多維度思維方法養成是新工科教育目標之一

要想實現我國科技創新在高端領域高水平發展，高校必須在新工科教育中著力思考如何培養創新型人才的問題。放眼全球，國內外高校圍繞這一話題的探索和實踐已非常豐富，如果相互借鑒則會收獲頗豐。

以美國麻省理工學院為例。該校為了提高工科學生的創新能力，在大一新生中專門開設了一門32學時的選修課“思維方法”。之所以如此，是因為他們認為多維度思維方法的養成在新工科建設中有著重要作用。

結合中國國情，筆者也認為，多維度思維方法可能是未來開啟工業界和社會發展創新、創業之門的鑰匙。相關培養可以確保“在校教育”與“終身自主學習”相銜接，有助于實現“科學”“工程”“人文”與“藝術美學”的多學科融合，有利于原創性和顛覆性的創新、創業的形成。

在筆者看來，涉及創新的多維度思維大致可分為以下幾類。

倫理思維

所有創新必須符合人類倫理道德，這既是前提，也是不可逾越的底線。

某些“科學家”出于功利主義，希望憑借“前所未有”的路徑追求名利目標，如開展生殖細胞克隆實驗等，毫不考慮由此可能導致的不良后果。一些違反人性的研究更是在“國家”“公眾”利益的遮蓋下進行，如細菌戰、大規模殺傷性武器的研制等。

比如，因發明化學合成氨而獲得諾貝爾獎的德國化學家哈伯，曾在第一次世界大戰中為德軍研制了芥子氣等毒氣，并于1915年4月22日對法軍第一次釋放，直接導致5萬人死亡、1萬人嚴重受傷，由此開啟了世界毒氣大戰。哈伯的行為受到了諸多科學家的譴責，甚至他的妻子克拉拉·伊美娃博士也因激烈反對其丈夫的殘酷行為而含恨自殺。

在新工科教育中，必須告訴學生，超出人類倫理的所謂創新一定要禁止。

創造性思維

創造性思維可細分為很多方向，包括分析性思維、系統性思維、抽象思維、觀察—驗證思維等。

許多復雜性科技問題均包含以下特點——分屬于多個子系統，其中可能又分屬線性和非線性關系；各系統參數間強交聯；參數在空間與時間有顯著分布，且不可以平均值確定其變化規律，或稱之為平均場理論失效；根據初始條件不同，參數變化可出現多態，演化呈現完全不同的規律，即所謂“主動性系統”。

對于這類課題的求解，可通過將復雜系統拆解成若干子系統，分別進行研究和定量數學表達，然后再把各子系統分別研究的成果辯證地統一起來。這被稱之為分解—還原性思維方法。

系統性思維是錢學森先生極力倡導的。他在被授予“國家杰出貢獻科學家”稱號后說，“兩彈一星工程依據的都是成熟理論，系統工程思維的理論與實踐才是我一生的追求，它的意義遠超出我對中國航天的貢獻”。

抽象思維中最理性、最高的層次是通過數學計算的分析表達。許多科學家都表示過，一個不能用數學方程式表達的研究成果，不應被認為是一項完整的科學研究。

更多的科學研究成果是通過觀察發現問題、提出問題從而解決問題來完成的。愛因斯坦曾提到，發現有價值的問題需要天才和創新思維，解決問題只是巧妙的數學推演和靈巧的實驗而已。錢學森也指出，“從一個猜想開始，然后才是科學論證。從思維角度看，科學工程發源于形象思維，終于邏輯思維”。

達爾文創立的生物進化論具有劃時代的意義，從根本上顛覆了生物發生和發展的“神創論”。其主要論據是他在長達5年的長途旅行中，通過對各種生物的細心發掘和考察而積累的豐富資料。

僅在美洲西岸的加拉帕戈斯群島上，他就發現并研究了225種植物，其中有100種是新物種。他對這些觀察結果系統歸納，認為只有以物種的逐漸變異，才能解釋他所觀察到的生物從時間到空間上的有序變化。經過多方考證，他出版了《物種起源》一書，成就了偉大的事業。

批判性思維

批判性思維包括辯證思維、反向思維等。它要求人們能夠透過現象看本質，即從已有理論、規律進行推演，從不同視角對過程進行解析，探索事物間的聯系性、學說間的內在關系。

處理宏觀與微觀的問題都需要辯證思維。如楊振寧、李政道發現，宇稱守恒規律適于宏觀世界，而宇稱不守恒規律適用于微觀世界。

辯證思維要求用對立統一的立場看問題。我們遇到許多問題，從正面和反面分別觀察都有正確性，在特定場合，對與錯也會互換，如量子力學對光的波粒二象性的包容性認知。

為啟發學生思維而提出的命題，不應只有簡單的標準答案，而要充分激發學生的想象力和思辨力，全面認識問題。

反向思維也可由對原猜想的懷疑開始，古人云“積疑起悟，學博漸通”。如丘成桐開始對卡拉比猜想的完美性深表懷疑，多方證偽，結果卻證明了它是正確的，也可稱證偽思維。

反向思維在工程領域不乏實例。例如，我國鋼鐵產業需要大量高品質礦石，但國內大部分礦石含鐵量只有30%左右，通過浮礦技術富集鐵元素有很大難度。鞍鋼礦冶公司反向思維，從礦石中篩選提取化學性質單一的脈石，剩余礦石的鐵含量從30%提高到60%以上，解決了國產鐵礦石的難題。

團隊合作思維

科技的飛速發展使學科分化和交叉不斷加強，某一領域提出的命題與許多學科相關，使物理、化學、生物、信息等多學科都有介入的可能和必需。上世紀初的那種單打獨斗的做法很難有大作為。

比如，脫氧核糖核酸雙螺旋結構的發現，就是物理學家薛定諤提出猜想，分析化學家查加夫提出結構拆分，合成化學家鮑林提出螺旋化學鍵的存在，實驗物理學家富蘭克林用X光衍射得到結構照片，最終由理論物理學家沃森·克里克完成的。

特別是一個巨大的創新工程項目，如原子彈制造的曼哈頓計劃，是數萬不同專業的人才共同完成的。

尋求真誠、恰當的合作者是成功的捷徑之一。這種思維的植入可以從幼兒的集體游戲中開始，在大學教育中不斷推進。

市場性思維

對于一個偉大的創新發現發明過程，從開始立項到結果產生，發明家都應清楚它的社會價值，工程研究與純科學基礎研究的差別正在于此。對于重要的研究項目，要全程進行應用可行性動態評估，以作為重要的決策依據。

總之，為了培養高素質創新型人才，新工科教育要不斷進行改革。其中重要的一點就是不僅要灌輸給學生大量前沿信息和知識，更要多維度開發學生的創新性思維方式，解決只依托已有知識或已知自然規律研發，與依托想象力進行開創性工作之間的矛盾，激發學生內在的創新潛能。多維度思維方法的養成，無疑是創新工科教育的重要環節。