錢學森力學班十年：能否回答中國教育的世紀之問

　　2019年04月14日 08:26 經濟觀察報

　　
　　陳伊凡

　　「為什麼我們的學校總是培養不出傑出人才？」

　　在世紀之交提出的「錢學森之問」，至今仍是縈繞在中國教育界的未解難題。不過，這一「時代之問」，在當下已經變得更加複雜。「智力被非人類全面超越，導致對教育的核心需求產生了千百年來最大的一次變化：從知識傳授轉為創新能力培養，且這一轉變到來的速度和範圍都遠遠超過預期。」「錢學森力學班」（以下簡稱「錢班」）的首席科學家鄭泉水說。

　　錢學森是中國近代力學和航天事業的奠基人，以他命名的「錢學森力學班」，是清華大學拔尖創新人才培養計劃的一個部分。這裡的學生，都被賦予了成為相關科學技術領域領軍人才的期待。

　　2009年11月3日，時任中華人民共和國總理的溫家寶在人民大會堂向科技界發表題為《讓科技引領中國可持續發展》的講話，其中指出，全球將進入空前的創新密集和產業振興時代。隨後教育部聯合中組部、財政部推出為回答著名的「錢學森之問」而推出的一項基礎學科拔尖學生培養試驗計劃，在清華大學、北京大學等19所高校進行拔尖創新人才培養試點。

　　2009年，「錢學森力學班」成立，作為入選了該計劃的全國唯一工科基礎班，迄今已近10年。鄭泉水說，破解「錢學森之問」成為最急迫的國家戰略性挑戰。

　　對話之前，鄭泉水剛結束為期一天半的會議。這裡是液晶大廈三層的會議室，會議室外的牆上掛著錢班師生們的跨學科研究成果。

　　這是鄭泉水在清華的第26年，是他建立錢班的第十年。他的普通話帶著濃厚的江西口音，時不時摘下眼鏡，揉揉眼睛。「未來30年的機會在納米技術，未來50年的機會在生物科技」，鄭泉水說。

　　他語速很快，談話中，他津津樂道和學生們一起做研究的故事，這些年輕人總能給他許多啟發。他樂於分享自己的科學想象，儘管這些想象在最初幾乎被定義為不可能，例如對「零」摩擦世界的探索。

　　鄭泉水所在的區域，囊括了中國國家核心的創新動力，從液晶大樓往北，依次是技術科學樓、建築館，和錢班所在的航空航天學院大樓，往西的清華科技園裡紫光、同方大廈、啟迪控股大樓高聳。

　　組建錢班十年，教育方案不斷迭代，鄭泉水總結出一套人才培養的方法論——通過研究學習。他認為，這是能夠解決後面這個問題的最佳辦法。至於第一個問題，卻涉及到整個教育體系。「但我仍然堅信，大的方向是正確的，儘管中途會磕磕碰碰。」鄭泉水說。

　　永遠不破滅的「泡泡」

　　正如歐林工學院校長給其學校的定位為——高等教育的實驗室，錢學森力學班的定位也是——「面向創新型工科的一個實驗田」，鄭泉水說，其定位是工科基礎，使命是發掘和培養有志於通過技術改變世界的源頭式創新型人才。

　　採訪中，他提到了錢班的三個理念，這幾個理念，在他的《開放式的創新人才培養》中也被提及：

　　第一條理念，也是核心，就是幫助學生找到他們想做的事，然後再幫助他們全力以赴去做。「這是猶太人的教育理念，就是尊重孩子的選擇。」有了這個理念之後，錢班的定位就不是力學方向，而是工科基礎。也就是說，在錢班主要是打基礎，以後可以做很多方向。第二是師生共贏，讓學生做想做的事，也需要讓老師能夠從中受益，能夠滿腔熱情去做。第三個理念是開放式。做這件事需要的可能還不止是清華的老師，還需要許多國外的老師和社會資源來做這件事。

　　基於三個理念下，培養方法在實踐過程中逐步迭代。

　　一個叫楊錦的學生走進鄭泉水的視線。錢學森班2009年入校的本科生楊錦在鄭泉水的課題組做SRT（學生研究訓練）課題，偶然看到水面上漂有一層帶微小顆粒的泡泡，能許久不破，感到十分好奇。他將這個觀察報告給了老師。「好玩！」鄭泉水知道后，建議他從網上查找這方面的報道。當初步得知現有泡泡都不能持久時，就鼓勵、指導和支持他進行較全面的文獻調研和較系統的實驗。在文獻和楊錦的實驗觀察基礎上，鄭泉水提出了一種「永久不破泡泡的機理」，指導楊錦完成了實驗驗證。「他的一次綜合報告甚至讓我產生了一種感覺：他進行該項研究半年所積累的知識和建立的能力快趕上普通博士生2年學習后開題時的水平了。」鄭泉水說。

　　當時他把這件事告訴了時任校長陳吉寧，陳吉寧表示，要把這個泡泡放到清華校史館。為了放到校史館，鄭泉水的目標是，把「泡泡吹大」一些。

　　鄭泉水又指導了兩屆學生和他一起做這件事——「把泡泡吹大」，過程中，2011年入校的錢班學生薛楠意外揭示了水面懸浮顆粒團聚破缺的一個普遍機理。

　　這兩件事給了鄭泉水啟發，「第一件是堅持，第二是本科生也可以做研究。」這一啟發構築了他在錢班培養模式的核心方法——通過研究學習作為牽引，激發學生的學術興趣，從而能夠實現創新基因的培養和強化。到了2013級，錢學森班學生，28人發表了31篇學術文章。「尤其是，在知識大爆炸，呈現指數增長時代，很難通過正常的學習模式把知識學完，因為學習過程中，知識可能已經增長了幾十倍。所以更需要有一個清晰的方向，以快速走到前沿。」

　　鄭泉水說，通過研究進行學習不僅能夠幫助學生們尋找自己的興趣，還能夠提高學習效率，和學習的系統性，並且可以幫助學生找到合適的導師。

　　錢班培養模式有兩次迭代。第一個階段是2009-2015年，總體框架突出三個重點：追求師生雙贏、重視基礎和深度學習以及鼓創新思維和研究。

　　為了達成師生雙贏，錢班採取小班上課、導師制、不同院系之間的流動機制、實驗室探究等方案。此外，在基礎學科課程上投入更多學時。為了增加挑戰性，要求學生課外和課內的時間投入比為3:1，專門聘請授課教師，進行大量討論和研究性學習。鼓勵創新思維和研究方面，2012年，從首屆大四學生開始，安排學生進行為期3-6個月的海外研修，2014年設立ORIC自主研究課程等等。

　　第一階段的培養模式在改進中，卻仍然有幾個難題未能解決。例如，學分過多，加上不少學生重視學分績，導致儘管科學技術課程的方面實施較好，但在價值觀、交流和領導力等幾個方面不足。

　　雖然錢班的一大核心是幫助學生找到自己的興趣，但在第一版培養模式實施下，仍存在相當部分的學生動力不足或不夠堅持、目的不明確的問題

　　2015年之後，培養模式迭代為CRC體系（course-research-communi－ty），增加了三個方面：包括創建系統性台階式的研究實踐體系；建立結構清晰的課程體系；以及建立朋輩學習和創新生態，邀請各行業有突出成就的人士作為志願者擔任錢學森班的社會導師。

　　「我願意打70分」

　　「如果從我自己的角度，我願意打70分。」在被問到給如今錢班的成就打分時，鄭泉水說，「這樣能夠有更多的上升空間，如果能夠到90分，那麼我將會非常開心。」「可能錢班更多的，是那種天資特好，特別會考試，但是比較迷茫的人。因為他的整個人生經歷都是向短期目標努力。」鄭泉水說。

　　這涉及到中國教育的問題，中國教育更多的都是一種短期目標，先考上高中，然後高考。但創新需要的是長期目標。在鄭泉水的一篇《「多維測評」招生，破解錢學森之問的最大挑戰》中提到，目前高考招生體系下的優秀，多數不是創新素養和發展潛力意義下的優秀，學生們四年的成長優劣，與學生進清華時的高考或競賽成績關聯度不大，而與他們的創新素養和潛質關聯度很大。

　　錢學森班所培養的是什麼樣的學生，是鄭泉水和同事們苦苦思索的一個問題。

　　他們參考了哈佛大學、加州理工等的標準，學習了心理學和腦科學的有關重大進展和新認識，並研究了若干著名招聘專業公司的經驗，提煉了五個錢班的基因，他將其提煉為：MOGWL。即，內生動力，即對科學發現或技術創新有著迷般的極強志趣和不斷追求卓越的內在力量；開放性，即有強烈的求知慾、好奇心，具有批判性思維和提出有意義問題的習慣，能從多角度看問題，有很好的觀察力，有思維的深度等；堅毅力 ，包括開始和改變的勇氣，擁抱失敗、屢敗屢戰，對目標鍥而不捨的追求和專註、耐得住寂寞、堅持到底等；智慧，不僅包括智商、學有餘力，也綜合了從他人、從失敗、從實踐中學習和領悟的能力；領導力，主要衡量遠見卓識、正能量價值觀、奉獻精神、表達能力、動員追隨者和資源的能力、團隊合作能力等。

　　在這幾個質素當中，錢學森班將內生動力作為核心，這正是鄭泉水所關注的「長期目標」。

　　錢班試圖通過招生，找到那些有長期目標的學生。錢學森班每年招收30名新生，前四屆招生主要由兩部分組成：通過高考統招，各省高考理工科前十名具有申請錢學森班的資格，面試后決定是否被錄取；二次招生，清華所有新生在剛入學的前三天，都可以報名申請轉入錢學森班，在參加其為時半天的綜合考試並取得靠前的成績后，經面試決定是否被錄取。在大一和大二階段，不適應的學生可以休學調整，也可以轉到其它班；同時也有其它班級的學生擇優補入錢學森班。

　　鄭泉水和他的團隊目前正在試驗多維測評的方式招生，通過面向有志於報考清華的高中生舉辦了3屆錢學森創新挑戰營，從5個維度對學生進行考查。2018年1月，在第三屆錢學森創新挑戰營中，面試官根據五個維度標準打分，符合條件者寥寥。「在錢學森班的實踐過程中，我們越來越感到回答錢學森之問的最大挑戰，還不在於如何改進培養模式，而是如果突破現有高考體系，招進真正有巨大創新潛力的學生。」鄭泉水說。而這，也將會是一個持續很久的課題，這將是一場波及高中、初中、小學、幼兒園甚至家庭教育的革。

　　愛因斯坦的夢想

　　鄭泉水的夢想，從家門口的一條河開始。

　　江西省金溪縣滸灣鎮，以出書之盛而聞名。鄭泉水就來自這裡。小時候，家住在撫河邊，16歲的他，夢想是造一座橋，讓家鄉的人可以到對岸去。於是，作為恢復高考後的首屆大學生，鄭泉水在1977年被江西工學院土建系錄取。

　　天地被一下子打開。在大學里，他開始接觸了愛因斯坦，這個科學巨匠的傳記把他「吸引住了」，「原來科學是這麼一回事。」他發現，土木學距離愛因斯坦太遙遠，「我覺得我應該去學力學。」自此開始走進他的學術生涯，並成為畢生追求的志趣。這門能夠追溯到中世紀的古老科學，在此後的時間裡不斷發展，與工程技術、計算技術、自然科學相互融合。

　　20世紀70年代末80年代初，就在鄭泉水開始將力學作為鑽研的方向時，世界的科技創新正在進入一個新的階段。美國的DARPA（國防高級研究計劃署）一系列科技項目，湧現了一批對現代社會影響深遠的重大發明。1980年，美國《拜杜法案》頒布，至今仍被視為推動美國技術成果轉化的關鍵。

　　「愛因斯坦大學期間就開始寫文章。」除了上課之外，鄭泉水在本科時期開始寫文章發表。轉專業，加上為了發表文章，鄭泉水自己鑽研了很多力學方面的書籍，學校的老師給了他寬鬆的學習環境，不僅說他學得好，甚至提出讓他來上課。

　　當時，在德國的郭仲衡院士給他寫信，說鄭泉水是他所知道的第一個看懂他那本《非線性彈性力學》的中國人。1982年，鄭泉水留校工作。當年，他參加了力學家戴天民教授的講習班，頗受賞識，便把他介紹給了錢偉長。

　　1983到1985年他到北京大學應用數學專業進修在職碩士；1985年，鄭泉水獲湖南大學固體力學專業碩士學位，導師楊德品教授和熊祝華教授；1989年直接申請並獲得清華大學固體力學專業博士學位，師從固體力學家黃克智院士。

　　1989年，鄭泉水出國，在力學的理論、張量本構關係上做了許多系統性的理論工作，組建了這一領域的體系；90年代中後期，鄭泉水又致力於細觀力學的研究；「但我覺得它還不夠吸引人」於是在2000年之後，鄭泉水開始研究固、液、氣的界面問題，「這也是我決定要做的方向。」「快20年了。」鄭泉水看了一眼身邊的妻子，「可能還會做很長時間。」

　　真正開始思考如何培養創新型人才，始於2001年前後。當時，鄭泉水的一名本科畢業於清華的碩士生告訴他，他的整個本科班上想繼續做學術研究的學生，可能只有他一人。

　　這句話對鄭泉水震動很大，「我一直覺得自己不適合做行政工作。」知道這件事之後，鄭泉水下定決心，主動請纓擔任固體力學研究所所長。因為我需要有一個平台來做這件事。」

　　之後，鄭泉水和同事們開始進行課程改革的研討，每周花幾個小時的時間討論，在全世界頂尖的一些大學進行調研。當時，鄭泉水和他的同事們認為，學校目前上課的內容不夠新、太枯燥。於是，第一階段的工作重心，是考慮如何調整課程的結構，改進上課的方法，使得同學們能夠感興趣。這樣的討論進行了整整一年，最後發現這樣的方式行不通，「因為涉及到課程質量、課程體系，當時不是一個研究所能解決的事情。」

　　儘管他們隨後對研究生課程的一整年調整取得了一定成果，但本科生課程改革的事，終究沒有著落。一直到了2007年，一件事讓老師們又開始思考課程改革。剛剛升級為航空航天學院招收的九十幾名學生中，有十多位沒有畢業。「現在想想太正常了，但當時覺得很震驚。」

　　由於認為問題很嚴重，老師們開了研討會，討論課程改革，時任院學術委員會主任的鄭泉水主持了研討會議。他們花了三個月的時間進行討論，但有一個問題無法解決，就是院里有三個專業，每個專業都認為應該把自己的那部分加強，最後發現，如果按照這樣的思路，培養方案可能要達到200個學分，原本希望減輕學生負擔，最後卻適得其反，圍繞這個問題經過多次的討論，都無法解決，決定放棄。

　　但鄭泉水仍不死心，他與許多老師商議並獲得時任校領導陳希、顧秉林、袁駟等的支持，最終決定，乾脆辦一個特殊的班級，由鄭泉水擔綱首席科學家，主持這項工作。

　　2009年8月，錢學森力學班招收了首屆30名學生，兩個月後錢學森去世。

　　機遇的力量

　　鄭泉水反覆強調，機遇的重要，而通過研究學習，有助於在至於關鍵的時間段抓住重大機遇。

　　「比爾·蓋茨、喬布斯，他們都是1955年出生，這幾年最有財富的一批人似乎都是這個時間前後誕生。其中一個原因是，他們20歲的時候，正好是個人計算機出現的時候。再比如，愛因斯坦做狹義相對論，現在看來，並沒有什麼難度，但那個時候，正好麥克斯韋方程提出，關於光的各種理論提出，時代走到那個點。」

　　在人工智慧已然中原逐鹿，邊緣計算、物聯網、5G等一些社會變革式的創新正在逐步影響人類社會時，把握這一機遇的關鍵，在於立足於基礎研究的源頭式創新。

　　「曾經中國企業更多的是跟隨，沒有自己的創新。如今，中國正在慢慢走向價值鏈的上部，取決於其能否做到獨一無二的，就是來源於基礎研究的創新。而現在在中國，已經能夠看到這樣的企業案例。」如今，鄭泉水也在與一些中國企業共同探索技術無人區的可能與創新。

　　他與錢班的學生最近所作的一項未來技術，就是結構超滑（「零」摩擦）技術的應用，為製作在血管內行駛的機器人提供了可能。

　　在他的結構超滑研究中，涉及到多個學科的知識。


　

　「創新最富饒的領域，就是跨學科領域。」跨學科的創新，也是鄭泉水篤定的未來創新方向。他甚至鼓勵學生們能夠在找到自己興趣所在的前提下，提出轉繫到另一個自己更加感興趣的院系。他的多學科交叉研究中心裡，學生們能夠用納米技術結合光學技術、生物技術等實現自己的想象。

　　鄭泉水認為，儘管信息技術如今仍蓬勃發展並深受熱捧，且將在未來越來越重要。但相應的，其市場價值將降低。「當遠遠超出市場需求的計算機專業畢業生湧向就業市場時，對多數人講，理想的就業機會和較高的起薪就只能是明日黃花。」

　　未來30年內，將是以納米技術為代表的硬+軟技術，它所進入的，是一個以前沒有過的領域。未來50年內以生物技術為代表的硬（+軟）技術，將取而代之成為全球發展的主導技術。而生物技術的發展，則是建立在納米技術發展的前提之下。

　　「錢學森班的機遇，正在於此。」

　　鄭泉水起身，往辦公室走去，書架上一面的桌上，他的身後的書架囊括了現在和將來幾十年重要技術的理論基礎。鄭泉水說，未來這面書架上，將會有一波新的書籍取而代之，他希望，在新的基礎研究創新中，將會有那麼幾本，來自錢班。

　　關鍵詞 : 錢學森力學教育