创新教育的体制性缺陷及对策研究

梁 旗

(昆明冶金高等专科学校建筑工程学院，云南 昆明 650033)

0 引 言

为了实现国家富强，民族振兴的发展目标，必须加快发展生产力，而科技创新已成为生产力发展的核心要素；科技创新的关键是拥有大量的高端创新型人才，但在创新型人才培养方面，我国还处于弱势，所以我们肩负着加快创新型人才的培养教育使命。本文针对这一命题分析了当前我国教育体制中存在的问题和缺陷，提出了相应的解决办法，为加快培养大量的创新人才，建立创新型国家提供参考建议。

1 创新能力适宜培养年龄

1.1 创新思维活跃的年龄

人的创新思维能力在30岁以前最为突出，现代物理学理论创立者爱因斯坦、德布罗意、泡利、狄拉克等都是在30岁以前完成他们一生中最重要的科学发现，在西方科学界流行一首打油诗：“岁月不饶人，30业未成，见了都害怕，劝君早作罢”，可见科学发现和创新，特别是理论创新要趁年轻。

在中国，一个人从出世到博士毕业一般需要28年，剩下的创新思维活跃期极其短暂。中国科技大学少年班出身的曹原22岁处在创新思维活跃期，发现了石墨烯的常温超导，取得革命性的科技成果。虽然这只是个例，但从创新思维与人的生命力同步来看，20岁前后是人一生中创新思维最活跃的时期，而中国青年20岁前后却被高考和以某专业为名的系统学习所占用了。该种稻子时却在反复垦荒，误了季节收获必定较少，结果是饱学知识的博士每年都有产出，而能做出颠覆性、革命性创新成果的、能站在诺贝尔领奖台上的人寥寥。

1.2 科学研究应始于少年

如果硕士和博士的知识和人数并不完全等同于颠覆性、革命性创新，问题就来了，发现和创新应该从几岁开始，那些推动人类认识自然发生革命性变化的人使用了他们几岁时学会的知识？分析牛顿、爱因斯坦和曹原3个例子来判断。牛顿在经典力学、光学和数学方面都有重要发现，在幼儿和儿童时期对光、数、运动和力的感知就已经存储在记忆中了，通过学习他接受了伽利略的力和加速度的概念，发现了力学三定律和万有引力定律，继之还有其他发现。爱因斯坦在少年时代就完成了时空、几何形状、质量、速度的感知建立，后来在与数学变换结合后，发现了相对论。曹原发现石墨烯的常温超导现象，依据的化学物质、夹角和导电的3个概念不超出初中知识，并借助实验检验完成。经过创新知识来源追踪我们得到答案：牛顿、爱因斯坦和曹原使用了少儿时期的环境感知印象和绝大部分为现在高中阶段的知识。这也说明发现和创新是感知经验和知识的结合，创新者要学习知识，决定因素是知识面而不是知识量，例如不能缺少物质构成和作用方式的底层推动知识，如化学、物理和数学等。

人类活动所依据的意识基础，即一切科学发现和创新的意识基础包括：空间感，时间感、存在感(知觉、数量、力、质地、质量、能量等外界事物状况判断)、趋势感(运动、速度、因果逻辑等变化趋势判断)等，这些感知在人的少年儿童时期就已经完成，人的所有创新都发源和依托于这些经验，所以凡达到少年儿童感知经验的人潜在地都能够进行科学研究和技术创新，或者判断发现和创新的价值。

要把一个人潜在的科学研究和技术创新能力变成实际的能力，还离不开基础知识的学习，还要借鉴先辈探索的成果，主要学习物质微观和宏观的基本作用方式，如物理、化学，数学和生物学等。因为科技创新离不开自然界微观和宏观的基本作用方式，任何科技创新都是这些基本作用方式知识和环境感知经验相互作用的结果，也就是说一个高中生(年龄还可以更小)其实已具备了认知和研究当代科学技术问题的思维运动和判断能力。

这里并不抹杀专业性系统学习对创新的帮助。专业知识系统就像延伸出去的上层(非底层)运动方式，它所描述和实现的物质存在和运动形式，没有超出自然界底层推动范畴和人的感知，任何有高中基础知识的人都能够学习和理解，大部分基础研究和全部工业技术都涵盖其中。

1.3 知识的点状增长规律及适度学习

在一次讲座上，有人问两个物理诺贝尔奖金获得者：在湖面上一艘木船上放一块大石头，如果把石头扔进水里，湖的水位是上升还是下降？回答是上升，但正确的答案却是下降，两个诺贝尔物理学奖获得者都回答错了！事实证明，科学发现本身的规律是，一个人的一生通常只能对某专业某学科某规律中某关系实现点突破，关键突破点所涉及的知识是很有限的，这一现象可叫“钉子定律”。钉子定律是说人类的任何一个科学发现和技术创新都是由有限元的知识组合更新而成，也就是说任何一个科学发现和技术创新所需要的知识概念是有限的。比如石墨烯常温超导只使用了3个概念：石墨烯、夹角、导电。

从自然界的一点去探索，就发现所有的知识都是相通的，都是从底层而来；从自然哲学的角度去看问题的人会发现，“一花一世界，一叶一人生”，讲的就是这个道理。只有当人为地把综合的性状分离才出现了专业知识，任何一个专业知识点所包含的概念是有限的，在科学研究中突破点所包含的知识也同样是有限的。这也告诉我们科学研究专攻容易突破，博学和通才未必能够创新。

事实证明，科学研究中一个问题的解决，通常源于头脑中一念之破或两物、三物之和，即针对问题结症一个关键点的突破。譬如苯分子式的发现者凯库勒是在半梦半醒间看见一条蛇咬住自己的尾巴，从而写出了苯的环形分子式。门捷列夫的元素周期率，也是从元素性质“八音律”演变而来，所谓一念出真知。

现在的科学研究和创新课题已细化成点状突破，每个点所需的知识概念并不多，感知要素也很少，科研中对事物内部要素和外部关联的探查领悟力才是最重要的。

支持钉子定律的另一个证据是，当我们回到自然存在，就会发现知识之间的联系，他们只是相同的自然存在的不同方面罢了。所有的新发现和创新，都是对有限元进行剖析而发现的新的联系。反过来所有的知识都是由有限元集合构成的。这也是由人类单线思维，被迫解析自然存在才能认知的境况决定了的。

如果是应用型而非研究型人才，专业系统学习应成为要求，但研究型人才若过度学习，无疑是和创新规律相悖的，在专业学习和要求创新同时争夺时间时，如果侧重创新，要把专业知识收窄，围绕研究对象学习用得上的其他知识，才容易重点突破。如果大部分时间用来学习，就削弱甚至没有了创新。

“钉子定律”来自于科学研究突破现家，也是中学生可以参与科学研究和创新的依据之一。

如果一个人一生中能够多点突破，譬如牛顿，真是难能可贵。牛顿晚年感叹，大自然的奥秘就像辽阔无边的海洋，自己只是一个海边玩耍的孩子，在海滩上捡到了几块石头而已。如果我们谦虚，就应该适度学习，研有专攻，集思突破。

1.4 少年是创新塑造的最佳年龄段

我们的祖先学习木匠、铁匠、石匠、裁缝等专业技能，几乎都是在少年时代开始，从古到今这一传统没有变更。为什么20岁就很难入行了？古人经过实践发现20岁已经发育长成，“树长粗了掰不直了”，此规律二千多年来已被近百代人不断验证。

以色列人和德国人在培养人的创新能力方面延续了来自古人的观点。以色列人课堂上鼓励少年大量提问；德国的“双元制”学制，一定比率15岁的少年进入企业半工半读，这些措施培育了这两个民族研究和创新能力在世界上目前位列前茅。少年哥达德在樱桃树下幻想火箭升空，最后开启了人类火箭的登天之路，所以从来不要轻视少年。

少年学习科学研究和技术创新技能，最终往往青出于蓝而胜于蓝，这合乎人才成长的规律。科学研究和技术创新必须在少年时代融入身心，错过时节，学习也不能补救。但现在的学制是备齐装备再去打猎，长时间地学习，无用的装备太多且太重，等到毕业，创新高峰已过，追不上猎物了。

对少年而言，脑海中对事物组合变化的思维活跃度，至少是30岁以上人的数倍。对事物进行组合是技术类创新的基本模式之一，科学理论的创新也离不开各种概念的组合。如电子计算机的发明是二进位制和电路的思维组合；常温超导的发现是化学物质、夹角和导电的思维组合，质能关系式是能量、质量和光速的组合。少年是一个人思维和行为倾向的最佳塑造期，培育创新事半功倍，成年之后可塑性减弱，培育创新事倍功半。

如果人学习的目的是为了创新和应用，为什么不在少年创新易塑时代就训练他的创新，却让他去学习，而在创新已不易塑的成年却叫他去学创新？

如果放任一种生命能力的塑造机遇流逝，或把它引导到知识测验竞争当中去，又抱怨其人工作后在革命性、颠覆性的创新活动中难担大任，甚至不知道已经错失了塑造其创新能力的最佳机会，这是对任何知识技能学习最佳播种季节的巨大浪费。因为一个人创新塑造的最佳机会只有一季，有生命力推动的创新要趁年轻。

1.5 建立青少年创新培育的新途径

古今中外的实践证明，少年是一切技能培育的最佳起始点。进行实战锻炼，积累创新技能，要从少年开始。一次看热闹的科研创新学徒经历，胜过十次创新方法讲座。科技创新应该从教育底层设计，顺应人性，从少年时代开始，知识不足不是借口，从零开始、允许从无知开始科研，边研边学，目的是感知现象、启动意识、建立理念、学会方法。但是没有科研项目，停留在嘴和纸面上的创新教育，是纸上谈兵，等不来创新成果。

当前进行中的科学发现和技术创新项目不能只盯着发现和专利，忽略对广大青少年的培养作用。要产生创新人才的活水源泉，使创新后继有人，必须充分发挥在研项目培育人才的作用，利用这些项目激活创新思维活跃期人群。

要在科学研究体制上进行实验探索，组织大学生和中学生参与部分科研项目的思维实践，除了师徒面授，还要建立科研项目信息发布平台，青少年使用专用设备网络注册，发表个人设想和方案，学生每天交来的不是作业而是在研命题的推理、设想、方案、问题……，广泛搜集思路，鼓励多几种设想，不忌错误，反复试错，让技能增长小步快跑。

青少年对完全不懂的学科和创新项目，必然是边研边学，对新的知识门类主要进行概念性、原理性学习，再根据实际科研的进展对照自己的设想，或需修正或吻合。这种训练，启动人脑的理念更新和创新机制，对少年而言将终身活跃在他的记忆中，优于成年后大学的创新理论学习。

科研项目由有关部门授权发布，发布的项目大到世界难题、重点科研项目，小到手机背面颜色生产工艺，包括物质基础理论、新概念技术和技术实验方案等课题的研究。教育科研机构应指定专家与大学生、中学生互动，形成青少年整体参与创新训练的局面，有突出表现的可以选拔培养。实行专家工作室带徒制度，研究所、企业部门可以招收高中生，对有特殊才能的也可以放宽至初中生。

为避免中学学习对创新训练的全部占用，教育科研部门应开展实验，探索多种青少年创新与学习歇作交替或并行的学制，实行两种学制的教育体制。扩大少年班规模，以人数规模来拓宽研究面，也有利于选拔人才，目的是使一大批人从小进入研究氛围，赋予创新责任，培养思维习惯。

随着智能化制造的逐渐铺开，少年参与科学研究和创新训练必将成为潮流。

2 大自然教育对创新的基础性作用

2.1 自然教育是创新教育的基础

创新思维来源于人类对自然界自组织现象的模仿和反映，譬如日出日落、四季更迭、种子发芽、原子结构等都属于大自然自组织现象，人类的一切创新都是受到自然运动的启发并依托自然规律运行展开的，经过大自然环境熏陶过的人，创新活动会受到自然运动的启发，创新的境界较高，创新能力优于只有知识加创新教育的人。

现代科技和工业技术大部分发源于欧、美、日，在自然景观方面，欧洲像一个大农村，美国地广人稀，日本的森林覆盖率66%，自然教育都有良好的条件。美国的小学生主要在自然中玩耍，而不是做作业，那里的科研人员普遍受过大自然教育。但是在中国，人口密集区域缺乏象欧美日那样的自然景观。

中国的孩子做作业挤占了体验大自然的时间，知识是增多了，但造成近视率接近50%，还造成疏远大自然、缺乏自然美学和境界教育，接受的创新教育容易沉浸在文字和方法论表层的问题。这样的人即使知识再丰富、学历再高、接受最全的创新方法教育，有充裕的资金和条件，创新能力仍然不是最强。出现这种情况，回顾创新意识的起源就能找到答案，因为缺乏自然教育，思想没有自然背景依托，境界受限，就很难抵达知识的发源地。

大自然是一切科技问题的本源和答案的所在地。这不是否定科学实验对人类认识世界的价值和意义，而是强调科学实验对自然存在规律的从属性，自然收纳了我们感知和未感知的全部。

2.2 大自然明晰人感知的敏锐性

人的感知系统不是一个独立的系统，或者说它不能独立地存在。因为我们在感知完成后评价它的功能，才叫它感知系统。它对外连接着环境万物，对内连接着大脑和思维，从来不能独立地工作，它更像窗户而不是光源，永远被动地接受环境的作用。它属于大脑的延伸，在生理学上只是一些神经元。

大自然教育能提供更大的思维背景空间，拓宽人思维的广度和深度，提高人的思想境界，放缓人的感知节奏。在这样的背景空间映衬下，能从感知中捕捉到更微小的运动，能剖析和发现更多的事物影响因素，获得更多的因素求证。

另外，在自然背景下知识与感知的结合更加紧密，知识归类于感知更加有序，从而更易于被调动。究其原因是人类必须将同一自然存在分割成不同学科才能认识自然，而自然体验能够将知识回归其类。当然，自然教育的作用远不止于此。

2.3 自然教育实施

自然教育首先必须依托自然景观，如果没有自然保护政策和措施，这一教育将无法开展。

中华大地幅员广阔，各地有不同的自然景观，都是最好的自然教育场地。昆仑山是中华民族勤劳智慧的发源地，在极端恶劣的自然条件下中华民族感受了大自然的壮美，适应了它多变的风霜雨雪。长江中下游的江南水乡，小桥流水，柔漫浸润，水草蛙鸣，纤尘毕现。北方草原，坦荡宽阔，悠然牧歌，金色秋林，璀璨星空。南国植被，繁花漫谷，深海珊瑚，基因宝库。政府对这些自然景观要进一步严格执行自然保护政策，保护为主，减少人为开发。这些景观可以用于季节性地开展青少年自然教育。

人居环境应配套自然教育场所，城镇化建设应多配套林地和公园，使市民有亲近自然的地方，必要时采取东部人口向西部迁移的方法。

教育者要多引导孩子们到大自然中去发现体验，养成细心观察大自然的习性，见微知著，变化关联，美学养成；观察大自然时要给出科学问题，要在观察中提出问题、求证答案。原则是：问题无深浅，答案不忌错，反复训练，养成习惯。

3 大学教材对创新命题的引导作用

3.1 教材在推进创新方面肩负责任

中国的大部分理工科教材只提供已有的知识，探索知识的来源，少有对现有知识更新的讨论，这叫只教人吃饭，不教人种田。而培养创新者就像培养种田人，创新并非必须从教材中获得，但教材不具有激活创新的内容却是一种缺陷。

我们的所有教材就像低洼处的水，是一些经过检验沉淀下来的知识，大部分新的知识源头却在高处，与教材并不完全等同，它的产生机制从教材内容中仍然难以发现。那些以为饱学专业知识就可以创新的人，会发现新的知识另有来源，难觅其踪。这也就是有些人苦觅创新，求而不得的原因。

教材不可以只介绍知识，而不介绍它的身世即知识的来源及未来的走向。如果教材只是教授知识，没有介绍知识的发现过程和未来发展的命题，以为可靠课外书补充，这种观点是不可取的。虽然在中小学教材中，这种情形有所改变，但是为了应试，仍然很难展开创新实践。大学教育已是知识应用的前奏，教材应该把知识的应用案例直至可能的发展方向写进去。

3.2 大学教材的自我革命

理工科大学教材要批露学科和现有技术的不足，不能简单地罗列优缺点，而是要有另辟蹊径地启发，要托起一个学科系统或技术层面来批判性地陈述，要把一个个致命的问题挖掘列举出来，激起质疑的漩流以求其他思想介入来澄清，甚至有些教材有必要被抛弃，而被颠覆性、革命性的技术所取代。

建议理工科大学教材应单列“知识讨论章”，罗列问题，提出知识可能的发展方向，提供想法，允许误判，这种教材才能让大学生产生知识创新联想，感知每个人有学科技术更新的责任，加快创新人才队伍的建设。

4 结 语

教育应当遵循人才学和创新学的规律，现有教育体制中确实存在某些违反其规律的东西。教育的效果应以是否产出大量先进的创新成果和拥有世界上最多的高端创新人才为唯一检验标准。创新培育的年龄偏迟不符合人才技能培养的规律，教育者要利用当前在研和待研科研项目对青少年进行创新技能实践训练，让少年养成创新习惯并贯穿于一生。缺乏大自然教育是中国中小学普遍存在的问题，这方面目前与欧美日差距巨大，导致人的创新思维境界偏低，需要加紧施行自然教育以改善这种局面。理工科大学教材缺乏批判性、革命性、创新性的内容阐述，也使很多大学生缺乏学科技术更新思维，知其然不知其所以然，知识应用中缺乏创新的想法和责任。理工科教材编写增加技术更新讨论章节，将有助于中国大学创新培育和鼓励创新。

加强教育体制改革措施论证，必须通过实验和实践来进一步探索，较快找到并实施合理的改革措施和办法，目的是实现创新人才能力和人才规模的最大化，让教育成为大量高端创新人才的活水之源。