发布时间:2010-05-25 13:23 原文链接: 胡海岩:如何培育优秀博士生

  2009年,我的博士生王立峰完成的学位论文被评为全国优秀博士学位论文。下面我以王立峰的培养过程为例,重点从一名博士生导师的角度谈谈导师和博士生如何相互激励、同攀学术高峰。

坚定信心

  高等教育界普遍认为,培育优秀博士需要优秀的生源、优秀的指导教师、优秀的科学研究条件和氛围等等,并将其作为基本前提。与科技发达国家相比,我国高校在上述几方面还有很大差距,培养的博士生整体质量不高。因此,我国高校中许多博士生导师对能否培育优秀博士的信心不足,满足于培养的博士能完成自己的科研任务;我国高校中大部分博士生对能否成长为优秀博士的信心不足,满足于能顺利获得博士学位和就业。我认为,这是制约当前我国博士生整体质量提高的重要原因之一。

  回顾世界科学技术发展的历史,众多实例表明,许多优秀人才并非出身名校,许多重要科技成果并非源自条件十分优越的大学和科研机构。在我国抗战时期的西南联合大学、浙江大学,在我国“两弹一星”研制过程中,有无数在艰苦和落后条件下取得成功的事例。在一定的条件下,人的主观能动性往往起着决定性作用。

  以南航为例,在我国设立研究生院的56所大学中,南航的办学历史比较短、家底比较薄;但南航人自强不息、勇于创新,以低投入、高产出赢得国家和社会的赞誉及信任,培育了许多国家栋梁之才,产出了不少高水平成果。再以力学学科为例,迄今全国共评选出24篇全国优秀博士学位论文,南航力学学科获得2篇。在这24篇论文中,清华大学获得10篇,以绝对优势领先;南航与西安交通大学、北京航空航天大学各获得2篇,并列第2名;另有北京大学、中国科学技术大学、浙江大学、大连理工大学等8所名校各获得1篇。我们暂不分析清华大学力学学科成功的原因,至少可以看到,南航的办学条件虽远不如国家“985工程”建设的39所名校,但学校力学学科在高水平人才培养和科学研究方面取得了显著成效。因此,我们导师应该坚定培育精英人才和产出原创成果的信心。

  根据《矛盾论》,外因总是通过内因起作用。导师要培育出优秀博士生,必须将自己的信心转化为博士生的信心。博士生在学科前沿进行探索和创新的信心,既取决于其人生观、价值观所奠定的思想基础,又受到其在研究过程中成败的影响。作为导师,既要引导博士生把崇尚科学、追求真理作为毕生追求的目标,又要为他们选择难度适宜、能在有限时间内取得进展的问题,使他们在研究过程中逐步树立起信心。即使是优秀博士生,其研究过程也不会一帆风顺。在他们遇到困难时,特别在他们信心不足时,导师的信心和决策至关重要。

  2009年的全国优秀博士学位论文获得者王立峰是我首批指导的2名硕博连读研究生之一。他是一名农家子弟,本科毕业于南航飞行器设计专业。他品学兼优,对数理科学具有浓厚的兴趣,具备较好的力学基础,曾在全国大学生力学竞赛中获奖。在学校每年招收的硕博连读研究生中,这样的免试推荐优秀本科生有数十人。他们聪颖好学,思维活跃,具有非常大的发展潜力。然而,他们当中的大多数人除了对科学技术的兴趣之外,一般并没有明确的奋斗目标。此外,他们缺少科学研究或实际工作的磨炼,容易在遇到挫折时灰心丧气。

  因此,在对王立峰等硕博连读研究生的培养中,我除了重视统筹和优化硕士生、博士生课程,还重视他们的科技文献阅读、科学研究训练等环节,精心为他们选择科学研究的切入点。在他们科学研究遇到困难时,既鼓励他们坚定信心,又帮助他们梳理和寻求解决问题的思路。近年来,我指导了王立峰、孙伟、文浩、刘博、茅晓晨等5名硕博连读研究生,引导他们克服困难,从一名本科毕业生逐步成长为独立从事科学研究的学者。他们分别在一维纳米系统动力学、飞行器颤振半主动控制、绳系卫星动力学控制、时滞非线性系统动力学等领域取得了鼓舞人心的进展,学位论文均被答辩委员会评价为优秀博士论文

勇于创新

  作为我国高等教育最高培养层次的博士,其学术标准应该与国际标准接轨。比如,我们培养的博士,应该能成为著名大学和研究机构的教师、研究人员;我们培养的优秀博士,应该取得国际同行公认的学术成果,成为某一领域的学术带头人。要培养出能与国际学术标准接轨的博士,导师必须要面向现代化、面向世界、面向未来,敢于为博士生选择或确定有难度、能创新的课题,让他们在世界科学技术的前沿领域进行开拓和创新。

  然而,创新是具有高风险的学术活动。要使博士生在给定的修学年限内取得创新性成果,导师必须不断提高自身学术水平、学术洞察力和学术判断力,在对博士生充分了解的基础上选好研究领域和切入点;导师还应和博士生相互激励,共同发现问题和解决问题,包括及时对主攻研究方向进行必要的调整。

  王立峰博士学位论文的精华之一,是他对碳纳米管中波传播的频散现象分析。在开展这项研究之前,他采用经典连续介质力学模型研究碳纳米管的屈曲、碰撞等问题,理论结果均与分子动力学模拟的数值结果相符。同期他人的研究结果也表明,经典连续介质力学模型适用于碳纳米管的力学行为分析。然而,当他采用经典连续介质力学模型研究碳纳米管中纵波传播时,随着频率升高,理论结果总是与分子动力学模拟的数值结果有显著差异。那段时间,我偶尔听到一个涉及非局部弹性理论的学术报告。这让我想起20年前自己阅读理性力学著作时建立的非局部场论概念。我认为,采用非局部弹性模型来描述碳纳米管有可能获得合理结果,便建议他改变研究切入点和力学工具,关注非局部弹性力学模型问题。后来,他基于非局部弹性梁模型成功预测了弯曲波频散,所撰写的论文发表在著名的Physical Review B上,短短3年中被美国两院院士Belytschko教授、英国皇家学会院士Mai教授、美国复合材料学会主席Gibson教授等国际著名学者引用50余次,作为“特别重要”的研究举例,被列举为采用非局部弹性理论揭示纳尺度微结构效应的第一篇文献。因此,他的学位论文在评审中获得高分,顺利入选全国优秀博士学位论文。

严谨治学

  近年来,随着博士生培养规模加大,不少导师麾下的博士生达到了十几名,甚至几十名。尽管不少导师加大精力投入,但客观上对每位博士生指导的时间不如过去充分。有些导师主要依靠博士生完成自己所承担的工程研究项目,疏于对博士生进行学术指导。个别导师缺乏对博士学位基本水准的理解,对博士生指导不力。至于对博士生教育管理不严,出现学术不端的行为已屡屡见报。

  我认为,导师应该从博士生入学面试、制定培养计划、确定研究领域和论文选题,直到最终批准博士学位论文提交答辩等环节上实施全过程的质量控制,从而保证和提高培养质量。在确保培养质量方面,我认为有三个环节很重要。第一是入学前相互了解,力求选优,宁缺毋滥。通常,我要求报考者陈述为何攻读博士、为何选择我作为导师,并向对方介绍我对攻读博士的要求,劝退对学术研究不执著者。自1994年接受第一名博士生迄今,15年来我培养了20名博士生,相对来说数量不多。第二是从入学起,使博士生明确自己的奋斗目标。有了目标,博士生才能对照目标找出差距,形成不断进取的动力。对于优秀博士生,则为他们制定更高标准的培养目标。比如,有的博士生入学时综合素质很好,主动提出要把争取全国优秀博士学位论文作为标杆,我就为他们选择可望取得重要突破的领域,并给予重点指导。第三是在科学研究过程中培育博士生的良好学术习惯。近10年来,我以学校行政管理作为自己的主要工作,但仍对博士生培养过程给予全面监控,特别对课题选择、研究方案、数据处理、论文撰写等重要环节把好关,逐句逐字地批改博士生撰写的期刊论文和学位论文。

  王立峰在攻读博士学位中取得的成功也再次证明,严谨的治学态度是科学研究取得成功的重要保障。以他研究碳纳米管的纵波传播为例,这个过程比较曲折。最初,他按照研究一维弹性波问题的常规做法,选用弹性杆作为简化模型,但所得到的理论结果随着频率升高而产生差异。引入若干修正后,可以在一定程度上改善结果,但在高频段的差异仍很大。这时我们没有急于求成,将“说得过去的”中低频段结果撰写论文投稿,而是继续探索。在采用非局部弹性梁模型成功分析碳纳米管的弯曲波频散之后,他确信问题不是来自本构关系,而是来自模型的几何形状。经过细致分析,他发现碳纳米管的纵波本质上不是一维弹性波,采用非局部弹性壳体模型后成功预测了多分支频散曲线,不仅与数值结果相符,而且可以发现数值结果不全面之处,解释其跳跃现象。这个研究过程长达一年多,其最后的成功离不开严谨的治学态度。

精诚合作

  当代科学技术的发展日趋综合,新兴交叉学科不断涌现。几乎所有的学者都感叹,自己的理论基础不够宽厚,知识结构不尽合理。我认为,排解这一困难的有效举措之一是不同领域的学者、团队之间开展精诚合作,实现知识优势的互补。对于多学科交叉的大规模科学技术研究,这样的合作更加不可缺少。

  王立峰攻读博士学位后不久,我根据他的兴趣,建议他关注纳米科技领域的进展,希望他能探索纳米尺度系统的动力学问题。我熟悉经典动力学与控制,但对纳米科技的理解不深,也没有在该领域开展研究的经验。因此,我邀请新加盟我校的长江学者郭万林教授担任王立峰的合作指导教师,尝试知识互补式的指导方式。郭万林教授不仅为王立峰讲授纳米力学,还安排他参加自己领导的项目组的学术讲座和讨论,使他很快掌握了纳米力学的基本概念和方法,并指导他开展了碳纳米管屈曲等问题的分子动力学模拟研究。郭万林教授的指导使王立峰逐步掌握介观物理、分子动力学等理论基础和计算方法,跨进了纳米力学研究的门槛;我则发挥自己在动力学研究方面的优势,指导王立峰研究碳纳米管的碰撞、波传播等问题,顺利完成博士学位论文。王立峰获得博士学位后,又与郭万林教授合作从事博士后研究,并与我合作完成其博士论文的若干后继工作,不断在纳米力学研究的前沿取得新进展。

  通过与郭万林教授联合指导王立峰攻读博士学位,我们不仅培育了优秀青年学者,还增进了两个学术团队之间的相互了解,有力地促进了郭万林教授领军的教育部“长江学者创新团队”建设,使其顺利通过了教育部验收。

  优秀博士生的培养迫切需要一个潜心从事科学研究、竞相创新的大环境。今天,我依然感觉如此。希望导师们共同努力,创造一个使优秀人才茁壮成长的环境。

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