胡清

摘 要：環(huán)境學(xué)科自從成立開始就在強調(diào)實踐教學(xué)，傳統(tǒng)做法是實驗和實習(xí)相結(jié)合，再加上做一些應(yīng)用型的課題。本文就南方科技大學(xué)面對新的形勢和挑戰(zhàn)，重新認識實踐問題，并通過實例來探討創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，以及在環(huán)境學(xué)科當(dāng)中的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：環(huán)境學(xué)科;創(chuàng)新人才;實踐教學(xué);交叉研究

一、世界的變化，未來的發(fā)展

什么是世界環(huán)保的未來？回答這一問題，需要我們認真研究未來到底做什么？怎么做？麥肯錫2013年發(fā)布了一個研究報告，羅列了有望改變生活、商業(yè)和全球經(jīng)濟的12大新興顛覆技術(shù)，包括：移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、機器人、次世代基因組技術(shù)、自動化交通、能源存儲技術(shù)、3D打印、次世代材料技術(shù)、非常規(guī)油氣勘采、資源再利用。從中可以看到，全球正在迎來一個以創(chuàng)新為驅(qū)動的大規(guī)模交叉合作，以社會標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動改善生態(tài)環(huán)境問題的時代已經(jīng)來臨，數(shù)據(jù)、機器、平臺相互聯(lián)合成為趨勢，這是我們未來必須面對的挑戰(zhàn)。

科技的進步正在不斷催生創(chuàng)新環(huán)保。隨著環(huán)保理念的改變、生物技術(shù)的進步、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及、分享經(jīng)濟的出現(xiàn)以及人工智能的發(fā)展，環(huán)保也在不斷創(chuàng)新發(fā)展。目前我們所做的更多的是末端處理，對象是其他生產(chǎn)行業(yè)產(chǎn)生的多余物質(zhì)，主要包括排入環(huán)境中所產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣。隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，我們需要思考是不是可以從前端及循環(huán)經(jīng)濟的角度來處理很多問題。認真思考這個問題會認識到，如果我們面臨的實際上是各行各業(yè)排出來的多余的東西，是其他行業(yè)造成的，那么我們幫助這些行業(yè)清理這些東西，我們環(huán)保人到底怎么做？我們是不是要回到每一個行業(yè)當(dāng)中？我們需要深入思考，包括一些技術(shù)之間怎么交叉，大數(shù)據(jù)怎么應(yīng)用，人工智能如何發(fā)展，等等。

什么是中國環(huán)保的未來？習(xí)近平總書記已經(jīng)給我們定了未來，包括六大原則、兩個目標(biāo)，指明了新時代推進生態(tài)文明建設(shè)方向，提出通過加快構(gòu)建生態(tài)文明體系建成美麗中國。通過開展綠色低碳的生活方式，建立完善一系列綠色相關(guān)的政策及管理制度，促進綠色發(fā)展。國務(wù)院也陸續(xù)出臺了一系列政策與措施，提出要堅決打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)，深入實施“水十條”“土十條”，等等。尤其是2019收官之年的經(jīng)濟工作會議列入打好三大攻堅戰(zhàn)中將確保實現(xiàn)污染防治攻堅戰(zhàn)階段性目標(biāo)?？梢哉f我國已經(jīng)建立了綠色發(fā)展的理念，從源頭上防治環(huán)境污染。為什么提這個，大家可以看到，前幾年北京的污染特別嚴(yán)重，水污染、固廢污染、土壤污染等已經(jīng)到了我們沒有辦法單純依靠末端處理來解決的時候，所以我們要在源頭上解決;如果繼續(xù)污染，我們就真解決不了。

同時，要運用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)智能化、清潔化改造。這一趨勢也是我國政府高度重視的。如何應(yīng)對科技發(fā)展對生態(tài)環(huán)境保護帶來的挑戰(zhàn)，緊跟新技術(shù)浪潮，這需要我們深入思考。未來一定是“交叉（interdisciplinary）、聯(lián)合（association）、創(chuàng)新（innovation）”三者共同締造的。比如，一開始阿里就是一個淘寶，專門買賣東西的;現(xiàn)在，阿里已經(jīng)發(fā)展為金融公司;未來可以是科技創(chuàng)新公司乃至環(huán)保公司，很多領(lǐng)域阿里都有所涉及。這就是因為平臺建設(shè)，平臺的作用很大。騰訊、百度，也都在做同樣的事情。

當(dāng)今社會在快速變化，到哪里尋找符合時代要求的創(chuàng)新人才？華為的任正非先生曾說過他要的人才必須要“皮實”，就是要有“抗擊打能力”“抗挫折能力”，經(jīng)得起折騰，不但能經(jīng)得起棒殺，還能經(jīng)得起捧殺。創(chuàng)新開創(chuàng)了新的時代，當(dāng)前國家積極鼓勵創(chuàng)新，創(chuàng)新從體制到社會都被真正接受了，科技的飛速發(fā)展加速了創(chuàng)新，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的變革式發(fā)展為各行業(yè)帶來了創(chuàng)新。創(chuàng)新可以從源頭解決環(huán)保問題，可以讓我們突破原有的技術(shù)，以新技術(shù)避免污染。我們趕上了最好的時代，要干的事情很多，人才需要更多。

二、創(chuàng)新平臺布局

南方科技大學(xué)一開始的定位就是“創(chuàng)新”。南科大在北京成立了工程技術(shù)創(chuàng)新中心，希望在環(huán)保領(lǐng)域開一個頭，依托交叉性的創(chuàng)新平臺，結(jié)合交叉性的創(chuàng)新科技手段，以“易用、經(jīng)濟、接地氣”為目標(biāo)，研發(fā)具有高附加值與綜合應(yīng)用前景的技術(shù)、產(chǎn)品及方案，實現(xiàn)科研成果在工程實踐上有效應(yīng)用與轉(zhuǎn)化，磨平科研成果和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化之間的鴻溝。南科大希望通過與環(huán)保發(fā)展未來緊密結(jié)合，與最新技術(shù)手段緊密結(jié)合，與國家、行業(yè)及社會需求緊密結(jié)合，與社會、經(jīng)濟及公眾訴求緊密結(jié)合，創(chuàng)造出應(yīng)用型環(huán)保交叉科技及產(chǎn)品。大學(xué)很多研究的東西轉(zhuǎn)化到真正的應(yīng)用其實是有距離的，不是說我們在實驗室做得很成功的東西就可以被社會用起來，如果好的東西但是不實用，不能夠很簡單地讓人用，甚至人們可能還不愿意用，這樣的創(chuàng)新就失去了意義。所以創(chuàng)新必須做到“實用、易用、愿用”，真正能把科研轉(zhuǎn)化成實踐，真正達到“物美價廉”的才是真正走向?qū)嵺`的創(chuàng)新。同時，創(chuàng)新一定要給社會帶來效益，并且還能夠給科研人員創(chuàng)造未來的機會，為學(xué)生帶來就業(yè)，為企業(yè)帶來利潤，這樣才有意義。

發(fā)展交叉學(xué)科及應(yīng)用，是推動創(chuàng)新發(fā)展的重要途徑。以芝加哥大學(xué)為例，他們很久之前就頗有遠見地創(chuàng)立了一系列促進學(xué)科交叉的政策，對美國高等教育界產(chǎn)生了深遠影響，該理念也作為指導(dǎo)性思想之一貫穿該校發(fā)展史，至今仍是如此。比如面對城市化的進程加快所帶來的新的城市問題，芝加哥大學(xué)設(shè)立了“城市實驗室”，旗下5個實驗室融合教育、環(huán)境、醫(yī)學(xué)等不同學(xué)科，與社會各界攜手改善現(xiàn)代城市問題。新的城市實驗室不僅成為城市相關(guān)學(xué)科新的發(fā)展機遇，也證明學(xué)科交叉的發(fā)展能切實地從應(yīng)用領(lǐng)域推動人類生活質(zhì)量的提高，實現(xiàn)大學(xué)服務(wù)社會的基本功能。所以在這個學(xué)校你會發(fā)現(xiàn)所有人都是從多種角度來看問題的，然后他們工作幾年以后又將這一做法與思想帶到其他地方，對推動創(chuàng)新起到了非常積極的作用。學(xué)科交叉是當(dāng)今世界學(xué)術(shù)主流發(fā)展方向之一，它是科學(xué)前沿的生長點，也是新發(fā)現(xiàn)的高產(chǎn)地，能促成多學(xué)科協(xié)同攻克復(fù)雜的綜合性問題，滿足國家和社會發(fā)展的現(xiàn)實需求。目前，我國已經(jīng)意識到學(xué)科交叉的重要性，諸多高校將其列為教學(xué)改革的重點項目。

創(chuàng)新體系的建設(shè)可以采用集團式的發(fā)展布局。首先是知識的創(chuàng)新，依賴于交叉學(xué)科、特色學(xué)科以及國家重大科研項目;其次是需求的創(chuàng)新，要緊跟社會需求變化和前沿技術(shù)，密切關(guān)注公眾熱點;再次是應(yīng)用技術(shù)的創(chuàng)新，依托應(yīng)用示范基地、工作站和示范工程，創(chuàng)造關(guān)鍵技術(shù)、創(chuàng)新產(chǎn)品以及產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)解決方案;最后是平臺的創(chuàng)新，通過搭建一個平臺，聚人才、聚需求、聚技術(shù)、聚合作、聚跨界產(chǎn)品。從而逐漸形成“綜合+精準(zhǔn)”的科技集成應(yīng)用創(chuàng)新體系。

因此，我們需要深入思考未來技術(shù)對環(huán)保的挑戰(zhàn)是什么？隨著其他領(lǐng)域的改變，“AI環(huán)?！睂灰l(fā)。人工智能將會在環(huán)保領(lǐng)域催生新的思維方式，讓智能接管相關(guān)事務(wù)，比如借助物聯(lián)網(wǎng)智能分享來減少溫室氣體排放。人工智能還將創(chuàng)新環(huán)保模式，利用最先進機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，能夠極大提高工作效率，可以很輕易地將任何行業(yè)的公司利潤提高3～5倍。人工智能與生物技術(shù)還將顛覆環(huán)保技術(shù)，借助合成生物學(xué)、自動化技術(shù)與機器學(xué)習(xí)等手段來更準(zhǔn)確地研發(fā)新型微生物的方法，將會在化工、農(nóng)業(yè)及電子科技等各個領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性的影響。

創(chuàng)新是未來人才必不可少的基本素養(yǎng)，開設(shè)相關(guān)課程對學(xué)生具有重要現(xiàn)實意義。但是，目前國內(nèi)高校對于創(chuàng)新課程的研究不少，但系統(tǒng)性開設(shè)此課程的比例仍然較低，還只是小規(guī)模試點或?qū)嶒?，受眾學(xué)生范圍較小。特別是系統(tǒng)性教授創(chuàng)新工程類課程尚不多見，主要還是以單一的實驗項目和創(chuàng)新活動為主。所以我們一定要做交叉、要聯(lián)合，與企業(yè)人才共享，聯(lián)合共贏，從而真正培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。2017年我第一次在大學(xué)里開設(shè)了一門創(chuàng)新課程作為實踐課，真正到實踐當(dāng)中去學(xué)習(xí)，讓學(xué)生走出課堂，走入各行創(chuàng)業(yè)，讓實踐學(xué)習(xí)成為主流。我找了很多的單位，有國企、公益企業(yè)、民營企業(yè)，還有事業(yè)單位，學(xué)生在企業(yè)里發(fā)現(xiàn)問題，然后用各種創(chuàng)新手段解決問題。學(xué)生解決問題不僅僅依靠所學(xué)的環(huán)境知識，還要靠很多其他知識。學(xué)生們特別有收獲，而且他們第一次說他們知道自己真正要干什么，真正明白了什么叫終身學(xué)習(xí)、自我學(xué)習(xí)。在企業(yè)發(fā)現(xiàn)的問題并不是書本上的知識能解決的，也不是老師告訴的，要學(xué)會自己尋找解決方法。這是我做的一門真正的創(chuàng)新課程，作為老師需要站在知識的前沿，引導(dǎo)學(xué)生如何學(xué)習(xí)，如何創(chuàng)新，如何學(xué)習(xí)團隊合作，如何解決真實的問題。這門課程非常受歡迎，今后還將繼續(xù)擴大。

同時為了加大交叉學(xué)習(xí)、加強交叉研究，我們成立了環(huán)丁聯(lián)盟。聯(lián)動社會、科研、產(chǎn)業(yè)及金融四方力量，融合創(chuàng)新環(huán)保理念與技術(shù)，打造環(huán)保領(lǐng)域的交叉創(chuàng)新平臺。環(huán)丁聯(lián)盟的發(fā)起人及參與者有著共同的理想、信念與擔(dān)當(dāng)，秉持功不在我的理念，為子孫后代留下碧水青山與藍天。環(huán)丁聯(lián)盟擁有四個平臺，即交叉前沿技術(shù)聚合創(chuàng)新平臺、環(huán)保大數(shù)據(jù)綜合服務(wù)平臺、環(huán)保頂級智庫及培訓(xùn)平臺、創(chuàng)新孵育平臺（環(huán)丁青少年獎），通過共同開展技術(shù)研發(fā)形成以交叉創(chuàng)新為基礎(chǔ)、立足城市生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展頂層設(shè)計的“環(huán)丁標(biāo)準(zhǔn)”社團標(biāo)準(zhǔn)體系。

三、生態(tài)環(huán)境保護的創(chuàng)新發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)將會是未來的重要方向，未來很多行業(yè)將發(fā)生質(zhì)的變化。在教育行業(yè)，現(xiàn)在很多企業(yè)已經(jīng)開始投資AI教育，未來的教育可能很多是“一對一”式的，真正用人工智能來做教育，更能針對每個人的特點，觀測每個人需要的知識點，所以教育上已經(jīng)出現(xiàn)了AI教育;還有金融行業(yè)，現(xiàn)在基本上出門不需要攜帶現(xiàn)金了，用手機支付已經(jīng)沒問題;交通行業(yè)現(xiàn)在也引入了人工智能，初步的無人駕駛已然實現(xiàn)，再結(jié)合大數(shù)據(jù)分析還能解決我們出行規(guī)劃的問題。環(huán)保行業(yè)現(xiàn)在也在慢慢發(fā)生變化：各行各業(yè)的變化會導(dǎo)致技術(shù)的升級，資源的進一步利用，也進一步實現(xiàn)了排污減少，很多以前低技術(shù)及污染行業(yè)的消失可能會帶來污染源頭的消失，各種新技術(shù)與環(huán)保的交叉合作也會帶來新的環(huán)保創(chuàng)新應(yīng)用，大數(shù)據(jù)的積累，機器學(xué)習(xí)的不斷深入將使AI的應(yīng)用成為現(xiàn)實，等等。隨之而來的是環(huán)保行業(yè)將會徹底改變。像污水處理、污泥處理處置、焚燒處理垃圾、工業(yè)廢棄物，很多地方根本沒有辦法建廠，不是由于土地的原因，而是鄰避效應(yīng)，因此社會問題的共同面對、共同管理將成為常態(tài)，從源頭進行分類再利用，進行減量也將成為必然。積極使用物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)，可以使管理越來越精細，也越來越完整，循環(huán)利用的可能性大大增加。

另外，前一段時間我一直在思考，就是關(guān)于分享經(jīng)濟對環(huán)保模式的影響?，F(xiàn)在共享單車出現(xiàn)了，解決了“最后一公里”問題，還有共享汽車、共享住宅，等等。分享經(jīng)濟導(dǎo)致社會資源再分配，社會管理也要再分配，大家的社會行為可能也有一個再鑄造過程。分享經(jīng)濟給了我們一些啟示，未來的社會可能不像我們現(xiàn)在，隨著5G發(fā)展，它會一直變化。具體到環(huán)保上，綠色社會的需求將改變，人們的生活走向綠色低碳，也會促進環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高以及監(jiān)管水平的提高，社會參與行為的改變會要求更方便的管理，因此物聯(lián)網(wǎng)將會推動環(huán)保行業(yè)的不斷發(fā)展。

隨著機器學(xué)習(xí)的不斷發(fā)展，圖形識別已經(jīng)達到了幾乎百分之百的識別率，這是很有意義的。從整個發(fā)展歷程來看，工業(yè)化之前，大自然通過環(huán)環(huán)相扣的食物鏈等實現(xiàn)自身循環(huán)，只要在容量之內(nèi)，上億年的東西沒有不消化掉的，因此對地球而言，沒有環(huán)保問題;隨著工業(yè)化發(fā)展，越來越多的廢物排向環(huán)境，人類為了自己的生存開始了對污染物的處理，并由此產(chǎn)生了環(huán)保專業(yè);隨著經(jīng)濟的發(fā)展，污染物種類越來越多，污染越來越嚴(yán)重，污染物（氣、水、固）的末端處理面臨嚴(yán)峻形勢，監(jiān)管及懲罰難度加大。因此，減少污染物，積極倡導(dǎo)3R（Reduce，Reuse，Recycle），變廢為寶，成為環(huán)保的最終目標(biāo)。未來，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)及生物技術(shù)的發(fā)展，環(huán)保可以利用這些工具，以最有效的方式、最生態(tài)的方法進行3R+管理+生物處理。

再來看大數(shù)據(jù)，從人類直立行走開始到2003年，在大約四百萬年間，人類創(chuàng)造了5艾字節(jié)的信息，這個存儲量相當(dāng)于50億部1G電影，到了2010年人類每兩天創(chuàng)造5艾字節(jié)，到了2013年每10分鐘創(chuàng)造5艾字節(jié)。人類歷史上創(chuàng)造了這么多的數(shù)據(jù)（價值），如何找出規(guī)律、如何有效利用深度挖掘來指導(dǎo)我們的未來發(fā)展，是擺在我們面前的最大難題。這個數(shù)據(jù)的利用可能是我們現(xiàn)在的一個新的發(fā)展方向，需要我們利用最新技術(shù)深度挖掘數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)告訴我們的實際關(guān)系來闡明問題，利用這些數(shù)據(jù)來指導(dǎo)未來。到底怎么利用這些數(shù)據(jù)，我想舉一個土壤污染防治案例，因為土壤跟水、氣是完全不一樣的，土壤污染防治面臨污染面積判斷難、監(jiān)測檢測技術(shù)弱、防治資金投入超大的困境，我們做的時候想借助移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，拓寬數(shù)據(jù)獲取渠道，實現(xiàn)多維數(shù)據(jù)動態(tài)廣泛更新，發(fā)揮土壤環(huán)境大數(shù)據(jù)在土壤污染防治中的作用。從一開始我們就與搞IT技術(shù)的單位全面合作，我們與IBM成立了一個聯(lián)合實驗室，擴展全面合作，將最新的前沿技術(shù)引入并應(yīng)用于環(huán)保領(lǐng)域。大數(shù)據(jù)關(guān)鍵在于多種數(shù)據(jù)的挖掘，要從不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)共同精準(zhǔn)識別一個東西，這個數(shù)據(jù)不是來源于單一數(shù)據(jù)，要包括至少十幾個方向的行業(yè)的累計數(shù)據(jù)，通過認知科學(xué)及機器學(xué)習(xí)找出關(guān)聯(lián)關(guān)系進行分析，等等。所以我們當(dāng)時做土壤污染分析的時候，實驗室首先實現(xiàn)了土壤環(huán)境大數(shù)據(jù)的集成，用了各種各樣的數(shù)據(jù)（衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)、污染源統(tǒng)計數(shù)據(jù)、環(huán)評數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)、社交數(shù)據(jù)、工商數(shù)據(jù)等），最后我們得到了一系列非常精確的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而推導(dǎo)出潛在的污染場地。

另外，我們從新技術(shù)的角度來看，材料技術(shù)、基因技術(shù)的突破，對環(huán)境治理同樣有著巨大的貢獻。比如，鎘的污染對大米是一個大問題，袁隆平先生曾說，可以把親本中的含鎘或者吸鎘的基因‘敲掉，這個稻子不再吸收鎘了，我們環(huán)保人也就不再需要想盡辦法把鎘一點點弄出來，等于是另辟蹊徑來解決環(huán)保問題。所以環(huán)保的問題不僅僅是站在環(huán)保的角度，還要從其他行業(yè)的技術(shù)發(fā)展來看怎么解決這個環(huán)保問題。還有利用納米材料石墨烯等對污水進行處理，可明顯改善水質(zhì)，幫助污水變清。新材料由三維石墨烯管和黑色二氧化鈦混合而成，其原理是“物理吸附+光化學(xué)催化降解”。他們從另外一個角度解決了環(huán)保的問題，相關(guān)成果獲“國家自然科學(xué)獎”二等獎，現(xiàn)已在上海、安徽、江蘇等地成功示范。

所以，保護生態(tài)環(huán)境不單是環(huán)保行業(yè)的事情，各行各業(yè)共同參與才有綠水青山藍天。環(huán)保行業(yè)顛覆技術(shù)需要來自創(chuàng)新思維，這也關(guān)系到人才的問題，需要更多的能夠跳出原有的思維模式，終身保持學(xué)習(xí)的創(chuàng)新人才。

[責(zé)任編輯：余大品]

胡 清，南方科技大學(xué)工程技術(shù)創(chuàng)新中心主任，教授。