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大数据告诉你:具备哪些特质才能当上院士

[日期:2015-07-09] 来源:中国青年报·中青在线   作者:刘仲林、汪寅 [字体: ]

对于广大身处高校的莘莘学子而言,“两院院士”意味着无比崇高的荣誉和学术地位。

  他们有怎样的成长经历?他们的父母是什么样的人?一起透过数据,了解一下“院士背后的故事”吧!(文章来源于微信公众号壹学者 ID:my1xuezhe)

  中国科学院院士和中国工程院院士是国家设立的科学技术、工程技术方面的最高学术称号,具有崇高的荣誉和学术权威性。他们代表了中国科学技术发展的最高水平。

  考察院士的思维背景及其方法,对我国科学技术原始性创新的发展与创造性人才培养有重要而现实的意义。本文以《院士思维》四卷本为主要参考依据,并参阅其他相关资料并在统计的基础上分析、提炼和总结院士思维方法特点与结构。

  一、院士思维背景分析

  《院士思维》四卷本共收录了221位院士的文稿,院士们年龄、出身、专业等背景虽各有不同,但仍然能发现他们成长经历中的某些共同之处。文章主要以这221位院士为样本,以下分别从父母职业、中学经历、留学经历、名师指点等几个方面对院士思维背景进行统计分析。

  表一院士思维背景要素编码表

  1、院士的父母职业

  经统计我们发现:两院院士父母或父母的一方为教师的比例相当高,院士提及自己父母职业的共有78人,其中父母或父母一方为教师、医生或其他专业技术人员的就有63人。

  这些家庭往往并不是很富裕,但大都对子女的教育极为重视。这种情况说明,专业技术人员的思维方式如重视抽象分析和实验检验等对院士早期思维的形成具有潜移默化的重要影响,对他们的人生观、价值观的形成和科学兴趣的培养等方面都有一定作用。

  另外,统计表明,出生于贫苦农民家庭的院士有15人,它从另一方面说明逆境也能出人才,逆境有利于培养人的坚毅、勤奋的个性,对个人的成长和思维品格的形成也产生了重要的影响。

  2、院士的中学经历

  中学经历是人生的一个重要时期,它对于人的思维方式具有重要影响。统计发现,有32名院士中学时期在名校接受教育。名校教育为他们后来的发展奠定了坚实的学业基础,这一点颇值得注意。

  如王选院士(计算机专家)小学和中学都在上海名校南模读书,这所名校的校友中院士达20多名。闻邦椿院士(机械动力学与工程机械专家)就读于颇有名气的台州中学,这所学校的毕业生中后来也有4名院士。陈俊武院士(热能动力工程学家)就读于北平崇德中学,这是一所严格的教会学校,他在这里打下数学和英语的基础。

  周恒院士改换了4所学校之后,最后在重庆南开中学毕业。他回忆道:“南开中学在当时具有全国最好的师资和设备,而且经常请一些知名人士来做讲演,政治、文化、科学等方面的都有,使得学生除了学习基础知识外,视野开阔,思想活跃。”

  与上海的南模学校相似,重庆南开中学毕业生中,后来当选为科学院院士的也有20多人。王大中院士也说:“在南开中学我不仅学到文化知识,更重要的是通过学校和导师的教导,使得刻苦顽强、一丝不苟的作风在我的头脑中牢牢扎下了根,这是我在大学学习和以后科研工作中的重要原动力。”

  3、留学经历的影响

  由于历史原因,西方科学的发展处于绝对优势的地位,科学体制也处于相对完善的阶段。因此,派遣各类留学人员到世界科学发达的国家去访问学习,是迅速掌握科学发展前沿成果、培养高级科学人才的一个重要手段。

  表二留学院士人数统计

  这里主要统计了获得国外学位的院士人数,共记490人,不到院士总数的一半。这些院士主要集中留学于美国、英国、德国和前苏联4个科学相对发达的国家,合计有424名,占全体院士的41.33%,占留学院士的86.53%。

  另外,在《院士思维》一书中,提及出国留学的院士共计82人,占书中总人数的37%。海外留学经历对院士思维产生重要影响。

  院士在国外留学时期接触了世界第一流的科学家,其导师往往是某一领域的学术权威人物,如王淦昌院士在留学期间的导师是对发现原子核裂变有重大贡献的物理科学家梅特纳教授,这为他及时寻找适当的研究方向并在后来发现反西格马负超子奠定了良好基础。

  同时西方发达国家深厚的科学传统对科学家的熏陶也为科学原创的启发大有益处。

  4、名师指点

  很多院士认为他们的思维很大程度上得益于在其求学及工作中名师的指点。首先,名师的科学思想、思维方法与治学态度等对院士思维的建构具有潜移默化的影响;其次,名师对科技前沿的把握有助于院士找准研究方向,快速向世界先进水平接近。

  而且名师,尤其是国际性的科学大师,拥有丰富的科研资源如充足的经济支持、先进的实验设备、一流的教育设施等,这些都有利于其学生进入科技前沿,加快科研进程,早出原创性成果。

  如哥本哈根学派以玻尔为核心产生了一大批优秀的科学家并多次获得诺贝尔自然科学奖。统计表明,有83名院士认为名师对他们的思维方法、人生观,科研方向选择都产生了深远的影响。

  表三重点大学院士统计(仅以《院士思维》一书为例)

  5、著名大学的熏陶

  大部分院士都有在国家重点大学求学的经历,北京大学、清华大学、南京大学、浙江大学、上海交通大学、复旦大学等培养了一大批新中国院士。在这些大学中以北京大学、清华大学、南京大学(原中央大学)、浙江大学、上海交通大学最为突出,共培养92名院士。

  另外,西南联大(以北京大学、清华大学、南开大学为主成立的临时性大学)也表现突出,仅这一所学校就培养了诺贝尔奖获得者(杨振宁、李政道)和多位院士。

  这一现象说明,一流的大学更容易产生一流的人才。著名大学的一流的学者、活跃的教学氛围、一流的学术思维、深厚的学术传统等深深地影响了院士的思维。毕业于清华大学的许多院士都认为其校训“自强不息、厚德载物”影响了一代清华学子。

  二、院士思维方法构成与分布

  表四院士思维方法编码表

  1、三大主要思维方法。从上表中可以发现,院士思维方法中提及最多的有辩证思维、发散思维和概念思维,三者总和占总数的2/3强。辩证思维的强势在一定程度上反映了我国对唯物辩证法的长期宣传和广泛传播,这种辩证思维已经深入人心,在我国科学家思维中扮演着重要角色。

  在辩证思维统计中也包含系统方法,反映了现代系统科学思维方法对科学家的影响。发散思维是创造思维的重要组成部分,特别是在创新观念孕育和形成的阶段,发散思维起着关键作用。

  概念思维是建构严谨科学知识体系的重要工具,没有对理论的层层推导和对实验数据的严密分析,就无法深化研究对象进而揭示事物本质与规律。

  总之,院士谈论的主要方法:辩证思维、发散思维和概念思维三者侧重点各有不同,辩证思维侧重于一种哲学的思辨与洞察,发散思维侧重于思维的创新与变革,概念思维则偏重于理性的分析与论证。三者各有特色,相辅相成,共同构成了院士思维的主体框架。

  表五院士思维方法分布图

  2、其他方法。除以上三大方法外,想象力、交叉方法、类比方法、臻美方法在院士思维中占有一定比重。相对来说,提及直觉与灵感的比重较小。

  可能直觉与灵感一般属于个人体悟和经验感受,它们往往“只可意会,不可言传”。值得指出的是:以上所有“其他方法”,与发散思维本质上是一致的,都属于“意象思维”范围(分析见下文)。

  3、综合概括。经以上分析,我们可以对已有统计作综合概括,得到如下简表。考虑“辩证思维”的提法与哲学联系密切,并不属于通常思维分类中的两大基本思维方式,因此,原“辩证思维”改为“辩证与系统方法”。

  由新表可见,意象思维的频次最高,超过“概念思维”与“辩证与系统方法”总和,是院士思维关注的重点,也是对科研和教育最富启发的结论。

  表六院士思维汇总简表

  三、院士思维对我国原始创新的启示

  上文的分析揭示了院士思维方法的特点及其结构。院士思维是我国科学家群体智慧的内在显现,对提高我国原始创新能力具有重要指导意义。

  1、院士思维是意象思维与概念思维的辩证统一

  人类最基本的思维方式有两种:意象思维与概念思维。意象思维是指创造主体通过形象、直觉、灵感、顿悟、臻美等形式直接把握事物本质的一种思维方式。它具有突发性、突变性和形象性等特征。主要有类比推理和臻美推理两种推理方法。

  意象思维主要表现为:处于长期实践活动下积累的知识被“激活”为一种思维元素参与到新的思维过程之中,造就出激动人心的直觉创造成果。意象思维是科学家进行理论研究和创新时必不可少的手段。按照沃勒斯的创造四阶段划分,意象思维一般出现在第二和第三阶段即创造的孕育阶段和明朗阶段。

  概念思维是与意象思维相对应的一种思维方式,它通过概念、判断和推理的形式展开。体现了科学的严谨与精确。主要有演绎推理和归纳推理两种推理方式。概念思维是提出问题和总结、验证假说、理论的必要手段。通常出现在创造的第一和第四阶段,即准备阶段和验证阶段。

  著名的“杂交水稻之父”袁隆平院士研究杂交水稻的过程充分体现了意象思维与概念思维的辩证统一。一方面他非常重视和善于运用意象思维。

  1960年他发现了“鹤立鸡群”的水稻时,凭借直觉和灵感他认为这是一株“天然杂交稻”。他想“天然杂交稻既然存在,那么就可以探索出其中的规律,培育出人工杂交稻。”正是基于这一灵感,他走上了研究杂交水稻的不归之路。1973年,袁隆平在世界上首次成功培育出强优势杂交水稻。

  1997年,袁隆平院士在试验田观察两系亚种间杂交稻时,直觉和灵感又一次帮助他发现了超高产水株叶型的特点:即叶子要“长、直、窄、凹、厚”。

  基于这一认识,他提出了中国超级杂交稻选育形态模式和技术路线,并为此积极地开展工作。1998年该计划得到国务院及有关部门的高度重视并获得1000万元资助。另一方面,他的研究过程中概念思维也无处不在。

  例如,受天然杂交稻的启示,他经过详细的文献调研和缜密的逻辑推理,最终决定借鉴杂交玉米和杂交高粱选育过程中寻找雄性不育株的路子。

  探索的过程充满了细致的观察、高度的归纳概括和严谨的演绎推理。他那时常常头顶火辣辣的阳光、脚泡着禾田里的毒水,手拿一只放大镜,到水田里挨个儿检查稻穗,每隔一定距离取一株盛花稻为观察对象,每株检查一穗,每天检查数穗。发现与正常稻花略有差异的雄蕊,就摘取一穗稻穗夹进标本夹,用圆珠笔编上号并带回实验室进一步研究。

  在该稻株的其他稻穗上套上羊皮纸袋,然后在这株稻秆上系一根白布条,布条上也写上同一号码予以标记。正是经过这种高精度、细分析的工作,终于在第16个野勘日,在勘察到的第6400稻穗上,他发现了第一株天然不育水稻。

  袁隆平院士的思维方法代表着科学研究中的一个方向。许多伟大的科学家如爱因斯坦、狄拉克、彭加勒等在强调概念思维的同时非常重视想象、直觉、灵感、美学在科学研究中的重要作用。

  2、“意象思维”在创新中的先导作用

  意象思维以想象、直觉、灵感、审美、类比、交叉等要素为特征,在科技创新构想初期,特别是寻找新的突破口的过程中,具有鲜明的先导作用。

  现代心理学研究表明:人的认识飞跃常常由某种诱因诱导而产生,这种诱导不是通常意义上所说的一般启发,而是一种在想象和直觉矛盾运动背景下的直感顿悟式启发,如果没有这种思维上的飞跃,按照常规的思路和程序是很难产生出创造性的认识。

  事实上,绝大多数科学新构想都来源于想象和直觉的猜测。爱因斯坦曾说:“我相信直觉和灵感”,“要通向这些定律,并没有逻辑的道路:只有通过那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉,才能得到这些定律。”

  另外,科学家很多情况下都是在缺乏充分的佐证和事实的情况下去选择研究方向、领域和课题,识别有希望的线索以及发表对新发现的看法等。这时候直觉可以表现为科学家的科学鉴赏力——进行有价值的选择。

  意象思维这种特点在确定科研方向、把握创新机遇、开创创新领域以及攻克科研难关时往往能发挥意想不到的功效。正是在这种意义上,可以说意象思维是新思想产生的催生素,它在科技创新中能发挥先导作用。

  在院士思维方法中,意象思维占了很大比例,超过思维方法总量的50%(见表六)。说明院士非常重视运用意象思维进行科技创新。许多院士指出,直觉、灵感、形象、类比等意象思维有重要方法论意义。

  雷啸霖院士认为“物理学中大凡有一些价值的工作多数是源于物理的直觉。”20世纪80年代他提出晶态合金电阻率的超结构散射理论揭示了意象思维在科技创新中的先导作用。

  他以物理的直觉猜测晶态合金中普遍存在的行为起源于合金的机制并直觉地相信它的非弹性散射部分对电阻率有贡献。这样在物理直觉的引导下建立了物理模型,最后以数学推导进一步证实了这样一个基于物理直觉的模型,发展了晶态合金电阻率的超结构散射理论。

  3、学科交又是科学原创的重要途径

  交叉学科、跨学科、边缘学科是科学技术创新的增长点和多发地带。这一趋势也为国际科学发展所证明。如下图所示,在诺贝尔自然科学奖中,交叉学科所获奖项一直占据很大比重。

  在百年诺贝尔自然科学奖获得者中,有41.02%的人数属于交叉学科。院士们普遍重视学科交叉思维方法的研究,许多院士在交叉科学领域取得了丰硕的成果。

  岑可法院士重视多学科交叉研究,充分发挥现代学科交叉特点,探讨新的领域,获取新的内容,在煤燃烧理论与技术方面取得了丰硕成果。20世纪80 年代当计算机和数值模化技术开始迅速发展时,他在国内率先提出了计算机优化数值试验研究方法,发展了激光测量、高速闪频摄影等多种先进测试手段和电站锅炉智能专家系统。

  通过燃烧学科与计算机学科的交叉研究,使原先无法实现的大型锅炉机组试验工作能通过计算机进行模拟,大大提高了对锅炉的诊断手段和运行的安全性。

  20世纪90年代,他紧紧抓住信息传送及数字处理技术调整发展的契机,利用高速摄像及数字化处理技术,对大型锅炉内燃烧流场进行重建,使原来无法想像、无法预测的大型锅炉炉内过程实现可视化。

  这种跨学科交叉方法的运用为他开辟了广阔的研究领域——覆盖了工程热物理、动力机械、环境科学、化工、有机(无机)化学、(硅酸盐)材料科学、计算机科学、流体力学、自动化控制等多个领域,并在学科建设中始终走在科学的前沿。

  时间跨度获奖人数交叉学科人数比率(%)

  1901-192569 25 36.23

  1926-195074 26 36.14

  1951-197596 41 42.71

  1976-200095 45 47.37

  1901-200033413741.02

  表七诺贝尔自然科学奖中的交叉学科 资料来源:《20世纪诺贝尔奖获得者辞典》

  4、东西方文化的融会对科学原创的重要作用

  院士们深受中国文化熏陶和现代科学洗礼,在其科技创新中,中国传统的整体的、辩证的、动态的、意象的思维与现代抽象的逻辑的、严密的、分析的理性思维相结合,体现了东西方思维方式的交融的特色。

  一方面,老一辈院士大多受过严格的传统文化教育,他们身上体现了中国传统文化的精粹,注重整体思维、意象思维和辩证思维方法,取得了重要成就。

  刘建康院士在活动中高度重视系统综合思维方法,运用系统观点,综合考察淡水生态系统各组成部分之间的相互关系和相互作用,因而能够在他主持的东湖渔业增产试验项目中使东湖的鱼产量连续7年平均每年以23.5%的幅度递增。

  程浴祺院士强调科研工作要通观全局,综合集成,将个人探索与群体智慧相结合。他注意站在全局高度,从多视角观察、分析、处理问题,力求发挥各方面专家的智慧与才干,组织开展跨学科综合研究,以便协同解决一些复杂的地质难题。

  另一方面,院士们一般都接受过严格正规的西方科学技术教育,拥有深厚的科学技术理论基础,他们身上又体现了西方科学传统中注重分析方法、数学方法和实验方法的特点。

  中国传统文化中缺乏运用严密逻辑推理的分析方法和追求精确的数学方法,存在重视定性分析,忽视定量研究;重视整体思辨,忽视个体实验分析的现象,因而中国古代科学普遍存在技术发达而理论薄弱的弊病。

  院士们充分吸收了西方先进的科学思想和科学方法,高度重视理论思维,并在科研工作中灵活运用分析方法、数学方法和实验方法,从而取得了丰富成果。

  我国院士历史上至少有四次与诺贝尔自然科学奖擦肩而过,它们是:赵忠尧在1930年首先发现正负电子湮灭;王淦昌在1959年首先发现反西格马负超子;中国科学院上海生化所和有机所在1965年人工合成牛胰岛素;以及上海光机所的王育竹院士在1979年首先进行的激光冷却气体原子的试验。

  因此可见中国科技精英在理论思维方面与西方科学家相比并不逊色,他们在科学研究上也具有相当的原创性思想。当然至于中国科学家至今未获得诺贝尔奖这一问题非常复杂,本文在此暂不讨论。

  总之,“院士思维”是一个很值得研究的课题,本文只是进行了初步的探索,仅作抛砖引玉之想,期待学者们做出更多更好的研究成果丰富我国的科学文化思想宝库。

  文/刘仲林、汪寅 图片来源于网络





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