国科大的两位院士博导写给同学们的自学建议

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来源 | 中国科学院大学(ID:ucas1978)

编辑 | 学术君

编者按

新冠肺炎疫情打乱了同学们的学习节奏。对于本科生、研究生以及准毕业生们,该如何利用这“加长版假期”进行居家自学呢?让我们一起来读读中国科学院大学博士生导师张肇西院士(中国科学院理论物理研究所)和李永舫院士(中国科学院化学研究所)写给大家的自学建议。

来自张肇西院士的两条建议

当前新型冠状病毒肺炎疫情严重,为减少同学们的近距离接触,预防病毒的传播,结合我本人的理解和成长的经历,为同学们提出两点建议:
其一是建议同学们,特别是高年级本科同学和研究生,在安排当前的自学时,结合历史背景选择一些近代科学重大发现的原始文献(论文)阅读,其主要目的是从中学习科学大师思考问题的方法和他们如何选择问题、解决问题的经验
其二是建议同学们利用这段时间“复习”已经学过的课程,但要站在一个更高的视角上“复习”!例如要打破已经学习过的原来老师讲的课程,诸如量子力学、线性代数、数理方程、热力学和统计物理等的界限,将它们融会贯通地复习理解。因为,将来同学们在运用知识时是不分从哪门课程中学习到的,需要融会贯通地运用。

一、选择一些近代科学重大发现的原始文献(论文)阅读

1.为何为同学们做出此建议
当年(1963年)本人从中国科学技术大学近代物理系毕业,考取了中国科学院原子能所一部(高能物理研究所的前身)朱洪元研究员的研究生,开始了人生的研究生学习和研究阶段。
1964年在朱先生的领导下,他的整个研究工作组开展了量子力学建立历史的调查研究工作。虽然这一工作不是全时进行,但是前后历时了大半年。其工作方法是直接从原始文献出发,基本不借助二手材料。为了找到原始文献(杂志),当时研究组成员的我们分工查遍了北京的图书馆,关键的原始文献都找到了。有些原文是德语和法语,组内只有朱先生懂得这两种语言,只好由朱先生先看找到的德语和法语文献,再由他讲解文献的内容给大家。
从这项工作中,在朱先生研究组的我们收获非常大,从第一手材料中结合文献的引言和其中的内容,大家深刻认识到,人们在解决经典力学解释黑体辐射谱上的困难,是如何被“逼迫”由普朗克首先提出的任何物理系统的作用量(或者说相空间)都具有最小单位(ħ),从而成功地解释了黑体辐射谱。这一大胆“假设”在当时认为是非常不可思议的,但是实验观测事实证明了它是正确的,成为现代量子理论的基石,被物理学所接受。
 
之后的完成量子力学诞生历史事实走了两条独立的路,其中的一条路是以波尔和索末菲等为代表,总结出原子系统中,由于作用量有最小单位导致的原子系统受所谓的量子化条件限制,决定了原子系统的分立能谱,最后由海森堡发展完成的用矩阵(算子)表述的量子力学;
 
另一条路看起来截然不同,是抓住微观世界的“波粒(波动-粒子)二相性”,以德布罗意做出的“物质波”的假设为基础,由薛定谔完成的用薛定谔波方程的“波动力学”形式的量子力学。而人们紧接着发现(证明)这两条路虽表观不同,但所创立的量子力学却完全等价 ——“殊途同归”了。可见有时正确的路径还不只是一条!
参与了朱洪元老师领导的这项工作,整个研究组所有成员受益匪浅。对我自己,其影响我后来的科学研究工作生涯重大!结合当时背景从原始文献上能够了解历史上大师们面临实验事实是如何地思考和如何“被逼无奈”和“水到渠成”地建立起新理论的。
 
这些大师们是如何地敢于做出“创新”,他们的勇气值得后人学习,另一方面,结合背景研读这些原始文献能很好地体会到做出重大“创新”并不是非常神秘的:只要人们平日基础知识和基本功扎实,对面临的问题认识透彻,到了突破、创新的其境时,每个人都有机会去‘捅破窗户纸’,做出重大发现,取得创新的成功。上述这些体会和感受是从教科书或科普文章中收获不到的。
总结我本人的成长和科学研究的实践,作为经验,特意在此建议大家在自学中根据自己的情况,特别是有志将来从事科学研究的同学,安排选读一些著名的原始文献作为当前自学内容。其目的不全在于学习知识本身,重点更在于学习和体会大师们是如何思考,如何解决问题的方法和经验。
张肇西院士
2. 如何选择上述建议的原始文献
不断学习和总结周边人思考和解决问题的经验和方法,并为我所用,来提高自己的能力,是促进每个人成长的重要环节。虽然这样做是很重要的,但有局限性。
因为周围、能常常接触到的人的水平有高有底。即使很有幸,在他们中间就有大师级人物,人们可从直接接触中比从读几篇大师的原始文献中更能受益,可学到更多、更活的大师在做出创新的思考和解决问题的方法。
 
但是在接触到大师的期间,未必是大师处于最佳状态,更何况多数情况是在周围能够接触到的人中没有大师。所以为充分利用好当前的自学时间,精选历史上重要科学发展的背景下有代表性的原始文献来阅读,从中取得更多、更大的收益变得十分需要了。
当前选择有意义的背景下的原始文献,无疑可选上述当年我们在朱洪元老师指导下的量子力学创立背景的相关原始文献。但是应该指出我们当年是一个研究组的力量,而且有朱洪元老师的领导,所涉及的文献古老(甚至100多年了)而且众多,有些还是德语和法语的文献(除非有阅读德语和法语科学文献的能力的),在当前这段不太长的时间内,单个人是有些难于完成的!因此在此我不向同学们推荐也去追溯阅读量子力学创立的原始文献。
在挑选合适的背景和所要阅读的原始文献,应该选择学科发展上有重要地位的发现的关键性原始文献。因而选择的文献会是大师的文章(如果文献作者在完成论文时还不被尊为大师的话,由于完成了该论文,作者一定会尊为大师的!)。因为本建议的目的是从中学习大师们思考和解决问题的方法,所对选择的原始文献的背景和科学内容应有些了解,这样可少把精力花在了解背景上。
如果有的同学已经在老师的指导下有了具体的研究课题,最好是结合已定的研究课题做出选择。这样不仅是学习了大师们思考和解决问题的方法,同时对解决已经确定的课题有帮助。对于尚没有确定研究课题的同学,为了使同学们有概念,如何结合历史上重要发现选择阅读的原始文献,为物理学院的高年级同学,特别是将从事理论物理专业的同学,以我自己熟悉的粒子物理理论专业,下面具体建议两个例子供同学们参考和选择:

A. 宇称不守恒的质疑和发现

(背景:在此之前人们先验地认为微观世界中宇称、电荷共轭、时间反演等分立对称性不会破坏,然而实验观测到了‘θ-τ之谜’)

应选择李政道和杨振宁两位大师的原始论文:

题目

Question of Parity Conservation in Weak Interactions 

作者

T.D. Lee (Columbia U.), Chen-Ning Yang (Brookhaven).

杂志

Phys. Rev. 104 (1956) 254-258

(可根据情况和自己的兴趣,除了选择原始论文和追踪与原始论文相关的论文外,选择合适的科普文章阅读等,加深了解创立理论的背景,深入理解大师们成功的必然性和大师们高明之处;理解大师们取得成功的关键和学习大师们如何恰到好处地做出结论等)

B. 电弱统一理论的建立

(背景:在非阿贝尔规范理论已建立,弱作用宇称不守恒发现后,弱相互作用的普适V-A理论确立的背景下,以轻子为例建立了理论)

应选择的大师们的原始论文有以下三篇:

题目

Partial Symmetries of Weak Interactions

作者

S.L. Glashow (Copenhagen U.).

发表

Nucl. Phys. 22 (1961) 579-588

题目

A Model of Leptons

作者

Steven Weinberg (MIT, LNS). 

发表

Phys. Rev. Lett. 19 (1967) 1264-1266

题目

Weak and Electromagnetic Interactions 

作者

Abdus Salam (Imperial Coll., London & ICTP, Trieste)

发表

Conf. Proc. C680519 (1968) 367-377 

(可根据情况和自己的兴趣,除了选择原始论文和追踪与原始论文相关的文献外,选择合适的科普文章阅读,加深了解创立理论的背景,深入理解大师们成功的必然性和大师们高明之处等。注:理解这些论文,需要一点群论知识,对于没有群论知识的同学,理解大师们的思想会有困难,因此不建议这部分同学选择本“电弱统一理论”的创建的论文。另外,其中的论文c).是会议录,国内不易找到,可略。)

我上述两建议的精神是建议同学们根据自己的专业尝试选择本学科近代(现代)有重大意义的发现,研读第一手文献,从中学习和领会大师们的思考和解决问题方法和勇于创新的精神,为同学们有志将来遇到条件成熟时,也能够做出重大创新!因此,同学们完全可以根据学习的专业和兴趣选择重要发现的相关原始文献来研读,不要限于上述两例子。
 

二、高视野地复习已经学习过的课程

复习已经学习过的课程,特别是对于一些自己觉得没有学好的部分进行复习,是利用好当前自学时间,巩固和提高已经学过的课程的很有意义的事情,而且是非常容易做到的!我这建议的重点在于进行复习时,将自己的“境界”提高,使“复习”已经学习过的课程更有效果和收获,对自己未来事业的发展更加有助益。
一般同学们在安排复习时,往往容易落入为考试取得好成绩。即把关注点放在“对付”可能出现的考题上。而我现在的建议是要求同学们“站得高”,复习时是追求把已经学过的知识“融会贯通”,即打破已经学习过的原来老师讲的课程,诸如量子力学、线性代数、数理方程、热力学和统计物理等等的界限,将所学到的知识能够融会贯通地理解!
 
因为同学们将来的工作或科学研究是要将所有学过的知识加以灵活运用。而且如果这些学习过的知识还解决不了工作和研究中的问题时,还需要“现学”或创造知识!因此利用现在的自学时间,高眼界的“复习”是非常有意义,而且这样“高境界”的复习已经学习过的课程内容会使同学们学起来更加“有味道”、更带劲、更有收获。
根据我本人的经历,为同学们提出上述建议,供大家考虑。当前新型冠状病毒肺炎疫情严重,衷心希望同学们在这段自学时间中,做好隔离,使疫情在自己周围不发生的同时,更好地利用好这段自学时间,使自学更加有收获!

来自李永舫院士的建议

在学习方面,希望同学们针对自己的具体情况做出计划:
1. 大家可以利用这段时间阅读和学习相关领域的高水平综述和最新研究进展方面的参考文献(指导教师应该给学生发送相关参考文献)。阅读文献时要注意记笔记,多动脑筋思考,文献中的研究思路对自己有什么启发?文献中的结果存在什么问题?你是否有更好的方法解决问题?
2. 今年毕业的研究生同学可以利用这段时间撰写毕业论文

李永舫在国科大2018级新生开学典礼上代表教师发言
3. 今年毕业需要做毕业论文的本科生同学,可以先在家阅读文献和撰写文献报告(或者是撰写毕业论文的第一章绪论);并与老师沟通做出实验研究计划安排,学习和了解与实验研究相关的知识,为开学后进实验室做实验做好充分的准备。
4. 其他研究生同学可以利用这段时间整理一下前面的研究结果,结合最新参考文献理一理下一步的研究思路。如有已完成的或者是接近完成的成果可以着手撰写研究论文。
 

本文来源:中国科学院大学(ID:ucas1978)

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