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钱学森力学班十年之问:中国高校能否培养出杰出人才
2019-04-15 15:47

钱学森力学班十年之问:中国高校能否培养出杰出人才

本文来自微信公众号:底层设计师(ID:Bottom-upDesigner),作者:陈伊凡


文章导览


永不破灭的“泡泡”

“面向创新型工科的一个实验田”,郑泉水说,其定位是工科基础,使命是发掘和培养有志于通过技术改变世界的源头式创新型人才。


“我愿意打70分”

在被问到给如今钱班的成就打分时,郑泉水说,“这样能够有更多的上升空间,如果能够到90分,那么我将会非常开心。”


爱因斯坦的梦想

2009年8月,钱学森力学班招收了首届30名学生,两个月后钱学森去世。


机遇的力量

“创新最富饶的领域,就是跨学科领域。”跨学科的创新,也是郑泉水笃定的未来创新方向。


“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才?”


在世纪之交提出的“钱学森之问”,至今仍是萦绕在中国教育界的未解难题。不过,这一“时代之问”,在当下已经变得更加复杂。


“智力被非人类全面超越,导致对教育的核心需求产生了千百年来最大的一次变化:从知识传授转为创新能力培养,且这一转变到来的速度和范围都远远超过预期。”“钱学森力学班”(以下简称“钱班”)的首席科学家郑泉水说。


钱学森是中国近代力学和航天事业的奠基人,以他命名的“钱学森力学班”,是清华大学拔尖创新人才培养计划的一个部分。这里的学生,都被赋予了成为相关科学技术领域领军人才的期待。


2009年11月3日,时任中华人民共和国总理的温家宝在人民大会堂向科技界发表题为《让科技引领中国可持续发展》的讲话,其中指出,全球将进入空前的创新密集和产业振兴时代。


随后教育部联合中组部、财政部推出为回答著名的“钱学森之问”而推出的一项基础学科拔尖学生培养试验计划,在清华大学、北京大学等19所高校进行拔尖创新人才培养试点。



2009年,“钱学森力学班”成立,作为入选了该计划的全国唯一工科基础班,迄今已近10年。郑泉水说,破解“钱学森之问”成为最急迫的国家战略性挑战。


对话之前,郑泉水刚结束为期一天半的会议。这里是液晶大厦三层的会议室,会议室外的墙上挂着钱班师生们的跨学科研究成果。


这是郑泉水在清华的第26年,是他建立钱班的第十年。他的普通话带着浓厚的江西口音,时不时摘下眼镜,揉揉眼睛。“未来30年的机会在纳米技术,未来50年的机会在生物科技”,郑泉水说。


他语速很快,谈话中,他津津乐道和学生们一起做研究的故事,这些年轻人总能给他许多启发。他乐于分享自己的科学想象,尽管这些想象在最初几乎被定义为不可能,例如对“零”摩擦世界的探索。


郑泉水所在的区域,囊括了中国国家核心的创新动力,从液晶大楼往北,依次是技术科学楼、建筑馆,和钱班所在的航空航天学院大楼,往西的清华科技园里紫光、同方大厦、启迪控股大楼高耸。


组建钱班十年,教育方案不断迭代,郑泉水总结出一套人才培养的方法论——通过研究学习。他认为,这是能够解决后面这个问题的最佳办法。


至于第一个问题,却涉及到整个教育体系。“但我仍然坚信,大的方向是正确的,尽管中途会磕磕碰碰。”郑泉水说。


永远不破灭的“泡泡”


正如欧林工学院校长给其学校的定位为——高等教育的实验室,钱学森力学班的定位也是——“面向创新型工科的一个实验田”,郑泉水说,其定位是工科基础,使命是发掘和培养有志于通过技术改变世界的源头式创新型人才。



采访中,他提到了钱班的三个理念,这几个理念,在他的《开放式的创新人才培养》中也被提及:


第一条理念,也是核心,就是帮助学生找到他们想做的事,然后再帮助他们全力以赴去做。


“这是犹太人的教育理念,就是尊重孩子的选择。”有了这个理念之后,钱班的定位就不是力学方向,而是工科基础。也就是说,在钱班主要是打基础,以后可以做很多方向。


第二是师生共赢,让学生做想做的事,也需要让老师能够从中受益,能够满腔热情去做。


第三个理念是开放式。做这件事需要的可能还不止是清华的老师,还需要许多国外的老师和社会资源来做这件事。


基于三个理念下,培养方法在实践过程中逐步迭代。


一个叫杨锦的学生走进郑泉水的视线。


钱学森班2009年入校的本科生杨锦在郑泉水的课题组做SRT(学生研究训练)课题,偶然看到水面上漂有一层带微小颗粒的泡泡,能许久不破,感到十分好奇。他将这个观察报告给了老师。


“好玩!”郑泉水知道后,建议他从网上查找这方面的报告。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,郑泉水提出了一种“永久不破泡泡的机理”,指导杨锦完成了实验验证。


“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。”郑泉水说。


当时他把这件事告诉了时任校长陈吉宁,陈吉宁表示,要把这个泡泡放到清华校史馆。为了放到校史馆,郑泉水的目标是,把“泡泡吹大”一些。


郑泉水又指导了两届学生和他一起做这件事——“把泡泡吹大”,过程中,2011年入校的钱班学生薛楠意外揭示了水面悬浮颗粒团聚破缺的一个普遍机理。


这两件事给了郑泉水启发,“第一件是坚持,第二是本科生也可以做研究。”这一启发构筑了他在钱班培养模式的核心方法——通过研究学习作为牵引,激发学生的学术兴趣,从而能够实现创新基因的培养和强化。


到了2013级,钱学森班学生,28人发表了31篇学术文章。“尤其是,在知识大爆炸,呈现指数增长时代,很难通过正常的学习模式把知识学完,因为学习过程中,知识可能已经增长了几十倍。所以更需要有一个清晰的方向,以快速走到前沿。”


郑泉水说,通过研究进行学习不仅能够帮助学生们寻找自己的兴趣,还能够提高学习效率,和学习的系统性,并且可以帮助学生找到合适的导师。


钱班培养模式有两次迭代。


第一个阶段是2009-2015年,总体框架突出三个重点:追求师生双赢、重视基础和深度学习以及鼓创新思维和研究。


为了达成师生双赢,钱班采取小班上课、导师制、不同院系之间的流动机制、实验室探究等方案。此外,在基础学科课程上投入更多学时。


为了增加挑战性,要求学生课外和课内的时间投入比为3:1,专门聘请授课教师,进行大量讨论和研究性学习。


鼓励创新思维和研究方面,2012年,从首届大四学生开始,安排学生进行为期3-6个月的海外研修,2014年设立ORIC自主研究课程等等。


第一阶段的培养模式在改进中,却仍然有几个难题未能解决。例如,学分过多,加上不少学生重视学分绩,导致尽管科学技术课程的方面实施较好,但在价值观、交流和领导力等几个方面不足。


虽然钱班的一大核心是帮助学生找到自己的兴趣,但在第一版培养模式实施下,仍存在相当部分的学生动力不足或不够坚持、目的不明确的问题


2015年之后,培养模式迭代为CRC体系(course-research-communi-ty),增加了三个方面:包括创建系统性台阶式的研究实践体系;建立结构清晰的课程体系;以及建立朋辈学习和创新生态,邀请各行业有突出成就的人士作为志愿者担任钱学森班的社会导师。


“我愿意打70分”


“如果从我自己的角度,我愿意打70分。”在被问到给如今钱班的成就打分时,郑泉水说,“这样能够有更多的上升空间,如果能够到90分,那么我将会非常开心。”


“可能钱班更多的,是那种天资特好,特别会考试,但是比较迷茫的人。因为他的整个人生经历都是向短期目标努力。”郑泉水说。


这涉及到中国教育的问题,中国教育更多的都是一种短期目标,先考上高中,然后高考。但创新需要的是长期目标。



在郑泉水的一篇《“多维测评”招生,破解钱学森之问的最大挑战》中提到,目前高考招生体系下的优秀,多数不是创新素养和发展潜力意义下的优秀,学生们四年的成长优劣,与学生进清华时的高考或竞赛成绩关联度不大,而与他们的创新素养和潜质关联度很大。


钱学森班所培养的是什么样的学生,是郑泉水和同事们苦苦思索的一个问题。


他们参考了哈佛大学、加州理工等的标准,学习了心理学和脑科学的有关重大进展和新认识,并研究了若干著名招聘专业公司的经验,提炼了五个钱班的基因,他将其提炼为:MOGWL。


  • 内生动力,即对科学发现或技术创新有着迷般的极强志趣和不断追求卓越的内在力量;


  • 开放性,即有强烈的求知欲、好奇心,具有批判性思维和提出有意义问题的习惯,能从多角度看问题,有很好的观察力,有思维的深度等;


  • 坚毅力 ,包括开始和改变的勇气,拥抱失败、屡败屡战,对目标锲而不舍的追求和专注、耐得住寂寞、坚持到底等;


  • 智慧,不仅包括智商、学有余力,也综合了从他人、从失败、从实践中学习和领悟的能力;


  • 领导力,主要衡量远见卓识、正能量价值观、奉献精神、表达能力、动员追随者和资源的能力、团队合作能力等。


在这几个质素当中,钱学森班将内生动力作为核心,这正是郑泉水所关注的“长期目标”。


钱班试图通过招生,找到那些有长期目标的学生。钱学森班每年招收30名新生,前四届招生主要由两部分组成:通过高考统招,各省高考理工科前十名具有申请钱学森班的资格,面试后决定是否被录取。


二次招生,清华所有新生在刚入学的前三天,都可以报名申请转入钱学森班,在参加其为时半天的综合考试并取得靠前的成绩后,经面试决定是否被录取。在大一和大二阶段,不适应的学生可以休学调整,也可以转到其它班;同时也有其它班级的学生择优补入钱学森班。


郑泉水和他的团队目前正在试验多维测评的方式招生,通过面向有志于报考清华的高中生举办了3届钱学森创新挑战营,从5个维度对学生进行考查。


2018年1月,在第三届钱学森创新挑战营中,面试官根据五个维度标准打分,符合条件者寥寥。


“在钱学森班的实践过程中,我们越来越感到回答钱学森之问的最大挑战,还不在于如何改进培养模式,而是如果突破现有高考体系,招进真正有巨大创新潜力的学生。”郑泉水说。而这,也将会是一个持续很久的课题,这将是一场波及高中、初中、小学、幼儿园甚至家庭教育的革。


爱因斯坦的梦想


郑泉水的梦想,从家门口的一条河开始。


江西省金溪县浒湾镇,以出书之盛而闻名。郑泉水就来自这里。小时候,家住在抚河边,16岁的他,梦想是造一座桥,让家乡的人可以到对岸去。于是,作为恢复高考后的首届大学生,郑泉水在1977年被江西工学院土建系录取。


天地被一下子打开。在大学里,他开始接触了爱因斯坦,这个科学巨匠的传记把他“吸引住了”,“原来科学是这么一回事。”他发现,土木学距离爱因斯坦太遥远,“我觉得我应该去学力学。”


自此开始走进他的学术生涯,并成为毕生追求的志趣。这门能够追溯到中世纪的古老科学,在此后的时间里不断发展,与工程技术、计算技术、自然科学相互融合。


20世纪70年代末80年代初,就在郑泉水开始将力学作为钻研的方向时,世界的科技创新正在进入一个新的阶段。美国的DARPA(国防高级研究计划署)一系列科技项目,涌现了一批对现代社会影响深远的重大发明。1980年,美国《拜杜法案》颁布,至今仍被视为推动美国技术成果转化的关键。


“爱因斯坦大学期间就开始写文章。”除了上课之外,郑泉水在本科时期开始写文章发表。转专业,加上为了发表文章,郑泉水自己钻研了很多力学方面的书籍,学校的老师给了他宽松的学习环境,不仅说他学得好,甚至提出让他来上课。


当时,在德国的郭仲衡院士给他写信,说郑泉水是他所知道的第一个看懂他那本《非线性弹性力学》的中国人。1982年,郑泉水留校工作。当年,他参加了力学家戴天民教授的讲习班,颇受赏识,便把他介绍给了钱伟长。


1983到1985年他到北京大学应用数学专业进修在职硕士;1985年,郑泉水获湖南大学固体力学专业硕士学位,导师杨德品教授和熊祝华教授;1989年直接申请并获得清华大学固体力学专业博士学位,师从固体力学家黄克智院士。


1989年,郑泉水出国,在力学的理论、张量本构关系上做了许多系统性的理论工作,组建了这一领域的体系;90年代中后期,郑泉水又致力于细观力学的研究;“但我觉得它还不够吸引人”于是在2000年之后,郑泉水开始研究固、液、气的界面问题,“这也是我决定要做的方向。”“快20年了。”郑泉水看了一眼身边的妻子,“可能还会做很长时间。”


真正开始思考如何培养创新型人才,始于2001年前后。当时,郑泉水的一名本科毕业于清华的硕士生告诉他,他的整个本科班上想继续做学术研究的学生,可能只有他一人。这句话对郑泉水震动很大,“我一直觉得自己不适合做行政工作。”知道这件事之后,郑泉水下定决心,主动请缨担任固体力学研究所所长。因为我需要有一个平台来做这件事。”


之后,郑泉水和同事们开始进行课程改革的研讨,每周花几个小时的时间讨论,在全世界顶尖的一些大学进行调研。


当时,郑泉水和他的同事们认为,学校目前上课的内容不够新、太枯燥。于是,第一阶段的工作重心,是考虑如何调整课程的结构,改进上课的方法,使得同学们能够感兴趣。


这样的讨论进行了整整一年,最后发现这样的方式行不通,“因为涉及到课程质量、课程体系,当时不是一个研究所能解决的事情。”尽管他们随后对研究生课程的一整年调整取得了一定成果,但本科生课程改革的事,终究没有着落。


一直到了2007年,一件事让老师们又开始思考课程改革。刚刚升级为航空航天学院招收的九十几名学生中,有十多位没有毕业。“现在想想太正常了,但当时觉得很震惊。”


由于认为问题很严重,老师们开了研讨会,讨论课程改革,时任院学术委员会主任的郑泉水主持了研讨会议。他们花了三个月的时间进行讨论,但有一个问题无法解决,就是院里有三个专业,每个专业都认为应该把自己的那部分加强,最后发现,如果按照这样的思路,培养方案可能要达到200个学分,原本希望减轻学生负担,最后却适得其反,围绕这个问题经过多次的讨论,都无法解决,决定放弃。


但郑泉水仍不死心,他与许多老师商议并获得时任校领导陈希、顾秉林、袁驷等的支持,最终决定,干脆办一个特殊的班级,由郑泉水担纲首席科学家,主持这项工作。


2009年8月,钱学森力学班招收了首届30名学生,两个月后钱学森去世。


机遇的力量


郑泉水反复强调,机遇的重要,而通过研究学习,有助于在至于关键的时间段抓住重大机遇。


“比尔·盖茨、乔布斯,他们都是1955年出生,这几年最有财富的一批人似乎都是这个时间前后诞生。其中一个原因是,他们20岁的时候,正好是个人计算机出现的时候。再比如,爱因斯坦做狭义相对论,现在看来,并没有什么难度,但那个时候,正好麦克斯韦方程提出,关于光的各种理论提出,时代走到那个点。”


在人工智能已然中原逐鹿,边缘计算、物联网、5G等一些社会变革式的创新正在逐步影响人类社会时,把握这一机遇的关键,在于立足于基础研究的源头式创新。



“曾经中国企业更多的是跟随,没有自己的创新。如今,中国正在慢慢走向价值链的上部,取决于其能否做到独一无二的,就是来源于基础研究的创新。而现在在中国,已经能够看到这样的企业案例。”如今,郑泉水也在与一些中国企业共同探索技术无人区的可能与创新。


他与钱班的学生最近所作的一项未来技术,就是结构超滑(“零”摩擦)技术的应用,为制作在血管内行驶的机器人提供了可能。


在他的结构超滑研究中,涉及到多个学科的知识。


“创新最富饶的领域,就是跨学科领域。”跨学科的创新,也是郑泉水笃定的未来创新方向。他甚至鼓励学生们能够在找到自己兴趣所在的前提下,提出转系到另一个自己更加感兴趣的院系。他的多学科交叉研究中心里,学生们能够用纳米技术结合光学技术、生物技术等实现自己的想象。


郑泉水认为,尽管信息技术如今仍蓬勃发展并深受热捧,且将在未来越来越重要。但相应的,其市场价值将降低。“当远远超出市场需求的计算机专业毕业生涌向就业市场时,对多数人讲,理想的就业机会和较高的起薪就只能是明日黄花。”


未来30年内,将是以纳米技术为代表的硬+软技术,它所进入的,是一个以前没有过的领域。未来50年内以生物技术为代表的硬(+软)技术,将取而代之成为全球发展的主导技术。而生物技术的发展,则是建立在纳米技术发展的前提之下。


“钱学森班的机遇,正在于此。”


郑泉水起身,往办公室走去,书架上一面的桌上,他的身后的书架囊括了现在和将来几十年重要技术的理论基础。郑泉水说,未来这面书架上,将会有一波新的书籍取而代之,他希望,在新的基础研究创新中,将会有那么几本,来自钱班。


本文来自微信公众号:底层设计师(ID:Bottom-upDesigner),作者:陈伊凡,本文为经济观察报管理与创新案例研究院原创文章,未经授权请勿转载。

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