從“科學”到“工程”，我們希望培養“行星架構師”
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| 日期：2026.02.04 資訊來源： 瀏覽人次：738 |
——專訪中國科學院院士、天津大學地球系統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，天津大學成立國內首個地球系統工程研究中心。成立儀式上，中國科學院院士、中心首任主任劉叢強直言：“地球系統工程學的誕生是人類在‘人類世’十字路口的一次自覺轉向，是一項關乎文明未來的宏偉工程。”
在我國，對于全球變化的科學研究始于20世紀80年代，并由此推動了地球系統科學的發展，但未系統形成“地球系統工程學”的概念和研究。2015年，天津大學成立表層地球系統科學研究院，2020年成立地球系統科學學院，并在兩年后獲批全國首個地球系統科學博士/碩士點。
劉叢強既是地球系統科學學院的首任院長，也是構建“地球系統工程學”的主要倡導者。
從“科學”到“工程”，劉叢強為何要倡導這場學科方向的跨越？這又會給相關學科的發展帶來哪些影響？
一場“范式革命”
《中國科學報》：什么是地球系統工程學？什么原因促使你推動這一學科方向落地？
劉叢強：地球系統工程與管理最早提出于21世紀初，并在美英等國大學發展，但中國缺乏相關研究。鑒于國內外缺乏系統研究，我提出構建“地球系統工程學”學科，并規劃了其理論框架、學科屬性、教學方法及培養模式。
地球系統工程學是研究地球自然與人類復合體的交叉學科，通過跨學科、系統化且符合倫理的手段，對關鍵過程進行調控，以維護地球系統的健康、韌性與可持續性。
推動學科方向落地的核心動因有以下3點。
首先，是從“診斷”轉向“治療”的迫切需求。地球系統科學主要致力于描述、分析、預測地球各圈層相互作用的機制與演變規律。這一學科為人類提供了深刻的系統性認知，但仍主要屬于“診斷性科學”。然而，面對全球變化風險，僅停留于“認知”已不足以應對。人類需要主動設計干預路徑，實現對地球系統關鍵變量的定向調控，這需要工程化的思維與方法。
其次，針對復雜系統的調控需要“設計-實施-評估”的閉環。地球系統科學雖然揭示了系統的復雜性、非線性和反饋機制，但并未提供系統性干預的操作框架。而地球系統工程學可通過建立可計算、可模擬、可優化的干預工具體系，實現從“預測可能未來”到“構建合意未來”的跨越。
最后，大數據、人工智能等新技術的應用也為針對全球系統的工程化調控提供了技術基礎。全球碳中和承諾、生物多樣性框架等目標，也需要被轉化為可落地、可驗證的系統工程路徑。
總之，地球系統工程學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主導力量的前提下，以科學認知為基礎，以工程化手段履行行星尺度的責任。這不僅是學科的延伸，更是文明應對生存挑戰的必然演進。
《中國科學報》：你多次強調地球系統工程并非現有工程概念的簡單升級，而是一次范式革命，這體現在哪些方面？
劉叢強：這種“范式革命”體現在以下5個方面。
在目標層面上，傳統工程追求特定功能輸出，如建造橋梁、發電，而地球系統工程旨在主動維持地球系統的非平衡穩態，如將全球溫度、碳循環等控制在安全閾值內，目標變為對復雜系統關鍵狀態變量的動態閉環調控。
在方法上，傳統工程依賴分解、標準化和確定性模型，而地球系統工程必須面對系統復雜性。其核心方法論轉變為多層網絡耦合設計、基于地球模擬器的情景推演與風險預判，以及在不確定反饋中持續學習、調整。
在時間尺度上，工程周期從數年延伸至數個世紀。
在倫理維度上，傳統工程的倫理邊界限于項目影響范圍，地球系統工程則要求對全人類、非人類生命乃至未來生命負責，面臨“沒有旁觀者的實驗”這一根本困境，需構建全球共識性倫理框架。
在主體關系上，人類要從外部改造者轉變為嵌入地球系統的調控參與者，工程目標不再是征服自然，而是引導系統進入可持續的共同進化路徑。
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，進入以整體性設計維護行星宜居性的新文明形態。它不僅是技術的升級，更是人類認知、責任與存在方式的深層重構。
對人類智力角色的“重新定位”
《中國科學報》：這樣的改變對于相關人才提出了哪些新要求？
劉叢強：從“科學”到“工程”的躍遷，實質是從認知到行動的變化，這就要求相關人才成為“行星架構師”。
具體來說，這類人才首先要有復雜的思維模式，要同時具備系統性、工程性和適應性思維。
在知識結構層面，他們既要具備地球系統科學基礎以及高級工程與技術能力，如數據科學、模型仿真、負排放技術等，也要具備社會科學與治理知識，如國際政治、倫理學、經濟學等。同時，他們還要能在地球科學模型、工程參數與社會經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域行動，協調多層級治理沖突，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衡能力。
在倫理責任層面，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穩態產生深切的道德責任感。
《中國科學報》：對此，我們的人才培養應作出哪些改變？
劉叢強：我們要打破現有的學科壁壘，設立“地球系統工程學”獨立交叉學科學位，而非簡單增設課程。該學位的核心是“問題導向”而非“學科導向”。同時，要進行課程體系的重構和教學方法的革新。
具體而言，要將課程分為基礎課程、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工具，讓學生在虛擬行星中進行“干預實驗”。實施“導師組制”，建立由地球科學家、工程師、社會科學家組成的聯合小組，負責指導每位學生。同時，通過嵌入國際組織、跨國技術團隊或地方適應項目的方式，讓學生實現全球化實習與沉浸式學習。
在學科評價體系上，要實現從考核知識掌握度向評價復雜問題框架構建能力、跨學科方案設計能力與倫理推理深度的轉變，并通過建立全球知識同步機制，支持學生終身學習。
總之，我們不再培養僅精通某一領域的“專才”，而是培養能在科學認知、技術可能性、治理現實與倫理約束之間進行創造性綜合的“行星架構師”。
從“認知科學”走向“行動科學”
《中國科學報》：你對地球系統類學科的未來發展有怎樣的期許？
劉叢強：我希望地球系統類學科能從“認知科學”走向“行動科學”，并逐步形成“診斷-設計-干預-評估”的完整方法論體系，真正支撐全球可持續發展決策。同時，希望能夠驅動多學科的“化學融合”，而非“物理拼接”，使其成為融合自然、工程、社會與倫理知識的“超學科樞紐”，產生原創性系統理論。
此外，我更希望通過學科教育，培養出既能深入解析碳循環，又能設計全球治理方案，并具備代際倫理意識的“地球系統工程師”。
《中國科學報》：你認為這一學科未來還需要破解哪些關鍵性難題？
劉叢強：首先是制度創新。高校需建立跨學科的人才聘任、評價與資助機制，打破傳統院系壁壘。在國際層面，則需推動全球數據共享與模型開源協議，建立類似“全球地球工程風險評估委員會”的新型治理機構。
其次是技術工具革命。要開發下一代地球系統數字孿生平臺，深度融合人類社會經濟行為模塊與實時感知數據。
最后是教育范式轉型。要支持開設“地球系統工程”專業學位，設計貫穿“從模擬到決策”的體驗式課程體系，同時推動建立全球高校-政府-企業實踐聯盟，讓學生直面真實尺度挑戰。
《中國科學報》(2026-02-03第4版高教聚焦)
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