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数代师承成就“清华学派”

虞昊

  叶企孙、吴有训、萨本栋等一批名师培养了赵九章、王淦昌、钱伟长等优秀科学家,后者又培养出大量顶尖人才。其中的渊源在哪里?

  今年是赵九章先生百年诞辰,相关单位搞了不少纪念活动。我有一个强烈的愿望,就是希望这些纪念活动能引发年轻人的学习积极性,从老一辈的辉煌中找到成才的规律,少走弯路、迅速成长。

  记得10年前举行赵九章诞辰90周年纪念会,国家最高科技奖获得者叶笃正院士说:“赵先生是我的老师,在上世纪50年代就提出发展地球科学要‘三化’,即数理化、新技术化、工程化。”中科院举行缅怀赵九章座谈会,当时的中科院副院长陈宜瑜院士指出:“赵先生提倡的数理化、新技术化、工程化的方向很有远见。至今对我们科研工作仍有指导意义。”

  这里所说的“三化”有两重意思,首先是赵先生要求他所领导的地球物理所和卫星设计院要按“三化”进行工作。其次是赵先生要求他的弟子达到“三化”,即它是一种教育思想。

  赵九章的“三化”经过半个多世纪的实践检验,培养了大批院士:叶笃正、陶诗言、谢义炳、赵柏林、周秀骥、巢纪平、陈颙、刘振兴、闵桂荣、王水等,使我国气象科学、卫星事业持续发展,保持世界一流水平。他的“三化”不是拍脑袋畅想出来的,而是叶企孙、吴有训、萨本栋等名师培养熏陶的结果,有继承又有发展,充分反映出当年清华学派的特色:这就是“理工会通、动脑又动手”。

  理工会通

  1934年,钱学森考取清华大学公费留学生,尽管已获得上海交大铁路机械系学士,叶企孙还是安排他到清华补修一年之后再去美国深造,让他在数理化领域打好科学基础。

  梅贻琦、叶企孙取代罗家伦执掌清华大学后,于1932年创建工学院,并把具有理工会通特色的顾毓琇从中央大学请来任工学院院长,大大加强数理课程,聘物理系名师到工学院授课,仅10余年后,许多工学院毕业生就取得很高成就。

  物理系创建时,在清华学堂东端设气象观测室,派实验员每天把测得的气象数据贴到科学馆门口供大家使用,因为很多物理量的测量都会受到大气状态的影响。一直到1952年,做普物实验的学生都知道一条规矩,写实验报告必看一下水银气压表,记下当时的大气压,由此可见这个物理量的重要以及当年物理系对培养学生科学基本功的严格。

  从1934年起,叶企孙在清华陆续筹建5个特种研究所:农业、无线电、航空、金属和国情普查,并始终担任特种研究所委员会主席。

  这时叶企孙逐渐把物理系主任和理学院院长两职荐交给吴有训,自己的主要精力放在考选庚款公费留学生和设立特种研究所,后者在当时是一种崭新的学术机构,根据国家的当时急需和长远发展确立课题,把理与工融合为一个整体。例如无线电研究所,既有物理系教授任之恭与孟昭英,又有电机系教授叶楷,在抗战时期,承担了许多国家重要科技项目,对抗战作出贡献。

  1935年,赵九章出国时已了解到叶师的这份工作,他1938年回国,就被叶师安排到航空研究所兼职,与所长、机械系教授庄前鼎合作,发表了不少解决实际问题的论文,并动手研制仪器。他还参加3个特种研究所(无线电、金属与农学)联合组织的学术交流会,该会由刚从英国留学归来的余瑞璜教授发起,采用英国皇家学会的学术交流会形式。

  农学研究所在抗战胜利后转为清华农学院,院长汤佩松院士的回忆录详细描绘了特种研究所及其学术活动,认为是一生中极为难忘的一段时期。他列举出参加上述活动的大部分成员,如吴有训、赵忠尧、任之恭、孟昭英、王竹溪、赵九章、华罗庚、黄子卿、张文裕、戴文赛、殷宏章、娄成后等等。这些人在西南联大和特种研究所培养的入门弟子后来大多数当选中科院院士,分布在广大的高科技领域,成为骨干,许多人荣获“两弹一星功勋奖章”。

  1995年,顾毓琇致函清华校长要求恢复物理系原名,也就是恢复老清华物理系好传统:“科学之‘基础’较‘现代应用’更为重要。‘两弹一星’均有清华‘物理系’校友作主要贡献。因此如何‘应用’乃在‘基础’科学之重视。此事与清华进入21世纪为世界第一流大学有关。”他希望恢复清华1952年前的好传统,物理系重新成为全校提高水平的“火车头”。

  动脑动手

  叶企孙师为老清华物理系高效地培育出一大批我国最杰出的爱国科技精英,分布在各高科技领域,因此海内外誉叶企孙为“中国现代科技大厦设计师”和“中国两弹一星鼻祖”。他的另一个重要思想是,特别重视抓理科学生的动手能力。这是吸取了Maxwell(麦克斯韦)在剑桥大学创建Cavendish(卡文迪许)实验室的成功经验。

  Maxwell首创物理讲课必辅以演示实验,并强调科学方法和动手能力培训的重要,因此培养出一大批诺贝尔奖获得者。剑桥大学的历史陈列走廊,展示了这些学生获诺贝尔奖所使用的主要仪器,无不是他们自己动手设计和制作的。著名科学教育家卡尔·萨根名著《魔鬼出没的世界》指出:“科学方法似乎毫无趣味、很难理解,但它比科学上的发现重要得多。”“不讲严格的科学方法,普通人怎能分清什么是科学、什么是伪科学呢?”该书专门列出一章高度赞赏Maxwell在科学上的伟大贡献。人们大都从电磁场理论和数学统计方面认知Maxwell,钦佩他的理论成就,却忽视了他在实验物理领域的精湛技能和重大贡献以及教育思想上罕有的成就。

  Maxwell创建Cavendish实验室后,要求师生们重复Cavendish等前辈科学家的经典实验,从中领悟前人科学方法的奥妙,这对于他的研究生大批获诺贝尔奖有决定性影响。Cavendish自制扭秤确定了引力常数,这种测量在科学上起奠基作用,涉及计量学的最基础原则,是物理学工作者的必备知识。Maxwell不仅让师生通过实践掌握这一科学方法,而且亲自动手带领学生测定标准电阻,确定电量的电磁单位和静电单位的比值。

  叶企孙师在哈佛大学精确测定普朗克常数,闻名于世,通过自己的科研实践深刻领悟Maxwell的教育思想,从而在清华大学创建物理系时狠抓学生动脑又动手的培训,要求学生通过自制仪器达到“理工会通,动脑又动手”。

  王淦昌八十寿辰时,科学出版社出版纪念集《王淦昌和他的科学贡献》。周培源作序指出:“教师们带领学生自己动手制造仪器。在教授热力学时,叶企孙教授就要求学生每人各做一个温度计。……那个时期清华物理系鼓励青年学生动手、动脑,形成了一种学风,因此培养了一批人才。”

  叶师1925年到清华,第一件事就是建金工间和木工间并招聘技工,当年,即1926年,物理系全体教职工合影,10人中技工和实验员多达5人。也可以从物理系老校友的回忆录中窥知叶师是如何进行教育工作的。王淦昌描叙了叶师讲课时如何亲自操作演示实验并与学生讨论实验,这给他留下了终生难忘的印象。

  华东理工大学教授唐立寅1944年毕业于西南联大,他回忆在西南联大叶师讲热力学课时的情景说:“联系实际,提高学生动手能力,比如讲到温度计,他就提到温度计的玻璃管,事先一定要进行老化过程,以及怎样进行老化。”他是1994年写这篇回忆文章的,但对50年前的课堂教学描叙得如此具体,可见教学效果之卓越。

  我于1948年进物理系,叶师给我们讲热力学,大家认为叶师课讲得最好,普物课和理论力学课没有讲清的概念他都给纠正、完善了。特别是教会我们把公式的每一个数学符号与实验测量联系起来。他也讲温度计,温度是热力学理论中最基础的物理量,不懂它的测量,就不可能真正掌握热力学。所以历届学生都对叶师讲温度计印象极深。

  美籍华人科学家丁肇中在获诺贝尔奖当天的演讲中有一段意味深长的话,他指出,为何亚洲人获诺贝尔奖者非常少?主要是不愿动手做实验。这是由于受到中国古代文人一种坏传统思想的毒害,就是“劳心者治人,劳力者治于人”。

  正如我国第一个近代启蒙思想家严复所指出:“自古至今,所谓教者,一语尽之曰:学古入官已耳。”也就是“学而优则仕”。他认为自古以来的教育都是愚民政策的产物,而愚民是为了维护君王的统治。

  叶企孙和中国科学社中坚决与“学而优则仕”划清界限的真正爱国知识分子选择了科教兴国的道路,清华大学成了他们的一个极重要据点。

  1925年叶企孙就把清华园内处于最低层的被称为听差的青年工人阎裕昌聘进物理实验室,培养他掌握技术,并且很快就打破校规擢升他为职员,负责仪器修理与保管。王淦昌回忆说,学生们还以旧习惯叫他“听差”,被老师叶企孙听到后遭到严厉批评,从此物理系学生无不尊称他为“阎先生”,以致后来历届学生不知他的名字,只知系里有位受人尊敬的阎先生。王淦昌还向我回忆起做毕业论文之事,一再强调在科研仪器方面阎先生的重要帮助。抗日开始后,叶师派阎裕昌去冀中抗日根据地指导军民制地雷,后来壮烈殉国,吕正操司令员称赞他是“中国爱国知识分子的一个典范”。

  当年有一位年轻的实验员贾连亨,经叶企孙悉心培养后送到北京鹫峰地震台做李善邦台长的助手,对我国的地震事业作出重要贡献,在庆祝我国地震事业创建60周年时,他与李善邦、秦馨菱一起被誉为“中国地震事业的三元老”。1994年他写文章回忆1925~1931年间清华物理系的状况,生动地描绘了叶企孙、赵忠尧等教师与职工们亲密相处的历史。无论清华还是北大的老工人,一谈起叶企孙,都无不称赞他关心工人、与之友爱相处的品德和作风,把他视作自己人。

  又如吴有训师,他1928年到清华物理系时就创建吹玻璃车间,自己动手做木工等杂活,手把手教学生吹玻璃、锯木板,整天穿着一身粗布劳动服在实验室工作,甚至在讲课时说:“我与阎先生一样,都是物理系工人。”

  科学救国

  那么叶企孙师是如何指导、培养学生的呢?我认为是以渊博知识关心国家发展大局的深思熟虑,又熟悉国际科技前沿,从而产生远见卓识。

  任鸿隽和杨杏佛是孙中山的重要助手,致力于政治救国。袁世凯篡权后,他俩去美国改学自然科学,成为清华的“特别生”。考察中西社会之后,醒悟到救国绝非仅凭政治,乃与一批清华的“史前生”于1915年元月创《科学》杂志,中国有史以来第一次喊出“科学救国”。清华学校1918级学生叶企孙阅后受其感召,于1916年寄函任鸿隽,报名参加他们创建的中国科学社,从此成为该社团的骨干。叶企孙深谙中外历史,出国深造后考察西方社会,领悟马克思所发现的社会学真理,与中国科学社的志同道合者心心相印,从此坚毅地走科教兴国的道路。

  王淦昌是我国著名核物理学家、中国核科学的奠基人和开拓者之一、中国科学院院士。曾于1926年参加“三一八”游行,同行的韦杰三同学死在他身旁,血溅他一身。当晚在叶师家,在叶师含泪的教导下醒悟了,专心学习,坚决走科教兴国之路。

  3年后赵九章进入清华物理系受到同样的教育,把狂热的爱国心凝注在掌握科学技术上。1925年他考入浙大工学院后,受到进步同学和书刊影响,参加了共产主义青年团。1927年大革命失败,他被捕入狱,在奄奄一息的重病中被保释出狱,对救国道路之曲折有所醒悟,改选科学救国方向。慕清华之名,于1929年北上投考,进入清华物理系后,从此专注于学习科学,对叶企孙教育思想的领会远远超过一般同学。

  清华物理系第五级毕业生8人,其中4人考取庚款出国深造,归国后均作出大贡献。这4人中3人当选为院士:赵九章、王竹溪、傅承义,均在国际学术界负盛誉,而以赵的爱国贡献最为突出、影响面最大,这恰恰是赵九章和叶师特殊亲密的师生关系的必然结果。

  叶师与一般大师很不相同,最重要的差异是他不把目光局限于个人的学术领域,时刻关注国家全局,是有远见卓识、注重实践的爱国者。在全球,亲临反法西斯战争第一线并作出实际贡献的学者真是凤毛麟角,叶企孙可以说是其中的佼佼者。由于爱国实践之需,他不仅在自然科学和工程技术领域知识渊博,而且精通人文科学,在旧中国极复杂又险恶的环境中,他得以带领和团结各方面力量创造出科教兴国奇迹。

  王竹溪和傅承义两人比较注重物理学的局部领域,赵九章则因经历过坎坷而从叶师处学到更多更深刻的知识。

  钱伟长是著名文史学家钱穆之侄,中学时受伯父影响,在文史上已有很深根基,以文史高分考入清华。“九一八”事变激发了他的爱国热情,坚决弃文学物理。许多老师劝阻,而叶企孙师独具慧眼支持他转入物理系,并和他讨论司马迁如何写《史记》,让他从史学领会物理学的方法论。从此他常去叶师家,他发现师兄赵九章竟比他更爱去叶师家,而且交谈的问题范围甚广,为他前所未闻。

  钱伟长在纪念赵九章九十华诞的大会上回忆说,有许多内容属于地球物理学范畴。由此可知,赵九章于1947年创组地球物理学会是早已与叶企孙充分商谈过的。1947年参加筹组者顾功叙、傅承义、翁文波、秦馨菱等院士都是叶企孙在上世纪30年代的弟子。可见叶师预见到国家发展的远景,培养人才未雨绸缪,并看中了赵九章作为这个科技领域的核心和统帅。

  承接师风

  1997年,时任清华校务委员会副主任的张维院士参加了赵九章九十华诞纪念会,会后激动地对我说:“赵九章真是一位帅才啊!将才易遇,帅才难觅!而叶企孙却培养出一大批帅才:王淦昌、赵九章、钱三强、钱伟长等等。很遗憾,于今清华师生不知叶企孙及其教育思想,亟须抢救啊!”张维院士已去世多年,但他的话却至今难忘。

  叶师有句名言:“读史徒知事实,无补也。善读史者观已往之得失,谋将来之进步。”他遍读中外科学史,都用这个观点,在科学史、物理学以及教书育人等广大领域都作出巨大贡献。钱伟长要转入物理系,他与钱伟长探讨《史记》,就是运用这句话,使钱伟长茅塞顿开,从而成为科教界的一位帅才。赵九章进入清华物理系是他一生中的大转折,治学、处世都酷似叶师,特别注意运用这句话,而终成帅才。

  王淦昌和赵九章在众多入门弟子中最肖似叶企孙师,因此他俩也都培养出大批著名院士弟子,在中国科技界的贡献和影响极大。《中国科学院院士自述》一书中有王水院士的一篇自述。他聪明超人,14岁考入南京大学,18岁就在南京大学任教师,其中很大一部分是记述他转到中国科技大学后赵九章如何指导他成才的过程,具体描绘出赵九章“三化”教育思想。

  新中国成立时,气象局隶属中央军委,这是由于国防的特别需要。为准确预报天气,各地纷纷设立气象台站,其最重要设备就是水银气压表,当年只能从国外购得。在中科院做研究的赵九章见此形势就越俎代庖,亲自动手研制这一仪器。它的主要部件是一支玻璃毛细管,靠管内水银指示气压,其制作工艺与玻璃温度计相同。他从洗水银开始,克服一个又一个工艺上的难题,很快制出精确的水银气压表,并把全部技术、图纸和制作气压表的设备移交军委气象局,迅速解决了大批量生产这一重要仪器的难题。

  很显然,在实验室研制出一件样品与工厂里大批量生产合格商品有很大差距,需考虑一系列实际问题,赵九章倡导的“工程化”高度概括了这个问题。

  以2007年诺贝尔物理学奖的获奖项目——巨磁电阻为例。磁致电阻现象早在1857年就被英国威廉姆·汤姆森发现,并在1956年得到技术应用,但电阻变化很小。到了20世纪70年代,法国物理学家费尔与德国物理学家彼得·格林贝格尔等人已预言了巨磁电阻背后的量子力学概念,即只有在磁性材料和非磁性材料相间组成的纳米多层膜中,磁致电阻才会大大提高。而在纳米尺度范围内操纵原子的技术在20世纪80年代初才起步,这就是前贝尔实验室华人学者卓以和教授领导的研究小组发明的分子束外延(MBE)技术,1988年费尔和格林贝格尔利用MBE技术获得高质量样品,分别作出了50%和10%的电阻变化率,从而获得了今年的诺贝尔物理学奖。

  这件事使我们清楚看到“三化”思想中的新技术化和工程化有多么重要。巨磁电阻效应的发现仅10多年后就获奖,是由于IBM公司的帕金采用一种巧妙的工程技术大批量生产出廉价的巨磁电阻磁头,计算机硬盘容量一下子提高几百倍,使物理学上一个新发现带来一场信息技术革命。还应看到,费尔用MBE技术制作试验样片和帕金用阴极真空喷镀制作磁头,都是前人从未做过的工作,不可能用钱到市场上购得,必须自己动手创制出来。

  这是一切科学创新的必需。叶企孙到清华的第一天起就狠抓动脑又动手的学风,王淦昌、赵九章两位入门弟子牢牢掌握了这个科学素质,并且又传授给他们的弟子,因此他们俩成为我国两弹一星事业最重要的功臣。在赵九章百岁诞辰大会上,叶笃正院士强调:赵九章先生在大气科学、人造卫星等事业创造了有形的贡献外,还有一项同样重要的无形贡献,那就是他的爱国榜样和“三化”思想,后人应该好好学习。

  (作者系清华大学物理系1952级学生,清华大学教授,全国雷电防护标委会委员。参加和主持中科院、西昌卫星发射中心、总参等单位的防雷高技术项目评审10余次。)

  文章来源:科学时报 2007-12-4

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2007-12-05]
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