钱学森与中国科大近代力学系的建立与初期发展 思想中关于人才培养的理念,从办学理念、培养目标、教学计划等方面探索了“技术科学家”的培养路径,成为中国科大的一项办学特色 关键词中国科学技术大学近代力学系 钱学森 人才培养 力学思想 一前言 中国科学技术大学近代力学系创建于1958年建校伊始,建系之初称“力学和力学工程系”,1961年改称“近代力学系”,以培养国家急需的尖端科技人才为目标建系之后,系主任一职由发起和创办科大的主要成员之一——钱学森担任,直至1978年在建系过程中,钱学森把“技术科学”思想融入到近代力学系的人才培养目标、教学计划、课程设置当中,形成了“理工结合”的技术科学人才培养体系,在中国“技术科学”理论化过程中起了非常重要的作用 中国科学院力学所、中国科学技术大学档案馆保存了一些钱学森与科大建校的档案资料,如钱学森参与制订教学计划的会议记录、《火箭技术概论》的备课手稿、讲义以及当年钱学森与科大有关领导的书信等,都为研究钱学森与近代力学系的创办提供了良好的史料基础另外,亲历者特别是近代力学系师生如童秉纲、尹协远、黄吉虎、张瑜等,回顾了钱学森在创办近代力学系过程中的办学理念、课程设置、人文关怀的点点滴滴。
应该说,前人在钱学森及其科学思想的研究方面已经成果颇丰,作为钱学森一段重要的工作经历——在钱学森与科大这一专题中,亦有不少回憶和纪念性文章但是,很少有人基于近代力学系存有的材料对钱学森从力学人才培养的角度加以研究本文在前人研究的基础上,尝试以钱学森与科大近代力学系为研究对象,通过对现有档案等各种史料的梳理,对钱学森的“技术科学思想”在近代力学系的实践及其效果进行研究 二酝酿创办科大力学系的背景 力学作为工科专业的基础学科,是自然科学与工程技术之间的桥梁,是航空航天、机械工程、土木工程等诸多工程技术的基础,可以说一个国家的力学水平在很大程度上体现了一个国家的工业实力1949年之前,中国仅在如机械、土木、水利等工科专业里开展力学课程,没有专门培养力学人才的专业和研究机构,力学人才和研究基础都非常薄弱中华人民共和国成立后,由于中国工业现代化和国防现代化建设的庞大需求,近代力学学科的重要性尤为凸显 特别是在1956年国家制定的《一九五六——九六七年科学技术发展远景规划》(以下简称“十二年科学规划”)中,原子能和火箭技术被列为尖端技术为此,围绕基础学科规划的部分,十分强调力学学科的发展,确定了发展空气动力学、建立物理力学等学科以支援航空工业发展的目标。
并且,为了保证大量工程建设在理论上的要求,如固体力学、流体力学等学科均成为重点发展的学科(页147-158)也就是说,力学的重要性被国家科技战略提到了前所未有的高度然而,学科基础的薄弱和国家需求之间的巨大差距,随即被钱学森等力学专家们所认识到此时“力学研究所高初研究员86人,全国能称得上第一流的(具有世界水平)力学专家仅五人,北大办的力学专业每年毕业的仅40余人,过一两年后连同其学校的毕业生亦不过300人左右这样的人才状况显然不能满足国家工农业生产发展的需要,特别是十二年科学规划提出的科学任务对力学专业人才的巨大需求” 1958年,在全国“大跃进”形势的推动下,力学所提出了若干以任务为目标的发展方向,并按“上天、人地、下海、服务工农业生产”这四个方面的要求组织研究工作同时,我国“两弹”研制任务正处于起步阶段,因此中国科学院更急需大批优秀的科研人才这样,在钱学森、郭永怀、严济慈等科学家的建议下,趁着“教育大跃进”蓬勃开展的形势,中国科学院院党组于1958年5月9日向聂荣臻和中宣部呈送了由中国科学院开办大学的请示报告后来,钱学森在写给朱清时的信中也提到了这一背景:“回想40年前,国家制订了12年科学技术远景规划,要执行此规划需要科学与技术相结合的人才;航空航天技术是工程与力学的结合,所以成立了中国科学技术大学。
页102)中国科学技术大学近代力学系的创办就是在这样的背景下酝酿的 三科大力学系创办动议与办学理念 事实上,为了落实十二年科学规划中与力学相关的发展计划,从1957年开始,中国科学院与高等教育部已经合作在清华大学创办了工程力学研究班随后,大连工学院、交通大学、哈尔滨工业大学等工科院校以及复旦大学、中山大学等综合性大学相继创办了力学系或者力学专业那么,钱学森等人为何建议要建立一所全新的学校和学系?建立中国科学技术大学近代力学系的必要性又在何处?这可以从国家需求和高等教育体系两个方面来分析理工结合是现代科学技术发展的趋势 从20世纪初期开始,科技的各个领域都有了突破性的进展,特别是第二次世界大战后,在各国对高科技的迫切需求下,科学基础理论转化为工程和技术应用的周期大大缩短到了20世纪中期,科学和技术在相互刺激中迅速发展,逐步趋向于统一的科学技术体系一方面,技术发明越来越依靠科学,在很多领域,基础科学的研究已经到达完整的阶段,其理论基础不断为技术的进步开辟新的方向,并且以更快的速度向应用开发和产业化方向转化另一方面,现代科学的进步有赖于技术装备的支持就当时国内的情况来看,随着第一个五年计划任务的提前完成,国家进一步提出了“向科学进军”的号召。
从经济发展上看,长远经济目标的实现有赖于科学技术的发展;而受国际政治环境的影响,是否能在短时间内掌握与国防相关的尖端科技关乎国家安全,这对当时还很薄弱的科技工作提出了很高的要求 十二年科学规划的制定把国家对科技发展的要求提上日程,旨在尽可能迅速地补足国家最短缺的国防建设急需的门类,迅速赶上世界先进国家科技水平,并坚持“重点发展,迎头赶上”的方针其中,国家在高技术产业和国防事业急需的科技,如原子能技术、航空航天技术、计算机、自动化等的发展都需要理工结合的人才在继承哥廷根应用力学学派思想和长期从事科学研究与教学工作后,钱学森较早地认识到这一点在他看来,20世纪科学发展的趋势导致世界工程技术发生了革命性变化,尤其是二战期间导弹、高速飞机、雷达、核武器等重要武器装备的发明和使用,从根本上改变了人类生产与战争的面貌这些重大发明与以前的发明创造有着明显的区别,它们不是依靠工程实践积累和经验判断设计出来的,而是需要数学、力学、物理学等理论科学作为设计依据,是科学家和工程师密切合作的产物在这个认识的基础上,钱学森提出了“技术科学”的观点,他指出技术科学是一个科学研究领域,是自然科学与工程技术结合的产物,他的研究对象是工程技术实际中具有共性和规律性的问题。
他提出:“能够综合自然科学和工程技术、要产生有科学依据的工程理论则需要另一种专业的人而这个工作内容本身也成为人们只是的一个新部门:技术科学由此看来,为了不断地改进生产方法,我们需要自然科学、技术科学和工程技术三个部门同时并进,缺一不可这三个部门的分工是必需的,我们肯定地要有自然科学家,要有技术科学家,也要有工程师尤其直接服务于工程技术的应用力学,想要在航空航天等关键领域取得突破性的成就,技术科学家是不可或缺的而在当时中国的高等教育体系中,技术科学家作为人才培养的缺门,急需一所大学来探索其培养模式 高等教育人才培养目标中的缺失 1952年院系调整之后,我国按照苏联模式重塑了高校教育体系,其方针是整顿和加强综合型大学,以培养工业建设人才和师资为重点,重点发展工业院校尤其是单科性的专门学院其特点是高等技术教育得到了加强,工科学校为引进苏联技术提供人才保障就当时的人才培养目标来看,主要是为了适应苏联援助项目所需的师资和工程技术人才,对基础研究的重视不足,而理工分家亦是这次院系调整的一大特点具体从力学学科看,根据苏联大学模式,力学专业是被放在综合性大学的数学力学系内,主要培养具有理科背景的力学人才,如北大数学力学系的人才培养目标(页91)。
而工学院则把培养目标定位为工程师,按照行业或产品设置专业力学学科虽是各类工科专业的必修课程,但由于工业发展急需工程技术人才,工科教育的专业被细化、学制被缩短、相应的基础课程如力学科目也根据专业需求被尽可能压缩和简化这样的培养模式虽然以最快的速度为工业部门培养了工程师和技术人员,推动了工业的快速发展,但也导致了工科学生在基础学科上的薄弱李佩教授在回忆科大建立时谈到了这个问题:“1958年4月,钱老与郭永怀先生、杨刚毅先生一起在北京西山讨论中国科学院力学研究所应承担的12年科学技术发展远景规划纲要任务时,都感到力学研究需要一批新型的、年轻的科技人员郭先生是力学所的副所长,杨先生是力学所的党委书记,他们都感到近年来分配到力学所的大学毕业生使用起来不称手,北大的偏理,清华的偏工,而急切需要的是介于两者之间的科学技术工作者,也就是需要一批介于科学家和工程师之间的人才页460)因此,利用中国科学院的自身优势创办一所培养理工结合的尖端科技人才的新型大学,是中国科学院许多科学家们的共同期望 从这两点来看,中国科学技术大学的建立并非是教育革命浪潮中的即兴之作,而是在考虑到当时高等学校人才培养目标和国家对人才需求中间的盲区而建立的一所极具特色和时代意义的新型大学,是钱学森的技术科学思想与国家需求不谋而合所产生的火花。
四钱学森技术科学思想在近代力学系培养模式上的实践 建系之初,钱学森即按照“技术科学”人才培养思想制订近代力学系的人才培养目标和培养计划在当时的条件下,钱学森提出,“理”的方面要像北大那样,“工”的方面要像清华那样的目标为了实现这样的目标,在创系过程中的难题如专业如何设置、课程如何开设、甚至任课教师,都有钱学森的意见和建议钱学森在近代力学系开设了四个专业,分别是高速空气动力学、高温固体力学、岩石力学及土力学以及化学流体力学这几个反映力学学科发展方向的专业他亲自为近代力学系的1958级学生制订了教学计划,提出的培养目标是:“一个技术科学工作者的知识面必然是很广阔的,从自然科学一直到生产实践,都要懂得为此,他从课程设置的多个重要方面做出了与其他高校不同的尝试重视理论基础课与技术基础课 1959年5月26日,钱学森在《人民日报》发表文章《中国科学技术大学的基础课》,详细阐述了学习基础课的意义、内容和学习的方法他认为,中国科学技术大学基础课除了公共基础课之外,还可以分为理论基础课和技术基础课两个方面,这样的安排是基于科大力学系的“技术科学”人才培养目标,“科技大学的学生将来要从事于新科学、新技术的研究;既然是新科学、新技术,要研究它就是要在尚未完全开辟的领域里去走前人还没有走过的道路,也就是去摸索,摸索当然不能是盲目的,必须充分利用前人的工作经验”。
前人的工作经验即成熟的基础学科体系中国科学技术大学是为我国培养尖端科学研究技術干部的,因此学术必须在学校里打下将来作研究工作的基础”,新科学、新技术的研究要求“理工结合”的人才,理论和技术并重是力学系课程的一大特点 以高速空气动力学和高温固体力学两个专业为例(表1),两个专业的基础课内容和学时是一致的,主要分为基础理论和基础技术两个部分,基础理论主要包括高等数学、普通物理和普通化学强调基础学科,是因为力学作为技术科学中的典型学科,是根植于基础学科之上的,主要是以物理学的基本理论为指南,以数学为研究工具的,物理学为力学提供了最基础、最根本的原理,而数学是力学研究中不可或缺的工具与手段,技术科学是工程技术的理论,有它的严密组织,研究它就离不了作为人们理论工具的数学,这个工具在技术科学的研究中是非常重要的,每一个技术科学的工作者首先必须掌握数学分析和计算方法因此,在科大建校的第三次系主任会议时,就重点讨论了关于基础课学时的分配问题,高等数学分两个类型:第一类型学习两年半,430学时;第二类型为一年半计260学时,力学系即与应用数学和计算技术系等系一起被归为第一类。