“試驗田”育出“創新苗”（深度觀察）

清華大學錢學森力學班創立於2009年，是國家“基礎學科拔尖學生培養試驗計劃”唯一定位於工科基礎的試驗班。12年來，這塊“面向創新型工科的試驗田”圍繞著培養創新型人才、提升本科教育質量、激發學生內生動力、促進教學相長等方面，開展了一系列實踐探索，取得了可喜的突破。細雨深潤，禾苗茁壯。回顧12年的探索歷程，“好苗子”如何在“試驗田”上拔節育穗？錢學森班的探索，能給我國創新型人才培養帶來哪些啟示？記者近日走近錢學森班，嘗試尋找答案。

試水——

想方設法呵護學生的激情。這種激情應該是對一件事情著迷，晚上睡不著覺，吃飯走路都在想這件事情的感覺，這對創新至關重要

“我做的研究是讓兩個固體表面沒有摩擦，這是一個非常基礎的領域。因為摩擦一定會磨損，我們有1/3的能源就消耗在這上面。”中國科學院院士、錢學森班首席教授鄭泉水在結構超滑領域耕耘20餘年，曾以第一獲獎人身份獲得過兩次國家自然科學獎二等獎。

然而，作為清華大學航天航空學院工程力學系教授，另一個關於減少“磨損”的問題也一直縈繞在鄭泉水的心頭。“我1993年到清華大學任教，當初給我的感覺就是，清華的學生很聰明，但內生動力不夠。”鄭泉水口中的“內生動力”，指的不是多上幾門課，或者考個好成績。“我認為，學生被‘磨損’的會是激情。這種激情應該是要對一件事情著了迷，晚上睡不著覺，吃飯走路都在想一件事的那種感覺，這對創新至關重要。”

鄭泉水開始系統思考創新型人才培養問題是在2001年。那年，一個非常優秀的清華本科生跟著鄭泉水讀碩士。有多優秀呢？用鄭泉水的話說：“博士後一年都沒解決的問題，還在讀大四的他兩個星期就解決了。”當時，就是這個學生的一句話讓鄭泉水十分震驚：“我們班裡只有我一個人有興趣做學術。”

“清華大學有這麼好的資源和條件，學生有這麼好的天賦，大多數人卻不想做研究，就是來讀個學位，這怎麼能行？”鄭泉水猜測，主要原因可能是知識“不好玩”，課程體系太老化。於是他和同事們一起花了大量時間，來討論怎樣改革教學內容和課程體系。但是，鄭泉水發現光改這些還遠遠不夠。

到了2007年，問題變得更加緊迫。“航天航空學院一屆90多個本科生，14個沒有畢業。當時我是學院學術委員會的主任，主管教學體系。這種情況讓我們下定決心必須改課程，之後又花了3個月討論怎麼改。”鄭泉水回憶。

經過反覆研討，大家形成了共識：本科課程學得多、學得全，一部分課程的挑戰度、訓練量不夠，成了學生們口中的“水課”。要提升本科教學質量，一定要把課程裡的“水分”擠掉。但是究竟哪些課要砍掉，哪些課要加強？不少老師都認為自己專業領域的課程很重要，這導致都加強的話，學分起碼要到200分以上，學生根本受不了，所以很難調和。

密集的教學研討沒有馬上奏效，卻讓鄭泉水等對創新型人才培養有了更進一步的認識。2007年夏，他向清華大學校領導彙報工作時提出，結合清華的力學和工科優勢，創辦一個“人才培養試驗田”的設想。在得到學校領導的充分肯定後，這個“人才培養試驗田”加緊籌備。當時，“兩彈一星”元勳、人民科學家錢學森院士親自首肯了在清華設立的這個力學班以“錢學森”來命名。2009年，教育部等部門聯合推出“基礎學科拔尖學生培養試驗計劃”，並在清華等19所高校進行拔尖創新人才培養試點，錢學森班被納入其中。

2009年9月5日，30名意氣風發的年輕人走進清華大學，成為錢學森班的第一屆學生，一場創新型人才培養計劃，就此展開。

破題——

你想長成什麼樣子，就去扎什麼樣的根；想蓋多高的房子，就去打多深的基礎

“錢學森班首先定位是工科基礎，不是力學或者某個專業。所以我們除了要幫助學生找到‘內生動力’，還強調開放性。”鄭泉水說，“清華大學有好幾十個專業，其實很多學生並不知道自己究竟喜歡學什麼，‘選對’的機率可能只有幾十分之一。我們做過調研，讓學生們困惑的往往是‘我學這個專業有什麼用’‘為什麼要學這門課’這些最基本的問題。所以我們想到了一個辦法：你想長成什麼樣子，就去扎什麼樣的根；想蓋多高的房子，就去打多深的基礎。”

怎樣立足開放性打基礎？錢學森班的老師們一開始想了很多辦法，比如小班授課、請知名教授來上導論之類的課等，但效果都不太理想。鄭泉水百思不得其解，直到一個“不破的泡泡”出現。

錢學森班創立之初，鄭泉水就經常和學生們討論一些“異想天開”的想法。例如，石油被壓在沙子的縫隙裡。沙子變成砂岩後，縫隙變得很小，阻力變得很大，石油就流不出來。假如在石油裡放一些奈米顆粒，相當於給石油裝上了“輪子”，石油在砂岩的邊界上，不就能自己“滾動”出來了嗎？

錢學森班2009級學生楊錦，循著這個想法開始做實驗。雖然他沒有成功地給石油裝上“輪子”，卻在實驗的過程中觀察到水面上漂浮著一層微小的泡泡，過了好幾天仍然不破。他把這個現象告訴了鄭泉水。鄭泉水也不懂，但覺得有趣，他沒有敷衍學生的好奇心，而是鼓勵並指導楊錦繼續研究，最終發現了“不破的泡泡”的原理——水泡表面有緊密排列微米顆粒時，產生的毛細張力可以維持水泡一個多月不破。半年下來，楊錦第一次領悟到用自己的所學和推導可以去解釋分析、定量描述一個物理現象，這讓他在觀察、實驗、理論方面，都有了很大的進步。

這個“不破的泡泡”也讓鄭泉水感到振奮：“上課不管上到什麼樣的水平，一堂課下來，學生能掌握的可能只有30%；但是如果提出問題，透過這些問題來實踐、研究，有可能學生對知識的理解能達到70%。”

知識面隨著研究不斷深入，錢學森班似乎能找到一條可行的路徑——實現從學得多、學得全，向學得深、學得寬轉變。“正常的課程，學生上1小時的課做3小時練習，現在透過深入做研究，學生可能要花9小時乃至27小時。甚至在知識的牽引下，他可以從物理做到化學，從化學做到生物，這個能力是可以遷移的。”鄭泉水說。

在錢學森班成立之初的幾年，雖然也對課程體系進行了大的調整，學分減少到了178分，但鄭泉水仍不滿意。他又找來在清華大學長期從事教學管理工作的數學系教授白峰杉，對課程體系再次進行大刀闊斧的改革。“大學期間學了多少門課不重要，但是學透了幾門課特別重要。我們只留下那些能夠改變認識的課。”白峰杉說。

2016年，清華大學本科榮譽學位專案在錢學森班首試，這個專案設定了18門“挑戰性”課程，並劃分為6個系列，分別是數學、自然科學、工科基礎、專業與研究，以及人文、綜合與貫通，一個錢學森班學生在大學前3年的每個學期裡，榮譽挑戰性課程只需上3門，從前4類裡面選2門，從後2類裡選1門。在榮譽挑戰性課程之外，學生還可以根據自己的興趣和研究方向選擇結構性課程，來構建自己的知識和能力體系。就這樣，錢學森班把總學分降到了148分，低於清華大學其他工科院系的學分要求。

成果——

在總學分上做“減法”的同時，在課程難度和挑戰性上做足“加法”，讓學生們“燃”起來，盡情釋放創新能量

“在清華大學錢學森班就讀是種怎樣的體驗？”在某網路問答平臺上，這個話題曾引起過熱烈的討論。錢學森班裡，在高考或競賽中披荊斬棘的佼佼者們，似乎迎來了更大的挑戰：“課程的難度設定更大、進度更快”“會有各種大作業，比如‘有限元法基礎’課會讓我們‘造一座橋’”……錢學森班在總學分上做“減法”的同時，在課程難度和挑戰性上卻做足了“加法”，讓學生們“燃”起來，盡情釋放創新能量。

“我教的課程叫高等微積分，但事實上我教授的是數學分析。微積分主要說的是可以這樣做，而且是可行的；數學分析還要說清楚，為什麼這樣做是可行的。它必須是個完整的邏輯思想體系。”清華大學數學系教授鄭建華編寫的教程講義內容豐富，難度也有所提升，但並沒有把錢學森班的學生們“打趴下”。

“腦子轉得飛快。”這是錢學森班2016級學生黃軒宇大一時學數學分析的狀態。這個在高中時代拿過國際奧林匹克物理競賽亞洲金牌的學生，上大學前就已經自學了數學分析，但一次數學作業還是要花上四五個小時，那些推演令人著迷。

“我看到了他們在艱難的學業中展現出來的智慧。”“燃”起來的學生們那些叫絕的解題方法，鄭建華曾記錄了滿滿一個筆記本。“教育的意義在於激發智慧，這個智慧不是我們教師給的，但是需要我們來點燃，我就是一根火柴。”鄭建華說。

在增加課程難度的基礎上，錢學森班的老師還會經常提出一些帶有科研性質的問題，鼓勵學生探索。黃軒宇曾在一個偶然的場合，聽鄭泉水聊起“超滑發電機”的設想，“高中時我電動力學學得比較好，所以聽完之後，物理模型在腦海裡馬上就有感覺了。我覺得可以先從理論設計做起，看能不能從理論上說明‘超滑’對發電機有幫助。”就這樣，黃軒宇跟鄭泉水約定，每一兩週彙報一次進展。

經常得到老師、學長們的指導與反饋，黃軒宇逐漸積累起信心，他自學了半導體、量子力學、固體物理、微加工、電路等課程。到了大三，因為要做一些器件的設計和加工，他又選了很多微電子系的課，還請老師們幫忙，申請到其他實驗室的許可權。“自己動手做，一開始沒有經驗，手會比較抖，有時做好了前三道工藝，到了第四步就做壞了。但從設計、版圖、加工到測試，都是我自己來做，現在再碰到一個微加工的工藝，就不會有太大難度了。”黃軒宇告訴記者。

鄭泉水拿出一本厚厚的論文來——《結構超滑奈米發電機》，如果不看作者署名是“黃軒宇”，很難將它和一名本科生聯絡起來。另一張照片裡，黃軒宇正帶領著五六名博士生、博士後研討超滑發電機，大家聚精會神地討論，當時還在讀本科的黃軒宇認真地進行講解。“他已經把超滑發電機樣機做出來了，還帶了一個研究組，做得比我要出色。”鄭泉水的臉上洋溢著笑容。

“本科生是可以做研究的，但是需要方法論。”這在錢學森班已經成為師生們的共識。

當研究與學習以更加緊密的方式結合，思想的“火花”也在不斷碰撞、激發。化學系教授李強說，由於經常開展深入的討論，將“三節課”延長到“四節課”，在錢學森班成了“家常便飯”；數學系教授張賀春說，錢學森班大一本科生給出過他本人都未曾想到的數學證明方法；在航天航空學院教授鄭鋼鐵的帶領下，手術機器人、自主車、人工外骨骼這些“創新”的想法一個個變成了現實……

特色——

在這裡，師生之間亦師亦友，學長常常出謀劃策，同學一起出遊、聊天。“朋輩學習”促進共同成長

“以前我們談大學教育時，似乎很少討論如何讓老師做他們真正感興趣的教育工作，有的老師甚至還會把教學與科研對立起來。”在鄭泉水看來，創新型人才培養則可以做到教學相長，讓師生共同感興趣，共同取得成果。

2013級學生胡脊樑，曾經成功地把老師吸引到錢學森班。大一那年暑假，他加入航天航空學院的生物力學研究所，此後逐漸明確了自己的研究方向——生物物理。在實驗中，他發現了細胞膜的曲率與蛋白分佈之間明顯的相關性，就深入學習了複雜系統科學、發育學和進化學，還主動聯絡清華大學、北京大學生命科學學院的老師討論。

胡脊樑在本科畢業時一共發表了5篇論文，其中1篇還發表在頂級期刊上。幾年後，一名清華大學生命科學學院的老師見到鄭泉水時，提了句：“我們有共同的學生。”鄭泉水這才知道。很多其他學院的老師都是以這種方式“加入”錢學森班的。鄭泉水認為，創造條件並幫助學生，使得他們的創新意識和能力得到充分發揮，不僅能讓學生深度學習、找到興趣方向，而且對老師也特別有幫助，是一個雙贏的局面。

錢學森班另一個令人印象深刻的特色是“朋輩學習”。在這裡，學長經常為學弟學妹們的科研、成長出謀劃策，提出建議，同學們也會經常一起出遊、聚餐。在這裡，師生之間亦師亦友。錢學森班2014級學生楊昊光記得，有一次他們去郊區野營，他和鄭泉水在一個帳篷裡聊天，聊夢想，聊科技發展，聊人生選擇……

12年來，錢學森班的絕大多數學生都選擇了科研道路，部分學生已經在相關領域嶄露頭角。談及創辦錢學森班的初心，鄭泉水說，希望找到並幫助那些將來有志於從事科學研究、有著強烈學術志趣的學生成長成才，培養出中國自己的大師，並探索破解“錢學森之問”。

60多年前，清華大學也曾有過一個“錢學森班”。當年，回國不久的錢學森為了解決力學人才匱乏的問題，在清華大學開辦了工程力學研究班，培養了300多名新中國急需的力學人才，其中包括多位兩院院士，為“兩彈一星”、載人航天等重大工程積蓄了人才力量。60多年過去了，又一個錢學森班承載著自主培養創新型人才的光榮使命，向著實現高水平科技自立自強的目標繼續前進。

記者 谷業凱 蔣建科