技术人员共同努力创造的价值。

  从稀土科技发展的历史看,近几十年来,我国稀土工作者后来居上,但仍然任重道远。稀土最早于1787年在瑞典首都斯德哥尔摩郊区被发现,距今已有234年的研究历史。我认为,可以将稀土科技的发展大致分为以下三个阶段:

  第一阶段从发现稀土矿的1787年到“认全”稀土元素的1947年,人类历时160年才分辨出了稀土家族的全部17个元素;第二阶段从1948年到1980年。第二次世界大战的结束促进了稀土科学和技术的系统发展。众所周知,美国的曼哈顿计划应战争需求而起,按照核武器所需锕系元素的矿冶、分离提纯、器件研制和核弹组装等流程的理论、实验和制造需求,建立了迄今依然活跃的美国国家实验室体系。随着第二次世界大战的结束,美国国家实验室的研究方向开始从专注于核科技所依赖的锕系元素,转向和拓展到包括镧系元素,也就是稀土元素等其他方向。这一阶段,人类对稀土性质有了进一步认识,并使稀土开始应用于石油催化裂化、彩色电视显示、磁性材料、储氢材料等领域;第三阶段是1980年迄今,稀土科学和技术研究更为深化,稀土在高技术材料和器件中的应用更为广泛,并凸显出稀土元素的神奇特性和在光电磁功能材料中的不可替代性,从一开始稀土元素被认为是高技术材料的“味精”,又进一步被大家公认为是现代工业的“维生素”。我国稀土科技和产业的大规模快速提升,也主要在这一阶段。

  由此看来,稀土科学和技术研究最初源于人类探索自然的兴趣,继而因其性质独特、应用广泛而兴盛,随着对稀土认识的逐渐深入,人们发现了它的许多不可替代的性质,从而创造了新层次的需求,于是,兴趣与需求发生交叠,加速了稀土科技和应用的发展。经过两百多年的发展,稀土科技当下的研究焦点依然是资源的可持续绿色高效利用和不同稀土元素的个性认识及其应用两个方面。前者使各国更加关注稀土资源的保护和开采中的生态环境影响,后者则更加注重对新现象、新理论、新材料、新器件和新应用的探索。

  近几年,中美在经济、贸易领域的竞争更加剧烈。我认为,这是两国间达到新平衡前的必然过程,应该以平常心对待。竞争与合作一样,也是国家间的一种交流形式,也能促进人类科学、技术、文化乃至经济社会的发展和共同进步。以这样的心态,我们便可以“不管风吹浪打,胜似闲庭信步”,按照自己的节奏来做事。

  回顾我国稀土科技和产业发展的历程,使我们更加怀念徐光宪先生等老一辈科学家。他们集中华民族传统文化与现代科技于一身,国学积淀深厚,对西学认识深刻,以家国情怀为生活和工作的导向,不计你我、不计得失、不计名利,潜心学术、潜心育人,他们是我国创新立国、自立自强之栋梁。当下,传承和弘扬老一辈科学家精神应该成为我们的使命,这既是对习近平总书记倡导的科学家精神的践行,也是我国走向世界舞台中央进程中不可或缺的一环。

  为了高质量发展稀土材料及其相关产业,《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出要加快新材料产业关键核心技术的创新应用。稀土及稀土新材料作为我国最具资源特色的关键材料之一,面临着前所未有的发展机遇。谈到稀土新材料产业的关键核心技术、跟法国、美国和日本等主要国家的差距以及如何通过科技创新进行突破等方面时,严纯华认为:稀土新材料产业的关键核心技术主要有以下几个方面:

  第一,新材料的发现和制备技术。这就是我们所说的材料创制,包括创造出原来没有的材料,或是让已有材料以低成本、绿色的方式在较短的流程中制造出来,或是发现已有材料的新性质和新应用。

  第二,器件的设计和制备技术。认识材料在经过结构、织构、器件层面的可控合成、组装和复合后的构效规律,是发现新材料和新器件的关键。现在材料和器件的发展趋势,也可以说是稀土应用领域的整体趋势,即由大变小、变微,从三维块体材料向二维层状及一维微纳材料发展,并与微纳集成电路和芯片技术相结合。研究焦点则更多关注材料和器件中的电子、电荷与空穴的输运与相干性,信息的产生、传输、放大、储存和显示,器件的负荷和能耗等。

  第三,装备制造技术。由于稀土材料本身往往对氧气、水分敏感,同时在冶炼、制造、成型、加工、防腐等过程中都比别的材料更敏感,通常会涉及薄膜和微纳加工过程,所以对材料和器件加工装备的要求更加苛刻,需求量也越来越大。相较于稀土材料和器件制造,近年来我国的装备制造技术进步也很大,已经从学习、引进、仿制向新装备创制转化。目前,稀土科技体系越来越成熟,新材料和新性能的发现已经开始催生出全新的应用领域,并逐渐形成新产业。

  迄今为止,我国在稀土矿产资源开采、稀土分离和高纯稀土制造方面继续保持领先水平,在稀土功能材料和器件的研发和生产领域,与法国、美国、日本等发达国家的整体差距正在迅速缩小,不少领域已处于并跑阶段,有些领域已具有领跑地位。我认为,我们在具象研究方面全面赶超欧美只待时日。但要想从稀土大国真正成为稀土强国,迫切需要解决科学文化和科学精神等深层次的问题。第一,政府必须加大对基础研究的投入和支持,鼓励原始创新,为材料的发现、原型器件的开发奠定坚实基础;第二,必须进一步完善不仅由科研人员,也由研究机构与政府管理部门共同营造的受科学兴趣或社会需求驱动的淡泊名利的创新机制和评价体系;第三,必须构建和完善由政府、机构、企业、社会等角色分类分阶段接续支持的基础研究、应用研究、产业化技术、装备开发等全链条创新体系,引导和鼓励企业和社会机构加大对科技活动的支持;第四,全面认识并坚持反对“四唯”,加快树立和完善针对不同类型研发活动的评价体系。只有多措并举、持之以恒,才能真正激发科技工作者的内生动力,使其真正地投身、沉浸于科研事业,真正营造出创新的氛围和土壤,才能使国家强而温润、富而雅致,赢得全世界的尊重和追随。稀土科技和产业的发展如此,其他领域的发展大抵也是这个道理。

  历经两个多世纪,人类对稀土的特性和价值有了基本的认识,但尚未摸清其真正全貌。虽然在基础研究、理论计算和模拟研究等方面,研究者已基本了解了稀土元素的电子输运和跃迁运动规律,为稀土光、电、磁、声、热等功能材料提供了理论依据,但对于微观结构与宏观性质间的构效关系规律及其控制方法尚未完全通晓。因此,亟待持续加强稀土科学领域的基础研究。我认为,基础研究不是“无用”,它恰恰是认识本征性质并加以控制,最终达到技术开发和功能应用的基础。特别是在当下,我国稀土科技整体处于从“并跑”向“领跑”角色转换的关键时刻,就更要重视重大基础科学问题研究,否则中国难以成为真正令人尊敬的高科技领军者。

  我国现在日益优化的政策、管理、环境和支持体系,无疑和过去相比已大有不同,这将促进包括稀土科技在内的科研创新活动的发展。我们应该进一步发挥我们的制度优势,深化综合改革,加快解决科技和产业创新中存在的问题。由于种种原因,中国的稀土资源和开发技术未能得到有效保护,从而落入被“贱卖”的困境。关于“如何从国家、地方、企业和个人四个层面加强稀土资源安全、如何强化知识产权意识,特别是在高端技术方面防止“技术贱卖”和“技术外流”以及怎样把我国已有的稀土分离、提取和制造的技术优势转化成世界标准”这三个问题,严纯华谈到:

  加强稀土资源安全需要从国家、地方、企业、个人四个维度协同推进。从国家的角度,第一是源头管理,第二是资源优化配置,第三是让企业联合,以行业协会的形式参与到国际贸易竞争中,从而形成“行规”实现自律,进而制定主动合理的价格体系。

  国家在调控过程中,会涉及各种问题,比如资源与收益问题,开采与保护的成本分摊问题,央企、地方企业以及其他所有制企业之间的利益关系问题,等等。我国稀土产业曾有过一段“亚健康”的发展过程,国有企业背靠政府、银行的支持,甚至凭借对资源的独享和批发就能获利,而其他企业却由于购买原料的价格更贵,支付的工资更高,又缺乏政策、银行贷款上的优惠,必须在科技创新上有自己的“独门绝技”才能得以生存,导致稀土行业中一度出现国有企业并不拥有最好技术的窘况。

  从地方的角度,要合理科学、具有前瞻性地制定产业发展规划,不求大而全,但求特色。尽管我国相当部分的稀土产品现在还主要用来出口,但按照国际竞争的发展趋势,特别是按照习近平总书记提出的“以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局理念,要让稀土产品更多地为己所用,将产业链向高附加值下游领域延伸发展。地方政府承担着与企业、个人不一样的使命,作为承接中央政府与地方企业、资源利用与国际贸易的中间桥梁,应充分地利用我国体制和机制的优势,面向国际需求和产业发展趋势,结合本地产业基础、自然禀赋和人才资源,制定出与众不同的产业发展规划并加以实施。

  从企业的角度,需要加快实现几方面的转变。第一,从过去的“大而全”转向“专而精”。企业不仅要充分利用现有的资源配置、产品销售和供应链优势,全球配置资源和产业,还要利用与国内外科技和企业的合作联盟,在产品上形成自己的特色和优势,逐渐树立自己在全球稀土产业中的不可替代性,有条件的甚至可以担任特定产品和应用上的“盟主”“链长”角色;第二,企业要加大与科研院所、大专院校的合作广度和深度,增加在人才培养、科研创新上的投入,从传统的接受“交钥匙工程”向尽早介入、共同研发、共同培养人才、需求和问题导向转化,进而将科研院所的实验室成果转化为工业化技术和装备,转化为安全、环保、低耗、优质、稳定的生产流程。

  从个人的角度,除了研究者需要创新外,还要发挥人民大众的作用。需要引导和帮助他们养成节约和环保的意识,这样就能可持续、绿色、高效地利用不可再生的稀土资源。这不仅仅是环保问题,还是国民生活习惯和品质、文化素质的养成问题,对整个社会进步的意义重大。

  对于强化知识产权意识,我认为培养技术专利意识和专利人才非常重要。我国知识产权体系的建设与改革开放同步进行,经过四十多年来的发展,我们的知识产权意识已经很强,之所以在此还要进一步强调,是因为技术及其专利一定要成体系、成系统。过去可能实现的是“没有”到“有”的转变,现在则要从“有”到“精、专、实、利”,从而实现创新技术及其专利本身的价值。在我国某些领先的技术方面,我们需要防止在国际合作中“技术贱卖”。以我国稀土分离技术为例,早年我国企业在与境外企业合资时,几乎无人考虑国内特有技术的知识产权和价值,反倒是为外国人的专利技术付出了高昂的代价。现在,我国稀土分离技术和工业化生产水平全球领先,但过去20年,“跑冒滴漏”和“技术外泄”屡屡发生,这是非常令人痛心的。知识产权保护,需要我们高度重视。

  最后,怎样把我国已有的稀土分离、提纯技术和材料制造优势转化为世界标准?这也是必须摆上议事日程的工作。目前我国建立了稀土产品和制造技术的国家标准、企业标准等体系,我认为可以依托中国稀土行业协会和中国稀土学会,带头建立一个世界性的稀土行会或学会,结合国外需求,建立国际性产品、环保和制造技术标准,从而使我国稀土产业走出故步自封的半封闭状态。长期以来,我国稀土资源储量、专有分离技术、冶炼技术属于商业机密,常常秘而不宣,中国企业仅在国际贸易中担任材料供应者角色。在全球技术和资源供应链的新坐标中,我们应该以创新技术和产品实力为基础,以知识产权和国际贸易规则为依托,以生态环境保护和资源可持续高效利用为原则,在更加广泛的国际合作交流中通过技术、金融和产业融合,自然而然地占据领先标兵地位。我认为,目前的时机已趋成熟,需要下大力气开展工作。

  环境治理是国家治理和全球治理的重要部分。2021年3月,中国提出了力争2030年前实现碳达峰,2060年前实现碳中和的目标。这就意味着包括稀土材料领域在内的新材料、新技术和新产业领域要大力倡导生态文明建设,并通过源头治理、综合治理和法治治理等多种手段才能逐步实现。在稀土行业发展的过程中,我国确实出现了环境污染的问题,有些地方已经达到触目惊心的程度。对于“稀土行业应如何对接这一目标?如何在发展稀土材料和新业态的过程中避免产生严重的环境污染?”这两个问题,严纯华认为,治理环境污染,需要从以下三个方面来落实:

  第一是国家管理。2011年我国出台了世界上最严苛的《稀土行业工业污染物排放标准》,许多人包括业内人士均持观望态度,甚至有人认为这是一个阻碍稀土产业发展的“自残”标准。历史证明,只要政府动真、技术创新、企业当真,就能够达到较高水平的环保要求。当时多数企业一到三年便可达标,三到五年内环保建设的成本被分摊进产品,产品价格上涨也得到了国际认可和接受,既达到了环保要求,整体提高了我国稀土产业的技术水平和承担的社会责任,也整合淘汰了一批不良企业。现在看来,随着全世界对环境保护认识的提升,国际社会逐渐认可了中国的做法,环保投资回报周期也在逐渐缩短,从而大大提升了环境污染治理的能力。这些年我们在矿产资源开采,特别是南方矿的开采上已经实现了国家管理,环境问题和生态问题大为改善。即便如此,我认为国家对利益分配、政策制定和行业规范,还需进行更加科学、合理、刚性、严格的管理。

  第二是行会。稀土行业协会要在国际上形成一种多元互利的服务体系,替企业仗言、为企业家分忧,在国际上发声、争辩,算清经济账、环保账、可持续发展账,而不是简单地把政府的要求传递给企业,更不能将行会变成少数企业的利益代言人。

  第三是企业。企业要做的就是技术创新,在技术创新上继续围绕高效利用和绿色环保两大主题,牢牢树立可持续发展理念。骨干企业必须朝着打造百年企业、千年品牌的目标发展,技术创新要将环保和生态理念融入整个工业流程中,实现流程的最优化。

  稀土材料基础研究的重要性不言而喻。早年徐光宪先生特别强调:科学研究的选题虽然要面向国家目标和实际应用,倡导技术应用与技术经济优势,但是最根本的还是基础研究。徐先生身体力行,带领着包括您在内的团队突破了稀土分离的理论和技术瓶颈,为中国的稀土资源优势转化为经济优势做出了巨大贡献。关于“徐光宪先生的成功案例的启示、基础研究和应用研究之间的关系以及如何看待“无用”的基础研究”这三方面的问题,严纯华表示,在谈启示之前,我想先分两条线,粗略梳理一下徐光宪先生是如何取得今天公认的成就的。第一,从纯学术的角度看,徐先生的数理基础非常好,他对所研究的化学或物理现象,都能以他独特的视角,用数学工具建立模型。徐先生早年曾在浙江化工专科学校(后来并入浙江大学)读书,所以他了解萃取、精馏等化工分离过程及其平衡模型,加上他在20世纪50年代末60年代初参与从事过核分离研究,这些经历让他后来能够较快地转入稀土分离领域。我在20世纪80年代初成为他学生的时候,就明显地感觉到徐先生独特的思维模式和过人的数理功底。在传统的化工精馏理论塔板数计算中,人们可以用普通直角坐标体系中操作线和平衡线间的垂直线“台阶”计算理论塔板数。在稀土液液萃取过程中,由于稀土分离的纯度往往大于99%,甚至高达99.9999%,此时若还在0到100均匀等分的普通直角坐标上,就难以表达99%与99.9%的纯度差别,于是就难以计算出有效萃取级数。徐先生神奇地想到了用对数坐标代替普通坐标系,有效地“放大了”99%与99.9%、99.9%与99.99%之间的差别,率先解决了困扰国内外同行多年的作图法计算萃取级数的难题。徐先生这种能从纷乱的思绪中跳出来,启发我们从另一个角度考虑问题的能力,总能让我们摆脱惯性思维束缚,给我们以启悟和另辟蹊径的指引。先生直到90多岁时,依然保持着对自然和未知领域的好奇心。

  第二,徐先生是一位富有中国优秀传统士者情怀的学者,饱含家国情怀,庄重儒雅,受人景仰。他听从祖国的召唤,回国后的几次研究方向调整,都是应国之所需、民之所要。对于一个科学家来说,一生的研究方向往往会阶段性地调整,这样既能让自己始终工作在前沿领域,又能适时地给予自我刺激,不断激活和挑战自己。对于徐先生来说,研究方向的调整虽然出于自觉的选择,但最重要的是响应国家需要,为此甘愿承担可能的研究损失。令我惊讶的是,基于坚实的理论和实验积累,以及勤奋刻苦的工作,徐先生每次转到一个新领域,都能很快看到这个领域的关键和前沿,因此,他既有爱国情怀,又有扎实学问,情怀和学问的完美结合造就了他的创新事业和辉煌成就。无论是他早年从理论化学研究转到结构化学教学,还是转入核分离化学研究,再到承担国家重大国防科研任务进入稀土分离化学领域,每次转向都十分成功。作为他的学生,细细体悟他每每成功转向的原因,我认为还源于他的虚心好学与合作精神。比如,为了更加准确地模拟串级萃取过程中两相稀土物料平衡和离子交换过程,他虚心请教北大数学系的大家徐献瑜先生,合作建立了反映稀土萃取过程的计算模型,为我们此后利用计算机加速流程模拟和最优化设计奠定了算法基础。

  近年来,国家在政策设计、资金投入和平台建设方面先后出台了多种措施,鼓励科技人员从事基础研究,并取得了长足进步。然而,基础研究所占份额依然不大。关于“跟欧美国家相比,我们的劣势在哪些方面、基础研究薄弱跟我们的体制机制的关系以及以化学或者稀土研究为例,以小见大地谈谈如何构建有利于基础研究的体制机制问题”等方面,严纯华表示:

  关于中国与欧美发达国家的差距,可以从三个不同的指标来考量。第一,投入的单一性,这是我们最主要的劣势。跟欧美国家相比,我们的不足在于投入渠道和方式的单一,R&D(研究与发展,Research and Development)大多依赖政府的投入。然而,纵观国际,科技和产业发达国家的政府投入永远只占R&D投入的一小部分,更多的投入来自企业和社会;第二,投入的紧缺性。我国的资源配置存在不均衡现象,尽管投入增量占全球增量的四成以上,但是由于我国基础研究队伍庞大,研究人员总量多且还在迅速增长,因此,相对总量依旧不大,人均投入更是少得可怜。现在我国R&D的投入在国家GDP中占比较低,同时配置失衡,地区差异大,往往还偏重对D(发展)的投入。因此,我们要不断提高对R&D的投入,特别是提高在R(研究)上的投入占比和总量;第三,认知的差异性。之前较长的一段时间里,我们更多地认为研究就是为了写论文,而西方人更多地关注创新,注重提出新思想、发现新现象、建立新原理、阐明新规律。我们尚未针对这“四新”形成一个基本完备的评价体系,这是我们主要的误区。当然,欧美同行也很注重论文,但更多是为了供同行分享,昭示自己的成就,有时也有“跑马圈地”之意。此外,我们总认为评估体系建设是政府部门的事,习惯于被动接受评价评估,殊不知,每个研究者应该主动对标前沿和需求这两大目标,对自己的工作有正确的认识和定位,只有这样才能保证自己研究方向的前沿性和正确性。所以,真正完善的评估体系应该是他人和自己共同建立的科学体系。

  基础研究薄弱跟我们的体制、机制是否有关?我认为基础研究的薄弱有历史性的原因,从这一点上来说是与体制、机制有关。新中国成立70多年来,我们一直在想着赶英超美,以解决技术问题为目标,锦上添花的工作较多,而对“无用”之学、未来之学的思考和重视远远不够。

  构建有利于基础研究的体制、机制可从三个角度思考。对于个人来说,每一位科研人员都应结合自己的工作实际、科研资助情况,努力满足市场和产业需求。在条件不足的情况下,先解决眼前的问题,从而树立自信,完善自己的技术支撑条件,之后再慢慢去做纯粹的“无用”之学。对于机构来说,科研一定要有组织性。每个个体的科研就像是一个个矢量,有着不同方向,这些矢量叠加起来,就形成了这个机构的特色和优势,也就有了“品牌”和口碑。比如在稀土领域,高性能稀土永磁材料研究是北大物理学院的品牌,稀土分离是北大化学学院的品牌,在国内外同行中都具有很高的声誉。对于国家来说,针对不同类型的科学研究,首先要厘清什么是真正的基础研究、怎么组织基础研究、如何资助基础研究等问题,才能制定出不同类型的资源投入机制和考核评价指标。目前,我国加快了这方面的改革,已经形成了国家层面的指导性意见,这就要求各个科研机构根据自身特色和要求,优化科研组织,细化评价体系。必须清醒地认识到,实现这一改革目标必然涉及每个研究者的个人利益,涉及每个科研机构的资源配置和社会声誉,涉及国家科技创新体系的结构和分工,还涉及思想认识、观念理念和管理方法的提升和创新,是一个典型的复杂体系问题,因此这一改革不可能一蹴而就,必须持之以恒地推进,才能真正建立起有利于基础研究的环境。

  基础科学研究离不开良好的科学文化环境和科学精神的指引。自从任鸿隽在《科学精神论》中最早提出“科学精神”概念以来,科学精神的内涵随着时代的发展不断丰富。中国能够在一穷二白的基础上发展出“两弹一星”、载人航天与探月工程、北斗导航、载人深潜、量子科技等一系列举世瞩目的重大成就,其中很重要的一个原因就是广大科技工作者在追求真理的过程中践行科学精神。从李四光、钱学森、钱三强、邓稼先等一大批老一辈科学家,到陈景润、黄大年、南仁东等一大批新中国成立后成长起来的杰出科学家莫不如此。

  关于“我们这个时代需要怎样的科学家精神、科学家精神对于形塑科学文化有什么作用、科学家精神与中国共产党的精神谱系是怎样的关系以及如何在基础研究领域践行科学家精神”这一系列问题,严纯华谈到,我认为习近平总书记在今年的两院院士大会和中国科协第十次全国代表大会上所说的“四个表率”——“胸怀祖国、服务人民”“追求真理、勇攀高峰”“坚守学术道德、严谨治学”“甘为人梯、奖掖后学”正是这个时代需要的科学家精神,它既是中国优秀传统文化在科学家身上的集中体现,也是中国当下创新强国中科技工作者的使命,更是传承科学家精神时科研组织和团队的“家风”“门风”的主要体现。如果将科学家精神放到人类共同的文化精神中去考量,它也是人类命运共同体生生不息、代代相传的优秀基因。科学家精神对于形塑科学文化至关重要。科学文化不仅关乎科学活动本身的结果,更关乎科研人员的科学和文化素养。在中国走向世界舞台中央的进程中,以美国为代表的西方国家“零和博弈”思维仍将存在,“卧榻之侧岂容他人酣睡”的单极化排他性将愈发激烈,百年未有之大变局中的国际环境将更加动荡,这就要求我们必须在科技创新中强国,在科学文化形塑中立身,“软实力”与“硬实力”建设并举,从而获得尊重和共赢,消弭“羡慕嫉妒恨”的外部环境影响。

  我认为科学家精神与中国共产党精神谱系的内涵一脉相承,两者都具有实事求是、坚持真理、探索创新、甘愿牺牲、利国利民的特征。中国共产党最根本的精神是为人民谋利益,与之相比,虽然科学家不能直接为人民谋利益,但也在为人民服务。

  与应用和产业技术研究相比,基础科学研究结果也许难以直接和快速地转化为生产力,研究者也很难从中获取利益,因此,基础研究既需要兴趣,更需要奉献,是对科学家精神的践行和传承,我认为这种纯粹的科学精神正是做好基础研究最重要的品质和最基本的动力。

  交叉学科研究在基础研究领域十分普遍。科技史研究表明,越来越多重大科学基础理论的突破都依赖于交叉研究,近年来越来越多从事交叉研究的学者获得诺贝尔奖就说明了这一趋势。中国在学科门类中专门增加了交叉学科,设立了“集成电路科学与工程”和“国家安全学”两个一级学科。在“如何看待基础学科领域的交叉研究、这是否意味着知识体系生产和传播方式的转变、如何看待在高校实施的“强基计划”项目、如何将“强基计划”项目落到实处和细处以及如何看待新文科人才培养中科技人文交叉融合的内涵和实现路径”等问题上,严纯华表示:

  基础学科领域的交叉研究是一种必然的内在需求。中国之所以提出交叉研究,本身是有前提的。20世纪50年代以来,中国的专业和学科分类方式、教学科研组织形式、系或学院建制,都是仿照苏联模式,而苏联模式又是基于第一次世界大战、第二次世界大战后逐渐完善的那套体系,主要依据专业知识的自身结构和发展逻辑而形成,这在当时无疑是先进的。对20世纪50年代的中国来说,这套体系可以迅速发展高等教育,为社会主义建设培养高级人才。随着科学和技术水平的迅速提升,学科和专业的界限日益模糊,特别是面对复杂多变的现实问题和实际需求时,原有脉络清晰的专业知识体系已难以独立应对,学科和专业的交叉和融合已成必然。具体研究中对其他学科知识和技术的借鉴或应用是自然而然的需要,在局部研究领域的学科交叉融合从未停止。实际上,我国高校的学科专业交叉融合在改革开放、恢复高校招生之始就已萌动,当年的调整学习和借鉴了欧美大学最新的系科设置,新建了一些新的学科和专业,其中自然就有学科交叉的意味。交叉学科之所以成为当下高校管理者和从业者关注的话题,主要还是由教育和认知的发展规律与日益急迫的社会需求间的不适应和不平衡加剧造成的。回溯交叉学科形成的历史,不难发现三个基本趋势:第一,系统化的大学教育,特别是专业和学科划分永远落后于社会需求。比如,一种药物的设计、合成、筛选、动物临床试验、制剂和成药的研发过程起码涉及化学、生物、基础和临床医学等多个学科,往往历时10年甚至更多时间,耗费甚巨。只有实现学科交叉,才可能缩短从基础研究到实际应用的周期,满足人类生命健康需求。以新冠病毒的疫苗研究为例,基于过去长期的基础研究,疫苗不到一年就进入临床了。既然专业分类落后于需求的现象越来越严重,人们从现实发展的需要出发,就更加重视交叉研究了。第二,科学研究本身的发展需求也驱动着不同学科走入交叉。科学史上早年的自然科学研究对象、问题、方法和技术,用今天的学科划分考量就是多学科交叉,只是当时人们还没有建立完整的学科范畴而已。当时大学的教育是精英式的小众化教育,而现在大学教育已大众化,随着教育体系与现实需求的差距拉大,强调两者结合的呼声高涨起来,交叉学科建设也就成为大势所趋。第三,现实问题往往难以用“理想气体”这样的简化范式加以描述,解决这些复杂问题就需要多个知识体系,也就是我们所说的多个学科的共同贡献。我国目前面临的很多“卡脖子”问题,需要多学科知识才能解决,这也决定了交叉研究的必然性,决定了我们的教育形态、教育方式和教育内容必须做出相应的改变。

  当然,这也意味着知识体系的产生和传播方式会发生相应的转变。首先,对于应用目标非常明确的学科,今后可能是两个或更多学科的结合,即以一个基础学科为主线,与其他一个或多个提供先进方法和技术的学科交叉结合,问题导向,举一反三,形成新的知识与应用融合的交叉学科;其次,科学发展的自然规律,即传统意义上的知识演化永远不会消失,随着人类对自然和社会认知的不断深化,必然会产生新的知识,知识体系也就随之演化和扩大,知识的传播方式也会随着技术的提升、认知能力的提高而变化,我们的育人体系也会更加丰富和完善。

  “强基计划”本意很好,面向的也是国家急需的专业。新生事物总会面临前人没有碰到过的问题,这就需要我们在实践中通过创新去解决。目前来看,“强基计划”第一年招生由于准备不够充分,考生和家长尚不完全理解;第二年则会碰到如何实现“强基”教育,即如何构建新的培养体系的问题,使培养过程与原定目标自洽;第三年又将出现本科与研究生的衔接和贯通培养问题;第四年还可能会碰到诸如评估成效、评价成果的传统焦虑。以我之管见,“强基计划”虽然初衷清晰、目标明确,但培养过程与当下的本科生、研究生管理和培养系统没有完全实现“无缝对接”。对此,我认为国家应该给予指导性意见,放手让高校自主尝试,形成各校自身特色,逐渐形成一个人才“强基”培养的自洽体系。

  我认为,科技与人文融合十分重要。新文科建设不仅需要人文与社会科学的交融和交叉,更需要与现代科学技术的交叉。很多年前,我的一位学生去英国交流,受他父亲的影响,他在牛津大学选修了考古学课程,回国给我看了一本剑桥大学编写的考古学教材《考古学:理论、方法与实践》(Archaeology:Theories,Methods and Practice),迄今令我印象深刻。这本书将我对传统考古学的认识引入了一个全新的境界。20世纪50年代以来,倚重于历史学的考古学已与地质、地理、化学、物理、生物等学科深度交叉,形成了科技考古等新的学科生长点。自然科学研究手段在考古学中的应用,使古代人类社会发展演化的信息海量增加,反过来也促进了考古学和历史学的发展。对于科学家来说,人文社会科学,尤其是文学、历史和艺术,除了能强化最基本的听说读写能力以外,还能塑造其自身的人文素养和社会责任心,打造一个人的“软实力”。中国老一辈的杰出科学家便具有这种共性,他们的国学基础普遍很好,既继承了中国知识分子“修身、齐家、治国、平天下”的人文素养,又吸收了西学的精髓,堪称中西合璧的典范。国际著名的古DNA研究科学家斯万特·帕博教授,最开始从事的是生物医学研究,但从小对埃及历史的浓厚兴趣,促使他冒出了从木乃伊的人体组织里提取古人DNA的想法,由此开创了人类学的古DNA研究新领域。高校新文科建设不仅对文科有利,对理工农医科也十分重要。但我认为,这种人文素养的养成不应仅仅是大学的任务,而是应该在基础教育阶段就打好基础;人文素养也不可能在大学教育中完全养成,它的养成应该贯穿人的一生。

  严纯华曾提出:国家要加快研究制定高等学校分类设置标准和分类评价标准,深化高等教育分类管理改革,以满足经济社会高质量发展对各类人才的需求,也满足各类人才终身学习和发展的需求。鼓励高校打破现有学科专业壁垒,改革专业设置、课程体系,确保学科专业自身发展的“小逻辑”服从国家经济社会发展的“大逻辑”。关于“小逻辑”和“大逻辑”的内涵是什么这个问题,他表示:
 
  我们常说,大学的学习和研究无非是两个目的,一是获得可以写入教科书的新知识,即“上书架”;二是获得可以改善人类生活的新产品,即“上货架”。我所提出的“小逻辑”指的是某一学科知识体系自身演化的规律,即按照“上书架”要求进行的学习和研究。“小逻辑”建立在知识体系及其认知规律基础上,因此大学教育要做到授人以渔,不仅使学生接受知识,还要使学生能够创造新知识。能“上书架”的知识往往具有总结性和经典性,就像牛顿发现的万有引力定律,爱因斯坦发现的相对论。“小逻辑”讲究做前人未做过的事情,即继承、创造和发展知识。“大逻辑”指的是学科发展紧紧针对重大需求,解决相应的方法、技术、工艺、流程、装备,从而促进经济社会发展,即以“上货架”为目的。“大逻辑”更多面向国家、社会发展的紧迫需要,就像当年的“两弹一星”和如今的“卡脖子”技术。“上书架”与“上货架”、“小逻辑”与“大逻辑”互为先导、相互影响、交叉融合、相辅相成,由于社会发展趋势和需求紧密交织,形成了大学学科和专业的发展脉络。

  以我的学习和研究体会为例,在实验室中我可以按照稀土元素微小的性质差异,结合化学知识,设计单级溶剂萃取漏斗实验,获得稀土分离的基本参数等基础知识。但实验室难以演示更为复杂的串级萃取工业过程,实验室研究中碰到的问题有可能在大规模和多级联动的工业流程中被“缓冲”和“稀释”,反倒不成问题;但工业流程中又可能出现在实验室研究中没有遇到的新问题。于是,当我在实验室的研究取得一定积累后,导师徐光宪先生引导我到工厂车间去实习实践,学习工程师和工人师傅的实践经验,把实验室的研究结果应用于实际流程改造,并进一步收集他们需要解决的难题,进而将这些难题带回实验室进行归纳整理,分析其原因和规律,找出问题的症结,结合基础知识和实验验证逐一解决,然后再将研究结果放到工业流程中加以验证和应用,最终达到运用基础知识、创新知识和工艺技术、解决重大产业需求的目的。这是一个“从实践中来,到实践中去”的互馈过程,知识和技术在这个过程中螺旋式上升,体现了基于知识创新的“小逻辑”与面向需求的“大逻辑”间的关系。

  中西部高等教育的高质量发展对中国成为世界高等教育强国至关重要。作为“胡焕庸线”以西唯一一所“双一流”建设高校,在欠发达地区办学经常面临着资源匮乏的突出矛盾,但依然形成了“自强不息、独树一帜”的“兰大精神”。关于“如何理解中国高等教育界在努力构建的高质量发展文化、在建设教育强国的征程中,兰州大学的突出贡献是什么、致力于培养何种具有“兰大”独特气质或者特色的人才以及这些经验对于建设世界一流大学有何示范意义”等问题,严纯华表示:

  高质量发展文化,我认为关键在于氛围营造。对于兰州大学而言,这一氛围主要由四个部分构成:一是管理体系,二是师资队伍,三是人才培养体系,四是支撑条件。

  管理体系上,我们要对海内外一流学校“见贤思齐”。由于条件和环境不同,在不少办学指标上,我们暂时无法和其他优秀高校相比,但我们可以从优秀高校的发展路径中,体会他们的办学思想、内涵精神、发展思路和规律,借鉴他们的经验,吸取他们的教训,结合我们的发展需求和实际困难,形成兰大的思路、举措和路径,强化落实和动态优化,逐步缩小差距,并形成自己的发展特色。以服务师生为宗旨,激发和鼓励每个兰大人“在西北、谋天下”的内生动力,这就是我们兰大在管理上追求的高质量文化。

  在师资队伍上,我们学习其他优秀高校在人才引进上的举措,硬件不足软件来补,营造“近者悦,远者来”的环境。针对我校的实际情况,既重视对已成人才的有计划引进,也重视对才露尖尖角的“小荷”,也就是青年人才的大力吸引,加强对特色优势学科和基地的建设,为人才提供施展才华的舞台和成长的土壤。正因为兰大对于“人才是第一资源”的体会更加深刻,对人才的渴求更加迫切,对人才的尊重更加真诚,所以我们宁愿在其他方面“过紧日子”,甚至“过苦日子”,也要节衣缩食把钱投入到师资队伍建设上。我们也会想方设法引导教师优化其发展路径,比如我们鼓励外语老师凭借语言优势,进行跨文学、历史、区域与国别研究等专业的研究,为他们有朝一日能成为“一带一路”方面的顶尖专家提供支持。概括地说,重在“引、培、稳”,以“引”为主,以“培”贯穿教师发展全过程,“稳”的方法是加强服务和引导,硬件不足软件补、软件不足人心补,让每个教师都能受到尊重,都能体面地生活,这样就能把人才引来,让他们长得好、用得上。

  在人才培养体系上,兰大会帮助学生从中学的学习方式,过渡到学习知识和创造并举的大学学习方式,同时还为他们提供“尝试”或“再选择”专业的机会,允许学生在入学后第一年内根据自己的兴趣和特长,“非功利性”地转换专业。我们认为,能够进入兰大的学生,都是才智优秀的孩子,就应该不遗余力为他们创造成长的环境。在经济社会发展相对滞后的西北建设世界一流大学,教育培养出既富有人文精神、又具有科研技能的一流人才,这是我校的初心和使命。我校教师和干部以“走进学生生活、走进学生学习、走进学生心灵”为目标,一人对接一个宿舍,全员联系和指导学生;普及导师制,充实学生工作队伍,健全心理咨询辅导通道,引导树立健康正确的“三观”;鼓励学生在学有余力的前提下尽早进入研究组、实验室;充分利用西北地区丰富的天然禀赋和自然环境,为学生提供野外实习、田园调查、社会实践机会;引导和鼓励学生德智体美劳全面发展,将思政教育融入日常学习和生活中,使学生既有西北人“讷于言”的低调,又有兰大人“敏于行”的特质。

  在支撑条件上,首先要营造一个良好的工作氛围。我认为,没有一名教职员工没有自尊和上进心,不想被尊重和承认,因此,学校要求管理和服务部门对所有教师职工一视同仁,寓管理于服务之中,体现职业精神,提高管理的科学化和系统化;作为校长,我乐于听取和接受大家“带辣味”的批评,这对于我来说是一种学习和反省机会。我们应该尽快补齐办学条件上的短板和不足,尽可能为教职员工提供越来越好的工作条件。

  上面讲到的四个方面的工作都不可能一蹴而就,需要我们长期努力。只有将这样的思想转变为行动,将“团结、紧张、严肃、活泼”的氛围融入兰大人每天呼吸的空气中,才能建设好兰州大学独特的高质量发展文化。

  谈到兰大对国家的贡献,我认为我们对国家的最大贡献在于人才培养。举几个数据来说明,兰大学生中有50%以上来自西部,50%以上来自农村,还有10%以上的学生是少数民族,此外还有不少贫困家庭学生。毕业后有超过60%的研究生留在西部工作,超过50%的本科生留在西部工作或继续深造,这是任何一所东部院校都无法比拟的。东部院校对于西部人才具有虹吸作用,西部培养的学生去东部发展后,往往只有在自己成才后才能回馈西部。因此,兰大自建校以来的112年间,为国家,特别是为西部培养了数十万人才,这样的贡献是巨大且至关重要的。不仅如此,兰大校友遍布海内外,也为世界进步做出了重要贡献。

  第二个主要贡献体现在文化层面。兰州自古就是东西方文化交汇交融的界面,是一个多民族文化的融合带,也是多种宗教汇聚和碰撞的“防风带”,因此,兰州大学自然就成为多元文化汇聚、碰撞、研究的要地,在当下“一带一路”建设过程中,兰州大学应该成为东西方文化交流的重要支点。

  第三个贡献表现在我国科技创新的战略性和基础性布局上。从地理位置看,兰州是三大高原(内蒙古高原、青藏高原、黄土高原)的交汇点,兰州的高校让我国一系列西部发展战略有了支点,如“科技强国”战略、“人才强国”战略和一系列国家重大需求等。兰州大学的学科,无论是理科的数学、物理、化学和生物,特别是草学、地球科学、生态学、大气科学和核科学与技术,还是文科的文学、历史、哲学和管理学,特别是敦煌学、民族学等特色优势学科,不仅与我国科技和产业发展的战略布局紧密相关,也与西部地区的自然禀赋、文化积淀密切相关。兰大恰恰是将自然条件上的劣势,转化为全球共同关注的前沿科学研究上的优势。

  谈到兰大人的独特气质,我认为是做事的耐力和韧劲。兰大学生可能乍一看并不那么“灵光”,但他们受外界的干扰小,在并非百米冲刺,而是“马拉松”般的科研生涯中,兰大学生的优势会逐渐体现出来,那就是我前面说到的西北人的那种实诚和韧劲,他们一旦认准了目标,会持之以恒地坚持下去。兰大有一位先生一辈子只做了一门学问——敦煌法学,最后做出了自己的影响和贡献。我在兰大学习和服务的经历告诉我,兰大人有将“偏门”做成“显学”甚至“绝学”的特殊能力。

  我不敢说兰大经验对我国建设世界一流大学有什么样的示范意义,但兰大人始终想打破高等教育发展中的一个“定律”。在1000多年的大学发展历史中,科学中心、高教中心虽已几经转移,但一个不变的定律是:一流大学只能出现在经济和文化发达的地区。那么对于地处西部经济待发达地区的兰州大学而言,能否突破这个大学发展的“基本规律”,建成世界一流大学?我坚信,这是完全可能的。我之所以敢如此自信,一是源于我们国家的制度优越性,二是基于兰大学科优势和特色。只要坚持走中国特色社会主义发展道路,坚持中国共产党的领导,我们就能借力新时代西部大开发、黄河流域生态环境保护和高质量发展、“一带一路”倡议、人类命运共同体建设,积极投身振兴中西部高等教育的洪流,抢抓机遇、乘势而上,入主流争主导,将优势学科做得更强、将特色学科做得更精,这样兰州大学就有信心打破高等教育发展中的“千年定律”,在经济待发达地区建成世界一流大学。
  
 
  个人简介:严纯华:中国科学院院士,兰州大学校长。北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室主任、北京大学-香港大学稀土生物无机和材料化学联合实验室主任。长江学者特聘教授、博雅讲席教授。无机化学家,主要从事稀土分离理论、应用及稀土功能材料研究。曾获国家科技进步奖二等奖和国家自然科学奖二等奖等奖励。
 

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