2021年初,清華大學推出丘成桐數學科學領軍人才培養計劃,每年麵向全球招收百名優秀中學生,采用本博銜接模式為未來數學及相關領域培養領軍人才,成功入圍的國內學生無需高考即可被單獨錄取。
這則小小的的新聞,讓數學人才培養,乃至於基礎科學話題,突然又變得火熱起來。
“古時霍去病北征匈奴,曾以八百騎兵突擊千裏,破敵於漠北。我希望通過這一計劃,能在基礎科學領域培養出屬於我們自己的‘八百鐵騎’。”作為該計劃的主要倡導者和執行者,菲爾茲獎首位華人得主、清華大學丘成桐數學科學中心主任丘成桐如此表示。
為此丘專門撰文
沒有強大的數學基礎就沒有良好的科技
作者丨丘成桐
(國際著名數學家、菲爾茲獎得主、哈佛大學終身教授、清華大學丘成桐數學科學中心主任)
新中國在1949年成立時,可謂一窮二白,百廢待興。國家領導人和先輩,努力帶領著全國人民向建設小康社會的目標邁進。七十餘年來,幾經風雨,篳路藍縷,以長以成。
現在無論是國內,還是在國際舞台上,中國已經不再是吳下阿蒙。改革開放以來,中國取得的成就令世界矚目。火箭衝天,衛星導航。航母四通,高鐵八達。大興水利,精準扶貧。環保有成,青山綠水。社會繁榮,百姓安樂。今日中國的寥廓大地,已開始呈現小康社會欣欣向榮的景象,和七十餘年前先輩所見到的狀況迥然不同。這七十年來的成果,可以說是窮而後通。然而達亦會招忌。最近幾年,中國不少的高科技工業受到國外打壓,在一些領域已經麵臨“危急存亡之秋”了。在這個時刻,我們必須嚴肅地麵對事實,解決問題。
首先,我們需要了解近代西方科學的曆史。西方科技的發展,源遠流長,千百年來,薪火相傳,大師輩出。人才薈萃於歐美數十間大學和研究所之間,相互交流,創意標奇,屢屢改變科學發展的航道,豐富了科技對於人類社會的應用。這些學問,並非一時一地所孕育,文化浸淫,往往達幾百年之久。文藝複興之後,意大利、英國、德國、法國、俄羅斯等先後領導世界科學,與他們獨特的教育和傳承有密切的關係。
數學科學是所有科學的基礎,沒有強大的數學基礎,就沒有良好的科技!
我們現在舉幾個例子來看看尖端的數學教育在幾個強國中是如何發展的:俄羅斯偉大的數學家柯爾莫哥洛夫(A.Kolmogorov)是現代概率論和動力係統的創始人,他一生致力於培養少年學生,二十世紀偉大的蘇聯數學家多出其門下。我認識他的學生蓋爾範德(I.M.Gelfand),此人學富五車,也是一代大師。有一年,蓋爾範德(Gelfand)在俄羅斯挑選了五個幼童,親自教導,之後,這五個幼童俱成為數學大師,有兩名成為哈佛大學教授。俄羅斯好幾個得到菲爾茲數學大獎的數學家都是在十二三歲時由名師指點學習成功的。
在日本,十九世紀以前的數學不如中國,明治維新以後,日本政府派大量學生到英國和德國最好的大學留學。高木貞治在十九世紀末師從當時最偉大的數學家希爾伯特(D.Hilbert)。回到日本後,在數論上作出極為傑出的貢獻,受到德國數學家阿廷(E.Artin)和外爾(H.Weyl)的重視,在世界數學大會上嶄露頭角。但是值得注意的是,他花了大量時間培養少年學生,據說他寫了十六本中學教材。1940年前後,日本突然冒出了一大批影響世界數學的大師,例如伊藤清在1938年的博士論文就開創了隨機微分方程的理論,在應用數學和工程學的貢獻,至巨至深。
我們在其他國家也看到類似的現象,更發現一個重要的曆史事實:具上進心又有好奇心的幼童,在良好的環境中由數學大師教導,他們會很快成長。學生不在多,從小有名師悉心教導,成長會特別迅速。
當今中國科技水平確實不錯,但是要領導世界科學發展,還有一段距離。為學有如逆水行舟,不進則退。假如不能站在領導的地位,我們會永遠跟在人後,永遠會有被卡脖子的危險。要改變這個現象,必須從基層做起,而科學的基礎在於數學。數學必須要有優秀的領導人物。從曆史的角度來看,最迅速的方法,就是尋找大師,培養優秀的幼童。
我幼年在香港農村生活,雖然未見識過有真知灼見的大數學家,但是受到父親研究西洋哲學史的影響,又加上當時在培正中學的老師,能生動地將數學解釋得清晰明亮,讓我從十三歲起,就有誌從事數學研究了。我努力學習,但是始終沒有找到進入數學殿堂的門檻,直到二十歲時,離開香港,到了加州大學伯克利分校,得拜當代大師陳省身和莫裏(C.Morrey)門下,觀其學術言行,堂廡始大,感激遂深。
與我一起學習的同學,不少以後成為一代大師,這些都是得益於名師的熏陶,同學的激勵。在伯克利的學習雖然隻有短短兩年的時間,但它對於我以後的成長,有莫大的重要性。
我這一輩子隻有兩個心願,一個是成為大數學家,另外一個是提升祖國的數學,使它領導世界數學,進而建立完整的科技係統,這都是中國的百年大計。在國家的領導下,眾誌成城,我有信心完成這個願景。
四十年來,我為中國努力培養人才,進行了多個項目,得到很多朋友的幫忙,他們竭心盡力,讓我能夠向這個目標一步一步地前進,我至為感激。現在國家願意給我們這麽好的機會,培養數學學科的領軍人才,清華大學上下又鼎力幫助,無論是為國家,還是為了世界數學的發展,我都願意盡我個人的綿力,完成這個領軍人才培養的計劃。
2. 《中國科學報》對丘成桐的采訪
《中國科學報》:近段時期,我國一直在基礎科學領域持續發力。此次清華大學推出“丘成桐數學科學領軍人才培養計劃”,是否也是結合這一潮流的順勢而為?
丘成桐:培養基礎科學人才不是我最近才考慮的問題。40多年前,從踏上中國土地的那一刻起,我就開始想做這件事。當時,國家剛剛開始改革開放,需要大力發展經濟,改善民生,因此一段時間沒有重視基礎科學的投入,這是可以理解的。但從長遠來看,任何一個大國的發展都需要長期規劃和短期規劃,基礎科學需要的投入並不大,中國應當更早做長期規劃。
從國際上看,不管是俄羅斯、日本、德國,還是英國和美國,各國在崛起的初期,都會經曆一段為經濟打拚的艱難時期。但它們打拚的時候也在注意基礎科學的發展,這是我們可以借鑒的。
以美國為例。19世紀美國的興起先以經濟為主,鐵路開發以後,海運等行業大發展,美國國力迅速提升。到19世紀後期,美國開始大量投資基礎科學,特別是19世紀後20年,美國主要的大學,如哈佛大學、芝加哥大學、普林斯頓大學、耶魯大學等都開始大力發展基礎科學。至20世紀初期,發展基礎科學在美國著名大學已經成為重要的理念,對美國基礎教育的發展起到重要作用。連麻省理工學院、加州理工學院等以理工為主的大學,也很快意識到發展基礎科學的重要性,並開始大量投資於基礎科學。這是我們應當學習和注意的。大力發展工業的同時,科技要想成為世界第一流,基礎科學一定要有,非發展不可。
在19世紀,日本落後於我們。明治維新後,該國開始大力發展工科,很快他們發覺發展工科也需要發展基礎科學。到1940年,可以與美國、俄羅斯等並駕齊驅,而且一下子出現10多位影響全球數學界的大師。今天的中國數學要追趕這一時期日本在數學和基礎科學方麵的發展步伐,還有比較長一段路要走。
受近年來“卡脖子”困境的影響,我們開始認識到沒有好的基礎科學對於科技發展的重大影響,這使得重視基礎科學開始成為整個中國的潮流,但這已經滯後了。中國改革開放已經40多年,對於基礎科學的重要性此前就應該有更充分、更清醒的認識。
《中國科學報》:您認為導致這種滯後的原因何在?
丘成桐:在科技發展的問題上,我們曾經太過急功近利。應該說國家層麵,早已注意到發展基礎科學的重要性。但在以GDP為評價地方發展主要指標的背景下,各地更多地將資金用在更能產生短期回報的領域,比如發展工業和應用技術產業。然而,如果我們在這段時間不能沉下心,大力支持基礎科學發展,工業和應用技術產業也缺乏持續動力,也是不可能真正成功的。
現在有個典型現象,那就是我們新建的很多科技中心,都喜歡將“應用”二字加在前麵,好像沒有這兩個字,就不能體現它的價值,甚至是浪費了公眾資金。更令人擔憂的是,一些普通老百姓也有這樣的想法。
整個社會層麵,乃至於高校、科研院所內部,很多領導者並不關心教師做了多少實實在在的科研,而是把關注的重點放在有多少專家、多少“帽子”學者加盟上。當然,這與目前高校的管理體製有關係,畢竟一所學校吸引的“帽子”學者越多,其可能獲得的經費也就越多,這是互為因果的。
總之,當前不管是政府機構、高校本身,還是教授群體乃至於普通公眾,多多少少都存在急功近利的思想,這是必須要扭轉的。
培養出牛頓、愛因斯坦這樣的大家是我們的目的
《中國科學報》:在介紹“丘成桐數學科學領軍人才培養計劃”時,您曾提出希望該計劃培養的學生能成為“通才”。您是如何理解“通才”這一概念的?
丘成桐:對於數學、物理等學科,我們存在某種誤解。物理也有通才、數學也有通才,這些著名的科學家不隻是專攻於某個領域的大家。在科學史上產生巨大影響的學者,往往會貫通多個領域。
比如愛因斯坦,從廣義相對論到狹義相對論,從量子力學到統計物理,在物理學的眾多分支領域中,他都做出了開拓性貢獻;再如牛頓,從微積分到天體運行,再到光學,凡此都有研究,這不是通才是什麽?至於在數學領域,從阿基米德到尤拉、高斯,他們做的研究幾乎影響了數學領域的大多數研究方向,這種影響甚至持續了幾百年。這不是通才是什麽?
然而很不幸,至少到目前為止,國內科學領域還沒有出現這樣的大家。盡管我們也產生了在某些領域做出傑出貢獻的學者,但他們的研究過於狹窄,這不是領軍計劃希望培養的重點方向。我們更希望培養出牛頓、愛因斯坦這樣的大師,即使我們做不到,但“雖不能至,然心向往之”。
《中國科學報》:近年來,國內高校都在強調對學生進行綜合素質培養,拓展學生的知識廣度,但很多時候會流於形式。您認為產生這一現象的根源在哪裏?
丘成桐:培養學生成為“通才”,老師首先應該具有更高的能力和水平。目前國內的大學教師中,具備這樣能力的人有多少呢?即便是很多出名的教授,又有多少人有意願做這樣的事情呢?這是很大的問題。
多年前,我曾寫信給國內數十位不同領域的知名學者和科學家,請他們推薦一些他們認為適合中學生閱讀的優秀參考書目。就是這樣一個簡單的請求,竟招來多位知名學者對我的埋怨,認為我請他們為中學生推薦書目是在“開玩笑”,甚至質疑此舉是在“侮辱”他。
這足以說明,我們的很多學者並不屑於放低姿態,做指導年輕人的工作,這就導致了對於“通才”的培養缺乏足夠有能力的師資。為了應對這種局麵,我們也隻能將部分優秀學生遴選出來,再集中一批既有能力,又有意願的大師教導他們,如此才能在人才培養方麵取得一定突破。
《中國科學報》:您覺得有什麽辦法可以改變這一局麵,使更多大家願意參與年輕人的教育工作?
丘成桐:這需要在國家層麵調整相關政策以及進行輿論導向。
依然以美國為例,近幾十年來,美國產生了一大批卓有成績的學術大師,但不管是多麽偉大的教授,沒有一個人敢講出“輔導中學生是一種侮辱”這樣的話。因為一旦他這樣說,便會招致公眾和輿論的痛批,甚至名譽掃地,這是一個很簡單的學風問題。
反觀我們,不管是政府層麵還是輿論層麵,卻常常將這些學術大家供奉到“神壇”上,似乎他們就應該高高在上,就不應該做接觸學生這樣的事。我們都在講“不忘初心”,但在這樣的氛圍下,有些高校教授的“初心”究竟是什麽,他們可能自己都忘記了。
“師傅帶徒弟”的觀念要轉變
《中國科學報》:早在上世紀80年代,我國就已經開始了對某些特殊人才進行特殊培養的探索,但時至今日,似乎成功者並不多,您認為原因何在?
丘成桐:剛才提到的缺乏第一流教授是很重要的原因。要知道,啟發學生學術成長的最好方式,就是這些教授親自帶領年輕學生,讓他們親自觀察真正的學者是如何做科研的,但很少有人能做到這一點。在他們眼中,教學並不重要,做好自己的研究就足夠了。但事實上,由於缺少和年輕人的接觸,他們的研究工作往往也不會做得很好。
這就涉及到另一個問題——我們究竟該如何處理導師與學生的關係。國外很多大學都十分重視對年輕人的培養,這不僅僅基於對青年人才的重視,更因為年輕人可以帶來很多科研方麵的啟發。但是,我們卻過分強調所謂的“師徒製”模式,強調“徒弟”要跟從“師傅”,認為師傅是偉大的,師傅的師傅更加偉大。殊不知,他們中的很多人其實已經處於科研末期,根本談不上“偉大”。
在這種模式下,“徒弟”是很難探索出屬於自己的發展方向的,因為他很難真正獨立於老師之外,一旦如此就可能得不到老師的幫助。相比之下,美國實行的不是師徒製,而是在師生之間建立一種類似於合作夥伴的關係,並在這種關係基礎上給予學生足夠的尊重。
這一點從中美兩國研究生的待遇中就可以窺見端倪。
必須承認,現在中國研究生的待遇比從前已經好了很多,但與美國相比還差得很遠。美國普通研究生一年的薪水大約為3萬美金,中國研究生中年薪較高者也隻有六七萬元人民幣。這是因為美國高校有一個很堅定的想法——研究生必須要能維持自己和家庭的一般性支出,因為他們是正在成長的學者,他們是老師的夥伴——雖然還很年輕,但“夥伴”不等同於“徒弟”,這一點非常重要。
《中國科學報》:在此次“丘成桐數學科學領軍人才培養計劃”中,您是否也希望能實現這種師生的平等交流?
丘成桐:當一個學生畢業並趨於成熟後,我們當然要與其建立起平等的交流關係。但在此之前,即使是在本科階段,我們也要盡量做到與他們的平等交流。
如果論及研究能力,本科生尚處於發展乃至於萌芽階段,但即便如此,我們也不能排除某些學生在本科階段忽然“冒”出來的可能——即使在本科階段,一些學生的學士論文也已經達到了第一流的水平。這種現象並不多見,但的確存在。對於他們,我們更要保持一種尊重。
片麵強調“公平”將使我們失去競爭力
《中國科學報》:在選材方麵,此次“丘成桐數學科學領軍人才培養計劃”將招生範圍擴展到了初中階段。對此,有學者質疑該做法可能會加劇教育分層現象,甚至有損教育公平,對此您怎麽看?
丘成桐:在教育領域,尤其是高等教育領域,是否存在所謂的“絕對公平”?
隻要對學校中的學生稍加觀察,就會發現努力程度不同、天分不同的學生,在對知識的認識和理解程度上存在很大差別。如果班上的20位學生中,已有17位學生掌握了知識,但還有3名學生沒有掌握。此時,我們是否應該出於所謂“絕對公平”的考慮,將所教授的內容簡化以“適應”全體學生呢?
這種做法顯然不合理。但不幸的是,國內很多大學,甚至某些頂尖大學事實上正在這樣做——為了照顧少數學生而減少課時、降低難度。這種做法在相當程度上已經減緩了我們在追趕世界科技前沿的腳步。
據我觀察,近15~20年間,中國大陸培養出的學生在美國進行博士資格考試的成績十分不理想,然而在30年前,這種現象是不會發生的。出現這樣的變化,其原因就在於我們的學生還沒有做好和人家競爭的準備。
我們當然可以把門關起來,在內部追求所謂的“公平”,然而一旦這道門不存在了,我們在麵對外部競爭時就會失去競爭力。此時,這種公平究竟是好事還是壞事?這是一個很簡單的問題。
《中國科學報》:對於未來將入選“丘成桐數學科學領軍人才培養計劃”的學生,您有著怎樣的期待呢?
丘成桐:我希望他們能夠成為未來數學學科的領軍人物。我不希望他們將來從政或從商,這不是我的初心。我也不希望他們從事經濟、工業等方麵的職業,這同樣不是我的初心。我隻希望他們能在基礎數學領域做出自己的成績,沒有這方麵誌向的學生,就不必參與到這一計劃中。
這就像中國古代名將霍去病率領八百鐵騎穿越千裏荒漠北破匈奴。這些士兵無疑是當時軍隊中的精英,但在荒漠中,他們也隻能一刻不停地行軍,跑慢一點兒就可能會被淘汰。這種行軍看似殘酷,卻最終使他們完成了震古爍今的偉大壯舉。
我希望在中國的基礎科學領域,也能訓練出這樣一支勇往直前的“八百鐵騎”。這要求入選者不但有能力,更要有毅力,能吃苦,肯堅持。這一過程將會是漫長而艱難的,但如果堅持下去,我相信終歸會取得理想中的成績。
3. 丘成桐數學科學領軍人才培養計劃詳解
在國際著名數學家、菲爾茲獎得主、清華大學丘成桐數學科學中心主任丘成桐看來,重視基礎科學、從娃娃抓起、在本土培養出一流學者——這正是他發起此次計劃的初心所在。
招什麽人:要對數學有興趣,勇於在真問題上探索
《招生辦法》:“崇尚科學、身心健康、成績優秀、表現出突出數學潛質和特長並有誌於終身從事科學研究的全球中學生”是此次計劃的招生對象。在年齡上,計劃麵向內地招收高中一、二年級學生,特別優秀的初中三年級及高中三年級學生;麵向海外招收十、十一年級學生,特別優秀的九年級及十二年級學生;當年度已被錄取的清華本科新生也可申請。
事實上,國內高校針對拔尖人才培養開設教育“特區”早已有所實踐。清華大學就是先行者之一,早在2009年就推出了“學堂人才培養計劃”,設立了數學班、物理班、計算機科學實驗班等若幹“人才培養特區”。而此次數學領軍計劃引發多方關注,在於它比此前所有的拔尖人才培養特區更為特殊。
對比以往的拔尖人才培養計劃發現,這種特殊主要體現在以下三點:一是招生年齡前移,特別優秀的初三學生即可報考。二是打破招生地域類別,統一標準、麵向全球攬才。三是跨越高考限製,直接組織招考,區別於以往學堂班在校內二次選拔招生的模式。
為什麽要如此設計?拔尖創新人才培養是越小越好嗎?
“為什麽要小孩子?因為他沒有一些先入為主的、墨守成規的觀念。我發現不少大學生或者研究生,滿腦子就是固定地跟著人家走,有一種瞻前顧後的心態:怕交不上卷子、完不成課題、畢不了業。相反,小孩子不會有這些雜念、顧慮,會更勇於在真問題上探索。”丘成桐坦言,把招生對象放寬到初三年級,除了數學與其他學科相較,是一門“早熟的學科”之外,這種“無所顧忌”也是他更為看重的學生素質。
而對於“麵向全球招生”,丘成桐則表示是希望打造一個開放、包容的學習環境,找到那些可以攪動學習、科研生態的“鯰魚”:“大到整個科學,小到數學學科,不同地方有不同的特點、不同的風氣、不同的科學走向,比如俄羅斯看重具體的計算,法國人對數學的想法很抽象。有外國的學生和學者在都是有好處的,這會給中國的學生帶來很多不一樣的東西。”丘成桐說。
100個名額虛位以待,這個優中選優的領軍計劃最看重學生的哪些素質?
“所有做研究的好品質都應當有。一是要懂得考試,雖然不用高考,但事實上我們對這些學生的考試會更嚴格也會更難。二是對數學真正有興趣。三是要能夠坐下來、肯下功夫。當然,為了更快為國家培養出人才,這些孩子必須要有很好的數學基礎,這是必要條件。”丘成桐說。
怎麽選拔:入圍要連闖七道關卡,絕不考偏題怪題
《招生辦法》:入選數學領軍計劃,考生需要連闖初評、綜合測試、專業測試、體質測試、入圍認定、確認和預科培養七道關卡。其中,綜合測評環節考察中英文閱讀、數學和物理。專業測評環節考察中學數學全部內容、微積分、線性代數、群與群作用的基本概念,以及非固定形式的開放性內容。
“招生名額不設國際國內和年級分配比例,而是按照統一標準,嚴格按照寧缺毋濫的原則擇優選拔。選拔既考查學生多學科的綜合素質,又考查學生在數學方麵的能力和水平,同時也十分重視學生的德智體美勞全麵發展情況。清華將專門設立由丘成桐先生領銜的招生評審專家委員會進行考核選拔,所有選拔環節全程接受紀委監督,確保公平公正。
大師坐鎮、關卡密集、層層選拔,考生需要做哪些準備?
“雖然考核嚴格難度不小,但我們絕不會考偏題、難題、怪題。”丘成桐告訴記者,這是數學領軍計劃選才最重要的原則之一。“我們考察的是那些真的有內容的問題,能夠帶領學生在宏大的數學學科中向前走的問題。我們不會去找很刁難的題目,因為這沒有意義。一句話,我們要考的是你需要曉得的東西,在數學學習和研究中,這樣的好東西很多。”丘成桐說。
如何培養:新設書院,學術大師授課,定製數學史和科學史課程
《招生辦法》:成立書院,采用“‘3+2’+3”培養模式,從本科連續培養至博士研究生階段。“3+2”階段學習期間不得轉入其他專業。
“數學等基礎學科對於一個國家的科技創新能力具有突出的支撐作用。選拔具有突出稟賦和強烈學術誌趣的青少年,通過學術名家和優秀學者的授課指導,在接受基礎訓練的同時充分接觸學術前沿,較早養成研究能力,對於創新人才的養成是一個有益探索。”清華大學副校長彭剛表示,“此次數學領軍計劃與學堂計劃一脈相承的一點,就是最優秀的學者在最優秀的學生身上下最大的功夫,培養未來的拔尖創新人才。”
8年,是丘成桐數學領軍計劃為這批將被精挑細選的孩子勾勒的一條頂尖數學家成長之路。
丘成桐對這8年有著清晰的任務分解:“前3年數理基礎課程學習,第4、5年科研訓練;博士階段‘3’,要進行職業科學家學習訓練。”到了第8年博士畢業時,他希望這些孩子的博士論文達到世界頂尖水平:“可以投稿到全世界最好的雜誌去,做到‘引流’的研究。”
為了達成目標,一流的師資和課程成為數學領軍計劃的重中之重。
書院式培養、因材施教和開放交流是計劃培養的三大要點。清華將新設書院作為計劃人才培養單位,學術大師直接授課,定製數學史和科學史課程,強化專業研討和論文訓練,引導學生開展前沿研究,吸納學生參與應用項目。同時,邀請國際著名科學家授課、講座及進行論文指導等教學活動,選派學生到國外一流大學和科研機構學習交流。
“現在我們很多學生,沒有看到第一流的學者是怎麽做學問的。好老師不能隻懂得教書,要能帶領學生走出一條科研新路。他必須正在從事一流的研究、走一個深的方向,學生在旁邊看著你的科研走勢、方向,在得到科研方法訓練、科研品味熏陶的同時,有一個典範、‘背影’的作用。”丘成桐如此描述他將構建的教師隊伍。
在課程設計方麵,清華方麵也有縝密的構思。
“領軍計劃的這群孩子,我期望能夠胸襟更大,不隻是進行數學單學科的培養。這20多年來,數學發展受物理研究影響很大,四大力學是必學的。”丘成桐告訴記者,文學、體育等課程也將登上學生的課程表。而在眾多課程中,他尤為看重兩門課,“一個向前看,一個向後走”。“一是要教數學曆史,讓學生懂得曆史上數學家都做了什麽重要的工作,我可能會來教這門課。二是要教數學學科的最新走勢。”
彭剛介紹,為了培養出這樣“胸襟更大”的領軍英才,清華會在教學組織和課程體係等方麵更多地考慮融合清華的辦學傳統和國際頂尖數學人才的培養經驗,高度尊重丘成桐先生的人才培養理念。
報名截止時間為2021年1月19日
3月下旬: 清華將公布入圍認定結果
4月至6月:經過層層選拔的學生將接受預科培養和考察