今年高考大幕即将尘埃落定,许多莘莘学子就要开启新的征途。那么,未来人生他们是怎么规划的?从大学生到研究生,从研究生到博士生的路好走吗?
今天,本刊采访了南方科技大学力学与航空航天工程系王连平教授,并记录下他从博士研究生一直到成为独立的科研工作者,通过剖析他的科研教育全过程,为未来有志于科研工作的学子提供一些人生启迪。
研究型人才培养成为当前热点话题
先来介绍一下王连平教授,他现在是南方科技大学力学与航空航天工程系讲席教授、科学与工程计算中心主任,博导,“长江学者”讲座教授。美国物理学会和美国机械工程师学会双会会士、J. Fluid Mech.副主编。
他主要研究领域是湍流多相流与计算流体力学,曾任职于美国特拉华大学机械系、美国国家大气研究中心。先后获得国家自然科学海外杰出青年基金、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金外国资深学者研究基金、叶企孙联合基金。主要研究方向为湍流、多相流体力学、计算流体力学。
迄今,他在领域内重要期刊发表SCI论文225余篇,H指数59,Google scholar引用12000余次。先后开设《高等计算流体力学》《多相流体力学》等课程,入选爱思唯尔中国高被引学者、“全球顶尖前10万科学家”、“斯坦福大学全球前2%顶尖科学家”等榜单。
王连平教授认为,从本科生扩招到近几年的研究生扩招,研究型人才培养已成为当前热点话题。“在科研型大学如南方科技大学,研究生的数量甚至超过本科生的数量。”那么,王教授是怎样从研究生成长为研究生导师的呢?
导师是一位博士生人生中遇到的有缘人
1985年盛夏,美国华盛顿州立大学(华大)机械系David Stock教授来杭州参加国际会议,邀请正在浙江大学读硕士的王连平去华大直博。
1986年8月,20岁的王连平进入华大直博。4年时间里,他一边做助教维持生活,一边研究微颗粒的惯性和沉降如何影响颗粒在湍流场中的扩散。他在导师的带领下,实验测量微颗粒在风洞湍流场中扩散过程的相关统计量。同时,他深读了英国学者Mike Reeks博士1977年发表的预测扩散统计量的理论论文,并基于美国学者Bob Kraichnan提出的傅立叶级数人工湍流场构建方法,数值模拟微颗粒扩散过程。
这种实验、理论、数值模拟的结合,一方面让王连平对微颗粒扩散问题有非常全面的认识,也让他的博士学位论文内容丰富充实,成果扎实影响深远。他提出的预测扩散统计量的简化理论模型于1993年发表的《大气科学杂志》上,至今还是颗粒湍流方向的经典论文,为学者理解颗粒扩散过程提供了严谨实用的理论工具。
在王连平看来,一篇好的博士论文,至少应该涉及实验、理论、数值研究方法中的二个维度,并能与文献结果进行深度比较。博士论文是图书馆可查阅的永久文献,要求博士生有原创保质量。同时,他和博士导师成了忘年交,导师逝世时参与了纪念文章的撰写。王教授认为,导师应该是一位博士生人生遇到的有缘之人,建议后来者与导师建立互信并成为朋友。
除了以上研究成果,博士期间王连平还出于好奇心,做了2个不属于博士学位论文的工作。
在选修《非线性力学和混沌》这一门课时,作为需要完成的课程项目他研究了微颗粒扩散系数与非线性力学中一个观测量(李雅普诺夫指数)之间的关联,这个工作让他在《流体物理学》连续发表了三篇论文。这个收获说明:研究生在选课的时候,也可以发挥一下异想天开的能力,做一些自由的科研发论文。
另外,在导师Stock教授与做大气污染物扩散的Brian Lamb教授讨论的时候,王连平接触了预测污染物扩散的各类统计模型,他问了一个核心的问题:这些模型里隐含的时间相关系数能否理论预测?有一天他突然想出了理论预测方法,并结合数值模拟,后来把成果发表在《大气环境》上。他的体会是:在听别人报告的时候发掘出理论问题并去解决,会是很有意思的经历。
培养学生成才是一位学者科研人生的延续
1990年博士毕业后,王连平先后在布朗大学与Martin Maxey教授,宾州州立大学与Jim Brasseur教授合作做了4年的博士后工作,为自己在湍流多相流直接数值模拟和深度物理机理分析上积累了经验。
他与Maxey对颗粒在湍流场中的局部富集和沉降的工作,被工程、地球物理、气溶胶科学、海洋生态等领域的学者广泛引用; 他与陈十一和Brasseur关于Kolmogorov湍流相似性理论的分析,为后续工作提供了诸多基准分析方法和数据。期间接触了更多学界前辈如John Wyngaards和Bob Kraichnan,对原创性基础科研有了更加全面深刻的认识,也为他后续的科研生涯提供了高标准科研论文的质量基准。
1994年,王连平受聘美国特拉华大学的准聘助理教授,成为硕士生和博士生的导师。助理教授需要和自己的研究生一起开辟独立的研究方向,王连平开始利用直接数值模拟,研究惯性如何影响微颗粒在湍流场中的碰撞核。
他和与他同年龄的博士生周勇一起,撸起袖子开发源代码和写论文,在验证了Saffman和Turner 1956年的小惯性颗粒碰撞核的经典结果后,他们模拟了不同惯性微颗粒的湍流碰撞核,并发展了碰撞核的理论框架和理论模型,在流体力学顶尖期刊《流体力学杂志(JFM)》和《流体物理学》上发表了5篇系列论文,影响深远。因为微颗粒湍流碰撞核很难实验测量,他们的工作为后续科研提供了思路和基准,为王连平成功申请美国基金委的基金提供了研究基础,也为他2023年参与一本《颗粒多相湍流数值方法和建模》专著撰写奠定了学术地位。
2001年,王连平成功晋升特拉华大学长聘副教授。一个偶然的机会,他认识了美国国家大气中心研究大气云微物理的Wojtek Grabowski博士,二人开始了长达15年的科研合作,研究湍流的暖云成雨和降雨过程,并于2013年受邀在《流体力学年鉴》上发表综述文章。
这段时间,来自委内瑞拉的Orlando Ayala跟随王连平10年多,从硕士、博士、做到博士后;Ayala性格温和,能接受王连平的严谨训练,不怕受批评,并会不断慢慢提高。他们三人合作发表了30余篇论文,帮助Ayala在美国Old Dominion University (ODU) 找到教职;目前Ayala已经是ODU的正教授。 有意思的是,Ayala的儿子Manuel目前是流体力学的博士生,传承了他爸爸的兴趣,去年美国的APS DFD会议上Manuel专门找王教授聊天。培养学生成才是一位学者科研人生的延续,既有挑战,又成就感满满。
2009年,王连平成为特拉华大学长聘正教授。不久,由于华中科技大学谢明亮老师的引见,王连平认识了华中的郭照立教授,开始学习和研究基于模型玻尔兹曼方程的介观计算流体力学方法,成功把介观方法应用到湍流颗粒流和双流体多相流的界面解析直接数值模拟中,为湍流多相流的严谨研究提供了有效的工具。
这时,西交大本科、中科院硕士的彭程来到王连平课题组,他是一位“让导师偷着乐”的博士生,王连平给他想法和建议,不久彭程会做出来并写好论文。彭程每天工作12小时,理论工作和数值计算都能做,调试程序能力超强,并能同时指导课题组其他学生。他们一起一边开发改进的介观方法模型,一边利用介观方法研究颗粒湍流的物理机理,彭程5年博士期间发表了一作论文13篇加合作论文9篇。毕业后做了二年博后后,直接被山东大学机械工程学院聘为正教授。目前郭照立、彭程和王连平保持紧密合作,科研成果显著。
2017年,王连平受聘南方科技大学讲席教授,带领规模更大的研究团队。同时指导10多位研究生,工作量较大,王连平邀请合作者一起参与指导,给研究生提供更加丰富的研究课题和思路。比如,硕士研究生张泽华与彭程教授和浙江大学的郭宇教授合作,发展了原创性较强的柱状颗粒两相槽道湍流的直接数值模拟方法,并写出JFM论文。张泽华是一位坐得住,自学能力强,工作努力,课题组成员喜欢与其交流的学生; 他做出了等同于博士生质量的研究成果,目前在新加坡国立大学机械系攻读博士。
至今,王连平一共毕业了18位博士和16位硕士,他要求每位学生有自己原创性的工作内容,提出前沿科学问题,能结合理论和计算,会深入浅出表述自己思路和研究成果,写出高质量的科研论文。这种严谨科研全过程的训练,需要每位研究生积极主动地去努力。同时,他常常带领学生参加国际学术会议,拓展他们的视野。
在王连平教授看来,所谓独立科研工作者就是“能学会问”,也就是能比较全面阅读自己科研方向的文献并深入理解,同时结合思维逻辑提出问题。王连平要求研究生树立自己的科研和人生目标,对科研中涉及的控制方程,参数和技术细节都能自己独立推导,举一反三,讲出个性化的故事。他希望用自己对科研的热爱影响研究生,让他们树立起正确的科学态度、严谨的学术风范和独立思考怀疑一切的能力,这种理念也常常贯穿在王连平的课堂教学中。
他也经常提醒学生们注意身体锻炼,追求完美幸福的生活并能传递爱心和责任。王连平本人是一位太极爱好者,坚持练太极近20年。他与学生不定期举办茶歇聊天,“君子和而不同”地辩论。
王连平认真地说,科学研究的终极目标是传承和推动文明进步,同时也让自己能够更幸福地生活。