黄昆先生自1951年回国到2005年去世,半个多世纪以来他在北京大学和中国科学院半导体研究所两个单位工作,但是他的影响力遍及全国以至于全世,许多年逾古稀的老院士、老教授、老工程师当年都上过黄昆讲授的“普通物理”课;一大批物理学家和半导体技术专家通过“五校联合半导体专门化”班、通过学习黄昆的几本名著而进入固体物理和半导体科学技术领域;更多的年青一代科学家则以黄昆为榜样,立志把自己的一生献给科,在黄昆数不清的学生中,他的研究生和工作助手无疑是一群幸运者。
1981年3月,我从清华大学固体物理专业研究生毕业,到半导体所物理研究室理论组工,有幸成为黄昆先生的学生和助手,对我的一生有决定性的影,从1986年起到2000年,我一直与黄先生在同一间办公室工作,从学术到人生,从历史到现实,天天讨论有共同兴趣的问题,我有幸得到黄先生最多的教,黄先生离开我们已将近三年了,先生的音容举止仍历历在目,先生的谆谆教诲更是铭记在,在本文中,仅追忆黄先生在教育和培养人方面给我印象最深的几个片段,也许可供今天的研究生导师参考。
考试
我第一次与黄先生面对面谈话是在1981年3月的一天,我到半导体所理论组黄先生办公室接受他的“面试”。我记得,当我说到“晶格弛豫”时,黄先生问得十分仔细,追问我对“晶格弛豫”概念的理,他的问题一个接一个,就像剥笋一样,一层一层,层层深入,一直问到我答不上,黄先生这次口试给我留下十分深刻的印象,使我深深体会到,理解一个概念,不能浅尝辄止;只有理解得越深入,才可能从根本上创,以后招收研究生口试时,我也学习黄先生,提出一个简单的物理问题,追问下去,以求测试出学生的真正水准,也不怕学生上网公布考题。
黄先生考试不拘一,平时我们讨论问题时,每当讨论一些似是而非的问题而获得比较简单和清晰的理解后,黄先生总喜欢说:“这是一个考研究生的好题,”记得20世纪90年代,有一本国内出版的固体物理教科书,黄先生翻阅以后,发现里面错误概念比较,黄先生认为,这本书是考研究生的好题目,可以把这本书给学生半个小时,让他说出里面有哪些错误或不准确的概念,说得越多,说得越深刻,给分越,这是一道很好的考题,可惜我还没有机会实,在黄昆心目中,研究生不单纯是学生,而是已经掌握了比较扎实的基础知识、能开展独立研究的“研究工作者”,因此他对研究生的要求是比较高,黄昆的考题灵活多变、可深可浅,可以真正筛选出优秀的研究生,而不利于应试教育培养出来的、靠大量做题训练出来的高分生。
选题
物理学大师费米(E。Fermi)曾经说过,学生的任务是解决问题,研究人员的任务是提出问,黄昆先生经常说:“我带的研究生比较少,不会当导师,也不知道该怎样教导别,如果说有一些成绩的话,那主要在于他们自己的努,”他觉得自己不善于带研究生,主要是因为觉得自己不善于给研究生出论文题,有的论文题目没有把握能在规定时限内做出来,他担心研究生不能按时毕业;而有把握在规定时间内做出来的选题,往往他自己已经把关键点弄清楚,因此,他宁愿与年轻人合作做研究,探索问题不受时间的限,这固然出自于黄先生的谦虚,另一方面,也反映出他对于研究生论文选题的重视和谨慎。
黄昆研究的选题大多不是从文献中,他也不喜欢随大流赶时髦,跟着别人做热门课,他认为,物理问题无论是热门还是冷门,无论是大还是小,关键是该问题是否真正在科学上有意,一般说来,他不喜欢做大题目,而偏好研究比较具体的问,确实,真理都是具体,他曾开玩笑地说:“年纪越小,学历越低,往往想要研究的问题越,”他认为,有些题目看起来确实很小,但深入研究下去,就可以从中发现很大的问,这就如同看到一个细小的洞口,下决心钻进去,会发现里面存在广阔的天,另一方面,一般而言,他不研究十分冷僻的系统,而研究典型的系,例如,研究半导体就喜欢研究锗、硅和砷化镓这“老三样”。黄先生经常教导我,如果想到一个科学上有意思的问题,一时解决不了,可以搁置一段时间以后再回过来想,不要轻易放,譬如,他多次提到,拉曼散射中的晶格弛豫和多声子谱是一个还没有完全解决的理论问题。
黄昆研究的题目很多是从实验现象和与同事讨论中产生出来的,而不是闭门造,例如,“黄方程”的提出,来自当年他与英国同事喝茶时关于晶体形状对声子频率影响的讨论;“极化激元”的概念来自他对同事误用电磁推迟效应解释晶体光学振动LO-TO分裂启发的思考;而“多声子跃迁”理论的开创则来自他读博士期间听学术报告时对一个实验疑难问题长达几年的锲而不舍的探,这里可以清楚地看到,一个好的研究群体对其中成员发现和提出好的研究问题的启示作,这种在创造性的科学研究环境中所提出的和从实验中发现的理论问题,往往是人们所关心的真正有意义的问,黄昆之所以善于提出和发现科学上有重要性的问题,除开他个人的努力程度外,与他科学上的品味(taste)和敏锐性有关,更与他酷爱讨论和辩论分不开。
讨论
黄昆思想活跃,特别喜欢讨论以至于辩论问,我在1989年一篇祝贺黄昆七十寿辰的文章中曾写道,“黄昆从小喜欢争论”。我请黄先生过目并提意见,他看了以后,把“喜欢”两字划掉,改为“酷爱”。黄昆对讨论和争论的钟情,由此可见一,西南联合大学时期,黄昆、杨振宁、张守廉三个人成为西南联大十分著名的“三剑客”,他们的课余时间主要就是在茶馆里头讨论问,杨振宁在题为《现代物理和热情的友谊》的文章中曾生动地描述了他们辩论量子力学中测量的意义的情形。
黄昆喜欢对学术问题追根究底的习惯一直保持到晚,他喜欢从基础上提问题,更喜欢和年轻人讨论物理问题,甚至展开争,他的办公室可以什么都没有,但必须要有一块小黑板(后来变为一块小白板)。他认为,讨论问题时最能激发人的思考力和分辨力,学术空气沉闷只能是思维的窒,他跟我说过,他的切身体会是,一个人独自想问题,有时会想不清楚;而在讨论中,边理思路边表达,或者在回答别人的质疑时,往往能发现问题关键所,这就是黄昆之所以酷爱争论和讨论的原因所在。
黄昆是一位有声望的科学家,但在讨论时,从不以权威自居,即使与初出茅庐的年轻人讨论,也虚怀若谷、平等待,黄先生和我在同一个办公室工作有十几年之,我们几乎每天一上班就先讨论各种问题,特别当研究工作正进入状态中的时候,讨论物理问题十分热,每天一早的讨论既是对昨天一天思考的表达,又是对当天研究的探,讨论时,黄昆思维敏捷,善于在讨论中提出问题,也善于抓住要害问题而使讨论深,有时我们辩论得很激烈,毫不留情地抓住对方论据中的漏洞,加以辩,多数辩论,他的观点正确,但也经常会出现我的意见正确的情,虽然黄先生不轻易放弃自己的观点,但一旦认识到自己的观点有瑕疵,他会很痛快地接,有时,我们会经历否定之否定的情,前一天刚达成共识,第二天却又翻,有一次,我们辩论多时,最后把自己比做金庸武侠小说《笑傲江湖》中的“桃谷六仙”,自嘲辩论起来翻来覆去,纠缠不清。
作为年轻人,与黄昆在同一间办公室工作,既是向他求教的最好机会,也是一种对自己的无形鞭策,迫使自己学得更多一些,想得更深入一,无形之中,得到了更好的成长机遇。
讲课
黄先生经常批评我“讲东西别人不容易听懂”。这除了我备课不够认真外,还有不善于表达的缺,有的人讲问题,把简单的问题讲得很复杂,不容易,黄昆先生则不然,对他而言,真理是朴素和简明,他讲课风格,如同他写的《晶格动力学理论》的第一部分,抓住复杂问题的实质,返璞归真,使人明明白白,容易理解。
黄昆对如何讲好课、做好报告,有他自己独特的想法和做法。
一方面,他听别人做学术报告,以至于听别人讲课,经常感觉听不,他觉得自己跟随讲演者的演讲进程而思考的能力很差,往往在某个环节上卡壳,后面就觉得没法听了;不像许多人,往往先跳过卡壳的地方,听个大概意思,以后再慢慢琢,黄昆发现一个对他很有用的听报告的规律——听讲效果随离开报告人的距离以指数形式衰,因而,他参加学术会议,可能的话,总是选择坐第一,然而即使坐第一排,他也觉得自己听懂别人讲问题的能力非常有,因此,设身处地,他自己讲课、做报告,一定要从头起把问题彻底交代清,他的经验是“假定听讲人对所讲问题一无所知,而且反应又比较慢”。这里前半句话来源于法拉第的演讲经验,而后半句话是黄昆根据自己体会的进一步发,黄昆讲问题决不用“很明显……”此类的话把问题一带而,有意思的是,他又认为,自己的这个优点也带来负面影响——使自己听别人讲问题的接受能力变得更差,经常琢磨讲演者一些不严谨的说法而分散了注意力,妨碍继续听下去并抓住讲演者的主要想法。
另一方面,黄昆认为,学校过去传统的教学,是从“学知识”到“学知识”,没有使学生获得运用知识的能力,更谈不上创造知,他认为,物理学的讲授不能把讲授局限于一些定义的说明和公式的推,他强调要引导学生对物理问题有深入的理解,应该“对于所讨论的问题给予一般性的说明,提出问题中的关键性的因素,并且在具体推导过程中尽可能地暴露这些因素”。
黄昆讲课可真称得上全力以,20世纪50年代初黄昆刚回国在北大物理系讲“普通物理”这门课时,每周讲三次,六个学时,可是每周用于备课的时间要用到50~60个小,不仅“普通物理”这门课,不论讲什么课,不论这堂课的内容已讲过多少次,也不论听众是谁,黄昆每讲一节课都必定要重新写讲稿,而且每次写讲稿都要认真地推,他经常在讲课或做报告前进行试讲,从中发现问题和把握讲解节,他每次公开讲话、做报告,都事先写好稿子,并试讲几,越是重要场合,他准备的时间提前量越大,试讲次数越,20世纪80~90年代以后,随着技术的发展,黄昆演讲的准备工作也与时俱,他试讲时不再是一人面壁或请人试听,而是用录音机录下来,然后重复,他每听一次,就改进一次,重录一次,直到他觉得可以了,再请别人来试,李爱扶先生通常是第一个听众,而我也常常有幸成为他试讲的听,随着时间的推进,他准备讲稿也不单是纸和笔,还包括透明片,后来还用上电,即使用上透明片和电脑,他依然在每一次报告前重新准备,重要的报告依然写讲稿,依然多次修改讲,在我印象中,他花时间最多的一次,是1991年在美国密歇根大学“吴大猷研讨会”上做的题为《轻重空穴混合对半导体量子阱光学过程的效应》的邀请报,这次报告,他的透明片做了好几次,一开始是手写,最后一次是把Word文件复印到透明片,由于曲线和文字都是黑白的,黄先生仍不满意,再用彩笔描了几张曲线,他还构思了一张艺术图,描述他当年在西南联大时住在吴大猷家研究拉曼散射的情景,还画了一头,他觉得自己画得不够高明,最后再请半导体所李国华研究员画了一幅好一点的图。
黄昆曾半开玩笑地总结他一生的教学工作:“我对培养人才没有特别下过工夫,都是客观环境造成,在教学上起头觉得无所谓,教学就是了,后来搞了一阵,觉得在这教学里头有些自己的特点,所以也就满意起来,在思想上,虽然是搞的教学,不过带有科学研究的特征,当然这可能是‘吹牛型’的,不过不是‘吹’给你们听的,而是‘吹’给我自己听,”以从事科学研究的心态来教学,加上极端认真的精神,这就是黄昆成为有口皆碑的教学名师的秘密。
写作
黄昆在学术上对自己的论著力求完美,觉得意思不大的一些著作往往被他束之高,他主张每篇论文都要实实在在地解决一个或几个物理问题,他非常不赞成有的人发表了许多篇文章,却没有真正解决一个问,黄昆回忆说,刚回国到北大时,他在英国六年发表论文十几篇,还接近完成一本专著,这在当时被认为是异乎寻常的高,他认为,一个理论物理学家,必须要全力以赴,一年才能完成二到三项研究,自己在英国六年的研究,是尽了全力,目前国内有的人每年完成十几篇乃至几十篇论文,他一方面对这些人的干劲很佩服;另一方面对这些论文在学术上真正的“含金量”存有疑问。
即使在论文文字表达上,黄昆也字斟句酌,数易其稿,力求完,他不仅自己身体力行,也严格要求中青年科研人员,对他们撰写的英文论文,往往修改多次,每次还喜欢用不同颜色的笔,以至于有时候密密麻麻、五颜六色的修改意见掩盖了原,黄昆和李爱扶先生帮人修改英文论文的风格非常不一,李先生修改文章时,尽量保留原文;黄先生则喜欢按他自己的行文风格修,我写的英文论文请黄先生改,他总是十分认真地推敲,注意上下文之间的逻辑关系,有时甚至一大段重,那时我们用的Word软件还没有英文单词拼写自动检查功能,黄先生发现我的拼写错误时,经常十分认真地查字,他常常批评我写的英文论文没头没脑,上句与下句的逻辑推理是跳跃式的,不够严,有段时间,我想英文反正有黄先生把关,撰写初稿更加不仔细推敲,天马行空,随心所,黄先生在开玩笑中批评我说,“以后你当导师,你的学生的英文论文怎么办呢?”此事使我深深感到内疚,自此之后,大有进步。
黄昆一向认为,“对于科学著作,特别是具有教材性质的书籍,一项起码的要求是,问题的讲解必须明确具体,基本概念和理论的阐述必须明确”。1965年,他把自己讲了十多年的“固体物理”讲义做了全面修订后,送交高等教育出版社出版,黄昆编著的《固体物理学》于1966年由高等教育出版社排版,因“文化大革命”开始而未能付印,直到1979年才由人民教育出版社出,黄昆的《固体物理学》的特点是,基本概念阐述简明而准确,物理问题讲解具体而易于理解,和基础物理知识衔接紧密,是一本很有特色的教科,但是,黄昆认为“我那本书的出版时间和原稿写成时间相隔近20年,为此,该书出版后,我始终深有于心不安之感”。20世纪80年代初期,高等学校理科物理学教材编审委员会建议黄昆修订、再版他的《固体物理学》。黄昆一贯反对抄抄摘摘地所谓“编写”教,他认为,要“通过多次讲课,经过多年的反复实践,才能逐渐形成一门系统的固体物理课程”;“固体物理本身在广度和深度上都仍在迅速发展,为了能恰当地反映固体物理的新进展,在教学和教材编写中就必须做持续的努力,而这绝不是轻而易举能做到的”。鉴于他当时已不在教学第一线工作,他建议由北京大学韩汝琦教授改编这本,1985年韩汝琦完成书稿后,黄先生逐字逐句地审阅了全部书稿,提出了许多修改意,1988年10月黄昆原著、韩汝琦改编的《固体物理学》正式出版,1992年该书在第二届全国高等学校优秀教材评选中荣获国家级特等,1995年,半导体所夏建白院士和我合著出版了一本《半导体超晶格物理》,旨在总结我们在黄先生领导下研究半导体超晶格物理的成,书稿完成后,黄昆一章—章认真地审阅了全部书,对每一章,他都提出了至少几十条、多至—二百条的意见,密密麻麻地写满好几页稿,意见包括内容选材、结构安排、概念阐述,直到公式和语句上的错,对于我撰写的三章,黄先生的评论是,一章比一章写得有进,可是按我对内容的熟悉程度而言,一章比一章不熟,我告诉黄先生这一点,黄先生很得意,验证了他的一个观点,写书的质量,不仅与作者对内容的把握有关,还与写作经验的积累和认真程度相关。
黄昆在发表成果署名上对自己要求非常严,“多量子阱系统中光学声子拉曼散射的微观理论”这项研究,黄昆与我各用一种方式进行了推导,最后由他撰写成,黄昆在撰写论文时,把我放在第一作者,自己名字放在第二,他认为这项研究是我提出来的,并做了主要的推导工,虽然我最后利用打字的机会,把黄昆的名字排在第一,但是,黄昆的这种精神使我深深感,至今我仍珍藏着黄昆的这份原稿。
创造知识
黄昆认为,对一个做科学研究工作的人来讲,“一是要学习知识,二是要创造知,归根结底在于创造知识”。他把自己治学经验归纳成两句打上黄昆烙印的名言:
一句是:“学习知识不是越多越好,越深越好,而是要服从于应用,要与自己驾驭知识的能力相匹,”
另一句是:“对于创造知识,就是要在科研工作中有所作为,真正做出点有价值的研究成,为此,要做到三个‘善于’,即要善于发现和提出问题,尤其是要提出在科学上有意义的问题;要善于提出模型或方法去解决问题,因为只提出问题而不去解决问题,所提问题就失去实际意义;还要善于作出最重要、最有意义的结,”
就学习知识而言,黄昆从进入中学到博士毕业,都在主动地学,不仅上课,而且看文献、听报告,黄昆都十分重视主动,任何新的东西,都必须经过他的“免疫系统”检,只有被他的“免疫系统”识别,并在他自己的知识体系中重新定位以后,新的知识才被黄昆接受,变为他自己能驾驭的知识;否则,他一概排,他认为,有的人驾驭知识的能力强,可以多学一些知识;而对于他自己,与其多学一些,不如“少而精”。与此作为对照,国内传统教育比较重视知识的记忆与积累,忽视创造力与实际能力的培养,结果是,许多优秀学者,人非常聪明,学习成绩门门优秀,知识也非常渊博,然而自己的创造力反而被这些知识所束缚,一生未能有重要的学术上的建树。
黄昆每研究一个问题,都喜欢“从第一原理出发”,即先不看已有文献,独立地从最基本的概念开始,这样,黄昆觉得思路不受他人的束缚,研究有了主动,正是这种“从第一原理出发”的治学风格,使黄昆的研究工作往往具有学术上的开创性与重要性,凡以他姓氏命名的理论皆是例,他说,“我文献看得比较少,因为那样容易被人牵着鼻子走,变成书本的奴,自己创造的东西和接受别人的意见,对我来说,后者要困难得,学别人的东西很难,而自己一旦抓住线索,知道怎么做,工作就会进展很顺,”与所有一流物理学大师相同,黄昆对他人的理论文章往往持有保守的怀疑态度;即便阅读很少一些理论论文时,基本上也是以批判的眼光来读,而以读实验论文为,例如,1987年初,他开始研究半导体超晶格的光学声子问题,在自己已有初步结果后,才向我借了两篇拉曼散射的实验文章仔细阅读。
固体物理的研究对象是数目为10 23以上的大量粒,要善于解决问题,在某种意义上,就是要善于做出近似,提出简化模,黄昆特别善于用简单模型解决复杂的问题,例如提出“黄方程”、求解声子极化激元、用少数几个平面波展开求解复杂空穴态的方法建立量子阱中二维激子旋量态理论、利用“黄昆偶极子点阵”模型最终确立准二维系统光学声子模式等,我与黄先生一起工作十来年,深深体会到他做近似本领的高,着手处理一个问题,我往往喜欢先考虑最一般的情形,然后再过渡到具体物理问题;而黄先生则喜欢从研究一个十分具体的特例开始,得到结果后再思考更普遍的情形。
黄昆切身体会到,要“善于做出最重要、最有意义的结论”。从某种意义上说,这是黄昆总结的经验教,黄昆在谈到自己科研上的两个活跃时期时说:“年轻时我的工作特色鲜明,但是没有再往下深入;后来在深度上比以前要好,解决问题的复杂性质要比年轻时,”黄昆做研究,年轻时是“一剑封喉”,一篇论文得到了最重要和最有意义的结论,然而还不善于扩大战果,与“Friedel振荡”失之交臂,就是一个例子;60岁后的黄昆在研究深度上比以前要好,但他总觉得自己还可以做得更好一些。
身教与言教
黄昆指导研究生主要是通过自己的言教和身教,身教重于言,黄昆平时不喜欢说空洞的大道理,而是通过自己的一举一动影响学生。
例如,处理个人利益与国家利益关系的问,黄昆始终认为,在我国培养一支科技队伍的重要性远远超过个人在学术上的成,早在1947年,他在留英期间写给杨振宁的一封长信里,就提到了导师莫特对他产生的影响,提到在中国组织一个真正独立的物理中心的重要性应该比个人获得“诺贝尔奖”还,他写道:“……像他这样的少数几个人就支住了整个英国的科学研,假如你对科学研究本身还有faith的话,能比buildup一个中国物理研究中心再富于adventure和excitement的还有什么呢!?我相信你一定多少存有这样的雄图,那么什么事又该能使你disillusion呢?我觉得只要人能把雄心放在超出自己以外的Abstraction上,人格的力量立刻就增加,沒有disillusion只有freshchallenge。……这种看法我相信你一定以为正确,你的地位岂不是恰好可以接受这个positivesolu-tion。Consistently地发展这想法,比方说,successfully组织一个真正独立的物理中心在你的重要性应该比得一个NobelPrize还,同时在这步骤中,devotiontothecause的心也一定要驾于achieve自己地位之,……”
又如,对待教学与研究关系问,通常,在研究领域取得成就的人对研究工作具有自发的浓厚的兴趣,而把教学看成是付出很多而收获很少的额外负,许多人认为,黄昆如果1951年回国后一直从事科学研究,而不是以主要精力从事教学,他学术上的成就将会更,但是,黄昆却不以为然,他在一次谈话中说:
“近些年来,新闻界的人士多次问我:‘你没把研究工作长期搞下来,是不是一个很大的损失?’我一直不同意这种看,因为回国后全力以赴搞教学工作,是客观形势发展的需要,是一个服从国家大局的问,这也并非我事业上的牺牲,因为搞教学工作并没影响我发挥聪明才智,而是从另一方面增长了才干,实现了自身价,”应该说,黄昆上面这番话,是他的真实想,在20世纪50年代的具体环境中,黄昆开创了我国固体物理、半导体物理学科,培养了整整几代人,这种历史功勋,远比他个人学术上的贡献对国家更重要。
黄昆常以自己个人经历与体会,教导我们树立为中国科学技术奋斗终身的信,针对“文化大革命”后研究生中的“出国热”,黄昆强调,出国留学要有目标有方向,要奔高明的导师而,他极不赞成有的人盲目地为出国而出国,也不赞成为金钱而出国,替别人打,他认为,那样做只会白白浪费自己最宝贵的青春年,他特别强调要充分认识到30岁左右这个年龄段的可贵,认识到这个时期在科研上可以大有作为,会对一辈子的工作奠定重要的基,黄昆自己的留学经历以及他的谆谆教导,对我影响很,20世纪80年代初我在国外时,一位教授主动邀请我去美国读学,想到黄先生的言教,特别他的身教,我决定留在国内跟着黄先生做研,历史证明,我的这一选择是正确的。
作者简介
朱邦芬,中国科学院院士,清华大学物理系教授、系主,1970年毕业于清华大学工程物理系,1981年研究生毕业于清华大学固体物理专,1981~2000年在中国科学院半导体研究所工作,先后担任助理研究员、副研究员、研究,2000年至今任清华大学教授,2003年起任清华大学物理系系主,主要从事凝聚态理论、半导体物理和晶格动力学研,长期与黄昆合作研究,曾获国家自然科学二等奖(2次),中国科学院自然科学一等奖、二等奖(2次),1995年香港求是科技基金会杰出青年学者奖。
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