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科学智慧火花

钱学森(1911年12月11日-2009年10月31日 / “中国导弹之父”)

籍贯:浙江省杭州市临安县

院校:加州理工学院

成就:“两弹一星功勋奖章”、国家杰出贡献科学家

 
钱学森:“掌握现代科学技术体系,培养理工文艺结合的全才”

钱老提出的“现代科学技术体系”包括所有通过人类实践认知的学问。按照目前知识体系的认识,可以暂分为11大部门,即:自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、思维 科学、人体科学、军事科学、行为科学、地理科学、建筑科学以及文艺理论等。“这是个活的体系,是在全人类不断认识并改造客观世界的活动中发展变化的体系”。相应地,教 育要培养的人才应当:1.熟悉科学技术的体系,熟悉马克思主义哲学;2.理、工、文、艺结合,有智慧;3.熟悉信息网络,善于用电子计算机处理知识。这样的人是全才。”在钱老 看来,“21世纪的全才并不否定专家,只是他,这位全才,大约只需一个星期的学习和锻炼就可以从一个专业转入另一个不同的专业。这是全与专的辩证统一。这样的大成智慧硕士,可 以进入任何一项工作。以后如工作需要,改行也毫无困难。当然,他也可以再深造为博士,那主要是搞科学技术研究,开拓知识领域。”同时,在纵向结构上,人类知识体系又可以区分 为:基础科学、技术科学、应用技术三个层次(文艺理论的层次的划分略有不同)。三个层次之间是相互关联的。科学技术三个层次之间的关系与影响是双向的、统一的。又是相互渗透、相互 促进的,在理论研究和工程实践中谁也离不开谁。而“哲学作为科学技术的最高概括,它是扎根于科学技术中的,是以人的社会实践为基础的;哲学不能反对、也不能否定科学技术的发 展,只有因科学技术的发展而发展。

 

钱学森先生引领的成才之路

                               ——学习,研究,弘扬钱学森教育思想与教育实践

                    作者:张瑜,中科院大学教授,钱学森在中国科大近代力学系的第一届学生

一、钱学森亲自制定教学计划,聘“中科院的大炮”授课

钱学森先生一向重视教育,重视对人才的培养。直到他的晚年,他最牵挂和思虑的,仍然是教育和人才培养的问题。

钱先生并不因肩负国家两弹一星和航天工程重任,工作繁忙而放松对中国科大力学系的领导工作。他科学地、富于远见地确定力学系的办学方针,精心安排教学计划、教学内容和师资力量,工作做得非常深入,细致,到位。其中给我们印象最深的有以下两点:

1. 教学内容要做到理与工的结合,科学与技术的结合。他指出,对学生在业务方面的培养目标,应当类似于“研究工程师”(即:有科学研究能力的工程技术人才;或者说,是具有一定工程技术才能的科学工作者。)他认为未来科学技术的发展,特别是尖端科学技术,要求理与工的结合,科学与技术的结合。

钱学森先生在中国科大授课

以钱学森为代表的一批科学家,他们以自己创办的中国科大为实现教育创新的空间与平台,实践着一条比较成功的人才培养之路。

2. 为了达成上述培养目标,钱学森先生使课程设置有利于学生打好坚实而又宽厚的基础,既包含较深厚的科学理论方面的基础,也包含如工程制图、材料力学、机械原理等必要的工程设计基础。他认为科学技术的发展不可避免地将会是多学科的相互交叉与渗透,如果基础薄弱或者过于单一,将严重影响科技人员综合运用知识的能力,以及根据工作需要,跨越学科界限开展工作的能力,进而阻碍科学的发展与技术创新。

钱学森先生的另一重要举措是:聘请和安排一流的,顶尖级的科学家为学生们授课。为什么这样做?他在《人民日报》上发表的 “中国科学技术大学的基础课”一文中有精辟论述。

他本人也身体力行,在大学四年级时亲自为学生授课。

二、聆听钱学森先生讲授“星际航行概论”课

这门课共计45个学时,分十三讲,每讲3学时,一个学期讲完。

钱先生授课时总是面带笑容,和蔼、谦虚,充满友善,同时也蕴含着坚定,刚毅与自信。无论从内容的先进性,前瞻性,到丰富的信息量,还是从逻辑的严谨,语言的简洁、准确和运用技巧,到工整、漂亮的板书与书法,均令人赞叹!钱先生的授课,杰出科学家与优秀教育家的风范并存,极高造诣的科学成就与极优良的教学法兼备。听他的课是学习,又是享受,从中我们还能学到许多课程本身以外的东西。

这门课的第一次是在1961年的9月18日,最后一次是在1962年的1月8日。1963年我们听课的每位学生都得到了他赠送给我们的一本书,即他这门课的讲稿——《星际航行概论》。半个世纪了,他送给我的这本书我始终完好地珍藏着,不弃不离。

三、钱学森先生亲自指导我们的科研活动,研制小火箭

为了培养我们的创新精神与创新能力,以及理论联系实际的作风与学风,钱先生还亲自指导我们的科研活动——研制小火箭。

1960年2月钱学森先生在玉泉路中国科大力学系办公室召集火箭小组部分成员开会。右一为钱学森,钱老身后低头记笔记者是张瑜。

我从火箭小组成立后不久便是它的成员,并在其中兼任秘书组组长的职务。经历了非常艰苦的努力、反复摸索与多次试验,在入校后接近百天的时候,我们把长约1米,箭体直径约10厘米,以无缝钢管和中碳钢为固体燃料发动机壁面和超音速喷管材料,内装空军歼击机驾驶员座下紧急情况跳伞时用的火药——双基药,铝制外壳的小火箭,发射到约5千米的高度。

1959年5月研制的五只小火箭

钱先生适时地参与并指导了火箭小组的工作。当他了解了小火箭的设计、加工和发射试验的情况后,高兴极了,因为小火箭的研制进展超出了他的预期。他半开玩笑地对我们说:“你们的路子走对了,简直是‘发了科学洋财!’”

对于如何改进设计,钱先生与火箭小组多次座谈,提出具体的意见和建议。小火箭的研发,无论从成果上,还是从育人上都取得了瞩目的,实实在在的成绩。

小火箭的研制较为成熟后,下一步该怎么走的问题摆在我们面前。不少同学出于热情,力主搞大火箭,经调研和论证,作为第一步,我们拟先研制发射高度为75公里的高空探测火箭。钱先生对此并不赞成。他指出,搞大火箭要动用国家的力量,同学们还肩负着繁重的课业学习任务,他建议我们从实际出发,考虑如何将研究成果服务于国民经济建设的问题。并具体地提出,可以与中科院地球物理所及中国气象局合作,以小火箭作为运载工具,把降雨催化剂带到云中炸开散播,进行人工降雨或增雨。经过一番认真和热烈的讨论,他的建议终于使大家心悦诚服。

1960年夏,我们利用近两个月的暑假时间,驻扎在北京八达岭长城附近的山地,运用我们研制的人工降雨火箭,连续做了近两个月的人工降雨试验,取得了明显的成绩和进展。作为研发,经过科学的鉴定,我们已经取得了成功。之后我们把相关资料全部转给了中国气象局,由他们进一步完善和推广。人工降雨火箭的成功不仅在国内,而且在国际上也引起很大的反响。

在钱先生的引领和指导下,我们的小火箭为农业生产和人工控制天气提供了有效的服务,取得了真正意义上的科研成果。同时,这项活动也是重要的育人手段。这种科研实践活动的许多经验至今仍值得我们认真研究,借鉴与发扬光大,钱学森先生始终是这项活动的坚定支持者与指导者。

四、爱国知识分子的杰出代表和光辉典范

钱先生从青年时代起,就是一位具有强烈爱国热情和崇高民族气节的人。青少年的钱学森受到孙中山先生《建国方略》的影响,他希望能像铁路工程师詹天佑那样,为中国的铁路交通做贡献,因此他报考了交通大学,学习设计制造火车头。1932年“1.28”淞沪抗战失败,这件事给钱学森很大的刺激和启示。他目睹了日本空军对中国军民的狂轰滥炸,急切地要为国家民族的强盛出力,钱先生的志趣从造火车头愤而转向设计制造飞机。

1935年他去美国的麻省理工学院,取得了航空工程硕士学位。1936年秋去加州理工学院,师从冯·卡门教授,并于1939年获航空和数学博士学位。

毕业后,钱先生曾分别在麻省理工学院、加州理工学院任教,并在研究领域成就卓然。在反对德、意、日法西斯的二战期间,用冯·卡门的话说:

钱学森“对美国的火箭研究做出过重大贡献”;“他的工作大大促进了高速空气动力学和喷气推进科学的发展”;“他是美国火箭技术领域一位最伟大的天才”。

当新中国诞生的时候,钱学森先生强烈向往返回祖国服务,实现他报效国家民族的初衷和理想。美国海军次长金布尔(Dan Kimball)听到钱学森想回国的消息后,立即电话通知移民局说:“我宁可把他枪毙,也不让他离开美国,他无论如何都抵得上3到5个师的兵力。”

1950年,钱先生就在即将离开美国返回中国时被捕,开始被投入监狱,后遭长期软禁达五年之久。

美国政府对阻挠钱学森回国,剥夺和限制钱先生人身自由一事始终严密封锁消息,后经钱学森夫妇历尽千辛万苦,与美国当局斗智斗勇,在亲属和一些知名人士(如陈叔通等)的协助下,在周恩来总理、王炳南大使等的策划下,开展严正的外交斗争,使钱学森终于摆脱了美国政府的控制,回到祖国这片热土。

他刚回国,有位记者问他:“您认为,对于一个有为的科学家来说,什么是最重要的呢?”他答道:“对于一个有为的科学家来说,最重要的是要有一个正确的方向。这就是说,一个科学家,他首先必须有一个科学的人生观,宇宙观,必须掌握研究科学的科学方法!这样,他在科学研究上的一切辛勤劳动才不会白费,才能真正对人类、对自己的祖国作出有益的贡献。”

 钱学森解决了做人、做事的方向问题,有高尚、正确的人生观与世界观,所以他能够为人类作出有益的贡献。他对自己祖国的贡献有目共睹:在那么困难的条件下,使我国搞成两弹一星,极大地增强了我国的综合国防力,特别是自卫能力,使得世界上没有什么人敢轻易欺负我们,他还成为中国的航天之父。

要问钱学森先生的人生观与世界观是什么?他自己曾坦言:“我的事业在中国,我的成就在中国,我的归宿在中国。”“我作为一名中国的科技工作者,活着的目的就是要为人民服务。如果人民最后对我一生所做的工作表示满意的话,那才是对我最高的奖赏。”

钱学森先生还说过:“我个人仅仅是沧海一粟,真正伟大的是党、人民和我们的国家。”

钱学森先生言行一致,用他的一生,践行了他崇高的理想。

毛主席与著名科学家钱学森在一起

在钱学森先生实际主持中国科大近代力学系工作时(1958-1965年)入学的1千名学生中,涌现了8名院士,9名将军(其中2名中将,7名少将),还有至少375名教授、研究员和教授级高工。这一人才培养突出成就的取得绝非偶然,是钱老培养教育的结果。

让我们学习,研究,弘扬钱先生的教育思想与教育实践,不断以科学发展观创新教育理念,更加卓有成效地培养科学技术的领军人物和多方面的优秀人才,为我国的现代化事业不懈奋斗,创造更加光明,更加美好的明天!

图为本文作者

 

践行钱学森技术科学思想的故事

                        作者:童秉纲,中国科学院院士、中科院大学教授、博士生导师

1961年11月,钱先生找我交待任务。他认为首届学生的数学和力学基础功底当时尚未达标,会影响他们今后的发展,因此决定延长学制半年,集中开设补习数学和经典力学这两门课。指定我负责补习力学,并推荐了参考书。

这是一项棘手的任务,等于炒夹生饭。理论力学表面上已学过,可是不同的学生掌握的程度是不同的,不可能从头到尾再讲一遍;再有,班级的学生水平参差不齐,有很多尖子学生,也有年龄偏大的调干生,如何兼顾?还了解到,大多数学生不赞成延长学制。这事如何是好?我有一个习惯,凡遇到重要的事,就要调研分析,明确办事的理念,以此作为指导思想,方能成功。为此,我读了钱先生推荐的von Kármán和Biot著的《工程中的数学方法》(1940),序言中的下列一段话,使我理解了钱先生的用意。

“将数学应用于工程问题有两种教法:一种是系统地按数学各个分支来讲授,配以适当的应用性习题;另一种是选择若干群具有代表性的工程问题来演示如何应用数学加以求解的办法,本书是后一种教法的尝试。”

这就是技术科学的研究方法,“从实际中来,又回到实际中去”。

此外,根据我讲授理论力学多年的经验,这门课一直被学生视为“理论容易习题难”,考试成绩通常比较差。我们对此也有解决的办法,即通过理论联系实际的组合教学,将书本上的“死的知识”深化为“活学活用”的知识。所以补课之道就是要抓住基本内容的深化,无论学生水平的高低,都会有收获。应该说,我对补课是有信心的,因为我在哈工大教这门课近10年,我曾任过5年的理论力学教研室主任,而且我作为第一作者写的《理论力学》上下册(哈工大理论力学教研室主编)已经出版,我有足够的经验在补课中指点学生将“死”的知识变“活”。

补课是在力学所小礼堂上的,每周2次,每次2学时,200多人听课。我讲课,徐彬和陈铎老师辅导。最花时间的是自始至终都要向学生调研补课前后的学习情况。科大尹协远教授至今还保留着补课的笔记,其中记录了每次上课都留的“课前习题”和“课后习题”。前者是为听课做准备,因为我在课上要作示范性分析;后者是为了继续练习已授课的内容。最终,补课任务是顺利完成了。

在科研活动中,我始终尝试践行钱学森技术科学思想,把它推广到探讨流动物理机理的基础研究课题,用解析或半解析半数值的方法探讨理论结果。但是情况在不断变化,当今面临的物理问题和工程问题涉及到多种因素、多物理系统,越来越复杂,而数值模拟的能力越来越强大,理论分析越来越难。由此引起了近10年来数值模拟手段“唱主角”甚至“唱独角”的现象,而理论分析手段遭到边缘化,甚至被很多人遗忘。钱学森倡导的技术科学旨在创造工程技术的理论,而理论必须有数学表达式,而数值模拟是离散的数学,不能用数学表达,也就不可能成为理论。这是一个隐患,长此以往,如何传之后世?

基于上述考虑,近10年来我们对近空间高超声速飞行器做气动加热研究,致力于创造工程理论,做出了有特色的工作。这里对上述飞行器做些简介。最近《参考消息》连续两天登载出自美国和俄罗斯的报道:中国在12月初发射了高超声速飞行器,今年已有3次试飞,是滑翔式的,飞行马赫数已达到M=10。这种飞行器可用于“一小时打击”对方定点目标,避开对方反导系统跟踪。它的外形是带有尖化前缘构型的升力体,在近空间30~50KM处巡航。这对热环境和热防护提出了新问题,即尖化前缘气动加热与稀薄气体效应和非平衡真实气体效应是什么关系。

本人和鲍麟副教授(副导师)、姜贵庆研究员(兼职导师)指导的博士生王智慧,完成的博士学位论文《尖化前缘气动加热受稀薄气体效应和非平衡真实气体效应的工程理论》(2011),是采用模型理论分析的手段完成的。其简化模型是头部不同曲率半径的小钝锥处在高超声速对称来流中。要解析求解头部驻点的热通量,并给出它与不同的气体稀薄度,与不同的气体离解非平衡度、复合非平衡度相关的桥函数。通过理论论证,导出了分别衡量这些稀薄度和非平衡度的流动判据,并给出了相应的桥函数的解析表达式,最终给出了这些参数耦合作用的桥函数,从而可以估算出多因素作用下的热通量,并通过了验证。

这项研究表明了钱学森技术科学思想关于创造工程理论的论述在当今仍能实现。对于这一成果在学术界和工程界都有反响。

在学术界有下列反响:

(1)关于本项研究中的稀薄气体效应,本人申请到了国家自然科学基金“近空间”重大研究计划中的培育项目#907160811,在2010年结题后,被专家组评为“突出进展”,给予继续资助3年的奖励,即今年要结题的培育项目#91116012;

(2)该博士论文在答辩前进行专家评阅时,受到了包括3位中科院院士在内的专家的好评:“高度挑战性的问题……高度原创性的工作……”、“给出了原创性解析理论结果”、“难得一遇的高质量博士学位论文”。

(3)被选入中科院2013年百篇优秀博士论文;

(4)被Springer出版社在国际上遴选进入Recognizing Outstanding PH.D. Research,作为Springer Theses出版,每年100篇左右,现已出版。

该项研究也被航天工程界所关注和支持:

(1)国内两个航天重大专项均在基础性研究项目内吸收我们参加;

(2)本人受邀到下列多个研究院所做报告,其中重点介绍了该项研究的有关内容:

2010-03-26,航天三院3部“空气动力高层研讨会”邀请报告;

2010-07-25,航天一院10所邀请报告;

2011-03-24,北京大学“现代工学论坛”邀请报告;

2012-03-30,航天空气动力技术研究院邀请报告;

2012-09-02,“第6届全国高超声速前沿问题研讨班”邀请报告。

 

图为本文作者

 

旗杆与金字塔

                 作者:麻柏坤,中科院大学教授、钱学森在中国科大近代力学系第一届学生

理工结合这是中国科大整个的教育思想,重视基础,也是以钱先生为代表的一大批杰出的科学家共同的思想。课程设置是重基础的,尖端科学好比旗杆,旗杆要立得住基础要结实,底下不结实旗杆是要倒的,所以我们的基础知识比较宽厚。数学,物理的教学大纲我们使用的都是甲型的教学大纲,要求是最高、最深的那种。化学要求稍微低一点,但也相当不错。工程制图,材料力学,机件原理,电工电子学,非电量电测法这些我们都要学。最新的基础知识我们也要学,比如当时电子计算机在世界上还是很时髦的东西,我们就设有计算机原理课,而且还有上机实习。

专业课要达到很高的程度,这就呈现为旗杆式。我们高速空气动力学专业就要学习理想气体动力学,边界理论,高超声速空气动力学。在实验方面,高温、高速实验设备都要用上。高温下介质发生变化,空气成分也变化,出现带电离子。这时方程大大复杂化。开始学的较深厚的物理、化学基本概念对于分析复杂现象就很有用了。高速空气动力学实际上是为高速飞行及航天服务的。我们还学习了稀薄气体动力学,那是人造卫星所处的气体环境。在那个环境下分子的平均自由程很大,有时要比飞行器的几何尺寸还要大许多。

第二,我要谈的就是理工结合,我们要有工程方面的知识,包括工程方面的基本技能与概念。要跟搞理论的人,搞工程的人都有共同语言。我们还要有实验的思想,要能够把实验设备做出来,并开展实验研究。

另外一点,钱先生一直跟我们强调,即搞研究,你一定要到现场去看,要有工程的概念。比如一个轴能够承受多大的扭曲,你要有一个工程方面的基本概念和估算。搞研究的时候不能离开实际,这点很重要。

钱先生对于学生的实践教育环节是非常的重视的。当时我们力学系有两个组,一个是火箭组,还有一个仪器小组。我开始在仪器小组。仪器小组搞一点科学仪器的研制。我们的一个项目是做计算尺。在50年代的时候,计算尺是每一名工程师手上很重要的计算工具,类似于现在大家桌子上的计算机那样。好的计算尺可以拉到三位有效数字,在一般工程上当时就够用了。我有一点木工的技术,我就来做计算尺的身子,有的同学到旧家具店去,买一些旧的木材,不会变形的,拿来加工后使用。计算尺的面板怎么做呢?就要找一个比较好的计算尺,把它的面板用相机拍摄下来,洗出照片,作为我们的计算尺面板。当时我们组一位同学,就跑到钱学森先生家里,把钱老从美国带回来的计算尺借出来,作为样本使用,拍摄照片后再还给钱老。钱老很支持我们的工作,把他心爱的计算尺借给我们用。我们就这样做出了计算尺,虽然做得不太好,但还是勉强可用。重要的是,这是对我们的一种教育与训练。

图为本文作者

 

我对钱学森先生教育理论的体会

          作者:乔林,北京晶优电子公司高级工程师,钱学森在中国科大近代力学系第一届学生

钱学森先生是我国乃至世界最伟大的科学家之一,我能够亲耳聆听钱先生的授课,是我一生中很大的荣幸。钱先生给我们讲火箭技术概论,从火箭的飞行到技术构造讲得很清楚明白,让我们这些从没有接触过尖端科学技术的同学也能够听懂。但是在钱先生的课上我们也有过难受的时候,有一次上课的半截钱先生停下来,让大家拿出纸笔进行小测验。我们看到题目一下子就懵了。几乎没有几个人能够做出来。这件事给我的刺激很大,我感到羞愧,觉得到难受。他原本对我们期望很高,没有想到差距这么大。问题出在哪里呢?这个问题曾长期困扰过我。

到了4年级下半学期,校方和力学系决定我们58级学生推迟半年毕业,补习数学和力学基础,据说是钱先生认为我们基础不够扎实,没有达到预期目标。当时我还埋怨老师对我们的要求太高了,因为我们经那么多名师授课,我们又来自很好的中学,学习也很刻苦,绝不比其它校、系的学生差,怎么还要留校多学半年?心里头很不是滋味。后来我与钱先生有了接触,我看到了他在这方面的不懈努力,这时候我才真正理解当年钱先生对我们这批学生的良苦用心。

钱先生在如何办大学,怎么样培养优秀的杰出的人才方面有着独到的见解和全新的教育理念。他不仅是呼吁、宣传,而且亲身投入教育实践。最近我听到一个专家说到中国和美国的教育差别,中国的教育是传道式教育,而美国的教学是教育与研究相结合。老师讲课的同时也要搞研究,这样教出来的人才能够较快地派上用场。

我现在讲一点问题:我感觉中国的教育和中国的足球有点像,都是国家支持,领导重视,亿万人民关注,就是拿不出很好的成绩来。教育制度,招生办法改来改去,有些地方越改越乱,似乎陷入了走不出的怪圈。今天的教育目的应该是培养我们这个时代所需要的各种人才,但在人才的选拔上我们似乎没有突破只能靠考试的框架。高考几乎都是靠分数来定论的,学生的好差按分数做标准,好学校和差学校的区别也是拿录取分数线来衡量。这样一来分数就成了学校,特别是中小学教育的中心。钱先生90多岁仍然为人才培养的事情忧虑。这是钱先生的忧虑,也是我们大家的忧虑。孩子们的课业负担很重很重,缺少课外活动的时间与空间,对孩子们的全面发展很不利。作为一个普通百姓,我们更为自己的后代,为自己的孩子的成长、成才忧虑。我们应当通过对钱老教育思想的学习、研究与弘扬,逐步解决好这个问题。

图为本文作者

个人经历

钱学森,浙江杭州人,中国空气动力学家,中国科学院、中国工程院院士,中国两弹一星功勋奖章获得者之一。钱学森早年留学美国,后通过外交手段回到祖国,为中美两国的导弹和航天 计划都曾作出过重大贡献。被誉为“中国航天之父”和“火箭之王”。 曾担任中国人民政治协商会议第六、七、八届全国委员会副主席、中国科学技术协会名誉主席, 全国政协副主席等职务。

相关科学成就

在系统工程和系统科学领域,钱学森在80年代初期提出国民经济建设总体设计部的概念,坚持致力于将航天系统工程概念推广应用到整个国家和国民经济建设,并从社会形态和开放复杂巨 系统的高度,论述了社会系统。他发展了系统学和开放的复杂巨系统的方法论。   在喷气推进与航天技术领域,钱学森在40年代提出并实现了火箭助推起飞装置,使飞机跑道距离缩短; 1949年,他提出火箭旅客飞机概念和关于核火箭的设想;1962年,他提出了用一架装有喷气发动机的大飞机作为第一级运载工具,用一架装有火箭发动机的飞机作为第二级运载工具的天地往 返运输系统概念。

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