09.htm

自牛顿以来的科学家

<font class=p2>

<center><font color=chocolate><b>第二篇　科学家的基本特征</b><br><br></font>

<font color=green><font class=p3>第9章 科学家的成长与发展环境</font><br><br>
</font></center><br>
<font color=steelblue>

　　1982年9月我60岁了。古人叫耳顺之年。有机会回想了一下我念物理、做研究工作、做教师的经验，我觉得我是非常非常幸运的。在绝大多数和我同年岁的人都有着种种困难的遭遇的时候，我却有很好的老师，很好的合作者，很好的学生。而且在物理学界以外有很多很多的朋友。很幸运的，我的读书经验大部分在中国，研究经验大部分在美国，吸取了两种不同教育方式的好的地方。又很幸运的，我能够有机会在象牙之塔内工作了17年，现在在象牙之塔外也工作了17年。　——杨振宁<br><br></font>

　　像其他创造性人才一样，科学家的成长过程大致可分为启蒙时期、培养期和结实期三个阶段。启蒙期是培养科学家创新意识的基础阶段，对象是一般是３至９岁的儿童。这个阶段的教育应着重激发儿童对自然现象和社会现象的好奇心，学习和培养发现问题的方法。培养期就是创造力能否得以开发的关键时期，一般指9至22岁的青少年。这个时期的教育要提倡师生共同探究，共同思考问题，使学生养成勤于思考的习惯，鼓励学生多发问及敢于表达不同的学术见解。结实期是培养科学家创造能力的黄金时期，一般指22至28岁的硕士和博士生，学生要突破专业领域的局限，开阔知识面，尤其是相邻学科和边缘学科，掌握成熟的科学规范即专业知识，研究问题的各种方法。<br><br>

　　与科学家的这几个成长过程相关的环境大致可以分为家庭环境、教育环境、集体环境和社会环境。科学家能力的培养需要一个长期的过程，科学家的发展则需要一个良好的社会化环境。 <br><br>

<br><center><b>1、科学家成长的家庭环境<br><br></center></b>

　　家庭环境可以给儿童提供一定的信息量，而足够的信息量是创造力形成和开发的前提。良好的家庭环境大人通过各种途径培养儿童的思维习惯和丰富的想象力。<br><br>

　　不同的家庭对儿童有不同的影响。专制型家庭以自己的兴趣左右孩子，容易造成孩子的刻板、呆滞，缺乏活力；溺爱型家庭会造成孩子任性、依赖性和神经质；民主型家庭则会造成孩子的独立性和创造性。<br><br>

　　朱克曼研究了1901年至1972年美国培养出来的71名诺贝尔奖获得者的社会经济出身（见表），得出结论：不管是遗传的还是社会的原因，诺贝尔奖金获得者的社会出身仍然高度集中于那些能够给子女提供良好的开端以便获得为制度所承认的机会的家庭里。专业人员的家庭提供了教育和社会的联合优势<a href="09.htm#注" class=v3><sup>[1]</sup></a>。<br><br>

　　表1 美国培养出来的诺贝尔获奖人（1901-1972）和具有博士学位的科学家（1935-1940）的父亲的职业情况<br><br>

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<table width=520 cellspacing=2 cellpading=1 cols=9 border=1>
<tr class=p1 align=center><td>父亲的职业</td><td>
专业人员※</td><td>
经理和<br>企业主</td><td>
农民</td><td>
零售、服务和<br>事务工作人员</td><td>
熟练和<br>非熟练工人</td><td>
情况不详</td><td>
总人数</td></tr>
<tr class=p1 align=center><td>诺贝尔获奖者<br>比例,%</td><td>
53.5</td><td>
28.2</td><td>
2.8</td><td>
7.0</td><td>
8.5</td><td>
-</td><td>
71</td></tr>
<tr class=p1 align=center><td>科学家比例,%</td><td>
29.1</td><td>
18.7</td><td>
19.5</td><td>
13.1</td><td>
18.0</td><td>
1.5</td><td>
2695</td></tr>
</table><br></center>

※专业人员是指大学教授、教师、医生、工程师、律师、法官、牧师和艺术家等。<br><br>

　　不管是来自什么背景的家庭，科学家从小的好奇心、兴趣和后来的职业选择通常都得到了家庭成员的鼓励和支持，这些家庭成员有的是父亲，有的是母亲，有的是叔父，有的甚至是祖父母。<br><br>

　　英国物理学家开尔文勋爵的父亲是数学教授，父亲的影响是从小培养了儿子对数学与物理学的浓厚兴趣，并引导儿子把研究数学同解决物理学的新问题结合起来。<br><br>

　　俄国化学家、化学周期表的发现者门捷列夫（P.I.Mendeleev<a href="09.htm#注" class=v3><sup>[2]</sup></a>,1834-1909）出生后不久，父亲就双目失明了，不仅没有经济收入还要花销医疗费，但他的母亲仍然坚持送孩子上学。当门捷列夫展现出才能后，由于当地没有好的大学，母亲把家从西伯利亚先迁到莫斯科后又迁到彼得堡，在门捷列夫遭到莫斯科大学和彼得堡大学拒绝后，最终母亲把门捷列夫送进了师范学院。<br><br>

　　因发现氩气获得1904年物理奖的瑞利勋爵（Rayleigh,1842-1909）出生在英格兰一个教育非常落后的地方，小瑞利和别的孩子一样打闹贪玩。为了改善孩子的学习环境，父母决定迁居首都伦敦。由于初来乍到不适应伦敦的气候，小瑞利卧病在床，父亲又给他请来家庭教师，在家庭教师的帮助下，瑞利的成绩迅速赶上。<br><br>

　　超导现象的发现者昂内斯(H.Kamerlingh－Onnes，1853-1926)的父母为了培养他的兴趣，特意腾出阁楼作为他专用的“天文台” 和“实验室”。一次，昂内斯做实验时不小心是实验室着火，烧点了半座楼房，但他的父母并没有责怪他，反而鼓励和支持他继续自己感兴趣的实验。<br><br>

　　比埃尔·居里(P.Curie,1859-1906)的父亲是一个医生，但常常研究科学。他认识到孩子喜欢独立思考，担心学校的常规教育和训练会束缚孩子的思维，决定不送两个孩子上小学和中学。他们的父母先是在家里亲自进行启蒙教育，后来又为他们请了一位学识渊博的家庭教师。1903年比埃尔·居里与妻子居里夫人(Marie Sklodowsk-Curie,1867-1934)获得1903年的诺贝尔物理学奖。<br><br>

　　德国著名化学家、1927年化学奖获得者魏兰德(H.O.Wieland,1877-1957)的父亲因为出生银器首饰制作世家，也需要儿子们学习继承父业，不许他们上学读书。魏兰德的母亲出身于书香门第，坚决要求儿子上学，为此和丈夫发生了分歧，最后母亲只好把魏兰德送到娘家上学。<br><br>

　　瑞士著名外科医生科歇尔(E.T.Kocher,1841-1917)在24岁获得医学博士学位后，打算自己挂牌行医。正在这时，科歇尔的外祖父认为科歇尔是一位高材生，具有进一步深造争取成大器的条件，就劝他继续学习。后来科歇尔接受了外祖父的建议，回到母校从事教学与研究工作。1909年，68岁的科科歇尔获得诺贝尔生理医学奖获得者。<br><br>

　　古斯塔夫·赫兹(G.Hertz,1887-1975)（小赫兹）的叔父亨利希·赫兹（老赫兹）是用实验证明了电磁波发生和接受的德国著名的物理学家。小赫兹的母亲经常带他叔父家去玩，有意识地让小赫兹接受叔父的影响和教育。尽管老赫兹研究工作十分繁忙，当他发现小赫兹也像自己一样喜欢数学核物理时，就特地抽出时间对小赫兹进行基础启蒙教育。小赫兹在自己26岁时就与弗兰克（J.Frank,1882-1964）分享了1925年的诺贝尔物理学奖。<br><br>

　　德国化学家毕希纳(E.Buchner,1860-1917)是农民家庭出生，父亲从两个儿子懂事时就给他们讲述祖辈缺少文化的艰难。为了让两人有较多的时间安心学习，父母和姐姐承担了全部农活和较家务，只要看见他们在读书，就不让他们干活。后来，兄弟俩人先后考上慕尼黑大学。因对发酵过程的深入研究，比希纳于1907年获得诺贝尔化学奖。<br><br>

<br><center><b>2、科学家成长的教育环境<br><br></center></b>

　　科学家需要良好的知识准备和具备独创性的科学研究能力。学校不仅提供了系统的教育，而且提供了丰富多彩的进行多次选择的机会。<br><br>

　　在大学阶段，学生以累积教科书上的基础知识，掌握学习方法，提高理解能力和培养自学能力为主。一个好的老式不是照本宣科地简单灌输，而是引导学生动脑筋，在思考问题的同时掌握基础知识。<br><br>

　　在硕士研究生阶段，学生的重要任务是掌握学科前沿的状况和学习研究方法。因为教科书所描述的是较为成熟的理论和观点，而大量新的知识是以科学论文、会议集等文献形式新近发表的。研究生需要通过查阅论文对自己感兴趣的科学领域的最新成就和最新的问题有一个基本的了解。同时，他们通过跟随导师从事一些研究课题的工作，培养独立进行科学研究的能力。这些能力包括资料查阅、课题选择的基本原则、开题报告的撰写与答辩、研究方案的制定和实施、实验数据的获取与处理、研究论文的撰写和答辩等形成一篇完整的科学论文的成熟的科学规范。<br><br>

　　博士生阶段往往才是一个科学家的职业生涯的真正起点。这个时候，博士生需要自己通过对科学文献的阅读思考，独立地提出研究课题，或者独立地解决研究课题中存在的问题，而指导教师的任务不过是根据学生的能力帮助对问题的确立或者解决。在博士生阶段，学生获得了作为一个科学家最基本的和最重要的本领：完全学会和接受了一整套科学研究的方法和手段，学习了科学的行为规范和基本的道德准则，尤其是具备了脱离导师指导的不断地发现问题、不断地解决问题的能力。<br><br>

　　1）名校出名师。<br><br>

　　据对诺贝尔自然科学奖获奖机构获奖次数（1901～1999）的统计<a href="09.htm#注" class=v3><sup>[3]</sup></a>，获奖单位总数为185，获奖人次为460。获奖10人次以上的单位共7个，占获奖单位总数的4%；获奖102人次，占获奖人数的22%，获奖人数在5人以上的单位共23个，占获奖单位总数的的12.4%，获奖211人次，占获奖总数的46%。获奖3人次以上的单位共37个，占获奖单位总数的20%；获奖318人次，占获奖总人数的69%，获奖单位相当集中。这37个单位及获奖人次为：美国哈佛大学23人次，德国马普学会17人次，美国哥伦比亚大学15人次，美国斯坦福大学14人次，英国剑桥大学13人次，美国加州理工学院10人次，英国伦敦大学10人次，美国加州伯克利分校8人次，英国牛津大学8人次，美国康奈尔大学8人次，美国麻省理工大学8人次，美国洛克菲勒大学8人次，美国加州大学7人次，德国海德堡大学7人次，美国贝尔实验室7人次，美国普林斯顿大学7人次，法国路易斯·巴斯德学院7人次，美国芝加哥大学6人次，德国慕尼黑大学6人次，美国洛克菲勒医学研究院6人次，前苏联科学院5人次，IBM实验室5人次；德国哥廷根大学4人次，欧洲核子中心4人次，美国国立卫生研究院4人次，瑞典卡罗琳研究院4人次，瑞典乌普萨拉大学4人次，美国威斯康星大学3人次，瑞典斯德哥尔摩大学3人次，瑞士苏黎世大学3人次，丹麦哥本哈根大学3人次，美国华盛顿大学（西雅图）3人次，美国华盛顿大学（圣·路易斯）3人次，美国旧金山医学院3人次，美国耶鲁大学3人次，美国通用电气公司3人次。<br><br>

　　可以看出，这些获奖机构绝大部分是大学。也就是说，大学贡献了绝大部分的基础科学知识，而获奖的大学又相当集中。美国的哈佛大学、哥伦比亚大学、斯坦福大学、英国的牛津大学、剑桥大学、德国的慕尼黑大学等就是世界著名的大学。<br><br>

　　2）名师出高徒。<br><br>

　　投奔名师门下是科学家成长的一个重要的选择。教师主要通过多个途径影响学生。例如，一是教学方法、思维方法、研究方法、科学态度；二是教师的言传身教、以身作则，为人师表，为学生树立楷模；三是实验的基础条件比较成熟，有足够的研究经费；四是在科学共同体中的声誉，对学生的提升有一定的帮助。20世纪科学史几个著名的教师是J.J.汤姆森(J.J.Thomson,1856-1940)、卢瑟福（E.Rutherford,1871-1947）、玻尔、玻恩和费米等。<br><br>

　　J.J.汤姆森是因为发现电子成为1906年诺贝尔物理学奖获得者，是卡文迪什实验室第三任主任。经汤姆森先后培养过的诺贝尔获奖者<a href="09.htm#注" class=v3><sup>[4]</sup></a>有卢瑟福（1908年化学）、巴尔克拉(C.G.Barkla,1877-1944)（1917年物理）、阿斯顿(F.W.Aston,1871-1945)（1922年化学）、理查森(Richason)（1928年物理）、W.L.布拉格(W.L.Bragg,1890-1971)（1915年物理）、威尔逊(C.T.R.Wilson,1869-1959)（1927年物理）、阿普尔顿(E.V.Appleton,1892-1965)（1947年物理）、玻恩（1954年物理）、戴维森(C.J.Davison,1881-1958)（1937年物理）和J.J. 汤姆森的儿子G.P.汤姆森(G.P.Thomson,1892-1975)（1937年物理）。据汤姆森本人统计，他的学生中，当选为英国皇家学会会员的有27人，在各国任物理教授的有82人，被国王封为爵士的有8人。<br><br>

　　J.J.汤姆森最得意的学生是卢瑟福，他继任汤姆森成为卡文迪什第四任主任。经卢瑟福先后培养过的诺贝尔获奖者有阿普尔顿、瓦尔顿(E.T.S.Walton,1903-1995)（1951年物理）、考克饶夫(J.D.Crockroft,1897-1967)（1951年物理）、卡皮察(P.L.Kapitsa)（1978年化学）、布莱克特(P.M.S.Blackett,1897-1974)（1948年物理）、查德威克(J.Chadwick,1891-1974)（1935年物理）、鲍威尔(C.F.Bowell,1903-1969)（1950年物理）、阿斯顿、狄拉克（1933年物理）、玻尔（1922年物理）、哈恩（1944年化学）、索迪(F.Soddy,1877-1956)（1921年化学）、考克饶夫）、海韦希斯（G.Heresy,1885-1966）（1943年化学）和贝特(H.A.Bethe,1906-)（1967年物理）。<br><br>

　　曾在早期跟随玻尔工作过的诺贝尔获奖者是布洛赫(F.Bloch,1903-1983)（1952年物理）、德尔布吕克(M.Delbuck,1906-1981)（1969年生理医学）、海森堡（1932年物理）、朗道(L.D.Laudau,1908-1968)（1962年化学）、泡利(W.Pauli,1900-1958)（1945年物理）、鲍林(L.C.Pauling,1901-1994)（1954年化学）、尤里(H.C.Urey,1893-1981)（1934年化学）。<br><br>

　　玻恩曾做过诺贝尔获奖者海森堡、泡利、迈耶夫人(M.Goeppert-Mayer,1906-1972)（1963年物理）和斯特恩(O.Stern,1888-1969)（1943年物理）的老师。<br><br>

　　费米曾当过诺贝尔获奖者布洛赫、塞格雷(E.G.Segrey,1905-1989)（1959年物理）、钱恩(E.B.Chain,1906-1979)（1945年生理医学）、李政道（1957年物理）和杨振宁（1957年物理）的老师。<br><br>

　　中国的杨振宁万里求学追逐名师是一个广为流传的例子。杨振宁23岁从西南联大毕业后决心跟随费米和威格纳从事研究。他于1945年底到达纽约，到哥伦比亚大学找费米，没有找到，又前往普林斯顿大学找威格纳，也没有找到，因为他们都在从事秘密的原子弹研究。继续追求的结果，杨振宁终于在1946年坐在了费米的班上听课，他多次设法与费米会面，但费米说他不能指导他写学位论文，因为自己正在从事高度秘密的研究。然后费米把杨振宁介绍给了另一位物理学家特勒。特勒帮助杨振宁把注意力从不是他擅长的实验物理学转到他比较擅长的理论物理学。杨振宁后来因为对宇称不守恒的研究而获得诺贝尔物理学奖。<br><br>

　　另一个脍炙人口的故事来自苏联的卡皮察。1921年卡皮察在约飞的帮助下得到了一次出国留学的机会。此时在著名物理学家卢瑟福领导下的卡文迪什实验室已是世界上物理学研究中心之一，卡皮察很希望能到那里深造。当卡皮察访问剑桥时，他向卢瑟福吐露了自己的心愿。当时卢瑟福告诉他实验室已经过分拥挤，不能再接受新人了。卡皮察机智地问卢瑟福：在您的实验中误差通常是多少，卢瑟福回答说：在5%之内。卡皮察马上就讲，卡文迪什实验室大学有30个研究人员，再多一个人也不会被注意到，因为在误差范围之内。就这样，卡皮察终于说服卢瑟福将自己留下来。卡皮察因为在低温物理学领域中的贡献而获得1978年的诺贝尔物理学奖。<br><br>

<br><center><b>3、科学家发展的集体环境<br><br></center></b>

　　通过大学、硕士和博士3个阶段的学习，科学家开始进入到一个集体，这个集体通常是某所大学里某个系里的一个科研小组或者是某个科研机构的一个科研小组。一个科学家能否在这个科研小组施展才华、发挥其创造力，是与这所大学以及科研小组本身的环境气氛密切相关的。一方面，科学家需要寻找适合自己的科研环境，也需要去适应自己所处的科研环境。另一方面，这些科研组织需要创造出良好的小环境，以便吸引科学家的到来，并为科学家最大限度发挥作用服务。<br><br>

　　要形成良好的环境气氛，科研小组应该坚持以下原则。<br><br>