如何培养学生的创新能力---朱清时.doc

如何培养学生的创新能力朱清时 编者注：朱清时，1946年2月生，四川省成都市人，化学家，中国科学院院士。1968年毕业于中国科学技术大学近代物理系。曾任中国科学院青海盐湖研究所和大连化学物理研究所课题组长和研究室主任。1991年当选为中国科学院院士。1994年开始在中国科学技术大学从事教学科研工作，1998年6月任中国科学技术大学校长，1999年5月任国务院学位委员会委员。曾在美国加州大学圣巴巴拉分校和麻省理工学院作访问学者，美国布鲁克海文实验室和加拿大国家研究院作客座教授，法国格林罗布尔、帝戎和巴黎大学作客座教授，并作为英国皇家学会客座研究员在剑桥、牛津和诺丁汉大学工作。在分子高振动态的实验和理论研究方面，取得一系列具有国际领先水平的重要成果。曾于1994年获海外华人物理学会亚洲成就奖和国际著名学术杂志光谱化学学报（Spectrochimica Acta）设立的汤普孙经念奖。这篇文章，应该说，既是老师们应该知道和了解的，同时也是广大同学们应该知道和了解的，教学相长，是需要共识的。关键句：“培养学生创新能力的一个要素，就是让学生通过学习知识逐步形成自己的品味。”目前我国正在实施科教兴国战略，建设国家创新体系。这是我们这代教育工作者面临的最大机遇和挑战。这项事业成败的关键在于能否培养出大批具有一流创新素质的人才。我在文革高潮中大学毕业，从西北地区的工人做起，改革开放后到过不少世界一流学府，后来又长期从事教育和科研工作。因此对于青年人如何成才有较多的阅历和特殊的视角。本文谈我对创新人才素质的认识。它们中的一些内容，例如悟性和记忆力等，大家已有共识，这里不多讲了，只着重讨论那些容易被大家忽视，然而对于创新能力却是至关重要的素质，然后再介绍如何培养学生的这些素质，供大家参考。 传统教育制度中存在许多不利于创新人才成长的弊病，如，在教育思想上只重视向学生传授知识，忽略了培养他们创新知识的能力；在传授知识时采用灌输式，忽略了学生的兴趣和好奇心；在评价体系上采用简单划一的方式，未能反映出学生真实、全面的水平和能力。这些弊病的存在，在一定程度上遏制了创新能力的发展，爱因斯坦对此就深有感触。爱因斯坦是人类有史以来最有创新能力的科学家，他在1955年3月(他去世前一个月)是这样回忆18961900年他在苏黎世工业大学的学生生活的：“我很快发现，我能成为一个有中等成绩的学生也就该心满意足了。要做一个好学生，必须有能力去很轻快地理解所学习的东西；要心甘情愿地把精力完全集中于人们所教给你的那些东西上；要遵守纪律，把课堂上讲解的东西笔记下来，然后自觉地做好作业。遗憾的是，我发现这一切特征正是我最为欠缺的。”“对于像我这样爱好沉思的人来说，大学教育并不总是有益的。无论多好的食物强迫吃下去，总有一天会把胃口和肚子搞坏的。纯真的好奇心的火花会渐渐地熄灭。”爱因斯坦的这段话生动地说明了传统教育的弊病，遗憾的是，目前它们仍然在我国的教育系统中普遍存在。 西方科技先进的国家较早认识了此问题，他们在培养青年学生的创新素质上已经有许多成功的经验，以下简介其中最重要的几点。 一、 好奇心和兴趣 好奇心人皆有之，但是对自然现象具有好奇心的人就不多了，这种好奇心是科学研究的驱动力，因此是创新人才最重要的素质。 众所周知，核物理学的一个重大里程碑放射性的发现，就是因为年轻的居里夫人被一种强烈的好奇心所驱使，选择了探索贝克勒尔射线的秘密作为论文课题。她花了整整四年时间，在一个破旧的棚房中坚忍不拔地重复着繁重而又枯燥的工作，终于找到了新元素镭和钋。 爱因斯坦对传记作家塞利希说：“我没有什么特别的才能，不过喜欢寻根刨底地追究问题罢了。”他又对一位物理学家说：“空间、时间是什么，别人在很小的时候就已经清楚了，我智力发育迟，长大了还没有搞清楚，于是一直在揣摩这个问题，结果就比别人钻研得深一些。”他的这段极为朴实的话，蕴含着深刻的含义。试请读者想想以下问题： 你是否对自然现象感到过好奇?自然现象分为两类，一类是人们未曾经历过的异常现象，如火山爆发，对这类自然现象感兴趣的人很多，但能把这种兴趣持久下去的人就不多了。第二类是人们在日常生活中司空见惯的东西，如空间、时间是什么?对这类问题感兴趣的，或能够思考这类问题的人不多，其中绝大多数人只满足于一些简单的回答，能像爱因斯坦那样深入思考下去的人就是凤毛鳞角了。 在爱因斯坦70岁生日时，著名物理学家拉比致词说：“在爱因斯坦以前，在爱因斯坦以后，从来没有人这样深入地探索、研究过我们关于空间、时间、因果性这样一些人类最本能的观念。”拉比的话带有很浓的感情色彩，但毫无疑问，爱因斯坦是极少数能够深入思考这类人类最本能的观念的人，因而他对这类问题的好奇心可以持续下去。正巧他又生逢其时：科学的发展刚刚为解决此问题准备好了一切必要条件，能力和机遇的完美结合使他成为人类历史上最伟大的科学家之一。 如何培养学生对科学的好奇心或兴趣呢? 1、让学生有机会观察到丰富多彩的自然现象和亲手做实验 前面讲过居里夫人的例子，她的好奇心是在她看到胶片被一种神奇的物质曝光引起的。爱因斯坦也是这样，他在自述中回忆说：“当我还是一个四五岁的小孩，在父亲给我看一个罗盘的时候，就经历过这种惊奇。这只指南针以如此确定的方式行动，这种经验给我一个深刻而持久的印象。”关于这种对科学的兴趣，他又说：“在我们之外有一个巨大的世界，它离开我们人类而独立存在，它在我们面前就像一个伟大而永恒的谜，然而至少部分地是我们的观察和思维所能及的。对这个世界的凝视、深思，就像得到解放一样吸引着我们，而且我不久就注意到，许多我所尊敬和敬佩的人，在专心从事这项事业中，找到了内心的自由和安宁。”正是他对科学的这个伟大而永恒的谜的兴趣，使他在晚年拒绝了担任以色列总统的邀请。 这样的例子不胜枚举。发达国家十分重视对青少年开展科普活动，科学博物馆等科普设施十分普遍。另一方面，好的学校都重视教学实验课和实验设施。这些正是我国目前最缺的，希望引起大家的重视。 2、教学方法很重要 量子论的创始人普朗克回忆说，他在上小学时，他的老师说：“想象一下，一个工人举起一块重石头，奋力顶住它，把它放在房顶上，他做功的能量没有消失。多少年以后，也许有一天，石头掉下来砸了某人的头。”这个解释能量守衡定理的例子使儿童时代的普朗克终生难忘，就像他被那个落下的石头砸着了一样。这种教学方法使普朗克对支配着物质世界的物理规律产生了浓厚的好奇心，并且从此对物理学产生了浓厚的兴趣。这个故事是一个生动的例子，它说明人的好奇心和兴趣如何在课堂教学中被引发，而且决定他一生的事业追求。因此，课堂教学永远是学校的中心环节，应该让最好的教师讲课。好的教师不仅对所讲的知识有深刻的了解，而且也善于用学生易懂的语言表达出来，就像普朗克终生难忘的老师那样。 二、 品味、直觉和洞察力 好奇心和兴趣进一步升华，就可以形成一种英文称为“taste”的东西。这个词很难准确翻译，这里暂译为品味。杨振宁曾对它作过一个精彩的分析（见倪光迥，中国百科知识，1987年第1，2期）：“学好别人已经消化好了的知识，这当然是很重要的因素，但要使研究工作真正成功，最主要的还是在于把当时已有的知识和自己的见解，跟自己的taste结合起来，从而冒出新方向来，这才是研究工作最重要的一点。”一个人的品味是如何形成的？他又说：“同时走到一类道路上去的人，后来所做出来的结果往往又是很不一样的，这个不一样其分歧的基本道理，我觉得就是刚才所讲的taste，而这个taste的成长基本上是在早年。我认为一个人的幼年跟青年以及与他刚跟这个学科接触的时候所学到的知识恐怕是决定taste的基本因素。这个很有意思的问题，至今我还没有看见心理学家或生理学家对它进行过分析。”因此，培养学生创新能力的一个要素就是让学生通过学到的知识逐步形成自己的品味。 当一个科学家在从事创造性工作时，他常常犹如站在分叉路口，他的品味（taste）是决定他选择哪一条道路的重要因素。在这个意义上，品味又与科学家们常说的直觉很相似。正如一个好的指挥员，面对复杂的局面，必须靠直觉和洞察力马上找到关键所在和解决办法。一位英国科学家在同我谈到我们都认识的一位美国青年教授时说，这是一位好科学家，因为他对科学有很好的直觉。类似的话我听过许多，有经验的科学家都知道，好的直觉是优秀科学家的必要素质。 什么是科学家的直觉和洞察力?为何它如此重要?爱因斯坦曾现身说法地解释过：“(学生时代)我在一定程度上忽视了数学，其原因不仅在于我对自然科学的兴趣超过对数学的兴趣，而且还在于下述奇特的经验。我看到数学分成许多专门领域，每一个领域都能费去我们所能有的短暂的一生。因此，我觉得自己的处境像布里丹的驴子一样，不能决定自己究竟该吃哪一捆干草。这显然是由于我在数学领域里的直觉能力不够强，以致不能把带有根本性的最重要的东西同其它那些多少是可有可无的广博知识可靠地区分开来。诚然，物理学也分成了各个领域，可是，在这个领域里，我不久就学会了识别出那些能导致深邃知识的东西，而把其它许多东西撇开不管，把许多充塞脑袋、并使它偏离主要目标的东西撇开不管。”这里爱因斯坦强调了直觉在选择研究课题上的重要作用。爱因斯坦能够取得如此大的成功，原因之一就是他在很年轻时就懂得直觉的重要，又选择了他具有最好直觉的领域物理学。因此他能找到一个具有重大意义、取得突破的条件又已成熟、可以大发展的课题方向。 过去20多年中我认识许多研究生，他们念书时都很好，但20年后，成就相差悬殊。这是由于有的路越走越窄，有的越走越宽。如果一个人选项择的方向，在5至10年后大有发展，他就能有大成就；如果他选项的方向是强弩之末，就会白费力气了。影响一个人的选择的决定性因素是：品味、直觉和洞察力。培养学生的这些素质是创新能力教育中最重要的问题。如何培养学生对科学的直觉和洞察力?它们是难以用语言来描述的，最好的办法是让学生在实践中和浓厚的创新气氛中自己“悟”出来。因此世界上的一流大学都是研究型大学，它们都通过教学与科研结合和扩大研究生人数，在学校里营造出浓厚的研究气氛，来促进学生的创新素质的成长。 三、 勤奋刻苦和集中注意力 在少年时代我最崇拜数学家华罗庚，他常说的名言“天才出于勤奋，聪明在于积累”是我的座右铭。华罗庚还说过：“在中学时，别人花一小时，我就花两小时。而到工作时，别人花一小时解决的问题，我有时就可能用更少的时间去解决了。”此外，他还带出了优秀学生，陈景润就是其中之一。 这些科学家在基础知识方面下的功夫很深，像老工人熟悉机器零件一样熟悉它们，因此也可以像老工人把零件装成机器那样熟练地用它们写出新定理，组装出新反应，完成新实验。当你看精彩的杂技表演时，就可以生动地感受到这个道理。杂技演员几年、几十年地练习一些基本动作，直到练得炉火纯青，以至使普通人认为这是天才做出的奇迹。科学研究和杂技在这个意义上是相似的。陈景润说过：“做研究就像登山，很多人沿着一条山路爬上去，到了最高点，就满足了。可我常常要试910条山路，然后比较哪条山路爬得最高。凡是别人走过的路，我都试过了，所以我知道每条路能爬多高。”这句话揭示出了陈景润何以能超过别人达到顶点的秘密。 少年时代我们对华罗庚的名言的理解很片面，以为只要勤奋就能成为天才。我的几个好朋友常在一起学习，外在条件完全相同，花的时间也一样多，成绩却相差很大，有一位还得了神经官能症休学了。这时我们才明白，勤奋只是成为天才的条件之一。勤奋刻苦必须以身体条件和能集中注意力为前提。我在学生时代最怕熬夜，因为只要大脑累了，注意力不能集中，就不能再思考问题，挺下去毫无益处。能否集中注意力是决定工作效率的关键。 注意力集中的程度决定着思维的深度和广度。科学史上思想深邃的巨人都特别能集中注意力。牛顿曾在思考时误把怀表当作鸡蛋放进水里煮。奥托弗里希回忆说：“爱因斯坦特别能集中注意力，我确信那是他成功的真正秘诀：他可以连续数小时以我们大多数人一次只能坚持几秒钟的程度完全集中注意力。”这句话很精彩，它清楚地揭示出了优秀科学家与一般人的不同之处。 因此，现在我想对华罗庚的名言做个注解：“天才比常人能更高度地集中注意力。能长时间集中注意力并勤奋工作的人，才可能成为天才。”华罗庚和陈景润就是这样的天才。事实上，陈景润的成功不仅是由于他有超常的毅力、耐性和不计代价的投入，更重要的是他具有长时间地高度集中注意力的能力。具有后一点，他才能做出别人做不到的事，也才能感受到工作的乐趣，从而舍弃正常人的生活，愉快地把全部时间都花在工作上。 学校不仅应该让学生具备集中注意力的能力，而且应该营造出有利于学生集中注意力的环境。一个人集中注意力的能力既有生理因素，也有心理和社会原因。生理因素包含先天和后天两类，许多事实均说明先天因素的重要，但是其中的科学原理尚待脑科学家们做深入研究。后天因素则比较明显，例如充分休息和适当运动之后，脑部供氧充足时，比较容易集中注意力；又如科学研究已确定：血液中铅含量较高的儿童会出现注意力缺失等。因此，足够的休息、适当的运动和恰当的营养有利于集中注意力。好的学校不仅应该给学生提供良好的学习和工作环境，还应该给学生提供好的休息环境和体育活动场所。 心理和社会的原因则比较复杂。例如，做自己很有兴趣的事最容易集中注意力；又如古人说的“宁静致远”，我有体会。我在学术上进展最快的几个时期都是我默默无闻的时期，那时心很静，注意力很集中，后来当选院士，社会活动大大增加，评审会，报告会不断，注意力再也无法集中。在这种情况下，我只好调整自己的定位：从一线退居二线。我也经常把此经验告诉一些优秀的青年人，过早地得到社会上的高知名度对学术研究不一定是好事。现在不少学校的校园里有很浓的商业气氛，青年人边读书边经商，这样一来，学生就难以静下心来，更谈不上集中注意力了。 四、 人文素质和文化传统 有志在各自领域成大器的人才还必须具备一些基本的人文素质。 一是“海纳百川，有容乃大”。即善于看到自己的同行和竞争对手的优点和长处，在保持各自的风格和特点的同时，相互学习、相互鼓励、相互支持。英国名作家萧伯纳曾说过一句精彩的话，大意是：两个人交流思想与交换苹果不同，交换苹果以后，每个人手里还是只有一个苹果，而交流思想后，每个人都有了两个思想。具备这种素质的人，就能不断获得新思想，同时也才能有“团队精神”。目前我国的学生中独生子女很多，学校教育又忽视培养学生的这种素质，这是很堪忧的。 二是要提高自信心。举一例即可说明：获得了诺贝尔奖的约瑟夫荪效应被发现时，约瑟夫荪还很年轻。他发现此现象时并不理解，但他相信自己没错，就与他人合作，坚持研究下去弄清了原理。其他人也曾看到这类现象，他们不理解，就认为自己的实验有问题，不再去想它。科学上的重大发现在初期往往难以被人理解，有自信心的人才能勇于创新、不怕风险，这样才能领风气之先，反之，缺乏自信心，就只能去跟潮流。具有博大的胸怀和自信心是成功的前提，希望这两点能引起大家重视。只有使我国的年轻人才普遍具备上述这些素质，我们才能造就一批科学界的大师，他们中才能有人问鼎诺贝尔奖。 另一方面，一个人的成就与他所继承的文化传统也有关。任何一种传统文化都有利有弊，我国的也不例外。我们的传统文化是在五千年文明中形成的，其优点很多，我们十分自豪。但是也应当看到，尽管我国古代科学技术曾有辉煌成就，它们却未能发展成现代自然科学。爱因斯坦曾对中西方文化的差异作为如下评述：“西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础的，那就是希腊哲学家发明的形式逻辑（在欧几里得几何学中）和（在文艺复兴时期）发现通过系统的实验可能找出因果关系。在我看来，中国的贤哲没有走到这两步，那是用不着惊奇的。”杨振宁也认为，现代自然科学的根是公元前3世纪的欧几里得几何原本（其中只用了5个公理，5个公式和23个定义证明了467个命题，这是最早的完整的公理化体系），而现代科学诞生于1687年牛顿发表的“自然哲学的数学原理”，它完全采用以几何原本为样本的公理化体系。经过在17、18和19世纪对西方的科学思想的竭力抗拒之后，我国从20世纪初才开始引进现代科学。近年来又不断出现伪科学流行的怪事，值得我们思考。因此，要培养现代科技创新人才，我们还应考虑我国的传统文化底蕴，大力普及科学和科学方法。此外，对我国科技进步的速度也不要性急，因为现代科学教育在中国的历史上仅有一个世纪，而大规模地进行还不到50年。要把单一的文化底蕴多元化，这点时间还不够长。 摘自学府之魂中外著名大学校长教育理念第一卷 眭依凡/主编 江西教育出版社