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1、郑泉水 清华学堂人才培养计划“钱学森力学班” Tsien Excellence in Education Program (TEEP) 开放式的创新人才培养 “Tsien Hsue-Shens question”: Why do our schools always fail to nurture outstanding talents? How to educate the next generations: New answers to a long-lasting global challenge “ For more than 100 years, the lack of school
2、 management methods has been the cause of countless complaints. But it has been only in the last 30 years that efforts have been made to find a solution to this problem. And what has resulted? Schools continue exactly the same as before“ John Amos Comenius, 1632 “钱学森之问”：为什么我们的学校总是培养 不出杰出人才？ 清华学堂人才培养
3、计划 (2009年8月启动) Inauguration (14 April 2012) 清华学堂班首席教授 数学班（20）：丘成桐 物理班（20）：朱邦芬 信息班（30）：姚期智 钱学森力学班（30）：郑泉水 生物班（20）：施一公 化学班（20）：张希 钱学森班的特殊定位 工科基础：以力学、物理、数学等为主要基础 ，面向清华全体工科 发明创造：以培养具有突出的发明创新能力的 人才为主要目标 培养模式：开放式的创新人才培养 综合素质：以学生为主、对学生的综合素质要 求高 力学？ H. Rohrer（1986诺贝尔物理奖）诺贝尔物理奖）: 力学力学=物体的运动和变物体的运动和变 形形” “Mec
4、hanics understood as the motion of mass and the deformation of its arrangement”： 第一项使命第一项使命: 科学与技术的基础 牛顿力学、电动力学、相对论、量子力学 第二项第二项使命使命: 理科与工科的桥梁，工程科学（钱学森）， 帮助工科实现定量化、可设计、优化 Mechanics = Mechanical + Mechanism 固体力学 飓风“桑迪” 一天内释放的能量，够全美国一年之用 流体力学 摩擦、磨损和超润滑 全世界约全世界约1 1/ /3 3的一次性能源由摩擦过程消耗的一次性能源由摩擦过程消耗 约约8080
5、% %的机器零部件失效是由磨损造成的；工业发达的机器零部件失效是由磨损造成的；工业发达 国家每年因摩擦磨损造成的损失约占国家每年因摩擦磨损造成的损失约占GDPGDP的的5 5% %- -7 7% % 随着随着纳米技术纳米技术的发展的发展，制造领域呈现超精密化和微型制造领域呈现超精密化和微型 化趋势；由于比表面化趋势；由于比表面增大增大，摩擦磨损常成为瓶颈问题摩擦磨损常成为瓶颈问题 9 汽车发动机 微马达 微马达控制器 降低摩擦和磨损，是我国发展创新和降低摩擦和磨损，是我国发展创新和 绿色产业的最关键性的挑战之一绿色产业的最关键性的挑战之一 最新进展 10 采用了一个独特的实验技术采用了一个独特
6、的实验技术，本项目组郑泉水等本项目组郑泉水等 ( (20122012,PRL),PRL)：首次实现了大至首次实现了大至1010微米见方的石墨间的微米见方的石墨间的 结构超润滑结构超润滑。接触面积比已知的接触面积比已知的大了大了7 7个量级个量级。 石墨自缩回运动现象 郑泉水等（PRL， 2008) 微米尺度结构超润滑实验 郑泉水等（PRL, 2012) http:/ Anti-icing Cao L., et al., Langmuir (2009). Self-cleaning Some applications Oil 12 Stage Energy Recovery Primary oi
7、l recovery rock and fluid expansion 3-5% Secondary oil recovery high pressure water or gas 30-40% Tomorrows Mechanics Bridging tomorrows Engineering and Science Biggest Challenges in 21 century Multidisciplinary S曲线 Ideas or Number of scientists Phase 1,2 Phase 3,4 Phase 5,6 new ideas can die,are ve
8、ry lonely social recognition, mature Standard- ization, old/die 创新=核心竞争力， IBM互锁S曲线 IBM公司最初生产商用打孔 机，占据了该市场。 在其他公司开始大规模制造 商用打孔机时，公司放弃了 该市场，开辟占领了电子计 算机市场（第二个S曲线）。 当其他公司研制电子管计算 机时，公司又转入研制晶体 管计算机。其他公司开足马 力生产大型机时，IBM公司 又转入研制个人小型机，从 而冲开了第三个S曲线。 敢于革新、拼搏和冒险，在 领先时间内获得持续的核心 能力是IBM成功的关键。 创新想法的夭折 创新力最本质要素：兴趣、好奇心
9、、想象力和洞察力。 创造力既不同于智力，也异于知识；但很多人误认为知 识越多、就能力越高、创造力越强。 人一生的生命力，是一个由弱到强、鼎盛、再逐渐衰弱 的过程。类似的，创新想法诞生初期往往很脆弱，有不 少毛病和缺点；革命性的新想法甚至让人感到疯狂。因 此，新想法在初期往往是孤单的、容易夭折。 在中国，学生常常处于被动甚至无奈的学习和研究中， 不许犯错，缺乏创新实践的环境；导师则表现得更像上 司，是威权、是命令，而不是引导者、呵护人。 英国剑桥大学卡文迪什实验室 自1871年成立以来共培养出了33位诺贝尔奖获得者 卢瑟福教授培养出了历史上最多的诺贝尔奖获得者， 达11位。卢瑟福培养人才的主导思
10、想，即“尊重和相信 助手和学生的志趣和内在潜力，让他们自己在条件和 环境允许的范围内做出自己的选择，提出自己的想法 和做法，然后加以诱导，创造条件使他们的积极性充 分发挥，从而做出成绩来”。 文化和传统中还包括：按原创性能力选择和培养人才 ；因材施教；授人以渔；自己教育自己；自主选题和 导师指导；自己动手制作仪器和做实验；以科研带教 学，将研究精神注入教学等。 知识的三重境界 好奇心与生俱来，但往往随着知识和年龄的增长而减 弱；想象力和洞察力可后天培养，需要知识的承载。 但需要什么类型的知识呢？ 对创造性具有决定性影响的不是知识的量，而是对知 识理解的深度以及知识经验的组织方式。只有“活”的知
11、 识才有助于学习者以新颖的方式理解和解决问题，“死” 的知识反而会束缚学习者的思维。 知识有三重境界： 信息（Information）：我了解到了； 技能（Skill）：我能够应用信息解决问 题（习题、实际问题）； 态度（Attitude）：成为我的可发挥自如 的一部分，得以创造新的知识。 因材施教，“授人以渔” 学习方式的转变： 被动且痛苦地学习 主动、并快乐地学习 自主、有挑战性的学习 通过研究以及团队协作去学习 通过研究去学习，是效率最高的学习方式，不 仅可以最大程度地调动起学习的能力和激情， 并且通过研究学习到的知识，容易达到最高境 界 Carl Wieman: Why not to
12、try a scientific approach to science education. 钱学森班培养流程 钱班顾问会 2012年夏天主要讨论者 法国巴黎交叉研究中心主任F. Taddei教授， 英国伦敦纳米中心主任G. Aeppli教授， 有着碳纳米管之父称誉的日本M. Endo教授， 挪威技术大学张志良教授， 瑞典Jnkping 商学院院长J. Roos教授， 美国Sage Bionetwork总裁S. Friend博士， 美国加州理工学院叶乃裳教授， 美国Rice大学B.I. Yakobson教授， 美国麻省理工学院的R. Abeyaratne教授、 美国UIUC负责交叉研究的校长
13、助理夏焜教授 ， 法国巴黎高工D. Quere教授， 英国剑桥大学A. Nathan教授， 清华大学微纳力学中心的徐芦平副研究员、F. Grey教授和陈常青教授等多位同事。 举措1：学制和本/硕/博课程统筹设置 现有体制（现有体制（9 9年制）年制） ： 钱班体制（钱班体制（8 8年制）：年制）： 3 3年基础年基础+2+2年以研究带专业年以研究带专业+3+3年研究年研究 前前5 5个学期完全是基础，加强人文素质教育，后个学期完全是基础，加强人文素质教育，后3 3个个 学期仍以基础为主，以研究为引导专业教育为辅学期仍以基础为主，以研究为引导专业教育为辅 动态流动机制（两次分流、三个出口），淡化
14、学分动态流动机制（两次分流、三个出口），淡化学分 积，实施全程导师制等积，实施全程导师制等 举措2：核心课程模块化设置 通过数学、科学、力学与工程课程等模块（理论、计 算和实验）的总体设计和实施，提高课程的系统性、 衔接和效率，提供因才施教、个性化发展的空间，鼓 励并强化自学，训练综合创新和团队协作精神。 通过对人文与社会科学课程模块的充实和实行导师制 度，培养学生积极、平和、宽厚、坚韧的心理素质， 强化写作、表达和交流能力，开启宽广的国际和历史 （四维）视野，了解社会、政治、经济、艺术和法律 。 措施3：聘请优秀教师、实现教学方式的变革 充分利用清华和中关村地区十分丰厚的名师和教学资 源，聘
15、请最合适的教师； 对核心课，小班授课、大量增加师生互动和研讨； 将学生不难自学的内容主要交给学生课外完成，训练 自学能力，授课主要针对重点、难点进行； 引导学生对历史上的重大创新进行再现，以养成批评 性思维、培育创新能力、形成良好的创新价值观、体 验实现重大创新过程的艰难与喜悦。 措施4：搭建更高平台 “名师出高徒”，“时势造英雄” 与美国加州理工、哈佛大学、麻省理工、西北大学、 布朗大学；英国剑桥大学等国际顶尖大学，建立合作 培养关系（聘请国外专家来清华开设核心课程，选派 钱班学生到国外中短期学习和开展合作研究） 与国家重大工程建立联合培养关系 哈佛大学校园和J.R. Hutchinson教授夫妇 剑桥大学 中国载人航天 例子：永久不破的泡泡 杨锦 Permanent bubbles http:/ v=XEs6pwZPXPw soap bubble 杨锦极其兴奋地、没日没夜地进行 实验、阅读、检索和建模。他的一 次综合报告甚至让我产生了一种感 觉：他进行该项研究半年所积累的 知识和建
