进入21世纪以来，创新成了社会各界和媒体上一个最热门的词，各行各业都提出要求创新。在高校层面，领导们在各种讲话和报告中最频繁提到的是两个词，一个是创建世界一流大学，另一个就是创新人才培养，各种层面的教学评奖也都将创新作为一个重要的衡量指标，但经过十多年的努力，即使国家层面上的获奖项目也没有呈现出令人耳目一新的气象；几年前还有学校称自己已经初步建立了创新人才培养体系，而且还在一定的范围内得到一些认可，但这些学校内部至今仍然存在着要求重视创新人才培养的强烈呼吁和诉求。这些都说明我们对“创新”，“创新人才”以及“培养创新人才”的理解并不全面，而且很多方面并不准确。在这里我想说一下对“创新”和“创新人才”的个人见解，然后谈谈对于课程教学中培育创新意识和能力的一些想法。
?一、对创新和创新人才的认知
社会各界，至少在相应的媒体传播层面，对创新与创新人才的视角和理解存在误区。今天我们看到的社会对创新及其创新人才的急切追逐，实际上是人们对社会现状的焦虑和无奈的反映：社会各个层面都开始意识到各种资源正逐渐枯竭，许多长期没能解决的矛盾和问题日益突出，而解决办法仍未现端倪，未知的将来及伴随的不可预测的风险正日益迫近。四五十年前的个人和社会共识是，只要努力，就可以看到十年、二十年后可以达到的前景和目标；但我们现在对二十年以后，或者只是十年以后，甚至五年以后的社会生态远没有以前那样了解，自信和从容。社会变化太快，更可怕的是很多方面都趋向恶化。面对这种前所未见的挑战，各行各业，包括社会、政治的各个层面都自然地表现出深重的焦虑和烦躁，希望出现新气象，新局面的愿望和期待也就更为迫切。
但是，大众心理和社会舆论对创新和创新人才的期盼和社会的真实需求通常是不一致的。大众心理和社会舆论往往在危机时刻，才表现出迫切的期盼，但期盼的是出现集约高度智慧的英雄，或巨人；期盼一个神迹，是一种对人格化创新的期盼。而社会真正需要的是持续的，循序渐进的，有序替代的理念，产品和行业以及相应的人物群体。事实上，真正具有高屋建瓴意义的创新，往往在很长时间里难以被社会认可和接受。因为创新能否得到及时的认可，在很大程度上取决于当时世俗的价值视角。被社会认可的创新和相关人物，通常是和世俗的成功联系在一起的。真正伟大的创新者，往往是社会的孤独者。因为真正超凡脱俗的创新开始总是不完善的，许多地方考虑不周，而且触及已有的社会利益分割，因而很容易受到诟病和攻击，能够真正理解创新价值，能有勇气为之鼓吹呐喊的人通常很少，因为这需要不同于常人的洞察力和理解力，还需要有不同于常人的宽容和大度。因而实际上我们看到的，能被社会及时认同和接受的创新，大都是一些平缓渐进，迎合世俗口味和需求的“创意”和“微创新”。在经济，艺术，科学及社会的各个层面有非常多的这样的事例。下面是两个实际例子。
今天被大众媒体视为创新标杆的对象大多是成功的新兴科技企业，但被奉为创新人才的这些企业的代表人物自身的工作往往和企业产品的创新并无多大关系。我们常常可以看到，每当一个成名科技企业沦落时都会被舆论归咎于失去了创新动力。很多商业或经济评论曾将摩托罗拉，诺基亚的没落归因于不注重持续的技术创新。诟病乔布斯以后苹果公司没有了创新动力。但实际情况并非如此。摩托罗拉、诺基亚和苹果公司申请的专利每年都在增长，有些时候它只是不清楚，或不确定什么样的技术产品在什么场合，什么时机推出能够获得市场认可。一项新技术产品能否获得市场认可并非完全取决于产品的科技创新含量，更多的是消费需求和习惯。例如微软公司的各代视窗操作系统的受欢迎程度一直呈现出周期性的行为，如Windows3.0极受欢迎、但Windows98以后的WindowsMe、NT则一般，WindowsXP又大受欢迎，而Vista则几乎卖不动，Windows7有了很大起色，Windows8则由掉入低谷，每一代Windows的生态周期是5年，但13年后的今天，仍有40%以上的用户坚守着XP的PC平台。这不是因为后续的产品没有创新，只是XP足够用，而且足够好用。这种现象反映出社会在安定、满足的平稳时期往往并不需要，也并不怎么期待创新。
再举一个科学研究领域中的事例。科学研究领域中对原创新是非常期盼的，但真正的原创新即使对业内人士带来的冲击也让他们受用不了，因而也常常很难得到认同。这里说一下二十世纪最重要的科学突破——量子力学的三个原创人物普朗克、爱因斯坦、密立根的工作以及业内对他们工作的即时反应。
最开始进入这个领域的是普朗克，他因而后来被称为量子力学之父。普朗克的研究的是“热辐射”现象。下面的图中可以看到的是白炽灯灯丝，如果将灯的亮度调得很暗，灯丝呈现出暗红色(见图1中最左边的灯丝)，实际上这不是纯红色，里面包含有许多其它颜色成分，灯丝上方的色带是将灯丝颜色分解后呈现出来的各种纯色的强度分布，物理学中称为光谱。如果调高灯的亮度，灯丝的颜色逐渐变为黄白色(见图1中中间的灯丝)；如果将亮度继续调高，灯丝就变成亮白色(看起来是一种更纯的白色)。许多物体都具有这种因为自身具有温度而发射光的特性，所发射的光的强度和颜色与温度有关，下图显示出这类物体在不同温度下的发射的光所呈现出的总体颜色。这种现象就是所谓的热辐射。普朗克的工作就是解释这一现象。
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普朗克的工作具体分为两步，一是寻找一个数学公式拟合已有的实验曲线，二是基于找到的经验公式对这个现象作出物理解释。这也是物理学研究的一般流程：先做实验，将得到测量结果描绘成实验曲线，然后拟合出相应的数学表达式，再给这个公式一个符合逻辑的解释。普朗克后来搞出了一个和实验曲线精确符合的经验公式，可当他试图从物理的因果关系解释他的经验公式时，他陷入了一个困境，要解释这个公式必须基于一个假设：物体中发出每一种纯色光的单元具有的能量是量子化的，由于这个非常不专业表述仍然过于专业，我们举一个生活中的事例来说明：设想往一个杯子里慢慢注水，杯子里水的高度随之缓慢增加，日常生活经验告诉我们，杯子里的水面高度应该是连续上升的。而前面普朗克对热辐射的量子化解释在这里相当于告诉我们，杯子里的水面高度不是连续上升的，而是一格一格跳跃上升的。这个显然有悖于常识和经验，我们当然难以认同。事实上普朗克自己也不明白他的这种不连续(也就是量子化)的物理实质，于是他将这个极具开创性，后来触发了物理学全新时代的概念解释为一个数学概念，不是物理真实的。科学领域里对普朗克这一重要工作的反应是几乎没有关注，这篇文章1900年发表，直到1905年还几乎没有人引用。按我们今天的流行说法，普朗克只是发表了一篇没有引用率的SCI论文。
接下来说爱因斯坦，他那时在专利局工作比较悠闲，于是读了一个在职博士，研究内容是布朗运动。也就是我们很容易在背光处观察从门或窗的缝隙透过的一缕阳光中看到的悬浮在大气中的灰尘粒子的无规则运动。1904年，爱因斯坦希望寻找到其它的随机涨落事例，他注意到热辐射问题中的单色辐射行为就像它是由互相独立的光颗粒组成，当爱因斯坦将这一观点应用于光电效应——即金属表面受到光的照射会发射电子的现象，发现能够解释效应的主要特征。对光电效应的传统解释是金属中的电子接受了照射光波的能量后摆脱金属的束缚而出射的，因而只要是足够强的光照，就会有电子出射。但实验结果不是这样：只要照射光的颜色比较偏红，再强的光照也不会产生电子出射；而只要光的颜色足够蓝，光的强度再弱也能马上打出电子来。为了说明实验现象，爱因斯坦假设，照射到金属上的光波能量不是连续分布在光波中的，而是形成许多能量相同的小颗粒。这在当时极为惊世骇俗，因为“光”以前也曾被认为是大量颗粒的聚集，但大量的实验证据让大家接受了光是波，光颗粒的概念终于被抛弃了，而现在爱因斯坦又要将人们拉回光颗粒的世界，大家当然不能接受。对于光颗粒的概念可以这样理解：想象你喝水时，进入你嘴里的水不是连绵不断的，而是象炒黄豆那样一颗一颗进入嘴里的，而且每颗豆子都不能咬成两半，只能一颗颗囫囵吞下去。爱因斯坦自己对此也非常疑惑，他自己也认为光颗粒的假设过于大胆(原字bold更多地有莽撞的意思)。因而他在论文中尽量避免谈及光是 “颗粒”，而是暧昧地称之为“能量子”。业内对这项工作的评价非常负面，认为爱因斯坦是胡说八道。很有意思的是爱因斯坦的观点对普朗克理论是一个强有力的支持，回到原先的比喻，如果水是大量颗粒组成的，往杯子里慢慢注水时，水面的高度就只能是一格一格地跳跃上升的。但普朗克也不支持爱因斯坦。甚至在爱因斯坦因光电效应的解释获得诺贝尔奖以后，他还一直强调这次颁奖是个错误。普朗克在提议爱因斯坦担任普鲁士科学院院士的演讲中谈及光电效应时，告诫大家“应该原谅一个大人物偶尔犯些小错误”。
最后说到密立根，他是美国最伟大的实验学家之一。密立根坚信爱因斯坦的光粒子假说完全站不住脚，他试图通过高精度实验测量来推翻爱因斯坦光电效应解释。他花了十年时间专心于提高实验的测量精度，甚至还申报了很多技术发明专利，但他的实验结果最终支持了爱因斯坦光颗粒假设，而且将理论值与实验值间的误差降低到千分之五以内。
他们三个人分别因为各自的工作先后获得诺贝尔物理学奖。授奖当然是对他们工作价值的认可。今天评估这三项工作的创新价值，是它们对量子力学领域的开启和引领所发挥的作用。今天量子力学对全球GDP的贡献份额约有二分之一，大家用的手机，包括大会拍录像用的数码设备都和量子力学有关，我们只是没有意识到而已。现在很热门的所谓纳米科学，没有量子力学根本谈不到。很有趣的是，事实上爱因斯坦对量子力学研究的直接贡献并不多，并很早就成为批评量子力学理论的代言人，还曾被视为量子力学发展的绊脚石。但他的批评至今仍是促进量子力学发展的重要动力，让我们看到量子力学还远远谈不到完善。
我们从这里可以看到，创新的真正价值不完全在于工作本身的完美甚至对错，而是它是否可以被客观事实检验。它的表述及依据是否客观、科学，是否足以引领或触发了大量的后续工作所导致的社会进步。
?二、是否存在培养或生产创新人才的流程或配方
如果一所大学真掌握有培养或生产创新人才的某种流程或配方，它就可以进行批量生产，即使成品率只有10%，也足以满足社会的需要。但到目前为止，没有那一所学校能说清楚，即使对后来成为创新人物的本校毕业生，他所获得的成功和他在大学期间的哪些教育环节存在必然的因果关系。我们看到的许多例子是，美国高科技产业中最富有创意的成功人士许多是辍学生，大多只读了一年大学。有些成功人士在被大学邀请在大学生毕业典礼上发言时甚至鼓动学生辍学，这表明他们对今天大学教育的评价远非正面。我们并不认同他们的所想所说，但我们却必须承认，他们确实不是因为受了大学教育，学了大学的某门课程，才获得了今天的成就。另外，许多美国排名在前的大学的毕业生中后来确实有不少成了成功人士，但他们更多的同学在社会视野中是平庸人士。另外，有些后来被社会公认的创新人士在受教育期间也没有被学校看出是可造之材。例如爱因斯坦学生时代只热衷于感兴趣的东西，需要死记硬背的课程大都成绩平平，他就读的中学的校长曾对他的父母预言说，他将来做什么事情都不会出色。即使在爱因斯坦读大学时，他的数学教师闵可夫斯基也认为爱因斯坦智力平庸，不堪造就。今天的一些大学将刚入校的学生进行分类，不知道根据什么判断所选中的学生以后一定能成为人才；没被选中的学生以后成功的概率就一定很小？如果对这类判断都缺乏令人信服的根据，又如何能因材施教，培养创新人才。举一个很有意思的例子，普朗克在回忆他就读大柏林大学期间，学校中赫赫有名的物理学大师的教学风格时说：基尔霍夫“讲课仔细，但单调乏味”，亥姆霍兹“上课前从不好好准备，讲课时断时续，经常出现计算错误，让学生觉得上课很无聊。”后来，普朗克自己成了大师，他的学生对他上课的评价也是枯燥、乏味和无聊。如果说这些已经成为大师的教授的教学工作都没有能得到学生基本的认可，这样的一流大学的教育如何与创新人才培养建立一种必然的因果关系确实也需要一些不同一般的认知路径。
?三、教学中培育学生创新意识和能力的若干要点
大学教育对社会的稳定和进步非常重要，但一定要将四到五年的教育和创新人才建立必然的因果关系式是非常牵强的。社会不应该奢求某一所大学能够调配或者生产出一种像神一样的创新人才，而是应该意识到大学对培育或发展学生的创新意识和能力能够起到的助推和驱动作用。大学教育的目标应该从培养创新人才的空泛口号转向探索和研究如何培育学生的创新意识和能力的具体方法并付诸于实践。
创新意识和能力的培养涉及许多方面，和教师有关，和学习环境有关，和社会的时尚价值有关，和学校管理有关… 这里我只是说明一下与学生有关的四个方面。首先，在教学环境中，要构建一个探索氛围，而不是一个简单的学习氛围。第二，在探索氛围中培育创新意识和能力。第三，在培养过程中，要注意适配学习者的认知特征和成长。大学生大都处于青春期，他们的认知特点不同于成人、老师。学生的成长是往上发展的。而成人的在达到一定成就的时候，认知能力会趋向饱和。第四，教学要注意过程环节和细节。很多时候有很多事情做得不成功，实际上是因为很多过程环节和细节没有注意到。
?1、在教学环境中构建探索氛围
大学的教学应该在探索的氛围中进行，我们常说学习是构建的，即使对基础非常好的大学生而言，他们的认知过程仍然是基于构建。如果在他们的学习氛围中注入探索性的元素，使他们在学习的过程中参与知识的创造，就可以大大提高认知效率。由此我们需要思考：什么样的元素更能激发出创新的动机和冲动。一般来说，最直接有效的元素就是实际的，尤其是迫切的需求。事实上，有价值的成功创新通常是迎合了三类典型的需求：一是面对新的发现需要理论解释；二是需要为新的发现，新的理论找到有价值的应用；三是针对具体的需求找到好的解决方案。第一种需求出现在比较纯科学的场景中，第三种更多出现在工程类的问题中，第二种需求介乎于两者之间。刚才提到的三位量子力学开创性人物的工作大致就应对于这三类场合：普朗克面对的是解释热辐射现象的需求，他要做的工作就是提出一个理论；爱因斯坦的工作在很大程度上是给普朗克的理论找到一个新的应用案例，并在应用中对理论有所发展。密立根不认可爱因斯坦的解释，他给自己提出的任务就是为否定爱因斯坦理论设计一个可行的实验方案，并做成这个实验。如果我们在各自的课程教学过程中，不只是重述前任已经得出的原理，并依据这些原理演绎一些习题中的结论，而是经常不断地提出实际的需求，让学生经常处于面临挑战和机遇的场景中，就可能触发和培育学生体验科学探索的契机。
2、在探索氛围中培育创新意识与能力
理解什么是创新意识和能力，需要了解创新者，或比较富有创新意识和能力的人具备的共性和特质。总体上说可归纳为以下几点：
- 对自身工作的热情与执着；
- 视野宽广，观察敏感，想象丰富，判断精准；
- 描述能力(文字描述，数学描述)、归纳能力；
- 熟悉研究和分析的科学流程和工具方法并能在工作中自觉遵守和熟练应用；
- 善于学习、沟通与合作。
后面几项比较容易理解，我只讲最前面一个，热情与执着。因为创新意味着风险，通常伴随着失败，而一个人的坚持和忍耐都是有一定限度的，在一定压力下热情和执着能让你的坚持和忍耐力得到提升，当然不可能无限度的提升。有些人常常将热情和执着归结于对成功的渴望，这实际上是对成功人士的错误解读。许多真正的成功人士认为他们的坚持是因为对投身的工作以及职业的热爱，而不是对一种具体成就的渴望。他们将工作获得成功视为一种助推剂，可以让他们兴奋，但不会成为他们的目标。那些为别人认可，为特定层面的认可而努力的人往往很难持久。科学界出现过很多作伪、违反道德准则的行为，实际上反映的是对成功的过度渴望而演变出来的畸形和变态。而达到目标以后，这些人往往也会因为失去目标而丧失动力。大学里可以看到这样一类人士，他们在达到一定职位或地位以后就不再做研究，只是申请经费，让助手和研究生做具体研究，自己则去做报告。这里不对这类分工及其意义做任何评论，我们只是从客观现象上可以看出，他们对研究过程，对从事科学研究这个职业的兴趣已经让位于其它东西了。
?还是以普朗克作为例子，普朗克读大学时选择物理学作为主修。当时物理系的一位教授劝他学别的，比如音乐。普朗克在音乐方面极有天赋，那时已经会弹奏很多乐器，甚至写过歌剧。我们知道德国是音乐之乡，从事音乐是一个很有前途的方向。那位教授的理由是物理学的一切都已被研究过了，剩下的只是一些不重要的空白需要填补。而普朗克觉得自己选择物理是喜欢与这个职业相关的工作，并不奢望发现新大陆，只是希望理解已经存在物理学基础，或许能够将它加深理解。他后来所做的关于热辐射的研究也是基于这样的目的。他并没有期望以此能做出一个伟大的发现，他只是想如果能将它描述更清楚，就能更好的理解这一现象，这项工作本身对他是一个身心愉悦的经历。
再举一个例子，《费城的故事》是我很喜欢的一部电影，主要讲一个法律事务所里的一个极有天赋，并极受器重的年轻人，后来因事务所的高层合伙人发现他是同性恋而以工作不称职为由被解雇，由此引起一场诉讼。我特别喜欢在法庭上交叉质询阶段的一段对话，辩护律师让这个年轻人讲一下为什么觉得自己是一个非常出色的律师。这个年轻人说“我热爱法律，我熟悉而且理解法律，我擅长从事法律事务”。一般说一个人“懂业务”，“实际工作做得好”都是比较实在的评价，也容易理解；但如果说他热爱他的工作则比较抽象，因而辩护律师让他就此说明一下。这个年轻人说了一段非常朴实而精彩，非常让我有感触的话，“我所期望的就是很偶然地，一生当中也就在一两次的案子中能够成为正义得到伸张的一部分。”他并没有期望自己总能能打赢官司，或者打赢一些大官司并以此成为案例法律，而只是在某一个具体案例中因为自己的实际工作而使得正义得到伸张。”我认为这就是对自己所从事职业的理解，这是保持工作热情的源泉，显然这并不足以引起社会的关注，但这种热情能在个人的一生中持续非常长的时间。
从这里可以看到，如果一个人热爱他所从事的职业，或者说他对他的工作充满热情，实际上并不是表现在对特定的成就或相关利益的一种追逐，一个人要在工作中获得满足，首先要懂行，因为这样才能在工作中得到提高，从而更为擅长这项工作，这种相辅相成、循序渐进的良性循环使工作本身能赋予个人更多的乐趣，使他有更强大的动力和忍耐力以克服工作中的困难和挑战。实际上热情和执着就是这样积累起来的。乔布斯对怎么才能持续创新有一段很有名的话：要对自己的工作始终保持饥渴的欲望，保持无邪的纯真(Stay Hungry，Stay Foolish.)。这样才会获得不断学习，持续进取的驱动力。
?3、适配学习者的认知特征和成长
教师在做具体的研究工作时大都会意识到自己的目标是创造知识，但学生在学习，获取知识的过程中，其内心深处是将自己排除在知识之外的。因而其学习行为会表现这样一些特征：
(1) 以记忆为主，追求标准答案，迷恋规定步骤。有些学生非常愿意按照老师指导一步一步做下来，这些通常意义上的好学生在学习时通常不会将创造知识作为知识构建的一部分。
(2) 习惯于依赖老师、网络等外部的权威。学生拿到一个问题，第一件事情不是先去做一些初步的思考和分析，而是立刻通过相关d 关键词在网上搜索，其次是在教科书中查找，主动去图书馆查找资料，与非相关的人讨论则非常少。许多教师对这样的学生就会满意，觉得他们是在自主学习了。但实际上这并不是真正的自主学习，因为其本质上还是依赖于权威。这样学习的一个潜在的负面结果是：学生通常并不真正理解所获得的那些答案，但他们却会用这种一知半解的概念作为自己进一步认知的基础。我经常问一些提交大作业的学生如何得出他们的结果的，大多数人的回答是“我网上查的”，或“我看了某一本书“。他们大都缺乏自己进行观察，搜集和分析事实数据的意识，甚至不愿意试图去理解现有的实验结果。大家知道真正要理解一个问题，就像做侦探，做律师，首先要搜集所有客观事实，所有的分析必须基于这些事实。法庭辩论中，控方或辩方只要提到“我听某人说”，立刻就会受到反驳：“Hear and say”，意思是“道听途说的话不构成事实证据”，而且立刻会得到审判法官的认同：“Sustained.”
(3) 许多老师鼓励学生提问题，但很多学生提问题的出发点不是质疑某一个概念，一个结论，而是寻求解释，最终目的还是应付考试(也许有些学生自己并没有意识到这一点)。
(4) 对自己学习程度的判断途径不是通过自我质疑进行回顾和总结，而是被动地依赖于作业和考试，局限于能回答多少老师提出的问题，而不是自己能提出质疑问题，质疑自己是不是懂，或者直接质疑知识来加深理解，进行判断。很多学生自己知道掌握得不令自己满意，因为他在阅读讲义时就会产生一些问题，他对这些问题甚至都不能描述清楚，对课堂上教师建议学生思考的一些问题甚至没有头绪，其实这足以反映他对课程的理解和掌握程度，但他们往往不这么认为，他们认为能够有效判断的是基于考试时提出问题。
针对学生的这些特点，培养他们的创新意识要注意三个方面：
(1) 要引导学生认识到，知识本身及其来源是多元性的，从书本，从老师，从网上得到的只是一个方面，甚至还有可能是错误的，许多概念只是达到了某种共识，并不是定论。因为我们对许多事情还没有完全理解，所以需要多个视角、多个观点并存，才能尽可能使解释足够完善。我们要引导学生逐步形成知识是发展的过程，而他个人也是发展的一个部分。
(2) 引导学生在学习过程使自身成为知识构建的中心，克服以知识为中心的习惯，培养以自己为中心的意识。鼓励学生将个人的见解和质疑，转化成具体可深入探究的课题，而不仅仅是一个存在现成答案的问题。鼓励学生结合自身长处和独特的处理方式开发新的理解视角，在吸取外部知识的基础上，成为知识的创造者。许多老师现在都比较重视课堂讨论，重视课堂互动，但这类教学活动的真正意义是什么？沟通和交流并不只是简单的促进理解，更重要的是让学生能视自己为共同意义的建构者，培养学术团体意识，提升学生个体的学术身份认同。学生在学习知识的时候往往意识不到自己的学术身份，认为自己只是一个知识接受者，他的学习不会对所学知识有任何作用和影响。而事实上，一旦进入学习过程，学习者就应该意识到自己具有一定的学术身份，他在自己头脑中构建知识和组织认知过程的细节差异是对他所学习的知识本身的丰富和发展。意识到这一点就会提升他的动机和动力，提高他的学习质量和效率。
我们常常看到教师在课程教学中会有意无意地强化知识发现者和知识传授者的权威性。这对新入门的学生只能在某种程度上唤起他对知识的崇拜，对创建知识的人物的崇拜，却可能抑制了他头脑中原来存在的下意识的好奇心和批判意识，他会觉得那些大师那么伟大，我能够完整的接受已经不容易，根本不可能也不应该去质疑。教师应该意识到，为了培育学生的创新意识，教师需要注意相对于传统教师角色的转换。在目前这个时代，教师已不再可能具有传统的传道、授业、解惑这样的身份了，他应该成为一个协助学生学习，促进学生发展的伙伴。事实上西方教育学对“老师在教学中应该是一个伙伴，不应该是个学术权威”已经有了很长时间的研究和实践。昨天台湾政大的一位老师在报告中提到，如果一位老师现在以他读大学时的学习经验告诉学生，他的可信度不到50%，他当时所学的知识对学生的吸引力也不到50%，而且随着教师和学生年龄的差距快速衰减。我个人很赞同他的看法，这并不是说教师的作用相对于以前的时代大大贬值了，而是提醒我们教师的角色在社会发展过程中需要转换。
?4、在实施过程中注重环节和细节
培养创新意识和能力，要注意到实际教学环境过程的可操作性和诸多细节。任何课程教学的实施都需要设计，但任何设计一定伴随有天生缺陷，而人多多少少都有自恋情结，往往看不到，甚至掩饰或否认缺陷的存在。设计者应该事先意识到缺陷的存在，尤其是在执行期间，应该关注并且避免这些缺陷被利用和放大。一项政策执行了一段时间，其中的缺陷就会显露，就会被利用，政策就会失效。教学中需要关注的是以下几个方面：
(1) 课堂中的引导需要有课后相匹配的任务进行衔接；
(2) 对作业的要求、数量、效率，交作业的频率以及反馈的方式要考虑周全；
(3) 课堂的互动和讨论中可能出现的问题应该事先有所准备；
(4) 及时的测验和考核的时机和形式。
因为时间关系，我提一下第一和第三项。
我们经常说要培养学生发现问题，提出问题，解决问题的能力，显然这和培育创新意识和提升创新能力是一致的。但怎样落实到具体的课程教学中呢？最常见的做法是介绍一些新的发现和新的突破。这里应该关注到两个问题，一是从学生认知的角度而言，新和旧是相对的，在不知道旧的存在以前，讲解新的或旧的对于提高认知并没有什么差异；二是新的知识往往需要背景知识，难以和直觉建立联系，而且介绍别人的创新而不能提出新的问题，并不能触发学生发现问题，提出问题，解决问题的意识。
以基础物理课程为例，最基本的就是介绍牛顿运动方程，并利用这个方程求解一些力学习题。牛顿运动方程的标准表述是
“一个物体在外力的持续作用下，运动状态会发生改变。”
这样的表述只是说明外部作用和运动状态发生改变之间存在因果关系，事实上这种关系是非常普适的：例如一个老师如果有一天发现某一位学生的行为发生了明显的变化，他下意识的反应就是那位学生一定经历了某种变故，物理上就称他受到了某种外力的作用。这种定性的描述对没有理工科背景的学生也能理解。但对学生在因果关系方面的认知并没有得到提升。牛顿的工作是要针对机械运动的特定领域对这种关系给出一个定量的描述，即用数学方程将外力的持续作用使物体的运动状态发生改变这一现象表示出来。这就涉及到定量描述中的普遍问题：用什么参量描述力，描述物体的运动状态，以及物体运动状态的变化。
基础物理教科书一般都是直接给出牛顿运动方程的标准形式，中学教科书给出的形式是
F = ma
其中F代表外力，m表示物体的惯性，a表示物体的加速度。大学教科书给出的形式是
F = dp/dt??????
其中p = mv称为动量，v是物体运动的速度。
通常的教科书中几乎看不到有关为什么牛顿会想到用p = mv来描述一个物体的运动数量的介绍或解释，最多只是说这样的描述和实验的观测结果一致。然后学生的学习方向就转向求解方程的纯数学问题了。运动方程本身所具有的普适的哲学意义消失了，基于实验设计和观测的确定一个物体的运动数量的物理参量为p = mv的过程没有了，
由此可能带来多个的负面效果：例如，设想实验中发现了不满足F = dp/dt的现象，学生应该认为必须完全推翻牛顿的理论，还是只需要修改牛顿的理论，他会不会有考虑及处理问题的出发点和思考的视角。更具体一点可以提到牛顿方程中涉及到的一个很有意思的问题：如果将两个一公斤的物体放在一起有多少公斤？很多人大概都会回答是两公斤，但如果你再仔细思考一下这个结论是基于什么前提，你就会发现你的结论并非基于什么明确前提的演绎，而只是基于生活经验的直觉反应。数学中的1+1 = 2暗指同类物题的相加结果，而不是两个实物的性质的相加，两个实物的性质相加应该等于什么只能通过实验来回答，而我们得到的基于实验的结果就只是在实验所经历的条件下才成立。
学生学习了牛顿方程还应该对描述和处理其它因果关系问题有所启发，例如今天在这里彼此之间的交流会对我们后面的工作产生一些影响，用物理学的语言说，我们彼此的交流就是外力对我们的作用，它产生的结果是使我们的教学行为发生某种变化，变化大表示我们的惯性小，变化小则说明我们的惯性大，牛顿对机械运动的因果关系的定量描述方法和思路，能否让我们将影响我们教学行为的外部作用通过数学方程定量地表示出来？
教学中讲解和说明这些过程和细节还不是问题的全部，更重要的是要让学生课后自己体验类似的探索和发现以增进他们对创新意识的习得以及能力的构建和提升。例如，我们曾针对设计和定义物理参量曾布置过一系列的课后练习。其中的一个例子是让同学对三个不同品牌的餐巾纸进行品级分类。我们并不事先告诉学生对餐巾纸的哪些性能进行评级，以及如何测评。这样的任务就会涉及到多个层次的问题，首先需要确定从什么角度考虑餐巾纸的哪些性能是重要的，然后才谈得上进行测评和品级分类，例如，从功能上比较容易想到是吸水性，从使用上说需要一定的强度，从舒适感上还有柔顺度。确定了参量后，第二步是从测量的方法设计建立参量的操作性定义，同学对设计有许多不同的，有特色的考虑，例如将餐巾纸撕成条状泡在水里看水的上升，不仅测量水的上升高度以描述纸的吸水多少，还测量水的上升速度以描述纸的吸水快慢。
事实上可以根据学生的兴趣和爱好编制很多这类课后作业题，例如我曾在网上看到苹果公司为他们的键盘中的某一项技术申请了一个专利，于是就给男生们布置了一个任务：敲击键盘的手感应该包含哪些定量指标，并要求学生对三个不同品牌的键盘手感进行品级分类。再例如现在许多女生比较喜欢时尚物品，我就让她们从都市女性的角度对不同品牌，款式，价格的手提包进行品级分类。学生有了这些具体的研讨经历，就会对牛顿建立其运动方程的真正意义有更真实、更广义的体验和理解，对开创性的工作形成一定的意识和思考视角以及处理能力。
现在很多青年教师，特别是在海外回国的教师受国外大学教学方式的影响，很喜欢让学生写大作业和课程论文，然后上台演讲。但这中活动实际上比一般的作业更难掌控。其中最突出的问题是教师对学生选择的指导和掌控，许多情况下是教师对学生完全没有指导和掌控，这样也就无法对学生给出有效的反馈，在学生演讲时在学生之间也难以形成交流。唯一能拿出来作为展示的就只能是五花八门的论文标题了。
要让学生写大作业或课程论文，当然应该让学生有一定程度的主题选择，但也要有一定的集中度，这样才容易对作业提出细节的要求，也便于教师批改时的比较，找出共性的问题，做出有效的反馈，另外学生交流时也因为大家是从不同的视角讨论同样的问题，容易形成有效的交流和沟通，达到相互学习，取长补短的目标。
下面是我在课程中给学生布置过的一个研讨类的作业，事实上这是夏季学期课程中七个考试题中的一个。这个图就是前面提到过的灯丝随着温度升高，辐射增强，颜色发生变化的照片，灯丝上方不同颜色带是灯丝辐射中所含不同颜色成分的强度分布图，即灯丝辐射光谱。
实验上只要将灯丝辐射的光照射到一块三棱镜的一个侧面，从另一个侧面出射的光中的各种颜色成分就会按不同的角度散开，从而在观测屏上呈现出灯丝的发光光谱。这我在一本美国的教科书翻拍下来的插图。我问学生左边红色灯丝的光谱图在直觉上有没有感到异常或别扭。前面曾提到，灯丝发射的光的颜色是连续分布的，也就是各种颜色都有，因此灯丝的光谱就如同彩虹，大致有赤橙黄绿青蓝紫七色，从右边两张光谱图上可以很清楚地看到这七种颜色。有相当一部分同学(大约20%-30%)很快注意到左边那张图的红、绿色带中没有黄颜色。并意识到下面这些概念和引申出来的问题：既然灯丝发的光的颜色是连续的，红、绿色两边的颜色可以缺失，中间的黄色不可能缺失，如果黄颜色真的缺失，光谱图中黄颜色对应的位置应该是黑的，但实际图中黄色的位置却是被红色和绿色光带的延伸霸占了。布置的作业就是分析说明这一现象。对这一类的作业，同学首先表现出的行为就是惰性和依赖性，他们到处搜索，Google查不到，参考书查不到，问其他老师不知道，在QQ群中跪求没结果，甚至有同学打电话到灯泡厂问工程师，你们生产的灯泡发的光为什么没有黄颜色，得到的回答是，我们只管生产，不管原理。当学生被逼到走投无路，然后不得不一边诅咒着老师没有人品，一边只能死心塌地开始自己着手分析，各自利用自己的所长，想出各种各样别出心裁的实验、分析方法来解决这个问题(必须通过考试的需求激发出创新意识)。我这里只提两种我完全没有想到过的方法。
一位同学将正常的七色光谱图像输入到图像编辑软件photoshop中，然后调节软件中的各种按钮，各种参数以重现图上的光谱分布，最后他发现当光的亮度减弱时，颜色趋于单调(见下图)。他由此意识到，人眼看到的光的颜色和光的亮度有关，光亮度很低时，颜色很单调，黄色就是没有，随着亮度增加，看到的颜色就越来越丰富。他据此提出了一种半定量的解释。
另一个同学更为强悍，他直接将光谱图像输入到课程要求同学自学的数学软件Mathematica中，分解出里面的颜色，再通过误差分析等手段，提出了一个数学模型。
我并不觉得学生最后的结果很完美，但他们确实通过自主实验，提出假设，定量分析实践了一个完整的探索知识的过程，基本达到了课程在培育创造知识的意识，提升创造知识的能力方面的要求。考试结束后，我们找出学生采用的四、五种不同分析方法让大家讨论时，无论是听的会是讲的，学生的投入程度都是一般的课堂讨论没有达到过的。
总之，我们大学中在读的学生并没有智力障碍，或在教学内容的理解上存在巨大差异。如果学生有问题，主要是对课程意义和价值存在怀疑。如果他们失败，一定不是课程的难度，而是他们的年轻和人生经验。
作者：袁笃平，上海交通大学物理系教授
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