科学人物|立德树人初心传承
——记王立鼎院士的科研初心与使命传承
摘要：王立鼎院士是我国著名的齿轮专家，被称为“精密齿轮王”，同时也是我国微纳米技术的开拓者之一。他注重技术创新，在精密齿轮工艺和测试技术方面达到国际领先水平，还研制出中国第一台光盘伺服槽及预制格式刻划机。他不但致力于技术的创新，也关心技术的传承，注重立德树人，为中国精密齿轮工艺、微纳机械等领域培养了优秀人才。
关键词：王立鼎，齿轮，微纳米技术，传承
王立鼎于1934年底出生于辽宁省辽阳市，先后经历过日本殖民统治与国民党统治下的贫困生活。1948年辽阳解放，王立鼎重新获得了读书的机会，他深刻地领会到，没有共产党，就没有平静的书桌，是这种对党朴素的情感使他能够在之后的科研道路上始终立足国家需要。
1. 王立鼎院士的三次“科研创业”
1960年王立鼎大学毕业，被分配到中国科学院机械研究所（即后来的中科院长春光学精密机械研究所，以下简称长光所）当研究实习员（相当于大学里的助教），接到的第一项研究任务就是研制一台小模数齿轮滚齿机，由此王立鼎开启了齿轮研究。
出于国防需要，王立鼎开始并坚持了数年的精密齿轮“科研创业”。1961年，他接到了中科院下达的为光电经纬仪研制6级至5级齿轮的任务。王立鼎在现有的一台齿轮磨床上进行改进和操作，经过刻苦攻关与精心磨齿，顺利地完成了此项任务。
接下来，王立鼎响应中科院“任务带学科”的号召，对自己提出了更高的要求，产生了研制标准齿轮的想法。标准齿轮是齿轮参数量值传递的实体基准，用于批量生产齿轮的检测或校准齿轮量仪的示值误差，标准齿轮的精度需要比被检测齿轮的精确度还要高两个等级。比如，3级左右精度的标准齿轮才能检测5级或者6级齿轮，这在当时只有国外能做出来，中国还没有人能够做出来。王立鼎在齿轮磨削技术上不断的突破，通过改造国产机床，并创建了“正弦消减法”、“易位法”等多种新方法，经潜心钻研，大胆创新，将齿轮的精度从65级提高到43级。1965年，王立鼎获得了由当时的中国科学院院长郭沫若亲自签发的中科院优秀科研成果奖。刚刚30岁出头，王立鼎已经成为国内超精密齿轮专家，被称为“精密齿轮王”[2]。王立鼎的齿轮生涯永不停歇，他的齿轮加工精度达到国际先进水平的2级精度；再经数十年的努力，又研制出领先于世界先进水平的1级精度基准标准齿轮及相应的齿轮加工装备与测量仪器。在齿轮方面，王立鼎先后获得国家奖和省部级奖励近10项（图2）。
王立鼎的第二次“科研创业”同样基于国家需要。20世纪80年代，一些西方国家开始研制激光光盘，其信息存储量是磁盘的100倍，同时光盘不受电磁场的影响，寿命也高于磁盘。然而，西方国家对中国采取了禁运政策，因此，1984年原国家科委组织相关专家启动对光盘的研究，跟踪西方先进技术。光盘的核心技术是制作光盘母版的设备，中国起名为光盘伺服槽及预制格式刻划机。它的制作工作难度极大，涉及光学、机械学、电子学和计算机四门学科。中科院将这项任务交给了长光所，时任所长的唐九华找到王立鼎，希望他主持这一攻关课题。尽管此前一直进行齿轮研究，但是王立鼎还是接下了这个艰巨任务。本着“既然做就必须做成”的初心，第一次担任总体设计的王立鼎一边学习自动控制课程，补充专业知识，一边组织100多名科技人员进行光盘刻录机的研究。整合这百人研究力量，十分不容易。他组织1个项目总体组，下设5个专业组。科研中，他是指挥员，又是多面手战斗员。王立鼎在组织科研人员集体攻关的同时，还一直身体力行，每天第一个到实验室开门，最后一个走，从制定研究计划、分配研究任务、攻克关键技术，甚至连刷地板油漆都亲力亲为。有时候半夜两三点醒来，冥思苦想研究工作该如何安排。经过4年的努力，这套设备有将近10项技术指标都达到了世界先进水平，中科院组织了鉴定验收。光盘伺服槽及预制格式刻划机的成功研制，打破了西方对中国光盘的封锁，填补了国内空白。1992年，此项研究成果获得国家科技进步二等奖（图3）[3]。
20世纪90年代，国外微机械研究的动态传入国内，王立鼎通过长光所的同事了解到这一情况，他认为这是一次机遇。1992年，他在长光所建立了中国第一个微型机械工程研究室。第二年，出版了中国第一本微系统译文集《微机械》，主要读者为国内进行微机械研究的同行们。微机械是一项关系国家科技发展、国防安全的关键技术。王立鼎陆陆续续申请到多项国家项目来支撑这个方向的研究工作[3]。此时的王立鼎之所以开辟了第三个研究方向，并不是因为他想在这个方向有什么造诣或名气，而是因为他觉得这是一个新兴交叉学科，希望将这一崭新领域引入国内，培养新兴交叉学科人才。基于这样的初衷，王立鼎决定开展压电微电机方向的研究，他招收了第一名博士生——崔天宏。王立鼎认为崔天宏跟自己很像，聪慧肯钻研，研究工作不分昼夜，是个地道的拼命三郎。崔天宏没有辜负王立鼎的厚望，在读博士期间十分刻苦努力，用了不到四年的时间完成硕博连读，发表了20余篇论文，博士论文被评为中科院优秀博士论文。现在已经成长为国际著名的MEMS和纳米技术专家。
1998年，王立鼎来到大连理工大学工作，时任校长的程耿东院士希望王立鼎集合物理、材料、机械等几个专业成立微纳米方向的研究机构，王立鼎答应了此事。2000年，大连理工大学微系统研究中心成立，王立鼎高瞻远瞩，为研究中心确立了生命医学服务和信息服务两个研究方向。该研究中心在召集国内优秀人才的同时，也注重后备力量的培养，形成了一支由30位科研人员组成的研究队伍，现已经发展成为辽宁省微纳米技术及系统重点实验室。
2. 培养长光所第一位女博士
吴一辉现为长光所的研究员，是长光所培养的第一位女博士。她于1986年到长光所工作，从事谐波齿轮相关研究工作。1988年攻读长光所硕士研究生，期间王立鼎院士给她讲授高精度齿轮加工工艺技术课程。吴一辉说，“王老师对精密齿轮从理论到实践雄厚的积淀使这门非常枯燥难讲的课程变得条理清晰、引人入胜，是我为数不多的上课从来不走神的课程之一，王老师看我听讲认真以为我是个好学生，建议我继续攻读博士学位，我起初有些犹豫，因为那个时候硕士毕业的学生已经有了不错的工作，而且读博士的人特别少。”但是经过王立鼎的劝说，她决定试试。1993年，她考到了王立鼎门下读博，“非常感谢王老师给了我这样一个重要的成长机会”。此时，微机械室已经初步运转起来，结合吴一辉的学术背景，王立鼎给她定的研究方向为“微纳米分辨率压电微位移工作台”。由于缺乏压电陶瓷精密控制等基础环节的支撑，开展相关理论和实验研究遇到很多障碍。王立鼎为吴一辉请来了广东工业大学的杨宜民教授做副导师，指导其相关控制技术研究并派遣吴一辉到杨宜民教授所在的实验室学习一个多月，这对学生来说是非常难得的机会。麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）媒体实验室主任弗兰克·莫斯甚至还声称，他们的研究与教育已消灭了学科的分野[4]，鼓励科研人员打破学科与专业的界限，王立鼎早就做到了这点，他独具慧眼，在从事研究和指导学生过程中打破了学科与专业的局限，这有助于发现真正的科学问题。
在博士论文的研究过程中，有一次，吴一辉在实验操作中不小心烧坏了一个2000元的放大器。当时这种型号的放大器需要从国外进口，她觉得很难过，这么贵的东西一眨眼就没了，十分可惜。王立鼎得知后鼓励吴一辉，他说，你要是什么都不做，就什么错误都不会犯，要是做事就肯定有风险。吴一辉听后十分感动，她决定从头做起，进行实验前更加认真仔细地分析可能的错误及风险。吴一辉认为，王立鼎带学生除了亲自动手、实地操作解决所遇到的难题之外，也给了学生最大的自由，让学生充分发挥他们的主观能动性，鼓励他们积极地去探索新的事物，不给他们设置条条框框，通过言传身教，让学生学会在科学研究中追求真理，让学生感悟到科学研究要容忍“试错”，最终取得科研成功。
对拟发表的论文，王立鼎都要逐字逐句修改，非常平等耐心地和学生讨论。王立鼎严谨的学风、一丝不苟、身体力行的科研态度以及敢于创新的精神一直都激励着吴一辉，是她终身学习的榜样。
3. 伯乐与千里马
齿轮研究是王立鼎40年磨一剑的结果，因此，王立鼎来到大连理工大学机械学院之后，依然想把这件事情继续进行下去，他认为：“任何事都需要有人来做，不仅显赫的事情需要人做，那些平凡又费力气的事情国家也需要人来做，所以我一直有一个信念就是要为国家把一件事情做好，坚持下去”。齿轮不仅在国家计量上有需求，在军工雷达、光电经纬仪等多个领域也都有需求，由此王立鼎希望超精密齿轮工艺能够传承下去。这时候，王立鼎遇到了一位优秀的博士生，名叫凌四营。有趣的是，博士生面试的时候，凌四营认为自己专科出身，不敢报考王立鼎院士，报考了另一位老师，但王立鼎不拘一格，慧眼识人才，认为凌四营有很强的实践能力，于是几次找到凌四营谈话，将他收为自己第一位超精密齿轮磨齿工艺方面的研究生，把他当作自己的“接班人”来培养（图4）。
一开始读博的时候，凌四营想沿着硕士论文的仿真方向来进行，然而王立鼎教导他，精度的东西不能仿，精度是做出来的，必须要通过动手实践。正好凌四营在课堂上学到“三块平板对研能够产生出最平的平面”，于是，他在实验室找到三块研磨板，用最细的金刚砂将它们研磨，一番操作之后，凌四营找到王立鼎，王立鼎认为研磨出的平板可以加工工件平面达到▽14，肯定了他的操作。从此，凌四营爱上了研磨，转变了自己的认识，潜心于实践的探索。这一方法，后来凌四营应用到了超精密磨齿工艺上。
在凌四营博士二年级的时候，王立鼎承接了一项863项目，他把其中磨齿轮刀具的任务交给凌四营。此时的凌四营比较犯难，齿轮大概是什么样子，起码有个印象，但是对于齿轮刀具，实践中确实还没见过，加工难度又很高。但是王立鼎鼓励凌四营探索其中的工艺，从那时起，凌四营开始沉得下心，静得下去，勤于动手，沉浸在齿轮磨削的实验室的工作中，从实践中渐渐体会原理与方法。慢慢地，凌四营展现出超出一般人的动手能力，出色地完成了王立鼎交给他的第一项任务。
王立鼎在齿轮工艺方面一直秉承的是“实践出真知”的理念，因此他会把自己亲自做过的设计、画图、加工、检测全套科研工作的原理和方法教授给凌四营，让凌四营少走弯路。在齿轮工艺的细节方面，王立鼎也会从头到尾演示给凌四营看。但是，要想很好的领悟这些方法，还是需要凌四营自己去实践、去探索。很多细节看上去很简单，但是实际操作却不容易。比如，精度需要从1微米调到0.5微米的时候，王立鼎可以一次调成功，但是其他人来做，轻轻一碰，可能调成了50微米。这个技艺的传承就需要凌四营花很长的一段时间去消化吸收，慢慢掌握。可谓“运用之妙，存乎一心”。凌四营在齿轮加工实验室经常一站就是几个小时，有一次磨齿站了9个小时，饭也没吃，紧紧盯着机床磨齿，一直等到磨出满意的光洁度才算成功。
功夫不负有心人。2012年，凌四营的博士论文《超精密磨齿中的机床精化及磨齿工艺研究》获得了中国首个“上银优秀机械博士论文金奖”。博士毕业之后，凌四营在去企业还是留校之间有所犹豫，这个时候，王立鼎找他谈心，跟他说“不能只考虑眼前暂时的利益，做超精密齿轮是一项事业，不光是为了自己，也不是仅仅为了将来能挣多少钱，而是在国家需要的时候，我们能做出来。”凌四营被王立鼎这份爱国情怀深深打动，于是决定继承超精密齿轮加工的事业，继续耕耘。近两年，凌四营获得的授权专利达24项之多。
凌四营说：“是王老师挖掘了我在实际操作能力方面的优点，这本是我自己都没有发现的，在科学研究中学习王老师那种锲而不舍的精神，对我来说是一大笔财富。”王立鼎提到凌四营时常说，“青出于蓝而胜于蓝”。王立鼎如伯乐一样，善于发现和培养人才，凌四营正如千里马一样，继承并发扬了老师的“衣钵”。
4. 小结
王立鼎院士注重培养学生的爱国主义精神。钱伟长先生曾说过：“我没有专业，国家需要就是我的专业。我从不考虑自己的得与失，祖国和人民的忧就是我的忧，祖国和人民的乐就是我的乐。”王立鼎院士也和钱老等老一辈科学家一样有着深沉的爱国情怀。王立鼎院士自己的专业方向就始终与祖国的需要同频共振。祖国的需要就是他的专业。他曾经说：“高尚的事业源于高尚的爱，正是对祖国、对人民和对科学的赤诚成就了我一生的事业”[1]。在教育工作当中，王立鼎院士注重培养学生的爱国主义精神，引导学生把祖国的需要自觉融入自己科研方向中，把论文写在祖国的大地上（图5）。王立鼎院士注重培养学生的科研能力。授人以鱼不如授人以渔。王立鼎在培养学生方面，首先传授的就是做事情要讲究方法，进入到王立鼎的办公室就会发现，他的办公室井井有条，东西从不随意摆放，什么东西放在什么位置上都十分清楚，好比档案馆将各类文书档案归档一样整齐。他习惯于将自己每天的工作记录在本子上，这样查找起来十分方便，他会把自己对方法的追求和秩序的遵守教授给学生。其次，他对学生要求严格的同时，自己也以身作则，动手操作从来不是说说而已，而是带着学生来做，亲自演示。细节处也不放过，王立鼎给学生修改的论文，连不合适的标点符号都会标出。不管是做人还是做事，王立鼎都给学生做了很好的榜样。尽管现在王立鼎已经85岁高龄，但他每天依然会去办公室办公，学生们有什么问题都喜欢来找他商量。可以说，王立鼎院士学高为师、身正为范，始终牢记着自己的科研初心，并以身作则向学生传承使命，引导学生把科技成果应用在实现现代化的伟大事业中。
