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清华大学金涌院士:教育的本质是激发创造力
作者: | 发布时间:2015-12-30 | 来源:守望新课程 | 点击数:719

我们知道传统教育讲的是传道、授业、解惑,这个主要是指知识传授。在今天这个时代,互联网这么发达,这种被动式的教育受到了质疑。当代对于教育而言可能最重要的是培养学生的发现、分析、解决问题的能力,特别是激发学生的创造力。这种教育是互动式的。

之所以如此:是因为在我们国家的建设过程之中,科研创新能力可能是未来国家竞争力的主要体现,无论是经济实力、国防实力、民族凝聚力,所有的竞争最终都取决于技术水平;而技术水平取决于人才素质,人才素质又取决于人的创新能力。刚刚结束的十八届五中全会提出五大发展理念,第一个就是创新发展。创新对我们国家来讲,对我们自己来讲,都是非常重要的。

创新是有不同的特质的。在自然科学中新的发展和旧的发现是并行不悖、互相包容的。比如说我们有了量子力学,但经典力学照样在宏观领域中适用。但工程科学的创新就非常残酷,新的发展和创造必然是毁灭性的、替代性的、颠覆性的。比如胶卷,2000年胶卷的生产达到了高峰,当时三个企业――柯达、富士、乐凯主宰了胶卷的发展。可是后来出现了新的照相方式,三个企业采取了不同的方式,柯达把这种数码成像技术封存起来――它认为还是胶卷赚钱多――结果在2012年倒闭了,相反,富士又起死回生,站到了数码成像的制高点。

创新需要四个要素:第一个当然得有创造者。对于创造者,要着重研究他应该具有什么样的人格特质。第二个是创造的过程――它是怎么创造出来的?第三是结果,是产品。第四是跟环境的互��,环境可以促进或者妨碍创新。这四个字母都是P打头的,所以国外叫“4P”要素。

我们今天只谈一个事,就是创造者。我们怎么培养一个人,赋予他创造的能力?其实创造能力人人皆有,可是创造的行为不是人人都具备的。创造需要知识、需要经验,可是一个人虽然很有学问,但他可能是个“百科大字典”,一辈子也没有什么创造性的成果。创造也不等于天才,一个人可以非常聪明,可是一辈子也没有什么创造行为。创造力是需要磨练的,需要培养自己的这种能力、这种人格特质。这种人格特质表现在想象力、联想力、观察力、观察力等方面。

今天我就跟大家讨论这些问题。在讨论之前我先说一个事。杨振宁先生到清华大学教学半年以后,在一次教学会上说:我听了各位教授的课,觉得你们都学识渊博,你们用你们的知识打造了一个金丝笼子,非常地完美。学生要想调皮,要想提点什么怪问题都无从下手,你已经把他完全封闭了。这样的教学方法适合于初等教育、中等教育,对清华大学这样一个学校,这种教育方式是摧残人才的。

教育有两种模式,一种模式就是亚里士多德的分析法、逻辑法,通过逻辑思维非常缜密地分析,有助于非常快地系统地掌握知识,可是它封闭了学生的思想,不利于学生的创新。还有另外一种方法:培根的归纳法。培根的归纳法并不强调逻辑思维,它是通过案例给出来的,从基础的层次逐级升级,最后达到普遍的真理。比如说,你要给学生讲表,你可以讲A工厂的表有什么特点,B工厂的表有什么特点,C工厂的表有什么特点,将来这个学生如果要做一个类似的东西,他可以从不同的案例里找到灵感,集大家所成,创造出新的东西来。当然还有另外一个方法,就是所谓的“动物法”,借助形象化思维从一个思维方式“跳跃”到另一个,这种像动物一样的跳跃性的思考也非常得重要。一个教师讲课的时候应该三种方法并用,这样才能使学生有创新能力。

一个具有创新精神的人具有怎样的人格特质?首先是想象力。我们举一个关于超水平想象的例子。人类第一次比较精确地计算出地球的直径是在什么时候?也许是在文艺复兴时代。但在我国的春秋战国时代,埃及的一个图书馆馆长就进行了探索。他在看到日食后,猜想日食上面的影子是地球的投影,由此,他想到了测量地球的直径。他到了埃及最南边的阿斯旺,有一天太阳在天顶时,他把这一天的日子记下来。第二年的这一天,他在自己的家乡亚里山大港测量太阳光和天顶的直角夹角。据此,他计算出了地球的直径。这是一种超水平的想象,完全通过想象解决了一个非常大的难题。

其次是联想力。联想力和想象力有什么不同?举个例子:哥德巴赫在中国非常有名,哥德巴赫猜想是怎么出来的?是这样的:哥德巴赫写了一封信给欧拉,说我发现凡是大于5的奇数都可以拆分成三个素数的和,比如7可以拆分成3+3+1,他问欧拉:到另外无限大以后,这个是不是还对?欧拉立刻回信,说:你的猜想很不错,我发现凡是大于4的偶数,都可以拆分成两个素数的和。比如6可以拆成1+5,8可以拆成3+5。这两个假设就构成了哥德巴赫猜想。哥德巴赫是通过想象得到的,而欧拉是受了启发,联想出来的。

我们都知道3D打印。在参加一个国际会议时,一个美国教授拿出了用3D打印的一个小直棍,往水里一扔,小棍最后变出了“MIT”图案。他说他现在做的是4D。其实这里面没有什么新的东西,只是用了记忆合金的材料。记忆合金大家都知道,可是我们没有这么快的反应、这么快的联想,把3D打印和另外一个技术连起来,成为4D打印。

联想也体现在逆向联想上。比如我们国家的铁矿石一般含铁量在30%,而澳大利亚铁矿一挖出来含铁量就是55%。我们买澳大利亚80%的铁矿,买得多了,铁矿石就涨钱。从原来比较合理的30美元一吨,最后卖到了130、140美元一吨。十年左右,澳大利亚获得了两万亿美元的暴利,而中国损失了两万亿美元。选铁矿很难,可是我可以反选,我们可以选里边杂质为硅的铁矿,把硅撇出去了,就是铁矿石的纯晶了。这样我们就可以不依赖国外了。

第三是变通力。变通力就是一个人必须非常灵活,要会用新的视角、新的方法去看待新问题。这里的故事牵扯到约里奥•居里和伊伦娜•居里,就是居里夫人的女婿和女儿。在上世纪30年代,有一个科学家玻特,他发现用α粒子轰击铍,打出了一种强度不大而穿透力很强,在磁场中不��转的射线,他将它称为“可能是γ射线之类的东西”。两年以后,居里夫妇让一个学生重复一下,发现石蜡不仅不吸收“铍射线”,而且从石蜡中打出了质子。当时约里奥•居里没有什么特别颠覆性的感觉。这个消息发布在杂志上以后,卢瑟福非常震惊,他觉得这个实验不是做错了就是解释错了。之后他的学生查德威克弄清楚铍辐射原来是一种中性粒子流,于是,卢瑟福十二年前的预言终于被证实了,又一个基本粒子――中子,出现在人类的面前。1935年查德威克独获了诺贝尔物理奖,而约里奥•居里由于思想非常地守旧,结果和诺贝尔奖失之交臂。

第四个是交叉组合能力。爱因斯坦对交叉组合能力给了非常高的评价,说交叉组合是创造思维的本质特征。我想给大家说一下脱氧核糖核酸双螺旋结构的发现过程,它就是多学科交叉的结果。量子力学家薛定谔在上世纪40年代在剑桥大学做了一个科普报告,主题是“生命是什么”。他认为一个大分子的三维排序可能是遗传基因信息传递的物质基础,也就是说,信息传递是通过物质结构传递到子代去的,这样使生物学研究到达了分子层次。但是,当时所有的遗传学家都不感兴趣,因为他们还在染色体层次做工作。物理学家和化学家有所感悟,一个化学家把DNA打碎了,发现了它由四个碱基组成。之后有三组人用这四组模块去拼DNA的结构。美国人鲍林在研究蛋白质结构时知道,蛋白质有螺旋形的片断,因此估计DNA结构也是螺旋形的。他找了当时做物质结构实验的研究组――富兰克林和威尔金斯,但是没有谈妥,鲍林的实验就停止了。这时英国科学家沃森和克里克也在搭模型,他们的模型是三条螺旋线。之后他们找到了富兰克林的合作者,搭了两条螺旋模型,但是他们犯了一个错误:同碱基配对。研究碱基的科学家告诉他们不可能出现这个情况。他们重新做了假设,认为只有两种配对方法是稳定的,也就是A和T配、C和G配,这样在两条螺旋线之间形成了一个梯子。DNA的结构模型就这样诞生了。

第五是要有敏锐的观察力。英国科学家弗莱明是研究葡萄球菌的�F咸亚蚓�是一种致命的细菌,伤口感染了葡萄球菌就会得坏血病。有一天他在一个大培养皿中安置了葡萄球菌,下班的时候忘了关窗户,第二天回来后看见,葡萄球菌突然死了一大群。他立刻查原因,发现杀死葡萄球菌的是青霉菌的代谢球菌,就是青霉素。后来有人问他,你是怎么发现葡萄球菌可以被青霉菌的代谢产物杀死的呢?他说他不知道。别人研究后发现,在他的实验室的上一楼层也有一个实验室,那个教授专门研究青霉菌,恰恰那天他也没有关窗户,青霉菌就从他的窗户里飞到了弗莱明的实验室中。这是一个非常偶然的现象,可是这个现象被弗莱明抓住了,成就了一个大发现,造福了人类。很多成功不是那么有逻辑的,不是靠逻辑思维出来的,而是靠抓住了机会。

最后我们讲坚持力。一般来讲一个科学家是很难有赌徒心理的。一个领域大的科学发现出现以后,就会认为这个领域可能已经研究得差不多了,不愿意再在里面投入精力了。这种赌徒心理实际上是要不得的。只要你有见地,有判断能力,就应该继续钻研。举个例子:最早有人把鸡的癌细胞打到另一个鸡的身体里,证明了癌是因为病毒传染,得了诺贝尔奖。可是有人不服,他发现自己的一个朋友,她的祖母得了乳腺癌,妈妈得了乳腺癌,自己也得了乳腺癌,不仅如此,女儿也得了乳腺癌,这说明癌症是来源于遗传。可是他不敢说。因为遗传病不传染,传染病不遗传。既然已经传染了,为什么还遗传?可是他不死心,几十年以后发现,有一种遗传现象叫做反转路。后来又有人发现,免疫能力差也会得癌,因为免疫力差会使细胞发生基因突变,变成癌细胞。第四个发现是最近的,有个科学家发现基因突变很容易发生,但是如果免疫能力强了,就会有免疫细胞。这个人把血液里的免疫细胞拿出来进行体外培养,用于治疗癌症并获得了成功。这四个发现都得了诺贝尔奖,这在诺贝尔奖历史上是从来没有过的。

最后说一下,创造能力是要多方面培育的,表面上看是不需要念书的,实际念书非常重要,可是不要当书呆子。


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