創新型科技人才培養新思路
——基于藝術和科學融合的視角

（中國科學技術大學科技哲學系，安徽合肥 230026）

1 研究背景

2018 年諾貝爾生理學獎得主詹姆斯·艾利森是一名口琴高手，他的同事和樂隊成員一致認為其科學成就和藝術造詣密不可分。20 世紀最偉大的物理學家阿爾伯特·愛因斯坦是一位優秀的小提琴演奏者，他主張音樂在科學創造中具有啟發作用。1957年諾貝爾物理學獎得主李政道諳熟中國傳統文化和書法藝術，大力提倡科學和藝術的聯姻。我國“航天之父”、兩彈一星功勛獎章獲得者錢學森院士在科研之余癡迷于古典音樂、繪畫，多次呼吁科學研究人員、理工科學生要學點文學藝術……

諸多杰出科學家都在身體力行地證實藝術對于科學創造的加碼效應。遺憾的是，藝術和科技創新人才培養的關聯，在現有的教育體系中未能得到足夠的重視和強調。學術界在相關理論方面的探討和研究也不溫不火。國內雖有不少學者關注，但多止步于對個別科學家經驗和觀點零散的描述和羅列，沒有深入考察藝術與科學家科學創新之間的邏輯關聯，更缺乏基于科學家內部視角的證據支撐。這種現象的出現與科學文化中對非學術活動的忽視和低估不無關系。在以科學專業化為主要范式的當今時代，專業的精深和知識的博廣往往處于激勵的兩極。深度專業化被認為是科學成功的必要條件和關鍵。而獲得專業知識的方法是排他性的，并且最好限制技能集［1］。因此，社會主流意識形態傾向于激勵單學科的精耕細作，主張多領域的精通浪費精力和時間，于科學創造無益。

然而，20 世紀后半葉特別是新世紀以來，科學、技術與社會的相互滲透，使得科學變成了一項綜合事業和工程。現代社會的許多問題需要多學科的知識和技能來解決，跨學科、異質的知識生產模式更可能適應科技創新的需求。加之，藝術和科學經歷了漫長的分合，呈現出交叉融會的趨勢。在當前創新人才教育進入全面發展又面臨新挑戰的歷史時期下，立足創新和全面發展的新時代需求，基于藝術和科學融合的視角，探索和討論我國高等教育科藝融合發展的困境及相應的解決路徑，將為創新型科技人才的培養提供科學思路和有益啟示。

2 研究設計

2.1 研究對象的考量

本研究以具備較高藝術素養的杰出科學家自傳、回憶錄或與主題高度相關的人物訪談作為研究素材，主要基于三方面的考慮：（1）樣本的典型性。杰出科學家作為原始創新的核心和骨干，是幫助一國突破科技發展瓶頸和搶占國際競爭高地的決定性力量。探索這一群體科技創新的影響因素，對于深入認識科學家科研成功的一般規律具有重要意義。其次，魯特-伯恩斯坦等［2］的一項關于科學家業余愛好的大型調查發現：與一般科學家相比，杰出科學家擁有更高的藝術素養。因此，以“藝術型杰出科學家”作為分析對象，既符合質性研究目的性抽樣的標準，也滿足高信息密度和強度的要求。（2）樣本資料的豐富性和準確性。杰出科學家群體擁有大量自傳、他傳、回憶錄和訪談素材的出版。相關網站，比如諾貝爾獎資料網（www.nobelprize.org）、中國科學院院士資料網（www.casad.ac.cn）、維基百科（zh.wikipedia.org）以及百度百科（baike.baidu.com）等，也有更多的紀實傳記資料和人物生平介紹。這些豐富的材料可以對獲取的文本信息進行多角度佐證。（3）科學家的內部視角。有學者提出，我們之所以對科學創造持神秘態度，是由于我們是作為對創造過程一無所知的觀察者從外部對科學創新過程進行研究的［3］。而在相關的學術研究中，對于創造性思維的一個洞見未被足夠重視和使用，即大科學家、創造者和發明家們的自傳和回憶錄。相比于第三者視角的他傳和評傳，這種內部視角的反省式陳述最能反映傳記對象的內心思考，更為直接地呈現創造者的創新思維過程。國內外這類研究素材的缺失恰好成為本研究一個重要的切入點。

文本的篩選標準僅限于：（1）傳記所述人物是自然科學領域的杰出科學家；（2）文本素材包括當前公開發表或刊載的杰出科學家自傳、回憶錄或相關專題訪談，同時考慮資料刊載渠道的正規性和資料本身的易得性；（3）文本內容涉及科學家第一人稱口吻、包含科學家對藝術經歷如何影響科學創新過程的文字描述。基于上述標準，共得到25 位科學家樣本。其中，自傳或回憶錄20 篇，人物訪談5 篇（詳見表1）。

表1 科學家自傳或回憶錄清單

2.2 研究方法的確定

質性研究是科學社會學研究范式中比較主流的一種方法。比如，在《科學界的精英》—書中，哈里特·朱克曼［4］教授就曾采用質性研究方法，分析了1901 年至1972 年92 位諾貝爾科學獎得主是如何取得巨大科研成就的。

在質性研究所涉及的諸多方法中，本研究選取扎根理論的研究方法來探析藝術和科學融合對科技創新的影響。理由如下：（1）扎根理論是一種自下而上、從原始資料中提取概念進行歸納而形成理論的方法，適合建構和勾勒新的理論模型或框架。（2）本研究所選擇的杰出科學家案例資料多元且公開，滿足扎根理論的倫理性和信息豐富性要求。（3）對杰出科學家量的研究較難收集到足夠的樣本，而質的研究以典型樣本為基礎，追求信息豐滿度而不是樣本數量，可以避免量的研究對樣本需求過大的短板。

2.3 數據處理流程

數據處理的具體流程包括兩部分：（1）原始語句提取；（2）質性編碼分析。編碼過程中，研究者首先分別針對同一位杰出科學家的自傳內容進行試編碼，完成后通過集體討論協商后最終確定標簽和類屬信息。后續編碼工作依據共同討論的編碼原則實施，并確保每個編碼樣本至少經過兩人協商核對。為保證對資料解讀的有效性和可信度，信息擇取工作和質性編碼的具體操作由本文作者主導，兩名熟悉扎根理論編碼流程的碩士研究生輔助。

3 藝術和科學融合在科學創新中的顯著優勢

3.1 研究結果呈現

3.1.1 開放式編碼

基于質性研究目的性抽樣原則，由研究者從大量初始文字中擇取與研究問題相關的文本資料作為分析素材，共獲得98 條原始語句。開放式編碼便是對于這98 條原始語句的概念化提取。只是在提取過程中，本著忠實原作者思想和情感的原則，采取靈活策略針對性處理初始標簽。例如，在處理愛因斯坦“我憑直覺想到了相對論，而音樂是這種直覺背后的驅動力。我六歲的時候，父母就讓我學小提琴。我的新發現是音樂感知的結果。”這段話時，初始標簽直接從原文獲取，且開放式編碼和初始標簽“直覺驅動”保持一致。有的則需要不斷找尋上位概念進行聚類整合。經過不斷閱讀文本，持續進行概念提取和范疇聚類，共形成了19 個基本范疇。表2 呈現了部分原始語句的開放式編碼過程。

表2 開放式編碼示例

表2（續）

3.1.2 主軸式編碼

主軸式編碼是在開放式編碼基礎上，進一步對初始概念及其所屬范疇之間關系進行歸納提煉，建立資料與概念范疇之間的有機關聯，產生高一層次的范疇。主軸式編碼的確定是經過作者和編碼參與人員反復斟酌和推敲的，因為要確保其能涵蓋和囊括開放式編碼的內涵和外延。如在“強化認知技能”這個編碼中，剛開始使用的是“增加研究方法”。但多次閱讀傳記原始語句后，發現科學家們在藝術經歷中習得的不僅僅是圖表處理、細節觀察等淺層次的研究手段，而是培養了其手眼協調、視覺想象和空間感知等認知功能。所以，經過討論后認為，“增加研究方法”的內涵和外延比較大，不夠精準地描述開放式編碼呈現的內容，最后將其定義為“強化認知技能”，更符合本研究的情境。表3 呈現了所有的主軸式編碼結果，19 個開放式編碼最后歸納為6 個主范疇。

表3 主軸式編碼結果

3.1.3 選擇式編碼

選擇式編碼是在主軸式編碼基礎上，再一次概念范疇及其相應類屬關系提煉、整合的過程。通過對19 個開放式編碼和6 個主軸式編碼的分析比較、整合，最終提取了3 個核心類屬。從認知、思維和價值三個層面提煉出杰出的藝術型科學家在科技創新過程中的獨特優勢，即中外杰出科學家的藝術涉足通過認知工具的互益、思維方式的互補和價值追求的互通等作用方式，助力科學家的科研創新活動，如圖1 所示。

圖1 藝術熏陶助力科學家科技創新的內在作用機制

3.2 核心結果討論

3.2.1 認知工具的互益

認知工具的互益是指杰出科學家從藝術實踐或經歷中吸收各種藝術學科的認知技能，如觀察和成像、模型與想象、類比和審美能力等，進而發展成為其認知工具箱中的核心構件，助力科學創造。比如，精通繪畫技巧讓圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾［5］能在現代腦成像技術誕生之前，就繪制出了數百幅精確的、呈現出美麗復雜性的神經元與神經網絡圖。而卡哈爾在自傳中也坦言：“繪畫本身賦予了他豐富的空間想象力，看似在分散精力和時間，實際上在引導和加強科研創造”。量子力學的奠基者保羅·狄拉克更是高度評估藝術對于科學的價值。他認為，藝術審美對科學創造的影響既可以表現在作為啟發性的向導，也表現在作為理論估價的基礎。他甚至強調說，“讓方程體現美比方程符合實驗更為重要”［6］。在學術界，魯特-伯恩斯坦早有研究指出，高創造力的科學家通過探索一系列明顯不相關的活動，并將由此獲得的知識和技能融入科學創造過程。這些“相關才能”在學科之間建立一種功能性橋梁，鍛煉和強化了科學活動所需的創造性思維［7］。甚至還有學者提出，這些認知工具構成了跨學科創造力的框架，可以作為我們今天所處的概念時代各種課程的基礎［8］。

3.2.2 思維方式的互補

思維方式的互補是指科學家在藝術體驗和經歷中習得的形象思維方式，有助于其擺脫傳統框架和思維定勢的制約，提供一種想象可能性的能力和綜合感性觀察世界的方法。比如，愛因斯坦［9］在回憶自己創造思維涌現過程時寫道：“我很少用邏輯符號或數學方程來思考，而是用圖像、情感，甚至是音樂架構來思考……作為思維元素的心理實體是一些符號和或多或少清晰的圖像，它們可以由我‘隨意地’再生和組合”。后面，羅伯特·穆勒還通過訪談和史料分析的方法，專門研究了愛因斯坦的思維過程。穆勒給出的解釋是：愛因斯坦早期的音樂經歷決定了他對抽象邏輯體系的偏好，甚至通過對音樂經驗的不斷斗爭而擴大。這幫助他建立了豐富的空間和時間的心理感知結構，從而助力其科學理論的內在建構和執行［10］。事實上，從思維方式來看，科學創造活動本質上是邏輯思維和形象思維共同作用的結果。而藝術活動是始終貫穿著以形象思維為主要方式的思維活動，許多科學技術上的發明創造得力于形象思維的誘導和觸發。認知神經科學的新近研究也表明，藝術型科學家可以從以非理性、潛意識和形象化的方式看待概念、客觀事物或“事實”中獲益，進而優化自身對自然現象的看法，喚起大腦中新的認知關聯，以一種全新的方式去認識世界［11］。

3.2.3 價值追求的互通

價值追求的互通是指科學家在藝術創造或藝術參與中覺察到的對美的熱愛和對真的追求，和科學研究的終極目標殊途同歸。例如，諾貝爾化學獎得主羅阿爾德·霍夫曼同時也是一位詩人。在談到詩歌與科學的關聯時，他說：“詩與許多科學，如理論構建、分子合成等，都是創造。要完成這些創造性活動，需要技藝精湛、思想活躍、專心致志、超然物外和簡潔的陳述”［12］。理查德·費曼［13］在自傳中也提到了藝術和科學活動的內在一致性。費曼曾沉醉于線條與結構，創作了不少素描和油畫作品，也是一位邦戈鼓愛好者，曾為多場音樂劇演出伴奏。在他看來，“藝術和物理研究是相通的，兩者都是在表達自然世界的美妙與復雜”。事實上，藝術和科學比通常描述的更相似。兩者都有一種不可抗拒的動力來描述和解釋我們的經歷。藝術家把對奇妙事物的熱情探索轉化為藝術作品，科學家把對客觀規律的深刻探尋轉化為文字和方程式。藝術求美，科學求真。科學中的真和美在本源上具有同一性，真的事實為美的價值提供了可能，而價值的美為事實的真提供了意義。科學創造主體將對美的熱愛和對真的追求統一起來，由美及真或由真及美，最終實現思維的突破。

4 藝術和科學融合在我國創新型科技人才培養實踐中的困境

4.1 重理輕文的傳統教育格局尚未突破

長期以來，重理輕文的思想在我國的教育實踐中根深蒂固。這種以知識為中心的教育理念更多地強調邏輯思維的訓練，往往重知識而輕行動、重認知而輕體驗。尤其在高考指揮棒沒有實質性改變的情況下，教師和學生都以爭“分”奪秒的精神過度強化題海戰術和考試技巧，無暇顧及重要卻一時難以量化顯見的人文藝術素質和創新思維培養。傳統的體驗型和文藝類課程被邊緣化，甚至被剔除或替代。學生的人文藝術素養在最需著力發展的青少年階段出現了學校教育缺位。譬如，在進行課程規劃時，未能給學生尤其是理工科學生預留相應時間去學習文學、藝術、歷史等人文類課程。這種教育邏輯的長期慣性在一定程度上加劇了人文藝術學科和自然科學學科之間的鴻溝，也給藝術和科學教育的融合發展造成了困擾，短時間內還無法完全的彌合和消解。

4.2 對藝術和科學融合的內涵和價值認識模糊

人們通常的觀念認為，藝術教育只不過是加餐的佐料，可加可減。絕大多數教育工作者和教育政策的制定者，并沒有認識到理性與情感兩個知識系統對于開啟人類智慧和創造力不可分割的意義。對于藝術和科學教育融合的內在含義、要求、內容、層次和形式等問題更是缺乏清晰地認知。即便是正在進行的人文教育改革也仍未擺脫實用主義和功利主義的影響，未能全面反映出藝術教育、科學教育以及藝術教育與科學教育相融合的全部內涵和要求。我國一些理工科高校通過增設藝術類課程或專業，或者開設一些人文藝術講座來彌補自身在藝術教育方面的短板。這些做法固然必要和重要，但依然停留在知識層面，更深層次的精神理念層面的意識和做法還有所欠缺。

4.3 教育從業人員自身知識結構相對單一

在過分強調院校、專業和課程設置等專業化要求的影響下，我國多數教育行業的工作者知識結構單薄，有較為明顯文理分割。教師更為注重本學科領域的精耕細作，其知識儲備與思想觀念自然很難適應跨領域結合的要求。對于大多數人文學科的教師而言，要讓他們在教學中貫穿和體現現代科學技術、滲透科學思想，培養學生的科學精神是艱難的。反之，要讓理工科教師在教學中穿插和滲透人文學科的知識和理念同樣是困難的。教師綜合素養缺乏的弊端在于，學生的培養過多局限于專業知識，知識和經驗的多樣性逐漸被淡化，跨學科、跨領域、跨界知識的傳授缺乏，而這些恰恰是具有創造力的人才的特征。

5 科藝融合視角下我國創新型科技人才的培養對策

5.1 重視科技后備人才感性素質的貫通式培育

中國科學院心理研究所超常兒童研究中心主任施建農在談到藝術教育與創新人才培養的關聯時提到，理性和感性如同人的兩條腿，我們培養不出高水平科技創新人才的原因就在于當前教育模式在培養瘸腿的人。重視感性素質培養，是一條可行且有效路徑［14］。但是，感性素養的培育無法一蹴而就，需要一個慢慢浸潤、熏陶和積累的過程。除了父母可以通過自身藝術興趣和情懷的言傳身教外，學生藝術素養養成的主陣地在于學校教育。從整體教育布局上，需要大中小幼聯合貫通，構建并完善高等教育和基礎教育縱向銜接的藝術培養體系。在具體課程設置中，不僅要將藝術元素與設計融入科學學習情境、協作活動和實驗過程，更要確保課程模塊、課程設計以及課程結構的嵌入式融合。當然，整個培養體系的構建過程既要結合學生在不同教育階段感性素質的發展規律，也要有所側重，最終希翼形成一個內容銜接、層次豐富和目標遞進的“橫縱一體”培育模式。

5.2 倡導哲學上位的科藝融合教育觀在高校的樹立

思想觀念的更新，將為創新型科技人才科藝融合教育的全面推進和重點落實提供科學的指導。高校作為知識和科研創新的重要陣地，更應該發揮引領示范作用。從哲學本體論的角度來看，作為人類文化的兩個子類，藝術和科學由知識系統、方法規則系統和精神理念系統構成。其中，知識系統處于最外層，人們最容易接觸到也最熟知；精神理念處于內核層，看不見、摸不著，卻最具有本質規定性，處于最核心地位［15］。現有的科藝融合教育過于強調知識的疊加，而忽略了那種向未知領域無目的無功利探索的精神和人格的培養。而藝術和科學的融合，重要的是要共同進行無功利的探索，這也是創新的源泉和前提。因此，高校關于“科藝融合”的探討應當置于精神理念的高度，重在透過教育的各個環節拓展和豐富學生的藝術素養和科學技術素養，從而達到培養人文精神和科學精神兼具的創新人才的目的。只有在這一層面，才能真正實現藝術教育和科學教育的深度融合，激發和助力科技創新。

5.3 鼓勵高校教育工作者專業之外的科藝浸潤

教育工作者自身的示范作用和榜樣力量對學生綜合素養的培養起著重要作用。作為教育管理人員，高校校長不僅要深諳管理之道，更要清晰地認識到人文藝術與科學的結合才是建設一流大學、培養一流人才的內在要求和本質所在。這也是北京大學著名校長蔡元培先生“大學者，‘囊括大典，網羅眾家’之學府也”的核心要義。高校教師同樣需要主動突破常規專業的界限和壁壘，積極進行多學科的涉獵與浸染，以拓寬和提升學科視野和格局。將專業外知識和視角的豐富融入到本專業的教學，進而潛移默化地強化學生的綜合素養，科學地引導和激發學生的創新潛能。與此同時，在戰略高度上，國家應當進一步明確藝術和科學融合發展對于創新型科技人才發展的重要意義，及早制定出國家層面的藝術和科學跨學科發展的中長期規劃，加強藝術和科學融合的學科建設。在政策實施上，教育主管部門應當鼓勵高校設立藝術與科學融合相關的新型學科，對教師已經立項的學科融合項目予以大力支持并出臺相關扶持政策；還可通過設置國家層面的獨立的藝術和科學跨學科管理和評估部，專門負責處理相關研究人員文理交叉項目審批、成果評估和職稱晉升等事宜，為藝術和科學融合的學科發展創造更為有利的條件。

總而言之，在知識經濟與創新并存的時代，如何突破單學科帶來的視野限制和思維瓶頸，如何培養和造就創新型科技人才，這都需要抓住藝術和科學融合的機會和風口。慶幸的是，近年來我國已在科藝融合教育上做了許多改革和努力。國內不少研究型高校紛紛進行通識教育的探索和實踐；新高考改革取消了文理分科；教育工作的執行者在積極探索STEAM 教育的本土化實踐路徑等。只是，傳統以學科為中心的科教體系根深蒂固，短時間內還存在諸多需要克服的困境和阻礙。未來，也希望能有更多的學者和部門對這一領域進行關注，積極地開展藝術和科學融合相關的學理性研究，為培養更具創造性的科技人才建言獻策。