如何培養大學生的科學創新精神

高建偉

［摘要］培養大學生的科學創新精神是培養“杰出人才”的必要條件。科學創新精神的培養需要一定的方法論基礎，這就是科學創新的方法。科學創新的方法可以概括為“一個信仰，四個步驟”。無論是自然科學還是社會科學，這種方法都可以適用。教學改革應將科學哲學和音樂繪畫鑒賞等藝術類課程納入教學體系，同時鼓勵學生跨專業選修。

［關鍵詞］科學創新方法論 教學實踐 教學改革

［中圖分類號］G640［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）10-0010-03一、從“錢學森之問”談起

2009年10月31日，中國“兩彈一星”功勛科學家錢學森在北京去世，舉國哀痛。錢老留給中華民族的遺產，除了強大的國防利器和寶貴的精神財富之外，還有一個尚待后人破解的“錢學森之問”。2005年，錢老對看望他的溫家寶總理說：“現在中國沒有完全發展起來，一個重要原因是沒有一所大學能夠按照培養科學技術發明創造人才的模式去辦學，沒有自己獨特的創新的東西，老是‘冒不出杰出人才。這是很大的問題。”錢老提出的這個問題后來被總結為“錢學森之問”，即：為什么我們的學校總是培養不出杰出人才？

其實，錢老本人對此有著自己的答案：我們的學校沒有“按照培養科學技術發明創造人才的模式去辦學”，而這種模式就是錢老的母校加州理工學院的辦學模式。根據錢老的最后一次系統談話，加州理工學院的辦學模式可以總結為五個要點。一是學術開放；二是鼓勵學生跨專業、跨學科學習；三是鼓勵獨立思考；四是學術民主；五是重視藝術修養。

由此可見，加州理工學院辦學模式的目的就是培養大學生的科學創新精神。具有科學創新精神是成為杰出人才的必要條件，而我國當前大學生所缺的正是這種科學創新精神，又談何培養出杰出人才？因此，拋開中國當前頗受詬病的教育體制不談，可以說錢老是深諳教育規律和科學創新精神的培養方法。筆者嘗試從方法論的視角對科學創新精神的培養進行邏輯梳理，并以培養大學生的科學創新精神為目的，以筆者的教學實踐為例來探討如何進行教學改革。筆者認為，科學創新需要科學創新方法的指導，而且這種方法與錢老的認識完全一致。

二、科學創新的方法

（一）愛因斯坦的兩句話

愛因斯坦有兩句話對筆者的科學哲學啟迪影響頗深。哲學的希臘文原意是“智慧之愛”（love of wisdom），而科學哲學就是關于科學創新的方法論。筆者關于科學哲學的啟蒙教育，源自2005年另一位“兩彈一星”科學家彭桓武的南開報告。2005年是世界物理年，也是紀念愛因斯坦的狹義相對論發表一百周年，彭老應邀到南開做報告，題目是“分子與原子”。彭老雖于2007年去世，但彭老的報告猶銘記在心，使筆者受益匪淺。彭老在報告中提到了愛因斯坦的兩句話，據彭老講，這兩句話含義深刻，自己也害怕唐突翻譯而曲解原意，只能以英文原文示之。其一：“Pure logical thinking cannot yield us any knowledge of the empirical world. All knowledge of reality starts from experience and ends in it.”其二：“We now realize, with special clarity, how much in error are those theorists who believe theory comes inductively from experience. Even the great Newton could not free himself from this error.”

愛因斯坦的這兩句關于科學哲學的話當時給筆者以極大的心靈震撼，就好像漆黑的夜空中突然點起了一盞明亮的燈，似乎有頓悟之感覺。筆者獻拙，嘗試把這兩句話翻譯成中文。其一：“純粹的邏輯思維不能帶給我們關于經驗世界的任何知識。一切關于實在的知識，都是從經驗開始，又終結于經驗。”其二：“我們現在特別清楚地意識到，那些相信理論是從經驗中歸納出來的理論家是多么地錯誤呀，甚至偉大的牛頓也不能擺脫這種錯誤。”

彭老指出，愛因斯坦的這兩段話是互補的，前段話強調理論對經驗的依賴性，后面一段強調單純從經驗進行歸納是不夠的，從經驗到理論的飛躍很多都是從猜想和假說中建立起來的，‘不做假說是不對的。而所謂的“假說”就是“猜想”或“猜測”，或者用通俗的話說，就是“懵的”。但是，這種猜想絕不是無根無據的憑空猜想或者胡猜亂想，而是建立在經驗現實與現有理論相沖突的基礎之上。如果經驗現實與現有理論的預測結果不相符合，那就是進行理論創新的絕好時機。但是，如果僅從經驗進行單純的歸納而不大膽猜想或建立假說，那是很難獲得理論突破的。

（二）科學創新的方法:一個信仰和四個步驟

根據對愛因斯坦極為推崇的當代科學哲學大師波普爾的工作，我們可以把科學創新方法總結為“一個信仰和四個步驟”，而這種科學創新方法已經被霍金等眾多科學巨匠所認可。

1.一個信仰

一個信仰是指“一切科學理論都是假說”。也就是說，一切科學理論都是猜想，都是相對真理而非絕對真理。現有的被大家所接受的科學理論只不過與已知的經驗現實相符合，或者即使有不相符的地方，但沒有找到更好的理論來替代它們。與經驗現實相符合的科學理論，有必然的可能性與新發現的經驗現實不相符合，因而都有可能被別的更好的新理論所替代。愛因斯坦所說的“一切關于實在的知識，都是從經驗開始，又終結于經驗”就是這個意思，錢學森的名言“Nothing is final！”也是這個意思。之所以稱之為“信仰”，是因為就好像上帝是否存在一樣，這個結論無法被證實或證偽。但是，這個信仰對科學創新極為重要。因為如果認為理論是絕對真理，那就沒有創新的必要了。有了這個信仰，那么我們就不再迷信權威，就會有錢學森所說的獨立思考，就會形成理性的反思精神，也才有可能有學術民主和學術開放。

2.四個步驟

（1）步驟一：發現經驗現實與舊假說不相符合。愛因斯坦指出，發現問題往往比解決問題更重要。因此，這一步驟很重要，是科學創新最為基礎的一步。許多人不能進行科學創新，就是發現不了問題。

（2）步驟二：勇敢否定舊假說，提出與現有經驗現實相符合的新假說。新假說不但要包容舊假說的真理成分，而且還能解釋舊假說所不能解釋的經驗現實。或者按照波普爾所說，新假說比舊假說的真理容量更大。這一步是一個信仰的應用，同時也是最難的一步，因為提出新假說可能需要大跨度的思維，需要靈感。這就是錢學森提出的理工科學生要學習藝術和跨學科學習的原因，培養大跨度思維的能力和靈感。

（3）步驟三：根據新假說進行預測。新假說提出之后，可以根據新假說進行預測。即在某些條件下，某種經驗現實會出現。

（4）步驟四：用實際觀察到的經驗現實檢驗新假說。這一步可以通過科學實驗或創造某種條件得出經驗現實來檢驗新假說。如果實驗結果與新假說預測相符合，那么新假說就逃過了被證偽。如果不符合，就要重復步驟一，修改新假說。理論創新就這樣波浪式前進，人類對自然和人類本身的認識就不斷加深，人類的知識也就這樣不斷地積累豐富。

這種科學創新方法所體現的科學哲學思想其實早已被中國先哲老子認識到。老子《道德經》中的“道可道，非常道”點出了科學創新的永無止境；“前識者，道之華，而愚之始也”點出了如果因循守舊而不大膽創新，就會不能適應新情況而變愚笨。國際數學大師陳省身曾撰文：“1943年，我在美國初識愛因斯坦，他當時是高等研究院的教授，常能見到他，他還約我到他家做客。他書架上的書并不太多，但有一本書很吸引我，是老子的《道德經》，德文譯本。西方有思想的科學家，大多喜歡老莊哲學，崇尚道法自然。”或許，愛因斯坦可能從《道德經》中汲取了科學創新素養。

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（三）科學創新的實例

歷史上，科學創新的實例不勝枚舉，僅舉幾例。當哥白尼觀察到行星運動與托勒密的“地心說”的預測不相符時，大膽猜想，提出了“日心說”，也導致了布魯諾對宗教神權的勇敢否定。當愛因斯坦觀察到“邁克爾遜—莫雷實驗”與牛頓的“絕對時空觀”和“以太假說”的預測不相符時，大膽猜想，提出了“狹義相對論”。當愛因斯坦發現“水星攝動”與牛頓的引力理論預測不相符時，大膽猜想，提出了“廣義相對論”。

按照波普爾的科學證偽主義，凡是標榜為“科學”的學科，都可以適用科學創新方法，自然科學如此，社會科學亦如此，例如經濟學。當凱恩斯觀察到經濟波動的經驗現實與古典經濟學的預測不相符時，提出了“凱恩斯主義經濟學”。當弗里德曼觀察到凱恩斯的需求管理政策導致滯脹的不良后果時，提出了“貨幣主義理論”。筆者是講授經濟學的，就以一則教學實踐來說明如何讓大學生領悟科學創新的方法，培養他們的科學創新精神。

三、一則教學實踐和教學改革建議

（一）一則教學實踐

2009年錢老去世時，筆者正給學生講授《宏觀經濟學》的IS-LM模型的最后部分，這個模型是探討國民收入如何在商品市場和貨幣市場相互作用下共同決定的理論。但是，筆者前面已經多次告知同學，僅僅考慮商品市場和貨幣市場還不夠全面，理論是需要不斷進步的。實際上課中，筆者注意把握課堂進程，還有15分鐘要下課時，正課基本講完，然后筆者提問：“IS-LM模型我們講完了，我們得到了國民收入決定的最終模型嗎？我們結束了嗎？我們是不是還有別的東西沒有考慮進來？”同學們回答說還有要素市場沒有考慮進來。筆者不失時機地把幻燈片切換到錢學森的名言：“Nothing is final！”。筆者隨后圖文并茂地講了這句話的來歷，然后又解釋了這句話包含的科學哲學思想，即人類科學探索的步伐永遠也不會停下來，任何理論都是暫時的，都有可能被替代，創新是無止境的。此堂課過后半年，一次偶遇聽過筆者課的學生，問他聽課印象最深的是什么，他立即脫口而出：“Nothing is final！”。希望科學創新思想能夠深植于這些學子的腦海中去。

（二）教學改革建議

筆者搜索了一些高校的經濟類專業教學計劃，發現大多數高校不重視科學哲學和音樂藝術類的教育，甚至不太鼓勵跨專業選修。鑒于此狀，根據科學創新的方法，筆者建議把科學哲學和音樂繪畫鑒賞等藝術類學科納入教學課程體系，同時鼓勵學生跨專業選修。科學哲學可以作為人文必修課來開，音樂繪畫鑒賞等藝術類課程可以作為選修課來開。

18世紀蘇格蘭詩人、倫理學家和哲學家貝蒂有一句關于教育的名言：“教育的目的應該是教會我們如何思考而不是思考什么，改造我們的頭腦，從而獨立思考，而不是把別人的思想塞進我們的頭腦。”因此，培養大學生的科學創新精神，讓大學生掌握科學創新方法至關重要，這是培養“杰出人才”的必要條件。科學創新精神的獲得需要一定的方法論基礎，這就是科學創新的方法。無論是自然科學還是社會科學，這種方法都可以適用。高校教學改革應將科學哲學和音樂繪畫鑒賞等藝術類課程納入教學課程體系，同時鼓勵學生跨專業選修。

［參考文獻］

［1］《中國科學院院刊》編輯部.從愛因斯坦兩段語錄說起——彭桓武先生談科學研究與創新［J］.中國科學院院刊,2005,（2）．

［2］卡爾·波普爾,查汝強等譯.科學發現的邏輯［M］.杭州:中國美術學院出版社,2008．

［3］史蒂芬·霍金,許明賢等譯.時間簡史（插圖版）［M］.湖南:湖南科學技術出版社,2010．

［4］葉永烈.錢學森傳［M］.上海:上海交通大學出版社,2010．

［5］卡爾·波普爾,范景中,李本正譯.通過知識獲得解放［M］.杭州:中國美術學院出版社,1996．

［6］溫紅巖.幾何人生:一個世紀的歸程［N］.人民日報,2000-12-13.

［7］劉駿民.宏觀經濟學［M］.北京:科學出版社,2006．

［責任編輯：雷艷］

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