作者：沈悦青等  来源：高等工程教育研究

张杰院士从物理学家和教育家的视角出发，结合对新科技革命和科学家成长规律的理解与思考，系统论述了培养基础学科拔尖创新人才的重要性、基础学科拔尖创新人才需具备的特质，并以其亲自创建的上海交通大学致远学院为例，论述拔尖创新人才培养的制度创新与实践探索。他指出，拔尖创新人才培养的未来发展方向应以培养学生科学的思维方式为核心，为此需要进行教育变革，特别是要重构课程教学体系。

 

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基础学科拔尖创新人才培养的重要性

问：张院士您好！非常感谢您百忙之中接受我们的访谈。作为一名杰出科学家，同时作为上海交通大学原校长和致远学院的创院院长，您一直高度重视基础学科拔尖创新人才培养工作。我们此次访谈的目的，是想请您就拔尖创新人才培养发表见解。我们的第一个问题是，当前我国为什么要高度重视基础学科拔尖创新人才培养？

张杰院士（以下简称“张”）：今年2月，习近平总书记主持召开中央全面深化改革委员会第二十四次会议，强调要加强基础学科人才培养，对新时代我国高校人才培养提出了更高的要求。

人类历史上每一次基础科学领域的重要突破都会带来技术革新，进而带来人类社会的巨大进步和文明的大发展。无论是16世纪文艺复兴时期的意大利、17世纪引发工业革命的英国、18世纪开展启蒙运动的法国、19世纪诞生了爱因斯坦、普朗克等一大批科学家的德国，还是20世纪的美国，都是基础科学领域巨大突破带来技术革新，催生科技革命和产业变革，从而大幅加速了人类文明发展的进程，成就了英国、法国、德国、美国等当时的世界科技强国地位。

当前，新一轮科技革命浪潮汹涌而至，正在推动人类生活方式、生产方式和思维方式的根本性变革，人类文明演化进程进一步加速，社会进步比以往任何一个时代都更需要基础研究和原始创新的推动。由于历史的原因，我国错过了引领过去三次科技革命的机会，这一次我们拥有前所未有的基础，一定要抓住机遇，成为世界主要的科学中心和思想高地，成为新科技革命的策源地，为人类文明进步作出中华民族的独特贡献。而中国若想成为世界主要的科学中心和思想高地，就必须进一步夯实基础学科拔尖创新人才的基础。研究型大学要把发现和培养造就更多拔尖创新人才作为重大战略任务，只有这样才能把握和引领世界科学技术发展的方向，才能使我国在新一轮科技革命和产业变革中抢占先机。

大学之于社会的根本生命力就在于创新，大学要成为中国社会发展的创新引擎和创新思想源泉，不仅要源源不断的产生伟大的思想和成果，更要持续培养出具有创新能力的拔尖人才，引领人类社会发展进程。对于中国而言，要实现中华民族伟大复兴的中国梦，很大程度上取决于我们大学的原始创新水平，取决于我们拔尖创新人才培养的高度，评价一流大学最重要的标准应该是能否培养出一批拔尖创新人才。

02

基础学科拔尖创新人才的特质

问：我们要培养的基础学科拔尖创新人才应当具备哪些特质？

张：好奇心应当是基础学科拔尖创新人才的首要特质。科学探索的根本驱动力是人类的好奇心，这是人类长期以来得以进化的本能之一，科学探索的回报就是发现的乐趣和好奇心的满足。我小时候，父母经常带着我做各种各样的实验，我的好奇心很强，常问“为什么”。如果了解其背后的原理，我会感到非常快乐。学习也是如此。千万不要把学习过程作为“学海无涯苦作舟”的苦差事，也不要把科学研究看作苦行僧般的生活，科学研究能带来其他任何活动都不可能带来的那种极大的快乐和满足感，我们要让学生明白这一点。然后在培养过程中激发学生探究未知的好奇心，促使好奇心转化为学生主动学习和探究的内在驱动力。

能力建设是基础学科拔尖创新人才培养的关键所在。我们要重视培养学生的思维能力，认识和把握自然世界与人类社会根本规律的能力，对错综复杂的信息进行理性分析和判断的能力，以及将自己对未来的思考主动与社会发展趋势紧密结合的能力。为此，我们要特别重视拔尖创新人才四个方面能力的培养：一是科学的质疑和思辨能力，训练学生在纷繁复杂的现实中提炼出明确的问题。中国基础教育花了大量时间培养学生解决问题的能力，但对发现问题和提出问题能力的培养比较欠缺；二是培养系统解决问题的能力。尽管学生在中小学阶段做了各种各样的难题、偏题、怪题，但基本是培养解决单一问题的能力，无法很好地适应未来发展的需要。我们要培养的拔尖创新人才，必须具备综合运用不同学科知识解决复杂问题的能力；三是培养知识整合能力。越来越多的科学发现和技术突破是基于多学科知识与方法的融合，拔尖创新人才必须具备多学科交叉的知识体系和融通创新的能力体系，要能够从海量、多维的大数据信息里发掘关联关系，创造新知识；四是培养跨文化沟通和交流的能力，因为当代科学研究与交流早已突破国家边界，对科学家的沟通交流能力提出了更高的要求。

人文情怀和艺术修养是基础学科拔尖创新人才发展的重要基石。人文情怀的根本是我们对人类、对自然、对一切美好事物的热爱。如果说追求至真是科学精神的核心，追求至美、至善则是人文情怀的根本。某种程度上，人文情怀比科学精神更重要。一个人能够走多远当然与他的智商有关，但更重要的是他的情商和人文情怀，真正的拔尖创新人才需要具备深厚的家国情怀和强烈的社会责任感。同时，很多一流的科学家往往在多学科、多领域都有所涉猎和建树，拥有相当的艺术修养。钱学森学长曾说：“我觉得艺术上的修养对我后来的科学工作很重要，它开拓了科学创新思维。”在钱学长身上，既有科学带来的思维智慧，又有艺术带来的人文情怀。不仅钱学长如此，爱因斯坦、李政道、华罗庚、梁思成等人也都在文学艺术方面造诣深厚。自信心和坚忍不拔是拔尖创新人才必不可少的心理品质。任何难题的突破都需要长时间去探索，在到达终点之前，科学家必须有“明知不可为而为之”的信心和毅力，才有可能在解决人类社会所面临的挑战和探索自然奥秘的道路上有所贡献。我们要告诉学生“Confidence matters”，要帮助学生建立自信，让学生感受到科学家这个身份其实离他们并没有那么遥远。自信心能让学生在科研道路上进步更快，更容易建立起科学家身份认同感。

03

基础学科拔尖创新人才培养要解决的第一个关键问题

问：我们要如何培养具备这些特质的基础学科拔尖创新人才？ 

张：实现拔尖创新人才培养这一使命的本质在于，聚集一群极具创新思维的教师和一群极具创新潜质的学生，让他们的思想在交流中互相碰撞，创造力互相激发，从而产生让学生受益终身的创新能力和智慧。因此，如何营造一个这样的生态环境，是我们要解决的第一个问题。长期以来，我国学校教育以教师为中心，学生更多是被动地听老师传授知识，这使得大部分学生主动思考、提出问题的能力极为欠缺，严重阻碍了拔尖创新人才的培养。因此，必须对人才培养的理念和模式进行根本意义上的改革，坚持以学生为中心，以学术探究和科研实践为主要学习方式，激发学生的好奇心，帮助学生养成科学的思维方式，而不是以获取尽可能多的知识为核心。

作为物理学家，我倾向于通过实验探索根本意义上的改革路径，成功后再推广。上海交通大学建立致远学院，就是要通过构筑一个专门从事拔尖创新人才培养的特区，为热爱科学的拔尖学生创造一流的环境，提供全新的大学教育，为祖国培养未来的学术大师。

但是，在实践中我们发现，要从根本上、从学校层面推动拔尖创新人才培养改革，需要克服经费、体制、机制以及各种资源的诸多约束。因此我在担任交大校长期间，为了整合全校资源培养拔尖创新人才，在相当长的时间里，我以校长身份兼任致远学院院长，以保证人才培养改革的有效实施和推广。致远学院多年来积累的办学经验主要包括以下几点：

一是通过以人为本的制度激励，构筑拔尖创新人才培养的特区，确保师生双源质量。拔尖创新人才培养需要一支稳定的一流师资队伍，让学生与杰出科学家保持经常性接触，形成杰出师资和拔尖学生之间的良性互动。从现代大学治理的角度来讲，构建以人为本的制度激励治理体系，营造激励人才积极性、主动性和创造性的制度环境，是激发教师投入拔尖创新人才培养内生动力的关键。作为全校拔尖创新人才培养的基地，致远学院的制度设计应该使全校各学院都愿意支持致远学院办学。因此，致远学院不设置自己的专任教师队伍，而是与相关院系密切合作，通过制度设计，激励全校最优秀的教师为致远学院学生上课和担任导师。同时采用滚动式遴选方式，选拔具有科学激情和创新潜力的学生，形成“得天下英才而教之、教而得天下英才”的良性循环。现任交大校长林忠钦院士指出，致远学院实际上是在做交大未来的事情，为交大的本科人才培养树立了良好典范。 

为了实现以大师培养未来大师，交大从建立长聘教职体系做起，在合同中明确要求所有进入长聘体系的教师有责任到致远学院上课。同时，探索“致远Fellow”双聘模式，优化薪资、课酬、晋升体系等政策，由致远学院考核教学工作，提升教师的荣誉感和责任感，激励更多优秀教师投入拔尖创新人才培养工作，以确保将充满创新思维、愿意与学生共同成长的杰出教师留下来，从根本上解决拔尖创新人才培养的师资投入问题。

二是通过科教融合，创建“学院+研究院”的协同育人平台。为了打破院系壁垒、整合优质科教资源、促进学科交叉融合、突破传统院系短期内难以有效解决的瓶颈，与致远学院同期成立的自然科学研究院，与致远学院共享物理空间、科研平台、优秀师资和丰富的学术资源，既是全校基础学科交叉研究的平台，也是致远学院的学术支撑基地。致力于成为推动交大交叉学科发展动力之源的自然科学研究院，汇聚了一大批从国外顶级大学回国的优秀青年学者，这些仰望星空、充满梦想的年轻人成为致远学院授课教师和学业导师队伍的核心力量，深度参与拔尖创新人才的选拔、培养和管理工作。通过教学和科研的自然融合，促进科研资源向课程和育人资源的转化，逐步建立了“学院+研究院”的协同育人机制和学业导师言传身教的育人环境。

三是通过学科交叉和能力培养，激发学生的内生动力，形成“好奇心驱动”的拔尖创新人才培养模式。“致远模式”注重学科之间的整合以及教学与科研的整合，采取了一系列激发学生好奇心的创新举措，包括开设由名师主讲的导论课以扩展学生视野和发掘学生内在兴趣；通过贯穿四年的各种小班研讨课，培养学生提出问题和沟通交流的能力；通过要求各专业方向学生必修“数学分析”“线性代数”“物理学引论”等课程，打破数学和物理的学科界限，既为学生打下扎实的数理基础，又发展他们数理融通的能力；通过搭建交叉创新研究的平台——致远创新研究中心，开设新生前沿探索实验课程、实施“致远未来学者项目”、举办各类师生高频深度互动的学术活动，激励本科生自主开展科研活动，激发学生创新潜质，在科研实践共同体中培养团队精神和学术沟通交流能力；通过高水平科学家导师的言传身教，帮助学生领悟科研方法、提升科研品味、内化科学精神。这些举措极大地激发了学生探究未知的好奇心和内在动力。

四是在教育过程中将科学与艺术有机融合，营造启迪心智的文化氛围。李政道先生认为，科学与艺术是一枚硬币的两面，它们都以人类的创造性为基础，缘天地之美而达万物之理，共同寻求真理的普遍性。这也是被大多数科学家所认同的观点。实际上，自然科学追求的是理解自然之美。结合我从事物理学研究和大学治理的经验来看，人才培养不仅要通过学习包括自然科学、文学、历史、哲学等在内的知识体系，让学生领略人类智慧，对真、善、美有更深刻的认知和探究，还要鼓励他们将这些思考与自然科学的原理联系起来。比如，从物理学的视角，如果以更长的时间尺度将地球作为一个整体来看，热力学第二定律就可以用于分析推演人类文明演化的基本规律。科艺互融是潜移默化的过程，需要营建相应的环境，让大家沉浸其中并获益。在上海交大李政道研究所，随处可见科艺作品，就是要营造这样一个文化氛围。

五是营造适合拔尖创新人才成长的育人生态系统。世界一流大学的实践证明，构建适合拔尖创新人才成长的生态系统至关重要。致远学院一直紧密围绕学生发展规律，打造四元交互融通的育人生态系统：包括致远学院的课程教学平台、自然科学研究院的科研实践平台、致远创新研究中心的学生自主探究平台，以及正在建设中的学生发展支持平台——致远书院。学生在致远学院修习课程，打下知识基础，与此同时，可以在自然科学研究院的高端平台上跟随导师探索科学前沿，也可以在导师指导下在致远创新研究中心开展自主探究，三者交融共同构成了一个转身见大师、左右皆同道的学术生态。我认为，只有构建起一个聚集充满好奇心和创新激情的人才蓄水池，营造人人潜心科研、追求卓越、宽容失败的学术生态，使创新思维高频碰撞和激发，才有可能诞生未来的科学领袖。

正在建设的致远书院是通识教育和学生全面发展的承载体，作为前面三个科教平台向学生生活场域的有机延伸，让不同学科的优秀学生在一个集学习、生活、交流于一体的浸润式环境中，接触大师，随处讨论，自由探究。我们要建设的书院，不是牛津、剑桥的英式书院，或哈佛、耶鲁的美式书院，也不是中国古代传统书院，而是要探索中西融汇、古今贯通、学科融通、科教融合的全新书院，通过打造思维训练的基地、挑战极限的舞台，营建思源致远的环境，培养具有家国情怀和使命担当的未来领军人才。

如果说，致远学院过去十年解决了拔尖创新人才培养的第一个关键问题，即，吸引一群极具创新思维的教师和一群极具创新潜力的学生，让他们聚集在一起，思维互相碰撞，创造力互相激发，从而产生让学生受益终身的创新能力。那么，面向未来，我们要解决拔尖创新人才培养的第二个关键问题——帮助学生养成科学的思维方式。

04

基础学科拔尖创新人才培养下一步要解决的关键问题

问：您刚才提到下一步要解决的关键问题是培养学生科学的思维方式，为什么培养思维方式很重要？

张：研究型大学教育的本质，不仅仅在于向学生传授知识，也不在于告诉学生思考什么，更重要的是帮助学生建立科学的思维方式，使他们获得终身学习、探究与创造的基础能力，让他们通过理性思考形成正确的三观，成为能在社会建设中发挥重要作用的“全人”。

我认为当前中国大学教育和世界顶尖大学教育最根本的区别在于，中国大学课堂上的老师，甚至是好老师，都是将推导公式作为教学的主要内容，把过去知识的研究过程展示给学生。这对大多数学生是有帮助的，但没有达到最高的标准。最高的标准应当是营造一个激励学生自主学习探究的环境，将大量知识吸收的工作交给学生自己去做，这样才能在课堂上用更多的时间引导学生建立科学的思维方式，才能让学生在课后用大量的时间来自觉地锻炼思维方式。

我这里讲的思维方式是科学研究必需的研究型思维，包括物理学的简化与近似、数学的抽象与逻辑，通过归纳和演绎的辩证统一，认识客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的能力。目前我国拔尖创新人才培养的一个通病就是，让一批有潜力的尖子学生陷入比普通同学更加繁重的课业之中，让他们在本科低年级几乎没有自己思考的时间，而针对学生思维能力的训练就更少了。因此，帮助学生养成科学的思维方式，是培养拔尖创新人才的关键，也是目前全国拔尖创新人才培养基地应当承担的最根本任务。要这样做，需要对过去的教学理念、教学方法、培养模式进行根本性变革。

之所以将培养学生科学的思维方式放在比以往更重要的位置，是我们已经走到一个新的科技革命时代，知识总量以指数增长，知识建构方式发生巨大变化，学科交叉融合不断深入，科学研究范式发生深刻变革。现在的科学已经不再是以单一学科的形式呈现，而是交叉综合的。未来知识体系由四大主干构成，即，物质科学（依托物理学的定律让学生在大学期间建立因果律的范式）、数据科学（应用大数据应对更加复杂的环境，建立相关律的思维范式）、生命科学（建构生命和自然相结合的思维范式）和人文科学（建立人类文明和自然相结合的思维范式）四大知识结构群，知识的宽度、广度和体系结构比过去要广博和复杂得多，拔尖创新人才需要思考和解决的问题不再是单一向度的，而是要综合考量自然、社会、政治、经济等问题。系统化、融通多学科范式的思维方式是思考和解决复杂问题的基础，因而培养这样的思维方式非常重要和紧迫。

问：我们怎样才能培养学生科学的思维方式？需要做出哪些教育变革？ 

张：培养学生科学的思维方式势必要与教育教学体系的重构紧密结合，特别是通识教育的重构。我认为要以思维训练为目的，以物质科学、数据科学、生命科学、人文科学四大学科知识结构群为基础，系统梳理各学科知识以及之间的关联结构，重构通识教育课程体系，由知识传授转向能力培养，帮助学生适应和掌握未来知识体系构建的规律。 

我们要建立的通识教育，不仅仅是教会学生知识，而是要培养学生如何思考，帮助学生掌握科学的思维方法，加深对知识体系内涵的理解，掌握知识建构的规律，引导学生运用科学的思维方法对重要的自然问题和社会问题不断进行探究，培养他们独立思考和判断的能力，增强社会责任感，养成健全人格，从而使其潜力得到最大程度的发展。

问：您亲自为交大本科高年级学生开设了一门培养思维方式的高级研修课，这门课程有何特别之处？

张：构建能够塑造学生思维方式的课程体系，是把拔尖创新人才培养落到实处的关键。我为此身体力行，与另一位“泰勒奖”得主、意大利罗马大学的Atzeni教授共同设计了一门高级思维研修课程。这门课程希望学生在短时间内掌握最核心、最基本的知识，掌握科学的思维方式。学生通过与老师的课堂讨论，和在导师指导下开展科研探究，完整地经历从发现和凝练有科学价值的问题、阅读参考文献、确定研究方法、建立研究逻辑，到实施研究方案、形成研究结论、对结果进行深入分析并准确表达沟通科学研究结果的过程，实现从学习基础知识到研究前沿问题的转变，实现从被动学习到主动科研的转变。 

这门课程采取全新的授课模式，主要分四个阶段：第一阶段“导论”，主要构建核心物理概念，让学生在第一堂课上就对物理的基础、架构和最新进展有清晰的概念，这是整个研讨课的基础；第二阶段“导读”，主要通过核心论文导读的方式，介绍激光聚变物理的基本过程；第三阶段“专题讨论”，主要对激光聚变物理的多个前沿研究专题进行深入研讨，并选择20多个前沿问题进行深入研究；第四阶段“学术报告”，由学生们对20多个前沿问题的研究结果进行学术报告，老师们对学生的报告提出问题，进行更深入的研讨。我讲授导论课并导读该门课程所涉及的重要科学文献，同时有9位青年教师担任课堂讨论的小组导师，还有12位研究生助教带领本科生开展讨论课。在“专题研讨”阶段，我和青年教师共同担任前沿研究课题的指导老师。 

随着四个阶段的演进，教师在讲台上的授课时间比例从100%减为0，而学生主动思考、主动探索的时间比例从0升为100%。在这样的教学中，学生一开始可能不适应，但经历两三次课之后，这些学生思考问题、研究问题的热情以及学习的主动性会得到前所未有的激发。最后的“学术报告”阶段，是“见证奇迹的时刻”，学生们对研究问题的独特视角和思考深度，让在场的评审专家出乎意料。我们一位大三学生上完课表示，这门课带给他最大的收获是改变了思维定式，从接受知识到学会研究、检验问题，有一种“脱胎换骨”的感觉。从某种程度上来说，这样的教学不仅有利于培养学生，也形成了师生之间的互相激发。对这个领域几乎一无所知的学生，没有专业的限制，放弃对标准答案的追求，提出了很多很新、很前沿的科学问题，他们的思考给指导老师带来了挑战，也带来了启发。

掌握了科学的思维方式，学生就可以高质量研读任何课程，进入该领域开展研究，而且在其他知识领域学习中、在生活中也都能够获益。我们的大学有一批最优秀的本科生，培养他们科学的思维方式，激发其创新思想，让这些“好学生”更早地脱颖而出成为拔尖创新人才，是一流研究型大学的重要责任。