第四讲诺贝尔奖得主的成长与发展环境.doc

3475d14c347356b49fb9c821eda81cbc.pdf第四讲 诺贝尔奖得主的成长与发展环境像其他创造性人才一样，科学家的成长过程大致可分为启蒙时期、培养期和结实期三个阶段。启蒙期是培养科学家创新意识的基础阶段，对象是一般是3至9岁的儿童。这个阶段的教育应着重激发儿童对自然现象和社会现象的好奇心，学习和培养发现问题的方法。培养期就是创造力能否得以开发的关键时期，一般指9至22岁的青少年。这个时期的教育要提倡师生共同探究，共同思考问题，使学生养成勤于思考的习惯，鼓励学生多发问及敢于表达不同的学术见解。结实期是培养科学家创造能力的黄金时期，一般指22至28岁的硕士和博士生，学生要突破专业领域的局限，开阔知识面，尤其是相邻学科和边缘学科，掌握成熟的科学规范即专业知识，研究问题的各种方法。与科学家的这几个成长过程相关的环境大致可以分为家庭环境、教育环境、集体环境和社会环境。科学家能力的培养需要一个长期的过程，科学家的发展尤其需要一个良好的教育环境。 第一节 诺贝尔奖得主成长的家庭环境一、家庭环境对人才成长的影响家庭环境可以给儿童提供一定的信息量，而足够的信息量是创造力形成和开发的前提。良好的家庭环境大人通过各种途径培养儿童的思维习惯和丰富的想象力。不同的家庭对儿童有不同的影响。专制型家庭以自己的兴趣左右孩子，容易造成孩子的刻板、呆滞，缺乏活力；溺爱型家庭会造成孩子任性、依赖性和神经质；民主型家庭则会造成孩子的独立性和创造性。家庭是社会的“细胞”，是建立有婚姻和血缘关系基础上的社会生活的基层单位。每一个人才都有其生活的特定家庭坏境，都以活力最强的“细胞”身份而存在于家庭机体之中。因此，家庭环境对人才成长发展起着直接的影响。 居里夫人从整个科学生涯和人生道路上体会出一个道理：人之智力的成就，在很大程度上依赖于品格之高尚。居里夫人用神圣的母爱滋润着孩子的心田，创造了家庭教育成功的典范。居里夫人28岁与彼埃尔居里结婚。30岁生下第一个女伊伦娜，37岁生下第二个女儿艾芙。当时正是居里夫人发现新的放射性元素钋和镭的阶段。无休无止的实验，忙碌不堪的家务，简直压得居里夫人喘不过气来，但这并没有影响她作为一个妈妈的神圣母爱。虽然她把女儿交给保姆照看，但是她每天去工作之前，一定要证实孩子是吃得好、睡得香、梳洗得干净，没有患病时，才放心地离开。而且，居里夫人也并不是把一切工作都交给保姆去做。她认为，母女之间感情的贯通，心灵的交融，必须靠自己的努力才能做到。居里夫人说：“我不愿意为了世界上任何事情而阻碍我的孩子发育。”所以，即使在最苦最累的日子里，也要留出一定的时间去照料孩子，亲自给孩子洗澡换衣，抽空在孩子的新围裙边上缝上几针，她不给孩子买现成衣服，这样太奢侈也不合宜。居里夫人从整个科学生涯和人生道路上体会出一个道理：人之智力的成就，在很大程度上依赖于品格之高尚。因此，她把自己一生追求事业和高尚品德的精神，影响和延伸到自己的子女和学生身上，利用各种机会培养孩子形成良好的道德品格。居里夫人有着两个笔记本，上面每天都记载着两个女儿的体重、食物、乳齿和思维的情况。这些日记，就象她每天所做的工作日记一样详细入微，一丝不苟。1906年，她的丈夫彼埃尔居里不幸死于车祸，给她留下了一个失去儿子的79岁的老公公，两个女儿，最小的才一岁半。当居里夫人从悲痛中解脱出来，她所挂念的第一件事情，就是要孩子和公公能够过上健康愉快的生活。 老人还有个大儿子，他提出跟长子同住，但居里夫人留下了老人。为了利于老人和孩子的生活，居里夫人又重新租了一套房子，房子虽然陈旧但附近有一座花园，环境宜人。居里夫人为她的这种安排付出了额外疲劳的代价，由住所到她的实验室必须坐上半小时的火车。随着孩子年龄的增长，她精心安排孩子的教育计划。教她们做智力工具或手工，功课做完后她总要带孩子们步行很长的一段路，并且做一些体育活动。她还抽出时间指导孩子学习园艺、烹调和缝纫，培养她们独立生活的能力，注意保护孩子的个性，用自己的言谈举止滋润孩子的心田。 出身贫寒的居里夫人教育女儿们将来必须自谋生路。居里夫人有几次可以给两个女儿谋到一大笔财产，但她从来没有这样做。她把经过几年辛苦分离出来的价值超过一百万金法郎的镭，毫不犹豫地赠给了实验室。 居里夫人，作为一位杰出的女科学家，曾在仅隔8年的时间内就分别摘取了两次不同学科的最高科学桂冠诺贝尔物理学奖与诺贝尔化学奖，并且一生中获得了难以计数的其他科学殊荣，可谓是智慧超群、硕果累累。她的长女伊伦娜，核物理学家，与丈夫约里奥因发现人工放射性物质共同获得诺贝尔化学奖，不仅继承了居里夫妇的科学事业，也继承了他们的崇高品德。1940年他们把建造原子反应堆的专利权捐赠给了国家科学研究中心。次女艾芙，音乐家、传记作家，其丈夫曾以联合国儿童基金组织总干事的身份接受瑞典国王于1965年授予该组织的诺贝尔和平奖。由此可见，居里夫人不仅仅是一位伟大的科学家，而且她还是一位伟大而成功的教育家。居里夫人对孩子的品德教育包括四个方面：（1）培养她们节俭朴实、轻财的品德。她对女儿的爱，表现为一种有节制的爱，一种有理智的爱，她对女儿生活上严加管束，要求她们“俭以养志”，她教育女儿说：“贫困固然不方便，但过富也不一定是好事。必须依靠自己的力量，谋求生活。”（2）培养她们不空想、重实际的作风。 她告诫两个女儿：“我们应该不虚度一生”。（3）培养她们勇敢、坚强、乐观、克服困难的品格。她常与子女共勉道：“我们必须有恒心，尤其要有自信心。”（4）教育她们必须热爱祖国。除了教她们波兰语，居里夫人还以自己致力于帮助祖国科学发展和波兰留学生的行动感染伊伦娜和艾芙。尤使她们念念不忘的是：母亲以祖国波兰来命名首次发现的新元素“钋”所表现出的赤子之情。 家庭经活生活状况对青年成长发展的影响作用是明显的。一般而论，充裕的、优越的家庭经济生活，有利于青年成之才，不良的家庭经济条件，会限制青年人才的成长发展。据有人对美国19011972年培养的诺贝尔奖金获得者统计分析，其中81.7%是出身于专业人员、经理和企业主等拥有优越的经济条件的泳庭。另有人对40个国家440名艺术人才作过调查，家庭经济条件好的，作曲家占73.8%；演奏家占82.8，歌唱家占55.2，在这里，家庭经济条件优越有利于成才是显而易见的。与此相反，如果家庭经济生活条件过差，食不果腹，衣不蔽体，连人生存的第一需要即衣、食、住的需要就得不到保证，哪里还谈得上成才这种高级需要呢！当然，我们说经济生活条件优越，不等于是奢侈，说经济条件差会限制青年人才成长，也不是绝对不能成才。事实上，成才的大门是对勤奋刻苦钻研、努力发奋图强的青年开放的，而不管其是否家境贫富或是否出自名门。其决定的因素是在青年自身，自主权掌握在自己手里，能否较好的成长发展，在于自己主观能动性的发挥。 二、诺贝尔奖得主成长的家庭环境朱克曼研究了1901年至1972年美国培养出来的71名诺贝尔奖获得者的社会经济出身（见表），得出结论：不管是遗传的还是社会的原因，诺贝尔奖金获得者的社会出身仍然高度集中于那些能够给子女提供良好的开端以便获得为制度所承认的机会的家庭里。专业人员的家庭提供了教育和社会的联合优势。表1 美国培养出来的诺贝尔获奖人(1901-1972)和具有博士学位的科学家（1935-1940）的父亲的职业情况父亲的职业专业人员经理和企业主农民零售、服务和事务工作人员熟练和非熟练工人情况不详总人数诺贝尔获奖者比例,%53.528.22.87.08.5-71科学家比例,%29.118.719.513.118.01.52695专业人员是指大学教授、教师、医生、工程师、律师、法官、牧师和艺术家等。不管是来自什么背景的家庭，科学家从小的好奇心、兴趣和后来的职业选择通常都得到了家庭成员的鼓励和支持，这些家庭成员有的是父亲，有的是母亲，有的是叔父，有的甚至是祖父母。英国物理学家开尔文勋爵的父亲是数学教授，父亲的影响是从小培养了儿子对数学与物理学的浓厚兴趣，并引导儿子把研究数学同解决物理学的新问题结合起来。俄国化学家、化学周期表的发现者门捷列夫（P.I.Mendeleev,1834-1909）出生后不久，父亲就双目失明了，不仅没有经济收入还要花销医疗费，但他的母亲仍然坚持送孩子上学。当门捷列夫展现出才能后，由于当地没有好的大学，母亲把家从西伯利亚先迁到莫斯科后又迁到彼得堡，在门捷列夫遭到莫斯科大学和彼得堡大学拒绝后，最终母亲把门捷列夫送进了师范学院。因发现氩气获得1904年物理奖的瑞利勋爵（Rayleigh,1842-1909）出生在英格兰一个教育非常落后的地方，小瑞利和别的孩子一样打闹贪玩。为了改善孩子的学习环境，父母决定迁居首都伦敦。由于初来乍到不适应伦敦的气候，小瑞利卧病在床，父亲又给他请来家庭教师，在家庭教师的帮助下，瑞利的成绩迅速赶上。超导现象的发现者昂内斯(H.KamerlinghOnnes，1853-1926)的父母为了培养他的兴趣，特意腾出阁楼作为他专用的“天文台” 和“实验室”。一次，昂内斯做实验时不小心是实验室着火，烧点了半座楼房，但他的父母并没有责怪他，反而鼓励和支持他继续自己感兴趣的实验。比埃尔居里(P.Curie,1859-1906)的父亲是一个医生，但常常研究科学。他认识到孩子喜欢独立思考，担心学校的常规教育和训练会束缚孩子的思维，决定不送两个孩子上小学和中学。他们的父母先是在家里亲自进行启蒙教育，后来又为他们请了一位学识渊博的家庭教师。1903年比埃尔居里与妻子居里夫人(Marie Sklodowsk-Curie,1867-1934)获得1903年的诺贝尔物理学奖。德国著名化学家、1927年化学奖获得者魏兰德(H.O.Wieland,1877-1957)的父亲因为出生银器首饰制作世家，也需要儿子们学习继承父业，不许他们上学读书。魏兰德的母亲出身于书香门第，坚决要求儿子上学，为此和丈夫发生了分歧，最后母亲只好把魏兰德送到娘家上学。瑞士著名外科医生科歇尔(E.T.Kocher,1841-1917)在24岁获得医学博士学位后，打算自己挂牌行医。正在这时，科歇尔的外祖父认为科歇尔是一位高材生，具有进一步深造争取成大器的条件，就劝他继续学习。后来科歇尔接受了外祖父的建议，回到母校从事教学与研究工作。1909年，68岁的科科歇尔获得诺贝尔生理医学奖获得者。古斯塔夫赫兹(G.Hertz,1887-1975)（小赫兹）的叔父亨利希赫兹（老赫兹）是用实验证明了电磁波发生和接受的德国著名的物理学家。小赫兹的母亲经常带他叔父家去玩，有意识地让小赫兹接受叔父的影响和教育。尽管老赫兹研究工作十分繁忙，当他发现小赫兹也像自己一样喜欢数学核物理时，就特地抽出时间对小赫兹进行基础启蒙教育。小赫兹在自己26岁时就与弗兰克（J.Frank,1882-1964）分享了1925年的诺贝尔物理学奖。德国化学家毕希纳(E.Buchner,1860-1917)是农民家庭出生，父亲从两个儿子懂事时就给他们讲述祖辈缺少文化的艰难。为了让两人有较多的时间安心学习，父母和姐姐承担了全部农活和较家务，只要看见他们在读书，就不让他们干活。后来，兄弟俩人先后考上慕尼黑大学。因对发酵过程的深入研究，比希纳于1907年获得诺贝尔化学奖。第二节 诺贝尔奖得主成长的教育环境科学家需要良好的知识准备和具备独创性的科学研究能力。学校不仅提供了系统的教育，而且提供了丰富多彩的进行多次选择的机会。在大学阶段，学生以累积教科书上的基础知识，掌握学习方法，提高理解能力和培养自学能力为主。一个好的老式不是照本宣科地简单灌输，而是引导学生动脑筋，在思考问题的同时掌握基础知识。在硕士研究生阶段，学生的重要任务是掌握学科前沿的状况和学习研究方法。因为教科书所描述的是较为成熟的理论和观点，而大量新的知识是以科学论文、会议集等文献形式新近发表的。研究生需要通过查阅论文对自己感兴趣的科学领域的最新成就和最新的问题有一个基本的了解。同时，他们通过跟随导师从事一些研究课题的工作，培养独立进行科学研究的能力。这些能力包括资料查阅、课题选择的基本原则、开题报告的撰写与答辩、研究方案的制定和实施、实验数据的获取与处理、研究论文的撰写和答辩等形成一篇完整的科学论文的成熟的科学规范。博士生阶段往往才是一个科学家的职业生涯的真正起点。这个时候，博士生需要自己通过对科学文献的阅读思考，独立地提出研究课题，或者独立地解决研究课题中存在的问题，而指导教师的任务不过是根据学生的能力帮助对问题的确立或者解决。在博士生阶段，学生获得了作为一个科学家最基本的和最重要的本领：完全学会和接受了一整套科学研究的方法和手段，学习了科学的行为规范和基本的道德准则，尤其是具备了脱离导师指导的不断地发现问题、不断地解决问题的能力。一、名校出名师据对诺贝尔自然科学奖获奖机构获奖次数（19011999）的统计，获奖单位总数为185，获奖人次为460。获奖10人次以上的单位共7个，占获奖单位总数的4%；获奖102人次，占获奖人数的22%，获奖人数在5人以上的单位共23个，占获奖单位总数的12.4%，获奖211人次，占获奖总数的46%。获奖3人次以上的单位共37个，占获奖单位总数的20%；获奖318人次，占获奖总人数的69%，获奖单位相当集中。这37个单位及获奖人次为：美国哈佛大学23人次，德国马普学会17人次，美国哥伦比亚大学15人次，美国斯坦福大学14人次，英国剑桥大学13人次，美国加州理工学院10人次，英国伦敦大学10人次，美国加州伯克利分校8人次，英国牛津大学8人次，美国康奈尔大学8人次，美国麻省理工大学8人次，美国洛克菲勒大学8人次，美国加州大学7人次，德国海德堡大学7人次，美国贝尔实验室7人次，美国普林斯顿大学7人次，法国路易斯巴斯德学院7人次，美国芝加哥大学6人次，德国慕尼黑大学6人次，美国洛克菲勒医学研究院6人次，前苏联科学院5人次，IBM实验室5人次；德国哥廷根大学4人次，欧洲核子中心4人次，美国国立卫生研究院4人次，瑞典卡罗琳研究院4人次，瑞典乌普萨拉大学4人次，美国威斯康星大学3人次，瑞典斯德哥尔摩大学3人次，瑞士苏黎世大学3人次，丹麦哥本哈根大学3人次，美国华盛顿大学（西雅图）3人次，美国华盛顿大学（圣路易斯）3人次，美国旧金山医学院3人次，美国耶鲁大学3人次，美国通用电气公司3人次。可以看出，这些获奖机构绝大部分是大学。也就是说，大学贡献了绝大部分的基础科学知识，而获奖的大学又相当集中。美国的哈佛大学、哥伦比亚大学、斯坦福大学、英国的牛津大学、剑桥大学、德国的慕尼黑大学等就是世界著名的大学。二、名师出高徒投奔名师门下是科学家成长的一个重要的选择。教师主要通过多个途径影响学生。例如，一是教学方法、思维方法、研究方法、科学态度；二是教师的言传身教、以身作则，为人师表，为学生树立楷模；三是实验的基础条件比较成熟，有足够的研究经费；四是在科学共同体中的声誉，对学生的提升有一定的帮助。20世纪科学史几个著名的教师是J.J.汤姆森(J.J.Thomson,1856-1940)、卢瑟福（E.Rutherford,1871-1947）、玻尔、玻恩和费米等。J.J.汤姆森是因为发现电子成为1906年诺贝尔物理学奖获得者，是卡文迪什实验室第三任主任。经汤姆森先后培养过的诺贝尔获奖者有卢瑟福（1908年化学）、巴尔克拉(C.G.Barkla,1877-1944)（1917年物理）、阿斯顿(F.W.Aston,1871-1945)（1922年化学）、理查森(Richason)（1928年物理）、W.L.布拉格(W.L.Bragg,1890-1971)（1915年物理）、威尔逊(C.T.R.Wilson,1869-1959)（1927年物理）、阿普尔顿(E.V.Appleton,1892-1965)（1947年物理）、玻恩（1954年物理）、戴维森(C.J.Davison,1881-1958)（1937年物理）和J.J. 汤姆森的儿子G.P.汤姆森(G.P.Thomson,1892-1975)（1937年物理）。据汤姆森本人统计，他的学生中，当选为英国皇家学会会员的有27人，在各国任物理教授的有82人，被国王封为爵士的有8人。J.J.汤姆森最得意的学生是卢瑟福，他继任汤姆森成为卡文迪什第四任主任。经卢瑟福先后培养过的诺贝尔获奖者有阿普尔顿、瓦尔顿(E.T.S.Walton,1903-1995)（1951年物理）、考克饶夫(J.D.Crockroft,1897-1967)（1951年物理）、卡皮察(P.L.Kapitsa)（1978年化学）、布莱克特(P.M.S.Blackett,1897-1974)（1948年物理）、查德威克(J.Chadwick,1891-1974)（1935年物理）、鲍威尔(C.F.Bowell,1903-1969)（1950年物理）、阿斯顿、狄拉克（1933年物理）、玻尔（1922年物理）、哈恩（1944年化学）、索迪(F.Soddy,1877-1956)（1921年化学）、考克饶夫）、海韦希斯（G.Heresy,1885-1966）（1943年化学）和贝特(H.A.Bethe,1906-)（1967年物理）。曾在早期跟随玻尔工作过的诺贝尔获奖者是布洛赫(F.Bloch,1903-1983)（1952年物理）、德尔布吕克(M.Delbuck,1906-1981)（1969年生理医学）、海森堡（1932年物理）、朗道(L.D.Laudau,1908-1968)（1962年化学）、泡利(W.Pauli,1900-1958)（1945年物理）、鲍林(L.C.Pauling,1901-1994)（1954年化学）、尤里(H.C.Urey,1893-1981)（1934年化学）。玻恩曾做过诺贝尔获奖者海森堡、泡利、迈耶夫人(M.Goeppert-Mayer,1906-1972)（1963年物理）和斯特恩(O.Stern,1888-1969)（1943年物理）的老师。费米曾当过诺贝尔获奖者布洛赫、塞格雷(E.G.Segrey,1905-1989)（1959年物理）、钱恩(E.B.Chain,1906-1979)（1945年生理医学）、李政道（1957年物理）和杨振宁（1957年物理）的老师。中国的杨振宁万里求学追逐名师是一个广为流传的例子。杨振宁23岁从西南联大毕业后决心跟随费米和威格纳从事研究。他于1945年底到达纽约，到哥伦比亚大学找费米，没有找到，又前往普林斯顿大学找威格纳，也没有找到，因为他们都在从事秘密的原子弹研究。继续追求的结果，杨振宁终于在1946年坐在了费米的班上听课，他多次设法与费米会面，但费米说他不能指导他写学位论文，因为自己正在从事高度秘密的研究。然后费米把杨振宁介绍给了另一位物理学家特勒。特勒帮助杨振宁把注意力从不是他擅长的实验物理学转到他比较擅长的理论物理学。杨振宁后来因为对宇称不守恒的研究而获得诺贝尔物理学奖。另一个脍炙人口的故事来自苏联的卡皮察。1921年卡皮察在约飞的帮助下得到了一次出国留学的机会。此时在著名物理学家卢瑟福领导下的卡文迪什实验室已是世界上物理学研究中心之一，卡皮察很希望能到那里深造。当卡皮察访问剑桥时，他向卢瑟福吐露了自己的心愿。当时卢瑟福告诉他实验室已经过分拥挤，不能再接受新人了。卡皮察机智地问卢瑟福：在您的实验中误差通常是多少，卢瑟福回答说：在5%之内。卡皮察马上就讲，卡文迪什实验室大学有30个研究人员，再多一个人也不会被注意到，因为在误差范围之内。就这样，卡皮察终于说服卢瑟福将自己留下来。卡皮察因为在低温物理学领域中的贡献而获得1978年的诺贝尔物理学奖。第三节 诺贝尔奖得主成长的集体环境和社会环境一、集体环境与人才成长我们正在进人一个大科学和交叉科学的时代，要想在尖端科技或高新科技领域取得成就，单凭个人奋斗、孤军奋战越来越难，而科学共同体的作用越来越突出。科学共同体就是科学家集体，即指为了达到科学认识的客观性和逻辑的一致性，而从事科学研究这一特殊活动的社会群体。集体研究必然存在合作与竞争，协调与争论，利益的平衡与占有等问题，因此，其活动就必须相应地遵循一套特殊的文化价值和规范。这种价值与规范也称科学家的精神气质。也就是说，大科学时代，科学精神是维系科学家群体活动的基础和前提。最初由美国科学社会学家默顿提出，并经过成千上万的科学工作者不断的实践总结，科学界普遍认可的可以作为科学工作者基本的精神气质组成的有如下四条：( l ）普遍性原则。即深信科学真理具有普遍性，是放之四海而皆准的。在对科学的成果进行评价时，一切阶级、种族、国籍、宗教、个人品质等社会属性均不在考虑之列，即科学成果与这些特征没有关系。科学是向一切有能力进人科学之门的人开放，对一个科学假说的真伪的接受或排斥，取决于严密的实验和逻辑分析，而不取决于该学说倡导者的个人属性和社会属性。( 2 ）公有性原则。即承认科学发现本质上是社会合作的产物，它属于整个科学共同体乃至整个社会，科学家无权独占（或收回）他的科学发现。要求科学活动中任何一项新的科学成果都必须公开发表，要求这一成果的创造者个人或其组织、国家不得宣称占有这一新思想、新信息或新理论。科学家应当公开科学成果，并分配给全体社会成员。器物和技术的发明者拥有相应的知识产权，但用人名命名的定律或理论只表明其发现者的发现权，而不表明发现者及其继承人独享使用权。 20 世纪初，物理学出现了几项重大发现，这些发现一旦应用于社会，都会对经济带来巨大影响，但当时的科学家们都表现出高尚的无私精神。伦琴发现 X 射线后，德国国王给他贵族封号他也没有接受，他将自己获得的第一届诺贝尔物理学奖的奖金无偿赠送给了大学。居里夫妇历尽千辛万苦提炼出的镭，他们却毫无保留地、无偿地献给了巴黎的一个治癌研究所，同时也将镭的提纯技术公开，无偿献给了社会。要知道，如果出售的话，当时 1 克镭的价是 10 万美元，这对清贫的居里夫妇可说是天价！ ( 3 ）无私利性原则。要求科学家为科学的目的从事科学研究而不是为了自己的私利而从事研究。科学家应具有求知热情、广泛的好奇心和造福人类的利他主义。在科学领域的竞争，也会出现崇拜、派系、欺诈、诡辩、自我吹嘘等现象，以满足个人或小团体的私利。但这些现象在科学论文发表前后经受科学界的批判过程中会受到相当程度的遏制。这一原则还要求，科学必须经受严格的学术批判，在成果发表之前不在新闻媒体上宣传。( 4 ）怀疑原则。提倡一种理性的怀疑精神。科学的成果不是靠信仰，而是靠理性和科学实验建立起来的，因此真正科学的东西是不怕被怀疑的。通过怀疑，可以使人们的认识越来越深入，科学的真理性越来越得到人们的承认。当然，这里的怀疑不是胡乱怀疑，而必须借助于实验的和逻辑的手段进行。没有了批判和怀疑精神，科学可能就难以发展。二、优秀科研团队遵循的原则要形成良好的环境气氛，科研小组应该坚持以下原则。首先，一个集体要坚持目标相容原则，即需要把集体目标和个体动机有机地结合与协调起来。其次，一个集体要坚持成员互补原则，即组成的科研小组的成员之间要在年龄上、知识结构、能力和个性等各方面能够互相补充，而不能过度集中某一类型的人员，造成彼此冲突。第三，一个集体要坚持和谐交流原则，即在共同的目标下集体成员之间需要一个和谐的交流的空间。第四，一个集体要坚持无歧视原则，即不同年龄、性别和民族、不同家庭和受教育程度的科学家之间需要彼此承认和接受。相互尊重，科学家不把个人的意见或看法作为衡量一切的标准，权威科学家能够与其他研究人员友好相处，地位低的科学家也有胆量对权威科学家提出质疑。第五，一个集体要坚持群体规范原则，即每一个科学家要认可这个组织的行为规范和学术作风，这些行为规范包括激励原则、奖惩制度等具体内容。第六，一个集体要坚持角色尊重原则。第七，一个集体要坚持合理流动原则，即集体成员需要和其他集体的成员之间进行交流。三、社会环境与科技发展日本的学者汤浅光朝发现了科学活动中心转移的现象，即进入近代以来的400多年的时间里，曾先后有5个国家充当世界科学活动中心。这5个国家依次是意大利、英国、法国、德国和美国。这些国家成为世界科学活动中心和当时的社会制度、经济环境、政治发展、教育和文化的繁荣等密切相关。意大利在1540年1610年70年间充当了近代世界第一个科学活动中心，因为意大利是当时的商业中心和工业中心，更为重要的是，文艺复兴首先在意大利兴起。文艺复兴运动为科学的自由发展提供了合适的人文环境。也通过对人本身和自然的关注直接对科学的发展产生了影响。在文艺复兴运动中，产生了一大批像达芬奇、布鲁诺、伽利略等科学家，他们使科学从神学中解放出来，开创了实验科学，在物理学、天文学等方面奠定了自然科学发展的基础。但是，后来由于教会对科学的迫害，意大利的科学技术的辉煌不复存在。英国在17世纪由于资产阶级革命的胜利及其新教运动的兴起，为科学的发展铺展了道路。新教的一个重要伦理观是，善行是使人释罪和转世的手段。这种伦理价值观与当时的英国科学发展中的经验论传统相契合，同当时的科学家的精神气质相契合，因而构成了特别适合科学技术的成长和传播的肥沃的土壤。英国皇家学会成立于1662年，聚集了一大批著名的科学家，如牛顿、哈雷（E.Halley,1656-1742）、波义耳、胡克等著名的物理学家、化学家、天文学家。但是后来皇家学会成为贵族们的挂名之地，科学活动逐渐减少，科学发展水平和速度每况愈下。18世纪法国兴起的启蒙运动和百科全书运动，崇尚理性，反对封建王权、神权和特权，提倡经济自由、政治平等，为后来的法国大革命作了充分的思想准备，也为科学技术的发展提供了良好的环境。法国大革命成功，把法国的科学推向了鼎盛时期，由于时代的需要，法国创办了一批欧洲最早的技术专科学校。数学家拉格朗日(J.L.Lagrange,1736-1813)、物理学家库仑(C.A.Coulomb,1736-1806)、化学家拉瓦锡、生物学家居维叶(Curier,1769-1832)等一些著名科学家是其代表人物。后来，拿破仑一世失败，一些技术专科学校解体，法国的科学逐渐失去了优势。18世纪末、19世纪初，德国古典哲学兴起，康德、费希特、黑格尔等德国古典哲学大师为科学的发展提供了思想基础，科学开始在德国形成体制化。政府设立的专门研究机构和德国大学里聚集了一大批训练有素的科学家，德国在很多科学领域特别是应用化学方面取得了世界领先地位。一大批德国科学家的名字如李比希、凯库勒、伦琴、普朗克等让人耳目能详。但是一次世界大战的失利，使得德国的经济陷入低谷，政府减少了对科学的投入，使得德国无法继续保持科学霸主地位。纳粹政府掌权后，又使得一大批犹太科学家逃离了德国，加剧了德国科学水平的下滑。到了20世纪20年代后，世界科学活动中心逐渐向美国转移。美国成为世界科学活动中心，有很多的原因：美国本身是一个移民国家，没有封建专制，崇尚冒险、创业和开拓精神；美国的社会较为稳定，在一次世界大战和二次世界大战中不但没有受到损失，经济反而得到了发展；美国政府重视科学，实施了有利于科学技术发展的国家政策；欧洲移民的知识分子，继承了欧洲的科学传统和进取精神，创办了一些鼓励自由科学研究的著名大学；美国采取开放的人才政策，受到纳粹迫害的许多著名科学家先后成为美国公民；美国采取多元化的科研组织结构，大学、产业组织、政府和非营利组织的研究机构各自承担了不同科学研究阶段的研究任务。典型案例1921-1930年的玻尔研究所玻尔研究所的真正名字是哥本哈根大学理论物理研究所，创立于1921年3月3日。玻尔研究所不但是一个培养著名物理学家的基地，也是一个培育世界各国物理实验室和研究所未来指挥员的一个苗圃，例如其中的5位物理学家30年代在不同的地方建立起了自己的学派，伽莫夫在圣路易斯，海森堡在莱比锡，克莱因在斯德哥尔摩，莫特在（N.F.Mott,1905-）布里斯托尔，罗瑟兰在奥斯陆。它首先是因为玻尔的存在而建立和繁荣的。1913年，玻尔就提出了阐明原子结构的著名的“玻尔理论”，1916年被任命为哥本哈根大学理论物理教授。玻尔的学术风格独特，他总是凭借神奇的直觉理解物理现象，而不是从数学上去推导出同样的结果，而实验示范和模型建立能够帮助从抽象的、数学上比较复杂的物理理论中形成清晰的图像。玻尔的工作方法是提倡合作精神，他不是一个人孤独的工作，而是注重集体的天才与智慧。玻尔希望建立能够一个把科学国际主义信念付诸实践并促进物理学发展的研究机构。其次，玻尔研究所的建立和繁荣还因为私人的慷慨资助。在官方同意建立研究所之前，玻尔的朋友组织了一个募捐委员会，首先募集了8万克朗，这样政府只需要补足预算为20万克朗的其余部分。可以说，玻尔研究所是政府和非营利组织联合资助的产物。在成立以后，玻尔研究所还得到了国际慈善事业基金的大量赞助用以扩建和从事研究，如1924年国际教育署提供了24万克朗，20年代玻尔研究所共有15名物理学家得到了国际教育署的资助。最后，玻尔研究所的繁荣还具有天时地利。在地理上，丹麦是一个自然的焦点，一个接待从各方位来的物理学家的中枢。还有一个原因是，一次世界大战对英国物理学家和德国物理学家的影响都比较大，物理学家已经卷入了战争，资金和材料的短缺，使得实验物理无法开展新的项目。与其他一些欧洲国家相比，丹麦受的损失比较少。相对悠久的政治上的中立的传统，使丹麦成为各国物理学家聚会的一个合适的场所，虽然这些国家之间的关系可能并不友好。除了地理上和政治上这些有利条件外，丹麦人民总是以他们享有殷勤好客和善于吸收外国文化的声誉而感到自豪。玻尔研究所特别重视科学交流，包括内部的和外部的交流。在第一个10年，共有17个国家的63位物理学家（包括我国的周培源）来研究所做过长期（超过1个月）逗留。尽管这些物理学家国籍、语言、文化和性格有差异，但有几方面是共同的。（1）年龄上的相似性。几乎2/3的人都小于30岁。（2）他们都有相似的社会背景。这些物理学家大都来自书香门第或者职业家庭，很多人的父亲是大学教授。（3）对物理学的共同兴趣，促进了这一群人的团结意识，也促使他们相对容易地建立起一种超越一般职业交往的友谊，并能在一起过社交生活。对科学问题的随时随地的讨论则是内部交流的特征。在游泳的间隙，在树林中散步，或者砍伐时，更多的是在大教室举行的讨论会，这种讨论会大约每周一次，大多数物理学家和研究生都参加，讨论的内容是一篇最近的文章或者一个人的最新研究进展。讨论会没有时间限制，不拘形式，人人可以自由提问和发表评论。玻尔研究所独特的研究精神被称为哥本哈根精神。关于根本哈格精神，有多种描述，如“完全自由的判断与讨论的美德”；“高度的智力追求，大胆的涉险精神，深奥的研究内容与快乐的乐天主义的混合物”；“玻尔给人的鼓舞和指导，与他周围年轻物理学家的天才和个人才干的协同一致，一种领导与群众之间的互补性”；“由于他的洞察力和鼓舞力量，玻尔点燃了想象的火炬，并让他周围人们的聪明才智充分地发挥出来”。贝尔实验室和卡文迪什实验室 卡文迪什 贝 尔剑桥大学的卡文迪什实验室是大学科学研究的典型，贝尔电话实验室是产业科学研究的典型。以下通过对布拉格任实验室主任时期（19381953年）的卡文迪什实验室与巴克莱（O.E.Buckley）任总裁时期（19401951年）的贝尔实验室做一个简单的比较，来具体说明学术型科学家与产业型科学家的不同。1）人数和人员构成。卡文迪什实验室1948年研究人员160人，研究生123人，教授3人，高级讲师4人，讲师10人，因此构成人员包括教师性质的研究人员、学生性质的研究人员和普通研究人员。贝尔实验室1950年为5700人，其中约30的专业人员从事基础研究和基础发展研究（有80名物理学家），60的专业人员为电气、机械、冶金和其他技术人员。 2）研究领域和成就。在卡文迪什实验室，皮鲁兹（M.F.Perutz，1914）和肯德鲁（J.C.Kendrew，1917）分别对血红和肌红蛋白晶体结构进行了研究，两人于1962年获得诺贝尔化学奖（大概只有一半的功劳可以记在这个时期）；克里克（F.H.C.Crick，1916）和沃森发现DNA的双螺旋结构，两人于1962年获得诺贝尔生理医学奖；赖尔（M.Ryle,19181984）和休伊什（A.Hewish，1924）对无线电物理和射电天文学开始进行研究，两人于1974年获得诺贝尔物理学奖。卡文迪什实验室进行的都是基础科学的研究。在贝尔实验室，菲斯克（James Brown Fisk）、哈格斯特拉姆（H.D.Hagstrum）等人研究磁控管，皮尔斯（J.R.Pierce）和舍弗尔德（W.G.Shepherd）发明了反射速调管，皮尔斯和康普夫纳（Rudolf Kompfner）对行波管进行了改进，皮尔森（G.L.Pearson）及其同事发明了热敏电阻，泡脱（R.K.Potter）等发明了声谱仪，在雷达技术方面做出重大贡献，布拉顿、巴丁、肖克莱发明晶体管并因此获得诺贝尔物理学奖，香农（C.E.Shannon，19162001）提出了信息论，发展了微波技术，发明了台式电话机。贝尔实验室进行的都是专利产品的发明研究，获得诺贝尔奖的发明也具有实用价值。 3）科学家流出。卡文迪什实验室培养出的几位获诺贝尔奖的科学家都继续在不同的大学里工作，没有一个流向产业科研组织。而贝尔实验室获得诺贝尔奖的3位科学家后来都去了大学当教授：布拉顿1962年开始任惠特曼大学访问教授，1967年任该校的物理教授；巴丁1951年去了伊利诺伊大学担任物理和电器工程两个系的教授；肖克莱1956年在硅谷创办了一家公司，公司失败后，1963年到了斯坦福大学任电器工程教授。 4）领导人对实验室的看法。布拉格认为，实验室应该把教学和研究有机地结合起来。巴克莱认为，企业研发机构必须进行基础科学研究，但是这种研究无论对于和平时期还是战争时期来说都是按实用的目的定位，贝尔实验室是以科学适于实用目的为职业的人员的最大组织。从卡文迪什实验室出身的诺贝尔奖获得者姓名获奖年代主要贡献瑞利第三1904研究气体密度，发现氮J.J.汤姆逊1906气体导电的理论和实验研究卢瑟福1908因放射性研究获诺贝尔化学奖W.H.布拉格、W.L.布拉格1915用x射线研究晶体结构巴克拉1917发现作为元素特征的二次X射线阿斯顿1922因发明质谱仪而获诺贝尔化学奖C.T.R.威尔逊1927发现用蒸汽凝结的方法显示带电粒子的轨迹理查森1928研究热电子现象，发现理查森定律查德威克1935发现中子G.P.汤拇逊1937电子衍射阿普列顿1947上层大气的物理特性布莱开特1948改进威尔逊云室，由此在核物理和宇宙线领域中有新发现鲍威尔1950照相乳胶探测技术科克拉夫特、瓦尔顿1951用人工加速原子粒子实现原子核嬗变泡鲁兹、肯德纽1962用X射线分析大分子蛋白质的结构，获诺贝尔化学奖克利克、瓦森、维尔京斯1962发现去氧核糖核酸的双螺旋结构，获生理学或医学奖约瑟夫逊1973发现约瑟夫森效应赖尔1974射电天文学赫维赛1974发现脉冲星莫特1977磁性与无规系统的电子结构与卡文迪什实验室有密切关系的诺贝尔物理学奖获得者姓名获奖年代主要贡献玻尔1922研究原子结构和辐射康普顿1927发现康普顿效应狄拉克1933建立新的原子理论P.W.安德逊1977磁性与无规系统的电子结构卡皮查1978低温物理学 卡文迪什实验室作为现代科学革命的圣地，培养了26个诺贝尔奖获得者，上100个皇家学会会员，4个皇家学会主席，6个大英科学促进协会主席，3个勋爵，23个爵士，为英国和世界各国培养了数以千百计的著名物理学教授。近百年来，主持过卡文迪什实验室的教授有学界泰斗麦克斯韦 、瑞利、J.J汤姆逊、卢瑟福等。这个世界第一流的精英学校或英才开发实验室，最初只是剑桥大学物理系的教学实验室，1871年建成，后来逐步发展成科研与教育一体化的中心，成为英国剑桥大学和各国科学家们人力资源自我开发的精品。 世界上办得最好的实验室自然成为科学教育的典型或样板。这种做法跟课堂讲授式的科学教育模式是完全不同的，它意味着：最好的科学研究者和最好的科学实验家甚至最好的科学产业家实业家同时成为最好的科学教育家。亲自动手搞科学研究做科学实验并使之产业化实业化，既是科学发明发现的来源，同时也成为科学教育的最佳途径，最终将极大地造福于人类。 人们始终对科研和教育的关系持有各种看法，很多人也体会到一个好的科学研究者实验家未必就是一个好的科学教育家。但是，卡文迪什实验室还是给人们的这种担心以一个极好的回答，因为这个最好的实验室的确培养了最多最好的科学家。也许这个回答可以这样陈述：具体到某一个科学家实验家，他可能不是一个好的科学教育家，但是作为一个科学家团队，比如贝尔实验室和卡文迪什实验室，就可以做到使整个团队既是最好的研究者实验家队伍，又是最好的教师队伍。卡文迪什实验室同时也是剑桥大学物理系，就是一个明证。 卡文迪什实验室以伟大的原创性著称。Dennis Moralee说：在此之前，也就是知道19世纪上半叶卡文迪什实验室诞生之前，人们并不知道世上还有用于教学的实验室和正规的指导课程。现在，人们早已习惯于庞大的、周密组织和精心装备的大学实验室了。这都要归之于剑桥大学物理系和卡文迪什实验室。 在这个革命发生之前，大量的物理学知识都是个别人在自己的个人实验室中单打独斗的结果。富有的物理学家譬如Joule 或者卡文迪什 Cavendish，都在自己家中建立实验室，其他理论物理学家则在大学公寓里做实验。剑桥大学三一学院的牛顿，以及其他人，都是在自己的房间中完成伟大科学业绩的，绝大部分都是个人行为，即使有助手也非常不熟练。然而令人惊奇的是，作为物理学学生，帮助一位公认的物理实验大师工作，以使自己利用无论什么仪器接受物理教育，却是唯一的学习方式，成为助手的学生屈指可数。但是当时许多著名学者认为实验毫无必要，学生只要听老师讲课就行了。 后来实验课程的要求日益迫切，卡文迪什实验室就是在这种气氛中诞生的。初建时候，大部分学员都是数学毕业生，因为当时数学在剑桥居于垄断地位。慢慢地，物理学的独立性开始确立，关键因素乃是寻找实验室的专业主管，于是，默默无闻却又埋头苦干、硕果累累的麦克斯韦被选中了。那时候，他伟大的著作论电学和分子运动学（on Electricity and Kinetic Theory）还没有发表，但是他入主卡文迪什实验室却首先给物理教学和研究带来了学习的革命（the revolution in learning that the new laboratory was about to initiate.）。他发表了热忱洋溢的就职演说：“钢笔、墨水和纸对我们不够了。我们需要的空间比桌椅板凳要宽，比黑板要大。我们应当在课堂上讲授物理学分支，加上一些插图实验，还需要在实验室中开研究型实验课。”这是一个重大突破。原创性