清华大学金涌院士《创新思维及创造能力养成》

创新思维与创造能力的养成清华大学化工系金涌2012.5科研创新能力是未来国际竞争主要体现经济实力、国防实力、民族凝聚力、综合国力的竞争，最终决定于：科技水平、人才素质，创新能力的竞争科技进步是社会发展的内生要素，技术转移会遇到多种扼制。国力的竞争最终不决定于财富鸦片战争和甲午战争中，因果和日本会先后战胜大清国，按当时可比价格计算，大清国的GDP分别为英国的4倍和日本的5倍——经济合作发展组织（OECD）经济史学家麦迪逊一流技术是市场换不来的通过引资、让出市场，会失掉自有技术和品牌，成为依附性国家：自1984年德国大众合资建第一个汽车组装厂开始，各国与中国“一汽”、“东风”、“上汽”三个规模最大，最具有政策和资源优势的厂已合资20年，没有出现自主品牌车。取得突破的是“奇瑞”、“吉利”等民营汽车厂。洗衣粉的引资失去了“活力28”、“白猫”等所有品牌，一直仍在卖含磷洗衣粉。一流技术是买不来的外国不会把第一流技术卖给潜在的竞争者。从美国UOP公司引进五条十二烷基苯生产线，全部是用剧毒的氢氟酸作催化剂，是美国已淘汰的技术。80年代我国布置下120条彩色电视生产线，发现没有买到彩管技术。引进了彩管生产线，发现电子枪关键技术没有生产特许权。引进了电子枪生产线，发现电视已平板液晶化、等离子化了。随着高级知识的全球扩散及低成本劳动力的出现，美国在市场、科学和技术方面的优势开始受到侵蚀。不强力巩固美国的竞争力基础，将很快失去自己的卓越地位通过发展源于天才科学家和工程师的新工艺，为全美公民创造全新的高质量的工作。美科学院05.10咨询报告《站在风暴之上》正是由于近代科技高速发展的光辉前景，世界自由贸易在一定程度内得到放宽，金砖四国应该是世界自由贸易的最大受益国。发达国家在可以通过科技高速发展，获取“比较优势”，垄断高端市场，二次世界大战前通过暴力手段达到目的，已不是最有利的手段了。使金砖四国有了一定的发展空间。发达国家通过技术垄断，知识产权，环境门槛，来保护其优势，科技竞争、人才竞争是国家间竞争的主要形式。一流技术是模仿不来的技术产权保护，产品更新速度快，贸易和环保壁垒，没有给学习者留下空间和时间。我国是DVD世界第一生产大国，每台DVD要向3C联盟、6C联盟交纳专利费，分别为9美元和6美元，国内每台利润要少于5美元。只有依靠自主创新，才是唯一科学发展模式。资源、生存空间竞争市场竞争科技竞争文化竞争创新不一定要昂贵的设备——发现石墨烯（2010年诺贝尔奖）安·海姆，康·诺沃肖洛夫，2004年曼彻斯特大学教授。用胶带从石墨上粘剥出薄片，再用胶带反复粘贴，剥离20~30层。在氮化硅基板上，用原子力显微镜观察看到，单层石墨薄片的完美六边形单层网格。厚度300万分之一毫米。创新不一定要昂贵的设备——发现石墨烯（2010年诺贝尔奖）它柔软却比钻石更坚硬，超导电又如玻璃透明。可用作触摸屏，超强、超轻复合材料。它是P.R.Wallace1940s理论上预言过的二维晶体材料。实验物理学不一定必须复杂设备，但要有创新思维。埃瓦•贾埃弗因发现超隧道效应，获1973年诺贝尔物理奖，称其实验条件是液氮杜瓦瓶是借来的伏安计是用普通电表电子示波器则是新学的技术拓展创造力≠广博的知识占有创新是以新方式应用知识，解决实际问题，与知识的原始性发现完全不同。——莱斯利（剑桥校长）创造性成果≠高资源占有创造能力与年龄无关获奖时间姓名获奖时年龄或发表论文时年龄研究方向1915年LawreuceBragg1890－197125岁X射线晶体结构分析1929年R.D.Broglie(1892-1987)1924博士论文32岁电子波动性1961年R.L.Mossbawer1929—～）1955研究生论文26岁,1958年获博士学位穆斯堡尔效应1972年J.R.Schrieffer1931－～）1957年作研究生时发表论文26岁超导理论1973年B.D.Josephson(1940～~)1962年剑桥研究生时论文22岁约瑟夫效应中国创新能力不足的原因传统思想束缚、教育方法缺失价值观扭曲—对劳动者权益（包括脑力劳动、体力劳动）的漠视—资源价格的低估—环境成本的无视行业垄断，地方保护遗存了解人材素质的内涵工程艺术科学人文区分“善－恶”区分“美－丑”区分“真－伪”创造与构建科学与工程关系：科学是工程创造的依据工程为科学提出新命题工程与人文关系：人文指导创造方向工程创造丰富人文发展内涵，为其物质基础。工程与艺术关系：工程对美进行科学表达艺术的大胆想象，对完美追求的品格指导创造美的事物陀螺仪结构与唐代被中香炉——科学与工程的巧妙结合工程与人文人与机器人，谁是最终主宰？机器人的信息处理速度快（IBM“深蓝”每秒判断2亿个棋盘位置），信息储存量大，运转准确性高，比人更有优势。机器人三定律（艾萨克.阿西莫夫）（一）机器人不得伤人（二）服从人的一切命令，但命令不与第一定律抵触（三）机器人保护自己的存在，但不得与第1、2定律抵触。工程与艺术玛丽莲.梦露大厦：北京MAD建筑师事物所（马岩松）参与加拿大多伦多地区设计竞赛获奖北魏嵩岳寺塔（公园523年）内部为楼阁式，外部为密檐式砖塔平面呈12角形，内部为八角形，共15层，高40多米。垂直公园（VerticalPark）该项目位于墨西哥Coyoacan市，有独立模块构建而成。公园每一堆叠层都可作为公用或私用空间，收集雨水和太阳能，从事城市农业。其钢架结构支撑太阳能电池板，为设备供电。比斯迪拜塔（BurjDubai）采用具有挑战性的但是结构，由连成一体的管状多塔组成。具有太空时代风格的外形，基座采用伊斯兰风格的六瓣沙漠之花形。高818米，162层。工程与艺术科学与艺术的关系：艺术捕捉瞬间的能力，超前虚拟，协助抓住和突破关键。通过科学思维与先进手段把虚拟创造性的复原为真实。人文与艺术的关系：人文指导创造方向艺术化的表达人文人文与科学的关系：人文通过思维，价值取向，政令影响科学发展方向和速度科学思想传播改变人们思维、价值取向低维凝聚态物理国际学术研讨会招贴画——华君武两个电子结成“库珀对”呈超导性，单电子则被困扰无超导行为。60个碳原子的“布基球”成蜂巢状，没有伴侣的蜜蜂被束缚。科学与艺术相对论性重离子碰撞国际学术研讨会招贴画——李可染碰撞后两个迅速背向飞离的原子核之间在很短时间内没有物质，却被激发，与宇宙大爆炸最初瞬间相似。对称与不对称——吴冠中对称是美妙的。镜象组合充满活力。基本粒子在弱相互作用下宇称不守恒定律和手性化合物都显示出不对称美。作业“弦论”——现实世界4维空间是由比夸克更小，具有10维空间的基本单元的“弦”所构成的。可以比喻为以一个3维空间的丝线绣出一个2维空间的图像。请对“弦论”理念做一个类似的艺术表达。里白芒德布罗图形“分形”——简单性产生复杂性的例证知道结构的一小部分就能从标度关系预言整体结构人文与艺术——理趣诗青山遮不住，毕竟东流去（辛弃疾）——对事物发展必然性认识不识庐山真面目，只缘身在此山中（苏轼）——个体认识的局限性雏凤清子老凤声（李商隐）——新生事物的无限生命力山外青山楼外楼（林生，题临安邸）——认识的无止境人文与科学关于医学目的之讨论1.治愈疾病：阻止死亡，延长生命现代医学不能解决疾病、衰老和死亡所有国家迟早要导致医疗系统危机2.解除疼痛和疾苦安乐死和医助自杀是否正当3.管理疾病对于疾病起因的探寻，预防和维持健康，以健康人群为服务对象“生得好，老得晚，病的少，死得静”。医疗资源配置与市场与社会地位的关系科学本身无法确定其目的，人文决定价值取向。人文科学有助于开拓视野形成思维的整体性养成批判意识，增加想象力超越传统规范培养宽泛广博，触类旁通，交融互补的综合思维。创新特征自然科学创新工程科学创新艺术创新寻找个性释放、流派探求新发现原有发现相互包容，并行不悖，分别界定经典力学、宇称守恒…属于宏观世界量子力学、宇称不守恒...属于微观世界新发明原有技术破坏性、替代性的结果电话电子邮件电报驿站媚俗华丽排场高雅恬淡淳朴矫情奇特怪异病态金鱼、猩猩派画家工程教育要培养创新思维，想象力和思辨力抓住精髓，不纠缠枝节的能力恰到好处的精度，朴素原理科学双刃剑特性，最终体现于工程要有道德修养经济学视角，在优化资源配置最低资源、能源、环境代价下追求最大经济效率与效益。科罗廖夫[俄]N-1火箭1000万磅推力，32个喷咀(冯布朗[美]土星五号登月火箭150万磅推力，4-6喷咀)以新理念引领研究与开发时、空尺度的大跨越数学、物理学、化学、系统工程学、生物学的强交联物质、能量、信息的传递和转化（集成）认知过程和思维方式的三次变革亚里士多德的演绎法：从形式逻辑“三段论法”演绎，给知识以普遍的理论基础。如：大前提（金属导电）、小前提（铁是金属）、结论（铁能导电）培根的归纳法：科学研究从观察和实践出发逐级登攀，从特殊事例上升到较低公理，多级归纳，最后上升至普遍公理。爱因斯坦的直觉法：“从特殊到一般，是直觉性的；从一般到特殊是逻辑性的”。“单纯推演发现不了重大科学原理。演绎、归纳、直觉的综合运用，实现原创性科学发现。创造力（Creativity）的定义创造的能力是艺术的、智力的发明才能创造力是根据一定目的、任务，在脑中创造出新技术、新产品……形象，并使之实现的过程。心理学家雷夫达尔：“创造力是人产生任何一种形式的思维结果的能力，这些结果是新颖的，是产生它们的人事先所未能预料的。”创造的P4要素创作者（Person）较着重创作者的人格特质。创造历程（Process）着重创作者的心理历程。创造产品（Product）着重创作者的作品。创造环境推动（Press）着重个人与环境的交互作用。创造者（Person）的人格特质创造力人人皆有，“创造性”行为却并非人人都具备。创造力须有充实得知识与经验背景，但知识不等同于创造。创造需要天才，但智力最高不等于有创造力。善于创造的人之人格素质：想象力、联想力、观察力、好奇心、变通力。创造行为特征创造发明不等同于高知识，高智力，是多因素的综合，可能发端于微末之处。最简单的可能是最好的。光学玻璃透镜制造专利第一次世界大战，潜艇技术的推动，俄国要求向英国购买透镜玻璃制造中关键专利。经过盟国政府间交涉，耗费了重金，购得专利说明书仅一句话：“在反应过程中不停地搅拌，气泡即可除尽。”某杂志杜撰的笑话：美国航天局用十年的时间，数十亿美元开发了一种在无重力条件下不漏水的记录用笔，以后发现俄国一直用的是铅笔。想象力（Imagination）“想象比知识更重要。”——爱因斯坦臆测性想象：指未曾实际经历，根据片断资料，推断而创造构想。创造性想象：根据确定目标，“无”中生“有”。构造性想象：根据多要素如用途、机能、效率、精密程度综合而成。替代性想象：欲改良已有事物地不合理，不方便之处。想象力（Imagination）——臆测性想象DL360αLα臆测性想象：全新臆推地球直径的测算：公元前三世纪，亚历山大图书馆长埃拉托色尼，利用在阿斯旺小镇日光直射地面的同一时间，测亚历山大市阳光倾角，计算出地球直径R＝6378千米α＝7ºL＝779千米想象力——创造性想象创造性想象：“无”中生“有”如可降解塑料的制造采用在普通塑料（PP.PE）成型时，大量加入淀粉、木屑等，使生成可解体材料，废弃后即分解成小块。采用发酵法，生产乳酸，再用化学法聚合为乳酸塑料采用在细胞内合成聚羟基丁酸酯（PHB）塑料，用于人造器官。（以单细胞作反应器）想象力——构造性想象构造性想象：构造型综合创新复合材料的制造：金属纤维玻璃纤维碳纤维纳米碳管子午轮胎隐形材料导电布有机合成材料塑料橡胶高强度需再成形不生锈有弹性、塑性、易加工想象力——替代性改良替代性想象：改良型创新橡胶制品加工：（查尔斯·古德伊尔1839）从南美得到的天然橡胶，有优异的弹性，但难以加工成特定的复