如何培养大学生的科学创新精神
高建伟
［摘要］培养大学生的科学创新精神是培养“杰出人才”的必要条件。科学创新精神的培养需要一定的方法论基础，这就是科学创新的方法。科学创新的方法可以概括为“一个信仰，四个步骤”。无论是自然科学还是社会科学，这种方法都可以适用。教学改革应将科学哲学和音乐绘画鉴赏等艺术类课程纳入教学体系，同时鼓励学生跨专业选修。
［关键词］科学创新方法论 教学实践 教学改革
［中图分类号］G640［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）10-0010-03一、从“钱学森之问”谈起
2009年10月31日，中国“两弹一星”功勋科学家钱学森在北京去世，举国哀痛。钱老留给中华民族的遗产，除了强大的国防利器和宝贵的精神财富之外，还有一个尚待后人破解的“钱学森之问”。2005年，钱老对看望他的温家宝总理说：“现在中国没有完全发展起来，一个重要原因是没有一所大学能够按照培养科学技术发明创造人才的模式去办学，没有自己独特的创新的东西，老是‘冒不出杰出人才。这是很大的问题。”钱老提出的这个问题后来被总结为“钱学森之问”，即：为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？
其实，钱老本人对此有着自己的答案：我们的学校没有“按照培养科学技术发明创造人才的模式去办学”，而这种模式就是钱老的母校加州理工学院的办学模式。根据钱老的最后一次系统谈话，加州理工学院的办学模式可以总结为五个要点。一是学术开放；二是鼓励学生跨专业、跨学科学习；三是鼓励独立思考；四是学术民主；五是重视艺术修养。
由此可见，加州理工学院办学模式的目的就是培养大学生的科学创新精神。具有科学创新精神是成为杰出人才的必要条件，而我国当前大学生所缺的正是这种科学创新精神，又谈何培养出杰出人才？因此，抛开中国当前颇受诟病的教育体制不谈，可以说钱老是深谙教育规律和科学创新精神的培养方法。笔者尝试从方法论的视角对科学创新精神的培养进行逻辑梳理，并以培养大学生的科学创新精神为目的，以笔者的教学实践为例来探讨如何进行教学改革。笔者认为，科学创新需要科学创新方法的指导，而且这种方法与钱老的认识完全一致。
二、科学创新的方法
（一）爱因斯坦的两句话
爱因斯坦有两句话对笔者的科学哲学启迪影响颇深。哲学的希腊文原意是“智慧之爱”（love of wisdom），而科学哲学就是关于科学创新的方法论。笔者关于科学哲学的启蒙教育，源自2005年另一位“两弹一星”科学家彭桓武的南开报告。2005年是世界物理年，也是纪念爱因斯坦的狭义相对论发表一百周年，彭老应邀到南开做报告，题目是“分子与原子”。彭老虽于2007年去世，但彭老的报告犹铭记在心，使笔者受益匪浅。彭老在报告中提到了爱因斯坦的两句话，据彭老讲，这两句话含义深刻，自己也害怕唐突翻译而曲解原意，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.”
爱因斯坦的这两句关于科学哲学的话当时给笔者以极大的心灵震撼，就好像漆黑的夜空中突然点起了一盏明亮的灯，似乎有顿悟之感觉。笔者献拙，尝试把这两句话翻译成中文。其一：“纯粹的逻辑思维不能带给我们关于经验世界的任何知识。一切关于实在的知识，都是从经验开始，又终结于经验。”其二：“我们现在特别清楚地意识到，那些相信理论是从经验中归纳出来的理论家是多么地错误呀，甚至伟大的牛顿也不能摆脱这种错误。”
彭老指出，爱因斯坦的这两段话是互补的，前段话强调理论对经验的依赖性，后面一段强调单纯从经验进行归纳是不够的，从经验到理论的飞跃很多都是从猜想和假说中建立起来的，‘不做假说是不对的。而所谓的“假说”就是“猜想”或“猜测”，或者用通俗的话说，就是“懵的”。但是，这种猜想绝不是无根无据的凭空猜想或者胡猜乱想，而是建立在经验现实与现有理论相冲突的基础之上。如果经验现实与现有理论的预测结果不相符合，那就是进行理论创新的绝好时机。但是，如果仅从经验进行单纯的归纳而不大胆猜想或建立假说，那是很难获得理论突破的。
（二）科学创新的方法:一个信仰和四个步骤
根据对爱因斯坦极为推崇的当代科学哲学大师波普尔的工作，我们可以把科学创新方法总结为“一个信仰和四个步骤”，而这种科学创新方法已经被霍金等众多科学巨匠所认可。
1.一个信仰
一个信仰是指“一切科学理论都是假说”。也就是说，一切科学理论都是猜想，都是相对真理而非绝对真理。现有的被大家所接受的科学理论只不过与已知的经验现实相符合，或者即使有不相符的地方，但没有找到更好的理论来替代它们。与经验现实相符合的科学理论，有必然的可能性与新发现的经验现实不相符合，因而都有可能被别的更好的新理论所替代。爱因斯坦所说的“一切关于实在的知识，都是从经验开始，又终结于经验”就是这个意思，钱学森的名言“Nothing is final！”也是这个意思。之所以称之为“信仰”，是因为就好像上帝是否存在一样，这个结论无法被证实或证伪。但是，这个信仰对科学创新极为重要。因为如果认为理论是绝对真理，那就没有创新的必要了。有了这个信仰，那么我们就不再迷信权威，就会有钱学森所说的独立思考，就会形成理性的反思精神，也才有可能有学术民主和学术开放。
2.四个步骤
（1）步骤一：发现经验现实与旧假说不相符合。爱因斯坦指出，发现问题往往比解决问题更重要。因此，这一步骤很重要，是科学创新最为基础的一步。许多人不能进行科学创新，就是发现不了问题。
（2）步骤二：勇敢否定旧假说，提出与现有经验现实相符合的新假说。新假说不但要包容旧假说的真理成分，而且还能解释旧假说所不能解释的经验现实。或者按照波普尔所说，新假说比旧假说的真理容量更大。这一步是一个信仰的应用，同时也是最难的一步，因为提出新假说可能需要大跨度的思维，需要灵感。这就是钱学森提出的理工科学生要学习艺术和跨学科学习的原因，培养大跨度思维的能力和灵感。
（3）步骤三：根据新假说进行预测。新假说提出之后，可以根据新假说进行预测。即在某些条件下，某种经验现实会出现。
（4）步骤四：用实际观察到的经验现实检验新假说。这一步可以通过科学实验或创造某种条件得出经验现实来检验新假说。如果实验结果与新假说预测相符合，那么新假说就逃过了被证伪。如果不符合，就要重复步骤一，修改新假说。理论创新就这样波浪式前进，人类对自然和人类本身的认识就不断加深，人类的知识也就这样不断地积累丰富。
这种科学创新方法所体现的科学哲学思想其实早已被中国先哲老子认识到。老子《道德经》中的“道可道，非常道”点出了科学创新的永无止境；“前识者，道之华，而愚之始也”点出了如果因循守旧而不大胆创新，就会不能适应新情况而变愚笨。国际数学大师陈省身曾撰文：“1943年，我在美国初识爱因斯坦，他当时是高等研究院的教授，常能见到他，他还约我到他家做客。他书架上的书并不太多，但有一本书很吸引我，是老子的《道德经》，德文译本。西方有思想的科学家，大多喜欢老庄哲学，崇尚道法自然。”或许，爱因斯坦可能从《道德经》中汲取了科学创新素养。
（三）科学创新的实例
历史上，科学创新的实例不胜枚举，仅举几例。当哥白尼观察到行星运动与托勒密的“地心说”的预测不相符时，大胆猜想，提出了“日心说”，也导致了布鲁诺对宗教神权的勇敢否定。当爱因斯坦观察到“迈克尔逊—莫雷实验”与牛顿的“绝对时空观”和“以太假说”的预测不相符时，大胆猜想，提出了“狭义相对论”。当爱因斯坦发现“水星摄动”与牛顿的引力理论预测不相符时，大胆猜想，提出了“广义相对论”。
按照波普尔的科学证伪主义，凡是标榜为“科学”的学科，都可以适用科学创新方法，自然科学如此，社会科学亦如此，例如经济学。当凯恩斯观察到经济波动的经验现实与古典经济学的预测不相符时，提出了“凯恩斯主义经济学”。当弗里德曼观察到凯恩斯的需求管理政策导致滞胀的不良后果时，提出了“货币主义理论”。笔者是讲授经济学的，就以一则教学实践来说明如何让大学生领悟科学创新的方法，培养他们的科学创新精神。
三、一则教学实践和教学改革建议
（一）一则教学实践
2009年钱老去世时，笔者正给学生讲授《宏观经济学》的IS-LM模型的最后部分，这个模型是探讨国民收入如何在商品市场和货币市场相互作用下共同决定的理论。但是，笔者前面已经多次告知同学，仅仅考虑商品市场和货币市场还不够全面，理论是需要不断进步的。实际上课中，笔者注意把握课堂进程，还有15分钟要下课时，正课基本讲完，然后笔者提问：“IS-LM模型我们讲完了，我们得到了国民收入决定的最终模型吗？我们结束了吗？我们是不是还有别的东西没有考虑进来？”同学们回答说还有要素市场没有考虑进来。笔者不失时机地把幻灯片切换到钱学森的名言：“Nothing is final！”。笔者随后图文并茂地讲了这句话的来历，然后又解释了这句话包含的科学哲学思想，即人类科学探索的步伐永远也不会停下来，任何理论都是暂时的，都有可能被替代，创新是无止境的。此堂课过后半年，一次偶遇听过笔者课的学生，问他听课印象最深的是什么，他立即脱口而出：“Nothing is final！”。希望科学创新思想能够深植于这些学子的脑海中去。
（二）教学改革建议
笔者搜索了一些高校的经济类专业教学计划，发现大多数高校不重视科学哲学和音乐艺术类的教育，甚至不太鼓励跨专业选修。鉴于此状，根据科学创新的方法，笔者建议把科学哲学和音乐绘画鉴赏等艺术类学科纳入教学课程体系，同时鼓励学生跨专业选修。科学哲学可以作为人文必修课来开，音乐绘画鉴赏等艺术类课程可以作为选修课来开。
18世纪苏格兰诗人、伦理学家和哲学家贝蒂有一句关于教育的名言：“教育的目的应该是教会我们如何思考而不是思考什么，改造我们的头脑，从而独立思考，而不是把别人的思想塞进我们的头脑。”因此，培养大学生的科学创新精神，让大学生掌握科学创新方法至关重要，这是培养“杰出人才”的必要条件。科学创新精神的获得需要一定的方法论基础，这就是科学创新的方法。无论是自然科学还是社会科学，这种方法都可以适用。高校教学改革应将科学哲学和音乐绘画鉴赏等艺术类课程纳入教学课程体系，同时鼓励学生跨专业选修。
［参考文献］
［1］《中国科学院院刊》编辑部.从爱因斯坦两段语录说起——彭桓武先生谈科学研究与创新［J］.中国科学院院刊,2005,（2）．
［2］卡尔·波普尔,查汝强等译.科学发现的逻辑［M］.杭州:中国美术学院出版社,2008．
［3］史蒂芬·霍金,许明贤等译.时间简史（插图版）［M］.湖南:湖南科学技术出版社,2010．
［4］叶永烈.钱学森传［M］.上海:上海交通大学出版社,2010．
［5］卡尔·波普尔,范景中,李本正译.通过知识获得解放［M］.杭州:中国美术学院出版社,1996．
［6］温红岩.几何人生:一个世纪的归程［N］.人民日报,2000-12-13.
［7］刘骏民.宏观经济学［M］.北京:科学出版社,2006．
［责任编辑：雷艳］
［摘要］培养大学生的科学创新精神是培养“杰出人才”的必要条件。科学创新精神的培养需要一定的方法论基础，这就是科学创新的方法。科学创新的方法可以概括为“一个信仰，四个步骤”。无论是自然科学还是社会科学，这种方法都可以适用。教学改革应将科学哲学和音乐绘画鉴赏等艺术类课程纳入教学体系，同时鼓励学生跨专业选修。
［关键词］科学创新方法论 教学实践 教学改革
［中图分类号］G640［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）10-0010-03一、从“钱学森之问”谈起
2009年10月31日，中国“两弹一星”功勋科学家钱学森在北京去世，举国哀痛。钱老留给中华民族的遗产，除了强大的国防利器和宝贵的精神财富之外，还有一个尚待后人破解的“钱学森之问”。2005年，钱老对看望他的温家宝总理说：“现在中国没有完全发展起来，一个重要原因是没有一所大学能够按照培养科学技术发明创造人才的模式去办学，没有自己独特的创新的东西，老是‘冒不出杰出人才。这是很大的问题。”钱老提出的这个问题后来被总结为“钱学森之问”，即：为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？
其实，钱老本人对此有着自己的答案：我们的学校没有“按照培养科学技术发明创造人才的模式去办学”，而这种模式就是钱老的母校加州理工学院的办学模式。根据钱老的最后一次系统谈话，加州理工学院的办学模式可以总结为五个要点。一是学术开放；二是鼓励学生跨专业、跨学科学习；三是鼓励独立思考；四是学术民主；五是重视艺术修养。
由此可见，加州理工学院办学模式的目的就是培养大学生的科学创新精神。具有科学创新精神是成为杰出人才的必要条件，而我国当前大学生所缺的正是这种科学创新精神，又谈何培养出杰出人才？因此，抛开中国当前颇受诟病的教育体制不谈，可以说钱老是深谙教育规律和科学创新精神的培养方法。笔者尝试从方法论的视角对科学创新精神的培养进行逻辑梳理，并以培养大学生的科学创新精神为目的，以笔者的教学实践为例来探讨如何进行教学改革。笔者认为，科学创新需要科学创新方法的指导，而且这种方法与钱老的认识完全一致。
二、科学创新的方法
（一）爱因斯坦的两句话
爱因斯坦有两句话对笔者的科学哲学启迪影响颇深。哲学的希腊文原意是“智慧之爱”（love of wisdom），而科学哲学就是关于科学创新的方法论。笔者关于科学哲学的启蒙教育，源自2005年另一位“两弹一星”科学家彭桓武的南开报告。2005年是世界物理年，也是纪念爱因斯坦的狭义相对论发表一百周年，彭老应邀到南开做报告，题目是“分子与原子”。彭老虽于2007年去世，但彭老的报告犹铭记在心，使笔者受益匪浅。彭老在报告中提到了爱因斯坦的两句话，据彭老讲，这两句话含义深刻，自己也害怕唐突翻译而曲解原意，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.”
爱因斯坦的这两句关于科学哲学的话当时给笔者以极大的心灵震撼，就好像漆黑的夜空中突然点起了一盏明亮的灯，似乎有顿悟之感觉。笔者献拙，尝试把这两句话翻译成中文。其一：“纯粹的逻辑思维不能带给我们关于经验世界的任何知识。一切关于实在的知识，都是从经验开始，又终结于经验。”其二：“我们现在特别清楚地意识到，那些相信理论是从经验中归纳出来的理论家是多么地错误呀，甚至伟大的牛顿也不能摆脱这种错误。”
彭老指出，爱因斯坦的这两段话是互补的，前段话强调理论对经验的依赖性，后面一段强调单纯从经验进行归纳是不够的，从经验到理论的飞跃很多都是从猜想和假说中建立起来的，‘不做假说是不对的。而所谓的“假说”就是“猜想”或“猜测”，或者用通俗的话说，就是“懵的”。但是，这种猜想绝不是无根无据的凭空猜想或者胡猜乱想，而是建立在经验现实与现有理论相冲突的基础之上。如果经验现实与现有理论的预测结果不相符合，那就是进行理论创新的绝好时机。但是，如果仅从经验进行单纯的归纳而不大胆猜想或建立假说，那是很难获得理论突破的。
（二）科学创新的方法:一个信仰和四个步骤
根据对爱因斯坦极为推崇的当代科学哲学大师波普尔的工作，我们可以把科学创新方法总结为“一个信仰和四个步骤”，而这种科学创新方法已经被霍金等众多科学巨匠所认可。
1.一个信仰
一个信仰是指“一切科学理论都是假说”。也就是说，一切科学理论都是猜想，都是相对真理而非绝对真理。现有的被大家所接受的科学理论只不过与已知的经验现实相符合，或者即使有不相符的地方，但没有找到更好的理论来替代它们。与经验现实相符合的科学理论，有必然的可能性与新发现的经验现实不相符合，因而都有可能被别的更好的新理论所替代。爱因斯坦所说的“一切关于实在的知识，都是从经验开始，又终结于经验”就是这个意思，钱学森的名言“Nothing is final！”也是这个意思。之所以称之为“信仰”，是因为就好像上帝是否存在一样，这个结论无法被证实或证伪。但是，这个信仰对科学创新极为重要。因为如果认为理论是绝对真理，那就没有创新的必要了。有了这个信仰，那么我们就不再迷信权威，就会有钱学森所说的独立思考，就会形成理性的反思精神，也才有可能有学术民主和学术开放。
2.四个步骤
（1）步骤一：发现经验现实与旧假说不相符合。爱因斯坦指出，发现问题往往比解决问题更重要。因此，这一步骤很重要，是科学创新最为基础的一步。许多人不能进行科学创新，就是发现不了问题。
（2）步骤二：勇敢否定旧假说，提出与现有经验现实相符合的新假说。新假说不但要包容旧假说的真理成分，而且还能解释旧假说所不能解释的经验现实。或者按照波普尔所说，新假说比旧假说的真理容量更大。这一步是一个信仰的应用，同时也是最难的一步，因为提出新假说可能需要大跨度的思维，需要灵感。这就是钱学森提出的理工科学生要学习艺术和跨学科学习的原因，培养大跨度思维的能力和灵感。
（3）步骤三：根据新假说进行预测。新假说提出之后，可以根据新假说进行预测。即在某些条件下，某种经验现实会出现。
（4）步骤四：用实际观察到的经验现实检验新假说。这一步可以通过科学实验或创造某种条件得出经验现实来检验新假说。如果实验结果与新假说预测相符合，那么新假说就逃过了被证伪。如果不符合，就要重复步骤一，修改新假说。理论创新就这样波浪式前进，人类对自然和人类本身的认识就不断加深，人类的知识也就这样不断地积累丰富。
这种科学创新方法所体现的科学哲学思想其实早已被中国先哲老子认识到。老子《道德经》中的“道可道，非常道”点出了科学创新的永无止境；“前识者，道之华，而愚之始也”点出了如果因循守旧而不大胆创新，就会不能适应新情况而变愚笨。国际数学大师陈省身曾撰文：“1943年，我在美国初识爱因斯坦，他当时是高等研究院的教授，常能见到他，他还约我到他家做客。他书架上的书并不太多，但有一本书很吸引我，是老子的《道德经》，德文译本。西方有思想的科学家，大多喜欢老庄哲学，崇尚道法自然。”或许，爱因斯坦可能从《道德经》中汲取了科学创新素养。
（三）科学创新的实例
历史上，科学创新的实例不胜枚举，仅举几例。当哥白尼观察到行星运动与托勒密的“地心说”的预测不相符时，大胆猜想，提出了“日心说”，也导致了布鲁诺对宗教神权的勇敢否定。当爱因斯坦观察到“迈克尔逊—莫雷实验”与牛顿的“绝对时空观”和“以太假说”的预测不相符时，大胆猜想，提出了“狭义相对论”。当爱因斯坦发现“水星摄动”与牛顿的引力理论预测不相符时，大胆猜想，提出了“广义相对论”。
按照波普尔的科学证伪主义，凡是标榜为“科学”的学科，都可以适用科学创新方法，自然科学如此，社会科学亦如此，例如经济学。当凯恩斯观察到经济波动的经验现实与古典经济学的预测不相符时，提出了“凯恩斯主义经济学”。当弗里德曼观察到凯恩斯的需求管理政策导致滞胀的不良后果时，提出了“货币主义理论”。笔者是讲授经济学的，就以一则教学实践来说明如何让大学生领悟科学创新的方法，培养他们的科学创新精神。
三、一则教学实践和教学改革建议
（一）一则教学实践
2009年钱老去世时，笔者正给学生讲授《宏观经济学》的IS-LM模型的最后部分，这个模型是探讨国民收入如何在商品市场和货币市场相互作用下共同决定的理论。但是，笔者前面已经多次告知同学，仅仅考虑商品市场和货币市场还不够全面，理论是需要不断进步的。实际上课中，笔者注意把握课堂进程，还有15分钟要下课时，正课基本讲完，然后笔者提问：“IS-LM模型我们讲完了，我们得到了国民收入决定的最终模型吗？我们结束了吗？我们是不是还有别的东西没有考虑进来？”同学们回答说还有要素市场没有考虑进来。笔者不失时机地把幻灯片切换到钱学森的名言：“Nothing is final！”。笔者随后图文并茂地讲了这句话的来历，然后又解释了这句话包含的科学哲学思想，即人类科学探索的步伐永远也不会停下来，任何理论都是暂时的，都有可能被替代，创新是无止境的。此堂课过后半年，一次偶遇听过笔者课的学生，问他听课印象最深的是什么，他立即脱口而出：“Nothing is final！”。希望科学创新思想能够深植于这些学子的脑海中去。
（二）教学改革建议
笔者搜索了一些高校的经济类专业教学计划，发现大多数高校不重视科学哲学和音乐艺术类的教育，甚至不太鼓励跨专业选修。鉴于此状，根据科学创新的方法，笔者建议把科学哲学和音乐绘画鉴赏等艺术类学科纳入教学课程体系，同时鼓励学生跨专业选修。科学哲学可以作为人文必修课来开，音乐绘画鉴赏等艺术类课程可以作为选修课来开。
18世纪苏格兰诗人、伦理学家和哲学家贝蒂有一句关于教育的名言：“教育的目的应该是教会我们如何思考而不是思考什么，改造我们的头脑，从而独立思考，而不是把别人的思想塞进我们的头脑。”因此，培养大学生的科学创新精神，让大学生掌握科学创新方法至关重要，这是培养“杰出人才”的必要条件。科学创新精神的获得需要一定的方法论基础，这就是科学创新的方法。无论是自然科学还是社会科学，这种方法都可以适用。高校教学改革应将科学哲学和音乐绘画鉴赏等艺术类课程纳入教学课程体系，同时鼓励学生跨专业选修。
［参考文献］
［1］《中国科学院院刊》编辑部.从爱因斯坦两段语录说起——彭桓武先生谈科学研究与创新［J］.中国科学院院刊,2005,（2）．
［2］卡尔·波普尔,查汝强等译.科学发现的逻辑［M］.杭州:中国美术学院出版社,2008．
［3］史蒂芬·霍金,许明贤等译.时间简史（插图版）［M］.湖南:湖南科学技术出版社,2010．
［4］叶永烈.钱学森传［M］.上海:上海交通大学出版社,2010．
［5］卡尔·波普尔,范景中,李本正译.通过知识获得解放［M］.杭州:中国美术学院出版社,1996．
［6］温红岩.几何人生:一个世纪的归程［N］.人民日报,2000-12-13.
［7］刘骏民.宏观经济学［M］.北京:科学出版社,2006．
［责任编辑：雷艳］
