开放式的创新人才培养

 郑泉水

    在清华大学教育基金会的支持下,今年夏天我有幸邀请到了不仅在学术研究、同时也在创新人才培养方面取得了卓越成就的多位欧、美、日等地的著名学者来到清华相聚一个多月,探讨如何建立一个理想的多学科研究和创新人才培养平台的问题。在此前后,钱学森班举行了第三次年度研讨会,我还专程访问了美国、英国和法国的七所有关院所。这些集中的交流激发了我的更多思考和撰写本文的激情。本文重点探讨一个以学生为主、寻求师生共赢、借助于网络技术的开放式的创新人才培养模式。

创新想法的夭折

  创新能力最本质的要素是:兴趣、好奇心、想象力和洞察力。尤其在全球化时代,创新力是国家、高校和人才之间的核心竞争力。创造力既不同于智力, 也异于知识;但很多人误认为知识越多就能力越高、创造力越强。

  人一生的生命力,是一个由弱到强、鼎盛,再逐渐衰弱的过程。类似的,创新想法诞生初期往往很脆弱,有不少毛病和缺点;革命性的新想法甚至让人感 到疯狂。因此,新想法在初期往往是孤单的、容易夭折。

  而在中国,创新想法尤其不易生存。学生常常处于一种被动的甚至无奈的学习和研究中,不许犯错,缺乏创新实践的环境;导师则表现得更像上司,是威权、是命令,而不是引导者、呵护人。

  那,国际顶尖创新研究机构有什么不一样的特点呢?

卡文迪什实验室

  英国剑桥大学的卡文迪什实验室,是造就科学大师的殿堂。自1871年成立以来,卡文迪什实验室共培养出了25位诺贝尔奖获得者,此外还可加上该实验 室发现了DNA双螺旋结构后于1962年分离出来的分子生物学实验室的8位诺贝尔奖获得者。而在产生绝 大多数诺贝尔奖获得者的时期,该室规模很小,直至1931年仅有1位教授;1980年初也只有5位教授、百余名研究生。

  1919-1937年担任卡文迪什实验室主任的卢瑟福教授,则培养出了历史上最多的诺贝尔奖获得者,达11位之多。卢瑟福本人也许很难有这么多导致诺贝尔 奖的奇思妙想。成功的原因是什么呢?卢的弟子奥立芬特道出了卢瑟福培养人才的主导思想,即“尊重和相信助手和学生的志趣和内在潜力,让他们自己在条 件和环境允许的范围内做出自己的选择,提出自己的 想法和做法,然后加以诱导,创造条件使他们的积极 性充分发挥,从而做出成绩来”。

  在卡文迪什实验室的人才培养文化和传统中,还包括:按原创性能力选择和培养人才;因材施教;授人以渔;自己教育自己;自主选题和导师指导;自己 动手制作仪器和做实验;以科研带教学,将研究精神注入教学……等等。

  卡文迪什实验室的实践经验是全人类的共同财富。那我们该如何做、甚至做出点时代特色来呢?

钱学森班的一个例子

  一个小小的例子,可以用来折射出钱学森班的理念和实践:

       童年感到奇妙无比的泡泡,总是很快就破灭了。

       钱学森班2009年入校的本科生杨锦同学在我的课题组做SRT(学生研究训练)课题时,偶然看到水面上漂有一层带微小颗粒的泡泡,能许久不破,他对此感到十分好奇。

  近十年来我最感兴趣的研究领域之一是固/液/气界面问题。杨锦向我报告了他的观察后,我建议他从网上查找这方面的报道。当初步得知现有泡泡都不能持久时,就鼓励、指导和支持他进行较全面的文献调研和较系统的实验。在文献和杨锦的实验观察基础上,我提出了一种永久不破泡泡的机理,并指导杨锦完成了实验验证。

       在上述过程中,杨锦极其兴奋地、没日没夜地进行实验、阅读、检索和建模。他的一次综合报告甚至让我产生了一种感觉:他进行该项研究半年所积累的知识和建立的能力快赶上普通博士生2年学习后开题时的水平了。

       也许这就是自主研究的魔力吧!

孕育创新的诀窍

  钱学森班的上述实践,再次印证了孕育创新的成功之道是有诀窍的。我认为有如下两方面的主要因素:

  要素之一:让学生做自己真正热爱、梦想做的事。提出自己的设想,自主实验、独立观察、独立解决问题。即使导师明明知道答案,也可以考虑装着不知道,先耐心地听学生的理解和推论,看看学生能给出什么解答。

  要素之二:如果缺乏在相关领域有深度造诣的专家指导,以及经费、实验条件等方面的支持,上述过程很难取得成功,绝大多数研究将夭折,并可能严重打击学生的自信和激情。

  第一条要素,也是钱学森总结的教育经验的一条。可能还存在其它一些窍门,但核心就两条:以学生为主、获得专家的引导和帮助。

  接下来的部分,是关于我们如何应用上述诀窍的若干具体措施和关键概念,即:通过研究去学习、开放智慧实验室、自发形成导师网、师生互寻和共赢等。

通过研究去学习

  爱因斯坦曾说:“想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力概括着世界的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。”

  好奇心与生俱来,但往往随着知识和年龄的增长而减弱;想象力和洞察力可后天培养,需要知识的承载。但需要什么类型的知识呢?

知识有三重境界:

       ●  信息(Information):我了解到了;

    ●  技能(S k ill) :我能够 应用信息解决问题(习题、实际问题);

    ●  态度(Attitude):成为我的可发挥自如的一部分,得以创造新的知识。

  对创造性具有决定性影响的不是知识的量,而是对知识理解的深度以及知识经验的组织方式。只有“活”的知识才有助于学习者以新颖的方式理解和解决问题,“死”的知识反而会束缚学习者的思维。爱因斯坦上大学时,痴迷于当时还未进入大学课程的电动力学,所达深度超越了当时的很多教授。其他很多课程则学习成绩平平。比尔·盖茨在中学7年所花在计算机软件技术上的时间高达1万小时(相当于连 续3年、每年365天、每天10小时),只上了一年大学 就主动退学去创办微软公司,他能有多少非计算机软件方面的知识呢?

  可见,只有进入到第三重境界的知识,才可真正承载想象力的飞翔、成为洞察力的关键构成。

  以前,我们的教育局限于第一 、第二境界。老师的主要职能是传授知识和技能。强调老师要博大精深,要给学生“一瓢水”,老师必须有“一桶水”。

  信息和网络技术彻底地改变了这个局面。新知识的产生,正以几何级数的形式爆炸性地增长,Information层面无边无际的知识,包括以前只有权威专家才能知晓的全球范围内最新产生的重要知识,现在学生完全可以自如地、自主地、瞬间性地从网上获取。

  因此,全球教育界现在都面临着一个新的机遇或挑战,也就是如何把教育的重点,从第一、二层面更 有效地转移到第三层面。有充分的事例,包括卡文迪什实验室的实践和 2001年诺贝尔物理奖获得者Carl Wieman的最新研究都表明,通过研究去学习,是已知 效率最高的学习方式,不仅可以最大程度地调动起学习的能力和激情,而且通过研究学习到的知识,更容 易达到第三知识境界。

  强调学习方式的转变,即从被动且痛苦地学习转 向主动并快乐地学习,进而自主有挑战性地学习,最终通过创新研究以及团队协作研究去学习。为此,钱学森班设计了如下的培养流程:

  第一学年,学生主要进行必修课程的学习,较多地被动性学习;引导学生越来越多地主动性学习,逐步适应和掌握主动性和自主性学习方法;同时,介绍现代力学与工程的基本概念,引导学生思考并寻找自己的发展方向。

  第二学年,增加选修课程;鼓励学生之间相互授课(老师解惑)、提前考试或免试;提供实验室条件和支持以鼓励并帮助学生进行自主创新研究,探索如何实现自己的梦想。

        第三学年,以选修课为主,逐渐加大课程的挑战性;通过系列性的前沿研究讲座,学生们因人而异地进一步寻找到自己的兴趣方向;进入更系统性的SRT(学生研究训练)阶段。

        第四学年,更多的创新研究和团队项目研究;出国进修和国际学生交换学习;在很宽的多学科领域,学生和导师双向选择,开始进入本科生/研究生过渡阶段。

开放智慧实验室

  在网络时代,我们能否构建一个较以前更为先进的环境,让学生自主地孕育创新想法,在有相应专长的导师帮助下,让好的想法得以实现、获得成功?

        2010年夏成立的清华大学微纳力学中心(CNMM),是一个以能源/环境、生物/健康、微纳材 料与制造等为应用背景,聚焦于微纳米尺度下与变形和运动相关的创新研究、技术发明和人才培养的多学科交叉研究中心,共有力学、物理、化学、生物、材料和微纳制造等学科的20余位研究员。中心在今年夏天开始运行一个全新的实验室,名叫“开放智慧实验 室”(Open Wisdom Lab,简称OWL或猫头鹰),由中心副主任徐芦平负责。

OWL 有如下几个主要特点:

        ●   学生自主性:研究项目完全由学生个人或团队提出,OWL对筛选出来的申请项目除允许学生在给定的时段内充分使用实验室外,还给予少量的经费支持和帮助寻找合适的导师,但研究项目完全由学生自主推进。

        ●   开放交叉性:不仅向中心和钱学森班的学生开放(有一定的优先),也向校内外、国内外有兴趣实践自主创新的学生、研究生开放,并鼓励组成科学、技术和人文交叉研究课题组。通过网络向世界范围的合作伙伴每天24小时实时性的开放。

        ● 先进简易性:提供概念尖端但简易通行且可拆卸的实验设备(如代表了先进制造和微纳技术的三维打印机、原子力显微镜等)。鼓励学生动手去做,哪怕失败了也比不能亲手去做好;鼓励学生为了创新研究的目的去改造设备。

        ● 后续可发展:学生们在OWL进行的自主创新研究做出初步成果后,往往将很快遭遇发展瓶颈。微纳力学中心将鼓励对初步成果感兴趣、有专长的中心研究员介入合作。如果中心缺乏这方面的专家,将通过中心的人员网络,帮助在更大范围寻找到合适的专家介入合作。

  杨锦同学以及其他参与了猫头鹰实验室的同学的初步实践表明,上述做法很受学生欢迎。参加过这项活动的学生往往都激动不已,有学生甚至说道:“经历了这么多年的被动学习之后,我发现我的创新激情回来了。”

开放式导师网络

  OWL的上述四个特点的最后一条,也许是与现有模式最不相同的一条,但却是OWL的模式能否成功的关键。

  通过自主创新研究孵化出来的初步成果,就象刚孵化出来的“小鸡”,如果得不到既热心于创新、又在相应领域有专长的“母鸡”的呵护和帮助,多数“小鸡”难免在短时期内夭折。

  如果找到的不是“母鸡”,而是“母马”、“母象”,这只小鸡可能会无意间被“踩死”。

  互联网使得上述基于学生自主创新研究的学生-导师开放式合作研究模式成为可能。由于网络技术的普及和发达,孵化出“小鸡”的学生可以自主在全清华乃至全球范围寻求对该学生的研究既感兴趣、又乐意指导的“母鸡”。必要时,钱学森班项目工作组和微纳力学中心的老师、家长等各种志同道合的人脉网络,可以提供联络到最佳“母鸡”的帮助。

  渐渐地,如果获得适当的外部资源支持,认同前述开放式创新人才培养模式的志同道合者,通过自组织的发展形式,将会形成一个人数和学科越来越多的导师网络,帮助有创新梦想的学生实现梦想,收获个性化的成长和发展。

                                                                     创新孵化平台:

                             学生自主孕育的创新思想——绿圈中的动物婴儿;

                             多学科的导师网络——黄圈上的“动物”母亲;

                             有利于创新的环境支持——蓝圈上的动物食粮(政策、基金、捐助等等)

师生和社会共赢

  人才培养方面,学生的兴趣最重要,但老师的兴趣也许同等重要。

  以前谈大学教育时,似乎很少讨论如何让老师做他们真正感兴趣的教育工作。对老师强调的是教学效果、老师的责任和奉献等等。现实中,很多教授或多或少地将教学与科研对立起来。以传授知识为主的教学,往往因缺乏挑战性和新颖性而变得乏味;而科学研究和探索不但本身有趣,还有科研项目和成果所直接带来的利益。

        卢瑟福等的很多例子表明,创新性人才培养可以做到师生共同感兴趣,共同取得更大成果。

  自古英雄出少年,尤其在最需要创造性的领域。毛泽东在长征途中奠定领袖地位时42岁;毛头小伙子的比尔盖茨、乔布斯等将IT技术 变为过去二十年间最有活力的经济领域;自然科学领域的诺贝尔奖获得者做出获奖成就时的平均年龄不到40 岁。这样的例子不胜枚举。

  创造条件并帮助学生,使得他们的创新意识和能力得到充分的发挥,不仅对人类和社会发展最有利,对导师也是特别有帮助。例如,有不少诺贝尔奖成果的最初观察或想法是来自于学生,而老师则在随后的共同研究中做出了更大贡献、获得诺贝尔奖。

  所以,找到一位特别感兴趣、全身心身投入的学生,对一项研究的进展和质量影响巨大。但我以前常常遇到困难。每位新研究生进来时,我会仔细考察他是否真的对我正在研究的某些方向感兴趣。让我苦恼的是,很多学生并不知道自己对什么真的感兴趣;甚至有的学生以拿学位为主要目的。这类学生进来后,很多时候我们师生都陷入了长期的尴尬郁闷状态。

  鼓励和帮助本科生从事他们自己感兴趣的研究,不仅将更有利于他们的深度学习和创造性的发展,也有利于研究生和导师找到更好的组合,真是一箭双雕、师生共赢的形式啊!

  归根结底,使得上述理想中的创新人才培养体系可变成现实的关键,是获得有强烈创新意识、重视人才培养的优秀教师的倾心参与。如果“母鸡”、“母马”们本身就承载着过重的非教育性任务、为生存而屈就于急功近利的研究,单纯地凭兴趣和责任感,又如何能够使得他们长期稳定地潜心于创新性研究和创 新性人才的培养呢?

  顶尖成功人士捐助培养顶尖人才,是国际上通行的一种模式。当年的钢铁巨子、剑桥大学校长W.卡文迪什公爵私人捐赠设立了卡文迪什实验室,造就了剑桥大学和英国的一段辉煌。作为一个新生事物,开放式创新人才培养模式能否克服初生的艰难、最终走向成功,一个必要的条件就是能够获得特别的政策和资 源支持,尤其是基金和私人捐赠的支持。

        致谢:

        今夏参与促成本文的讨论的主要学者有:

    法国巴黎交叉研究中心(CRI)主任F.Taddei教授,

    英国伦敦纳米中心(LCN)主任G.Aeppli教授,

    有着碳纳米管之父称誉的日本M.Endo教授,

    挪威技术大学张志良教授,

    瑞典Jö·nkö·ping商学院院长J. Roos教授,

    美国Sage Bionetwork总裁S. Friend,

    美国加州理工大学叶乃裳教授,

    美国休士顿大学B.I.Yakobsen教授,

    美国麻省理工学院的R.Abeyaratne教授,

    美国UIUC负责交叉研究的校长助理夏焜教授,

    法国巴黎高工D.Quere教授,

    英国剑桥大学A.Nathan教授,

    清华大学微纳力学中心徐芦平副研究员、F.Grey教授和陈常青教授等。

  最后,还要感谢清华大学校长陈吉宁教授和清华大学教育基金会今夏对这些研讨的高度关注和支持,以及陈远学长捐赠的清华大学润物基金的大力支持。

 

        来源:《水木清华》杂志  2012年第10期  

2012年11月22日 09:20:27  清华新闻网

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