科学之路,我的启悟----给青年工作者
作者:黄瑞新
年轻人个个才华横溢,跃跃欲试,决心大干一番事业,这是令人十分高兴的。常言道:“老马识途”,我是属马的,借这个机会和同学们谈谈心。老马识途固然是有一定的优势,但未来的希望自然是寄托在“小马”的身上。如何使“小马”也能识途,或“不误入歧途”也是最为重要的。
我是1960年进入中国科技大学力学系, 当时钱学森是系主任,校长是郭沫若,华罗庚等是副校长。 科大是大跃进的产物, 当时是科学院办的,系所结合, 用的是国内外最先进的教材。许多基础课和专业课由科学院的科学家亲自任教。每学期开学,郭沫若,华罗庚,钱学森等都会亲自作报告。
华罗庚是自学成才,他所倡导的学习方法下面我还要细讲。钱学森在工程控制论和物理力学作过开创性的贡献。他的讲话让我们体会到所谓的“开创性思维” 。 他们的报告对我一生都很有教益。
科大出名是靠名师指导加上学生的勤奋。当时有句顺口溜: “穷清华, 富北大, 不要命的考科大” 。当时清华读理工科不少是农村来的, 衣服不那么讲究。北大读文科不少来自城市, 衣服光彩照人。 科大学生勤奋成风。 我是1960年入学, 当时正是困难时期。由于营养不足, 不少人浮肿。北京的绝大多数学校晚上10点拉电闸, 不让学生开夜车。 只有科大是例外, 晚上不拉电闸。开夜车的有两种人: 成绩最好和最差的。
一、教育的主要目的是什么?
我想教育的目的是把凡人培养成各种各样的人才。同学们今天进大学学习,因为你们都是“凡人”。大学不是为“天才”或天生智力发育不全的人设立的。天才,比如牛顿,爱因斯坦,比尔•盖茨是不必上大学的(盖茨进了哈佛, 又”半途而废”),上大学是浪费他们的青春。大学是为我们这种凡人设计的。教育的主要目是:
1.学会求知
人们往往误认为进学校的主要目的是学会知识。这个想法很不全面,而且会误导。人类最重要的知识就是如何去学习新的知识的方法本身。
人生能有几年在学校中念书? 一个人走出校门走向社会以后,需要不断地学习新的知识,可以说是“学到老”。其实,学习新知识也是一件非常愉快的事。现代社会有许多老人重返学堂,把学习作为生活中最重要的一部分,作为人生的一大乐趣,这是十分令人高兴的。因此学会学习的方法,特别是自学的方法是十分重要的。
现在有的学生抱怨说老师教得太少。 其实不然, 老话说“师父引进门, 修行在自己” 。一个老师的讲课不可能满足所有学生的求知愿望, 所以一个真正要求知的学生应当自己去发现更多的科学知识。记得在中科大时, 成绩最好的同学大多数都是博览群书。为了读英文书, 我自己学英文。当时连一本教科书都找不到。 但是半年后我就开始读英文的力学和流体力学书。当时我学力学和流体力学, 凡是图书馆有关的书, 不论是俄文或英文, 几乎都读过。我的一个同学更是了不起, 他把所有读过的书都写成很详细的读书笔记, 包括了他对很多问题推敲的结果。以我当时的判断, 他的笔记稍微整理一下就可以印刷出版。
2.学会做事
学习的目的并不是为了背诵多少“知识”,成为一个“知识老人”,更为重要的是如何把知识用于实际生活。我们常常会遇到有些全拿5分的好学生,出了学校大门,却不会在实际工作中去做事,也就是所谓的“书呆子”。我们应当强调学会做事的本领,而且要求在做事中创新。
3.学会做人
社会是一个有机的整体,一个人不能独立地生活,而必须作为社会的一员,要和他人合作,打交道。要学会与他人共处,学习别人的优点,克服自身的缺陷,学会在帮助别人中自己得到快乐。学会在社会上做一个合格的公民也是我们人生中最重要的一部分。有些人可能非常聪明能干,但不能融入社会中,甚至有些人走上极端,这样的人应当说是教育的失败。
二. 美国的学校和科研机构
1. 导师与学生
一般来说,学生入学时是先由系和老师来选学生,也就是说刚入学时你的导师是指定的,但是这不一定是一成不变的,在学期间,你可以换导师,导师也可以不要你。虽然说你可以换导师,甚至换一个学校,但这一定要慎重,因为这个事情不同于去商店买件便衣,可以随意退换。
和导师的关系只有两种出路,一个是双方和谐,一个是格格不入,如果你确认是第二种关系,那我认为你应下定决心早日离开。 有些人就是搞不好师生关系,又不离开,最后的结果是连学位都拿不到。
在一般情况下,你应当尽量和导师搞好关系。有人对导师要求做的工作没有兴趣, 想一走了之。但是我建议你要慎重。从一方面来看, 论文的选题和结果对你毕业后找工作会有关。你导师的项目大多数很有价值;否则何以得到资助? 另外,你毕业后也好找工作。从另一方面来看, 其实你跟导师也就是3—5年,毕业后你就独立自主了,那时候你有什么本事都可以自己去施展。研究生期间,你应当抓紧时间修好其他课程,学会更多的本领。
2. 资格考试
一说到资格考试,许多人都是谈虎色变,其实资格考试并不是如常人所认为的“一锤定音”,能否通过资格考试实际上是你入学1—2年的一个总的考核。
目前国内的考试题目大都很浅。我在中科大时, 考题难度很大。常常是30人一个班上, 第一名80-90分, 第二名70-80分, 第4,5名以后就低于60分。为了不打击学生的积极性, 最后成绩往往是取分数的平方根再乘10。
按MIT/ Woods Hole Joint Program,资格考试有4部分:
①闭卷考试(不许看书和笔记)
②开卷考试(你可以看任何参考材料)
③口试
④论文开题报告
考试的题目难度变化范围很大,往往是8—10道题中你要选做4—5道,我考试的时候有一道题是关于绕海岛的环流,费了好大力气做了一下,导师也只给了一个C+。事后导师说这个问题至少可以在J. Fluid Mechanics 上写5—10篇文章。 织梦好,好织梦
另外一个问题看上去无法做,但是由于其他的几个问题我更不会做,只好冷静坐下来想想这个问题。后来开始发现这个问题老师出错了,少给了条件,所以无法做。我当场向老师提出这个问题,他1-2 分钟后说,好吧,你就加上一个条件去做吧。
事实上开卷考试许多问题本身可能就没有什么“标准答案”。其实就是要试一试学生在碰到困难问题时如何去处理,所以你在考试时要十分冷静,如果不能对一个问题给出完美的答案,你也要尽量把可能解决这个问题的思路和方法写下来。这种在黑暗中摸索前进的勇气正是一个科学家重要因素质之一。
口试也称面试,一般是1—2小时,由考试委员会的老师提问。由于时间短,往往是问一些基本物理概念有关的问题,一般不要求你现场去推什么公式。口试时许多学校还要求你对入学后做基础研究的成果作一简单介绍,因为对于一个科学家而言,考试成绩并不能说明什么问题,关键还是要有创造力。
在某种意义上,资格考试的结果早在考试前已基本定下来了。这主要包括你平时的成绩, 你的导师和其它老师对你的人品和研究工作的能力的印象。 而这些是不能简单地用考试成绩的A,B,C 来代表的。资格考试不好, 不一定就通过不了; 反过来说, 资格考试都是A,也不一定能通过。在某种意义下,你的导师其实是希望你过,因为他在你身上作了1-2年的投资,他希望你过了资格考试以后能跟他一起作研究。当然,你也不能考的太坏。 我认识三个中国学生,他们平时成绩几乎是“全A”,资格考试笔试也几乎是“全A”,但就是没有通过资格考试。根本的原因就是导师不同意,认为“不可造就”,”带不了”。其中的一个学生,最后是由我的一位大陆来的访问学者亲自出面,找到他的导师谈话,经过沟通后,导师松了口,同意该生直接开始写论文(不必再考试了)。
20年前我在MIT上学时,学生中广泛流传一个故事。70年代末,加州有位小才子,他得到一个什么“全美优秀青年奖”,据说每年就只有1—2个。他在加州一个名校(可能是加州理工学院)拿到博士,然后又到MIT来要再读一个博士。在大多数人看来,他到MIT来拿个博士学位是“a piece of cake”,或者按中国人的说法是易如反掌。但是他到MIT就是没有通过资格考试,当然其中的细节就是不得而知了。看来如果学生太聪明,又自命不凡,在老师面前没有一个做学生的诚恳的姿态,是不会令人喜欢的。这样的人又何必去做学生呢?所以他们通过不了资格考试也是情理之中。
3. 写论文
研究生最重要的训练之一是写科学论文,美国人对这方面的训练很重视,可以说是从小学就开始培养学生做科学实验和写论文。
小学生3—4年级就开始每年要自己选题目做科学实验,并要求提交完整的科学报告,包括所用的资料、文献。小小年纪就知道到哪里去找资料、素材,还要写出报告。
进入研究生阶段,许多课程要求学生结合教学内容,自己选题写Term paper,每年暑假(大约有2—3个月)都要求全职参加科研,并要求及时总结成果,写成报告或论文。
论文题目的确定大致有二种方式:
1) 学生自由选题,在许多名校,名师指导下,他们有足够的各种资金来用,所以学生完全是自由选题。
2) 从导师受资助的项目中选题,大多数情况下导师还是鼓励学生自行选题,导师提出一些指导性意见。
选题目时应当解放思想,选取最前沿的课题。我在资格考试前,有一天和Mark Cane教授一起吃午饭(在美国,师生关系非常平等,通常只称名字,不加任何头衔,例如学生称我为Xin, Pedlosky为Joe),他问我:“你论文准备做什么题目?”我不假思索地回答说:“我就做地形上的绕流吧。”他建议我去做温跃层理论,说:“你看,人人(他指的是所有的大大小小的科学家)都在做温跃层。我要是你,我就会去做。”我当时胆小得很, 不敢去和“大师”们争高低。但是他的这句话改变了我的想法。我从做论文开始主攻温跃层, 后来又转攻热盐环流。因此他的这一番话改变了我整个科研生活的道路。
4. 论文应到达到的水平
现在常常听到博士的“达标”要求是有2篇SCI文章,这种标准是十分机械性而不尽合理的。我认为攻读博士是一个科学家一生中很重要的一部分。写博士论文一般要3-4年的时间。这也是一个人一生中很难得的一段宝贵的青春。博士论文的选题应当以研究生独立自主为前提,导师指导大方向为辅。博士论文通过之后,你应当成为世界上这个题目的专家之一。
许多人误认为这是高不可攀的目标,其实并非如此。2002年物理学的诺贝尔奖金得主是3个人,他们的得奖论文是在1973年发表的,当时他们的年龄分别是34、24、22岁,其中两个就是研究生!这种例子多得很。
另外, 我认为论文的完成并不等于你真正是毕业了。更为重要的是问问自己是不是为离开学校, 走向新的生活做好了准备。其实有不少学生并没有一写完论文就毕业。 他们要等到找到合适的工作, 然后才对论文作最后的整理, 再去论文答辩。人云 ”毕业等于失业”, 所以你一定要找好工作后再提交论文。
5.学好英文,吸收美国文化的优点
英文是世界科技界共同的语言,也是每个成功的科学工作者的重要工具。初到美国时我几乎没有信心, 因为他们的口语我完全听不懂。感到有压力很大,因为许多东西你听不懂,就没法和他们交流。但是大致说来,一学期后,你的听力会过关。1—2年后,你的口语基本会过关,但是英文写作对于中国学生来说很可能是一个重大的障碍。
A. 改进英文的几个方法:
1)从现在开始,读英文文献时直接用英文思考,不要再把每句译成中文来理解。
2)到美国后,继续修英文课。很多学校在入学时要求外国学生参加英文考试,成绩不理想的要加修英文。许多人不愿去修英文课,其实那是很有用的。
3)每天抽时间阅读英文小说,只读科技专业书对英文不会有太大的帮助,只有广泛的日常阅读才可能把英文变成你自己的第二语言。
B. 要主动和美国学生交朋友。学习语言必须多和美国本土的学生交流,要和他们做朋友。这件事并不难,最方便的办法是认识他以后经常一起聚会。中国学生善于烹调,而美国学生一般都喜欢参加Dinner Party,我当学生时每个月请我的同学和老师吃饭, 当然他们也会回请你。交个美国朋友对改进你的英文口语和写作, 和了解美国的文化会有很大的帮助。 只要你是诚恳待人, 一定会交上很多很好的美国朋友。
C. Chinatown现象. 过去的华侨不少是聚居在一个小区, 因此形成了许多 Chinatown,他们因为英语很差, 往往不能融入美国主流社会。现在不少美国的校园中,中国学生很多“扎了堆”, 形成校园中形形色色的Chinatown,其实这对于留学生不利。有人到了美国好几年英语还是不过关. 你在办公室应当尽量用英语交流,以免引起老师和其它国家学生的误会和隔阂。
6. 新时代的“范进”
范进在儒林外史中是一名丑角,故事人人皆知。我认为范进,其实就是老学生,而老学生则不能是一概而论。在美国大学校园中,有不少老学生。许多学生是工作3-5或7-8年后重新回到学校,老学生都是特别勤奋,许多人学业优良。这种老学生和中国大学中许多挂名的在职研究生是大不相同的。他们是真正的学生,没有什么代笔, 枪手之嫌。
我是38岁进MIT, 我的同班同学中年龄最小的只有20岁。我的一个朋友戏称我是“以38岁的年龄挑战MIT”,而我则自比为范进。和比我年轻一半的同学一起学习和上考场,可以说是一场不公平的竞争。不过所有的老学生都是下了“破釜沉舟”,务必成功的决心。我还认识两个老学生(白人),他们入学时将近50岁。和他们相比,我就是非常年青了。我认识的这两个老学生都拿到美国地球物理学会的优秀论文奖。
7.走出去做博士后
博士后是科学家成长的最重要的环节之一,一个人拿到了驾驶执照并不等于会开车了,真正学开车是拿到执照以后才开始。事实上大多数人在没有拿到执照之前并不出车祸,而不少人出的车祸是在拿到执照后不久。
博士后是成为一个独立科研工作者的重要阶段。你可以利用这个阶段学会新的技巧, 开辟新的方向, 为日后的研究工作打好基础。因此你应当走出原单位, 换一个新的环境。我所在的物理海洋系明确规定, 博士毕业后必须到外单位工作两年后, 才可以申请回来工作。在你博士论文完成前或博士学位拿到前6个月左右,你就应当开始申请博士后的工作单位,一般是有几种联系方式:1)看网上消息,2)开会时找到信息,3)老师介绍,4)自己写信给有关学校研究所的教授,毛遂自荐。
在Woods Hole我们每年要招聘新教授,申请人大多数是博士后,而我们很看重申请人在博士后期间有无新的发现和在新的研究方向上开展工作。对于一个科学家而言,不断学习新东西,开辟新研究方向是科学家素质的最重要部分。如果一个人只会做一个题目和方向, 一般来说是前途有限。
我从MIT毕业时,只会做点小理论。我虽然学过泛函分析,数值方法,并且“成绩优秀”,但从未实践过。在Princeton做博士后期间,我的指导教师是Kirk Bryan,他是世界上海洋数值模式的鼻祖。在他的指导下,我一行一行地写程序,在机器面前,我出尽了洋相,但是二年的博士后下来后,我学会了数值模式,我也被做数值模式的同行们接纳,后来我在许多重要的研究工作中都利用了数值模式。
8.科研工作者的评估和升迁
职称的体制:
博士后2年,有些人可能由于找不到合适的地方,可能做3—5年,也有人称之为“超博士后”。
Assistant Prof. 3—4年。
Associate Prof. (without tenure) 2—4年。
Associate Prof. with tenure. 2年以上。
Full (Senior) Prof.
Chair Prof. 这是科学家在一个机构中最高学术职称,只有少数最杰出的人才可能获得这种职称。
我所在的Woods Hole 海洋所升迁时间最长, 这四级的年限分别是2年、4年、4年、和4年以上. 从Associate Prof. with tenure 升到 Full Prof. 实际上没有一个“上限”,有些人一辈子也升不上去。
评估和升迁:
Woods Hole海洋所升迁基本上是每一级要4年,每年年终系里开会由职称比你高的人来评估你一年的研究成果,主要是看写出了什么文章,投稿和正式发表情况,特别是有无重大成果,而不是去数有几篇SCI论文。每年论文发表的数量对于不同学科要求可能不一样,但是对于数理学科来讲应该差不多。我刚回到Woods Hole海洋所时,系主任对我讲,你一年写1—2篇文章就可以了。
提职的主要标准是有无重大成果,我们所对每一级职称都有明确规定,例如Senior Scientist要求是在全世界某一个学术领域的科研工作中要做带头人。系里认为你具备提升条件时,由主任找你谈话,你自己准备升职材料, 包括成果和今后研究方向,附上几篇你近年来最好的文章。你的材料由系里决定送全世界同行进行背对背的评估。我们所明文规定,提职申请材料中只谈学术成果,不提申请到多少项目和钱,因为科学家的成就不是以大项目的“首席”为标准,而是以全世界科学同行的认同,评审推荐信主要是评论你在学术上是否达到你申请的层次。我申请Associate Scientist (without tenure) 时,从评审意见书中的有关段落推测,评审人可能是来自德国,一个外国的评审人对于你是否是官或者是“首席科学家”是不感兴趣的。
9. 中国学生的实力问题
这个问题争论很大,杨振宁说,中国学生水平比美国高。但许多人反对,其实这个问题很复杂,不能一概而论。
首先,清华北大在某种意义上是集中了中国学生的精英,所以有可能比美国平均水平要高。
其次,中国教育强调数学方面的训练,学生应试能力强,特别是推公式,我相信中国学生比美国要强 。我在美国认识许多华人家庭,他们的子女都是中学数学队的成员,还有几个拿到了所谓的“金钥匙”(是一种荣誉证书 ,表彰学生的学业成绩)。其实,我认为那几个学生的数学天资非常一般。
美国实行的是“天才教育”,主要是为学生提供一个好的学习环境,但并不施加太多的压力,学生可以自由地追求自己的爱好,发挥自己的才华。中国的教育更接近于“流水线”的生产,给学生的自由度太少,由于考试、就业的压力 ,不利于“天才”的成长。
中国学生到美国后,语言是第一关,但一般一年后就不成问题 。第二关是文化传统关,这一关不好过。具体来说,中国学生一般独立思考和创作的能力较差。在很大地程度上这是应试教育的结果,但是大多数学生还是可以逐步过这一关。
由于语言文化的不同, 中国学生要有一段时间才能适应。所以第一个学期, 你这个5分的学生能和他们4分的学生打成平手就是胜利, 也就是说第一个学期拿个把B不必大惊小怪。第二学期你就会比较顺利。其实, 美国的老师大多数都有和外国留学生打交道的经验。只要你努力学习和帮老师完成项目, 不必太担心。中国学生大多数很勤奋,下班和周末常常加班加点,所以美国校园周末工作的主力是外国学生,包括中国学生。 织梦好,好织梦
总的来说,中国学生是很有竞争力的。特别是如果能够克服在独立思考和物理感比较薄弱的缺点后,往往会很成功。
10. 我的几个老师
我年青时在科学院力学所工作,我写的一篇”稻草”掀起一场波澜。事因我提出权威所谓的“经典“著作可能有错。不少年轻人支持, 但惹怒权威。我被划入“(文章)不得发表”,“不得提职”,“不得调动”的另册。 据说“权威”在学术委员会上明确声称“别人都可以提职,就是黄瑞新不可以提”。他的门生拿了我的文章去申报,而越级提拔……。但是在命运的痛击下我没有灰心丧气。我的回答是更加疯狂的努力。我曾经每天同时学三门外语(德,法,日), 我三天两头往图书馆跑…..。
邓小平复出, 恢复研究生, 我得以逃过“不得调动”这一关。因为我“跟老师对着干”, 一个大师还不敢收我。考试时又是节外生枝,老师判我一道题做错。但是我在口试时坚持我的答案。最令我感动的是我的老师在考试委员们面前当场承认是他自己的错误, 并改判给我105分。我们应当扪心自问:我们做老师的人有这个勇气吗?
人有“运气守恒”一说。自从当上研究生后,有如出笼的小鸟可以在空中自由的飞翔,也碰到了许多品格高尚的老师。
我的专业导师很谦虚的对我说,他自己没有当过研究生,不知道应该怎样带学生。他的办法就是和学生一起写文章去发表。因此在短短的时间中,我和他合作发表了两篇文章,其中包括“中国科学”上发了一篇。导师要求我全面发展,说我要学会做“长,中,短(指现象的时间尺度)”,“大,中,小(指现象的空间尺度)”。30年来导师讲的这番话一直记在我心中。因为自己没有达到导师的要求,每每感到内疚。
我在研究生院是英语甲班(当时以入学英语考分分班),当时由外籍教师任教。最有意思的是甲班的同学大多是自学英语出身,有许多所谓“英语科班出身”的反而没有能进甲班。当时英语甲班上大概有一小半同学根本没有上过大学,他们在文化大革命中自学成才,“鲤鱼跃龙门”,没有上过大学而直接考入研究生院。我对这些自学成材的才子才女们是十二万分的敬佩。因为我深知,自学成才的艰难,可以说成功率是万分之一还不到。成功者必定是有惊人的毅力,过人的智慧和独到的学习方法。
我们的英文老师Mary Van de Water 当年是个风度翩翩的金发女郎,她的生活充满了各种各样传奇式的经历。每次上课时她就说“你们为什么不敢申请去美国读书?美国所有大学的大门对你们都是开放的。”由于文化大革命中许多人因为所谓的“海外关系”受到冲击或蒙上“不白之冤”。同学们都不敢轻易地与国外联系。后来在Mary 的一直呼吁下,加上中美正式建交,同学们终于迈出了第一步。甲班当时几乎100%都申请了到美国等地留学。
当时国内没有条件考TOFEL和GRE,所以我们这一批同学从来没有考过这些考试。Mary给我们每人写一封她的私人推荐信,说明我们是研究生院的优秀学生,以她个人的名誉担保我们都会“学有所成”,1979年底Mary回国度假时随身只带了一个箱子,里面装的全部都是她在研究生院的学生的履历和其它材料。她回美国后,亲自到许多名校为我们游说,希望学校破格录取我们。
就我个人而言,Mary就为我找到两个名校的老师,他们都要收我为学生,其中一位是著名的华人学者易家训。Mary找到易家训,说要推荐给他一个中国大陆的学生。易家训回答说,他已经有经有很多学生,包括从台湾等地来的中国血统学生,所以他不打算再收了。但Mary并没有放弃机会,她打开箱子把我的材料拿出来,亲自给易家训解释,无非是把我大力推荐一番。易家训为她所感动,当场答应可以收录我入学。
去年10月,我在久别25年后和我们的同学在美国首都华盛顿再次与Mary重逢,她还是那么的神采飞扬。我们是多么感激她,她全心全意地奉献和大胆的推动开创了中国自费留学生的潮流。我最为欣慰的是我们这一批老留学生,都在事业上有成, 没有辜负Mary当年以她个人的名誉为我们做的担保。在美国人看来,一个学者以个人名义写推荐信所作的“担保”是最崇高的。正因为这样,他们写信都十分谨慎, 而且比较实事求事,一般不用什么五颜六色的空洞无物的大词。
1980年9月我进入Johns Hopkins University,可是刚入学一周, 我就发现我不应该在那儿读。我的导师R. Long曾是名列前茅的学者。 问题是R. Long当时有点走进了科学的死胡同。虽然他对我很好, 答应两年让我得到博士学位,但是我千辛万苦来到美国不是为了一纸文凭, 而是要学到真本事。我一心要学大洋环流, 但是当时系里其它教授不做这方面的研究工作。一个月后我下决心要转学。我根本就没有想到找这个系的老师写推荐信,所以我先找到在国内的老师写了推荐信。但是做人要光明正大,我知道最好是和系里打个招呼。
我先找到 O.M. Philips 教授, 说明我希望到MIT去学大洋环流。他是一个少年成名的大师, 很有肚量。他听我说想转到MIT去学,就很爽地说他很高兴见到我这样追求自己志向的人。他说他和Pedlosky是好朋友,并主动提出他可以给Pedlosky写信推荐我。我又找了系主任G.. Fisher教授,他也是一副绅士气派,说他很推崇我追求自己的志向,也主动提出为我写推荐信,并且说如果MIT收我,系里会高高兴兴送我走,万一MIT不收我,系里会同样高兴地让我留下来继续攻读博士学位。我又找到学校留学生办公室主任Z.女士。我本来只是打算和她告别,但是她听完我的叙述后十分热情地说,她很推崇我追求自己志向的努力,她希望她的儿子也能象我那样执著地追求自己的志向。她也自动提出为我写推荐信。她说:“我虽然不了解你的学业,但我可以推荐你的为人...。”在美国人看来,一个青年追求自己志向的动力和他的为人,比任何成绩单和大块文章都重要。因此,我在申请MIT时,实际上是有六封推荐信。
1998年我曾应新华”半月谈”的邀请写文章纪念改革开放20年。我把这件事写成一篇文章。 但是编辑部认为“不够深度”, 不予刊登。其实美国学术界的这种鼓励青年人奋斗的传统观念正是中国要学习的。
我在MIT的导师比我年青很多, 他当时也只是刚毕业不久的Assistant Prof. , 但是我从他学会了不少东西, 我们成了好朋友。在MIT我见过一个年轻人, 他认为他的老师太年青(其实他的老师是大名鼎鼎的新星), 带不了他的论文。(言下之义非是暗示他不比老师差。)最后这个人就没有通过资格考试。
三、华罗庚的治学方法
华罗庚没有上过大学,他完全是靠自学成才。他和钱学森可以说是中国近代史上的两个科学的超天才。我在中科大时华罗庚每年来作报告,我必定参加听讲。华罗庚每次都对科学研究和学习方法作详细的介绍。王元是华罗庚主要的合作者之一,他所写的“华罗庚”一书中对此有很精彩的描述。
1.“聪明在于学习,天才在于积累”
我认识许多聪明的年轻人,但不少人后来并没有做出什么成果,其中的一个主要原因是骄傲自大,眼高手低,不屑于做艰苦的研究工作,不善于从实际生活中学习新的知识,不敢承认自己有不懂的东西。天长日久,原来脑子中的那么一点小聪明就失去了它原有的光泽。 织梦内容管理系统
华罗庚是一位天才,但是他从来不以天才自居。恰恰相反,他几十年来坚持不懈,时时刻刻投身于自己的事业。华先生说的“拳不离手,曲不离口”这个道理。人的头脑是越用越好用,久而不用脑子就会“生锈”,所谓的天才也就变成凡夫俗子。
2.“由薄到厚——由厚到薄”
研究工作往往都是从搜集资料起步,对于青年学生和科学工作者来说,善于从现存的知识库中吸取营养是走向创造的第一步。几十年前,当中国还处于半封闭的时代,许多科技创新被新闻报道吹捧为在“一无图纸,二无资料”的情况下做出来的。这种闭门造车的作法,在信息交流发达的现代社会已经过时了。然而现在我们要注意另一个误区——许多人读书破万卷,或者是天天网上来网上去,但在实际工作中却一事无成。
华罗庚在这个问题上讲得很清楚:资料积累到一定程度,你的桌面上逐渐堆起了一尺高的书本和文章,这就是从薄到厚。有很多人就此止步,认为自己已经看懂了,学会了。其实这是天大的误会。文章看过了一遍,甚至2-3遍,不等于你真正懂得了文章的要目。
最重要的是问自己到底懂了没有?如果一尺厚的书和文章你都读懂了,能够融会贯通,这就是从厚到薄。你是不是真懂? 一个很客观的标准是你能不能用三言两语把这个问题给一个完全的外行解释清楚。我在麻省理工学院给物理海洋和气象专业的学生开课时,就建议学生们试一试。如果你学完我的课程后,可以给我和你的同学讲清楚,这个不算数,因为我们本来就懂。但是,如果你能给你生物系的同学解释清楚你到底学会了什么,而这些知识又有什么用,那么你就算是学懂了。 织梦好,好织梦
有人拿到博士学位后,回家不能给自己的父母讲清楚到底这3-5年自己在做什么事。我认为,如果不能用简单的语言给你的父母讲清楚你的研究工作,那么你自己其实也不懂!
3.研究工作的四层境界
1)“描红式”
这在华罗庚的书中作了很具体的介绍。我们这一辈的人都知道,在学写毛笔字的时候,首先都是拿着毛笔沿着字样一笔一划照着描。具体来说,比如一个学生乃至教授在学习一个新的题目时,首先要把它读懂,能推导出来,说出个所以然来,这就是描红式。
2) 试图应用并改进
这是第二步,试图学会应用这就又进入高一个层次了。也就是要把人家已经有的理论拿来运用于一个新的问题上,并稍微地加以改进。就像婴儿学步一样,你走出的第一步往往显得很笨拙,甚至要摔倒,令人感到非常可笑,可是这一步是非常重要的。事实上,没有一个婴儿会害怕迈出自己的第一步,也没有一家父母会责怪自己的孩子第一步走得不好。这一点非常重要。在这里也希望老师们也不要嘲笑学生所走的第一步,就像没有一个父母会嘲笑自己的孩子一样。诚然,这第二步也还不是真正的科研境界,真正的科研境界是华罗庚说的这第三步。
美国学校中,2年级以上的研究生常常要交“Term Paper”,这是一种很重要的练兵方式,Term Paper写了几篇以后,自然就会过渡到写“大块”文章了。 copyright dedecms
3) 创造新方法,解决新问题
这一步才是真真正正的做科学研究最重要的科研境界。但是,要创造新的方法,解决新的问题,如果没有前面二步,则完全是纸上谈兵。我们不是超前者,我想在座的,我还没看出谁是超前者。所以我们必须在前二步的基础上,扎扎实实地走到第三步。
美国教育权威人士认为,假如一个学生只会背书,只会考5分,那么这就没有达到预期的教育目的。我宁愿要一个学生,虽然拿低分,但有自己的独到的见解,能够自己解决问题。这样的学生才有希望成为真真正正的最有作为的学生。
我上小学时,算术就很少能得5分,可我的算术老师是很喜欢我的。她在课堂上公开说,我这个得4分的学生将来是最有前途的,超过那些每次得5分的学生。她对班上的同学解释,这是因为我解算术题独立思考,有自己的想法。我在学生生涯中,有幸遇到许多有见识的教育家,他们的启示是我终生难忘的。
4) 开辟新方向
一个科学工作者往往需要艰苦的努力,才有希望做到达一点。能够开辟新方向,是科学家能达到的最高的境界。维纳开创了控制论,就是一个经典的例子。
最后,我特别强调华罗庚是一位数学家,毕竟数学和物理海洋学还是有重大差异的;特别我是个物理海洋的空头理论家,所以我也希望同学们不要被我所误导,因为物理海洋说到底是一个以观察为主导的学科。在这里我要提醒年轻的学者们,我们作理论研究和作数值模式一定要注意以物理背景为本,要从对物理现象的观察提升到理论。
四、青年科学工作者的几个重要素质
人人说要成为一个科学家一定要勤奋,但是勤奋只是一个方面. 科学研究是一种相当复杂的艺术, 所以一定要讲究方法. 如果认为只要多花时间就可以成功, 那就是大错特错。要成为一个优秀的科学工作者, 一定要讲究科学研究的方法。 对于懒人, 我要大嚎一声:不要偷懒; 但是对于太卖命的人,我要提醒他们劳逸结合, 不要单靠蛮干。一定要保持一个清晰的头脑。Pedlosky是物理海洋的国际大师,也是我20多年的朋友。 据我所知, 他晚上和周末从来不加班加点, 每天一定按时做运动。Pedlosky少年成名, 以思维敏捷和数学严谨著称。相信这和他的生活规律很有关系。
1.要重视物理直觉“Intuition”
时常听到有人说,中国学生的长处是大多数学生“数理”基础好,其实大多数中国学生只是推公式比外国学生快一点,而在物理概念上往往不太下功夫。我年轻时也曾天真烂漫地认为只要公式推得溜熟,就可以干出一番事业。
在这个问题上,我希望大家不要背上一个“数理”好的包袱。其实,要说数学,印度和俄罗斯学生不比我们差,而美国学生则特别重视物理概念。
数学只是一个工具,只是一种形式逻辑的推理过程。形式逻辑推理的结论,其实是取决于在推理前所定的大前提,如果这些假定的前提不对或没有新的东西,那么你的华丽的推理也不会导致任何新的发现。这就是常说的“Garbage in, garbage out”。
因此,我认为物理的直觉更为重要。物理直觉是一种超越常规死板的逻辑思维的、概念上的飞跃和创造,是科学创造发现的最重要的源泉。
物理直觉的产生好比是一株蘑菇的出土。蘑菇是一种真菌类植物,据说真菌的菌丝可以蔓延出几米甚至十几米。有朝一日,这些菌丝一旦连成一片,就好像是一个大网络一样,而我们肉眼所看到的蘑菇就破土而出。因而我们在地面上看见的蘑菇只是地下千丝万缕的菌丝的一个表面的集中反映。
物理直觉的产生,也可能是源于在大脑中的类似过程。由于长期的细心观察和思考,大脑中很多神经细胞存储了许多有关的信息和兴奋点,而这些细胞和它们之间潜在的联系就是“菌丝”,在一个强烈扰动(来自外界或内部的自生信号)下,这些潜在的意识在一瞬间联系在一起,犹如触电或雪崩。许多过去模糊的思索互相联接成一个清晰的概念,而这就是新的发现/发明的“种子”。当然物理直觉形成后,还需要加以严密的逻辑推理,从客观世界中证实我们的物理直觉。
物理直觉在很大程度上是长期积累和锻炼的结果。希望同学们一定要重视这种思维方式,并且不断培养和强化自己的物理直觉。一个具体的方法就是在读完一篇文章或一本书后,试图把它的主要内容在头脑中形成一个概念或一个图样,成为你自己形象思维的一部分,或者说是你的“直觉” 。一旦接触到类似的问题,你马上可以把它和自己的“直觉”联系起来,而不必采用复杂的数学公式。因为这种“直觉”的思维是瞬时完成的,过分地依赖复杂的数学公式反而可能扼杀这种闪电式的直觉思维。 织梦好,好织梦
2.要有强烈的好奇心——“童心不灭”
科学研究是一个永久不息的观察、学习和发现的过程。人类对大自然各种现象的好奇心和求知的愿望,是驱动科学研究的基本动力。我们都经历过孩提时代。我记得当我儿子很小的时候,他有很强的好奇心,一天问几十个为什么。这就是为什么小孩能很快地学会很多知识的缘故。
可惜的是大多数人在成年后失去了这种求知的欲望,因此中断了这种学习的过程。许多科学家成功的故事都证明了经常细心观察自然现象的重要性。细心的观察会使我们能够发现许多别人未发现的新的现象,而深入的思考又使我们在大脑中建立许多兴奋中心。这些兴奋中心的潜在的联系一旦连成一片,就可能导致物理直觉的创新。
3.要善于把握学科的主流和新的方向
每门学科往往是由少数新的方向形成主流。学科的主流会成为推动学科前进的主要动力。由于大部分精英汇集于这些主攻方向,众多科学研究工作者的合作和竞争形成一个万马奔腾的局面,从而推进了学科的迅速发展。因此,对于一个年轻的科学工作者而言,认清并且紧跟学科的主流是成功的捷径之一。
为了把握学科的主流, 许多国家经常开会研究科学发展战略。但是科学的发展常常是难以预测的。引导科学发展的实际动力往往来自少数精英。他们在新的方向上做出重大突破,一时之间万马奔腾。这就像是一个人在荒山野岭发现了一块狗头金,一夜之间人人得知,于是就形成一个淘金热。
淘金热是大有道理的。我从小在广州长大,常常听说在潮汕平原所谓的“摸鱼式中耕”。潮汕平原是人多地少。为了提高产量实行精耕细作。中耕时,人就像一只青蛙一样趴在水田里,手脚并用。在北大荒就是大不一样。人传“北大荒三件宝”:一把镰刀,一包火柴,一包种籽。人到北大荒先用镰刀把灌木和杂草砍掉, 然后用火柴放一把火烧掉, 再把种籽一撒。然后就等秋天去收割。人人都会说,北大荒人的日子真是好过。其实,做一个北大荒人也不容易,要有一定的胆量和克服困难的勇气。
在科学的道路上,要跟上新开辟的研究前沿,要有一定的基础和勇于开拓的精神。但是能够跟上新开辟的研究方向,常常是青年科学工作者成功的捷径。如果你只沿老路子走,就不容易做出好的新成果。我原来是学空气动力学的。我的一个朋友跟我开玩笑说:“任何时候,只要你认为你找到一个新的课题,只要你有足够的耐心去查文献;你一定会发现,这个问题最少被做过三次“。因此我决定要去读研究生,并且转到一个新的学科方向。
要看准新的研究方向,投入去干5-10年,你就有可能有所作为。人们往往以为“大专家”一定是专找难题做。其实不然。Pedlosky有一个很好的比喻。人们看见雄鹰飞得很高,以为雄鹰一定是要找大而难的目标。但是其实雄鹰所作的往往是:在遥远的高空看准一个easy target,然后迅速将它抓住带回到高空。 本文来自织梦
科学上有很多重要的难题。这些难题的解决会大大推动学科的发展,但是难题的解决常常要等待时机。最近数学上彭加莱猜想的证明就是一个很好的例子。正是由于日本,俄罗斯和美国数学家的一系列工作,为最后证明彭加莱猜想铺平了道路。我们做研究也应寻找那些切实的,有希望能够在近期突破的,重要的研究方向。
4.要有扎实的基本功
仅有成功的欲望和思维上的一个光辉的闪烁是不够的。一个新的思想要得以实现还需要有严密的科学手段来付诸实践,而这就需要有扎实的基本功:包括对基本物理现象的深刻理解,对实验技术的掌握,基本数学工具和计算机的熟练运用。正如华罗庚所提倡的 “拳不离手,曲不离口”,也就是要运用自如,力求熟能生巧。
特别应当注意到扩大自己的知识面。由于科学的突飞猛进,只有一门特长就往往不能够适应新发展方向的需要。因此,从学生时代开始就应当有广泛的兴趣,利用各种各样的机会去接触和学习各方面的知识,力求“触类旁通”。许多“外行”的科学家都是由于把“外来”的知识带进来,通过知识的融合从而开创了“柳暗花明又一村”的新局面。
5.要有创造的欲望
光有扎实的基本功还不够, 更重要的是要用你的基本功去创新。我在年轻时常常听人说某某人基本功好, 于是人人都很佩服。可惜很多这种基本功好的人后来并没有做出什么大成果。为什么?看来就是没有在创造上下功夫。而创造的道路首先是来自一种创造的欲望。其实创造的欲望对于很多人说来是生下来就有的。当我们是孩子的时候,就开始了创造,比如用积木架桥或房子。当一个很小的孩子玩积木,或者现在更时兴的Logo时,没有一个父母会反对。但是一旦孩子上学,事情就不一样了。大多数父母都“望子成龙”,而现在社会上的指标是简单化,数字化。说起来就是考分,或者是弹钢琴第几名。孩子们的童年大部分是由父母亲来控制。有一个孩子考了98分,满以为父母会表扬。谁会想到他回家后,父母把脸拉得长长的。“咱们邻居的孩子考了100分。你为什么比人家差?”
可以说,大多数孩子在上了学以后,就进入了这个巨大的搅拌机。为了生存,孩子们失去了自己的天性。 当父母们正在为孩子们的“成就”(考分)而高兴的时侯,孩子们却在为消逝的童年而忧伤。事实上,现存的以“应试”为目标的教学方法是一种可怕的制度。应试的学生,只会做“选择题”,不会独立思考,创造的欲望被扼杀在摇篮之中。
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