德国的真正崛起是从教育改革开始的，以1810年创办柏林大学为标志。柏林大学是世界上第一所研究型大学，被誉为“现代大学之母”，它既不同于传统英派大学的绅士教育，也不同于法派大学的工程师教育，而是以科学研究为主要使命，主张利用大学探索纯粹的学问和真理。如图1所示，在办学理念上，柏林大学主张学校与政府和社会保持独立，进行自由探索而不被干扰；教师的职责不仅是教学，还要搞科学研究，使知识经常更新；教师教学不仅传播知识，还要传授研究方法，使科学研究持续传承。在传播知识上，采用“讨论班”教学，教师与学生进行讨论，教师权威可以被挑战，启发和引导学生思考。在创造知识上，采用“讲座制”，一个学科设置一个教授，其他人围绕这位学术领袖来做研究，从而形成学派，一以贯之。

图1 柏林大学的办学模式

在这种办学模式下，柏林大学人才辈出、群星璀璨，爱因斯坦、薛定谔、普朗克、冯·诺依曼等都是柏林大学的校友，在哲学、数学、物理、化学、生物学等领域，柏林大学都培养出大批世界级大师，其中有相当一部分在二战之前获得了诺贝尔科学奖。

在柏林大学的示范下，德国又相继改革组建了一批大学，有力促进了自然科学的发展，继而对自然科学研究方法提出新的要求，实验室教学法应运而生。1826年，化学家李比希在吉森大学创办了第一个现代化实验室（称“李比希实验室”/“吉森实验室”），开创了现代实验室教学法。实验室规模大、设备先进，可同时容纳22人做实验，教室可容纳120人听讲，实验设备和仪器齐全，便于随时做实验和演示；凡从事化学研究者，不仅要学习知识，还必须到实验室做实验，进行验证和探索，学生经过独立实验研究完成论文，才能获取毕业资格；做实验时，教师与学生之间可以相互质疑、共同探讨，相互启发、打破权威，形成研究伙伴关系。这种实验室教学法实质上是一种新的科研组织模式，将实验资源和众人智力集中化，单人难以解决的科研问题被集中攻破，使得研究方法系统化、高效化，平庸人才经过训练亦可成为一流人才。

在李比希实验室的示范引领下，19世纪中期，德国各大学也纷纷建立新型实验室，共同促进了德国实验科学的发展。同时，通过招收留学生的方式，德国吸纳了一批英、法、俄、美的青年前来学习，大大提升了其在国际上的科学影响力。

柏林大学和实验室教学法使德国在科学人才培养和科学研究上得到高起点发展，这时第一次工业革命所带来的工业化机遇，恰好使德国的科学发展有用武之地，并经长期积累引发了第二次工业革命：

首先，英国在1780年代引爆第一次工业革命，并在纺织业上获得先发优势，但在染布工艺上有无法攻克的缺陷。待19世纪工业革命浪潮传至德国，德国借助长期的科学发展，恰好解决了这一问题。通过实验室化合方法，德国发明了稳定的工业染料和染色法，大大提升了其纺织品的竞争力和附加值，使纺织工业后来居上，推动了本国轻工业的发展。

其次，纺织业的发展带动了德国交通运输业、机械制造业和冶金工业的发展，德国由此快速切入重工业，比英、法节省了更多的工业化时间。19世纪中后期，德国大力发展以铁路为代表的重工业，从煤炭开发到炼钢，再到装备制造，都实现了快速发展，1850-1913年间，德国重工业的发展速度一直快于轻工业，到一战前夕，德国已建立起完善的工业体系，重工业占据了主导地位。

最后，德国工业起步时，承接了英法等外国资本投资，大量引进技术和装备，迅速获得规模经济效益。19世纪后三十年，德国科学研究水平不断提升，大量科学家和科学研究成果涌现，催生出有机化学、电力电气等新兴产业，并不断向外扩散，最终引发了第二次工业革命。

随着工业的发展，德国对科学和技术的需求大大增加，这又反过来促进了科学研究和技术发明的进步。19世纪的德国，还没有专门的企业研发人员，为了实现技术突破，企业大量雇佣大学科研人员，解决了一批大学生就业的问题，并使纯科学研究与商业化应用有机结合起来，形成一种“科学研究促进工业发展、工业发展反哺科学研究”的良性循环。但随着工业发展速度的进一步加快，仅限于从高校雇佣和接纳人才，已不足以满足其需求。为此，19世纪后三十年，随着第二次工业革命的爆发，德国将大量实业学校改造为高等技术学校，专门培养技术人才，满足工业需求，为了提高技术人才的技术水平和劳动生产率，高等技术学校不断学习研究型大学，引入自然科学研究课程，久而久之拥有了与研究型大学同等的地位，遂改称“工科大学”，使德国开辟出了科学研究之外的第二条高等教育道路，即理工科教育，也为德国工匠精神的培养奠定了厚实基础。

到19世纪末，德国的经济总量已跃升至欧洲第一，进入20世纪，诺贝尔科学奖一经颁发，德国就走在世界前列，到一战前夕，其获奖数量甚至达到英国的2倍、美国的4倍，成功建成世界科技强国。

纵观德国的崛起之路，主要经历了如下过程：研究型教育→实验科学发展→推动工业发展→借助科学成果→引领工业革命→发展理工教育。简略来看，其走过的路径大体上是“科学—工业—技术”，整个崛起逻辑如图2所示。

图2 德国崛起之路

由于美国与欧洲地理距离相隔较远，所以第一次工业革命没有像德国那样很快在美国引入。19世纪初，只有少量冒险家进入北美，直到19世纪后半叶，随着远洋能力的增强，大批欧洲移民才得以进入美国。移民的涌入给美国带来三个好处：一是促进了美国的人口增长，为美国工业化发展提供了充足的劳动力。从1850年到1910年，外国出生者在美国人口中的占比从9.7%提升到了14.7%，移民潮中约63%是男性，75%在14-44岁之间，几乎80%以上的移民都进入劳动力队伍。二是带来了新的技术。由于当时的技术相对简单，容易跟随技术人员产生迁移，因此随着大批移民到来的还有各式各样的技术，为美国技术改良乃至技术发明做好了铺垫。三是扩充了美国的资本。欧洲移民也为美国带来了大量资本，从1840年到1900年，美国资本总量增长了17倍，年均增长率接近5%，甚至比人口扩张速度还要快。

经过移民的推动，美国的劳动力、资本、技术都得到了很大的扩充，促使劳动密集型和资本密集型工厂在美国大量发展，极大推动了美国工业化进程，使得美国从一个农业国转变为工业国。

在美国工业化发展的同时，西进运动也如火如荼地进行。1861-1865年又爆发了内战，战乱一方面损害了美国经济，另一方面延缓了移民进程，使美国面临着技术人才短缺的困境，加之工业发展对人才和劳动生产率提出更高需求，美国不得不考虑培养一批技术人才，以及搞机械化大生产。在此背景下，美国一方面通过《赠地学院法案》大力兴办农工学院；另一方面鼓励技术创新，发展机械化大生产。

兴办农工学院培养了大量工农业技术人才，提高了劳动生产率，同时催生出一批实用取向的美国高校，确立了农业和工业应用类学科教学在美国高校中的地位，许多著名州立大学，比如伊利诺伊大学、威斯康星大学、加利福尼亚大学、麻省理工学院等借机发展起来。也打破了联邦政府不过问教育的传统，使美国政府初步具有了干预经济、教育的能力和经验。

鼓励技术创新则使美国对引进技术的消化吸收和改良能力不断提升，新机械发明不断产生，而且伴随着专业化分工的不断深入，美国逐渐催生出装备制造业，促进了设备生产的标准化与规范化，提高了制造业生产效率；同时逐渐形成了美国制造体系，使其工业生产能力可与欧洲抗衡。

在技术引进阶段，许多来自欧洲的技术经过美国的改进，变成广泛应用于市场的产品，19世纪后半期一度出现“技术发明在欧洲，应用在美国”的局面。但当第二次工业革命的最新成果，随着新的通讯技术和留德归来的学生传入美国后，美国意识到自身科学教育水平的严重不足，于是开始考虑教育改革。在此背景下，约翰·霍普金斯大学应运而生。

1876年，在创办该大学时，德国先期的教育改革和工业革命的爆发，已导致传入美国的知识成倍增长，青年学子难以在短期内学完这些知识并进行新知识创造。为此，约翰·霍普金斯大学设计了新的教育模式（见图3），将大学分为本科生和研究生两个教育阶段，分别从事知识学习和知识生产工作，以解决知识量增长过快、教育“内卷”的问题。学校同时设立研究生院用于管理本科生与研究生的衔接，通过严把本科生升学率及博士学位授予比例，实行严格的学术训练，培养出了可与德国留学生同台竞争的高素质科学人才。同样，在约翰·霍普金斯大学的带动下，一大批美国高校得以建立或改革，从而奠定了美国科学研究的本土教育基础。

图3 约翰·霍普金斯大学的办学模式

随着研究型大学的兴起，美国培养的科研人才越来越多，到了19、20世纪之交，一大批科研人才需要寻找工作。恰好第二次工业革命带来的机遇，使美国工业发展规模越来越大，对人才和科研的需求也越来越强烈。一些企业纷纷在内部设立企业研究所或工业实验室，雇佣高校科研人员做应用研究和应用型基础研究，甚至还进行纯科学探索，部分企业家还出资设立私人基金会，专门资助科研人员开展科学研究。大量科研机构在这一时期得以兴办，比如通用电气研究实验室、贝尔实验室等，研究型大学也在企业的资助下不断扩大办学规模。美国工业界与科学界的紧密结合，不仅提高了企业自身的科技创新能力，也大大促进了美国纯科学研究的发展，在这种良性互动下，美国的科技实力一步步发展起来。

到了20世纪，两次世界大战加快了美国的崛起进程，美国抓住战争机遇，从欧洲引进大批流亡科学家，从事基础研究、应用基础研究和培养科学新人，加之前期本土培养的科学人才，美国迅速崛起成为世界科学中心，至20世纪40年代，美国诺贝尔科学奖获得数量反超德国，成为世界第一，成功建成世界科技强国。

纵观美国的崛起之路，主要经历了如下过程：工业化进程→技术需求→技术教育→工业进一步发展→科学需求→科学教育→工业研究。简略来看，其走过的路径大体上是“工业—技术—科学”。整个崛起逻辑如图4所示。

图4 美国崛起之路

可以看出，德国与美国都是在科学与工业的互动中实现了崛起，建成了科技强国。科学与工业互动意味着创新链与产业链融合，科技与经济融合，无论是德国的基础研究促进应用研究，还是美国的应用研究牵引基础研究，二者都很好地强化了科技体系化能力建设，以及发挥了科技对经济的引领性作用。新中国成立以来，我们先后经历了应用型国防科技研究→技术引进推动工业化→创新驱动经济发展的阶段，现已进入科技自立自强和迈向科技强国建设的新阶段，在发展路径上与德、美均有所不同。我们必须立足本国国情，走具有中国特色的科技强国之路。

3.1 工业革命是后发国家实现科技赶超的最佳机遇，抓工业革命机遇须从抓基础设施建设做起

德、美两国都因抓住工业革命的机遇而快速赶超先发国家，建成科技强国。两国经验表明，工业革命一般由“能源三角”引起，然后向新兴产业扩散，基础设施网建设是中间的重要桥梁（见图5）。比如，19世纪末20世纪初，大规模廉价石油的发掘（能源）、内燃机的发明（动力机）、流水线批量生产的汽车（交通工具）三者结合，迅速推动公路、港口、机场、电力网等基础设施快速发展和普及，继而又推动钢铁、造船、装备制造、家用电气等新产业兴起。当前，新能源革命、新交通工具、新数据传输技术等如火如荼地发展，世界步入新一轮产业变革的机遇期，我国须加大相关基础设施建设投入，为新一轮经济腾飞奠定坚实基础。

图5 工业革命扩散示意图

3.2 教育改革是科技发展的前提，必须大力推动教育改革，实施科教融合战略

无论是德国教育的先发模式，还是美国教育的后发模式，都有力支撑了两国科技的真正崛起。根据两国经验，科技崛起终究要靠本土人才培养，而人才培养必以改革教育为前提。教育改革须与科技改革保持同步，甚至超前，但绝不可滞后。围绕科技发展需求而进行教育改革，是最有效的改革方法，因此实施科教融合战略势在必行。

3.3 科技开放是快速提升科技水平和影响力的有效方法，必须坚持扩大开放，以开放促进科技创新

美国和德国的科技发展都因坚持对外开放而受益。美国从工业化开始，就实施宽松的移民政策，历史上多次审时度势修改移民法案，才吸纳了欧洲大量技术人才、资本和顶尖科学家。德国虽然培养了大量本土科学家，但也主动通过招收留学生和到国外任教等方式，提升自身国际影响力。可见，一个国家不管是处于科技劣势还是优势地位，都应以开放促创新，积极利用国际资源，快速提升自身科技水平和影响力。

3.4 科技强国建设必须依赖内生动力，必须适时转换创新模式，提高科技供给质量

开放合作和引进先进技术可以实现快速赶超，但科技真正崛起还需依赖内生动力。德国和美国在工业化发展到一定阶段，都是通过科技自立自强实现质的提升，从而超越发达国家的。越是进入高质量发展阶段，科技内生能力就越重要。我国建设科技强国，既要加强基础研究和关键核心技术攻关，又要注重提升科技体系化供给能力。