如何培养创新能力(朱时清)

如何培养创新能力2006-09-11朱清时（中国科学技术大学）目前我国正面临经济发展的最大机遇和挑战。在未来的岁月里，我国经济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。改革开放以后，我国培养出的大量学生到美国等西方国家读学位或工作，一般地说，在上课和考试中，中国学生往往好过美国学生，到作研究和进一步办产业时，情况正相反，暴露出了中国学生总体上创新能力不足。在国内，情况就更突出了。近年来,中国的SCI论文数已居世界前八名,但其中原始创新的极少。中国的发明专利就更少，而中国所拥有的高新产业中的核心技术则几乎是空白。为什么会这样呢？关键在于人才。我国的在校大学生总数已经世界第一(1998年是623万,2005年已有2300万)，每年毕业的大学生也居首位，不缺一般人才，关键在于我国未能培养出大批具有一流创新素质的人才。造成这种状态的原因很多，除了需要在我国发展出适合新时代的創新文化和教育体系和制度外,还需要着重培养学生内在的创新能力。怎样才能培养出大批学生的创新能力?这是我国高教界面临的一大问题。从1957年上初中至今，我认识了许多学生，他们中不少人念书的成绩都很好，但在毕业后独立工作时，要么一遇困难就束手无策，要么跟着别人作，总是打不开新局面,换言之就是缺乏创新能力。为什么在校时的好学生毕业后会这样呢？这使我思考我们的教育系统（从小学到大学研究生院）究竟有什么不足。半个多世纪中的学习和工作，特别是最近十年从事的教育工作，使我认识到，我们现行的教育体系的一大问题是片面性，只重视学生的知识积累和培养他们进行分析和推理的能力，忽视了创新人才所必需的其它素质。这里我专门讲它们,希望同学们能早些认识到这些，重视培养自己的全面素质，今后在你们中出现更多的具有高度创新能力的人才。这里谈谈我的经验和看法。一.好奇心和兴趣好奇心是创新人才最重要的素质。科学上最重大的原始创新大都是由好奇心推动的。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：“我没有什麽特别的才能，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：“空间时间是什麽，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。试想一下：你是否对自然现象感到过好奇？自然现象分两类，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，如空间时间是什麽？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仅是凤毛麟角了。在爱因斯坦七十岁生日时，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，爱因斯坦是人类中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？第一是让学生有机会观察到丰富多彩的自然现象和亲手作实验。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暴光引起的。爱因斯坦也是这样，他回忆说：“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，它在我们面前就象一个伟大而永恒的谜，然而至少部分地是我们的观察和思唯所能及的。对这个世界的凝视深思，就象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，使他在晚年拒绝了作以色列总统的邀请。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。第二，教学方法也很重要。量子论的创始人普朗克回忆说，他在上小学时，他的老师说：“想像一下，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那样。它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可以如何在课堂教学中被引发，而且决定他的一生。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。好的教师不仅对所将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，就象普朗克终生难忘的老师那样。二.直觉或洞察力从上中学至今，我认识许多学生，他们念书时都很好，但毕业后工作能力相差悬殊。其中一个重要原因就是直觉和洞察力不同。什麽是人的直觉和洞察力？简而言之,它们是指当一个人面对十分复杂的情况时,迅速地抓住问题的关键并找到出路的能力。一个好的领导人，靠直觉和洞察力可以马上找到复杂问题的关键所在和解决办法。科学家也一样。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。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，我觉得自己的处境象布里丹的驴子一样，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自觉能力不够强，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。”在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，因而可以大发展的课题方向。培养学生的这些素质是创新能力教育中最重要的问题之一。如何培养学生对科学的直觉和洞察力？这些能力是不能靠上一门课或读一些书（类似“小说写法”之类）获得的。培养学生创新能力的最好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，通过教学与科研相结合，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。特别是它们都有许多学术大师，学生有机会与大师直接交流。这些交流容易产生火花，让学生领悟对科学的直觉和洞察力。因此，一流大学最重要的是要有一流的大师或经常请到一流的大师来校讲课或作报告，让学生能经常与他们直接交流，观察他们，模仿他们，悟出自己的直觉和洞察力。近年来，中国科大每年都邀请国内外的大师来校给师生作报告。有人不理解，认为花许多钱请这些人来作一二小时的报告实效不大，因为他们讲的，要么书上已有，要么大多数人听不懂。这些话有片面性，因为当面听讲与读书本不一样，不仅口头语言与书面语言不同，而且大师们的表情、动作，特别是他们在回答听众问题时，如何迅速寻找答案，这些可能让一些人悟出什么是直觉和洞察力。三.勤奋刻苦和集中注意的能力数学家华罗庚常说一句名言“天才出于勤奋，聪明在于积累”。他还说过：“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。”他还带出了优秀学生，陈景润就是其中之一。这些科学家对基础知识下的功夫很深，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、几十年的练习一些基本动作，直到如此炉火纯青，以至使普通人认为这是天才作出的奇迹。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9－10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。然而,勤奋刻苦必须以能集中注意力为前提。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中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，天才比常人能更高度地集中注意力。能长时间集中注意力勤奋工作的人，才可能成为天才。华罗庚和陈景润就是这样的天才。事实上，他们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，他才能作出别人作不到的事，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作深入研究。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”，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.创新型人才还要善于抓住机遇人的创新能力是由两类素质构成的，一是上面讲的那些素质,第二方面的素质是发现机遇和抓住机遇的能力。《三国演义》中诸葛亮的故事是个众所周知的例子。在南阳卧龙岗隐居时，诸葛亮肯定已具有非凡智力，然而若他未遇刘备，并抓住这个机遇毅然出山，他也不会创造出那段精彩的历史，被传颂至今。创新型人才还要善于抓住机遇和创造机遇。过去几十年中我见过许多学生,他们都具备了很好的个人素质,后来的成就却千差万别,其中一个原因就在于是否善于抓住机遇。韩信是历史上最会用兵的人之一，他帮助刘邦以弱胜强，打败项羽，建立汉朝。“史记-淮阴侯列传”中“萧何月下追韩信”的故事是中国历史上极富戏剧性的一幕。如果萧何未追上，韩信就只有回家种田了，因为他已经在项羽和刘邦那里都试过，被拒了。那样一来，韩信的抱负和才能就无机会展现，他也就成为历史上失传的芸芸众生之一。这件事说明机遇对一个人是多么重要。就自然科学而言，一个学科领域中大的机遇百年一遇，中等机遇可能十几年、几十年一遇，人的一生中小机遇不断。对于这点要有清醒的认识。大的机遇是历史和社会造成的，科学史上的重大突破，都与这类大机遇