创新型科技人才培养新思路——基于艺术和科学融合的视角

（中国科学技术大学科技哲学系，安徽合肥 230026）

1 研究背景

2018 年诺贝尔生理学奖得主詹姆斯·艾利森是一名口琴高手，他的同事和乐队成员一致认为其科学成就和艺术造诣密不可分。20 世纪最伟大的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦是一位优秀的小提琴演奏者，他主张音乐在科学创造中具有启发作用。1957年诺贝尔物理学奖得主李政道谙熟中国传统文化和书法艺术，大力提倡科学和艺术的联姻。我国“航天之父”、两弹一星功勋奖章获得者钱学森院士在科研之余痴迷于古典音乐、绘画，多次呼吁科学研究人员、理工科学生要学点文学艺术……

诸多杰出科学家都在身体力行地证实艺术对于科学创造的加码效应。遗憾的是，艺术和科技创新人才培养的关联，在现有的教育体系中未能得到足够的重视和强调。学术界在相关理论方面的探讨和研究也不温不火。国内虽有不少学者关注，但多止步于对个别科学家经验和观点零散的描述和罗列，没有深入考察艺术与科学家科学创新之间的逻辑关联，更缺乏基于科学家内部视角的证据支撑。这种现象的出现与科学文化中对非学术活动的忽视和低估不无关系。在以科学专业化为主要范式的当今时代，专业的精深和知识的博广往往处于激励的两极。深度专业化被认为是科学成功的必要条件和关键。而获得专业知识的方法是排他性的，并且最好限制技能集［1］。因此，社会主流意识形态倾向于激励单学科的精耕细作，主张多领域的精通浪费精力和时间，于科学创造无益。

然而，20 世纪后半叶特别是新世纪以来，科学、技术与社会的相互渗透，使得科学变成了一项综合事业和工程。现代社会的许多问题需要多学科的知识和技能来解决，跨学科、异质的知识生产模式更可能适应科技创新的需求。加之，艺术和科学经历了漫长的分合，呈现出交叉融会的趋势。在当前创新人才教育进入全面发展又面临新挑战的历史时期下，立足创新和全面发展的新时代需求，基于艺术和科学融合的视角，探索和讨论我国高等教育科艺融合发展的困境及相应的解决路径，将为创新型科技人才的培养提供科学思路和有益启示。

2 研究设计

2.1 研究对象的考量

本研究以具备较高艺术素养的杰出科学家自传、回忆录或与主题高度相关的人物访谈作为研究素材，主要基于三方面的考虑：（1）样本的典型性。杰出科学家作为原始创新的核心和骨干，是帮助一国突破科技发展瓶颈和抢占国际竞争高地的决定性力量。探索这一群体科技创新的影响因素，对于深入认识科学家科研成功的一般规律具有重要意义。其次，鲁特-伯恩斯坦等［2］的一项关于科学家业余爱好的大型调查发现：与一般科学家相比，杰出科学家拥有更高的艺术素养。因此，以“艺术型杰出科学家”作为分析对象，既符合质性研究目的性抽样的标准，也满足高信息密度和强度的要求。（2）样本资料的丰富性和准确性。杰出科学家群体拥有大量自传、他传、回忆录和访谈素材的出版。相关网站，比如诺贝尔奖资料网（www.nobelprize.org）、中国科学院院士资料网（www.casad.ac.cn）、维基百科（zh.wikipedia.org）以及百度百科（baike.baidu.com）等，也有更多的纪实传记资料和人物生平介绍。这些丰富的材料可以对获取的文本信息进行多角度佐证。（3）科学家的内部视角。有学者提出，我们之所以对科学创造持神秘态度，是由于我们是作为对创造过程一无所知的观察者从外部对科学创新过程进行研究的［3］。而在相关的学术研究中，对于创造性思维的一个洞见未被足够重视和使用，即大科学家、创造者和发明家们的自传和回忆录。相比于第三者视角的他传和评传，这种内部视角的反省式陈述最能反映传记对象的内心思考，更为直接地呈现创造者的创新思维过程。国内外这类研究素材的缺失恰好成为本研究一个重要的切入点。

文本的筛选标准仅限于：（1）传记所述人物是自然科学领域的杰出科学家；（2）文本素材包括当前公开发表或刊载的杰出科学家自传、回忆录或相关专题访谈，同时考虑资料刊载渠道的正规性和资料本身的易得性；（3）文本内容涉及科学家第一人称口吻、包含科学家对艺术经历如何影响科学创新过程的文字描述。基于上述标准，共得到25 位科学家样本。其中，自传或回忆录20 篇，人物访谈5 篇（详见表1）。

表1 科学家自传或回忆录清单

2.2 研究方法的确定

质性研究是科学社会学研究范式中比较主流的一种方法。比如，在《科学界的精英》—书中，哈里特·朱克曼［4］教授就曾采用质性研究方法，分析了1901 年至1972 年92 位诺贝尔科学奖得主是如何取得巨大科研成就的。

在质性研究所涉及的诸多方法中，本研究选取扎根理论的研究方法来探析艺术和科学融合对科技创新的影响。理由如下：（1）扎根理论是一种自下而上、从原始资料中提取概念进行归纳而形成理论的方法，适合建构和勾勒新的理论模型或框架。（2）本研究所选择的杰出科学家案例资料多元且公开，满足扎根理论的伦理性和信息丰富性要求。（3）对杰出科学家量的研究较难收集到足够的样本，而质的研究以典型样本为基础，追求信息丰满度而不是样本数量，可以避免量的研究对样本需求过大的短板。

2.3 数据处理流程

数据处理的具体流程包括两部分：（1）原始语句提取；（2）质性编码分析。编码过程中，研究者首先分别针对同一位杰出科学家的自传内容进行试编码，完成后通过集体讨论协商后最终确定标签和类属信息。后续编码工作依据共同讨论的编码原则实施，并确保每个编码样本至少经过两人协商核对。为保证对资料解读的有效性和可信度，信息择取工作和质性编码的具体操作由本文作者主导，两名熟悉扎根理论编码流程的硕士研究生辅助。

3 艺术和科学融合在科学创新中的显著优势

3.1 研究结果呈现

3.1.1 开放式编码

基于质性研究目的性抽样原则，由研究者从大量初始文字中择取与研究问题相关的文本资料作为分析素材，共获得98 条原始语句。开放式编码便是对于这98 条原始语句的概念化提取。只是在提取过程中，本着忠实原作者思想和情感的原则，采取灵活策略针对性处理初始标签。例如，在处理爱因斯坦“我凭直觉想到了相对论，而音乐是这种直觉背后的驱动力。我六岁的时候，父母就让我学小提琴。我的新发现是音乐感知的结果。”这段话时，初始标签直接从原文获取，且开放式编码和初始标签“直觉驱动”保持一致。有的则需要不断找寻上位概念进行聚类整合。经过不断阅读文本，持续进行概念提取和范畴聚类，共形成了19 个基本范畴。表2 呈现了部分原始语句的开放式编码过程。

表2 开放式编码示例

表2（续）

3.1.2 主轴式编码

主轴式编码是在开放式编码基础上，进一步对初始概念及其所属范畴之间关系进行归纳提炼，建立资料与概念范畴之间的有机关联，产生高一层次的范畴。主轴式编码的确定是经过作者和编码参与人员反复斟酌和推敲的，因为要确保其能涵盖和囊括开放式编码的内涵和外延。如在“强化认知技能”这个编码中，刚开始使用的是“增加研究方法”。但多次阅读传记原始语句后，发现科学家们在艺术经历中习得的不仅仅是图表处理、细节观察等浅层次的研究手段，而是培养了其手眼协调、视觉想象和空间感知等认知功能。所以，经过讨论后认为，“增加研究方法”的内涵和外延比较大，不够精准地描述开放式编码呈现的内容，最后将其定义为“强化认知技能”，更符合本研究的情境。表3 呈现了所有的主轴式编码结果，19 个开放式编码最后归纳为6 个主范畴。

表3 主轴式编码结果

3.1.3 选择式编码

选择式编码是在主轴式编码基础上，再一次概念范畴及其相应类属关系提炼、整合的过程。通过对19 个开放式编码和6 个主轴式编码的分析比较、整合，最终提取了3 个核心类属。从认知、思维和价值三个层面提炼出杰出的艺术型科学家在科技创新过程中的独特优势，即中外杰出科学家的艺术涉足通过认知工具的互益、思维方式的互补和价值追求的互通等作用方式，助力科学家的科研创新活动，如图1 所示。

图1 艺术熏陶助力科学家科技创新的内在作用机制

3.2 核心结果讨论

3.2.1 认知工具的互益

认知工具的互益是指杰出科学家从艺术实践或经历中吸收各种艺术学科的认知技能，如观察和成像、模型与想象、类比和审美能力等，进而发展成为其认知工具箱中的核心构件，助力科学创造。比如，精通绘画技巧让圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔［5］能在现代脑成像技术诞生之前，就绘制出了数百幅精确的、呈现出美丽复杂性的神经元与神经网络图。而卡哈尔在自传中也坦言：“绘画本身赋予了他丰富的空间想象力，看似在分散精力和时间，实际上在引导和加强科研创造”。量子力学的奠基者保罗·狄拉克更是高度评估艺术对于科学的价值。他认为，艺术审美对科学创造的影响既可以表现在作为启发性的向导，也表现在作为理论估价的基础。他甚至强调说，“让方程体现美比方程符合实验更为重要”［6］。在学术界，鲁特-伯恩斯坦早有研究指出，高创造力的科学家通过探索一系列明显不相关的活动，并将由此获得的知识和技能融入科学创造过程。这些“相关才能”在学科之间建立一种功能性桥梁，锻炼和强化了科学活动所需的创造性思维［7］。甚至还有学者提出，这些认知工具构成了跨学科创造力的框架，可以作为我们今天所处的概念时代各种课程的基础［8］。

3.2.2 思维方式的互补

思维方式的互补是指科学家在艺术体验和经历中习得的形象思维方式，有助于其摆脱传统框架和思维定势的制约，提供一种想象可能性的能力和综合感性观察世界的方法。比如，爱因斯坦［9］在回忆自己创造思维涌现过程时写道：“我很少用逻辑符号或数学方程来思考，而是用图像、情感，甚至是音乐架构来思考……作为思维元素的心理实体是一些符号和或多或少清晰的图像，它们可以由我‘随意地’再生和组合”。后面，罗伯特·穆勒还通过访谈和史料分析的方法，专门研究了爱因斯坦的思维过程。穆勒给出的解释是：爱因斯坦早期的音乐经历决定了他对抽象逻辑体系的偏好，甚至通过对音乐经验的不断斗争而扩大。这帮助他建立了丰富的空间和时间的心理感知结构，从而助力其科学理论的内在建构和执行［10］。事实上，从思维方式来看，科学创造活动本质上是逻辑思维和形象思维共同作用的结果。而艺术活动是始终贯穿着以形象思维为主要方式的思维活动，许多科学技术上的发明创造得力于形象思维的诱导和触发。认知神经科学的新近研究也表明，艺术型科学家可以从以非理性、潜意识和形象化的方式看待概念、客观事物或“事实”中获益，进而优化自身对自然现象的看法，唤起大脑中新的认知关联，以一种全新的方式去认识世界［11］。

3.2.3 价值追求的互通

价值追求的互通是指科学家在艺术创造或艺术参与中觉察到的对美的热爱和对真的追求，和科学研究的终极目标殊途同归。例如，诺贝尔化学奖得主罗阿尔德·霍夫曼同时也是一位诗人。在谈到诗歌与科学的关联时，他说：“诗与许多科学，如理论构建、分子合成等，都是创造。要完成这些创造性活动，需要技艺精湛、思想活跃、专心致志、超然物外和简洁的陈述”［12］。理查德·费曼［13］在自传中也提到了艺术和科学活动的内在一致性。费曼曾沉醉于线条与结构，创作了不少素描和油画作品，也是一位邦戈鼓爱好者，曾为多场音乐剧演出伴奏。在他看来，“艺术和物理研究是相通的，两者都是在表达自然世界的美妙与复杂”。事实上，艺术和科学比通常描述的更相似。两者都有一种不可抗拒的动力来描述和解释我们的经历。艺术家把对奇妙事物的热情探索转化为艺术作品，科学家把对客观规律的深刻探寻转化为文字和方程式。艺术求美，科学求真。科学中的真和美在本源上具有同一性，真的事实为美的价值提供了可能，而价值的美为事实的真提供了意义。科学创造主体将对美的热爱和对真的追求统一起来，由美及真或由真及美，最终实现思维的突破。

4 艺术和科学融合在我国创新型科技人才培养实践中的困境

4.1 重理轻文的传统教育格局尚未突破

长期以来，重理轻文的思想在我国的教育实践中根深蒂固。这种以知识为中心的教育理念更多地强调逻辑思维的训练，往往重知识而轻行动、重认知而轻体验。尤其在高考指挥棒没有实质性改变的情况下，教师和学生都以争“分”夺秒的精神过度强化题海战术和考试技巧，无暇顾及重要却一时难以量化显见的人文艺术素质和创新思维培养。传统的体验型和文艺类课程被边缘化，甚至被剔除或替代。学生的人文艺术素养在最需着力发展的青少年阶段出现了学校教育缺位。譬如，在进行课程规划时，未能给学生尤其是理工科学生预留相应时间去学习文学、艺术、历史等人文类课程。这种教育逻辑的长期惯性在一定程度上加剧了人文艺术学科和自然科学学科之间的鸿沟，也给艺术和科学教育的融合发展造成了困扰，短时间内还无法完全的弥合和消解。

4.2 对艺术和科学融合的内涵和价值认识模糊

人们通常的观念认为，艺术教育只不过是加餐的佐料，可加可减。绝大多数教育工作者和教育政策的制定者，并没有认识到理性与情感两个知识系统对于开启人类智慧和创造力不可分割的意义。对于艺术和科学教育融合的内在含义、要求、内容、层次和形式等问题更是缺乏清晰地认知。即便是正在进行的人文教育改革也仍未摆脱实用主义和功利主义的影响，未能全面反映出艺术教育、科学教育以及艺术教育与科学教育相融合的全部内涵和要求。我国一些理工科高校通过增设艺术类课程或专业，或者开设一些人文艺术讲座来弥补自身在艺术教育方面的短板。这些做法固然必要和重要，但依然停留在知识层面，更深层次的精神理念层面的意识和做法还有所欠缺。

4.3 教育从业人员自身知识结构相对单一

在过分强调院校、专业和课程设置等专业化要求的影响下，我国多数教育行业的工作者知识结构单薄，有较为明显文理分割。教师更为注重本学科领域的精耕细作，其知识储备与思想观念自然很难适应跨领域结合的要求。对于大多数人文学科的教师而言，要让他们在教学中贯穿和体现现代科学技术、渗透科学思想，培养学生的科学精神是艰难的。反之，要让理工科教师在教学中穿插和渗透人文学科的知识和理念同样是困难的。教师综合素养缺乏的弊端在于，学生的培养过多局限于专业知识，知识和经验的多样性逐渐被淡化，跨学科、跨领域、跨界知识的传授缺乏，而这些恰恰是具有创造力的人才的特征。

5 科艺融合视角下我国创新型科技人才的培养对策

5.1 重视科技后备人才感性素质的贯通式培育

中国科学院心理研究所超常儿童研究中心主任施建农在谈到艺术教育与创新人才培养的关联时提到，理性和感性如同人的两条腿，我们培养不出高水平科技创新人才的原因就在于当前教育模式在培养瘸腿的人。重视感性素质培养，是一条可行且有效路径［14］。但是，感性素养的培育无法一蹴而就，需要一个慢慢浸润、熏陶和积累的过程。除了父母可以通过自身艺术兴趣和情怀的言传身教外，学生艺术素养养成的主阵地在于学校教育。从整体教育布局上，需要大中小幼联合贯通，构建并完善高等教育和基础教育纵向衔接的艺术培养体系。在具体课程设置中，不仅要将艺术元素与设计融入科学学习情境、协作活动和实验过程，更要确保课程模块、课程设计以及课程结构的嵌入式融合。当然，整个培养体系的构建过程既要结合学生在不同教育阶段感性素质的发展规律，也要有所侧重，最终希翼形成一个内容衔接、层次丰富和目标递进的“横纵一体”培育模式。

5.2 倡导哲学上位的科艺融合教育观在高校的树立

思想观念的更新，将为创新型科技人才科艺融合教育的全面推进和重点落实提供科学的指导。高校作为知识和科研创新的重要阵地，更应该发挥引领示范作用。从哲学本体论的角度来看，作为人类文化的两个子类，艺术和科学由知识系统、方法规则系统和精神理念系统构成。其中，知识系统处于最外层，人们最容易接触到也最熟知；精神理念处于内核层，看不见、摸不着，却最具有本质规定性，处于最核心地位［15］。现有的科艺融合教育过于强调知识的叠加，而忽略了那种向未知领域无目的无功利探索的精神和人格的培养。而艺术和科学的融合，重要的是要共同进行无功利的探索，这也是创新的源泉和前提。因此，高校关于“科艺融合”的探讨应当置于精神理念的高度，重在透过教育的各个环节拓展和丰富学生的艺术素养和科学技术素养，从而达到培养人文精神和科学精神兼具的创新人才的目的。只有在这一层面，才能真正实现艺术教育和科学教育的深度融合，激发和助力科技创新。

5.3 鼓励高校教育工作者专业之外的科艺浸润

教育工作者自身的示范作用和榜样力量对学生综合素养的培养起着重要作用。作为教育管理人员，高校校长不仅要深谙管理之道，更要清晰地认识到人文艺术与科学的结合才是建设一流大学、培养一流人才的内在要求和本质所在。这也是北京大学著名校长蔡元培先生“大学者，‘囊括大典，网罗众家’之学府也”的核心要义。高校教师同样需要主动突破常规专业的界限和壁垒，积极进行多学科的涉猎与浸染，以拓宽和提升学科视野和格局。将专业外知识和视角的丰富融入到本专业的教学，进而潜移默化地强化学生的综合素养，科学地引导和激发学生的创新潜能。与此同时，在战略高度上，国家应当进一步明确艺术和科学融合发展对于创新型科技人才发展的重要意义，及早制定出国家层面的艺术和科学跨学科发展的中长期规划，加强艺术和科学融合的学科建设。在政策实施上，教育主管部门应当鼓励高校设立艺术与科学融合相关的新型学科，对教师已经立项的学科融合项目予以大力支持并出台相关扶持政策；还可通过设置国家层面的独立的艺术和科学跨学科管理和评估部，专门负责处理相关研究人员文理交叉项目审批、成果评估和职称晋升等事宜，为艺术和科学融合的学科发展创造更为有利的条件。

总而言之，在知识经济与创新并存的时代，如何突破单学科带来的视野限制和思维瓶颈，如何培养和造就创新型科技人才，这都需要抓住艺术和科学融合的机会和风口。庆幸的是，近年来我国已在科艺融合教育上做了许多改革和努力。国内不少研究型高校纷纷进行通识教育的探索和实践；新高考改革取消了文理分科；教育工作的执行者在积极探索STEAM 教育的本土化实践路径等。只是，传统以学科为中心的科教体系根深蒂固，短时间内还存在诸多需要克服的困境和阻碍。未来，也希望能有更多的学者和部门对这一领域进行关注，积极地开展艺术和科学融合相关的学理性研究，为培养更具创造性的科技人才建言献策。