中国石油企业协会

刘合院士谈对科学与艺术的理解

来源:新课程评论 | 日期:2023-9-6 11:13:51 | 访问:次 | 字号:

新时代,筑牢人才培养之基,加强创新人才教育,是解决我国“卡脖子”问题的关键;提升全社会科学素养,让科学精神真正融入民族文化,是应对百年未有之大变局的利器。

2021年,国务院印发《全民科学素质行动规划纲要(2021—2035年)》。习近平总书记指出:“科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,要把科学普及放在与科技创新同等重要的位置。没有全民科学素质普遍提高,就难以建立起宏大的高素质创新大军,难以实现科技成果快速转化。”这一重要指示精神是新发展阶段科普和科学素质建设高质量发展的根本遵循。

2022年6月26日,“第24届中国科协年会独立分论坛:科学、艺术与文化遗产高峰论坛”在长沙召开。在现场,我们聆听了刘合院士的主题分享。刘合院士是中国工程院院士、中国油气工程技术领军者之一。40多年来,一直深耕采油工程研发、应用与管理研究,率领团队攻克了一项项世界性工程技术难题,为我国石油工业发展作出了贡献。刘合院士荣获国家科技进步特等奖1项、二等奖3项,国家技术发明二等奖1项,省部级科技一等奖多项等荣誉。科研工作之余,他爱好摄影。工作实验场地里的抽油机和距离居所最近的颐和园,成为他镜头聚焦的两大主题。即便是上下班路上、出差途中遇到的花开、落叶、云霞、小动物也都能成为他照片里的主角,万物有灵且美。专深、博雅、精进、涵容在刘合院士身上融汇、流动。望之俨然,即之也温。

热爱是内在的驱动力,责任带来持之以恒的坚守,挑战激发蓬勃的生命力。面对艰深的科研问题,他何以保持超凡的专注、执着与热爱?前沿科技发展对人才素养的培育有哪些新要求?当科研与艺术相遇,将带来怎样的生命体验,于教育工作者又将带来怎样的启示?带着这些问题,我们对刘合院士进行了访谈。

保证国家能源安全既是责任也是义务

记者:尊敬的刘院士,您好。非常感谢您能接受我的访谈。您曾在央视《我的艺术清单》节目里说,“对于一个石油科技工作者,油田会产生一种很强的吸引力,难以用语言形容对它的热爱。”请问,您这份对采油工程的热爱源于何时?又何以持续数十年至今仍饱满?

刘合:我自1982年从大庆石油学院(今东北石油大学)毕业,就被分配到大庆油田采油四厂工作,从此踏上了采油工程研究之路。或许是“铁人精神”“大庆精神”已融入血脉,对油田、对采油工程,我一直有着非常深厚的情感,真是难以用语言形容这份热爱。油气资源是世界最重要的能源之一,我国能源安全的核心也在油气,2021年石油对外依存度高达72%,作为一名石油科技工作者,保证国家能源安全既是责任也是义务,是必须要做好的事。除了这份责任,我想,热爱应还源于这份工作本身带来的挑战。采油工程是油田开采过程中根据开发目标通过生产井和注入井对油气藏采取的各项工程技术措施的总称,是连接地面和地下的纽带。其核心任务是建立和维护油气开采通道,构建安全、可靠的油气田开发生命线。采油工程面对的是极其复杂的环境,如井眼空间有限、井型结构多样、含油层系多、储层高温高压、岩性与流体多变等,对技术精密性、适应性、可靠性等要求极为苛刻。我从事采油工程研发、应用与管理工作40余年,面对这些挑战,需要鼓足勇气,与团队一起迎难而上,不断适应油田开发的需求,在继承中发展、在创新中突破,以应对不同时期油气开发油井能量衰减的问题。

 实验结果与预想不一致往往是技术创新和认识变革的开端

记者:每一滴石油都来之不易,每一滴石油都凝聚着采油科技人员、采油工人的心血。诚如您介绍的,面临我国油气勘探对象“井深、块小、层薄、低孔、低渗、低产”等特点,勘探开发正由陆相砂岩转向深层、深海、致密油气/页岩油气等非常规领域。您在带领团队攻克这些困难的过程中,一定会经常遇到实验结果与预想不符,或者实验呈现负面结果的情况,你有没有过内心迷茫或焦虑的时候?

刘合:总的来说,石油工程是一门应用学科。我所从事的采油工程中每一项技术研发更需要通过现场结果来验证,遇到实验结果与预想不符的情况非常正常。焦虑确实有过,但谈不上迷茫。因为对于我来说,不管实验过程还是实验结果都是一种收获,不存在正面、负面之分。

如果实验结果和预想一样,自然很好,可以继续开展后续工作,但只能证明实验设计与我固有的认识范围是符合的,但不能表示已有认知就没有其他意想不到的问题,也有可能会忽略重要的实验细节。如果实验结果和预想的不一样,那可能更值得深入讨论和研判,可以从设计思路、实验条件、操作步骤、验证方法等方面逐一审视。从我的经验来看,这种不一致往往是技术创新和认识变革的开端,更值得我们重视。

因此,我一直鼓励学生们要认真记录好实验的过程和细节。不管结果是否符合预期,都要仔细完成对实验结果的总结分析和验证对比,更要注重实验的重复性和边界条件,这样才能保证获取较为准确的规律性认识。比如,针对主要储集在地下数千米纳米级孔隙中的页岩油气资源,我们经常用到数值模拟的方法来获取油气在纳米级多孔介质中流动的重要参数与规律,但模拟都是有边界条件和模型限制的,即使获得了跟预期一致的结果,也要想办法通过开发微观实验手段去验证结论,同时还要思考实验条件与地下油藏条件的差异,才能有效指导油田现场的实际应用效果。

最希望学生有独立解决问题的能力,良好的心理素质和健康的体魄

记者:这让我们看到在科研过程中,严谨审慎的态度、积极的心态与批判性思维的重要。您刚谈到教学生,在您教育教学及指导学生过程中,存不存在某种核心的东西,是您最希望学生拥有或最渴望传达给他们的?

刘合:我认为,想做好学生的导师,就是坚持四个字——求实奉献。“求实”就是要和学生说实话,对与错要讲明。我首先要做到实事求是,同时告诉学生,不能爱面子不懂装懂,不懂的地方可以共同研究探索、共同进步。这是教师尊重信任学生、平等对待学生的表现。“奉献”就是要心里装着学生,尽心尽力为学生的发展着想,真心关心他们的学习与生活,及时为学生解疑释惑。作为教育工作者,我认为要有自己的定力,要知道自己的言谈举止对学生的深远影响。教师要从强化自身爱国、爱党、爱人民的思想道德素质到言传身教、影响学生,从自身保持健康、自律的生活方式到引导学生养成良好的生活习惯。我最希望我的学生能从自身创新能力与学科交叉融合等方面不断突破并超过我,有独立解决问题的能力、良好的心理素质和健康的体魄。

记者:听说您走进高校开展专业学术讲座时最后会特别强调几点题外话。

刘合:是的。我在大学的讲座一般最后都会用一张幻灯片呈现四句话:一是关注健康靠自己;二是读点“闲书”;三是常回家看看;四是找个良好的爱好。

记者:在专业科研领域的阅读之外,您通常还喜欢读哪些“闲书”?

刘合:我告诉我的学生要自律,要自己照顾好自己,关注自身的健康,有个良好的生活习惯。另外,不要只看专业书,也要看些散文集、诗集、小说、人物传记等,以合理调整自己的知识结构,同时缓解高强度科研工作带来的大脑疲劳。我自己也是这么做的。此外,关于阅读,我还有一点感受,那就是现在很多人都喜欢读屏、读电子产品,接收的多是一些碎片化信息。其实,我个人认为,我们还是要多读书,读整本书。

青年人实现技术的跨学科创新和跨领域应用需备的四方面素质

记者:当前在中小学阶段,也开始注重引导学生进行整本书阅读,通过读整本书,培育学生爱读的兴趣、会读的方法与深读的能力。刘院士,您刚分享到要“调整自己的知识结构”,我们知道,许多创新性科技成果都是在学科交叉融合以及各类新科学技术的彼此交织中创生出来的。在这样一个学科界限模糊、各学科融合的时代背景下,对人的素养、人的培养都提出了新的要求。您担任中国石油人工智能项目技术总工程师,对此应深有感触,能谈谈您的看法吗?

刘合:我一直从事了40多年的采油工程技术创新与工程管理工作,这本身就是一个需要跨领域协同、跨学科组织的领域,需要从石油地质获取油气储层信息、从渗流力学获取油气流动信息、从岩石力学获取油气藏改造信息,才能准确地建立和维护油气开采的通道,多领域协同组织保障油气田开发的生命线。而如同我前面所提及的,采油工程面对的工作环境极其复杂,需要应对储层高温高压、井筒空间狭小、油水动态变化等复杂条件,这就更需要我们利用跨学科交叉来组织攻关。我2009年到了中国石油勘探开发研究院,院里有良好的创新平台,学科齐全,为我们开展交叉学科研究做了有效的支撑。

当前新一轮油气科技革命和数字革命正以前所未有的广度和深度席卷全球,大数据、人工智能、新材料、新能源等新技术、新产业与油气工业的跨界融合成为创新的重要途径。

刚才您提到我从2021年开始担任集团公司人工智能项目技术总工程师,当时我是既有浓厚兴趣又有一些担心的。兴趣主要源于我一直期盼着能通过海量生产数据的准确获取、实时分析治理以及人工智能的深度学习能力来实现油田生产的智能优化与管理;同时,也担心底层数据的获取质量和数据平台的开放共享程度。但我对人工智能在石油行业的跨学科技术开发和跨领域应用还是有信心的。从发展方向来讲,人工智能技术必将为实现油气全产业链突破提供新动能。从基础地质研究的薄片实验鉴定,到物探资料的信息识别,再到将油田开发的动态优化,都有其用武之地。

此外,在2010年左右,我就开始关注仿生工程、纳米材料、界面力学等新兴学科在传统油气工程中的跨领域应用,并组织成立了多学科交叉的创新团队开展针对性攻关研究,取得了非常不错的创新成果,也培养了若干个创新意识和多学科融合思路比较突出的青年人才。我觉得,要想成功实现技术的跨学科创新和跨领域应用,青年人需要具备以下四个方面的素质:

首先,要对自己从事研究领域面临的科学问题、技术难题和生产现状都有比较全面的了解。这样才能有的放矢地去利用多学科交叉针对性地解决问题,而不是为了创新而创新。

其次,要有想从多方位、多渠道获取不同领域知识的热情。不管这个报告是不是你的研究领域,也不管这个专家要讲的话题是不是你感兴趣的方向,都不要轻易放弃任何一个学习新知识的机会。听不懂也要努力去听、去记,养成这样的求知态度是一切的基础。

再次,要对其他学科先进技术的最新进展和发展动态有较强的敏感性,要善于思考技术内在的核心是什么,也要经常总结技术之间的联系和共性问题。

最后,要脚踏实地地从基础做起,尽量保证较长时间坚守在科研一线。自己读文献、自己做实验、自己画图件、自己写文章,这样才能了解科研中真正的问题在哪里,才能带着问题去思考和借鉴其他学科的知识解决技术瓶颈和应用难题。

科学研究与摄影艺术,看似风马牛不相及,实则相近相通

记者:这对基础教育阶段的人才培养也带来许多启发。钱学森先生曾说:“难道搞科学的人只需要数据和公式吗?搞科学的人同样需要有灵感,而我的灵感,许多就是从艺术中悟出来的。”您在取得丰硕科研成果之外,还酷爱摄影。请问,您如何看待科学研究与摄影艺术之间的关系?

刘合:作为一名石油科技工作者和一位摄影爱好者,这么多年来,我一直在思考一个问题,那就是:科学研究与摄影艺术真的是风马牛不相及吗?通过不断实践,我有了一点初步的认识——尽管科学研究与摄影艺术二者看起来有本质的区别,但本源上没有严格分界。

科学研究是寻求事物内在的真实与规律,是探索未知的东西,发现客观存在的事物或规律,或者说前人没有看到的事物和没有找到的规律。摄影艺术是探求“真、善、美”,重在精神文化创意,是在追求本质性的具有灵魂性的艺术。摄影艺术的成果是摄影作品,重在创意,重在写魂,重在表现具有丰富内涵的自然美、人文美和景物协调的科学美。科学研究与摄影艺术共同的灵魂是求真求美。

而从二者的特点来看,科学研究的特点是:定好方向、坚持创新、享受过程、大道至简。摄影艺术的特点是:定好主题、坚持进步、享受过程、懂得取舍。由此,我们会发现二者具有很大的相同性、相通性。

就拿我自己来说吧,采油工程是我在科学研究领域的方向,颐和园是我在摄影艺术领域的核心拍摄主题。采油科研工作中充满挑战、注重创新。而摄影艺术同样需要坚持进步。拍一张好照片容易,但围绕同一个主题,深入体现主题的美和内涵,则需要从不同维度、角度、季节、天气等方面入手,需要以年为单位的长期坚持才能不断出好作品。

科学研究与摄影艺术都需要学会享受过程。这个过程很多时候漫长而单调,甚至充满挫折与失败。但实验成功的那一刻,拍到好照片按下快门的那一个瞬间,往往带给人巨大的精神愉悦和满足。科学研究要坚持大道至简。把复杂问题转化为简单问题,或把目前不易解决的问题转化为可以解决的问题。因而,找准科学问题,是科学研究的重要途径。例如,我们可以把多阶段决策过程转化为一系列相互关系的单阶段决策过程,把多目标转化为一个或多个单目标。而要使复杂问题简单化,则需简化科研主线,注重科研过程。要想缩短科研进程,科研人员须以丰富的知识武装自己,须以刨根问底的方式穷究事物演变机制和规律,须以逻辑推理的严密性和证据强壮性检验自己的认识。

摄影艺术更要懂得取舍。都说摄影是减法的艺术,但减法并不意味着照片要简单到单调乏味,色彩与几何形状的完美搭配是使照片丰盈起来的秘诀。爱美之心人皆有之,美的事物总会让人心生欢喜。人们天生讨厌凌乱无序(复杂)的事物,而喜欢井然有序(简洁)的事物,都认为简洁是美的。好的照片要把观者的注意力集中到趣味中心——被摄主体上;好的照片必须画面简洁,也就是说只摄入必要的内容,而排除或压缩分散注意力的内容。

因此,在我看来,科学研究与摄影艺术看似风马牛不相及,实则相近相通,它们都已融入我的生命。

记者:各门类的艺术或科学,到了真善美的境界时,皆可相通。再次感谢您。祝福您身体安康,在科学研究与摄影艺术之路上,收获、丰盈。


注1:本文刊发于《新课程评论》杂志2023/04「名家」栏目。本文摘要、关键词与参考文献等详情见纸刊。

注2:本文受访者为中国工程院院士,中国石油勘探开发研究院教授刘合;访谈者为《新课程评论》编辑,融媒体部主任杨志平。








 

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