钱学森科学与教育思想研究文集

郑哲敏

中国科学院力学研究所院士

李佩先生叫我来讲一讲。李先生组织我们几个人，要研究一下钱学森的科学思想和他的教育思想。一般化的介绍过去已经谈得很多了，但要深入地谈，真正掌握住他的思想，我觉得还需要做更多工作。钱先生的科学思想里最重要的部分就是工程科学思想。这里也包含着他对教育的一些看法。我以他的工程科学思想为题来讲它的一些内容，同时也讲一讲它的背景。因为一个人的思想的形成和他的环境、时代是分不开的。为了便于理解他的思想，也和大家介绍一下我所知道的一些情况。主要是讲他国外一段大概的经历，国内一段请谈庆明先生来讲。

钱学森工程科学主要论点

钱先生的工程科学思想大体上有这么几条：

（1）工程科学是自然科学与工程技术间的桥梁，也是人类知识的一种源泉

在自然科学与工程技术之间有另外一种学问，这个学问是自然科学与工程技术之间的一个桥梁，目的是把自然科学的理论如何运用到工程技术里面去，还要把工程技术里的问题提炼成科学问题，然后用现代科学的办法来解决工程的问题，最后还要回到工程中去。工程科学也是人类认识世界的一个源泉，就像自动化、控制论，这些学问首先是从工程中来的，而不是从自然科学中来的。从工程技术的实践里，也可以发现自然规律的一些东西，它有一个反馈作用。

（2）工程科学属于科学；工程科学要起带动工程技术的作用

工程科学属于科学类，它不是实际去做工程。工程科学要走在工程的前面，给它提供一些新的理论、新的知识、新的工具、新的技术，带动工程的发展，而不要做工程的尾巴，不是打小工的意思。这方面例子也很多，像航空、航天就特别突出，原子能也特别突出。物理学家首先发现核裂变是一种新的能源，一批物理学家，搞化学工程的，把核燃料分离出来，然后进行理论上的一些计算和判断，确认发展核能在技术上是可能实现的，因此核能技术的发展是科学先行的。我理解他的意思是，我们要特别注意利用基础研究的知识，开辟新的工程技术领域，使之在工程上发挥作用，在改造世界方面能够起些作用。

（3）工程科学要创造性地运用最新的自然科学研究成果，又要灵活运用工程技术经验

工程科学要创造性地运用最新的自然科学理论成果，但是工程处理的问题常常是一个比较复杂的系统。自然科学的方法常常是需要简化、简化、再简化，简化到最简单的边界环境条件，把根本的规律找出来。工程科学的特点是不允许你过于简化，所以在实际环境中要解决这些问题，完全靠自然科学的这些办法还不够，还需要有些必要的经验。

（4）工程科学的研究成果要回到工程技术中去并得到验证和进一步的发展

一些研究成果一定要回到工程技术中去，要解决问题。不能说有了理论就行了。这个观点现在仍有现实意义和针对性。我们申请项目时都说我这有多重要，对国民经济对国防建设如何如何重要，但拿回来做出结果以后，从来不告诉人家如何应用这个结果。其实很重要的是，既然搞应用的研究，就应该再回到应用中去，接受应用的检验。

工程科学的历史渊源

工程科学这种思想当然也不是钱先生一个人所想，他写了文章来专门讲这些事情，使之更加系统，但这种思想在历史上有很长的发展、很长的渊源。

古代，科学与工程技术的独立发展

说古代科学就是说希腊科学，在古代中国，只有技术没有科学，一直到近代科学进来以前。所以现在很多研究这方面的人就说，中国为什么没有发展出现代科学，理由是我们只讲究技术，没有讲究科学，希腊的精神在我们的传统文化里是缺失的。比如把探索大自然的奥秘作为自己生活中的目标，在中国古代，也许在百家争鸣，诸子百家的时候有这样的萌芽，到后来独尊儒学以后，基本就没有了。真正把几何学作为一种纯粹的数学来研究是在希腊。欧几里得几何这么严密的论证，公设、公理、定理、原理等等这一套东西，在中国也是没有的。在古代科学中，科学、工艺与技术是独立发展的。

近代，培根的实验科学思想与古希腊科学思想开始结合；出现“无形学院”，英国皇家学会宗旨，科普性组织，月光社；随后，出现瓦特与蒸汽机。

在近代，英国培根批判希腊的科学思想，特别是柏拉图的唯理性，提倡实验科学的精神。什么东西都要有实验验证。如果过去是一种推理的，那么现在是一种归纳的，他提倡这种精神。与古希腊科学思想结合起来，就既有推理，又有归纳。

在这种思想影响下，在英国社会上形成“无形学院”，大家组织起来对一些感兴趣的问题进行讨论，其中有科学家、工艺师和其他所有感兴趣的人。这就是英国皇家学会的前身。

英国皇家学会的宗旨是“增进关于自然事物和一切实用技艺、制造、机械和工程方面的知识，并利用实验来从事发明和发现，以期建立一个理解自然和指导技艺的实验哲学体系”。这样就把两者结合起来了。

后来英国成立皇家学会，在一些城市成立很多科普性组织，有一个城市的叫月光社；月光社的成员里有一些科学家和社会上的工艺师。

瓦特是搞仪器的，在与这些人的交流中就在蒸汽机上做了很重要的发明，最重要的是发明冷凝器，大大提高了蒸汽机的热效率。这是瓦特最主要的贡献。当时蒸汽机的类型很多，瓦特不是第一个发明蒸汽机的人，他是第一个用冷凝器提高蒸汽机效率的人。

英国皇家学会最早的章程里说明，他们也是一个合作的团体。但仍然做学院式的研究，工艺还是工艺，两者有关系，但是结合并不多。

航空时代的到来；力学界的哥廷根学派；科学界大规模介入二次世界大战。

20世纪初，航空时代到来，用老传统估算的办法解决不了航空的问题，航空必须精打细算，要抠料，抠重量，考虑安全，才能飞得起来，所以对科学的发展提出了更高的要求。

这时在力学界，德国的哥廷根大学有一批人出来，特别是有位校长费利克斯·克莱因（Felix Klein），去了一次芝加哥的世博会。他一看美国的资源那么丰富，就想德国要想能够与美国竞争，唯一的办法就是靠科学，所以他强调数学和力学的应用，强调搞力学要面向工业的应用，并且把原来搞机械的工程师普朗特请进学校。力学界有一批年轻人，不叫自己为教授，而称自己是工程师。这些人科学训练都是很好的，在力学界就形成哥廷根学派。钱学森的老师冯·卡门是哥廷根学派的一个很重要的标志性人物，而他老师的老师普朗特则是哥廷根学派创始人。

在二次世界大战之前科学界与国防和工业联系都不是很多的，在美国的一个辩论会上，当时的发明家爱迪生还与物理学家发生争吵，作为工程师他认为根本没必要考虑比千分之一更高的精度，这表明他没有跟上科学的发展。科学界大规模介入二次世界大战，一方面是航空与火箭，一方面是原子能，一方面是雷达。

钱学森学习与科研经历

钱先生在这样的环境里，在美国待了20年。在加州理工学院前后一共待了17年，这个经历是他形成工程科学思想的一个很重要的来源。

加州理工学院（英文简称Call tech）

“建校三杰”；共同的目标：以数学、物理为基础的理工科教育纲领和少而精的办学理念

加州理工学院是一个很特殊的学校，对造就钱先生的想法很有影响。这所学校于1891年创立，原是洛杉矶附近的一个小城市里很不知名的一所水平不高的学校。学校附近有个天文台，台长是天文学家乔治·E·海耳（George E．Hale），对数学、物理和工程都感兴趣，而且文学也很好，社交能力、活动能力也很强。他觉得在南加州应该有一所大学，以数学、物理、化学和工程研究为主、小而精的这样一所大学，这是他的一个指导思想。海耳是美国科学院的成员，同时是英国皇家天文学会的成员，也是美国科学院的一个外事秘书。他联合了两个人，一个是芝加哥大学的物理学家罗伯特·A·密立根（Robert A．Millikan）教授，曾是第一个测量电子电荷和普朗克（Planck）常数的人，后来获诺贝尔物理学奖。另一个人是阿瑟·A·诺伊斯（Arthur A．Noyes），曾是麻省理工学院（MIT）的教授，专业是物理化学。一个天文学家，一个物理学家，一个物理化学家，共同的理想使他们走到一起，成为加州理工学院的“建校三杰”。

NRC（国家研究理事会）的建立和战时合作；基金会；Pasadena

接着第一次世界大战发生，三人有一个共同的想法，就是科学界也要为战争做准备。当时美国缺飞机，缺炸药，诺伊斯出来主要是主持TNT黄色炸药的生产，密立根出来主持探测德国潜艇的工作。海耳找到威尔逊总统，说服他在美国科学院下面建立一个“国家研究理事会”（NRC），现在是美国科学与技术咨询和政策研究很重要的一个部门。美国国家科学院、国家工程院和国家医学院是根据同一条国会立法成立的。这三个院电子邮件域名的后缀都是edu，隶属于它们的NRC的域名的后缀却是gov，是政府机构。

到了1920年，学校改名为加州理工学院。

当时美国私立大学的经费主要是来源于个人捐助和私人基金会。美国也设公立大学，早期多半是矿业大学，或是农业大学，因为在立国的时候需要这些。那时学校里科学家和老师作研究都不喜欢要国家的钱，认为国家的钱是有附加条件的，领取了会失去科学研究的自主性。但是大的私人基金会不一样。另外，加州理工学院所在的城市Pasadena离洛杉矶大约也就一二十英里，天气好，这个地方是有钱人退休的地方。美国一二十年代的很多大亨，有许多退休以后就住在那里。有了基金会提供的资金和当地城市的一些支持，再加上这三个人的活动能力都很强，能搞到经费，就把这个学校办起来了。

1921年密立根来到加州理工学院，六年后该校物理系的成就

密立根1921年全职来到加州理工学院，首先抓的是物理，六年后这个学校的物理学论文排名在全国已经是第一了，博士生人数、NRC学者人数也都名列美国各大学物理系之首。这个学校不像那些有上百年历史的常青藤大学，这个学校是没有历史的，就是靠一些出色的人把它办起来了。几年之后，就使这个物理系改变了面貌。

邀请顶尖物理学家访问，1925年开始扩展学科覆盖面的计划

物理系还把那个时代顶尖的物理学家都请去做访问，包括爱因斯坦，1931年、1932年、1933年连续访问这个学校。他去这个学校做报告时，有一位哈勃先生在附近的天文台，也就是海耳的那个天文台里工作，他用当时美国最大的反射式望远镜观察到宇宙在扩大，在膨胀。但爱因斯坦相对论理论有一个爱因斯坦常数，设定常数以后宇宙是不会膨胀的。于是他就向爱因斯坦提出问题，因此爱因斯坦与哈勃之间有很多交流。在学校时爱因斯坦没有表态，直到他回到德国以后，过了一阵他写信给学校说，觉得哈勃说得有道理，并且说宇宙膨胀是相对论中能容纳的东西。

力邀有成就的学者担任系主任，经费充足

这个学校有充足的经费，又有能力邀请一些有成就的学者担任系主任，来主持一些新的系。例如1928年为了邀请著名的遗传学者托马斯·H·摩根（Thomas H．Morgan），学校向基金会和当地筹资500万美元，盖两个楼，一个生物楼，搞发育生物学；一个生物物理、生物化学楼。

当时有一个古根海姆（Guggenheim）基金会准备出资支持7个大学建立航空系。校长密立根听说后，就去找古根海姆（Guggenheim），跟他说：你所出资的都是搞技术的，飞机制造和工艺等等。我要办一个航空系，首先是侧重理论的。我不同于他们几个，以此说服古根海姆。同时看中了冯·卡门，他当时在德国Aachen大学当航空系系主任。经过几年的努力，冯·卡门被请到加州理工学院航空系当系主任。地震学家Gutenburg也是从德国请来主持地学系的。

美国航空工业当时的情况

美国航空曾经有很低潮的一段时期。第一次世界大战，飞机第一次用来作战。有段时间美国飞机生产量是很大的，每年可以到2万架。但是战争一打完，许多人就没事干了。有的沦落到搞飞行表演，像马戏团那样在农场上空表演特技飞行。飞机的需求马上就下来了。逐渐恢复的原因是首先给飞机找到一个用途，用来运邮件，航空邮递。再慢慢开始运载少量的旅客，在这个基础上美国的航空工业逐渐振兴起来。所以基金会就想促进这个事情。(www.xing528.com)

早期毕业生已有突出成就；建校七八十年中30余人获诺贝尔奖

改名之后，这个学校毕业了一批本校的研究生，有的是非常突出的。其中有一位化学家莱纳斯·波林（Linus Pauling），我上学时这个人还在学校里。他本科和研究生都是这个学校的，论文做的是晶体结构。那个时候X光衍射刚刚出来，晶体结构也是很新鲜的事。这个学校20年代还出了卡尔·安德森（Carl Anderson），是密立根的学生。他的出名是因为他发现了正电子，得了诺贝尔奖，他是赵忠尧先生的同学。密立根，还有一个学物理的学生查尔斯·里克特（Charles Richter），是发现里氏震级的人。钱学森、郭永怀、林家翘这些有名的力学家和应用数学家都出自卡门门下。

到20世纪末，短短的七八十年中，教职工与毕业的学生获诺贝尔奖的人数多达30余人。咱们国家也有60年了，不能说60年时间不够长，而是我们的教育方式出现了一些问题。不需要很长的历史，只要方针方法对头，许多事还是能办成的。

少而精的办学理念

创办学校的这三个人还有一个思想，就是人要少而精。我在那里念书的四五十年代，学校只有500个大学生，500个研究生。1979年我们代表团去访问时，大概900个大学生，1 100个研究生，直到现在还是这个数，教师队伍约300人。生物系很强。我离开学校时，有一位教授——戴尔沃克是学物理的，来到生物系，1969年获诺贝尔奖。盖尔·曼（Gell Mann）获诺贝尔奖。范曼（Feynman）获诺贝尔奖。一批人都出来了。

钱学森的老师西奥多·冯·卡门

西奥多·冯·卡门（Theodore von Kármán）原籍匈牙利，父亲是位教育家，这一点与钱先生父亲差不多。他小时候很聪明，很有天才，心算很快。家里聚会时，他的哥哥就把他放在桌上表演心算，做得很好。被他父亲发现，训了一顿，说不能这样教育孩子，以后不准这样了。同时他父亲倾向于他搞一些应用的东西，所以他学的是工程。后来到哥廷根大学学习，师从L．Prantdl，最早搞固体力学，早期工作是压杆的塑性失稳，他还发表过论文，以实验表明大理石在高压下呈现像金属那样的塑性。刚开始工作时是当Dozent，就是在取得博士学位后担任学生的辅导老师，收入来自被辅导的学生，学校不给工资。这样做了几年。每天都去实验室，一次看到有个人在水池里做实验，但水流总是稳定不下来。后来他琢磨了一番，结果就出了《卡门涡街》这篇很有名的论文，说明这是自然界的一个普遍现象。他还得到了充分发展的湍流边界层速度剖面的著名公式，至今仍被广泛采用。他是IUTAM——国际理论应用力学大会前身ICAM的积极创导者。其主导思想：发展工程科学以别于传统的自然科学。他与工业界和军界有良好合作关系。他是将飞机机身从早期的桁架结构推向薄壳金属结构的创导者。

密立根在1927年申请成立航空系时，当时考虑三个人，后来选定卡门，因为他年纪最小，他的思想也是要创办研究性的航空系。

卡门与钱学森

钱先生与卡门师徒关系是非常好的。我想这也是种机遇。一个人要有成绩，需要有本人努力、本人能力、本人天赋，还得有机遇。钱先生有幸遇到这样一个老师。

博士论文

钱先生的博士论文由四部分组成，前三部分都是空气动力学方面的，第四部分是火箭方面的。论文做得好，当然要本人能力强，再就是题目要选得好，老师出的题目要好。其中有一个题目源于老师的一个猜想，经过钱学森的分析推导，得到了一个可以用简易的方法计算空气的可压缩性对飞机机翼升力的修正，这就是著名的卡门－钱公式。对当时的航空工业，这是个关系重大的问题，因为这个公式为提高飞机速度解决了关键问题。在空气动力学方面，这也是一个重要的近似理论，因而成为经典。这个例子说明，作为一个导师，肯把重要的想法交给学生，既表现了他的大度，也表现了他对学生的信任和爱护。钱学森则充分表现了他的才华、勤奋和坚强的意志。

参加火箭小组。第一项“独立”的研究

他参加火箭小组也得到老师的支持，开始搞火箭。

他第一项“独立”的研究是关于扁壳的非线性失稳的文章，是与老师联合署名的，即卡门与他两人。这个问题也是当时航空工业里急迫需要解决的，而过去理论与实验差别很大，属于尚不能解释的问题。这个失稳的临界载荷，他做出来了。这两方面的工作就使他在美国学术界、航空界成为很有名的人物。

推荐成为美国陆军航空兵航空科学咨询委员会成员

后来因为战争，他老师与美国的空军关系比较密切，一方面是火箭的研究，一方面是航空方面的研究。有时空军来咨询他老师，老师就把问题提给钱学森，让他来具体解决，所以他有机会得到锻炼。后来老师又推荐他成为美国陆军航空兵航空科学顾问团的成员。

参加赴德考察和“迈向新高度”（Toward New Horizons）的写作

接着钱学森又被派到德国去考察。美国陆军派冯·卡门他们到战败中的德国去，让他们跟着美军前进，去考察德国航空和火箭的研究。回来以后做总结，由老师牵头，写了13卷的总结和规划性的报告，总题目为“迈向新高度”。前两卷总论是他老师单独署名的，其余各卷包含若干专项，每项又分专题。钱先生是主要作者兼编辑。有六个方面的专题是由钱先生撰写的。全部专题包含飞机、火箭、导弹、空气动力学、喷气推进和核动力、雷达、控制、寻的和导引、武器、通讯、大规模空运、天气与作战等等。这个事情是美国陆军航空兵的司令阿诺德（Arnold）交给他们办的，后来这套报告被认为是对战后美国空军战略上的发展具有重要意义、起着指导作用的一个文件。这项规划性的工作，从实地考察到撰写成文，钱学森先生都亲自参与了。所以钱先生回国参加我们这里的规划，当综合组的组长，对他来说是驾轻就熟的，因为他有过这个机遇，有这个能力，有进行高层次规划的经历。

钱学森的学习生活

良好的学习习惯

钱先生有很好的学习习惯，这是他从小养成的。到办公室看他的办公桌上，从来都是干干净净的。从来不会有一大堆的纸，不整齐的东西。做完了工作自己就归档弄好。听他秘书说，他父亲从小就训练他，杭州常下雨，回家后，雨伞、雨衣雨鞋放哪儿，都有明确规定。他是很守规矩的这么一个人。

规定功课之外，大量有关数学、物理和化学的旁听和自学；协助解决工业和国防部门提出咨询的课题

加州理工学院的学习，除了规定的课程之外，还有相当的时间可以旁听别的课。而且念博士学位有两个要求。主选一个，辅选一个。钱先生选的一个是航空，一个是数学。他在课余之后，旁听和自学了大量数学课，还有物理课，如统计物理、原子分子物理和化学。

同时，他帮助卡门解决工业和国防部门提出的咨询课题。

担任教授期间的日程

他的生活很有规律，一天的安排，上午：授课或旁听别的课，学习一些东西。下午：参加各种研究班讨论会，和大家讨论问题，交流。晚间：科研，写作，自学直至午夜。

他有这些成就，与他的经历是密切相关的。

钱学森的教育思想

基础课要扎实，领域要宽，要兼顾理工文。学化学不要只学化学，学物理不要只懂物理，最基础的是要学好数学和物理，晚年强调理、工、文都要结合。

专业课要精尖。强调少而精，不需要样样专业课都学，学太多没有必要。有了这个基础之后应该有能力在任何一门专业课都能上得去，将来需要转别的照样能转上去。最近接触加州理工学院的一个系主任，问起这个事，他们给这个方法起个名叫做Leap Frog，即蛙跳式，这是第二次世界大战美国打日本时用的方法，占领一个岛屿，又跳到另一个岛，每次都向日本本土接近一步。你要有能力跳，基础打完以后，专业课跳一跳就能达到了。但必须通过自己的努力，不是样样都要手把手教的。

学习要抓住要点，要分清主次，要有总体意识。钱先生强调学习要抓重点，主次一定要分明。同时要有总体意识。有时他跟我说，你做一件事情，要看到这件事情背后更大的图片，你占什么位置。有了这个意识，会看到你的工作在整个大的面里占多大重量，是次要的，不重要的，还是很重要的，自己应该有个合适的认识。下一步，自己努力往哪里走，也要有个清晰的看法。有总体意识是很重要的。

写文章要言之有物，要逻辑严密，条理清晰，要说明和解决问题，要给学生以深入思考的空间

这是我归纳钱先生的一些教育思想。所以在成立中国科技大学的时候，我们这里有位同事画了个图，表达钱先生的思想。下面是一个大圆盘，又厚又大的圆盘，上面竖一根很尖的竿，有个尖头，说这是科大教育思想。

我的一点体会

力学研究应当更加重视应用，自己的成果不要停留在理论，要努力使它在应用中得到体现

力学研究作为一门工程科学要从基础研究出发，适当吸收经验性知识，要有自主的途径，要接受实验验证。

最近国家给钱我们做一些事情。但我觉得现在有的人为项目，为弄钱，忽悠的事太多了。有人倡导产学研结合，而且以产为主，这个办法不行。我觉得科学研究的工作要有相当的自主性，你得有自己的想法，没有自己想法跟别人指挥棒转，这是打小工。真要创造一点东西，走新路子，必须有自己的想法。自主性表现在实现自主设定的途径和目标。在科研组织上不宜一味地强调产学研。如果“产”需要，我们确实应该去帮助。但是如果把产学研当成一条主线，只走产学研的路，那科学院变成给人打小工的了，主业是什么就没有了，创新也就没有了。你充其量是跟着工业的尾巴去转，跟着外国人去转。所以我觉得有相当的自主性这一点很重要。

要深刻认识科学探索的内在价值，努力做到高水平

钱先生强调富国强民。从鸦片战争以来，富国强民是我们很多很多人的追求，你学工程的也好，学科学的也好，学文科的也好，中国人都有一种家国的情怀，国家有难匹夫有责，爱国心情都是一样的。但要说爱国心情是科学研究唯一的动力，那就要琢磨琢磨了。有人列了这么几条作为科学研究的动力：搞科研是因为科研工资不错；声誉也挺好，社会地位相对也不错；可以富国强民；满足个人兴趣。但无论怎样说，如果没有兴趣，没有探索未知的兴趣，不能把发现规律当成一种美来欣赏，哪来科学研究所需的那种坚持，不惧艰辛，淡薄名利的精神呢？我们大家回顾回顾，我们的真正动力是什么？我想根本的动力在于兴趣。应该有一个高尚的兴趣，才能避开我们现在这种种忽悠社会的现象，当官的要贪污，搞科研的也要勾结，弄虚作假。在认识上我们得提高一点吧。

提高教育水平，最重要的是给教育工作者以充分的自主权，美国加州理工学院（Caltech）是很有启发的例子

加州理工学院能建成这样，靠政府管得那么死行吗？我觉得是不行的。很多事情是下面的积极性自己走出来的路，而且路不只是一条。如果事事要统一思想，创新岂不是没有了？

教育首要的目标是给学生以充分的自信

我在加州理工学院前后待了6年，我想对待学生，最主要的是学校对人的尊重，包括对学生的尊重。后来我回去看的时候，听那里的一位老师说，我对学生必须很爱护、很尊重才行，也许将来我的班里能出一个诺贝尔奖获得者呢！他这种心情是尊重学生和爱护学生的。在学校里最重要的是使学生建立自信心。现在我们的制度有问题，最好的学生都进清华、北大等几个极少数的大学，到那里后，多数人的自信心都给打掉了，毕业时成为中等甚至很差的学生，这不是对人才的摧残吗？学校教育要培养学生的自信心，没有自信心的学生是没有出息的，他不可能有希望。要使他觉得自己有长进有信心，他就会愿意学。否则，教育肯定是失败的。

（李伟格根据录音整理）