今年高考大幕即將塵埃落定,許多莘莘學子就要開啟新的征途。那么,未來人生他們是怎么規劃的?從大學生到研究生,從研究生到博士生的路好走嗎?
今天,本刊采訪了南方科技大學力學與航空航天工程系王連平教授,并記錄下他從博士研究生一直到成為獨立的科研工作者,通過剖析他的科研教育全過程,為未來有志于科研工作的學子提供一些人生啟迪。
研究型人才培養成為當前熱點話題
先來介紹一下王連平教授,他現在是南方科技大學力學與航空航天工程系講席教授、科學與工程計算中心主任,博導,“長江學者”講座教授。美國物理學會和美國機械工程師學會雙會會士、J. Fluid Mech.副主編。
他主要研究領域是湍流多相流與計算流體力學,曾任職于美國特拉華大學機械系、美國國家大氣研究中心。先后獲得國家自然科學海外杰出青年基金、國家自然科學基金重點項目、國家自然科學基金外國資深學者研究基金、葉企孫聯合基金。主要研究方向為湍流、多相流體力學、計算流體力學。
迄今,他在領域內重要期刊發表SCI論文225余篇,H指數59,Google scholar引用12000余次。先后開設《高等計算流體力學》《多相流體力學》等課程,入選愛思唯爾中國高被引學者、“全球頂尖前10萬科學家”、“斯坦福大學全球前2%頂尖科學家”等榜單。
王連平教授認為,從本科生擴招到近幾年的研究生擴招,研究型人才培養已成為當前熱點話題。“在科研型大學如南方科技大學,研究生的數量甚至超過本科生的數量。”那么,王教授是怎樣從研究生成長為研究生導師的呢?
導師是一位博士生人生中遇到的有緣人
1985年盛夏,美國華盛頓州立大學(華大)機械系David Stock教授來杭州參加國際會議,邀請正在浙江大學讀碩士的王連平去華大直博。
1986年8月,20歲的王連平進入華大直博。4年時間里,他一邊做助教維持生活,一邊研究微顆粒的慣性和沉降如何影響顆粒在湍流場中的擴散。他在導師的帶領下,實驗測量微顆粒在風洞湍流場中擴散過程的相關統計量。同時,他深讀了英國學者Mike Reeks博士1977年發表的預測擴散統計量的理論論文,并基于美國學者Bob Kraichnan提出的傅立葉級數人工湍流場構建方法,數值模擬微顆粒擴散過程。
這種實驗、理論、數值模擬的結合,一方面讓王連平對微顆粒擴散問題有非常全面的認識,也讓他的博士學位論文內容豐富充實,成果扎實影響深遠。他提出的預測擴散統計量的簡化理論模型于1993年發表的《大氣科學雜志》上,至今還是顆粒湍流方向的經典論文,為學者理解顆粒擴散過程提供了嚴謹實用的理論工具。
在王連平看來,一篇好的博士論文,至少應該涉及實驗、理論、數值研究方法中的二個維度,并能與文獻結果進行深度比較。博士論文是圖書館可查閱的永久文獻,要求博士生有原創保質量。同時,他和博士導師成了忘年交,導師逝世時參與了紀念文章的撰寫。王教授認為,導師應該是一位博士生人生遇到的有緣之人,建議后來者與導師建立互信并成為朋友。
除了以上研究成果,博士期間王連平還出于好奇心,做了2個不屬于博士學位論文的工作。
在選修《非線性力學和混沌》這一門課時,作為需要完成的課程項目他研究了微顆粒擴散系數與非線性力學中一個觀測量(李雅普諾夫指數)之間的關聯,這個工作讓他在《流體物理學》連續發表了三篇論文。這個收獲說明:研究生在選課的時候,也可以發揮一下異想天開的能力,做一些自由的科研發論文。
另外,在導師Stock教授與做大氣污染物擴散的Brian Lamb教授討論的時候,王連平接觸了預測污染物擴散的各類統計模型,他問了一個核心的問題:這些模型里隱含的時間相關系數能否理論預測?有一天他突然想出了理論預測方法,并結合數值模擬,后來把成果發表在《大氣環境》上。他的體會是:在聽別人報告的時候發掘出理論問題并去解決,會是很有意思的經歷。
培養學生成才是一位學者科研人生的延續
1990年博士畢業后,王連平先后在布朗大學與Martin Maxey教授,賓州州立大學與Jim Brasseur教授合作做了4年的博士后工作,為自己在湍流多相流直接數值模擬和深度物理機理分析上積累了經驗。
他與Maxey對顆粒在湍流場中的局部富集和沉降的工作,被工程、地球物理、氣溶膠科學、海洋生態等領域的學者廣泛引用; 他與陳十一和Brasseur關于Kolmogorov湍流相似性理論的分析,為后續工作提供了諸多基準分析方法和數據。期間接觸了更多學界前輩如John Wyngaards和Bob Kraichnan,對原創性基礎科研有了更加全面深刻的認識,也為他后續的科研生涯提供了高標準科研論文的質量基準。
1994年,王連平受聘美國特拉華大學的準聘助理教授,成為碩士生和博士生的導師。助理教授需要和自己的研究生一起開辟獨立的研究方向,王連平開始利用直接數值模擬,研究慣性如何影響微顆粒在湍流場中的碰撞核。
他和與他同年齡的博士生周勇一起,擼起袖子開發源代碼和寫論文,在驗證了Saffman和Turner 1956年的小慣性顆粒碰撞核的經典結果后,他們模擬了不同慣性微顆粒的湍流碰撞核,并發展了碰撞核的理論框架和理論模型,在流體力學頂尖期刊《流體力學雜志(JFM)》和《流體物理學》上發表了5篇系列論文,影響深遠。因為微顆粒湍流碰撞核很難實驗測量,他們的工作為后續科研提供了思路和基準,為王連平成功申請美國基金委的基金提供了研究基礎,也為他2023年參與一本《顆粒多相湍流數值方法和建模》專著撰寫奠定了學術地位。
2001年,王連平成功晉升特拉華大學長聘副教授。一個偶然的機會,他認識了美國國家大氣中心研究大氣云微物理的Wojtek Grabowski博士,二人開始了長達15年的科研合作,研究湍流的暖云成雨和降雨過程,并于2013年受邀在《流體力學年鑒》上發表綜述文章。
這段時間,來自委內瑞拉的Orlando Ayala跟隨王連平10年多,從碩士、博士、做到博士后;Ayala性格溫和,能接受王連平的嚴謹訓練,不怕受批評,并會不斷慢慢提高。他們三人合作發表了30余篇論文,幫助Ayala在美國Old Dominion University (ODU) 找到教職;目前Ayala已經是ODU的正教授。 有意思的是,Ayala的兒子Manuel目前是流體力學的博士生,傳承了他爸爸的興趣,去年美國的APS DFD會議上Manuel專門找王教授聊天。培養學生成才是一位學者科研人生的延續,既有挑戰,又成就感滿滿。
2009年,王連平成為特拉華大學長聘正教授。不久,由于華中科技大學謝明亮老師的引見,王連平認識了華中的郭照立教授,開始學習和研究基于模型玻爾茲曼方程的介觀計算流體力學方法,成功把介觀方法應用到湍流顆粒流和雙流體多相流的界面解析直接數值模擬中,為湍流多相流的嚴謹研究提供了有效的工具。
這時,西交大本科、中科院碩士的彭程來到王連平課題組,他是一位“讓導師偷著樂”的博士生,王連平給他想法和建議,不久彭程會做出來并寫好論文。彭程每天工作12小時,理論工作和數值計算都能做,調試程序能力超強,并能同時指導課題組其他學生。他們一起一邊開發改進的介觀方法模型,一邊利用介觀方法研究顆粒湍流的物理機理,彭程5年博士期間發表了一作論文13篇加合作論文9篇。畢業后做了二年博后后,直接被山東大學機械工程學院聘為正教授。目前郭照立、彭程和王連平保持緊密合作,科研成果顯著。
2017年,王連平受聘南方科技大學講席教授,帶領規模更大的研究團隊。同時指導10多位研究生,工作量較大,王連平邀請合作者一起參與指導,給研究生提供更加豐富的研究課題和思路。比如,碩士研究生張澤華與彭程教授和浙江大學的郭宇教授合作,發展了原創性較強的柱狀顆粒兩相槽道湍流的直接數值模擬方法,并寫出JFM論文。張澤華是一位坐得住,自學能力強,工作努力,課題組成員喜歡與其交流的學生; 他做出了等同于博士生質量的研究成果,目前在新加坡國立大學機械系攻讀博士。
至今,王連平一共畢業了18位博士和16位碩士,他要求每位學生有自己原創性的工作內容,提出前沿科學問題,能結合理論和計算,會深入淺出表述自己思路和研究成果,寫出高質量的科研論文。這種嚴謹科研全過程的訓練,需要每位研究生積極主動地去努力。同時,他常常帶領學生參加國際學術會議,拓展他們的視野。
在王連平教授看來,所謂獨立科研工作者就是“能學會問”,也就是能比較全面閱讀自己科研方向的文獻并深入理解,同時結合思維邏輯提出問題。王連平要求研究生樹立自己的科研和人生目標,對科研中涉及的控制方程,參數和技術細節都能自己獨立推導,舉一反三,講出個性化的故事。他希望用自己對科研的熱愛影響研究生,讓他們樹立起正確的科學態度、嚴謹的學術風范和獨立思考懷疑一切的能力,這種理念也常常貫穿在王連平的課堂教學中。
他也經常提醒學生們注意身體鍛煉,追求完美幸福的生活并能傳遞愛心和責任。王連平本人是一位太極愛好者,堅持練太極近20年。他與學生不定期舉辦茶歇聊天,“君子和而不同”地辯論。
王連平認真地說,科學研究的終極目標是傳承和推動文明進步,同時也讓自己能夠更幸福地生活。
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