从清华“钱班”到零一学院:创生教育理念探索及实践——专访中国科学院院士郑泉水

郑泉水是我国固体力学与微纳米力学专家,中国科学院院士,清华大学教授、清华大学钱学森班创办首席教授,深圳零一学院创始院长。在他最近20年的教育与科研生涯中,发现大学生乃至中学生都有巨大的创新潜力,但即便是进入清华的优秀学生,也普遍存在迷茫心理和由此导致的动力不足。为此,他开启了一项跨学科研究课题——“以创新为内生动力来引领个人成长”,在师生共创和共同成长的过程中,他的教育思维经历了多次重大突破,取得了多项科学发现和技术创新,同时形成并发展了“创生教育模式”。该模式在清华大学钱学森班和深圳零一学院长期应用,致力于发掘和培育国家和人类可持续发展的顶尖创新人才。而创生教育理念不仅适用于少数顶尖学生范围,还可以启发家长、教师和管理者等相关教育者们改变教育思维,引导更多的学生跳出应试教育“内卷”的漩涡,对创新人才的早期发现与培养,以及发掘学生潜能、实现最佳的个性化成长,都具有重要作用。

关于创新型人才选拔评价的思考与实践

关于创新型人才选拔与评价,我重点围绕四个问题来报告个人的思考与实践:第一,进入人工智能时代后,是不是每个孩子都需要创新教育?第二,什么是创新教育?其本质是什么?第三,创新教育适合每个人吗?是人人成长的最好教育吗?第四,创新教育如何才能颠覆应试教育?

数智时代,何以痛快教、适意学

最近20年,在深度参与大学创新型教育实践、研究和管理的过程中,我们观察到一个相当普遍的现象:年轻教师们为了达到学校的教学工作量要求,开设了很多1学分、2学分的“豆腐块”类课程。这类课程一方面由于数量多,无形中给学生增加了课业压力;另一方面由于缺乏深度,不仅学生难以通过课程实现深度学习、拓展创新思维,授课教师在备课和上课的过程中也缺乏发自内心的积极性和充满乐趣的挑战性,由此导致了实质性的师生“双输”的局面。

一家之言

过于关注补短板的教育,不仅扭曲了人性和成长规律,也人为制造了痛苦和内卷。所谓“全面成长”,是德智体美劳都不偏废、身心皆健康地成长,而不是补天赋和擅长短板的“全”——后者是常见的对全面成长的一个误解。人人都有自己独特的长板,鼓励学生把自己的长板做得尽可能更长,鼓励通过合作补短板,这应该是好的教育的又一真谛。

用“五维”破“五唯”

习近平总书记在2021年中央人才工作会议上说,要加快建设世界重要人才中心和创新高地。但是我们的人才发展体制机制改革“破”得不够、“立”得也不够,既有中国特色又有国际竞争比较优势的人才发展体制机制还没有真正建立起来。其中一个突出问题是,人才评价体系不合理。“五唯”的本质是什么一个人的成长,可以大致分为几个阶段。大体上,3岁之前,最主要的是智力方面的成长;6岁以前,则是性格的形成;在此之后,是持续地实践,逐渐形成并不断提升思维。

胸怀千里志,罔知向何行?——与“准大学生”谈专业选择

如何选专业? 高考是人生一个重要的节点。决定一个人能否取得成功,最重要的往往不是多聪明或多努力,而是要选对方向。但如何找准方向,确实不是一件容易之事。如果只从热门性或眼前就业前景的角度选择专业,多半要犯大错。当今世界发展太快了,长远来看,一个人当前所选、所学的专业,很可能在不久的将来就会被取代,甚至消失。

成为顶尖创新者,思维是决定性的

乔布斯说过“:领袖和跟风者的区别就在于创新。”那么,要成为世界顶尖的创新者,最具决定性的因素又是什么呢?人类发展历程中的所有创新和进步,都是从思维创新开始的爱迪生、爱因斯坦、毕加索、乔布斯、马斯克、贝索斯、巴菲特等均是世界顶尖的创新者。通过研究不难发现,尽管他们从事的领域差异巨大,但在他们身上有一种深层次的内在相似性,将它挖掘出来,那就是思维方式。对这些顶尖创新者而言,思维永远走在技术的前面。

二十年跨界创新研究的反思与建议

近十年来,人类发展进入到了一个前所未有的急剧变化期——即将跨过人工智能超越人类智能的临界点。在此大背景下,过去两个世纪缘由知识爆炸和人类智能局限而发生的学科越分越细的趋势正发生根本性扭转,即转向以“发现未知–创造未有”大问题为牵引,跨越学科的创新。其中,所谓“从0到1”创新是指最终能产生全球历史性影响,甚至改变世界的源头创新。任何一项成功的从0到1创新在其从0到1和之后的“从1到N”阶段都难免遭遇“死亡谷”,且每一段都是长达10余年的周期。自2000年起,我的研究从力争在传统学科(力学、应用数学、材料科学)中做得“最好”,全面转向了“跨界”源头创新。经过20年的不懈努力,我和团队在“结构超滑技术”和“拔尖创新人才培养模式”两方面,从一定意义上讲,都跨越了从0到1阶段的死亡谷并步入了从1到N的发展新阶段,现正以双螺旋的方式跋涉迈进。在这一过程中发挥了独特且关键作用的是我60年人生前20年的受教育经历、中间20年的数学与力学研究积淀,和近20年学生直面挑战的勇敢参与,以及与多学科著名教授学者的深度合作。我的研究经历,不仅横跨了STEM(科学、技术、工程、数学),也扩展到更前端的创新教育和更后端的技术产品研发。希望我的分享对怀抱从0到1创新梦想的年轻研究者和学子们,能有所借鉴和启发。

记恩师黄克智先生与我的二三事

刚过耳顺之年的我,有逾30年的时间是作为黄克智先生的学生和同事,何其有幸。他的做人做事风格对我影响至深,是我的人生楷模和指路明灯。先生虽已驾鹤西去,但精神光芒永存。我在此追忆先生与我的二三事,以纪念他对我人生的影响,深切缅怀他伟大的人格,以永久激励自己并启迪更多后人继承他的精神。

清华钱班模式底层逻辑的脑科学和心理学基础

我的学习和研究生涯受爱因斯坦的影响比较大,不断追寻自己内心真正感兴趣的挑战性问题,持续追究本质深入思考,连续跨界交叉。我认为,如果教育过于关注学生知识的学习,反而不能适应如今的知识大爆炸时代。有人说:"知识就像药品,对症下药才是好药,盲目多吃肯定不好。"从脑科学的角度说,大脑天然追求省力原则,学生学了很多知识,以为已经学到了东西,就不会去深入思考。传统学科式学习是一知半解,扎得不深,如同在沙滩上建房子一样,根基是散的。

青年是“从0到1”创新的主力军

“数智时代”的思考:“从0到1”,创新引导时代变革“从0到1”创新就是从无到有的源头创新,并且这些创新成果可以实现“从1到N”“裂变式”发展,最终能产生全球历史性影响,甚至改变世界。自工业革命以来,人类就不断超越极限,如18世纪60年代的第一次工业革命开始使用能源,19世纪60年代后期的第二次工业革命无线电、电磁波等技术问世,20世纪四五十年代的第三次工业革命将人类带到了数智时代。

成为顶尖创新者,一定要先进入顶尖大学吗?

每逢夏天或节假日,清华大学校园里便到处都是前来参观的学生和家长。这些家长无不希望自己的孩子能进到清华大学、北京大学这样的顶尖学府,这也是很多孩子从小的梦想。但实际上,进入清华、北大这件事本身并不是目的,大家无非是认为最好的大学更容易培养出成功者。其实,要成为世界顶尖的创新者,未必一定要进到最好的大学。

数智时代:重置教育思维

当前,人类社会正处于从工业时代到数智时代的大转折中,整个教育领域急寻全新的底层逻辑来重塑。工业时代教育的重点在于人类的低阶思维的培养——知识的学习、掌握和应用,但这些功能正加速被人工智能所替代。数智时代教育的重点必须转移至人类的高阶思维——想象未来、创造未来。文章通过关键案例展示过去15年中清华大学钱学森班和深圳零一学院的实践和成效,展现了一种数智时代教育范式的希望之光——以创新为内生动力牵引成长的教育,简称“创生教育”。创生教育的底层逻辑是内因的重要性最大,其次才是外因和基因,这从根本上颠覆了工业时代教育的重要性次序。文章希望能引起对如何进行未来教育和创新急剧变革试点的广泛争论和大胆尝试。

从星星之火到燎原之势――拔尖创新人才培养的范式探索

面向第四次产业革命,培养能够实现“从0到1”范式突破的创新人才,并建立高质量创新人才培养的长效机制,不仅是关系到“两个大局”如何破局的关键问题,更是关系到中华民族百年大计甚至千年大计的重大命题。清华大学钱学森力学班(以下简称“清华钱班”)经过10年的探索,初步实现了对上述命题的“点”突破。在此基础之上,清华钱班与深圳有关部门经过近1年的共同探索,共同构建了体现我国制度和文化优势的创新人才培养机制——“零一学院”。相信沿着这个方向坚持10年,一定可以初步建立一个以深圳为起点,辐射全国的创新人才培养体系,为高等教育提供一个拔尖创新人才培养的新范式。

差动瓦特连杆直线平夹自适应抓持器

现有的平夹自适应抓持器不能实现末端直线轨迹运动,导致其存在抓取盲区。针对此问题,本文提出一种新型平夹自适应手指——Watt手指。该手指采用瓦特连杆机构实现末端指段的直线轨迹运动,结合平行四连杆机构保持末端指段在初始阶段的固定姿态,并利用三角形差动连杆机构实现自适应抓取。Watt手指在初始阶段具有直线平行夹持功能,适合捏持桌面上不同尺寸的物体;当第1或第2指段接触物体被阻挡时,该装置自动进入自适应抓取模式,可以适应不同形状、尺寸的物体。对该Watt手指进行了运动学分析,获得了该手指的稳定抓取空间和相对优化的参数集合。研制了二指Watt手,理论分析与实验结果表明,Watt手可实现良好的直线平夹与自适应抓取效果,直线轨迹使得该手具有更大的抓取空间,适应范围更广。