要想實(shí)現(xiàn)我國(guó)科技創(chuàng)新在高端領(lǐng)域高水平發(fā)展，高校必須在新工科教育中著力思考如何培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的問題。放眼全球，國(guó)內(nèi)外高校圍繞這一話題的探索和實(shí)踐已非常豐富，如果相互借鑒則會(huì)收獲頗豐。
以美國(guó)麻省理工學(xué)院為例。該校為了提高工科學(xué)生的創(chuàng)新能力，在大一新生中專門開設(shè)了一門32學(xué)時(shí)的選修課“思維方法”。之所以如此，是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為多維度思維方法的養(yǎng)成在新工科建設(shè)中有著重要作用。
結(jié)合中國(guó)國(guó)情，筆者也認(rèn)為，多維度思維方法可能是未來開啟工業(yè)界和社會(huì)發(fā)展創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)之門的鑰匙。相關(guān)培養(yǎng)可以確保“在校教育”與“終身自主學(xué)習(xí)”相銜接，有助于實(shí)現(xiàn)“科學(xué)”“工程”“人文”與“藝術(shù)美學(xué)”的多學(xué)科融合，有利于原創(chuàng)性和顛覆性的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)的形成。
在筆者看來，涉及創(chuàng)新的多維度思維大致可分為以下幾類。
倫理思維
所有創(chuàng)新必須符合人類倫理道德，這既是前提，也是不可逾越的底線。
某些“科學(xué)家”出于功利主義，希望憑借“前所未有”的路徑追求名利目標(biāo)，如開展生殖細(xì)胞克隆實(shí)驗(yàn)等，毫不考慮由此可能導(dǎo)致的不良后果。一些違反人性的研究更是在“國(guó)家”“公眾”利益的遮蓋下進(jìn)行，如細(xì)菌戰(zhàn)、大規(guī)模殺傷性武器的研制等。
比如，因發(fā)明化學(xué)合成氨而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的德國(guó)化學(xué)家哈伯，曾在第一次世界大戰(zhàn)中為德軍研制了芥子氣等毒氣，并于1915年4月22日對(duì)法軍第一次釋放，直接導(dǎo)致5萬(wàn)人死亡、1萬(wàn)人嚴(yán)重受傷，由此開啟了世界毒氣大戰(zhàn)。哈伯的行為受到了諸多科學(xué)家的譴責(zé)，甚至他的妻子克拉拉·伊美娃博士也因激烈反對(duì)其丈夫的殘酷行為而含恨自殺。
在新工科教育中，必須告訴學(xué)生，超出人類倫理的所謂創(chuàng)新一定要禁止。
創(chuàng)造性思維
創(chuàng)造性思維可細(xì)分為很多方向，包括分析性思維、系統(tǒng)性思維、抽象思維、觀察—驗(yàn)證思維等。
許多復(fù)雜性科技問題均包含以下特點(diǎn)——分屬于多個(gè)子系統(tǒng)，其中可能又分屬線性和非線性關(guān)系；各系統(tǒng)參數(shù)間強(qiáng)交聯(lián)；參數(shù)在空間與時(shí)間有顯著分布，且不可以平均值確定其變化規(guī)律，或稱之為平均場(chǎng)理論失效；根據(jù)初始條件不同，參數(shù)變化可出現(xiàn)多態(tài)，演化呈現(xiàn)完全不同的規(guī)律，即所謂“主動(dòng)性系統(tǒng)”。
對(duì)于這類課題的求解，可通過將復(fù)雜系統(tǒng)拆解成若干子系統(tǒng)，分別進(jìn)行研究和定量數(shù)學(xué)表達(dá)，然后再把各子系統(tǒng)分別研究的成果辯證地統(tǒng)一起來。這被稱之為分解—還原性思維方法。
系統(tǒng)性思維是錢學(xué)森先生極力倡導(dǎo)的。他在被授予“國(guó)家杰出貢獻(xiàn)科學(xué)家”稱號(hào)后說，“兩彈一星工程依據(jù)的都是成熟理論，系統(tǒng)工程思維的理論與實(shí)踐才是我一生的追求，它的意義遠(yuǎn)超出我對(duì)中國(guó)航天的貢獻(xiàn)”。
抽象思維中最理性、最高的層次是通過數(shù)學(xué)計(jì)算的分析表達(dá)。許多科學(xué)家都表示過，一個(gè)不能用數(shù)學(xué)方程式表達(dá)的研究成果，不應(yīng)被認(rèn)為是一項(xiàng)完整的科學(xué)研究。
更多的科學(xué)研究成果是通過觀察發(fā)現(xiàn)問題、提出問題從而解決問題來完成的。愛因斯坦曾提到，發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的問題需要天才和創(chuàng)新思維，解決問題只是巧妙的數(shù)學(xué)推演和靈巧的實(shí)驗(yàn)而已。錢學(xué)森也指出，“從一個(gè)猜想開始，然后才是科學(xué)論證。從思維角度看，科學(xué)工程發(fā)源于形象思維，終于邏輯思維”。
達(dá)爾文創(chuàng)立的生物進(jìn)化論具有劃時(shí)代的意義，從根本上顛覆了生物發(fā)生和發(fā)展的“神創(chuàng)論”。其主要論據(jù)是他在長(zhǎng)達(dá)5年的長(zhǎng)途旅行中，通過對(duì)各種生物的細(xì)心發(fā)掘和考察而積累的豐富資料。
僅在美洲西岸的加拉帕戈斯群島上，他就發(fā)現(xiàn)并研究了225種植物，其中有100種是新物種。他對(duì)這些觀察結(jié)果系統(tǒng)歸納，認(rèn)為只有以物種的逐漸變異，才能解釋他所觀察到的生物從時(shí)間到空間上的有序變化。經(jīng)過多方考證，他出版了《物種起源》一書，成就了偉大的事業(yè)。
批判性思維
批判性思維包括辯證思維、反向思維等。它要求人們能夠透過現(xiàn)象看本質(zhì)，即從已有理論、規(guī)律進(jìn)行推演，從不同視角對(duì)過程進(jìn)行解析，探索事物間的聯(lián)系性、學(xué)說間的內(nèi)在關(guān)系。
處理宏觀與微觀的問題都需要辯證思維。如楊振寧、李政道發(fā)現(xiàn)，宇稱守恒規(guī)律適于宏觀世界，而宇稱不守恒規(guī)律適用于微觀世界。
辯證思維要求用對(duì)立統(tǒng)一的立場(chǎng)看問題。我們遇到許多問題，從正面和反面分別觀察都有正確性，在特定場(chǎng)合，對(duì)與錯(cuò)也會(huì)互換，如量子力學(xué)對(duì)光的波粒二象性的包容性認(rèn)知。
為啟發(fā)學(xué)生思維而提出的命題，不應(yīng)只有簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)答案，而要充分激發(fā)學(xué)生的想象力和思辨力，全面認(rèn)識(shí)問題。
反向思維也可由對(duì)原猜想的懷疑開始，古人云“積疑起悟，學(xué)博漸通”。如丘成桐開始對(duì)卡拉比猜想的完美性深表懷疑，多方證偽，結(jié)果卻證明了它是正確的，也可稱證偽思維。
反向思維在工程領(lǐng)域不乏實(shí)例。例如，我國(guó)鋼鐵產(chǎn)業(yè)需要大量高品質(zhì)礦石，但國(guó)內(nèi)大部分礦石含鐵量只有30%左右，通過浮礦技術(shù)富集鐵元素有很大難度。鞍鋼礦冶公司反向思維，從礦石中篩選提取化學(xué)性質(zhì)單一的脈石，剩余礦石的鐵含量從30%提高到60%以上，解決了國(guó)產(chǎn)鐵礦石的難題。
團(tuán)隊(duì)合作思維
科技的飛速發(fā)展使學(xué)科分化和交叉不斷加強(qiáng)，某一領(lǐng)域提出的命題與許多學(xué)科相關(guān)，使物理、化學(xué)、生物、信息等多學(xué)科都有介入的可能和必需。上世紀(jì)初的那種單打獨(dú)斗的做法很難有大作為。
比如，脫氧核糖核酸雙螺旋結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，就是物理學(xué)家薛定諤提出猜想，分析化學(xué)家查加夫提出結(jié)構(gòu)拆分，合成化學(xué)家鮑林提出螺旋化學(xué)鍵的存在，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家富蘭克林用X光衍射得到結(jié)構(gòu)照片，最終由理論物理學(xué)家沃森·克里克完成的。
特別是一個(gè)巨大的創(chuàng)新工程項(xiàng)目，如原子彈制造的曼哈頓計(jì)劃，是數(shù)萬(wàn)不同專業(yè)的人才共同完成的。
尋求真誠(chéng)、恰當(dāng)?shù)暮献髡呤浅晒Φ慕輳街弧＿@種思維的植入可以從幼兒的集體游戲中開始，在大學(xué)教育中不斷推進(jìn)。
市場(chǎng)性思維
對(duì)于一個(gè)偉大的創(chuàng)新發(fā)現(xiàn)發(fā)明過程，從開始立項(xiàng)到結(jié)果產(chǎn)生，發(fā)明家都應(yīng)清楚它的社會(huì)價(jià)值，工程研究與純科學(xué)基礎(chǔ)研究的差別正在于此。對(duì)于重要的研究項(xiàng)目，要全程進(jìn)行應(yīng)用可行性動(dòng)態(tài)評(píng)估，以作為重要的決策依據(jù)。
總之，為了培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才，新工科教育要不斷進(jìn)行改革。其中重要的一點(diǎn)就是不僅要灌輸給學(xué)生大量前沿信息和知識(shí)，更要多維度開發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維方式，解決只依托已有知識(shí)或已知自然規(guī)律研發(fā)，與依托想象力進(jìn)行開創(chuàng)性工作之間的矛盾，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的創(chuàng)新潛能。多維度思維方法的養(yǎng)成，無疑是創(chuàng)新工科教育的重要環(huán)節(jié)。
（作者系中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)化工系教授金涌）
編輯：邱收
