二十年磨一剑

新闻中心记者 文:周襄楠、覃川    摄影:郭海军

 

   二十年磨一剑。

郑泉水教授和黄克智院士完成的“张量函数表示理论与材料本构方程不变性研究”项目获得了2004年度国家自然科学奖二等奖。

对于这项工作,著名理性力学家、英国皇家学会会员斯宾塞教授曾公开评价:“该研究为各向异性材料的连续介质力学/物理的统一理性公式化指引了道路。”众多的现代工业技术,如汽车的冲压和模具的成型等,涉及复杂的、不可逆的大变形和各向异性,需要用刻画不同材料作为变形体的力学性质的所谓本构方程。简而言之,这个研究成果利用材料本身的内在对称性,对复杂本构方程事先进行显著的、必不可少的简化,为最终获得各种材料的各种力学行为的本构方程建立起一个普遍适用的、科学的和逻辑的体系框架。

在清华,作为力学专家,同时作为固体力学研究所所长、工程力学系系主任,郑泉水的角色是多重的。但给人印象最深的是,他是一个学者,一个在思考中行进的教师。

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做学问中的创新:一般是在对前人的成果有深刻的认识后才能发生

创新,是目前一个时髦的名词。听郑泉水教授谈创新,让人感到,创新不是一个时时在科学家头脑中映现的框框,而是做学问做到一定境界,水到渠成的灵感。

在我进入张量函数的研究之前,曾经有一个比较简单的问题,国外不少著名科学家花了18年才解决,这是当时该领域的一个写照。还有一个问题,别人做了三四年没有解决,我花了一周的时间就找到了解决问题的方法。

经过10余年研究积累后,我发展了多个新方法,整个思路是和别人不一样的。所以我认为,所谓的创新,一般是在对前人的成果有比较深刻的认识的基础上才能够发生的。

我很早就很崇拜爱因斯坦。我希望我的研究风格、做学问的态度都能够像他那样,也总是希望自己在某些方面有比较大的成绩,脑子里总是闪现一些古怪的想法。

我小时候喜欢画画,这在一定程度上培育了我的空间想象能力。还有,我看东西看得很杂,这对我也是一种很大的帮助。所以我教学生也是这样,让他们一定不要被眼前的那一点点东西局限住,一定要努力构想别人可能还没有想的东西,然后去做,成功的概率就比较大。这需要有广阔的视野,在做学问上有很好的感觉。这种感觉就是在充分积累各方面信息的基础上培养起来的。

做学问的态度:真正做到有影响,要花很长时间

从1981年开始研究张量函数,到1994年主要的理论体系框架完成,到2003年整个项目完成,郑泉水和他的同事花了20多年的时间。郑泉水说:“现在社会上急功近利的现象比较严重,要超脱于此才有可能做出比较大的成果。”

现在我的体会是:从客观条件到主观因素,大家都比较难心平气和地去做一些研究。比如说我现在手头拿到了一个研究项目,只有3年的期限,3年以后就得换项目,这样的换法很难出重大的研究成果。现在相当一部分人都急着要出论文,急着拿项目,这样的心态很可能会影响到科研成果的成色。

我感觉有些人对于科研项目的关注超出了项目本身应该具有的意义。项目的主要目的是解决科技问题,项目本身不是目的。清华有全中国一流的老师和最好的学生,但是为什么真正有分量、有创意的国家奖项相对少一点呢?我想这是一个主要的原因。

在2004年国家科学技术奖励大会上,我有幸与获国家自然科学奖的代表们朝夕相处、共同参与了多项活动,从而有机会更深入地了解这些获奖人及其获奖项目。令我感触最深的是,绝大多数国家自然科学奖的获奖者都经历了长期不懈的追求和孜孜不倦的钻研,甚至持续了三四十年。记得在一次与部分青年骨干教师的座谈会上,前任校长王大中院士一再嘱咐大家要有“十年坐冷板凳”的决心,潜心做好研究。我希望我的同事们能够潜心做研究,坚持自己的方向。我也真切地希望我们能够有一个更好的政策和学术文化氛围,使得更多的同事,包括我自己,可以潜心学术。

学生成才的重要前提:兴趣与自信

只要学生对学习有兴趣,是不是对力学感兴趣并不重要;能够进清华的学生都是出色的,他们将来都可能是成功的,只不过可能在不同的方面成功而已。谈到本科生的培养,郑泉水首先阐述了两个理念。

我认为现在的本科生成才率偏低,我们教师对此是负有责任的。我总结了一下,主要有两个原因:一个是从前我们非常强调学生首先要把自己的专业知识学好,但实际上专业知识只是本科生成才的一个方面,有些学生对于自己的专业其实并不感兴趣;还有就是由于学校的一些评价体系使得学生对自己丧失了信心。一没兴趣,二没信心,他怎么可能好好学?

针对这些问题,固体力学研究所专门请了几个老师在国内做了4个月的调研,全体老师对这些问题也做了两年的研讨。在这个过程中我们的教学理念有了很大的改变。

现在我们把目标调整到尽可能使大面积的学生成才,而不在乎他将来是否还是学力学。我们当然要从学生当中挖掘一批在力学方面感兴趣的人,对于那些对力学不太感兴趣的学生,我们鼓励他去学别的专业。

还有我们现在的评价体系比较强调排名。有的学生在清华奋斗了很长时间,也许最后的目标就是及格,这跟他在中学的状况反差太大。所以我觉得目前学生的评价体系要做一个改变:不要把学生学习成绩的名次作为一个基本的评价。

影响一个人成才的因素是多方面的。一个学生在力学系排第100名,这并不意味着他不能成为最优秀的人才,他的为人、诚信、亲和力、组织能力、团队精神等多方面的因素都是他将来成功的要素。大学教育就是要大大加强对学生的基础教育和素质教育,要鼓励学生创新,鼓励学生承担责任。为此,力学系采取了一些具体措施落实这些理念。我们增加了一个专业教育课,把力学介绍给大家,如力学在社会科技发展中所起到的作用等,让学生有比较开阔的眼界。另外我们对课程体系也做了调整。从两个方面鼓励学生:鼓励在力学方面有兴趣的学生继续深造;计划创办“力学节”,让学生在动手能力、组织能力等多方面得到全面发展。

教师的角色:做学生的引导者

本科生和研究生处于不同的学习和研究阶段,教师在培养他们的时候侧重点应该是不同的,但是有一点是相同的:作为一个研究型大学的教师,仅仅对学生完成知识的传授是远远不够的,教师同时还是学生的引导者,引导的作用不仅体现在学习和研究方面,还包括如何做人。

我所教授的本科生课程,注重把课程与目前力学界比较关注的前沿问题结合起来。比如在我教授的材料力学里面我主要的关注点有两个:一个是材料力学是基础学科转到工程学科的一个桥梁,在整个学习的思路上要做很大的调整,学生在学习的过程中要学会如何作假设,怎样进行简化等等;从材料力学可以引导出很多没有解决的科学和实际工程问题,让学生注意到这些问题有助于培养他们的思考和兴趣。

我的一个理念是要逐步加强本科生自主学习的意识和能力。因为我带一些研究生的时候发现,我们的学生读研究生了还是不会自主学习。到了研究生阶段,应该是导师只给学生讲一点,大部分还是需要学生自己去看书的,可是有的学生不能够适应这种模式,这就说明我们的大学教育在这方面做得还很不够。

在研究生培养方面,固体力学研究所也花了很长时间做研究。他们发现研究生毕业之后存在两个比较明显的短项,一个是知识面太窄,另外就是课程的深度不够。

为什么说知识面太窄?现在非常强调创新性研究,强调多学科交叉,因为只有这样,研究者才能取得一些一流的成果。但是这种创新性研究往往取决于你的眼界和知识面,是否见多识广,是否能够根据你所掌握的知识产生很多联想。我们的研究生课程很长一段时间就是那几门课程,学生的视野过于狭窄。后来我们参照了美国、欧洲、日本、俄罗斯的课程体系,做了很多的研究。

在研究生的课程设置上我们做了很大的调整,一是加大了课程的深度,另外一个是拓宽了授课所涉及的知识面,设置了物理、材料、数学等副科课程,希望这样的课程设置能够增强学生发展的潜力。

做得比较好的是我们一直坚持了20多年的讨论班制度,这为开阔研究生的眼界、营造良好的学术氛围起到了关键作用。现在讨论班已经发展到三个层面:第一个是全所的讨论班,每次都有上百名老师和研究生参加,专业面比较宽,讨论的都是比较前沿的、比较宏观的问题。这个讨论班的报告人有各种专业背景,除了研究力学的,还有研究物理、材料、数学、工程、化学、生物的专家。全所分了8个研究方向,研究方向相同的人还有一个规模小一些的讨论班,这是第二个层面。第三个层面是,每个老师跟自己的学生每个星期有一次“小组会”,现在我们运行得非常好。每个学生在小组会上要做几件事:用几到十几分钟时间把自己在前段时间内阅读文献的精要介绍清楚;报告本人所做研究的进展;对他人的报告进行讨论。很多科学问题和很有创意的想法,就是在这样的氛围中、这样的共同学习中提出来的。

我是偏爱基础研究的,我的学生也都跟着我研究一些前沿科学问题,这些问题大都是我们自己提出的,而且没有确切结论,只有我们的猜想。学生们开始往往很不习惯,遇到困难就说:“老师,这个问题好像不对,做不下去,好像不是你猜的那样”。我告诉学生,真正好的研究生,不只是来判断老师猜想的对与错,而是参照老师指引的方向和目标,在探寻、摸索中,寻求着科学的真理。

为了培养博士生广阔的学术视野,郑泉水还不时把自己的学生送到国外和自己的合作伙伴一起进行研究,学生因此受益匪浅。

至今,郑泉水带出的5名博士生中,有2名获得了“全国优秀博士论文”奖。获得“2002年度全国优秀博士论文”奖的博士生杜丹旭在总结中写到:“跨越了满足于只判断问题正误的阶段,而去主动寻找各种问题的解决方法,我终于进入一个新的境界。”刚刚通过“2005年度全国优秀博士论文”最后评审的博士生刘哲在得知获奖之后感慨道:“在郑老师的指导下,我从一个懵懂的、只会求解作业题的本科生,逐渐转变为一个能思考和解决未知答案问题的研究生。我更深深体会到,作为一个学者,思考和提出问题要远比解决问题更加重要。”

喜欢画画,喜读历史,曾经是中学篮球队的队长,爱好广泛是郑泉水的一大特点,这造就了他易于拥有宽广视野的优势。他说,这一生他都要感谢他的父亲,是父亲早早就告诫儿子要专一做事。

现在,郑泉水和他的团队正在纳米科技领域磨着另外一把“宝剑”,已经磨了5年,他说,至少还要再磨5年。

2005年06月10日 09:07:44  清华新闻网

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