与物理老师们谈谈我的硅谷工程师经历

主编的话：2015年夏，我与阔别三十余年的老同学——四川大学物理系七七级的符洪，相逢于旧金山。有人称高考恢复后的七七级是“天之骄子”，而我印象中的符洪则是骄子中的骄子。见面后，方知这位物理系的高材生正在硅谷一家高新科技企业任工程师。交流中，我发现长时间在美国发展的他仍深爱着自己的祖国，且对科学教育有着自己的心得体会。为此，我特向他约稿，希望他能从硅谷发展模式中提炼科学教育的意义。符洪先生应允后，用了四个多月的周末时间，完成了万余字的中文稿。我拟在2016年第一期和第二期连续刊载此文，希望符洪先生的宝贵经历及感悟能给中学物理教师不同视角的参考。

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）1-0001-4

序 言

谢谢主编邀请我写篇短文，和中学老师们探讨物理教学。我问了十几位工程师同事，你对中学物理教学有什么建议，得到的各种回答是“老师不要成为灌输知识的水壶，而要做点燃兴趣的火种”，“基本概念一定要教清楚”，“把水准不同的学生分班施教”，“物理太抽象，多举例说明”，“多讲物理学发展的故事，物理学家的故事，讲概念的来龙去脉”，“教给学生的不仅是物理知识，还应该有对物理的热爱”，“知识并不能引领学生入门，只有兴趣才能做到”，“物理教育应该像数学一样尽早开始，以培养直觉”等等。我想，老师们长期在教育的第一线，一定有更多的体会。这里，我和老师们谈谈自己作为一个学物理出身的工程师，在硅谷这个世界性高科技竞争舞台的体验、观察与思考。我谈4个方面：1.硅谷的创新文化；2.价值在于解决问题；3.领先能力；4. 参考全世界，让教育走向多元。希望通过这些讨论，给老师们对中学生将来所处的竞争环境和文化氛围；如何应用知识，发挥作用；中国持续崛起对学生的品德有怎样的要求；中国要成为创新型国家，对教育有怎样的期待，提供一些参考。

1 硅谷的创新文化

图1为位于美国加州北部旧金山湾区的硅谷地区，包括圣荷西、旧金山及周边共36个城市。总人口297万，其中，36%在国外出生。在国外出生的人口中，有14%来自中国，11%来自印度，8%来自欧洲。硅谷是全球120多家著名高科技公司的诞生地，也有近2万家研发创业型小公司，总共有148万份工作。硅谷每年的投资占全美国高科技总投资的三分之一（Source： Profile of Silicon Valley， 2015）。

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图1 硅谷地区

硅谷起源于物理学家。1956年，诺贝尔奖委员会把物理奖颁给3位半导体晶体管的创始人肖克莱、巴丁、布拉藤 （Shockley， Bardeen，Brattain）。就在同年，肖克莱为照顾重病的母亲，从新泽西州搬到加州北部的帕拉奥特城市（早期硅谷中心，斯坦福大学所在地）。他奠基性的工作与公司，开创了以硅芯片晶体管集成电路为基础的现代电子工业，硅谷因此“成”名。

硅谷的创新文化是从事高科技工作的人们在实践中形成的一种价值规范，它在无形中影响着人们的行为和判断。在中学期间，播下这种理念的种子，为学生们将来能在高科技发展中自由驰骋，领先世界，奠定先进的文化基础。1994年，我在亚利桑那大学光学中心做了近5年博士后之后，因一直找不到大学教职，来到硅谷做工程师。前后在8家公司，4种工业（计算机，半导体，光通信，医疗设备），不同的岗位上工作过。这8家公司，4家已不存在，1家正在挣扎。我自己被裁员过，也曾把几百份无情的裁员通知递给往日的同事们。硅谷在一轮又一轮新产业的发展周期中，形成了具有鲜明特征的文化：

1）创新：硅谷的原动力。创新推动社会发展，给创新者带来直接利益。小公司推出新产品，就可能被大公司高价收购；大公司推出新产品，股票就会上涨。创新是新产业链的源头，价值高，兑现快。管理学之父德鲁格（Peter Drucker）曾精辟地论述：什么是企业的目的？是保持市场份额吗？是保持营业额的增长吗？完全不是！企业的目的是创造新的市场。这点在硅谷体现得非常明显。事实上，硅谷地区住房昂贵，员工薪水较高，一个维持型的公司根本无法维持。要生存，只有创新。

2）速度：硅谷的行为准则。硅谷注重速度，注重行动，注重结果。在硅谷，做决定的速度，解决问题的速度，加工材料的速度，招聘人才的速度都很快。比如：可在几周之内组建一支高科技研发团队，几天之内让合同工到岗。新员工在进公司的第一周，就可进入状态，展示独特本领，成为新岗位的主人。时间就是金钱，要抢占市场，必须有速度。

3）多元：硅谷的人才资源。硅谷的发展依赖于许多出自美国本土和来自世界各国的人才。加州劳工指南规定，在面试过程中，不得问及申请人的国籍、年龄、工作许可，尽可能排除阻挡人才出线的人为因素。面试的准则，是能否胜任工作。只有当面试胜出者确定后，才可由人事部门问及工作许可情况。这些规定，保证了人才来源的多元化。硅谷还提倡观点的多元化，鼓励人们不分出处，不分等级，自信而完整地说出独立的观点。表达不同意见是做贡献的一个重要方面。没有人会因为你的高学历、学位、职位而不挑战你的观点。每个人在这样的质疑中学习，每个决定在这样的锤炼中完善，每个团队在这种多元碰撞中成长。多元，是硅谷智力资源的保证。

4）全球化：硅谷的运作模式。在硅谷，材料供应，关键人才的选聘，公司各部门的分布，基本不受国家和地域的限制。与世界各地的远程会议、互动交流、项目合作是日常工作。硅谷必须放眼世界，才能最有效地运用全球范围的零部件、技术和人才。全球化，就是在全球范围内优化。

除了上述几点，各个公司还有自己特有的文化，它往往和公司的历史、主要人员及产品生产方式有关。一个开发制造复杂设备的公司的文化，一定会与一个做简单零部件的公司的文化不一样。我们是第一代移民，既有奋斗拼搏、生活向上的兴奋与愉快，也有作为非主流文化、落后民族的孤独与凄苦。然而，美国是公平而充满机会的。一个工程师应该了解本公司的文化及硅谷文化，以主人翁的心态工作。同时，不要忘了我们也是正在崛起的祖国的一部分，是在世界舞台上拼博的那一部分。只要我们在自己平凡的工作中做得优秀、卓越，同样是为中华民族争光。不仅如此，我们实际上还正在创造一种崭新的全球文化。这是一种创新的、多元的、科学的文化；这是一种没有地域限制，不讲出生等级，容纳各民族文化的世界性文化。就像未来世界的人才没有地界一样，这种新文化也必将属于并造福于全世界。

2 价值在于解决问题

由于创新，由于速度，由于在最前沿，硅谷的公司时时刻刻都在经历五花八门的问题，特别是技术问题。这给工程师们提供了施展拳脚的无限空间。在这里，科学不再空洞，知识就是力量。记得1982—1985年在中国科学院理论物理所做研究生时，听彭桓武老师（中国两弹一星功勋科学家，科学院院士，时任理论物理所名誉所长）说过，不要把知识当作资本去占有，而要把知识当作工厂去产出。这个产出，就是解决实际问题。下面介绍一下我自己经历过的两种典型的解决问题的环境：生产与研发。

如图2所示，HMT是我曾工作过的计算机硬盘公司。今天早已不存在。后来，这座楼成为奥巴马总统力挺的太阳能公司SOLENDRA总部。在激烈竞争中，SOLENDRRA也于2013年关闭。硅谷的淘汰周期之快可见一斑。

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图2 HMT公司大楼

我1996年加入HMT，开始从事激光加纹（Laser Zone Texture， 简称LZT）研发。然后，随着LZT 转入生产部，成为硬盘生产LZT流程的主管。LZT就是在硬盘磁头停放的中心区表面，用纳秒脉冲激光打出约24纳米高的小鼓包，以保证磁头在停放时，不会粘在磁盘表面上飞不起来。这就像一架全长76米的波音747大型飞机的肚皮贴在许多只有0.6毫米高的小鼓包上。我们的工作就是要在生产中把这些鼓包的高度控制在24+/-3纳米的范围内。这是我第一次走出研究环境。这下好了，世界全变了。我进入了一个战场，一个每天24小时每周7天全速运转的大工厂。公司所有的投资，所有的理念，所有的规章，所有的流程，在这里妥协，在这里协调，在这里兑现。没有时间啰嗦，没有机会含糊。6条生产线，每天生产十万片硬盘。印象最深的是每天早上7点至7点30的全公司生产部门经理碰头会。会议室紧挨着车间，没有座位。6点55分，20多位各方主管，个个有备而来。我们一起审阅昨天的产出，截止今晨6点30分的产品合格率，各主要机器的运行状态，今天的工作目标。当大部分员工上班时，各主管可以心中有数地安排当天的工作。那时，我每天早上6点25分进入洁净室，审查每条生产线的统计控制表，与每条生产线的组长讨论本班的各种问题，确定解决方案。

在HMT，我经历了从设计，实验，购买安装大型机器设备，检测设备，写操作规程，培训工人，质量认证，与其他生产部门协调等从研发到建立生产线的整个过程。我分别上过白班、夜班，以了解机器全天的运行，并熟识每一位生产线领班与许多操作工人。我还认真学习研究生产流程，质量管理，主要设备，主要客户，主要退货原因，主要竞争对手，各部门职能及主要人员的长处。那时，我带着BB机，整天被呼唤着。看到物理、数学和公司运作的知识融合在一起，在解决实际问题中发挥作用，无比兴奋。这段经历，把我从一个物理研究生，锻炼成了一个有自信去主导解决实际问题的基层主管。

此后，我3次在不同的公司，主管拥有一百多到五百多员工的生产部门，分别从事海底高可靠性光学通讯元件的生产，及各类激光器的生产。尽管生产组织、管理程序看似复杂，千头万绪，其实核心很简单，就是去尽快地解决形形色色的技术问题，大部分质量问题实际上是技术问题。懂得物理，解决问题就能条理清晰，刺刀见红。不懂物理，再多的文件指南，质量管理，统计数据，也只能是隔靴搔痒，大炮打蚊子，浪费时间和资源。

图3是激光角膜整形视力矫正手术（LASIK）所用到的已在市场多年的3种设备。右边是波前视力测量仪，用于手术前后的视力检测。左边是飞秒激光角膜切割设备，用于切开角膜表面，让角膜基质层在手术中暂时裸露。中左是病床。中右是准分子脉冲激光设备。用它去除少量角膜基质，以此改变角膜形状，矫正视力。然后，将角膜表面切片复原，它会在24小时左右与周边的上皮层重新生长弥合。自1995年激光角膜整形视力矫正手术使用以来，全世界已做三千多万例。

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图3 激光角膜整形视力矫正手术的设备

下面，谈一下我最近几年在从事新一代飞秒激光视力矫正设备研发的一些体会。在这里，我遇到两类复杂性。第一类，是飞秒激光技术的复杂性，牵涉到飞秒脉冲激光器，高精度光学扫描控制系统，飞秒激光脉冲与角膜组织的相互作用，真是理论、实验、工程样样得对，光（学）、机（械）、电（子）、软（件）、生（物）行行得精。这台设备有几十个控制点，成百上千个部件，每一个数学公式，每一个物理规则，每一个工程机制，必须完全配合，准确无误地把数以亿计的飞秒激光脉冲传递到角膜中预定的位置，在那里产生等离子体，进而产生微气泡，完成直径约为一微米的局域切割。

这就是我们这支由十几个工程师组成的研发团队的任务。每天我们都会讨论各种光、机、电、生、软等技术问题。许多问题，高中所学的知识就可解决。像高中所学的光折射定律，基本能回答90%的光学工程问题。我工作的实质，很像是在做各科混合的高中、大学物理数学题。要匀速切割椭圆边界，就要用到椭圆积分；要计算圆形切割在视网膜上的激光辐射计量，就会碰到贝塞尔函数；要在最短时间完成切片，就要解决类似销售员不重复行走全覆盖问题；要矫正光学干涉断层扫描议的误差，就要彻底清楚傅里叶变换；要估算眼睛颤动的速度，就要解过阻尼刚体转动的微分方程。真是趣味无穷！关键是要能把一个个的实际问题转变为可解的科学问题。

第二类，是研发过程的复杂性。主要是来自于食品药物管理局（FDA）对医疗器械研发的管理规则，包括研发过程的文件记录，安全风险的评估与控制，工程设计达标测试及临床验证。除此，研发过程也必须满足公司内部生产质量管理的有关规则。这就需要有一个多功能交叉的项目团队。项目团队也由十几个人组成，包括市场销售部、法规部、知识产权部、临床试验部、质量管理部、生产运营部、售后维修部以及研发团队等各方代表。整个研发过程不仅仅是造出一台新机器，还包括发展出与之相配的一整套支撑体系。

研发过程包括设计构思、可行性研究、产品开发、转入生产、首发销售等几个阶段。整个过程通常需要5至8年。每一阶段都需要创新，而设计构思这一块是产品创新的根本所在。创新没有固定模式，但是总要考虑顾客需要什么，公司需要什么，市场现有产品的优缺点，有哪些新技术可以应用。在这几方面有了深入的了解后，设计构思就有了轮廓，如治疗功能、设备可靠性、产品成本、研发所需时间。然后，研发就进入了可行性研究阶段。在这个期间，有两个大的方面：一方面是设计的基本理论，这是纲。没有理论，就没有方向。另一方面，是实验，它不仅验证理论，更是检验理论所不涵盖的、成百上千的工程细节。所以，实验要贯穿整个研发过程。

新产品研发中，很重要的一件工作，是沟通。任何人，在思想不到位时，行动不可能到位。所以，要让每个人知道团队的目标、问题、计划，对项目有全面的了解。只有这样，整个团队才能成为一个相互配合的、有执行力的整体。研发过程中，还有一个重要的变量，就是人的情绪。每个人，自觉或不自觉地代表着个人利益、知识以及自己的做事原则。可以是动力，也可能成为阻力。所以，研发过程中一个极重要的方面，就是要注重发展和提升每一个人，让每一个成员都有具体的、对研发结果有重要贡献的工作。每个人只有看到了自身的价值和发展空间，才会有热情，整个团队才会生机勃勃。

总结起来，在公司里解决问题有两点很重要：第一、要了解公司运作的方方面面，对与问题有关的知识，特别是非书本的实际知识，要有全面的了解。没有这种了解，在复杂多变的环境中就没有基本判断力。第二、要自己去提炼问题，形成问题。这个过程中的未知数最多，选择最优解的可能性也最大，是应用知识和锻炼能力的最重要的时间窗口，最广阔的空间。李振道说过，研究一个课题，要从了解原始问题的形成开始，而不是在别人的结论上继续。这对解决工程问题完全适用。

作为一个以物理为基础的工程师，我觉得主要的素质是有图像、有直觉、能计算、会实验。我学习的主要标志，是清清楚楚地把每一个关键概念画到图上。在画图的过程中，把问题精确定义、定量，建立直觉。以后的复习与交流，均以图为依据。杨振宁说过，当直觉与事实不符合时，就是最好的学习机会。学习的目的就是建立或修正直觉。其实，科学的老祖宗牛顿在他的巨著《原理》中（The Principia， Mathematical Principles of Natural Philosophy）就用了270多幅几何图形，来定义和描述各种运动学情况，描述物体运动的基本定律。爱因斯坦也是用了一辆火车在两只固定的钟之间运行的图，阐述了只要光速不变，时间就必然与参照系的速度有关的相对论观念。

总之，无论是从事生产还是研发，一个工程师要把主要精力用在解决实际问题上。公司在解决问题中前进，工程师在解决问题中体现自身价值，增加自身价值。与此相应，物理教育的重点，是培养学生应用知识，去不断解决哪怕是很小的实际问题，在质疑与冲突中学习，建立有感觉的知识体系。 （待续）

（栏目编辑 廖伯琴）