我們知道，作為一個大學他的根本使命就是人才培養(yǎng)，立德樹人是有理想有抱負的大學必須要做的事情，清華大學發(fā)展到今天，我們國家的發(fā)展也到了一個全新的階段，杰出人才對于清華這樣的學校，變得極其重要。所以今天我的講演，就是從以點帶面的角度，結(jié)合具體的事件特別是我非常熟悉的科學突破，包括我們自己做出的一些進展，來談一談人才培養(yǎng)。

　　尋找杰出人才

　　杰出人才該具備哪些要素呢?

　　第一個要素，我認為要具備扎實的理論基礎(chǔ)，需要對專業(yè)理論知識的理解入木三分，對相關(guān)學科的理論和知識能夠融會貫通，另外還要對于專業(yè)實驗技術(shù)儀器和方法的駕馭爐火純青。新時代與舊時代的區(qū)別，在100年以前的時代，可能一個聰明的物理學家拍一下腦袋就會做出重大發(fā)現(xiàn)，而到了現(xiàn)在這個時代這樣不行了，所以說對于實驗技術(shù)儀器方法的駕馭甚至是發(fā)現(xiàn)變得極其重要。

　　第二個要素，是有卓越的科學直覺。咱們每個人都有直覺，科學研究同樣也要有直覺，有發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的突出能力，有擅于透過現(xiàn)象看本質(zhì)的犀利眼光，有擅長歸納演繹等杰出辯論思維能力。

　　第三個要素，是對探究自然奧妙或者是對回答問題、解題等，有濃厚的興趣，有解決問題的強烈愿望。優(yōu)秀學生就是這樣的，他看到一個事，如果他搞不懂的話，類似于打游戲不打通關(guān)，可能一年時間里茶飯不思他也要干下去，這其實就是說，在科學探究中，要有雖千萬人吾往矣、敢于挑戰(zhàn)權(quán)威的勇氣，要有百折不撓、追求極致、挑戰(zhàn)極限的品質(zhì)品格。

　　同時還需要有為我們祖國強大和民族復興獻身的遠大抱負和理想等。

　　這是我認為一個杰出人才應該具備的。

　　科學精神的重要性

　　下面，我結(jié)合我的專業(yè)來談一下科學精神的培養(yǎng)。

　　1915年愛因斯坦提出了廣義相對論，廣義相對論的一個基本推論就是引力波。此事過了100多年以后，美國的實驗人員用激光干涉儀直接測到了這個引力波，咱們清華大學的曹軍威老師及其團隊也參加了這個項目的研究。這個引力波的探測實驗是非常讓人感到驚奇的，2015年觀察到的實際是13億年前的引力波，地球現(xiàn)在的年齡大約是45億年，13億年前我們的地球相當于還在上小學，發(fā)生了產(chǎn)生引力波的一個事件，然后引力波經(jīng)過13億年傳播了100萬億公里，到達了美國的激光干涉儀那里，讓他們看到了。產(chǎn)生這個引力波的是什么事件呢，是當時兩個巨大黑洞的碰撞，一個相當于29個太陽質(zhì)量的黑洞和另一個相當于36個太陽質(zhì)量的黑洞的相撞，產(chǎn)生的巨大能量變成引力波，并走了這么遠的路，最終被觀測到了。觀測到引力波，需要什么樣的技術(shù)呢，它要求這個干涉儀靈敏度要達到10-18米，可能大家對10-18米不一定有感性認識，其實就是相當于質(zhì)子大小的萬分之一，這個技術(shù)是很了不起的，再回想一下這個事件就是遙遠過去發(fā)生的事情，引力波非常努力傳播了100萬億公里以后終于到達了地球，但是對于地球上的干涉儀因為引力波導致的時空扭曲的長度變化，只有10-18米完成。這個實驗的結(jié)果姑且不論，起碼這件事會讓你感到很興奮。我們談多學科交叉，這就是一個典型的多學科交叉的結(jié)果，它涉及物理學、天文學、激光技術(shù)、精密儀器計算機技術(shù)、低溫技術(shù)、超高真空技術(shù)，甚至是土木工程技術(shù)等，這些匯集起來，最終實現(xiàn)了這個探測。這個實驗能讓我們看到大和小的統(tǒng)一，看到遠古與現(xiàn)代的統(tǒng)一，看到強大與弱小的統(tǒng)一，看到了時間與空間的統(tǒng)一，看到人與自然的統(tǒng)一，這個非常經(jīng)典的實驗很顯然是能培養(yǎng)杰出人才的。參加這個探測的科學家獲得了2017年的“復旦—中植科學獎”，后來又拿了諾貝爾獎。

　　我講這些科學突破，就是讓大家感受到，科學精神的培養(yǎng)需要重要的重大的恰當?shù)膯栴}。所以，我們在大學培養(yǎng)人才的時候，除了教授基礎(chǔ)知識課堂知識以外，我們一定要給我們的學生恰當并且重要的問題。我對我的學生提出了非常重要的問題，他干了三年以后你們可以去采訪他們，他現(xiàn)在已經(jīng)很難堅持下去了，因為很難發(fā)文章了，但是我們要培養(yǎng)好的科學精神、培養(yǎng)好的人才，需要找類似于像引力波、像量子霍爾效應等等重要的科學問題，在解決這類重要科學問題的同時，也就培養(yǎng)出人才，而且參加解決科學問題的這些人才都有非常好的科學精神。

　　科學精神需要扎扎實實地磨煉

　　那如何培養(yǎng)學生的科學精神?下面講一下我熟悉的或者我親身經(jīng)歷過的培養(yǎng)科學精神的例子。

　　1981年，兩個瑞士物理學家基于一個量子原理發(fā)明了掃描隧道顯微鏡，五年以后獲得了諾貝爾物理學獎，這為人類創(chuàng)造了第一個在實空間可以直接觀察原子的“眼睛”，而且人們用這種掃描隧道顯微鏡時可以操縱一個原子，不但能看到原子還可以把原子擺來擺去，這開啟了納米時代和納米科學這個領(lǐng)域。這個顯微鏡的原理非常簡單，一個三維運動的針尖，然后連接加上電流就可以形成一個掃描隧道顯微鏡。不過用到了一個非常重要的實驗技術(shù)。我們在做這個實驗的時候碰到一個最基本的技術(shù)問題，就是要自己做這個針尖，買的針尖不好用，就要作一個既尖又皮實又穩(wěn)定的針尖，這樣的針尖，當時全世界可以做好的不到十個人，我是其中之一，這個花點時間就可以做出來。

　　但是為了做出這樣的針尖，我曾經(jīng)有過制備1000個以上針尖的經(jīng)歷。我在讀碩士的時候?qū)W習的試驗技術(shù)叫作場離子顯微鏡，場離子顯微鏡用到的樣品研究的對象就是針尖，當時我用場離子顯微鏡干了兩年，沒有發(fā)表任何文章，但是我最大的收獲是在導師的嚴格監(jiān)督下，每天至少要試做3個針尖，所以兩年下來我做了1000多個針尖。當時我覺得自己很悲慘，花了兩年時間做了1000多個針尖，也沒有發(fā)現(xiàn)任何東西，更沒有發(fā)表文章，最后他們一看沒有希望，就把我送到日本去了。然而，恰恰是這樣的經(jīng)歷，為我后來研究掃描隧道顯微鏡奠定了基礎(chǔ)，掃描隧道顯微鏡樣品是可以選擇的，但是用到的技術(shù)就是需要做一個好的針尖。后來我們做量子反常霍爾效應實驗需要STM指導，STM這個實驗要做好，必須要有非常嫻熟的制備出世界上最好的掃描探針針尖的能力。

　　現(xiàn)在面對我的學生，我在實驗室里有威信的地方就是，我敢于和他們比賽做針尖，我的學生基本上不和我比這個，雖然可以說他們讀文獻比我讀得快，英語比我講得好，物理學知識考試比我考得更好，但是這個方面是我做導師要培養(yǎng)他的地方，這樣才能夠說服你的學生。

　　我的這段經(jīng)歷，我想也會給大家一個啟示，科學精神的培養(yǎng)需要長期的積累，需要扎扎實實地磨煉和培養(yǎng)。所以大家一定不要以為科研干了幾年沒有任何收獲是吃虧了，如果在這個過程中你養(yǎng)成了努力的作風、追求極限的作風，能踏踏實實，安下心來做東西，這可能比你去發(fā)表一篇論文更加重要。這就是科學精神的重要性。

　　滴水穿石的科學精神

　　再講一下量子反?；魻栃?。量子反常霍爾效應理論有了以后，經(jīng)過我們和很多教授交流，實驗很明確，就是要制備出一個特別的樣品——磁性的、拓撲的、絕緣的一個薄膜。磁性和絕緣一般情況下是互相矛盾的，比如玻璃沒有磁性但是它是絕緣的，磁鐵是有磁性的但是它導電，而且又加了一個要求，那就是拓撲。這就相當于要我們培養(yǎng)一個運動員，他需要比姚明籃球打得好，比博爾特跑得更快，比滑冰運動員還要伶俐。這個是非常具有挑戰(zhàn)性的實驗。當然，由于我們這個實驗是有非常獨特的儀器，我們可以隨時用原子精度的“眼睛”去監(jiān)測我們制備的樣品，我們材料的質(zhì)量是全世界最好之列的。不過，即使有這么好的條件，我們也是到了2012年的年底才完成這個實驗。

　　這個實驗可以說是非常折磨人，四個研究團隊在一起干活，前后涉及的博士生有20多位，團隊里的每個學生都想畢業(yè)并獲得清華大學優(yōu)秀博士論文，但是每個人都不知道自己的將來角色，能不能得到這個最后的結(jié)論，這個理論對不對。大家就在這種不知道的情況下堅持干了四年。我們每天重復同樣的實驗，或者類似的實驗，最初的一年過去后，我們終于找到了一點蛛絲馬跡，當時老師和學生都興奮得睡不著覺，但是距離實驗目標還差得很遠。然后又是半年多過去了?；艘荒臧氲臅r間卻看不到目標，如果換做大家在那里，能堅持下去嗎?到了2012年年初，我們又找到了一點蛛絲馬跡，又興奮了幾天，然后又進入每天沒有進展的階段，這樣又堅持了八個月。最后到了2012年國慶節(jié)期間，國慶節(jié)假期別人都在游玩的時候，我們的學生找到了一個樣品改善的方法，基本上抓住了實現(xiàn)高質(zhì)量樣品的關(guān)鍵，大家可以看，在這個過程中我們每天重復實驗，但是仍然大有文章可做。通過這個實驗，我們可以培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題的能力，分析問題的能力，解決問題的能力。

　　在這個過程中我們培養(yǎng)了很多人，都是非常優(yōu)秀的學生。最后得到的結(jié)果，不但將這種科學精神植入了我們學生的靈魂中，同時讓我們也享受到了大道之行科學的美妙。

　　當實驗過程非常艱難或者是進展非常緩慢的時候，該怎樣讓學生們堅持下去呢?我認為需要的是鼓勵，這時候要鼓勵學生，告訴他們“你們很厲害”。另外，我覺得還要和同學們多做交流，能夠幫助他們，大家一起分析出問題的原因，這是以前經(jīng)常做的，在這個過程中，苦口婆心還是很重要的。另外我覺得，老師需要多花一點時間，從關(guān)心學生的角度、關(guān)心他成長發(fā)展的角度，給他做思想工作，這樣他也更容易接受。所以說咱們都是為了一個共同的目標，在追求目標的過程中遇到困難，相信學生也是可以理解的。需要注意的問題是，這個時候老師該找一種什么樣的方式讓學生得到放松，這個要求對每個學生來說，具體情況也不一樣，但是在我看來，大部分情況下只要老師能從關(guān)心學生角度、幫他充分分析原因的角度上給予足夠指導的話，在困難面前大部分學生還是可以堅持下來的。

　　當然，實驗也可能努力到最后，學生還是得不到這個結(jié)果。但是培養(yǎng)學生分析問題、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，這個是大家未來走得更遠、成為杰出人才更重要的素質(zhì)。就在這種探索的過程中，研究者會形成極其明亮的眼睛，任何蛛絲馬跡都可以抓住，在這個過程中研究者會實現(xiàn)對實驗技術(shù)的駕馭達到爐火純青的程度，因為研究這個領(lǐng)域肯定是天天忙活、天天要解決各種問題，這需要讀無窮多的書，對這個方向的理解也隨之會入木三分。反過來，如果導師給的題目，幾個月就干完了，實驗全部完美完成，那肯定是一個不重要的東西。甚至我們說，基本上在一年之內(nèi)完成的實驗是不會有什么好東西的，尤其是在現(xiàn)代社會我們更需要的是滴水穿石的科學精神。在堅持中不斷培養(yǎng)自己的這些精神品質(zhì)，成功了的話能夠證明理論的正確，不成功的話同樣能證明我們實驗的偉大，我們敢于否定你，你那個理論公式稱得上完全的嚴謹，但是我們通過實驗證明你是錯的。

　　如何尋找科研中的好問題

　　這里還引出了另外一個問題，那就是怎么評價科研中的問題好與不好，以及該怎么發(fā)現(xiàn)這樣的問題。在科研中，如何甄別好的問題是很重要的。大的科學問題很容易甄別，但是具體到一個小的方向、一個具體的問題，這個判斷就需要我們的基礎(chǔ)知識必須牢靠，這是非常重要的。你想判斷這是不是一個科研領(lǐng)域的好問題，首先理解概念要清楚，從我們專業(yè)來說，首先是物理概念要清楚，我的有些學生問我的要求是什么，我說只要你們確保概念清楚就可以了。物理概念是必須要清楚的，比如為什么雨后會出現(xiàn)彩虹?你也不用去給我具體推導，但是需要你能用很清晰的概念把這個事解釋清楚;為什么木頭不導電也不導熱，為什么陶瓷導熱不導電，而金屬既導電又導熱?這些問題都是最基本的物理現(xiàn)象，學生們在學習了這么多深刻的核心課程以后，是可以把概念升華出來的，應該一下子就能解釋出來，而且還是用很簡潔的概念解釋清楚它。這是第一點，我認為這是必須掌握的能力，也就是通過基礎(chǔ)知識核心課程的學習，實現(xiàn)在基礎(chǔ)上概念理解的升華。

　　第二，要通讀文獻，多讀文獻。

　　第三，要經(jīng)常參加學術(shù)報告，要經(jīng)常和人交流，通過這樣的交流可以開闊視野和思路。

　　甄別問題實際上還有一點，那就是要自動地去問，這是不是個好問題?實際中很多人是不知道這個問題是不是好問題的，很多人說自己要研究重要的科學問題，他口號可能一直這么喊的，但是碰到這個問題的時候他從來不主動去問，導師告訴他去做問題，他就去做了，他不問導師提出來的這個問題為什么重要。實際上經(jīng)過仔細的思考，再加上與同學的討論、和老師的交流，只要敢問出這個問題來，自己可能就會找到答案。這也就是大家常說的，你能提出問題，就基本上找到了解決問題的一半答案。但是很多人在這個過程中，可能會忙于具體的事務(wù)而不會思考這個問題。所以除了我剛才講的那些鑒別問題的注意事項之外，我建議在座的各位立志于科研的同學，你要和小孩一樣，要堅持問為什么，為什么讓我做這個?這個問題為什么很重要?你只要能問出來，可能就會找到你需要的答案。

　　比如說我去做高溫超導，有學生可能會問薛其坤老師為什么做高溫超導?目前不是已經(jīng)都出來了嗎?我就會說，常壓下的高溫超導如果未來可能實現(xiàn)了，那就是非常重大的突破;未來如果實現(xiàn)不了，這樣的工作也能讓你一口氣大干五年，而且還是忘記了時間的大干五年。在這樣的實驗過程中，在春風化雨的過程中，就培養(yǎng)了通讀文獻的能力、掌握了相關(guān)技術(shù)等。如果一位同學跟我說，薛其坤老師我在研究生階段發(fā)表了15篇文章，做了15個不同的實驗，那我的感覺可能就是覺得你是做了15個菜一樣，就好像你讓我做紅燒肉，我做好了，也就是一篇文章發(fā)表了，接下來你要紅燒魚、紅燒雞蛋、紅燒海參等等總之都是紅燒的菜肴，那么一連15篇文章發(fā)表了，我覺得這是沒有什么意思的，清華的學生能完成，別的學校的學生也能完成，如果是這樣的15個實驗，那肯定是缺乏實際挑戰(zhàn)性的，也很難培養(yǎng)人的科學精神。應該怎么樣?應該去試著讀幾篇你自己不懂的文章，比如我看上一年也看不懂的書，如果你給我找到一本這樣的書，我一定會看，在這個過程中能夠增加我的思考能力，就像我一直強調(diào)的，一個重要的問題肯定不會是在短時間就可以解決的，難度和時間或者說問題的重要性和科研攻關(guān)的時間基本呈某種比例關(guān)系。

　　小結(jié)

　　以上，我講述的是這幾個科學突破的例子以及我自己的理解。作為清華的一位老師或者是曾經(jīng)參與過學校管理工作的人員，我認為對于杰出人才的培養(yǎng)包括合格社會主義的建設(shè)者和接班人的培養(yǎng)，科學精神是非常非常重要的。

　　所以在座的諸位同學一定要記住，你在清華完成一個論文也好，完成學習也好，可能需要一個明確的目標，但是過程同樣是很重要的，科學精神的培養(yǎng)是至關(guān)重要的。真正的科學大突破，與科學精神的培養(yǎng)是相輔相成的，在科學突破探索的過程中，我們會培養(yǎng)出非常優(yōu)良的科學精神，反過來，培養(yǎng)出來的精益求精、滴水穿石的科學精神，對在座的各位實現(xiàn)真正的科學突破，也是有很大的作用的。

　　(作者系南方科技大學校長、中國科學院院士 薛其坤)