美籍诺贝尔奖得主的科学素质探析

李 剑

（中央民族大学 教育学院，北京100081）

近年来，我国科学界、教育界频频反思与感慨，“中国离诺贝尔科技奖还有多远”，“为何本土大学培养不出来具有原始性、突破性贡献的科学大师”。为此，学者们在相关研究中关注诺贝尔奖获得者成长规律，如名校背景、师承关系等；一些学者则研究分析了我国科研政策、科研管理、教育体制等存在的不足；还有一些学者根据跨国面板数据积极预测我国获得诺贝尔科技奖的概率［1］。事实上，我们应少一些追求奖项的功利性，真正脚踏实地尊重、培育具有良好科学素质和潜力的科学人才。优良的科学素质是产生诺贝尔奖的重要规律，正如哈佛大学教授、诺贝尔物理学奖得主格拉肖（S.L.Glashow）所说：“诺贝尔奖不应该是去刻意追求的，如果科学素质足够强，奖项将会不请自来。”

截至2012年，全球共有839人次获得诺贝尔奖，包括835人和21个组织机构。其中，美籍诺贝尔奖得主338人次，占比40.48%，占据着世界领先地位。本文以美籍诺贝尔奖获得者为研究对象，合理抽取反映其科学素质的材料，为我国科学人才培养提供相应的借鉴。本研究将“科学素质”界定为：指人从事科研活动和解决实际问题所必须的基本条件和内在品质，是在先天遗传的基础上，在社会环境作用下，通过后天的教育，在生理、心理、精神和行为的层次上累积养成的科学知识、科学态度和科学能力。

一、美籍诺贝尔奖获得者的知识结构分析

1.广博渊深的知识体系

原始创新来源于广博深厚的知识积累。著名高等教育思想家赫钦斯（R.M.Hutchins）曾说：“世界的事物、知识本来是相互联系的统一整体，由于人的认识能力的局限，才把知识人为地分成学科”。通过对诺贝尔奖获得者们的传记文献考证，可以看出科学大师们往往善于构建广博渊深的知识体系，他们博学而又专精，使得科学创新得以延续。美籍诺贝尔奖得主人数始终保持着世界领先地位，仅哈佛大学、哥伦比亚大学、芝加哥大学和伯克利加州大学就培养出诺贝尔科学奖得主104人。上述大学都是通识教育的先驱者和开拓者，正是通识教育提供的广博的知识体系及其观念、方法、思维培养所形成的教育结晶，才会培育出如此多最耀眼的顶尖科学家。

2.洞悉本原的知识图式

科学家们在进行科学探索过程中，善于聚焦科学事实的本原性质，能够形成清晰的知识图式，获得很强的认知能力，最终取得具有历史突破意义的知识创新。例如，穆利肯（R.S.Mulliken）提出分子的电子结构，吉尔伯特（W.Gilbert）能够提出DNA分子的全部核甙酸排序，施泰茨（T.A.Steitz）提出核糖体的结构和功能，豪普特曼（H.A.Hauptman）发现分子晶体结构，等等。这些科学家的研究成就正是得益于这种洞悉本原的知识图式所构建的卓越能力。

3.交叉复合的多学科知识

考察科技诺贝尔奖历史发现，学科相互交叉、渗透与融合的趋势越来越明显。发现程序性细胞死亡基因规则的霍维茨（H.R.Horvitz）本科专业是经济学和数学，他出于对神经系统研究的兴趣被新兴的生物学领域所吸引，决心跨学科从事研究；提出分子轨道对称守恒原理的霍夫曼（R.Hoffmann）从文学专业转入物理学、化学专业，跨学科复合的知识结构促使其创造出重要的科学成果。集多学科或跨学科知识于一身的科学家，如卢瑟福、玻尔、费米、布拉格等人，交叉复合的知识结构不断赋予创新的科学动力，多学科交叉的切入点开辟出全新的研究方向，最终取得了科学史上的重大成就。

二、美籍诺贝尔奖获得者的科学态度

科学态度是人在特定情境中对科学有目的地适应、选择和塑造的心理性向［2］。以科学的态度对待科学是学者的职责，很多事实表明，科学态度对科学家的科学发现具有重要影响。

1.好奇与求真

诺贝尔奖科学家们开展研究的初衷，并不是对诺贝尔奖的诱惑，而是真正的科学兴趣。对科学问题的兴趣与好奇，使科学家们积极主动地投入各种探究活动，使其智力能够处于最活跃的状态。对科学的兴趣，加上求知求真的科学精神，使科学研究成为每一位顶尖科学家的毕生追求。阿克塞尔（R.Axel）出于对科学的尊重，对科研要求机器苛刻，所有结论必须要用实验、数据无可置疑地加以证明。发现重氢的尤里（H.C.Urey）41岁就获得诺贝尔化学奖，得到各国政府和科学组织授予的30多种奖项和25个荣誉博士学位，但他没有停止对科学的追求，继续完成很多研究工作，不仅为研究生命起源问题开辟出重要研究途径，还在其他领域有所建树，如65岁时提出太阳系由陨石形成的理论，临终前还在研究如何反对原子能武器的破坏作用，一再强调原子能应用于和平目的。

2.坚持与专注

科学探索的动力不仅来自好奇心，更来自于科学家们对研究的不断坚持和专注。罗伯特·莱夫科维茨（R.J.Lefkowitz）认为，“动力、坚持、专注，是成就一名好科学家的必要条件。”从20世纪60年代起一直从事G蛋白偶联受体研究，早年他因发现和提纯GPCRs而名声鹊起，随着GPCRs和G蛋白方向的研究两次获得诺贝尔奖，学者们都认为这一领域的黄金时代已经过去。已近70高龄的莱夫科维茨，患有家族性心脏病，仍然每天坚守在实验室，他的坚持与执着使其获得重大研究新进展，最终获得2012年诺贝尔化学奖［3］，获奖后的莱夫科维茨依然继续坚持在GPCRs领域开展工作。研究蛋白质分子结构及其生物作用间的关系的安芬森（C.B.Anfinsen）从不曾脱离过实验，拒绝出任研究院高层管理职务，在获诺贝尔奖后仍像一名普通科研人员一样在研究院与实验室之间奔走。

3.严谨、耐心与合作

一些科学家以超乎常人的细心观察、严谨的科学操作、顽强的科研耐力，最终发现了容易忽略的科学问题，例如重新精确测定元素原子量的里查兹（T.W.Richards）体会到“精确和耐心是取得成功的重要因素”。瓦克斯曼（S.A.Waksman）从土壤中鉴定的细菌种数在1939～1943年间逐年增加，最终找到放线菌并成功分离出链霉素。阿尔瓦雷斯（L.W.Alvarez）对基本粒子物理创造了决定性贡献，他发现的氢气泡室技术和数据分析方法到1968年经过改进的仪器其每年测量的事例量超过百万件，几乎等于所有其他实验室工作量的总和。善于合作也是顶尖人才取得科学成就的重要因素，通过学术合作在科技诺贝尔奖领域也十分常见，也使得世界一流大学往往也可以形成拥有众多诺贝尔奖获得者的学术团体，典型的如卢瑟福学派、N·玻尔学派、费米学派等［4］。科学越来越需要合作，据统计，诺贝尔奖的获得者大多都是合作关系，独自获得诺贝尔奖的只是少数，与人分享奖项但独自贡献的就更少了［5］。

三、美籍诺贝尔奖获得者的科学能力

科学能力是指人们从事科学研究活动中必须具备的、并直接影响科学研究效率的各种生理、心理和行为条件，它是科学意识、科学知识、科学思想和科学方法等多方面素质的有机结合。各种科学素质诉诸实践就表现为科学能力。科学能力是科学素质的综合运用。

1.科学操作能力

操作能力反映了个体在粗放－精细、闭路－开路、历时－共时这三维上，在其肌肉运动过程中量力、精确、敏捷、流畅地进行操作的能力［6］。王极盛采用自我评价的方法调查智力要素在科技创造中的作用大小，其中思维能力、操作能力是作用最大的。很多诺贝尔奖得主的科学成就中，如里查兹（D.W.Richards）开拓的心导管插入术，卡尔勒（J.Karle）提出了晶体结构直接测定法，莱德曼（L.M.Lederman）和施瓦茨（M.Schwartz）发明的中微子束方法，施密特（B.P.Schmidt）使用超新星作为宇宙探测器等，都展示出了科学家们独特的科学操作能力带来的方法与技术的创新。

2.科学思维能力

发散思维、逻辑思维、灵感思维、逆向思维、类比思维、直觉思维、联想思维等构成了创新的智能系统，这些科学思维能力成为科学家们持续创新的动力。思维和推理都是对现有信息加以利用并产生进一步信息的认知过程［7］。以表象为核心的想象力是以联想思维为主要特征的思维能力，而创造性是人在体验痛苦、危险和困难时涌流出的原创性、独特性和想象力［8］。例如，发现X射线诱发基因突变的穆勒（H.J.Muller）善用表象、严密推理和巧妙的实验设计，绘制出染色体和基因的连锁图。沃森（J.D.Watson）凭联想思维领悟到DNA结构是以氢键相连结的两条以磷酸核糖为骨架链相互缠绕而形成的双螺旋结构。此外，还有提出RNA分子的自我催化的切赫（T.R.Cech），提出激活先天免疫机制的博伊特勒（B.A.Beutler）等诺贝尔奖美籍得主，都是通过创造性思维提炼出重要的规则或机理取得世界公认的科学成就。

3.科学策略能力

策略能力是人对操作任务的计划和监控的能力，其中尤为重要的迁移是人为解决问题而进行图式移植或穿越空间或认知结构转换，包括理论迁移和理论向实践的迁移。施温格（J.S.Schwinger）结合相对论和量子论而提出量子电动力学，很好地解释兰姆位移和电子的反常磁矩。诺尔斯（W.S.Knowles）使用一种对映体催化剂，通过不对称合成而制成新药，如治疗帕金森氏症的药L－DOPA。肯德尔（E.C.Kendall）在1930年看到有关牛犊肾上腺皮质提取液挽救一位阿狄森病患者生命的报道，马上着手进行分离提纯皮质激素试验，随后又转而研究皮质激素工业性生产，并在公司支援下制成900克的肾上腺皮质激素，其数量是竞争对手临床所必须的300毫克的3000倍。长期的科学实践锻炼培育的卓越策略能力，开拓了科学家们探索与解决问题的独特视角，为其成功获得重大科学成就加入了制胜砝码。

四、结论与启示

研究表明，顶尖科学家的知识结构具备广博渊深的知识体系、洞悉本原的知识图式、多学科知识交叉复合的特征；源于兴趣的探索和求知求真的精神，善于坚持、专注、严谨、耐心、善于合作等构成的科学态度，以及卓越的实践操作能力、科学策略能力、创造性思维能力等，成为科学家们取得世界公认的重大科学成就的基础。对我国的科学教育和顶尖科学人才培养，提供了如下启示：

第一，科学素质培养是一项长期的、潜移默化的工作。大学对科学人才的科学素质养成发挥着至关重要的作用，但若在大学阶段才重视培养科学素养已是太迟。很多在大学阶段显现出来的问题，实际上解决问题的根源在中小学教育。尽管素质教育理念已深入人心，但是我国中等教育阶段的科学教育并没有将“培养人的科学素质”作为一个最重要的教学目的，仍然以知识教学为重，教学活动方式仍较为传统，大量教学时间用于培养学生记忆和识别相关科学概念、掌握基本实验操作和描述实验现象等较低层次的科学能力。科学教育仍需更加关注学生科学兴趣培养机会，增加对科学过程理解，鼓励求知、探索、合作等科学精神，重视创造性思维能力的培养。教师可为中学生设计和提供更多的科学探究项目，让学生在识别科学问题上有更多的锻炼，增加对科学过程的理解和科学实验的操作技能，重视学生科学素养和科学能力的提升。

第二，顶尖研究型大学对科学家科学素质及其创造性成果的培育是功不可没的。我国很多研究型大学已经开始意识到通识教育的重要意义，重视培养学生的实践操作能力和创新创造能力，今后还应坚守“育人为本”，大力培养具有良好科学素质的基础科学人才，吸引、遴选、凝聚顶尖科学人才投身基础科学研究。只有这样，才能使我国在培养科学家获得诺贝尔奖的同时，成为真正科技大国和高等教育强国。我国研究型大学目前依然采取短期化的年度考核评价方式，这事实上给从事原创性基础研究的科学人才较大的科研压力，在新一轮的科研评价改革中，基础学科采取3年～5年一次中长期考核评价，这一模式值得探索。大学要鼓励和保护科学家们坚持对科学的探索精神，大学也应尽量避免让有科研潜质的优秀青年科学家过早担任行政职务，“双肩挑”科研人员也应在繁重的行政事务中逐渐脱离，以促进科学素质持续提升、培育重大创造性成果。

第三，注重培养科研团队，加强科研合作。“对真理的追求比对真理的占有更为可贵”，高水平的科学家成名后切忌在利益面前固步自封，导致真正的科研合作难以实施，学术团队后继无人。世界一流大学和科学机构已经成为诺贝尔科学奖的重要“孵化器”。我国在基础性、战略性的重大科技问题中应进一步加强国际顶尖研究机构合作，支持新学科、新生长点、新交叉点、前瞻性高层次国际合作项目，从一般学术交流合作向实质性项目合作转变，从跟踪参与项目向牵头组织国际计划转变。

［1］陈强，李晶.中国离诺贝尔科技奖还有多远——来自跨国面板数据的启示［J］.山东大学学报（哲学社会科学版），2014，（4）：44－51.

［2］斯腾伯格.超越IQ——人类智力的三元理论［M］.愈晓林吴国宏译.上海：华东师范大学出版社，2000.45－46.

［3］甘晓.罗伯特·莱夫科维茨：“3＋1”成就诺奖大师［N］.中国科学报，2012－11－19（04）.

［4］许合先.科技诺贝尔奖领域知识创新与人才培养的传递链效应及其启示［J］.科学管理研究，2007，25（6）：97－100.

［5］The Official Web Site of the Nobel Prize.2014Nobel Laureates［EB／OL］.http：／／www.nobelprize.org，2014－09－25.

［6］吴庆麟.教育心理学［M］.北京：人民教育出版社，1999.124.

［7］CROPLEY A J.Creativity and cognition：producing effective novelty［J］.Roeper Review，1999，21（4）：253－260.

［8］M·奇凯岑特米哈伊.创造性：发现和发明的心理学［M］.夏镇平译.上海：上海译文出版社，2001.