热烈祝贺热烈祝贺 20092009 创新方法高层论坛会创新方法高层论坛会议胜利召开！议胜利召开！

热烈祝贺创新方法研究会成立！热烈祝贺创新方法研究会成立！向参加首届创新方法研讨会的领导向参加首届创新方法研讨会的领导

和专家们学习致敬！和专家们学习致敬！

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自主创新，方法先行。创新方法是自主创新的根本之源

（温总理）人无我有，人有我优

（温总理）

创新方法学的探索创新方法学的探索

徐光宪徐光宪

20092009 －－ 1010 －－ 2222

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汇报提纲• 一。从战略层面探讨创新方法学• 一 A 。创新的分类• 一 B 。分析过去创新不足的原因• 一 C 。解开诺贝尔奖情结 , 鼓舞超越洋人的信心和勇气 ,• 加速创新型人才培养 , 建设创新型国家• 一 D 。创新成就的评价标准• 一 E 。科学研究的三大方法• 一 F 。科学技术创新的各种类型• 一 G 。思维创新的几种类型• 一 H 。工具和仪器的创新• 一 I 。 教育和人才培养模式创新• 一 J 。 高考制度改革如何使素质和知识并重？• 一 K 。 几点建议• 二。科研创新的战术学• 三。小结：

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一。从战略层面探讨创新方法学

• 一 A 。创新的分类：创新可以按照性质、内容、深度的不同分类。

• 1 。按照创新性质的不同可以分为• （ 1 ）国家发展模式和中国特色社会主义道路和

理论的创新，政治、立法、司法、军队现代化、行政管理、廉政建设等体制的创新

• （ 2 ）。经济金融创新，宏观调控和交融监督的创新，企业创新、规模效应、集群效应、企业文化

• （ 3 ）。教育创新，科学创新，技术创新，工程创新

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一 A 1 。创新性质分类• （ 4 ）。 R&D 直到建成工厂企业转化为生

产力的“一条龙”创新 • 我看到大学的好些 R&D 做了一二十年，仍

未转化为生产力，其中因素之一是知识产权保护问题。这个问题不解决，企业对 R&D的投资积极性就不高，科研单位只能依靠国家拨给的科研基金，不能从自身取得成果的回报中得到进一步发展的资金。好些科研单位被迫自办企业，科学家去兼任企业家，用非所长。

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一 A 1 。创新性质分类(4) 一条龙创新：知识产权保护问题

• 西方有 200多年历史，我国成立国家知识产权局只有 20年。科学家、企业家、社会公众对知识产权的意识薄弱。这是科技创新和国力发展的薄弱环节。

• 例 1 我国软件产业的发展不如印度，汉文处理软件WPS失败了，输给 Windows

• 例 2 青蒿素，同仁堂安宫牛黄丸等许多中药品牌，都没有在国外申请专利，非常吃亏。

• 中国大陆获得美国专利授权只占 0 。 12％，少于香港的• 0 。 13％和台湾的 3％。（刘燕华《发刊词》）• 例 3端午节被韩国注册专利，爱国华侨化大笔钱买回来，送还中国

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一 A 1 。创新性质分类(4) 一条龙创新：知识产权保护问题• 我国缺少规模经济，很多重复建设。例如稀土分离欧洲只有一个厂，即法国罗地亚，而中国有近 100 个稀土分离厂，生产能力 15万吨，大于全世界的需求量 10万吨，形成供过于求，使宝贵的稀土价格被压低到只有 1985 年的 40％，国家蒙受巨大损失。

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一 A 1 。创新性质分类• （ 5 ）。文化创新，文学艺术创新，传媒

创新 (包括政策下送，民意上传的交流机制创新 ) ，体育创新，工人农民的创新等等，各行各业都有创新，都要创新

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一 A 2 。按照科学技术创新内容分类

• （ 1 ）新理论：新规律、新模型、新概念等

• （ 2 ）新物质：新粒子、新元素、新分子、新药物、新材料、新结构等

• （ 3 ）新实验研究成果• （ 4 ）新工具、新实验仪器• （ 5 ）新现象、新发现• （ 6 ）新技术

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一 B 。分析过去创新不足的原因

1 。李约瑟难题：中国古代技术领先世界，为什么近代科学技术落后于西方？

• 我的认识： 1 ）中国自古缺乏希腊欧几里德几何学的严密逻辑思维。

• 2 ）科举制度重视八股文，轻视科学技术。3 ）日本的明治维新成功，而光绪的维新失败了。

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一 B 2 总结历史经验教训2 。八年抗战时期，条件非常困难，大学生人数只有现在的千分之一，但却培养了世界一流创新人才，原因何在？西南联大的精神是什么？

• 我的初步认识：• 1 ）改革开放以前缺乏国际学术交流。• 2 ）行政干预大学太多， 1952 年片面强调学习苏联的专科教育模式，

从大学中分出许多专科学院，外语废除英文（这是中国软件人才不如印度的原因之一），只学俄语，经行大规模的院系调整，使清华、交大、浙大等名校大伤元气，自毁我国教育长城。

• 3 ）批判马寅初、曾昭抡等名师，压制学术自由。• 4 ）应试教学以教师为主导，应对考试为目的，全面培养学生素质，

调动学生的主动性、创造性不足。• 5) 现在要求短平快发表学术论文的压力太大，而重要的原始创新论

文，发表不容易，研究时间长。

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一 C 鼓舞信心和勇气加速人才培养现在庆祝国庆 60周年，党中央提出科学发展观，建设创新型国家，万钢部长指出：中国科技正步入历史上最好的发展时期。科技人员已达 4200万人，研发经费已达4570亿。基础研究取得许多高水平成果。载人航天、探月工程、青藏铁路等重大工程都取得巨大进展，形势无限美好。 我们要解开国人的诺贝尔奖情结，鼓励青年学子树立不迷信洋人，超越洋人的雄心壮志，把培养创新型人才提到新高度。

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* 新中国成立 60周年，本土尚未有人获得诺贝尔奖，国人对此有自卑情结。诺贝尔奖百年辉煌，但有几

点局限性。1 。学科覆盖面不广，只有物理奖、化学奖、生理学或医学奖、经济学奖、文学奖、和平奖。没有数学、力学、地学、农学、信息、航天、新材料、环

境、工程科学、纳米科学技术等奖。2 。诺奖获得者的成就差别很大，其中爱因斯坦是百年一遇的世界伟大科学家，居里夫人等是十年一遇的伟大科学家， 90％是一年一遇的大科学家。

3 。诺贝尔奖的评审也有失误，如 DDT 的发明人获化学奖，航海灯塔的发明人获物理奖等。门捷列夫Slater 、 Eyring 、 Gamov 、相对论等均未获奖

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一 D 创新成就的评价标准• 我认为一个人或一个研究项目的创新成就

可用强度因子和广度因子的乘积来度量。• 强度因子是指这个创新成就的重要性和系统性，创新达到的的高度和难度。

• 广度因子是指这个创新成就影响地域的广泛性（如全世界或全国），时间的持久性，和人口的普遍性（如全体人民或只限于科技界）。

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一 D 创新成就的评价 1 。一级创新

• （ 1 ）全新重大理论的创新，如欧几里德的几何原理、牛顿力学、量子力学、相对论等。

• （ 2 ）基于实验的重大理论创新，如达尔文的生物进化论， DNA 的双螺旋遗传基因模型

• （ 3 ）影响最深远的重大技术创新，如中国古代的四大发明，引起工业革命的蒸气机的发明，电器技术，核技术，导弹航天技术等。

• （ 4 ）国家发展模式创新

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一 D 创新成就的评价 2 。二级创新

• （ 1 ）二级理论创新，如哥白尼的日心说，地质学的板块理论，门捷列夫元素周期律

• （ 2 ）一级理论的重要分支，如量子化学Heitler London ， Pauling,Slater,Mulliken

• （ 3 ）重要新物质、新射线的发现，如电子，中子， X －射线的发现

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一 D 创新成就的评价 3 。三级创新

• （ 1 ）二级理论的重要分支。如 Fukui 的前线轨道理论， Pople 的量子化学计算方法

• （ 2 ）新物质的发现，如 C60 ，碳纳米管• 4 。四级创新，如合成化学中一种重要反应• 5 。五级创新，如微乳萃取• 6 。六级创新，如新发现一颗小行星，一个

星际分子

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邓小平是当前世界最伟大的创新政治家，因为他创建了中国特色社会主义模式，在改革开放的 30 年中，中国取得了举世瞩目的成就。在今后的 30 年中，不但经济将超越美国，而且还将以中国的科学发展观、和谐世界观影响整个世界，可能在 21世纪消灭世界战争，其影响的深远、广泛和持久，创新的重要性、系统性、难度和高度都是无人能达到的。

钱学森是 20 世纪 20 位世界科技巨人之一

在科学技术方面， 1989 年在美国召开的国际科学技术会议上，钱学森被授予“世

界级科学与工程名人”称号。1999 年又被国际媒体选为“影响 20世纪

科技发展的 20 位世界级科技巨人之一。第一是爱因斯坦，然后是玻耳、居里夫人、冯卡门等，钱学森排名第 18 ，是 20 位中

唯一的亚洲人。所以钱学森是十年一遇的世界伟大科学家，

超过一年一遇的一般诺贝尔奖得主。

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要有超越洋人的信心和勇气• 袁隆平对农业科学的贡献也超过一般的诺

贝尔奖。• 刘东生获 Tyler 奖，这是世界公认的地质和环境科学的诺贝尔奖。

• 两弹一星的元勋们的成就决不低于诺贝尔奖。所以我们中国人不要自卑，一定要有超越洋人的信心。

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创造获取诺贝尔奖的条件 • 上面讲了诺贝尔奖的局限性，是为了克服

自卑感，树立信心。另一方面，我们也要创造条件，在一二十年内有几人获诺贝尔奖。

• 上世纪前 40 年获奖最多的是欧洲人，尤其是德国人。后来转移到美国，到 2100 年应该转移到中国，替代美国成为诺贝尔获奖者的大国、强国。 2060 年应该与美国平分秋色。

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一 E 。科学研究的三大方法• 1 。实验方法：科学实验、科学考察、科学

观察• 2 。理论方法• 3 。计算方法（ 1 ）定量构效关系（ QSA

R ）与药物设计、材料设计• 3 （ 2 ）建立数据库，分析整理，综合集成，

得出规律。例如天气预报等

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一 E3 。科学研究的计算方法（ 3 ）建立模型虚拟现实

Modeling & Virtual Reality

• 例 1 小浪底水库放水冲洗黄河泥沙• 例 2 原子弹爆炸虚拟实验，决定参数• 例 3 创建串级萃取理论，建立模型，代替

“摇漏斗”的小试、中试、扩大试验的传统模式，实行“一步放大”的稀土新工艺研究开发新模式

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一 E 3 。科学研究的计算方法（ 4 ）从机器证明（吴方法），使几何学的逻辑证明数字化，到人工智能，人机结合的大成智慧学、大成智慧办公厅（钱学森）

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一 F 。科学技术创新的各种类型• 1 。理论创新：如量子力学、相对论、量子

色动力学，规范场理论等。• 2 。以实验为基础的重大理论创新：达尔文

的生物进化论， DNA双螺旋模型的遗传基因理论，基本粒子的标准模型

• 3 。科学实验创新• 4 。科学工具创新：各种光谱仪，原子力显微镜，电子显微镜，各种天文望远镜，激光，微波仪等

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一 F 。科学技术创新的各种类型• 5 。新现象、新元素、新物质、新结构、新材料的发现和合成：放射性的发现，镭元素的发现和提取， C － 60 ， C纳米管等

• 6 。重大技术发明：核技术，导弹航空航天技术，生物技术，信息技术，合成化学技术等

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一 G 思维创新： 1 。重大的原始科学创新往往是从定性的形象思维到定量的逻辑思维的创新过程。

• 例如光的本质是微粒还是波动，长期争论不休。19世纪末Maxwell提出光的电磁波理论，波动说胜利了。但又发现了光电效应，波动说难以解释。爱因斯坦在反复思考这个难题，忽然幻想：“假如我乘坐光速飞舟，我看到的光波会是什么样子呢？”他想观察者和光的运动速度一样，将会看到光波是许多静止的波包（ wave packet ）。这个形象思维使他想到光波可能就是许多波包组成的。他把波包叫做光子，那么光波就是一束光子流。

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一 G 1 爱因斯坦的光子理论• 光电效应实验发现不同频率的光照射到不

同金属的表面，可以产生电流。例如频率大于 4.5x10 的 14次方 /秒的光照射到金属Cs表面可以产生电流，而金属 Pt表面需要频率大于 1.5x10 的 15次方 /秒的光，于是爱因斯坦假定光子的能量 E 和光波的频率成正比，即 E＝ hv 。光电效应还观察到光电流的大小和光辐射的强度成正比。

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一 G 1 爱因斯坦的光子理论• 光电效应还观察到光电流的大小和光辐射

的强度成正比。爱因斯坦认为辐射强度等于光子的能量和光子密度的乗绩，一个光子打出一个电子，电流的大小和电子数成正比。这些定量的逻辑思维完满地解释了光电效应，于是创建了光子理论。

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一 G 1 爱因斯坦的光子理论• 这个理论的重要性在于，它并不否定光的波动说，而是提出光既是波动又是微粒的“波粒二象性”。后来由于电子衍射实验，证明电子也有“波粒二象性”，进一步认为原子、分子等都有“波粒二象性”，为量子力学的创建奠定基础。

• “波粒二象性”的哲学意义还在于它的辩证思维，不同于只能回答“是或否”的形式逻辑思维。辩证思维对创新很有启迪。

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一 G 思维创新 2. 文理普适原理创新法

• 我晚年常常在思考一个问题，觉得自然科学中的一个普适性的原理，往往可以在人文社会领域找到一个对应的或相似的原理，反之亦然。这个假设，可以称之为“文理普适原理”或“文理规律的相似性原理”。

• 换句话说，有些规律对于自然界和社会是普适的。找到这些普适的规律，对于我们认识世界和改造世界有重要的意义，也可启迪“触类旁通”、“举一反三”、“移花接木”、“远缘杂交”的创新思维。

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一 G 3. 第一个文理普适原理：

“钱币原理” : 一个钱币都有正反两面 .

• 这个原理也可叫做 “相反相成原理”：事物常有相反相成的两个方面。

•下面举例说明。

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一 G3(1). 力学中的牛顿第三定律和人际关系学中的“推已及人”原理

• 牛顿第三定律：作用＝反作用。作用和反作用是一个钱币的两面，两者之间有定量关系，而且是相等的，这就表示两者间的“相成关系”。

• 人际关系学的 “推已及人原则” : 你希望别人对你友好（别人对你的反作用），那么你也要友好对人（你对别人的作用）。

• 儒家教导的“己欲立则立人，己欲达则达人，己所不欲忽施于人”，“老吾老以及人之老，幼吾幼老以及人之幼”，就是“推已及人原则”。

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一 G 3 （ 1 ）佛学的“推已及人原则”和国际关系学的“双赢原则”

• 佛学的“推已及人原则” . 佛在《四不坏净成就经》中说：“若有欲杀我者，我所不喜，他亦如是，云何杀彼？我若不喜盗于我，他亦不喜，我云何盗他？我既不喜人侵我妻，他亦不喜，我今云何侵人妻妇？我尚不喜为人所欺，他亦如是，云何欺他？”。

• 善有善报，恶有恶报，不是不报，时候未到• 国际关系学的“双赢原则” . “双赢原则”可以发

展成为”和谐世界理论”。

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一 G 3(2)．波粒二象性原理• 光的本质是什么？答案有： 17世纪牛顿提出的微粒说和惠更斯提出的波动说， 300 年来长期争论未休。 19世纪后半叶， Maxwell提出光的电磁波理论，把光学、电学和磁学统一起来，波动说胜利了。但后来发现光电效应，波动说不能解释。1905 年爱因斯坦提出光子学说，认为光是电场和磁场连续变化的电磁波，但电磁波的辐射能量却是量子化的。辐射有一个最小的单位，叫做光的量子，或光子，它的能量 E 和动量 p 分别等于

• E = hv, p = h/λ

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一 G 3 （ 2 ）波粒二象性• 上面两式的左边是光子的能量和动量，右边是光波的频率

v 和波长 λ ，这二个式子把粒子性和波动性定量地联系起来，确定了波粒二象性。后来 De Broglie （德布罗意）为了解释电子衍射实验，认为电子流也有波动性，提出德布罗意方程。

• 在 Bohr 的量子论、 Einstein 的光子理论和 De Broglie方程的基础上， Heisenberg 创建了矩陈力学， Schrodinger 创建了波动力学。后来证明两者是等效的，合称量子力学，成为 20世纪物理学的二个最重要的的理论之一。进一步又证明原子、分子也有波动性，使波粒二象性成为自然科学中的一个重要的普适规律。

• 如果把光的本质比作一个钱币，波动性和粒子性就是它的正反两面，这正反两面被爱因斯坦公式定量地联系起来。所以波粒二象性是相反相成原理的一个例子。

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一 G 3 （ 3 ）提出万有斥力定律现在要问：“相反相成”原理有什么应用呢？• 现代科学认为，大到宇宙，小到粒子之间，有四

种相互作用力：万有引力、电磁作用力、强作用力、弱作用力。如果确认相反相成原理，那么我们可以推论或预测还有第五种相互作用力，即万有引力的反面：万有斥力。

• 万有引力定律是物理学中已知的定律，如果相反相成原理成立，我们可以问：有没有“万有斥力定律”呢？，前者和两个物体的质量成正比，后者是否和能量有什么关系呢？这些都有待做大量研究工作来证实或证伪。但因此可以提出问题，推动科学发展。

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一 G 3 （ 3 ）新思维：万有斥力定律

• 我们知道银河系有几千亿颗像太阳那样的恒星，它们和银河系的核心（称为银心，已经观察到银心是一个黑洞，其质量为太阳质量的几千万倍）之间有万有引力，从而形成银河系。整个可见宇宙有大约 100亿个像银河系那样的星系。几百个星系之间的万有引力还能组成星系团。但现代天文学观察到星系团之间不再互相吸引，而是互相远离，整个宇宙正在加速膨胀。什么力量导致宇宙加速膨胀呢？这是 21世纪物理学面临的重大难题之一。

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一 G 3(4)． 质量和能量也是一个钱币的正反两面

• 从相反相成原理的视角来看，物质的质量如果是一枚钱币的正面，那么它的反面是什么呢？很可能就是能量。如果说，爱因斯坦的质能联系定律， E=mc2 ，表达了质量和能量“相反相成”这一规律的相成的一面，那么它的相反的一面是什么呢？很可能就是：质量之间有万有引力，能量之间有万有斥力。这些思路可能有助于对 21世纪物理学难题（暗能量是什么？）的探索。

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一 G3 （ 5 ）最大和最小是钱币的两面

• 物理学中的最小作用量原理• 牛顿力学创立以后，哈密顿、拉格朗日等数学家将之抽象化，总结出最小作用量原理，牛顿力学方程可从中导出。物理学的运动方程也可由此导出，例如光学中的折射定律。将一根筷子插入水中，从侧面看去，筷子似乎在水中折断，这是光线在水与空气的界面折射所产生的错觉，就是最小作用量定律在起作用：表现为光线总是走费时最小的途径。因为光线在水中走得比在空气中慢，为了节省时间，光线宁可走折线以缩短在水中的途径。从表面看，似乎舍近就远，其实是舍慢就快。

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一 G3 （ 5 ）最大和最小是钱币的两面

• 经济学中的最大效益原理：要使各种生产资源（人力和物力资源，如劳动力、科技、资本、土地、资源、环境等）得到最优化配置，以求获得社会生产的最大效益。

• 什幺是社会主义市场经济？市场经济就是效益经济，社会主义要求在社会成员之间的分配公平合理。所以社会主义市场经济＝效益＋公平。

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一 G3 （ 5 ）最大和最小是钱币的两面

• 如果福利太少，就不公平；反之，如果蛋糕完全平分，没有体现按劳取酬的社会主义原则，那幺就会形成懒汉，影响效益和社会生产力，使蛋糕整体缩小了，结果还是减少每个人的收益。所以效益和公平要有一个最优化的合理比例，得到最好的平衡。这就是社会科学中效益与公平的平衡原则。

• 社会科学中的效益最大化原则对应于自然科学中的最小作用量原理。社会科学中的分配公平原则对应于热力学中的趋向平衡的热力学第二定律。

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一 G 3(6). 线性科学和非线性科学也是一个钱币的正反两面

• 线性科学： 1＋ 1＝ 2 ， 整体＝局部之和 , 相当于科学方法论中的还原论

• 非线性科学： 1＋ 1 大于 2 ，整体＝局部之和＋整体的协同作用。

• 非线性科学： 1＋ 1 小于 2 ，整体＋局部之和

• － 局部之间的内耗、冲突、矛盾

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一 G 3(6) 非线性科学：1＋ 1 大于 2

• 例如“商品交换增益原理”：商品在互通有无的交换中，其使用价值得到增益。这一原理是市场经济的基础。也是改革开放成功的基础。

• 信息在通讯交换中得到增益，信息与能量不同，是不守恒的。

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一 G3(6)非线性科学： “双赢原则”与“内耗论” “规模经济”与

“块状经济”• “双赢原则”也是 1＋ 1 大于 2 。• “ 内耗论”是 1＋ 1 小于 2 ，： 一个和尚挑水喝，两个和尚抬水喝，三个和尚没水喝。

• 非线性数学： 1x10000 远远大于 10000 。 西方规模经济学的原理：工业生产或商业运作的规模越大，成本越低，经济效益越高。例如福特汽车高规模生产起家。家乐福、沃而马等国际超市连锁店就靠规模大，进货成本低，标价低，营业额大，获得大量利润。

• 中国产业结构的提升要发展规模经济。

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一 G 3(6)非线性科学： 浙江的“块状经济”

• 这种规模经济，要有雄厚的资本。浙江农民没有大资本，怎么办？他们发明了“块状经济”。例如绍兴柯桥的轻纺、诸暨的袜子、温州的打火机、领带、义乌的小商品，是从农民的家庭手工业开始的。后来一个村、一个镇、任至一个县都做同一行业，而且组织起来，统一对外经营，产品的数量以亿或几十亿计，行销国内外，于是成为世界知名的块状经济。块状经济具有“集聚效应”，相当于西方的“规模效应”。这是“浙江的创新模式”，是中国和平崛起经济学的一个组成部分。

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一 G 3 (7). 人生也是一枚钱币• (7). 人生也是一枚钱币 , 失意和得意 , 如意和不

如意 , 成功与失败 , 现实的人生与期望的人生 , 都是人生钱币的二面 . 我在晚年感悟到幸福是一种相对的心理感觉 ,它是一个分数 :

• 幸福 = 现实的人生 / 期望的人生• 现实人生的生活质量 , 不是你的主观愿望可以任意改变的 . 但你只要把期望值降低下来 , 就能提高幸福度 . 这个公式大大增加了我的幸福感 ,享受到幸福的乐趣 , 从而增进了健康 , 而健康更使我感受到幸福 . 这是良性循环原理 . 衷心推荐给大家共享 .

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一 G 3 (7). 幸福的另一公式• 幸福是生活质量对时间的导数• 幸福 ＝ dL / dt

• L ＝ 生活质量• 美国人的生活质量比中国人高，但预计未

来要降低。中国人预计未来会更好。所以中国人的幸福度比美国人高

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一 EG 3 (8).钱币原理提高到哲学层面上 , 就是《矛盾论》中的对立统一

规律• 但我认识“钱币原理” , 不是从学习《矛盾论》 ,

“由上而下 (Top-Down)”推演出来的 , 而是“由下而上 (Bottom-Up)”, 考虑牛顿第三定律和推己及人原理有相似之处 , 慢慢体会感悟出来的的 .

• “由上而下 (Top-Down)”与“由下而上 (Bottom-Up)” 这两种思维方法也是钱币的正反二面 , 我比较喜欢“由下而上 (Bottom-Up)”, 在教学中用自己的切身经验 , 对学生讲道理 , 也容易被学生接受 .

• 钱币原理可能在报刊文选中也有人提到过 , 算不得创新 . 但别人提到的 ,肯定和我上面东拉西抓的内容不同 , 这种“东拉西抓”也许就是一种创新思维 .

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一 G4. 第二文理普适原理：周期变化规律 :世界上的事物都在周期变化

• (1). 在自然界地球绕太阳运动 , 太阳绕银河系的核心运动 . 原子中电子绕原子核运动 , 分子有平移运动 , 转动和振动 ,都是周期变化的各种状态。

• (2). 门捷列夫发现元素的化学性质随原子量的增加作周期变化 , 创建了元素周期律 , 对新元素的发现起了非常大的指导作用。 他还启发了玻耳建立原子模型 , 以及后来爱因斯坦 ,薛定额 ,玻恩等许多重大创新。

• （ 3 ） 所以创新思维有多米诺效应。

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一 G 4 。周期变化规律• (4). 直线运动、圆周运动等都可看作是波浪运动的某种极限。

• (5). DNA, RNA, 蛋白质 , 淀粉都有螺旋型结构 .螺旋型上升是周期运动的一种特殊形式。 1953 年 Watson and Crick提出 DNA 分子是由 A T G C四种碱基分子组成的两个长链，用氢键为桥，形成双螺旋结构模型

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一 G 4 （ 6 ）气候也有周期变化• 竺可桢院士研究了我国几千年来的气候变

化线。• 刘东生院士几十年来研究的黄土断层，发

现它记录了千万年来气候的变化，与南极冰芯记录的气候变化很近似。

• 研究过去的气候变化规律，搜集全世界的数据，经过计算机分析处理，建立模型，可以预报气候

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一 G 4 （ 7 ）中国现代史有 30 年周期变化规律

• (7). 人类历史的发展也有周期变化。 我发现中国 现代史有 30 年周期变化规律。

• 1919 年五四运动是中国的文艺复兴运动。• 1949 年中国新民主主义革命成功 , 新中国成立。• 1979 年 ,邓小平的伟大改革开放运动启动。• 2009 年 , 中国庆祝国庆 60周年 , 取得举世瞩目

的成就。启动第二个新的 30 年改革开放。• 2039 年，经济规模将超越美国 ,引领世界和谐发

展。

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一 G 4 (8). 季羡林先生的名言 :“30 年河东 ,30 年河西”

• 这个 30 年泛指世界历史和文化的长周期变化 , 意义是十分深远的 . 西方文明主张征服自然 , 向自然界过分索取 , 人类已经受到自然界的惩罚。 必须转变到 “天人和谐” “人人和谐” “自身和谐” “世界和谐”的东方和谐文明思维。

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一 G 4 (9). 世界经济的兴衰也有周期变化

• 世界经济兴衰的长周期变化： 1929 年世界经济危机 . 2008 年世界金融危机。对周期变化可以提出五W ： What ？ Where ？ Why ？ Who ？ How ？

• 金融、商品、石油、粮食、外贸的年、月周期变化。投资规模、消费需求、就业形势、市场心理等的变化。

• 各国的股票市场指数的 K线 , 分钟 K线 , 日 K线 , 10日 K线 , 50日 K线 , 年 K线等 , 还有各式各样用于预测的技术指标的 K线。

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一 G 5．第三个文理普适原理：“放大缩小原理”

• 5 （ 1 ）力的放大：“四两拨千斤”• 中国有句成语，叫做“四两拨千斤”，

这就是“力的放大”。例如杠杆、秤、齿轮、千斤顶等，在日常生活，搬运东西和机械工程中被广泛使用。在科学研究中，我们要把一种已知的方法尽量推广拓展到未知的的领域，这就是“创新”。下面举一些例子，说明推广“放大”的概念到其它领域，可以产生许多重要的创新。

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一 G 5 （ 2 ）电流的放大和集成电路的缩小

• 三极管的发明可以实现电流的放大，本世纪的三十和四十年代，是电子管的鼎盛时期。这是重大的技术创新。它曾为无线电，雷达，电子计算机和 V 型导弹的发明作出了贡献。 1944 年开始设计， 1947 年在美国 IBM公司，完成了世界上第一台计算机，一共用了 18000 个电子管，全机总重 30吨，运算速度仅 333次 /秒。

• 1948 年发明了晶体管，同样可以放大电流，但体积，重量，耗电量均比电子管减少了 100-1000倍。 1959 年有发明集成电路 [IC=Integrated Circuits] ，从而产生了微电子学和微电子工业，导致 20世纪的信息革命。后又发明超大集成电路和纳米电子学，以及未来的分子计算机和分子电子学。

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一 G 5 （ 3 ）光的放大：激光器的发明

• 电流的放大产生了如此重大的影响，于是人们联想到光是不是也能放大呢？ 1954 年汤斯 [G.H.Townes] 首先实现了微波的受激辐射放大 [Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation ，将第一字母连起来称为 Maser ，译为微波量子放大器 ] 。

• 1960 年从事红宝石微波量子放大器研究的年轻人梅曼 [T.H.Mailman] 成功地研制出第一台红宝石激光器，实现了光波的受激辐射放大 [ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ，缩写为 Laser ，译为激光 ] 。

60

一 G 5 。放大缩小技术• 5 （ 4 ）化学合成的自动放大 -- 化学工程

中的“相似理论”就是一种化工生产的放大理论。 21世纪的自组装化学，是化学发展的方向之一。

• 5 （ 5 ）生命的放大 -- 从卵细胞到生命的发育成长，发展成为现代的克隆技术。

• 从以上这些看来不相关的事物中找出共同的东西 --放大的理论和实践。这也是一种科学方法。

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一 H. 工具和科学仪器的创新

• 工具的创新对人类的发展至关重要 , 在早期历史上 , 任至可以决定人类发展的时代特征 , 例如旧石器时代 , 新石器时代 ,青铜时代 ,铁器时代等 .

• 到了现代 , 科学仪器的创新也能使科学取得巨大进展 . 仪器工具的发明有多米诺效应 ,形成创新链和创新树 . 分析创新链和创新树可以启发创新 . 下面以原子发射光谱为例，说明创新树的树苗，树根，树干和分支。

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一 H. 科学仪器的创新：光谱仪• [1] 创新树苗： 物体加热到高温可以发光是很早

知道的事实。• [2] 创新树根： 1762 年德国矿物学家 A.S.马格拉夫首次发现钠盐可使酒精灯火焰染成黄色，钾盐可染成紫色。这个新发现是原子发射光谱的创新树根。

• [3] 创新主树干：世界公认的原子光谱分析法是1859 年 G.R. 基尔霍夫和 R.W.E. 本生合作的成果。他们以本生灯为光源制成第一台用于光谱分析的分光镜。

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一 H. 科学仪器的创新：光谱仪• [4] 创新树的大分支：对第一台原子光谱分光镜的进一步

创新研究，至少要思考六个变量，构成创新发展的六大分支：

• [a] 不同的研究对象 -- 主族元素，过度金属元素，镧系元素，锕系元素，分子，物质的凝聚态，任至原子核等。

• [b] 不同的激发手段。• [c] 不同的分光系统。• [d] 不同的检测系统。• [e] 不同的光谱模式，例如发射，吸收，吸收又发射等。

[f] 科学研究的理论和实验好比一个人的两条腿，它们要交错前进，才能互相推动科学创新。例如氢原子光谱的研究导致玻尔提出氢原子模型和旧量子理论，最终导致量子力学，而量子力学的建立大大推动光谱学的发展。

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一 H. 科学仪器的创新：光谱仪 [5] 创新树的中分支：不同的激发手段： [a] 本生灯为光源，就是第一台原子光谱分析仪 [b] 改用电弧或电火化为光源，可得到原子的紫外及可见光谱。

[c] 激光光源，则可得高分辨紫外及可见光谱。 [d] 改用阴极射线为光源：彩色电视的显象管。 [e] 如以高能 [100千伏 ]电子束照射重原子，则可

以产生原子的 X- 光谱。 [f] 如把高能电子束改为超高能的氪离子束撞击铅靶，则能量大到足以击破铅原子核，产生第 118号新元素等。

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一 H. 科学仪器的创新：光谱仪[6] 创新树的中分支：不同的光谱模式可以得到：[a] 思考原子发射光谱的逆过程：原子吸收光谱。[b]把研究对象从原子换成分子，就得到分子的紫外及可见吸收光谱。

[c]把光源改为红外光，就得到红外光谱。[d] 如改为微波光源，就得到微波谱。[e] 如在微波谱基础上外加一个强磁场，就得到顺磁共振谱[f] 如把微波光源改为能量小一千倍的射电短波，就得到核磁共振谱。

[g] 如改为 X-射线光源，并测量打出来的光电子的能量，就得到光电子能谱。

[h] 思考吸收后又发射的过程，得到拉曼光谱，荧光光谱等

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一 H. 科学仪器的创新：光谱仪• [7] 小分支：以上述每一项中分支为出发点 , 又

可有许多创新小分支，例如拉曼光谱，把光源改为激光，就得到激光拉曼光谱；把分光系统由棱镜改为光栅，并加上傅氏变换技术，就得到傅氏变换拉曼光谱；把研究对象改为银电极的电化学过程，就得到表面增强拉曼光谱等。

• [8] 科学研究除了必须购买的大型仪器设备外 , 要自己改进组装附件或新仪器。这对创新至关重要

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一 I. 教育和人才培养模式创新1 。教育要从智育为主转变到素质教育与智育并重 .

2 。素质教育要树立“二观”“三感”“一论”，即科学发展观，人生观，社会责任感，时代幸福感，历史使命感和科学方法论。

3 。十七大提出的科学发展观，是马克思主义、邓小平理论和三个代表思想，与当前中国实际和世界形势相结合的中国特色社会主义的世界观。是马克思主义的最新发展，是中国 60 年辉煌成就的理论保证，是中国模式的核心理论。

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一 I. 教育和人才培养模式创新4 。我没有读过《资本论》和许多马恩的经典著作，所以过

去不敢对学生讲马克思主义。后来学习了邓小平伟人的一个重要讲话，说：“马克思主义有核心部分和非核心部分之分”。马克思的最重要、最核心的世界观是：“世界上的所有事物都是在运动发展的，世界上没有绝对静止的东西”。这个观点，我们学科学的非常容易接受，因为从宏观来说，看上去静止的高楼大厦，都是随地球绕太阳而运动，太阳又围绕银河系的核心而旋转。从微观来说，我们从物质结构和光谱学知道，即使在绝对零度的固体质点也有零点振动能，也在不断振动之中。我们讲授物质结构和分子光谱时一定要强调这个零点振动能的哲学意义。

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一 I. 教育和人才培养模式创新• 5．马克思主义的认识论就是”实践是检验真理的唯一标准”。• 6．邓小平还说“发展（指社会生产力的发展）是硬道理”，生产力

的发展就是追求最大多数人民的共同富裕 ,全面小康 . 这就是马克思主义的价值观或人生观。

• 7．三感是指社会责任感，时代幸福感和历史使命感。• 人是有知识的社会动物。做人的第一原则是要认识自己是社会的一个

成员。我们每一个人生下来到进学校念书，凝聚着父母养育的恩情，师长教导的辛劳。我们吃的、穿的、住的都是前人劳动的成果，所以成人以后，一定要回报社会。这是社会责任感。我们现在处于中国 200 年来历史上最好的时代，是无数革命先烈牺牲奋斗换来的。

• 今天庆祝国庆 60周年，生逢盛世，我们感到十分自豪幸福。今后 30年，中华复兴、城乡全面小康，不但经济超越美国，还要领引世界和谐发展。这个重担在青年学生身上，要使他们充分认识这个光荣的历史使命。

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一 I. 教育和人才培养模式创新• 8 。素质教育不仅是政治课教师的责任 . 我

们每个专业教师都要在教学中贯彻 • 上述素质教育的内容很简单，我们每个中

学或大学教师都应在教学中贯彻，所化时间不多，但如每个青年学生都树立马克思主义的世界观、认识论、价值观和方法论。这是中国最强大的软实力，是在今后 30 年中，中华复兴，创建和谐世界的强大保证。

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一 J 高考如何配合素质教育 ?

• 1 。 现在高考制度的缺点： 1 ）不能反映学生的全面素质。 2 ）一试定终身，造成学生和家长心理非常紧张。

• 2 。建议一：增加“综合素质评价”• 3 。建议二：让高二学生也能参加选考一二门课程，如获较好成绩，高三考试时就可少考一二门。优秀学生也可在高二参加全部考试，如获优秀成绩，可提前录取

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一 J 高考如何配合素质教育 ?

2 。综合素质评价： 1 ）“学生的自述 (Personal Statement)” ：自述他的世界观、价值观、学习的目的、自学的方法。课内外做过哪些能提高自己素质的活动 ?例如参加夏令营，在暑假做大学研究课题组的助手，参加学生辩论会 , 时事研讨会等。 还要学生自述为什么要上大学 ?将来的志向和兴趣是什么 ?

• 2 ）学生每年应有一份总结，经过同学和老师的讨论 , 附上讨论意见和老师的评价。

• 考试是指挥棒 , 会引导学生提高全面素质。

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一 K. 几点建议

1 。每年召开一次创新方法高层论坛2 。创办《创新方法杂志》3 。请有成就的科学家写作他在创新实践中的

体会 , 加强科学大师创新思想挖掘4 。请科学史家研究中外大科学家的创新方法5 。举办创新方法学的学术报告会，使更多青

年学子掌握创新方法，树立自主创新的信心和勇气

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二。科研创新的战术学

1 。创新前的准备：中药铺的抽屉和知识框架 2 。创新链和创新树 3 。分类研究法 4 。学科交叉法 5 。移花接木法 6 。逆向思维法 7 。柳暗花明法 8 。天上人间法

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二。科研创新的战术学• 9 。傻瓜提问法。 • 10 。大胆假设小心求证法 • 11 。建立模型法• 12 。意外机遇法 • 13 。灵感培养法 • 14 。虚拟实验法 • 15 。综合集成法（系统科学的创新）。 • 16 。接近于“无中生有”的原始大创新。

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二。科研创新的战术学• 1 。创新前的准备：创新与知识积累－中药铺的抽屉和知识框架

• 创新前的准备：需要有一个金字塔式基础，头脑中要有一个知识框架。要熟悉计算机和计算机语言，善于上网搜索你需要的资料和信息。但不要上网入迷，花费太多时间。实验技能要精湛，为学要极为勤奋，要处理好人际关系，团队协作，要永远保持乐观开朗的性格。不迷信前人，敢于大胆創新。这是创新的前提。下面讨论如何创新的方法。

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二 2 。创新链和创新树

• 科学研究是接力赛跑，起跑点要在科学研究的前沿，要把前人的有关知识接过来。所以研究生的导师很重要，他把接力赛跑的棒交给你，你就可以在科学研究的前沿起跑。牛顿说：”我是站在巨人的肩膀上，所以能看得远一些”。这是创新和继承的关系。

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二 2 “ 创新链” 和 “创新树”• 科学研究既然是接力赛跑，所以每一项科

学创新都有前因后果。把这些前因后果串联起来，就构成一条“创新链”。创新链常有分支，于是构成“创新树”。建立创新树的方法，可以启发你的创新灵感 ,活跃你的创新思维，特别是在分枝点上，可以思考一下还有什么新路可走？上面曾以原子发射光谱为例，说明创新树的树苗，树根，树干和分支。

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二 3 。分类研究法• 例（ 1 ） 动植物的宏观分类法 --门，纲，目，类，

科，亚科等。• 例（ 2 ） 生物的微观分类法 -- 基因分类法。• 例（ 3 ） 萃取机理的分类。• 例（ 4 ）经济模式的分类－自由资本主义经济（如美国），欧洲资本主义经济，中国特色社会主义市场经济等。

• （ 5 ）现代科学发展的大趋势之一是学科越分越细。例如 1900 年是 500门学科， 2000 年是 5000门。100 年增加 10倍。 2100 年可能到 50000门， 2050 年到 20000门， 50 年中创建 15000门新学科，我们中国人至少创建 3000门。你们要有创建 3000门新学科的雄心壮志。

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二 4 。学科交叉法• 学科交叉法：不同的学科之间，进行“比较”的研究

方法• [1]“比较语言学”，例如英文的 Crisis ，中文是“危机”。又如“做学问”一词，通常翻译为 Learning ，但后者只有学习的意思，没有问的含义。做学问要既学又问，学而不问则殆，问而不学则惘。

• [2]“比较生物学”。• 控制论的创建者维纳曾说：“在科学发展上可以得到最大收获的领域是各种已经建立起来的部门之间被忽视的无人区”。所以学科交叉的无人区是创新的生长点。

•

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二 5 。 移花接木法“移花可以接木，杂交可以创新”

• 科学可分为上，中，下游。数学，物理学是上游，化学是中游，生物，医学，社会科学等是下游。上游科学研究的对象比较简单，但研究的深度很深。下游科学的研究对象比较复杂。“移上游科学之花，可以接下游科学之木”。具有上游科学的深厚基础的科学家，移植到下游科学，往往能取得突破性的成就。

• 例（ 1 ）量子化学是把量子力学移植到化学中来，因而产生的交叉学科。美国理论物理学家科恩 (Walter Kohn) 和英国数学家波普尔 ( John A. Pople) ，把量子力学的理论和计算数学的方法移到化学中来，解决了量子化学中的计算难题，获得 1998 年诺贝尔化学奖。

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二 5 。 移花接木法例（ 2 ）把数学方法移植到经济学

• John F. Nash获 1994 诺贝尔经济奖，他是 1950年数学博士， 1951-1958 年任MIT数学讲师，副教授。 1958 年因精神分裂症退职。康复后，转而研究经济学。把数学中概率论之花，移到经济学中来，提出预测宏观经济发展趋势的“博弈论”。

• 另外具有理学博士学位获得诺贝尔经济奖的还有：1969 奖的廷伯根 [Jan Tinbergen] ， 1975 年奖的库普曼 [T.C.Koopmans] ， 1983 年奖的德布雷 [G.Debreu] ， 1984 年奖的斯通 [Sir J.R.N. Stone] 等。

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二 5 。 移花接木法例（ 3 ）移花接木创新法：仿生学

• 例如第一架飞机就是模仿蜻蜓制造出来的。• 流线型的喷气飞机和高速火车的造型是模仿鱼类的，特别是海豚的皮肤表面有一种可吸收能量的弹性结构，借以消除流体的阻力，使湍流变为平流。

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二 5 。 移花接木法例（ 4 ）生物学与化学的交叉

• 产生生物化学，分子生物学，生物物理学，结构生物学等，早已众所周知。现在后基因组时代已经到来，生物学与化学之间又有一个新的交叉学科 --蛋白质组学（ proteomics ）已经形成，第一次蛋白质组学的国际会议已在 1997 年召开。

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二 6 。逆向思维法• 在飞机的设计中，要试验飞机的外型和材料在高

速飞行中与空气阻力的关系。这种试验很难在空中飞行时进行。于是创造出“风洞”来模拟飞行。这是一种“反其道而行之 ”的逆向思维方法，即把飞机固定，让高速空气流向飞机，其效果是一样的。这就是在空气动力学和航空技术研究中常用的“风洞”实验室方法。

• 又如在轮船的设计中，可以做一个缩小的模型，放在一个缩小的水槽中，用各种流速来测定船体阻力的大小。

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二 7 。柳暗花明法：山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村

• 例（ 1 ） “杂交水稻之父”袁隆平• 按照经典遗传学的观点，水稻是自花授粉，不能杂交的。袁隆平在 60 年代初，发现一株优势非常强的水稻，如获至宝。第二年他把它种下去，希望品种成龙。结果大失所望，结果和上年选的植株完全不同，高的高，矮的矮，生长期长的长，短的短，面目全非，他就非常失望。

• 就在这个失望之余，他突然产生了震撼，为什么遗传会有这样大的分离呢？只有杂种才会有分离，纯种不会有分离。他于是大胆提出假设：他选的这株是天然杂交稻，推翻了经典遗传学认为水稻不能杂交的结论。当然这只是大胆的初步假设，还有待做艰苦的研究工作，培养出人工杂交水稻来证实。为避免自花授粉，他选择雄性不育植株来受粉，取得了很大成功，使我国水稻由亩产300公斤提高到 500公斤，对最重要的农业增产问题，做出了伟大的贡献。他被国际上称为“杂交水稻之父”。继矮杆水稻，杂交水稻之后，袁隆平正在研究第三代超级稻“培矮 64S/E32” ，经两年试种，均达到亩产 800公斤。这是非常了不起的成就。

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二 8 。天上人间法• 有些物质是天文学家在天上先发现，然后由化学家把天上之花，移植到地球人间的。

• 例 [1] 1868 年天文学家在观察日全蚀时，从日珥的光谱中发现一种未知原子的谱线，命名为“太阳元素 (Helium)” 。 28 年后，化学家才从地球大气中把 He元素气体分离出来。

• 例 [2] 天文学家用射电天文望远镜研究分子的转动光谱，发现了几十种星际分子，其中有些是地球上还没有合成的，有一类是直线形的

• HCiN 分子，其中 i＝ 1 、 2 、 3 、 4 、、、 14 、 15 、 16 、17 、、

• 例如 H-CCCCCCCCCCCCCN 。• 化学家 Smally想象宇宙中有闪电，空气中有氮气和氢气，

企图用激光或电弧作用于石墨，在地球上来制备这类化合物，却意外地得到 C-60 ，并获得诺贝尔奖。但这类 HCiN 分子，至今在地球上尚未合成。

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二 9 。傻瓜提问法• 创新的第一步是“提出问题”。年轻人好奇提问往往是创新的开端。

• 例 [1] 三角形的内角之和一定要等于 180 度吗？• 其实，三角形的内角之和等于 180 度是平面上的

几何学，即欧几里德几何学。人们发现用平面几何学经行大地测量，在范围较大时有偏差。这是因为地球是球面的。在地球上距离较大的三点之间，作三条直线，组成一个三角形，它的三个内角之和大于 180 度。这就是球面几何学。反之，在凹面上的三角形的内角之和小于 180 度。由此建立了一门新的学科：非欧几何学。

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二 9 。傻瓜提问法例 [2] 分形理论

• 例 [2] 空间的维数是不是一定要整数？ 例如说一维、二维 或 三维空间。可不可以有分数的维度？这个看似傻瓜的提问，终于发展成为一门新科学：分形理论。弯弯曲曲的海岸线的维数就在一维和二维之间。

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二 10 。大胆假设、小心求证法• 敢于好高骛远大胆假设，善于实事求是，小心求证。对于你的假设预期，要认真安排实验来小心求证。实验的结果不外四种：

• [1]证明了你的假设，于是进一步去寻求新的实验证明。证明越来越多，假设就能发展成为理论。例如 1948 年，伽莫夫在爱因斯坦于 1917 年提出的《根据广义相对论对宇宙所作的考查》的基础上 , 以现在的宇宙正在膨胀的观测事实 [哈勃定律 ,1929] 为根据，提出宇宙起源于热大爆炸的假设。这是一个很大胆的假设。这一假设后来得到越来越多的科学观察和理论支持，经过许多科学家的不断改进，发展成为现在的大爆炸宇宙理论。

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二 10 。大胆假设、小心求证法• [2]部分否定了你的假设，修改你的假设，使之更

为完善。• [3]全部否定了你的假设，根据新的实验结果，提出新的假设。

• [4] 得到完全意外的结果。例如从设计合成一个新化合物的失败，到发现一个新的结构类型。如果你的运气好，可能发现新现象或新效应，但必须有敏锐眼光才能抓住它。所以这四种可能性，在科学上都有收获。尤其是第四种，可能有巨大收获。这第四种方法也可叫做“种豆得瓜法”。

•

92

二 11 建立模型（ Modeling ）• “ 建立模型”就是“大胆假设”的方法之一。它

是一个非常重要的创新方法，例如：• [1]1857 年开库来提出碳原子有四价的假设， 186

5 年又提出苯分子的六角形开库来结构式。 [2] 1874 年范霍夫为了说明有机化合物的旋光性 , 大胆提出碳原子的正四面体模型。

• 这些模型的提出都是在几十年后才被分子结构的测定完全证实，但它们对有机化学的发展起了不可估量的推动作用。

• [3]1913 年玻尔提出氢原子结构模型，这一模型后来虽被量子力学模型所替代，但对推动原子结构理论的发展，曾起了很大的作用。

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二 12 。意外机遇法

• [1] Fleming 发现青霉素• [2] X －射线的发现• [3] 宇宙的微波背景辐射

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二 13 。灵感培养法• 王国维在《词话》中写到治学的三个境界：• 第一境界：“昨夜西风雕碧树，独上高楼，望尽天涯路”，是治学或研究的开始，要找到学科发展的前沿，作为你科研创新的起点。

• 第二境界：“衣带渐宽终不悔，为伊人消得人憔悴”，科学研究的紧张阶段，遇到困难，不知如何解决才好。

• 第三境界：“众里寻她千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处”，正在山穷水尽的时候，忽然灵感到来，蓦然回首，伊人（这里指你希望得到的结果，或解决困难的方案和办法）出来了，却在忽明忽暗的灯火阑珊处。

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二 13 。灵感培养法三点启发和灵感的培养

• （ 1 ）开题的重要性。• （ 2 ）勤奋是成功的关键。• （ 3 ）创新除了勤奋外，还要有一定的“灵感”。现在要

问：“灵感”有没有方法来培养？当你在科研中已“进入角色”，“身心投入”后，如果仍然遇到难题，百思不得其解。这时你可以忘掉它，轻松愉快地去做其他的工作，或看电影，或散步，或听音乐，然后好好睡一觉。在睡眠中你的大脑电波 [4-7赫 ] 和电波 [0.5-3赫 ] 就会运转起来，把白天困扰你的问题进行知识的反刍 [ 好像牛胃的反刍 ] ，酝酿和陈化 [aging process] 的慢波处理，早上一觉醒来，往往就忽有所悟。不知你有无这个经验？听说开库勒就是在早上一觉醒来时，悟到苯分子的六角形结构的。

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二 13 。灵感培养法培养灵感的秘诀，需要“勤奋”

• 每个人在什么状态下最富有灵感，各不相同，要你自己去体会。例如 Strauss在翠堤春晓中产生作曲的灵感。有的人在学术沙龙喝下午茶时产生灵感，有人在科学讨论会上得到启发，有人在散步或洗淋浴时得到灵感，我自已是早上醒来后忽有所悟？但重要的一条是白天对你的问题，已经过深思熟虑，否则晚上睡眠时，没有足够的“知识”供你反刍，酝酿和陈化，那么早上醒来也不能忽有所悟。所以培养灵感的秘诀，还是需要“勤奋”和上面提到的一些方法的运用。

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二 14 。虚拟实验法 [virtual reality]

• 提出一个理论模型，用计算机 虚拟现实，得到希望得到的结果。

• [1] 虚拟大气温度、湿度、气流的未来变化，做出近期和中期的天气预报。

• [2] 计算机辅助设计（ Computer-Aided Design = CAD) ，例如计算机辅助药物合成设计，计算机辅助功能材料设计等。

• [3] 建立模型，虚拟小浪底水库放水冲洗黄河的泥沙，提供最优化实际放水时间和流量等参数。

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二 14 。虚拟实验法 [virtual reality]

• [4] 虚拟原子弹爆炸过程，代替实际爆炸实验，为原子弹设计提供基础。

• [5] 北京大学在稀土分离研究中，以串级萃取理论为模型，用计算机模拟“摇漏斗”的实验，获得稀土工艺设计的“一步放大专家系统”，并在全国推广应用，取得了很大的经济效益和社会效益。

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二 15 。综合集成法 :系统科学的创新

• 系统科学（或称横断科学）是从传统科学中提出带有共性的问题来研究，因而产生的科学。它是最广泛的交叉学科。如果把自然科学，技术科学，社会科学看作科学分类的经线，那么系统科学就是横跨自然科学，技术科学，社会科学的纬线，所以也可称为横断科学。它包括系统论，控制论，信息论，耗散结构理论，非线性科学，协同学，运筹学，混沌理论，分形理论，突变论，超循环论等。下面仅以控制论为例，说明它是怎么发展起来的。我们希望中国的年轻学者，也要有扎实的基础，敏锐的眼光和远见，在下一世纪，去开创和建立新的学科。

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二 15 。综合集成法 :系统科学的创新

• 控制论 (Cybernetics ）是把自动调节，通信工程，计算机技术，以及神经生理学和病理学等学科，以数学为纽带联系在一起而形成的新学科。它是 1948 年美国数学家维纳（ N.Wiener) 创立的。他在二次世界大战期间，接受了研制防空火力的控制系统的任务，尝试用机器来模拟人脑的功能。

• 他总结了这些思想，在 1948 年出版了《控制论》一书，把控制论定义为“关于机器和生物的通讯和控制的科学”。

• 钱学森在 1954 年在美国出版的《工程控制论》一书，是这个学科的奠基性著作。同年艾什比发表《大脑设计》，建立了“生物控制论”。

• 中西文化的交融和互补：例如中西医的结合

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16 。接近于“无中生有”的原始大创新 ,例如量子力学

• 第一步是“提出科学问题”。正确敏锐地提出科学问题，本身就是重大的创新。例如 1913 年玻尔用经典力学加量子化条件，发表了他的氢原子理论后，思想敏锐的年轻人就提出一个科学问题：“经典力学是建筑在物理量可以连续变化的基础上的，它和量子化条件是矛盾的。这是为什么？”

• 接着 1923 年德布罗意提出电子和光子一样也有“波粒二象性“。于是又提出一个科学问题：“光子的运动是由Maxwell 的电磁波方程来描述的，电子的运动能否也可由类似的波动方程来描述呢？”薛定谔等哥本哈更学派的理论物理家们提出了这两个科学问题，从而导致他在 1926 年建立量子力学。

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量子力学的原始大创新• 第二步是要有敏锐的直觉和灵感，提出一些前所未有的新概念，并重新审视旧理论中的概念。具体说来，量子力学有三个基本概念：（ 1 ）力学量：在经典力学常用的时间，位置，质量，动量，角动量，势能，动能，总能等力学量，在量子力学中也是经常用到的。与经典力学一样，这些力学量被认为是体系的可测性质。在经典力学中，广泛使用微积分来计算这些力学量。但对力学量做微分，要求力学量必须连续变化，而实验已显示许多物理量不是连续变化，而是量子化的。这就要求开创新的方法。（ 2 ）由于微观体系具有波粒二象性，所以微观运动的状态要有波函数（或状态函数）来描写。（ 3 ）为了使状态函数与可观测的力学量联系起来，量子力学又提出了“算符”概念。

•

103

量子力学的原始大创新• 第三步是要建立新理论的基本方程。既然微观粒子与光子一样具有波粒二象性，它们的基本运动方程也应相似。于是薛定谔把光的 Maxwell电磁波方程与德布罗意关系式结合起来，得到量子力学的基本方程，即著名的薛定谔方程。

•

104

量子力学的原始大创新• 第四步是要有深厚的数学基础，从基本方程推导出可以由实验来检验的结果。薛定谔具有深厚的偏微分方程功底，把氢原子的薛定谔方程的繁复的数学解全部求出来，得到与实验符合的结果。

• 在他的数学处理中，无须添加人为的量子化条件，因为微分方程的解本来就是一个一个分立的。在氢原子解得到以后，有又用于振子的处理，也非常成功。

• 后用于处理氢分子和其它更复杂的体系，却很难得到精确解。但这不是理论本身的缺点，而是求解偏微分方程的困难。于是又提出变分法等近似处理法。这样量子力学就建立起来了。

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三。小结

• * 知识创新都有前因后果，来龙去脉。故而勤奋学习，建立知识框架，积累深厚基础；加上追根到底，万事必问为什么的好奇心，就是创新的源泉。前者是学，后者是问。学而不问则殆，问而不学则惘。学而问，问而思，思而行，行而果，这就是创新。所以创新就是做学问，认真做学问，自然能创新。

106

三。小结• * 我的科研理念是：立足基础研究，面向国

家目标。• * 我的处世原则是牛顿第三定律：作用＝反作用，推己及人，考虑别人和考虑自己一样多。

• *“近交远攻”原则：把团队看作自己的家，与国内兄弟单位互相协作，互相支持；把竞争的目标放在国外，要“人无我有，人有我优”（温总理语）。

107

三。小结• *青少年是祖国的未来，要保护青少年的好奇性，这是创新的源泉

• 培养学生超越自己，是导师的最大责任，最大成就和最大贡献。

• 只有一代超越一代，中华才能和平腾飞，世界才能和谐发展。人与自然界也要和谐相处，不能过度向自然索取。

108

• 谢谢！