诺贝尔化学奖人才成功的环境因素分析及启示_诺贝尔论文

诺贝尔化学奖人才成功的环境因素分析及启示_诺贝尔论文

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1901年至今,作为化学学科最具权威、最有影响的国际大奖——诺贝尔奖,已颁发了94次,全世界共有141人获此殊荣。诺贝尔奖是一个国家科学与技术发展的象征,是一个民族具备知识创新能力的标志,也是人类精神和学识之顶礼膜拜。在当今世界上,没有哪个奖项比诺贝尔奖更能震撼国家的神经中枢,没有哪一位登上领奖台的获奖者比获诺贝尔奖更能体会民族的自豪感与荣誉感。随着我国的改革开放和“科教兴国”战略的实施,人们更深刻地认识到科学技术作为第一生产力,对我国经济持续稳定增长所起到的巨大的推动作用,几乎每一个炎黄子孙都有“诺贝尔情结”,而且比以往任何时候都深。而如何实现其“零的突破”也成为摆在国人面前的一个难求而必求之梦。笔者对化学诺贝尔获奖者的社会环境、学校环境、家庭环境进行了剖析,力图带来某些启示。

一、社会环境

诺贝尔奖在总体上反映了一个国家社会和经济发展的实力水平。从141位化学奖获得者的获奖国度统计分析发现,其中美、英、德3国获奖人数高达101人,占总人数的71.6%。20世纪初,德国是经济和科学的强盛国,在1901年~1939年间的40位化学获奖者中,德国就占16人,其获奖原因囊括了分析测试、化学热力学、动力学、合成有机化学、天然有机化学、生物化学等诸多方向。如:拜尔对有机染料的合成(1905年奖)、奥斯特瓦尔特对化学平衡及催化动力学的研究(1909年奖)、哈伯的合成氨(1918年奖)、能斯特的热力学第二定律(1920年奖)、温道斯对胆固醇和叶绿素结构的研究(1930年奖)等等。而这时的英国由于处于工业革命的成果期,社会稳定、经济文化发达,化学奖获得者为6位,位居世界第二,出现了卢瑟福(1908年奖)、索迪(1937年奖)等科技重头人物。这一时期美国获化学奖3枚,只达到了“零”的突破。20世纪中期至今,美国一直是世界经济、科技的中心,在1943年~2002年间的101名化学奖获得者中,美国为45人,20世纪以来的27名化学奖获得者中,美国为15人,且二战以后化学领域中的重大研究几乎都是美国科学家所为。如鲍林的价键理论(1954年奖)、伍德沃德对有机合成的贡献(1965年奖)、霍夫曼的分子轨道对称守恒原理(1981年奖)、伯格、吉尔伯特对DNA分子结构的研究(1980年奖)、克罗托.科尔、斯莫利发现C[,60]等等。

诺贝尔奖是国家科学政策与体制成败得失的标志之一。首先,科技的投入是获奖的硬环境,尤其是基础研究的投入。统计分析表明,获奖比重中基础科研成果大大高于应用成果,奖项常授予为某项发明而奠定理论基础的化学家而不是技术的直接发明者,21世纪后向基础科学成果与应用成果结合的趋势发展。1901年~2002年诺贝尔化学奖获奖人数中,北美和欧洲经济发达国家136人,占总数的96.5%,日本4人,发展中国家为零。1943年~2002年间的101名获奖者中美国45人,占45%,如此累累硕果当然与其丰厚的投入相辅相成。1945年,美国科学研究与发展办公室V.布什向杜鲁门提交了一份报告《科学——永无止境的前沿》,强调了基础研究的重要性,此后,美国用于基础研究经费的2/3由联邦政府直接提供,1993年~1995年总投入876.32亿美元,占R&D投入的17.3%。美国马里兰大学的科学史专家斯蒂芬.布拉什说:“我们成功地建立了一个由联邦政府提供资助的大规模的科技体制,这就是我们屡屡获奖的原因”。日本的情况更具说服力,日本是二战以后综合国力迅速增强,人均GDP在很长一段时间内甚至超过美国,在诺贝尔获奖上应有较大突破,但由于日本是较晚进入“富国俱乐部”的成员,加之其长期推行重技术轻科学的政策,其基础研究经费只有美国的1/8,所以1999年前只有1人获得诺贝尔化学奖,是美国的1/100,80年代后期,日本侧重了基础科学研究,建起了34个类似于筑波科学城的基础研究基地,所以2000年~2002年间日本连续3届3人获奖。1993年~1995年我国R&D总投入仅有704.24亿元,其基础研究经费投入仅占R&D投入的6%,是美国的1/160[1],同时我国的研究体制受计划机制的影响,科技系统难以形成开放、流动、协作、竞争的运行机制,造成原本有限的资金浪费。

科学发现最佳年龄的韦伯尔分布规律表明,历史上重大科学发明者的年龄大都在25岁~45岁之间,其峰值为37岁,据对诺贝尔化学奖得主取得获奖成果时的年龄统计发现,85%的获奖者在此年龄区。1901年~1980年间,共颁奖72次,获奖96人,其中获奖年龄在50岁以下者为40人,占42%,成果年龄在50岁以下者为85人,占85%;1901年~1939年间,成果年龄在50岁以下者占97.5%;1939年~1980年间,成果年龄小于50岁的占76.8%。如:阿累尼乌斯提出电离学说时仅有28岁;鲍林提出化学键本质和分子轨道理论时是29岁;桑格确定胰岛素结构时为35岁;哈伯发明合成氨时43岁……对此,杨振宁教授认为“中国科学有无希望,就在于中国的中青年科学家有没有发言权。”

2000年8月5日,江泽民在北戴河会见诺贝尔奖获得者的讲话中指出:“在基础研究和应用研究、技术开发方面,我们的研究力量应该有一个合理的配置。基础研究的成果不但会带来科学技术的突破和社会进步,促进工程技术科学的发展,而且将拓展和深化人们对客观世界与自身的认识,甚至引起哲学的革命”。钱学森先生曾致信“中国科技报”号召中国科学家就当前世界科学前沿重大课题参与世界的科技竞争,国家自然科学基金委拿出人力和财力,培养50名跨世纪学科带头人;中科院实施“百人计划”;教育部推出“长江学者计划”;中国科技部从1998年开始实施“国家重点基础研究与发展规划”等等,这些远见卓识的决策的潜在目的就是为冲击诺贝尔奖培养人才,无疑为我国高科技发展提供了良好的社会条件。因此,高度重视基础研究和基础科学,提高基础研究的投入比例,加强完善我国科学研究体制,合理布局科技力量,为科技投入立法,以法律保障科技投入,创造良好的社会氛围和自由竞争的科研环境,不拘一格选人才,大力鼓励处于最佳年龄段的科技人员最大程度地发挥其创造力,对我国早日获奖有至关重要的作用。

二、学校环境

科学和教育是现代社会发展的两大支柱。诺贝尔获奖人数多少是一个国家教育政策和获奖者受育学校教育理念成败的标志,诺贝尔奖不仅是对获奖者及其成果的承认,更本质的是对获奖者受育学校教育理念的充分肯定,这也正是哈佛、牛津、剑桥、美国加州大学伯克利分校等世界最负盛名的名牌大学成为培养诺贝尔人才摇篮的最根本的原因。历史上曾成为世界科学技术中心的英国、法国、德国、美国都是靠发展教育起家的。

现代科学技术不断分化和整合,涌现出许多跨学科、多层次、全方位的综合性研究领域,诺贝尔人才必须具备深厚的知识功底、广博的知识层面、错纵的知识交汇,并在这种新型学科群体中不断进行思维的相互交流和再创造,才能产生出超越“创造阈值”的智慧,去攀登科学的最高峰。如居里夫人既是诺贝尔物理奖获得者又是化学奖获得者。1985年的诺贝尔化学奖颁给了发明用X射线衍射技术直接测定晶体和分子结构的美国数学家豪普特曼和物理学家卡尔勒。获第三届化学奖的阿累尼乌斯,在电学、天体物理学、宇宙形成学、生物学生命起源学均有不凡建树。美国化学家尤里的研究是物理和化学的交叉领域,这为它发现氚,获1934年化学奖打下了基础,他还开创了核天体物理学、宇宙化学等学科分支,在化学进化以及太阳系、生命和元素的起源等重大问题上建起了座座里程碑。

科学劳动的继承性和跨越前人的独创性是诺贝尔人才成功的重要因素,居里夫人是在伦琴发现X射线和法国贝克勒尔发现铀放射线的基础上发现镭元素的。居里夫人的女儿伊莱纳、女婿约里奥也正是继承和发展了母亲对人工放射性的研究,才测定了放射性元素半衰期和进行放射性的合成,而获1935年诺贝尔化学奖的。德国化学家奥斯特瓦尔德是化学平衡研究中的承前启后者,他继承了第一届化学奖获得者范霍夫对化学平衡的研究,并将第三届化学获奖者阿累尼乌斯的电离理论应用于这项研究中,首创了催化剂、化学平衡和反应速度原理,获第九届化学诺贝尔奖。

攀登诺贝尔高峰是一种高度创造性的劳动。需要同行之间的合作和共同创造力的发挥。1975年诺贝尔化学奖获得者康福斯与普杰克长达20年的紧密合作,共研究出了13个反应的立体化学机制。美国化学家穆尔和坦斯终生合作硕果累累,并由于对核糖核酸化学结构和催化活力的研究成果共获了1972年诺贝尔化学奖。纵观诺贝尔化学奖百年获奖历史,在1901年~1930年间共颁奖26次,授奖28人,其中合作获奖的只有1929年英国的哈登和瑞典的奥伊勒·凯尔平1项;1931年~1960年间共颁奖26次,授奖35人,其中7项为合作授奖;1961年~2000年间共颁奖40次,有69人获奖,其中19项为合作授奖。

科学上将“培养超出自己的学生”的教育现象称为“苏步青效应”,一个国家拥有愈多高“苏氏效应”系数的科学群体,才能形成诺贝尔人才良好的“孵化器”。这就不得不重视名师与名校的作用,美国在前20年只有1人获奖,占当时获奖总数的5.5%,1921年~1960年有11人获奖,是这一时期获奖人数的23.9%,1961年~2002年间获奖人数高达38人,占其总数的49.4%,这种增长趋势恰好与美国的哈佛、芝加哥等几所研究型大学的几个发展阶段相吻合。英国著名的剑桥大学产生了12名化学奖得主;德国慕尼黑大学拥有9名化学奖得主;剑桥的卡文迪许实验室是培养科学精英和诺贝尔人才的摇篮,先后出现了25位诺贝尔奖获得者和大量举世瞩目的科学发现,如电子、原子核、中子的发现、DNA双螺旋结构及蛋白质结构的发现等等。俗语道:“名师出高徒”,名师不仅知识渊博、经验丰富、有深邃敏锐的洞察力和崇高的科学精神,更重要的是集科学家与教育家于一身,既出成果又出人才。1901年~1972年间化学诺贝尔奖得主中师徒比例高达57.9%,并有多代延续现象,如卢瑟福手下有12人获诺贝尔奖,玻尔手下有8人获奖。凯库勒指导过范霍夫、费歇尔、贝耶尔……贝耶尔指导过而赫纳、维尔斯塔特……。1909年化学奖获得者奥斯特瓦尔德的学生能斯特获1920年化学奖,能斯特的学生密立根获1923年物理学奖,密立根的学生安德鲁获1936年物理学奖,安德鲁的学生格拉塞获1960年物理学奖。美国路易斯的学生、助手、同事中有5人获得诺贝尔奖。法国的格林尼亚的成功不能不归功于他的2位导师,一个是曾热心教授他实验技术的沃尔特教授,另一个是巴比埃教授,他对格林尼亚进行了极为严格的训练和热情的帮助,并指导他研究有机镁化合物,终使他成为诺贝尔奖最年轻的得主。

现在,我国政府把“科教兴国”确立为现代化建设的一项重大战略,把优先发展教育和培养人才作为实施战略的基础,不仅加大了基础研究和教育经费的投入,加快了对科学中心的硬环境建设,还在全社会形成了崇尚知识、应用科学、尊师重教的良好风尚,这些举措旨在建设一个使科学家们去全力冲击诺贝尔奖的优良环境。

现代科学技术高度分化与整合对传统教育产生了极大的冲击力,要求我们转变教育思想,更新教育观念,变应试教育为素质教育、变模式教育为开化教育,建立创新教育机制,使受教育者不仅要多少知识,更重要的是运用知识、探索未知、具备高度的思维能力和创造才能。在教学内容和课程设置上应一改各科封闭的旧章,充分体现文理渗透的综合化原则,变单一的专才教育为综合性的通才教育,将全面教育与拔尖教育结合起来,使学生成为“一专多能”的通才和“多能一专”的专才,从而培养出具备从事跨学科领域研究能力的现代科学家。这正是诺贝尔精神对化学素质教育的昭示。

三、家庭环境

诺贝尔人才成功不仅是前人科学劳动的继承与发展,也是几代人连续智力接力的结果。对1901年~1980年间96名化学诺贝尔奖获得者的宗谱调查发现,有87.5%的获奖者出身于中等收入家庭,双亲或家庭主要成员中有专业文化知识的占47.9%;而出身于普通体力劳动者家庭的仅占7.29%,其中父母从事化学或与化学有关专业的占26.4%。由此可见,家族条件比较宽裕才能使子女受教育成为可能,家庭环境和双亲的文化素养会极大地影响子女的择业方向甚至志向兴趣。诺贝尔获奖者的成功不可能一蹴而就,需要幼年时代的天资、少年时代的广泛涉猎、青年时代的苦读钻研,为知识的积累和能力的培养打下坚实的基础,甚至还需要几代人的智力接力,这无疑显示出家庭教育对诺贝尔起飞所起到的不可忽视的奠基作用。如:居里一家两代4位、5人次3度获诺贝尔奖。比利时第一位化学家、1977年化学诺贝尔奖获得者普里高津的父亲是化学工程师,母亲是音乐家,他从小对音乐、文学、哲学、考古学均有爱好,成人后父亲潜移默化的影响使他的爱好从音乐转移了化学,而对哲学的研究使他对一些深层次的理论问题产生了兴趣,他的获奖成果耗散结构理论除了在化学、物理学、生物学等自然科学有重要应用外,对社会科学也产生了重大影响。英国化学家桑格的父亲是一位医学博士,受其影响和教诲,他从小就热衷于化学、生物学和医药学研究,成为唯一1位2次获得诺贝尔化学奖的科学家。英国化学家托德出身于商人世家,富庶的家庭使他有能力购买了仪器和药品,办起了家用化学箱,婚后在岳父、诺贝尔生理学奖获得者亨利·戴尔的指导下从事生物化学研究,终因对核苷酸和核苷酸酶的研究获1975年诺贝尔化学奖。1966年化学奖得主罗伯特·穆利肯是分子轨道理论的创始人,其祖父是一位富有幻想和冒险精神的航海家,父亲毕业于麻省理工学院,是美国早期物理化学家诺伊斯(1954年化学得主鲍林的老师)的同窗,姑母是化学家戴维的学生,所著《关于化学的谈话》在当时颇有影响,穆利肯既继承了祖父富有理想、勇于探索的进取精神,又继承了父亲对待科学的求实态度,成为被科学界公认的具有丰富想象力和创造才能的学者。英裔加拿大化学家约翰·波拉尼的父亲是物理化学家和哲学家,曾与艾林分别提出了过渡态理论,波拉尼追随父亲走上了化学反应动力学研究之路,他发明了红外化学发光技术,并用光谱对父亲提出的“过渡态”进行了更深入的研究,并获1986年化学诺贝尔奖。

以上数字和事例体现出的不仅是高智商的遗传,便重要的是几代人的知识积累和传递,特别是对父辈治学态度、研究方法、思维方式的继承,充分显示了良好的家庭环境对科学家成才所起到了奠基作用。

诺贝尔化学奖百年记录给予我们众多启示和教益,21世纪的中国需要诺贝尔奖和诺贝尔精神,但中国渴望获奖的意义不仅只局限于何时能实现其零的突破,更关键、更实质的还在于将诺贝尔精神内化到公民的思想观念、思维方式中,形成雄厚的群众基础,大大提高我国教育水平及全民科学素质,使中华民族在不久的将来雄屹于世界民族之林。

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