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强斯眼中的科学和科学教育

来源:中国教育报 作者:杨桂青 发布时间:2005年01月04日 浏览: 打印
  科学是美,而不是谋生手段

  我们今天所要面对的是91岁高龄的布立顿·强斯博士(Britton Chance,1913-),他现在还每天骑自行车上下班。他是奥运会金牌和美国学术界最高荣誉——国家科学金奖的双重魁主,75岁时又创立一门新的学科——生物医学光学,至今仍活跃在科学界。

  如果说年龄是很多科学家取得科学成就的界限,绝大部分科学家在80岁左右就已经“退休”了,但是,年龄却至今没有束缚他。如果说成就所带来的光环束缚了一些科学家继续探索的脚步,很多科学家、甚至诺贝尔奖得主后来因为应付各种社会事务而再难出成果,但是,荣耀并没有使他晕眩。如果说“术业有专攻”,很多科学家只是在一个领域取得了辉煌成就,但是,他却是科学界难得的多面手。

  如果说人是“宇宙的精华,万物的灵长”,那么,他是精华中的一抹耀眼光辉。如果说人以自己的能量显示着对自然的征服力,那么他正代表了一种人类特有的奇妙力量。他说,“科学是美”,因为“美”,他迷上了科学,而他的所有科学探索又都体现了“美”。

  他的经历,对所有的心灵都会形成一种震撼。

  今年11月,我曾经带着这种“震撼”,在强斯访问中国时采访了他。回首中,这位科技巨人开心地看到自己的过去,他觉得自己很幸运。举首仰望这位巨人,我们感叹人类奇妙的力量竟能创造出这样的壮美景观。在采访过程中,宾夕法尼亚大学医学院助理教授郑岗博士,华中科技大学教授、教育部长江特聘教授骆清铭博士在语言上为我提供了很大便利,在此深表谢意。——记者手记

  从奥运冠军到生物医学光子学之父

  不断追求巅峰体验


  在科学界作出重大贡献,而又在奥运会上取得金牌的人,近代以来只有他一个。他没有折桂诺贝尔奖也许是一种幸运,这促使他不断前进。在75岁的时候,他创立了一门新学科——生物医学光子学。

  记者:在我们看来,科学家获得奥运会的金牌是不可思议的事情。科学家给大家的印象就是满腹经纶,伏案研究,一脸抽象。您无疑是个例外,奥运会的经历对您的研究有帮助吗?

  强斯:在奥运会上取得成功需要勤奋,并且也要有头脑。我喜欢运动,是因为在运动竞赛中,参加者如果成功了,马上就能得到一种奖赏,马上就能体验到一种美妙的颠峰体验,这种感觉是一种和日常体验完全不同的感觉。

  记者:奥运会选手很快就会知道竞赛结果,而科研工作者却要经过很长时间才会知道自己是不是成功了。应该说,运动竞技和科研是两种不同的状态,您怎样看科研的竞争过程?

  强斯:在运动竞赛中,你当时就知道自己是第一,但是在科研中,你可能认为你是第一,但是有可能是别人第一。不管怎样,我一直是抱着“第一”的状态去进行我的研究的。

  我认为我和其他的科学家不同,我既研究理论,也研究方法,而且我还能够自己验证自己的理论。而我的那些朋友的理论,却需要别人的方法来验证。就像我在那次航海比赛中一样,我的船总是比别人的船快一步。

  比如说吧,电子传递过程是一种假说,靠什么验证它的存在呢?我发明了快速动力学检验装置之后,就能用实验来验证这个过程的存在。一位无机化学家发现了电子传递的理论,因此得了诺贝尔奖,但是一直没有在生物代谢过程中得到验证,直到狄沃特(Devault)和我的发现才证实他的结果。

  记者:您以前获过很多奖,可以说,除了诺贝尔奖,您什么奖都获过。您曾经于1955年被提名为诺贝尔奖候选人,但是,最后失败了。您怎么看待诺贝尔奖呢?

  强斯:虽然我还没有获过诺贝尔奖,但我现在还是很开心。也许没有获得诺贝尔奖对我来说是一种幸运。有些诺贝尔奖获得者从获奖的那一天开始就很难再有突破性成就了。会议或其他事务占去了他们大部分时间,几乎停止了创造性工作。这是非常可悲的,因为他们拥有世界上最最聪明的头脑。而我现在还在不断前进。

  记者:在您非常富有传奇色彩的一生中,有一点特别令人震惊。您被誉为“生物医学光子学之父”,在75岁时,曾经创立了一门新的学科,您能简要介绍一下创立的情况吗?

  强斯:从20岁为磁罗盘(中国发明)发明第一个光学感受器开始,我设计了最敏感的光谱计用于酶研究,上个世纪50年代用于细胞和组织研究,以及后来和约伯斯(Jobsis)用于对表皮下组织的研究。

  强斯的学生周兰兰补充:1988年的一天,强斯走到激光实验室坐下对激光研究专家佛萨缇说:“Shootme(向我发射)!”佛萨缇莫名其妙,强斯又说了一遍:“Shootme!”佛萨缇问他:“哪里?”强斯什么也没说,只指了指自己的头,佛萨缇又问:“怎样?”强斯还是什么也没说,只指了指激光器——就是这束射向强斯脑袋的激光是生物医学光子学(BiomedicalPhotonics)的里程碑。强斯的重大发现是漫射光在深层组织光谱和成像的应用。自从这个实验以后,光子迁移和光学成像及光谱学领域开始突飞猛进地发展起来,用漫射光研究乳房、脑和肌肉成为全球研究的热点。强斯仍然活跃在这个领域。

  开放式教学方式

  让学生光临知识盛宴


  他说,能够不断告诉人类新的真理,是最让人激动的事。成功的教育模式是开放式教学方式,前提是,学生非常聪明,老师能够科学地引导他们去学习。记者:是什么在激励着您不断去创造?强斯:发现一种新东西、一个新现象,证明一个新事实,找到一个新方法,告诉人类新的真理……这些是最让人激动的事,足以支撑起一个科学家的生命。我也一直这样教育我的学生,不要简单地去进行科学研究,而是要带着一种求知的欲望去追求真理,这样才会有新的发现。

  记者:您认为,对一个成功的科研工作者来说,最重要的因素是什么?

  强斯:对一个研究者来说,最重要的事情是提出恰当的假设。

  记者:怎样才能把这种提出恰当假设的能力、素养教给学生?

  强斯(大笑):“以身作则”是最好的答案。

  要培养学生的创造力,让学生不断取得进步是很重要的。而要做到这一点,学生和老师的交流必须是非常密切、非常开放的。我可以有自己的办公室,但我没有那样做。我就和几十个学生坐在一起,可以看到学生们在做实验。我可以看到学生实验成功时的喜悦,也可以看到他们失败时的苦恼,可以帮助他们分析为什么做错,为什么做对。在这种开放的、直接的交流中,学生的科研能力就会不断提高。

  记者:大学里是不是应该推行这种开放式的教学方式呢?

  强斯:我想是的。我认为实行开放式教学的最好的例子是剑桥大学。我当时在剑桥读书的时候,大学里的课堂完全开放,只要穿着学生制服,就可以走进任何讲堂。这就相当于去赴一次盛宴,可以自由地吸取任何东西。

  记者:这种开放式的教学对老师和学生有什么要求?

  强斯:开放式教学的前提是,学生必须很聪明,而且老师可以引导这样的学生去学习。老师不是教学生书本上的知识,而是引导他们去提出问题,去检测自己的假设。美国有的大学在尝试这种教学方法。

  记者:您认为现行的教育机制能够顺利实行这种开放式教学吗?

  强斯:其实这种教学的关键是老师能够针对学生的能力,特别是非常聪明的学生的能力,进行适当的引导。但是,现在的教育系统缺少一种选择特殊学生的机制,有些学生不适合上普通课程,他们应该直接和那些大教授进行联系。

  教育必须具有开放性,从1996年起,我和我的一个合作伙伴有一个专门针对优秀高中生的项目,目的是从高中开始培养研究型的科学家。我们选择的学生一般是少数民族学生,家庭具有一定的困难,但是他们都很聪明,都喜欢科学。每年我们用在这个项目上的资金大约有4万美元。在暑假,我们有6周的科研活动时间,每天从上午9点活动到下午5点,主要是研究他们的脑功能,教授们会手把手地教他们如何应用脑功能近红外成像系统研究自己的大脑思维活动,并让他们去先进的研究室做研究。参加过这些活动的学生都进入很好的大学去学习。

  记者:怎样保证这些精挑细选的学生取得成功?

  强斯:在暑假的科研活动中,学生们4个人为一小组,每个小组中有一个最优秀的学生做为组长。每个小组中只要有一个非常有创意的学生,其他三人同样会取得很好的成绩,因为他们可以互相交流,互相帮助,然后集体进步。从另一个角度说,也是在锻炼他们的合作精神。

  我也不能说这种教育方法是最成功的,但是比很多其他的教育方法要好。

  中国大部分为农村地区

  有利于培养学生的探索欲


  他说,中国的科学教育应该充分利用这一点:中国很多人居住在农村,这有助于培养学生对大自然的探索欲。中国学生必须有想做研究的热情,不是把科学作为谋生手段。

  记者:有的科学家认为,未来的科学家诞生在“摇篮”里,您认为,针对年龄较小的学生的科学教育应该注意哪些问题?

  强斯:尽管艺术和文学非常重要,但是我们毕竟生活在一个高科技世界中,能够随时随地感受到实际的科学教育。我们应该让孩子们知道,包括大学生、中学生,甚至是小学生和幼儿园的学生,他周围发生的所有事情都是可以认知的,都是科学。

  无论是老师还是家长,应该让小学生不断地去做东西,比如让他们做一些化学实验,闻到一些味道,给他们放一点烟,让他们激动,让他们扮成小草、小动物……教育必须激发他们的兴趣。

  中国现在还有很多人居住在农村,很多学生有很便利的条件到大自然中去观察、探索。我不是一个教师,而是一个科学研究者,我想去不断地刺激、激励年轻的心灵。我想中国的教育也应该这样做。

  如果让学生在学校里玩耍、探索,刺激他们的求知欲,需要很大投入。但是,这是很有效的,是值得投入的,政府应该认识到这一点。

  说到这里,强斯的朋友二岗女士补充道:孩子在很小的时候,面对周围世界总是问“为什么”?但是在学科学的时候,老师总是告诉他们答案。其实,老师要有勇气说,不知道!老师不能给学生一种错误的印象——老师知道所有的事情,这样,孩子就会认为,在学校里就能知道整个世界,就不会去探索了。你知道的越多,那么你不知道的就越多。

  记者:您是一位非常喜欢中国学生的美国科学家,在您招收的学生中,有80%是中国学生。中国学生在进行科学研究时应该注意什么?

  强斯:中国的教育体制在不断变化,中国过去侧重理论研究,现在,我已经意识到,中国在改变自己的科研重点,加强了应用研究。这种变化要求老师对学生进行手把手的教育,中国学生必须有想做研究的热情,科学是美,而不是谋生手段。在教育学生的时候,应该让他们充分地享受科学。当然,只有在非常勤奋地工作的基础上,才能享受到科学成功的喜悦。

资料链接:看看强斯的研究成果

  布立顿·强斯1940年获宾夕法尼亚大学物理化学博士,1943年获剑桥大学生物学和生理学博士。他现在是宾夕法尼亚大学教授,瑞典皇家科学院院士、美国国家科学院院士、英国皇家学会外籍院士和美国哲学学会会员。他出版了四千多篇论文或专著,被引用超过万次。从19岁获得第一项专利开始,他在化学、电子、生物化学和生物物理学等诸多领域都取得了巨大的成就。

  他获得了最早的船舶自动操舵装置专利,在二战期间致力于发展雷达定位装置用于反飞行器枪支和雷达导航战斗机/导弹的地面目标定位指示。他在麻省理工雷达实验室被任命为接收部精密电路区研究组组长,接着被选进筹划指导委员会,到1945年升至雷达实验室李·霍沃斯室副主任。他是艾森豪威尔总统的科技顾问。

  战后,强斯的研究向生物化学转移。强斯到斯德哥尔摩重新投入战前就开始的酶—底物(生物化学专用名词,英文为enzyme-substrate compounds)问题的研究。他和泰乌雷尔用停—流装置首次鉴定并跟踪辅酶。上世纪50年代早期,强斯的注意力转移到功能有机体的生物化学。阐明线粒体氧化磷酸化的调节是他最重要的发现之一,这一方面的成就被写入《生物化学教材》。

  强斯还致力于活体组织研究。强斯曾经成功地用光谱学研究完整细胞器,这激励着强斯去推动光学方法研究活体组织。上世纪70年代晚期,他展示了第一例全器官核磁共振波谱,并开始在体功能核磁共振波谱测定。上世纪80年代早期,他首先展示了人体核磁共振波谱。在体(“在体”指在活的动物体或人体器官)核磁共振波谱的飞快发展预示着深层组织光谱和光学成像的发展。强斯一如既往地在这个新领域的发展中起着核心人物的作用。

  强斯的科学贡献不局限于一个特定的学科,他的研究从鉴定酶—底物复合物延伸至人体核磁共振波谱仪和近红外光学成像系统。他多方面的研究促进了其他科研工作者对生物学、仪器制造学和医学的理解,这些通常涉及到逆问题的数学、无线电电子学、电光学、声光学、肿癌诊断、儿科学、脑认知功能、肌肉动力学等方面。(周兰兰)

  《中国教育报》2004年12月31日第6版