创新与创新人才培养

■侯建国

侯建国，物理化学家，中国科学院院士，第三世界科学院院士，中国科学技术大学校长，十一届全国人大常委会委员。1959年生于福建，1978～1989年在中国科学技术大学学习，获凝聚态物理专业博士学位。1988～1995年，先后在前苏联科学院结晶学研究所电镜实验室、中国科学院福建物质结构研究所、美国加州大学伯克利分校、美国俄勒冈州立大学化学系从事科学研究工作。1995年起任中国科学技术大学教授，先后任中国科学院结构分析重点实验室主任、中国科学技术大学理化科学中心主任。2000年任中国科学技术大学副校长。2003年当选为中国科学院院士。2004年8月起兼任合肥微尺度物质科学国家实验室（筹）常务副主任。2004年11月当选第三世界科学院院士。2005年9月任中国科学技术大学常务副校长。2008年9月任中国科学技术大学校长。长期从事物理化学领域的研究工作，特别是在利用高分辨率扫描隧道显微镜研究单分子特征和操纵方面取得了一系列成果，是该领域有国际影响的学者。

我今天和大家讨论科技创新人才培养的问题。我想分以下三个方面来谈。

一、什么叫科技创新

简单地说，科技创新有两个维度，一个是发现的维度，一个是创造的维度。发现的维度就是发现新的规律，比如量子力学；创造的维度就是利用已有的科学原理发明一些自然本身并不存在的装置。当然二者也不可能完全分开，有的创新既有发现的维度又有创造的维度。我们再举一个例子来看，怎样才能做到创新，比如显微镜的发展。显微镜大家都用过，中学常用的是光学显微镜，第一个制造光学显微镜的是荷兰人，他在1665年做出了第一个显微镜。第一个显微镜非常简陋，是一个透镜，然后通过一些机械装置来调整样品和透镜之间的距离，来达到放大的效果。后来经过几代科学家的努力和折射反射理论的发展，同时，物理光学对球差和色差的认识，也发展很快，虽然原理还是一样，但是现在光学显微镜已经是一个非常复杂的装置。现在的分辨率也相当好。但光学显微镜容易受波长的影响，因此，它的放大倍数不会超过1600倍，这种创新就叫作继承性创新，原理和规律是一样的，只不过是不断地完善。还有一种创新就是突破性创新，这种创新从显微镜的发展史来看，就是一个从光学显微镜到电子学显微镜的发展过程。光学显微镜用的是可见光，电子显微镜里用的是电子，电子的波长比光波要小，所以分辨率会大大提高，这就是一个突破性创新。再往下是一个更大的创新，我们可以说是革命性创新，或者说是颠覆性创新。电子显微镜还是会受到波长的影响，量子力学发展后，利用量子力学扫描隧道的原理，发明了第一个量子隧道显微镜，这是一个非常大的变化，说是隧道显微镜，但没有用到镜子，也没有用到光的波长，用的是量子隧道原理，使放大达到了极限。以上这些情况，帮助大家了解了创新的分类和过程。

二、科技创新的重要性

刚刚过去的2011年，对中国乃至世界来说有几件大事。第一件是地球人口达到了70亿。我上中学的时候是20世纪70年代，那时候全球人口是40多亿，差不多经过30年的时间，人口增加了30亿，这是不得了的数字。可以看到，在中国和世界面临这样的人口的时候，人类所面临的挑战也是前所未有的。70亿人口，同时全世界23%的耕地面积严重退化，1/3的土地沙漠化，80个国家严重缺水，10亿人口面临沙漠化的威胁，50%的江河水严重污染，1/10人类罹患的疾病与环境恶化有关。这些数据是世界自然基金会发布的《地球生命的报告（2008）》提供的，报告称人类对自然资源的需求已经超过了地球生长。英国和美国一些重要报纸都提过这样一个问题：如果按照这样人类消耗资源的速度来发展的话，那么到2030年的时候，我们需要2～3个地球。而我们只有一个地球，但人口增加而且人口要求更好地生活，摆脱贫穷。对于中国来说呢，我们面临的挑战也是前所未有的。可以看到，我们的GDP位居全球第二，但我们的煤消耗量占全球31%，石油占8%，电力消耗占10%。我们是制造业大国，但不是制造业强国，没有自己的知识产权。中国的原始创新能力不足，使得我们的制造业只能在产业链的低端。我们付出的很多，得到的很少。比如说大家买个iPad手机的话，美国拥有很多原始的专利，可以获得229美元的回报。日本主要是整个硬盘设计和生产，可以获得67美元。在这整个生产过程中，中国的组装只能获得3美元的利润。这个差距将近100倍，但我们在整个过程中付出的人力资源和自然资源是很大的。

中国要成为世界强国，而在成为强国的过程中，中国消耗了太多的自然资源。所以我们在关注发展的时候，也要关注全球的一些问题，能够为人类的持续发展做出贡献，这样才会使我们在成为强国的过程中受到全世界的敬佩和尊重，这跟科学家的贡献是紧密联系在一起的。人多了我们要消耗更多的粮食，同时我们的医疗水平要提高。给人类带来幸福和长寿的是两个重要的发明。青霉素的发现，是人类第一次能够对抗细菌的特效药，使寿命延长，这种发现不仅是对某个国家，而是对人类的贡献。另外就是肥料的发明，使粮食产量增加，满足人类的需要。比如中国科学家袁隆平研究的杂交水稻，使水稻产量大大提高。现在，中国科学技术的发展，乃至整个世界的科学技术的发展都到了一个机遇期，这就使新一轮的科学革命会在未来十几年或者二十几年有重大突破。举两个例子，一个是量子论，使我们认识微观世界。另一个是相对论，把时空统一起来，把质量和能量统一起来。

下面讲一讲量子力学能够实现人类的哪些理想，推动人类社会怎样的发展。量子力学和我们的宏观世界有着完全不一样的规律，20世纪初，真空的电子管大概有一只手这么大，60年代的时候对半导体材料的认识逐步理解加深，我们创造出固体的电子管，这个电子管比较小了，只有一厘米长。70、80年代的时候集成电路出现，电子管要比头发丝还细。以后我们能不能再缩小些，用一个分子做二极管、三极管，都是有可能的。最早的卫星探测器80公斤重，耗能300瓦。2003年的时候降到3公斤，由于电子器械的发展，到2010年的时候已经可以制造出1公斤的卫星。到2030年的时候，一个卫星可以做到2克大小，但是功能一样。再说通讯，微波的通信，但是微波通讯不安全，别人可以监听，而把量子力学运用到通讯中，别人就发现不了。还可以运用到计算机上，可以大大提高运算能力。同学们都知道所有的分子都是由原子组成的，比如说氢气在空气中燃烧，和氧气作用后形成水，水是由两个氢原子和一个氧原子构成的。化学家一百多年来有个梦想，能不能有效地、更准确地对化学反应进行控制，从而创造出全新的物质。2009年，我们做了个分子，本来没有磁性，最后做出来一个有磁性的分子。对量子力学的量子信息来说，2009年有个非常有名的科普杂志出了一个特刊，名叫《中国崛起》，认为中国的量子学技术在国际上已经达到相当高的水平。下一步，在中国科学院的支持下，我们准备做量子通讯卫星，有了量子通讯卫星，可以进行全球保密的量子通讯，能够实现覆盖全球的保密的量子通讯技术。还有实现新能源的梦想——人造太阳。我们知道能源是全世界关注的一个焦点，大家可以看到各种能源的剩余使用年限——石油不到50年，天然气60年，煤200年，铀也不到50年。同时，大量的二氧化碳的排放造成温室效应。

三、如何培养科技创新人才

美国在1983年的时候提出，如果不提高学生的学习成果，将失去国际领先的地位。三十年过去了，美国依然是科技领域最强大的国家，但是他们的学生是否学习好呢，单说考试成绩的话，他还不如中国的学生。我们再看中国自己培养的一些比较年轻的创新人才，他们是怎么来看科学研究，怎么来看创新的。我以两个人为例，每两年中国科学院、中国工程院都评选院士。2009年，中国工程院最年轻的院士邓中翰，他41岁，是从美国回到中国科技大学的毕业生。他回到中国后，研究出了首枚具有自主产权的数字芯片。他在毕业典礼上说，在中国科技大学的那段日子生活很单纯，我一直觉得从事研究这个职业是有幸的，不管最后得出什么样的结果，但是过程中的激情都是令人享受的。还有一个是量子科学的专家潘建伟，他曾经在这个领域中创造出6个世界第一。他说智力没有太大差别，成功与否就看耐心，有耐心就不怕失败，失败可以再来一次。当然最终成功还是需要细腻，但是细腻也来自于耐心。许多人问我什么是你的梦想？梦想不是你想要得到什么东西，而是你发现了一个很美妙的事情。

他们把做研究做学问这个过程看成一种享受，始终保持一种好奇心和激情。在中国，不得不承认我们现在还是应试教育，中国的中学要不断尝试素质教育，但是总体上说我们学生的压力还是挺大。好奇心是取得成功的第一步。我觉得中国学生在好奇心上弱一些，可能跟中国的传统文化有关系。但在外国，学生往往不会对师长、长辈的东西完全认同。他们对一些问题会寻根问底，不断地去提问。在这方面，相对于外国学生，中国学生有些欠缺。去年的一个诺贝尔化学奖获得者，提出了一个新的结构，在许多科学家的嘲笑下，他却最终取得了成功。

最后我们再谈论一下中国科技大学的教育是如何改革的。中国科大和南开中学相比，是一个年轻的学校，创立于1958年，是中国科学院所属的唯一一所大学。中国科大创建的目标是比较明确的，就是为“两弹一星”培养尖端的科技人才。当时钱学森亲自担任系主任，亲自为学生授课，建校以来形成了自己的人才培养创新特点。钱学森1959年在《人民日报》发表了一篇《谈中国科学技术大学》的文章，说到科技大学要为我国培养尖高技术干部，因此学生必须在学校里打下研究工作的基础。就是说，在中国科大里，技术理论的比重比高等技术院校要高，科学技术的比重较一般的专业要高。这是钱学森为中国科大培养学生提出的模式。如何培养出能够解决问题的学生？如何针对90后大学生的特点，激励学生对科学的兴趣？是当前面临的突出问题。所以我们提出怎么样打破传统的培养方式，实行真正的人才施教和个性化服务，如何激发学生的兴趣、激情与活力，如何培养学生的动手能力。总之，我们要走培养具有扎实的素质基础、具有理性思维的科学创新人才之路。

（以上是侯建国校长于2012年3月1日在南开公能讲坛上所作的报告，本刊登载时有删节。）