姜玉平 

摘  要  1940年代后期，钱学森从理论上对20世纪初兴起的应用力学的发展历程进行总结和提炼，并结合二战期间原子弹、导弹和雷达等新式武器的研制经验，首次提出“技术科学”的新概念与思想。此后，钱学森不断对技术科学思想进行发展和完善，形成了完整而系统的思想体系，对后来技术科学的发展产生了全面而深刻的影响。

关键词  钱学森；技术科学；理工结合；科技思想史；新型工科 

1947年，钱学森在总结应用力学及二战期间出现的原子弹、导弹、雷达等新技术发展经验的基础上，正式提出“技术科学”（最初译为“工程科学”，1956年以后改为“技术科学”）的概念与思想。他认为，技术科学是基础科学与工程技术密切结合而产生的一大门类新的知识体系，是沟通基础科学与工程技术的桥梁。此后，他对技术科学的研究对象、与基础科学和工程技术的关系、价值与功能、研究方法等问题进行系统的整理和研究，形成了关于技术科学的思想体系。“技术科学”概念与思想的提出，是钱学森对技术科学思想发展的重要贡献，具有十分重要的意义。郑哲敏、史贵全等从不同角度对钱学森技术科学或力学方法论做过一些探讨^[1-5]。由于关注的问题和重点各不相同，研究视角也有差别，仍有许多尚未发掘与阐释的薄弱环节。另外，技术科学思想对当前新型工科人才的培养也具有一些启发意义。为此，本文在已有研究的基础上，对钱学森在技术科学思想发展史上作出的贡献及其影响做进一步的综论与探讨。 

一  论证技术科学产生的必然性和必要性

近代科学发轫之初，科学与技术并无明显分工。随着科学和技术日益精深，理论研究与实际应用分开发展，逐渐在科学和技术之间形成一道鸿沟。这种理论与应用分离的状况，直到20世纪初期才出现根本性改观。其时，德国哥廷根大学数学大师F.克莱因在世界上率先设立应用力学讲座，聘请普朗特担任教授。普朗特深入贯彻克莱因科学与技术结合的理念，建立了应用力学研究范式，开拓出科学与技术结合这一新的研究领域，并形成应用力学学派。随着从哥廷根走出来的应用力学家遍布五洲四海，把科学与技术结合的理念推广到航空、航天等众多领域，给世界科技与工业带来了革命性影响。与此同时，还形成了以应用力学为代表的一大类新的知识——技术科学。1947年，钱学森指出：“长头发纯科学家和短头发工程师的差别其实很小”，“他们之间的密切合作，产生了一个新的职业——工程研究家或工程科学家，他们成为纯粹科学和工程之间的桥梁。他们是将基础科学理论应用于工程问题的那些人。”^[6]550—563 即在科学家和工程师之间出现技术科学家这个新的群体，他们研究“将基础科学理论应用于工程问题”的“技术科学”这门新的学问。在科学技术史上，这是首次提出“技术科学”这个概念，堪称技术科学脱离基础科学、工程技术的宣言。对此，爆炸力学家郑哲敏院士评价道：“首先敏锐地觉察到这一点，把它准确地、完整地勾画出来，指出这是一个新的科学领域，是钱学森先生的巨大功绩”^[2]。

一个新的学科概念的提出，必须有其明确的研究对象或研究内容，否则只会是哗众取宠。技术科学的研究内容是什么？钱学森说：“在工程学最近发展的大量问题中，在工程学许多分支领域往往有重复发生的现象。这些现象可以直接从常规问题中提炼出来，工程科学家必须解决这些问题，并把它确切地表达为工程科学研究的各个领域。这些研究的结果不仅使工程的一个领域受益，而且对所有领域都有益。”^[6]其意是工程技术中经常有带有规律性或普遍性的问题，如果把这类问题从具体的工程技术实践中分离出来，从理论上进行深入研究，可以为工程技术发展提供一般性的指导理论。这个领域的研究工作，就是技术科学的研究内容。

为什么这类研究工作不能纳入自然科学范围，而要建立技术科学这个新的科学部门来承担呢？钱学森解释说：“自然科学的研究对象并不是大自然的整体，而是大自然中各个现象的抽象化了的、从它的环境中分离出来的东西”。所以，“科学理论决不能把自然界完全包括进去。总有一些东西漏下了，是不属于当时的科学理论体系里的；总有些东西是不能从科学理论推演出来的。”^[7]为了便于研究，构造一个简明有效而又能反映客观规律的数学模型是自然科学的通常做法。但是，这个数学模型不可能全面地、真实地包括整个自然界，不能直接应用到以极端复杂的自然界为工作对象的工程技术中去。所以，他认为“把自然科学的理论应用到工程技术上去，这不是一个简单的推演工作，而是一个非常困难、需要有高度创造性的工作。”它是科学理论和工程技术的综合，不是自然科学的本身，也不是工程技术本身。“它是介乎自然科学与工程技术之间的，它也是两个不同部门的人们生活经验的总和，有组织的总和，是化合物，不是混合物。”“要作综合自然科学和工程技术，要产生有科学依据的工程理论”，需要一个新的部门——技术科学^[7]。

通过深入分析和严密论证，钱学森将技术科学的诞生建立在牢固的逻辑基础之上，证明技术科学是一门不同于自然科学、工程技术的知识门类，既不是基础科学的单向应用，也不是工程技术某个具体的领域，而是基础科学与工程技术结合的产物，拥有属于自己独有的研究内容，是一个只有技术科学家才能胜任的研究领域。1957年，钱学森将技术科学定义为：“介乎基础科学（像数学、物理、化学）和工程技术之间，它一方面吸收基础科学的成果，另一方面把工程技术里面有一般性地问题抽出来作为研究对象，所以技术科学是基础科学和工程技术综合起来的产物。”^[8]这个定义将技术科学的研究对象与基础科学、工程技术清晰地区别开来，赋予技术科学具体而明确的研究内容，得到了普遍的认可和接受。换言之，作为直接服务工程技术的技术科学，积极吸收和借鉴基础科学、工程技术的知识，但没有变成后面两者的分支学科，而是独立发展成为一门新的知识体系。 

二  厘清技术科学与基础科学、工程技术的关系

技术科学与基础科学、工程技术的关系，是钱学森努力阐明的一个重要问题。基础科学是关于自然界的系统化的知识，但它不能直接提供解决工程技术实际问题的具体方法。工程技术则是直接改造世界的应用知识。与他们不同，技术科学是“综合基础理论和工程技术的工作，是具有高度创造性的工作”^[8]，它不是从自然科学推演出来的，也不是工程技术经验的简单总结，而是二者创造性结合而产生的新知识。所以，技术科学与基础科学、工程技术既有区别，又有密不可分的联系，是沟通基础科学与工程技术的桥梁。

基础科学为技术科学发展提供新概念、新原理、新知识，而技术科学以基础科学发现为原料，结合工程技术实践进行研究，向工程技术提供新途径、新方法、新技术等基础技术，推动工程技术发展。所以，技术科学的研究必须突破学科畛域，需要数学、物理、化学等基础学科的通力协作，还要具有实际工程经验的工程师的参与。基础科学是关于自然规律的认识，如果认识活动停止了，技术科学就没有更新的理论工具，将会停滞不前。基础科学是技术科学的源头活水，技术科学绝不能只关注实际应用问题而忽视基础科学，否则将会成为无源之水、无根之学。这要求，技术科学研究者对基础科学要有敏锐的洞察力，在相关领域具有深厚的内功，这样才能迅速捕捉到新的热点，敢于及时跟进，从而做出新的应用理论成果。

工程技术是技术科学发展的驱动力量，不断向对技术科学提出新的问题，刺激技术科学从理论上进行更为深入的研究，从而带动技术科学的发展。事实上，技术科学正是在解决工程技术重大问题过程中不断发展壮大的，工程技术是技术科学发展和演化的外在因素。钱学森曾以20世纪以来应用力学与航空航天技术相互作用、相互影响的史实为例，对技术科学与工程技术的关系做了令人折服的严密论证^[7]。由于这种密切关系，技术科学研究者必须熟悉工程技术发展状况，了解实际需求。技术科学的目标是建立具有科学基础、近似的实用工程理论，当发现已有的科学成果不够使用时，就需要吸收和运用工程技术中的经验性规律和判断。另一方面，技术科学不同于工程设计，它是研究和解决工程技术中带有普遍性的问题，而不是解决某一个具体的技术问题。工程师面临的是多因素、复杂的实际问题，所以技术科学研究者必须善于从纷繁复杂的现象中找出主要矛盾，从理论上进行研究，创立既有充分科学依据又能被工程师用于设计、甚至有预测能力的定量理论，以指导工程技术发展。

还有，钱学森认为：“这三个领域的分野不是很明晰的，它们之间有交错的地方。”三者之间的“界限不是固定不移的，现在我们认为是技术科学的东西，在一百年前是自然科学的研究问题，只不过工作的方法和着重点有所不同。”而且，“在任何一个时代，这三个部门的分工是必需的，我们肯定地要有自然科学家、要有技术科学家，也要有工程师。”意即技术科学的研究内容是动态变化的，它是基础科学、技术科学、工程技术等领域专家通力协作的结果。他在言及应用力学的特点时说：“在近代力学里，把理论和实际紧密结合起来的要求，是十分明显的。我们可以说，近代力学离开了理论基础，就解决不了问题，而离开了生产实践，就将失去其生命力”^[7]。在钱学森看来，技术科学发展水平主要取决于两个方面，一是基础科学研究水准，这是技术科学的理论基础；另一个是工程技术发展水平，它是技术科学的实践基础。为了搭建基础科学与工程技术之间的桥梁，技术科学研究者既要充分掌握基础科学领域的最新成果，又要深入了解工程技术领域的基本问题。

三  阐释技术科学的价值与功能

一门科学的价值与功能取决于其学科性质。技术科学是自然科学与工程技术综合化成的产物，因而其具有应用与理论上的双重价值。

一方面，技术科学“是从自然科学和工程技术的互相结合所产生出来的，是为工程技术服务的一门学问。”^[7]技术科学是适应工程技术发展而建立起来的，属于“工程师的科学”，所以其主要功能是为工程技术发展服务，特别是指导未来的工程技术实践。技术科学如何为工程技术服务呢？1961年，钱学森以应用力学为例从三个层次阐释技术科学如何为工程技术服务。第一个层次，为工程师、设计师服务；第二个层次，从工程技术和生产实践所发生的新问题中提炼出具有一般性的课题，进行研究并予以解决，这样就不只是解决个别的具体问题，而是解决一系列的实际问题；第三个层次，在掌握生产实践知识和相关的技术科学理论的基础上，创立新的科学见解，从而改进工程技术，改造生产^[9]。不难看出，第三个层次的工作最具创造性，即“能够灵活地把理论和实际结合起来，创造出有科学根据的工程理论。”“有了工程理论，我们就不必完全依赖工作经验，我们就可以预见，这正如有了天体力学的理论，天文学家就可以预见行星的运动，预告日蚀、月蚀等天文现象。”从这一点看，“工程理论又是新技术的预言工具。因而技术科学也能领导工程技术前进，是推进工程技术的一股力量，是技术更新、创造新技术所不可或缺的一门学问。”^[7]这个层面上的研究工作，在更高层次上彰显出技术科学对工程技术发展的巨大推动作用。简言之，技术科学一方面能帮助解决工程技术实践活动中出现的一般性技术问题；另一方面，还能走在工程技术前面，以新的理论研究成果为工程技术发展指引新方向，催生新工业。

二战后，除航空、航天、信息技术之外，原子能、半导体、激光、生物工程等技术科学的建立，直接促成相关新兴产业的兴起。这表明，技术科学能够开辟新的技术领域，帮助建立新的工业部门。也表明，现代生产技术的重大突破，几乎没有是从实际经验中摸索出来的，必须依靠技术科学的指导，没有技术科学的基本研究，就不可能在工程技术上的重大独创。

另一方面，技术科学具有认识世界的功能。钱学森以运筹学、控制论等为例，说明技术科学认识世界的功能。他说：“控制论、运筹学在基础科学里是没有祖先的”，是从工程技术、技术科学里面发展出来的。自然科学不是尽善尽美的，不可能把工程技术完全包括进去，“技术科学却把工程技术中的宝贵经验和初步理论精炼成具有比较普遍意义的规律，这些技术科学的规律就可能含有一些自然科学现在还没有的东西。所以技术科学研究的成果再加以分析，再加以提高就有可能成为自然科学的一部分。”如控制论的诞生，把人类知识领域从物质、能量扩大到信息领域。又如“工程控制论的内容就是完全从实际自动控制技术总结出来的，没有设计和运用控制系统的经验，决不会有工程控制论。也可以说工程控制论在自然科学中是没有它的祖先的。”工程控制论的应用，不局限于人为的控制系统，“在自然界里，生物的生长和生存都有它们自己的相应控制系统；而这些自然控制系统的运行规律也是依照工程控制论中的规律的。所以工程控制论中的一些规律，必然是更广泛的控制论的一部分，而这个更广泛的控制论就是一切控制系统（人为的和自然的）的理论，它也必然是生物科学中不可缺少的，是生物科学的一部分。”由于“从前生物学家因为没有控制论这一工具，所以只看到了生命现象中的能量和物质运动问题，没有注意到更关键的控制问题，因而歪曲了实际，得不到深入的了解。”^[7]可见，作为技术科学的工程控制论对生物科学“是有非常重要的贡献的。”后来，系统科学、信息科学迅猛发展的事实，证明这一见解极富前瞻性。1960年代以后，天文学、地质学、生物学等自然科学借助力学对某些新现象、新问题和新的研究对象进行解释、分析和计算，极大地促进了这些学科自身的发展，充分显现出技术科学对自然科学发展的巨大促进作用。

此前，人们认为只有基础科学是认识世界的源泉，如布什在《科学——没有止境的前沿》中写道：“基础研究将导致出新的知识。”^[10]12不过，20世纪中叶以来许多重大原创性发现和认识起源于技术科学领域，最为突出的例子莫过于研究军事后勤工作的运筹学以及研究通讯技术的信息科学。所以，关于自然界的科学知识既有来自基础科学的研究，也有来自技术科学的研究，它们都属于科学实践的范畴，以发现和创新作为追求的目标^[1]。钱学森提出技术科学也是认识自然界的重要方式，无疑是对技术科学的价值与功能在认识论上的一大突破。

此外，技术科学在为工程技术发展服务过程中创立了许多行之有效的研究方法，它们可以为发展自然科学服务。技术科学的龙头学科应用力学不仅善于使用一切现有的数学工具，还创造出不少数学方法和工具，如无量纲方法、相似律方法、能量法、摄动法等，这为其他领域提供了新的研究工具。其中，中国应用力学家对摄动法的发展做出过开创性贡献。1948年，钱伟长解圆板大挠度问题时，提出称为合成展开法的方法。1953年，郭永怀把由庞加莱和莱特希尔发展起来的方法推广应用于边界层效应的粘性流问题。1956年，钱学森深入阐述这个方法的重要性，并称之为PLK方法。如今，摄动理论已发展成为比较完整和系统的理论与方法，是力学、声学、大气、海洋和工程中解决弱非线性问题的有效工具。 

四  总结归纳技术科学研究方法

科学方法本身具有不可替代的工具意义，它是各种科学理论诞生的必由之路，其意义远远超出所解决的问题的本身，并最终决定着一个学科的生存和发展。钱学森早年师从冯•卡门从事应用力学研究，透彻领悟应用力学研究方法的精髓，并将其推广到喷气推进、物理力学和工程控制论等领域，成果跌现。在数十年研究经验的基础上，钱学森凝炼出技术科学的研究方法。

技术科学是自然科学与工程技术的综合，它的研究方法也是自然科学与工程技术研究方法的综合。在钱学森看来，技术科学研究首先要清楚认识所要研究问题的机理。“包括确定问题的要点在哪里，什么是问题中现象的重要因素，什么是次要因素；哪些因素虽然也存在，可是它们对问题本身不起多大作用，因此这些因素就可以略而不计”。然后，“运用自然科学的规律为摸索道路的指南针，在资料的森林里，找出一条道路来。这条道路代表了我们对所研究的问题的认识，对现象机理的了解。”“在摸索问题关键点的时候，我们依靠自然科学的规律。这也说明技术科学的工作者必须要能彻底掌握这些客观规律，必须知道什么是原则上可行的，什么是原则上不可行的。”^[7]其次，建立模型。模型是通过“对问题现象的了解，利用外面考究得来的机理，吸收一切主要因素、略去一切不主要因素所制造出来的‘一幅图画’，一个思想上的结构物。这是一个模型，不是现象本身。因为这是根据我们的认识，把线性简单化了的东西；它只是形象化了的自然现象。”^[7]模型的选择与现象的内容有着十分密切的关系，不同的情况可以有不同的模型。再次，根据模型进行分析和计算。这里“必须运用科学规律和数学方法。但这一步是‘死’的，是推演。这一步的工作是出现在科学论文中的主要部分，但它不是技术科学工作中的主要部分。它的功用在于通过它才能使我们的理解和事实相比较；唯有由模型和演算得出具体数据结果，我们才能把理论结果和事实相对比，才可以把我们的理论加以考察。”^[7]至此，技术科学研究完成了一个工程实践——科学理论——工程实践的周期。这套流程与方法已成为应用力学普遍采用的“分析——实验——数值实验或分析”方法。

从表面上看，技术科学研究方法与自然科学没有明显不同。对此，钱学森解释说：“这里没有绝对的差别，但是有很重要的相对差别。”相对于自然科学而言，最大的不同就是技术科学的研究对象工程技术里面拥有比较多的没有经过严密推理和分析的原始经验，这必然影响技术科学的研究方法，它在一定程度上与自然科学的研究方法有所不同。“技术科学是从实践的经验出发，通过科学的分析和精炼，创造出工程技术的理论。所以技术科学是从实际中来，也是向实际中去的。它的主要的作用是从工程技术的实践，提取具有一般性的研究对象，它研究的成果就对那些工程技术问题有普遍的应用。”所以，“一个技术科学工作者的知识面必然是很广阔的，从自然科学一直到生产实践，都要懂得。不仅知识广，而且他还必须要能够灵活地把理论和实际结合起来，创造出有科学根据的工程理论。”^[7]实际上，技术科学的研究方法与自然科学没有本质上的差别，只是技术科学的目的在于应用，因而深入而不是肤浅地了解应用对象、应用环境与应用条件显得尤为重要。

关于技术科学的研究方法，钱学森反复强调须要注意两条：一是对实际机理的分析，认清问题中最重要的因素。二是注重运算手段，要求采用最有效的数学工具。他以物理力学为例，说：“物理力学是要解决具体问题的，要做到工程师们能使用物理力学的成果，不能满足于原则上的解决，一定要有数据。这样就必需把运算做到彻底，因而计算也就烦难了，‘死’算是不行的，不采用高效率的运算方法自然就不能完成这个工作。”^[11]至于技术科学在研究方法上的精髓，钱学森曾用一句话对力学的研究方法做过精辟的概括：“力学的窍门就是两招。第一招就是要形成一个代表事物的模型，再一招就是一套比较灵巧的计算方法，使得最后可以得出工程师有用的结果。当然，这里面为了认识客观规律，还要做实验，实验工作也是受到重视的”^[12]。

值得指出的是，钱学森很早就预见到计算机的应用将对技术科学工作产生重要影响，预言：“下一代的技术科学工作者的工作方法必定与我们这一代有所不同”，为此大力倡导技术科学工作与计算机结合^[7]。进入1960年代以后，计算力学果然异军突起，大放异彩。1978年，钱学森还将力学与计算机结合视为力学工作的一次重要革命，由此力学进入一个新阶段——“现代力学”阶段^[12]。

依据钱学森的总结和提炼，技术科学工作把理论分析、应用数学、实验研究、简化模型、高度近似、充分简化等，巧妙有机地结合和利用起来，组成一套独特而有效的解决工程技术中重大问题的工作方法，不断推动技术科学在删繁就简中阔步前进。此前，自然科学主要依靠理论推导和实验，工程技术主要依靠实践经验，而技术科学综合它们两者的长处，将理论分析、实验、归纳法与数学演绎方法结合起来，并吸收工程技术的试错法，建立起技术科学的方法论，形成经验主义与理性主义的统一。在科学方法论上，这无疑是一大重要贡献。如今，钱学森当年归纳出的研究方法经过不断深化、发展和创新，仍是技术科学工作的基本范式。 

五  结语

综上所述，钱学森对20世纪初以后以应用力学为代表的技术科学发展成就与经验进行了系统的总结和凝练，完成了技术科学思想发展史上一次空前而全面的综合，构建出技术科学的学科理论。一般来说，科学上的贡献可以分为“知识性”和“思想性”这两种，钱学森对技术科学思想的总结和发展的贡献无疑属于后者。就对技术科学思想发展与影响而言，钱学森不愧为技术科学思想集大成者。更值得指出的是，钱学森在思考技术科学的未来时，其视域早已超越技术科学本身。1947年，他说：“技术科学的真正本质是将基础科学原理转化为服务于人类福利事业的技术，这已经大大超出了目前工业的范围。医学是应用化学、物理学和生理学来治病和防病，农业是应用化学、物理学和植物生理学来生产食物。”^[6]从“技术”这个词语的广泛意义上看，医学和农业都属于工程技术，而且二者都能从技术科学研究中受益。换言之，钱学森将一切把基础科学转换为工程技术的学问统称为技术科学，大大扩充了技术科学的范围。

作为中国近代力学的重要奠基人，钱学森始终主张并大力倡导力学走技术科学道路，其核心精神为力学必须与经济建设和国防建设结合，为实现国家目标服务。这一核心精神在他主持制定的十二年科学规划力学学科规划，以及他所创建和领导的中科院力学研究所、清华大学工程力学研究班、中国科技大学近代力学系等机构的教研实践中得到了鲜明的体现，取得的成效也有目共睹。因此，回顾和发掘钱学森在总结与提炼技术科学思想过程中形成的成果，对当前的科技创新工作特别是新型工科人才的培养具有非常现实的指导意义。 

参考文献

[1] 郑哲敏. 关于技术科学与技术科学思想的几点思想[J]. 中国科学院院刊, 2001,（2）：132－133.

[2] 郑哲敏. 学习钱学森先生技术科学思想的体会[A]. 庄逢甘，郑哲敏主编. 钱学森技术科学思想与力学[C]. 国防工业出版社, 2001. 1—7.

[3] 谈庆明. 钱学森对近代力学的发展所做的贡献[A]. 庄逢甘，郑哲敏主编. 钱学森技术科学思想与力学[C]. 国防工业出版社, 2001. 22—31.

[4] 史贵全. 钱学森的力学观[J]. 科学学研究, 2007,  25（S2）：159—164.

[5] 刘则渊，程耿东. 论技术科学的创新功能与强国战略[A]. 科学·技术·发展：中国科学学与科学技术管理研究年鉴（2006—2007年卷）[C]. 2008. 7—24.

[6] Hsue－Shen Tsien. Engineering and Engineering Sciences[A]. 王寿云编. 钱学森文集[C]. 科学出版社, 1991. 550—563.

[7] 钱学森. 论技术科学[J]. 科学通报, 1957,（4）：97－104.

[8] 我们的目标（发刊词）[J]. 力学学报, 1957, 1（1）：1－2.

[9] 钱学森. 近代力学的内容和任务[N]. 人民日报, 1961年11月10日5版.

[10]（美）V. 布什. 科学——没有止境的前沿[M]. 商务印书馆, 2004.

[11] 钱学森. 物理力学介绍[J]. 物理通报, 1957,（4）：193－200.

[12] 钱学森. 现代力学——在1978年全国力学规划会议上的发言[J]. 力学与实践, 1979, 1（1）：4－9.

作者简介：姜玉平，男，1976年10月生，安徽怀宁人，理学（科学技术史专业）博士，上海交通大学博物馆研究馆员，主要研究中国近现代科技史、钱学森科学思想、交通大学史等。

（原文刊载于《钱学森研究》2019年第6期）