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时间：2005年12月18日上午
地点：中国科技会堂104会议室
北京青少年科技俱乐部活动委员会


　

2006年科研实践活动启动交流会
——科学思维与创造能力培养
刘静玲教授

　　首先感谢青少年科技俱乐部给我这个机会。也是2002年这个季节，周林老师和田荷珍老师把引荐参加了这个俱乐部，第一次也是参加“大手拉小手”的活动，当时给我一个突然的任务，从此我跟俱乐部结下了不解之缘。
　　以今天的这个题目，要想在30分钟之内跟同学交流和讨论清楚是有一定困难的，只是从科学思维和创新能力方面，把我和106中学、景山中学同学的一些经验和体会，跟大家分享。我的学科是环境科学，一些基本的理念，借这个机会跟同学一起探讨。
　　我从小学到本科学习，跟着老师一步步学的过程。从研究生之后要自己主动研究一些问题。我觉得大家非常幸运，这么早就能够跟一些做研究的导师一起工作，特别是进入国家的实验室。我们在本科，听一位院士的报告大家都非常激动，很少有这样的机会。
　　我的工作经历，主要是以教学和科研，中间也有一些跟外面的交流，在国家环保总局的项目管理的工作。社会的兼职，我投入精力最多或者比较开心的还是跟一些青少年朋友，实际上这个过程是互动的，我们都是互相学习，共同进步的过程。
　　科学家做科学研究时的思维方式，最重要的一点是挑战权威或者提出问题。我认为最重要的核心就是批判思维。我们在大学里讲课，上课之前就说大家有什么问题，对我的课程有什么想法，或者看了一本书或者看了一章教材，最关心的是同学有没有从教材里发现问题。最典型的例子，从大学一年级到研究生期间，因为我的背景是学生物学的，所有的教科书前言里面都有一句话，中国是一个地大物博、人口众多的国家。我进入到环境科学里，发现咱们国家并不是地大物博，人均资源少很多，在世界上的排名是在后面。看任何一个研究报告，首先站的立场不一样，如果认为人家的研究好，或者得了诺贝尔奖，并不等同于它就是绝对的权威，在科学领域，没有特别的完美，都会找到不足或者有一点点漏洞，有很多科学问题没有得到解决。所以，不断地怀疑和提出问题我认为非常重要。
　　第二是分析能力，科学研究并不是自己完全从零做起，亲身获取所有的第一手资料，很多数据信息，分析的时候可能在数据的海洋里，但是需要发现规律，有很多综合资料的分析。同学问我最多的就是我们怎么查资料，因为现在网络非常好，实际上同学也非常苦恼，经常一个关键词能搜出很多资料，但很多都是垃圾信息，需要辨别和分析，这是非常重要的。
　　其次我们谈谈逻辑思维，数据出来以后，你想通过数据发现什么问题或者得到什么结论。研究生经常说这一学期我到野外得到了很多数据，但是我不知道下一步应该怎么做，这就需要科学的方法或者科学思维的方式，能够把这些数据和周围的规律、关系、本质挖掘出来，很重要。
　　所谓的创新思维是最重要的，也是一个人综合素质的表现。中国人很愿意从众，经常我们的小组一讨论的时候，比如景山中学三个同学讨论，前两个同学发言，第三个同学就说我同意他们两个说法，我说不行，每个人的想法都不一样，就一个问题，就一个简单的词，但是你们的想法应该是不一样的，人云亦云，人家说什么样就怎么样，你要仔细考虑你自己的想法。需要创造性的或者独创性地解决问题，用自己的大脑去发现和挖掘，提出自己的思考。
　　科学研究的过程就是不断反思的过程，科学研究只有阶段性的成果，没有最终的结果。这个阶段研究，得到这个结论，过几天就会发现其他同学，或者其它的科学家部分的或者全部提出补充的事实或相反的证据，需要反复的求证。
　　同学都参加了俱乐部，我认为都是对科学有兴趣的。不可能所有的同学到最后都成为一个科学家，不是作为科学家，或者大家在各个行业工作的时候，我认为科学和技术的素养都是非常重要的，首先我认为它是一个能力，比如大家都特别愿意看《哈利.波特》，最后遇到危险和关键时候怎么办？我觉得那里的小女孩儿非常厉害，她最后会想到办法，想到解决的方法，这就是平常知识的储备，而不是遇到问题的时候不知道怎么办，这是一种能力。科学技术也是，比如到野外采样，有的同学可能说我不知道应该怎么样去采，如果有这方面的积累，就应该知道我到野外应该怎样布点，怎样设计实验。
　　21世纪整个社会，无论生活好、工作还是学习，我认为都需要科学技术方面的知识储备和素养的储备，对每个人的未来都是很重要的。
　　科学研究的过程，最主要的是发现问题或者需要观察力，或者思考、观察，做出假设，最后检验。这里有一点，同学做科学研究的时候容易忽视，很多同学提出来这是我想出来的，你得给我证据，国内外的资料查到以后，没有这方面的研究，或者某些科学家有类似的研究，但是跟你想的不一样，你需要给我证据。很多同学说这完全是我创新的，即便是你自己创新的，必须参考已有的理论和一些研究的成果，科学研究不应该从零开始，应该是站在前人研究的基础上，这是很重要的。
　　和科学家、管理者或者决策者交流探讨，包括做环境的研究生下去调查的时候，跟一些农民、渔民都要进行沟通和交流，这个交流是非常重要的。听各种各样的报告是一种交流的方式，参加各种各样的会议，或者跟同学交流，跟老师、科学家，现在有因特网，可以跟远程的科学家交流，比如得诺贝尔奖的科学家，现在都很容易查到Email、通讯地址，有一些相关的问题都可以交流。
　　我在香港的时候的房东太太是中学生，老师给他们一个题目，比如基因食品，他们必须需要找到两个以上的科学家，他们小组把我当成一个，跟我约了一下午的时间访问，非常有意思，研究生跟我讨论的时候什么都不带就来讨论，但是这个小组拿了非常多的在网上收集的资料，在图书馆查的资料，问题的提纲都是事先准备好的，他们这方面的训练比较不错。访问我的同时，还选择在网上跟国外的科学家在网上探讨问题。现在同学交流的平台越来越大，通过各种方式，通讯、打电话，可以认识很多科学家朋友。
　　科学的过程做完了之后，很多研究题目经常是交了一个报告就算结题了，实际上这里可能有很多问题、成果或者规律，但是我们没有时间，大家都很浮躁，做完一个题目，又有其它的工作，就放在一边了，我们的研究生也有这个过程，比如答辩完了就拿到学位了，实际上有很多遗留的科学问题都隐含在这里。现在要求硕士生、博士生，最后总结、提升，得出创新的理论、方法和规律的过程应该长。106中学和景山中学的同学，做完了之后，自己的计划，应该留相当长的时间把成果提炼，这个过程非常重要。
　　科学研究通用的方法是我在网上查到的，比如归纳与演绎法、分析与综合法、推理与论证法、抽象法。但是关键不是树上的方法，而是已经溶化在你的大脑中成为一种思维习惯。
　　美国一位教授提出来的给青少年的建议，成为“天才”的13种思维工具，我归纳了五个部分。第一部分是观察－想象－抽象的过程，需要发现问题，需要仔细去观察，很多实验现象可能一闪即逝，可能里面隐含了很多问题。第二是模式的认知，中学阶段的数理化的基础，各方面的能力不错了，比如对环境科学感需要了解环境科学的基本内容，假如没有基本的认知，下一步的过程形成不了自己的观点，也没法跟其它研究做比较。第三部分，需要兴趣，如果对这方面没有兴趣，退出没有问题。要有兴趣的投入，才有感情的投入。106和景山的学生开始都觉得选题是很痛苦的过程，一旦做进去之后，老师不让做，同学的热情高涨，兴趣不减。因为大家的学习也很紧，可是他们都说不行，我还想做哪个部分，已经进入这种状态。感兴趣以后还得抽身，上升到另一个层面去思考科学的问题。模式实际上就是量化的，搞环境研究的因素非常多，但是很多同学量化的概念薄弱了，数据非常多，而且一说环境，可能定性的或者感性的东西很快就占入同学的头脑，定量化，模型化，或者一个国外的模型能不能拿到这儿用，北京市这种环境下可以用，需要考察转化，或者修改、综合。最后提出创造力，可能是前几个部分最后的结果，而不是一开始就说哪个同学有创造力，在这些过程之后才能看出最后的结果是什么。
　　能力的培养，书面的语言是三个方面，通过科学的训练，能够培养抽象和概括的能力，判断和推理、分析和解决问题的能力。分析和解决问题，我们特别强调独立。我们跟同学一起讨论的时候，同学经常说谁提出来，是怎样解决问题，我们就说你自己的想法到底怎么样，是完全和别人不一样，还是20％的不同，50％的不同，还是完全是你自己的想法，都不一样。
　　科学研究能力的培养，不应该是单独的做研究，每天琢磨研究工作，实际上我们认为应该是全面的素质的培养。根据我们科学研究过程当中跟同学沟通，觉得这几个方面的能力非常重要。
　　第一，怀疑和分析，怀疑实际上就是挑战权威，包括教科书，我跟本科生讲课的时候说教科书有一些确实是朴实的规律，但有一些都是需要不断更新、补充的，尤其环境科学发展的非常快，可能今天提出一个理论，明天就有人验证其中有些地方不对，或者补充新的，不停地变，不能说印刷成书的或者纸的教材，就是千真万确的真理，不是这样的。
　　第二，环境科学特别需要整合和理论提升。所谓的整合，高中同学应该特别善于利用现在已经学到的知识，比如要考察一个同学的综合整合能力，可能出一个环境的题目，为什么？他需要物理的、化学的、生物的、地理的，包括历史研究的历程，科学发展的历史，这个过程可能需要各种知识，最后在环境科学里解决这个问题都需要。
　　第三，诚信。中国的诚信社会、和谐社会怎么建立，同学在科研过程当中也建立信誉。在我们的研究领域会说哪个科学家的信誉非常好，信誉度非常好，某一些人的论文值得推敲,需要仔细验证。
　　第四，领导与合作。现在大家都是一个小的团队，一个小组，团队必须有一个组长，组长需要有领导能力，还有合作，小组里分工、合作。有的同学说我的能力特别强，自己做一个题目。在科学研究里，特别是环境科学不提倡。可能数学、物理一个人研究可以，但是环境的问题，数据量非常大，工作量非常大，一个人肯定做不完，分工合作的能力也需要培养。
　　最后需要很多能力综合才能形成创新能力。
　　研究型的学习，归纳起来有几类。一类是发现身边的科学问题，环境科学很容易发现周边或者学校里有什么问题，给我们提出来解决,非常重要。
　　跟科学家建立联系，进入到国家的重点实验室，非常好，进入到国家重点实验室，进入科研团队里，进入到这个课题里，可能会省去很多时间一步到了国内先进或者国际水平，整个课题组有很多资源现在可以利用，不用从头摸一个特别新的方法，可能方法初步成型，但是看学生的理解能力以及下一步怎么做，如何形成自己的创新能力和特色。
　　最后，参加这个活动，最重要的是通过学到的，能改变自己或者改变周围的环境,非常重要。
　　中学生研究型学习有几个优势，第一，高中阶段的好奇心非常强。不想尝试就没法进入这种状态，只要想尝试就会有结果，过程非常好。第二，有时我们跟博士、博士后或者老师讨论问题，他在这个领域里深入的太深了，很多问题被局限在里面了，青少年特别是高中阶段的同学，还有本科生，思维都是发散的，没有框架，非常好。第三，高中的同学具有特别旺盛的精力，学习很多，但是业余时间同学会有很多精力投入到这里，非常重要。第四，特别好的是学校、家庭包括俱乐部等社会给大家搭了非常好的平台，我们小的时候肯定没有。对中学生来说，科学这个领域都是天高任鸟飞的过程。
　　我从我的老师或者从同行里学到的，或者我自己努力做的。第一，实事求是的态度，一就是一，二就是二，科学没有特别模糊的。第二，严谨。知错就改，虚心好学。第三，公平公正的做人原则非常重要。科技俱乐部的同学参加讨论，大家都是平等的，我有什么问题就直截了当的问你，有什么我没看到的文献，我会说你在什么地方看到的，你讲一讲或者讨论一下，或者我回去要看一下，大家都是非常公正、公平的。第四，钻研。经常有科学家说，聪明的科学家在一个木板上能找到最薄的地方钻一个眼，就会有所发现，或者发现石油喷泉式的出来了。但是找最薄的地方是你的能力，必须得钻下去，经常很多同学浮在上面，不钻下去就没有结果，可能离结果或者接近成功就差一步，但是没钻下去，钉子没钉进去就没结果。很多同学克服了很多困难，坚持到最后，肯定会有成果。假如在科学研究当中证明这条路，这个方法失败了，这也是一个成果，非常好的成果。最后是应该有不断探求的精神。
　　我一说到环境大家会有什么想法？
同学： 我们待的地方，比如这个屋子空气比较高，污染很大。
同学： 我觉得环境和人是互相影响的。
刘静玲： 地球环境，或者全球环境变化。这是卫星照的。这是“神六”宇航员照的中国的这段，从整个地球进入到一个局部。假如我们坐在飞机上看地球是什么样的。进入到森林里是这样的情况，现在北方的大雪，这时的森林又是另一种环境。中国确实幅员比较辽阔，云南、四川，不同的环境类型。这是晚上的情况，给它起名“二泉映月”，是我特别喜欢的照片，感觉又不一样。森林里有很多生命，有的时候是肉眼观察不到的变化。这个地方是桂林刘三姐的故乡。后面的大树是榕树王，是一棵榕树，榕树独木成林，远看像一片林地。我进到榕树里面照的照片，为什么能独木成林呢？支柱落在地上又成为一个分枝，树干横向的分枝那么长。这些都是偏自然的环境。
　　八达岭长城，大年初一下完雪以后跑到一个人没有的地方照的照片。这是北京的西山的小的环境，中国的传统文化非常注意自然和环境的和谐，这是西山一个寺庙里的景观，本来是一个自然的泉，但是做了一个龙头，泉水从这里引出来，非常美，可以做一个节水的宣传。从北京进入到师大的校园，春天在校园里照的，给同学打出来以后，同学都说我们从来没看见过这种植物，为什么呢？大家没有时间观察，平常走在路上，一走而过，这是非常漂亮的早春的植物，报春花，照出来之后学生都说特美，但是他们平时都没发现。荷花盛开，这个植物是叫荷花玉兰，玉兰的一种，花比较大。这是我们校园的花，当时北京是桑拿天气，天都是雾蒙蒙的，如果是蓝天白云作为背景，我是从树下面往上照的。这是学生上课时的环境，大家在提问题。这是居室的环境，我们家客厅的一角。
　　还有跟日常关系很密切的，这是我请求我女儿支援我的小照片，都是环境里的组成部分。
　　照片看完了，现在需要进入到提升的阶段，到底什么是环境？环境有什么样的特点？
同学： 看了这么多图片让人们感到赏心悦目，都是自然环境，人文环境结合的非常好。看到这样的照片同学们也发出赞叹声。
同学： 环境是各种因素相结合的，不管是自然的还是人文的，人和自然一起，各种自然因素的组合成环境，是生活的环境。
刘静玲： 同学说得非常好，但是用科学的语言总结一下，在环境科学当中，和生态学里提的环境是不一样的，环境是以人类为主体的外部世界，是人类赖以生存和发展的物质条件的综合体，包括自然环境和人工环境，现在又有人提出复合的环境，很难分辨清自然、人工的中间类型。“神六”飞船是非常典型的人工环境，完全人工营造的环境。在自然界或者咱们周围很难分清，会议室里主要是人为主的人工的建筑，但是有空气，有自然的要素，自然和人工的环境。
　　 环境的特点，第一是多样性。第二，互相之间的关系很复杂，实际上是整体性的，相互之间的联系非常复杂，互相影响。第三，时空变化，从整个地球一直到了非常微小的会议室，时空变化，季节变化，白天、晚上的变化。第四，环境是相对稳定的，有的科学家或者有的朋友经常问我现在环境特别恶劣，但是我生活的挺好的，有时是相对稳定的，给人提供相对稳定的条件。实际上有一些变化都是隐含的。第五，环境的脆弱性。由于一个因子的破坏，环境很容易崩溃。最后，环境变化是滞后的，变化的环境不是马上反映出来，是滞后的，大家现在觉得破坏环境没有直接后果，看到后果是已经晚了。
　　这些特点造成了目前为止人类面临很多的环境危机，有人归结为出十大危机，有人说可能更多。总体这些危机日益成为人类社会发展的障碍或者瓶颈，或者影响到每个人生活的质量。
　　环境问题的本质到底是什么？恩格斯的一段话，人类经常陶醉于对自然界的胜利。最著名的一句话，人不仅要征服自然，还要改造自然。现在从环境科学的角度需要重新审视这样的想法。最重要的是人类对自然界的索取、破坏和干预超出了自然界“忍受”的程度，导致了不平衡的状态。
　　出路在哪里？希望同学和我，和喜欢环境科学的青少年朋友共同寻找一些出路。
　　推荐一些书目，很重要的是《寂静的春天》，是现代环境科学标志性的出版物。
　　谢谢大家。