主题：自牛顿以来的科学家 -- foundera

第10章 科学家的能力特征

　　根据我所能作出的判断，作为一个科学家，我的成功，不管它有多大，是取决于种种复杂的思想品质和条件的。其中最为重要的是：热爱科学；在长期思考任何问题方面，有无限的耐心；在观察和收集事实资料方面，勤奋努力；还有相当好的创造发明的本领和合理的想法。确实使人惊异的是：使我所具有的这些中等水平的本领，竟会在某些重要问题上，对科学家们的信念，起了相当重要的影响。

　　――查尔斯?达尔文

　　不同的能力有与之对应的适合职业。这些能力有的是天生的、有的时后生习得的。比如说，绘图员、工程师、艺术家、医生，护士等要有察觉细节的能力，即对物体和图形的有关细节具有正确的知觉能力；舞蹈演员、健身教练、司机等要有运动协调能力，即身体能够迅速而准确地做出动作反应；技术工人、检修人员、模型制造人员、手工艺者等要有动手能力，即手、手腕、手指能够迅速而准确地操作小的物体；职业校对、录入人员等要有书写能力即对词、印刷物、账目、表格等的细微部分具有正确的知觉能力；公共关系人员、对外联络人员、政府新闻官、物业管理人员等要有社会交往能力，即善于进行人与人之间的互相交往、互相联系、互相帮助以便协同工作并建立良好的人际关系；管理人员、如企业经理、基金管理人要有组织管理能力，即擅长组织和安排各种活动以及协调参加活动中人的关系的能力。尽管并不是每一个职业只需要一种能力，但它需要的应该是职员能够在该职业中发挥最大效应的能力；尽管每一个人的能力也是多样化的，但每个人都有自己的优势能力。

1、能力的基本结构

　　我国心理工作者王极盛对科技工作者的智力做作研究[1]。他将智力分为5要素，即观察力、记忆力、想象力、思维能力（包括分析、综合、比较、抽象和概括）和操作能力。对150多名科技工作者采用自我评价的方法进行调查，得出智力要素在5类科技创造中的作用大小，其排列次序如下：

　　自然科学基础研究的科技创造是：思维能力、操作能力、想象力、观察力和记忆力。

　　自然科学应用研究的科技创造是：思维能力、记忆力、观察力、想象力、操作能力。

　　自然科学发展研究的科技创造是：思维能力、想象力、记忆力、观察力、操作能力。

　　社会科学研究的科技创造是：思维能力、记忆力、观察力、想象力、操作能力。

　　科技管理研究的科技创造是：思维能力、记忆力、想象力、观察力、操作能力。

　　总的科技创造是（上述5类研究的科技创造的总体）是：思维能力、记忆力、想象力、观察力、操作能力。

　　这个结果表明，智力5要素在5类研究中作用大小的次序不尽相同，但思维能力在5类研究中的作用都是第一位的，说明思维能力在科技创造活动中起着最重要的作用。

　　汪群等人建立了一个科技人才个体行为模型，这个模型确定个体行为是科技人才应该具有的很多素质因子的函数[2]。

　　P=P(y1,y2,y3,……y8)

　　y1―心理健康因子，主要指心理健康程度，具有良好的心理健康品质是科技人员应具有的重要素质。

　　y2―事业成就因子，主要指科技人员应具有很强的进取心、事业心、竞争意识和开拓精神。

　　y3―管理能力因子，主要指科技人员应该具有的另大送礼、管理能力、于人交往的能力和社会主动性等素质。

　　y4―创造能力因子，主要指科技人才通过创造性思维而在实践中有创新和发展的能力。

　　y5―人际关系因子，主要指科技人才与人交往、合作的能力。

　　y6―成长能力因子，主要支科技人才在新的环境、新的工作条件下能否很快适应并顺理成长的能力。

　　y7―组织环境因子，主要指科技人才个体和群体对所在组织环境中的满意程度。

　　y8―综合因子，主要指文化修养、知识结构、智力结构、年龄层次等因素。

　　显而易见，科学是一项综合的事业，要不仅需要智力，也需要一些特殊的能力。综合各种研究资料，这里折中地总结出从事科技研究的创造活动应该具备的3项基本能力。科学作为一种人文活动，需要科学家的能力是专业基础能力即科学本能，包括科学洞察力(由直觉、灵感、机遇等构成)和想象力与记忆力；科学作为理性知识实践需要科学家的能力是专业发展能力即科学智力，包括逻辑思维能力（归纳综合与演绎推理）、观察与实验能力；科学作为竞争事业需要科学家的能力是专业拓展能力即社会能力，包括学术交流能力、组织与协作能力、社会交往能力（如申请立项的说服力与筹集资金的能力）。今天，科学正在变得专门化和复杂化，因此仅有先天的聪明才智还不够，大多数科学家的能力是需要习得的，因此每一个希望进入科学殿堂的人必须接受专业教育和训练，包括大学教育、研究生（硕士、博士）教育与博士后锻炼。

图1 科学家的基本能力结构

2 科学洞察力、想象力和记忆力

　　洞察力是从事某一专业活动具备的特殊判断能力和本能的反应，如从事文学需要文学洞察力、从事艺术需要艺术洞察力。我们说一个科学家的科学洞察力高，是指他能够感知某一研究工作是具有价值的，善于发现科学研究的发展方向，预测研究可能产生的结果，也就是机会来了他能够抓住。科学洞察力包括直觉、灵感、顿悟和机遇等。

　　直觉、灵感、顿悟和机遇这几个词经常连在一起（事实上它们在概念上也难以区分）来说明一种思维现象。它们通常指的都是对某类事情的一种突如其来的领悟或理解，是头脑的一种下意识活动。不管是直觉、灵感、顿悟还是机遇，他们都有一些共同的特点，例如非逻辑性（它们不受严格逻辑规律的约束、可能是逻辑的简化和压缩或者根本与逻辑无关）、意外性（人们在有意识的、有目的的活动中不知道这些东西何时、何地、以何种方式出现在人们面前）、易逝性（他们来得突然，走得也迅速，它们像雷电一样稍纵即逝）。

　　英国科学家贝弗里奇特别强调直觉和机遇对科学新发现的重要性。在《科学研究的艺术》一书中，他用两章和一个附录的篇幅，举了30多个例子来说明直觉和机遇[3]。

　　当然科学家的洞察力也不完全是天生的、神秘莫测的。贝弗里奇认为产生直觉的条件是：对问题进行了一段时间专注的研究，伴之以对解决问题的渴望；放下工作或转而考虑其他；然后，一个想法戏剧性地突然到来，常常有一种肯定的感觉，人们经常为先前竟然不曾想到这个念头而感到狂喜或甚至惊奇。著名的德国科学家H.L.F.赫姆亥兹认为人的创造活动存在3个阶段：“最初的一种持续不断的研究，直到不可能在进行下去；一段时间的休息，然后继续恢复研究；一个突然的意想不到的答案的出现”；法国科学家彭加勒在此基础上补充了第四阶段，即“启迪之后的再一次有意识努力，已证实所获得的认识”，这是被很多科学家认可的创造过程的经验模式的典范。这里，第3个阶段就是直觉、灵感或者机遇的作用，它是前两个阶段的必然后果。

　　现代科学史上关于机遇的几个著名的例子包括德国物理学家伦琴发现×射线、英国细菌学家弗莱明(A.Fleming,1881-1955)发现青霉素、美国科学家巴丁(J.Bardeen,1908-1987)、布拉顿(W.H.Brattain,1902-1987)和肖克莱(W.Shockley,1910-1989)发现锗的空穴放大效应（据此制成了世界上第一只晶体管）、美国天文物理学家彭齐亚斯(A.A.Penzias,1933)和威尔逊[4](R.W.Wilson,1936-)发现宇宙背景辐射。

　　爱因斯坦十分注重直觉。他赞扬玻尔说“很少有谁对隐秘的事物具有这样一种直觉的理解力，同时又兼有这样强有力的批判能力”。他评论埃伦菲斯特时说：“他具有充分发展了的非凡的能力，去掌握理论观念的本质，剥掉理论的数学外衣，直到清楚地显露出简单的基本观念。这种能力使他居为无与伦比的教师。”

　　想象是头脑突破固有知识束缚的非逻辑性重新组合。科学创造中的想象首先具有概括性的特点，它是通过对那些储存于大脑之中的、能够感知的经验事实进行改造、再加工和重新组合而来的。第二，科学创造活动中的想象与逻辑思维有密切关系。因为科学家的创造活动是有目标指向的。想象从解决具体的问题出发，在科学家的自觉意识引导下各种意象发生再生与重组。科学活动特别是理论研究中的“思想实验”就是利用想象的典型例子。第三，科学想象往往是直觉思维的前导和诱因。一般来说，产生顿悟的直觉是长期的思考和不经意的遐想的产物。想象的一种基本形式是联想，它是由此物直接到比物或者由某一偶然事件的刺激引起的一种相似的想象。

　　想象力品质的结构主要由想象的现实性（想象的开始应该源于客观现实）、主动性（应该由想象者定向展开）、生动性（形成的形象应该鲜明）、丰富性（想象的过程应该冲破时空限制）和独创性（想象的产物应该新奇独特）构成。

　　爱因斯坦特别强调想象力的作用。他认为科学家在探讨自然的秘密时，“多少有一点像一个人在猜一个设计得很巧妙的字谜时的那种自由”，他需要极大的想象力。不过“他固然可以猜想以无论什么字作为谜底，但是只有一个字才真正完全解决这个谜”。同样，自然的问题也只有一个答案，所以最后还是应该受实践的检验。在谈到想象的重要性时，他说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象力是科学研究中的实在因素”。

　　想象力对于科学，其重要性不下于它对于艺术。艺术如无想象，就会成为枯燥无为的作品。同样，科学如无想象，就很可能停留在一些表皮的、抓不住本质的经验公式上。不过二者之间也有不同，科学中的想象最后要受到实践的旅客不留情的检验，而文学创作中的想象虽然也应反映客观实际，但却比较灵活。例如，小说中某角色的结局不必是唯一的。

　　记忆力是智力结构中一个基本的成分，它是智力的基础。从传统心理学观点看，记忆力就是人脑对过去的经验、知识、心理体验和各种活动的保持的能力，也就是进行记忆的能力。从信息论的观点看，记忆力是人脑对信息的输入、编码、储存和提取的能力。记忆力是一个过程，它包括识记、保持、再认或再现3个基本环节。识记，是指人脑识别、接收并保持所获得的信息的过程，它是记忆的第一过程。保持，是指已经获得的信息、材料在头脑中短期或长期保留的过程。在这个过程中，有些信息可能被遗忘，有些信息可能被巩固而保留在头脑中不再遗忘；所谓的再现和再认，是指过去的记忆信息在头脑中重新恢复的过程。

　　根据记忆的内容，我们可以把记忆力分成以下4类：①运动记忆力。指以过去做过的运动或动作作为记忆内容的记忆。这种记忆力对于体育运动和劳动操作技能是很重要的。②情感记忆力。指以过去的某种情绪或情感体验为记忆内容的记忆力。这种记忆力对于演员尤为重要，只有生动地记住剧中人物的情绪和情感，在表演过程中才会很自然。③形象记忆力。指以事物的具体形象为内容的记忆。人在儿童时期，具有很强的形象记忆能力。在成年人当中，画家、作家、音乐家、演员等具有较高水平的形象记忆力。④抽象记忆力。抽象记忆力又称为逻辑记忆力，是指以被归纳的一些概念、公式、规律为内容的记忆。这种记忆能力是科学工作者应具备的能力。

　　每个人记忆的快慢、准确、牢固和灵活程度，可能随其记忆的目的任务、记忆所采取的态度和方法而异；各人记忆的内容则随其观点、兴趣、生活经验为转移，对同一事物的记忆，各人所实质上记的广度和深度也往往不同。人们发现不同的人的记忆力确实存在着差别，这些差别主要表现在以下5个方面：记忆力的敏捷性，是指人们在记忆信息时速度是快还是慢； 记忆力的广度性，指对于一些很长的记忆材料第一次呈现给你，你能正确地记住多少。呈现的越多，你的记忆力的广度就越好。记忆的广度越来越大，记忆的难度就越来越大。如果你能记住的数字长度越长，你的记忆力的广度性就越好；记忆力的准确性，指对于你已经记过的材料再认和再现时是否符合原材料的特点和属性，是否正确无误；记忆力的存储性，指对记忆材料保持数量的多少；记忆力的持久性，指你记住的信息能保持时间的长短。对于一些事我们可以记得一辈子，但对有些事，我们却是过目就忘。

　　从王极盛的研究结果可以看到，记忆力对于从事基础研究工作的科学家来说并不十分重要，这说明基础研究的特点主要是创新而不是继承。

3、逻辑思维能力、观察与实验能力

　　按思维的二分法分类，人的创造思维有正向思维（一般情况人的本能产生的、原有的思路）与逆向思维（与原有的思路相反、为了追求某些不同性质的思路）、发散思维（思维活动以原有的信息为圆心向四周扩散，衍生出不同的结果）和收敛思维（思维活动以众多的信息为圆周向圆心聚焦，形成一个合乎逻辑的结论）、横向思维（横向地向空间发展、向四面八方扩散的思维）和纵向思维（向纵深发展、直线式的思维）、形象思维（借助记忆表象、联想与想象去解决问题的思维活动）与逻辑思维（借助概念、判断、推理等逻辑过程去解决问题的思维活动），等等。我们通常用形象思维和逻辑思维来区分科学家和非科学家的思维活动特点，科学家更倾向于采用逻辑思维来认识事物的本质，寻求解决问题的方向；而非科学家更多地采用形象思维来进行类似的活动。

　　科学家通过直觉或者想象得来的东西必须接受严格的科学证明，证明的过程就包括逻辑证明和实验检验两部分，逻辑思维能力强的人将成为理论科学家，观察与实验能力强的人将成为实验科学家。

　　心理学很重视思维的一般规律，但就具有创新性的科研活动而言，要求科学家具有与一班人不同的思维品质，包括思维的问题性、广阔性、深刻性、独立性和敏捷性等。思维的问题性是指科学家善于把科学研究活动中需要解决的问题准确无误地表述出来。科学问题千头万绪，哪些是关键性问题，哪些是自己能够解决或者通过合作能够解决的问题，需要科学思维进行判断。思维的广阔性是指科学家在问题放进一个比较大的知识背景里进行思考。一个思维广阔的科学家可能成为全能型的科学家，能够在众多的科学领域或者在一个领域的多个发面取得成就。思维的深刻性是指科学家能够在区分现象和本质、主要和次要、表面和实质，朝向一个问题锲而不舍地深入下去，而不是浅尝辄止。一个有思维深刻的科学家往往会用一生来研究一个领域里的主题，使其揭示的客观规律尽善尽美。思维的独立性是指科学家不盲从权威和书本的东西，也不受外界的干扰，能够冷静客观地对问题进行独立的思考，思考获得的结果必然符合逻辑推理。思维的敏捷性是指能够迅速而准确地运用现有知识（定理、公式、实验结果）等推理出符合逻辑的结果。

　　观察与实验能力也可以称为实际操作能力。科学活动不仅仅是限于大脑的思维和想象，还必须有一定的技能作保证。实验能力是指在人为控制条件下科学家进行观察和实验，认识和发现自然界和物质变化规律的能力。实验能力既包括实验操作能力，也包括推理、计算，对数据分析处理以及对实验结论归纳总结、准确表述的能力。科学家的实际操作能力包括①能够正确了解和操作现有的观察仪器和实验设备；②能够制定正确的实验方法和完整的实验路线；③能够根据实验目的的要求改进旧的实验装置或者设计新的实验装置；④能够对实验现象进行准确的观察和记录；⑤能够对观察与实验结果进行分析处理。

4、社会交往能力、合作与竞争能力、交流能力

　　当代科学家置身于这样一个需要社会交流的环境之中：强调获取研究经费的企业家式的本领，科研人员与官僚主义的大学领导存在不可避免的冲突，常常被迫参加各种咨询机构；繁重的教学任务；面对选择研究方向的眼里，所选的课题既时髦安全，又能根据下一个项目的申请以及提高自身学术地位的需要发表研究论文。大学研究人员把30%～40%的时间化在申请研究经费的过程中。一些著名的科学家已经习惯于把大量的时间花在自己实验室以外的地方，谈判支持研究辅助人员，装备并运行现代化实验室所必需的日渐增长的大笔经费，加固有助于提高自身知名度合伙的进一步资助的名利和权力网，找到或推动形成政府经费资助的热点领域以及所有与提高自己在科学上的声望地位相关的工作。

　　现代社会的进步和科学技术的发展，要求每个出色的社会成员必须具备较强的沟通能力。因为，作为单个的个人已不可能再像过去那样独立地去完成任何工作或研究课题。现代科技活动走向大科学的结果，需要更多的科学家协同进行同一项科学研究。另一方面，科学家人数的激烈增加也导致了科学职业的竞争性。在现代社会，竞争能力是人们顺利完成某项活动所必备的一种心理特质，因而也成为人们所追求的一种能力品质。对于当代科学家而言，竞争是自身发展和社会发展的需要；竞争是实力的展示，掌握较多的技能，善于把握时机，敢于展示自己才会在竞争中取胜；竞争实际上是人格的考验，必须在竞争中保持健康的心态。

　　协作能力强的科学家则是变成合作型科学家，协作能力弱而独立思考能力强的科学家则变成独立型科学家；竞争心强的科学家将成为竞争型科学家。

　　科学家一开始从事科研，就出于各种目的进行经常的交流。他们需要知道别人正在作些什么；需要告诉别的科学家自己工作的进展；他们要不断地向资助研究项目的机构提供研究进展报告；他们有时候也必须向大众展示自己的科研成果，以获得公众的支持。交流是从表达开始的，表达能力的高低决定了交流的广泛与深入程度。表达能力主要包括口头表达能力、文字表达能力、数字表达能力、图示表达能力等。一个科学家可以对研究领域以外的问题不闻不问，但对于正在研究的问题首先要敢于发表自己的见解，其次要善于发表自己的见解；再次是要发表经过思考后的见解。与人与人之间的一般交流不同，科学家之间的交流有不同的特征。因为科学家之间的交流主要是以论文或者论著形式体现的，因此文字表达能力也是科学家必备的基本素质之一。

5、科学家能力的定性评价指标体系

　　总结上面的分析，我们可以得到关于科学家能力的评价指标体系的基本内容及其简单的判定办法。 当然，这个指标体系中每个指标的重要程度是不一样的，也是难以量化的。一般地，科学家的洞察力肯定要比社会交往能力重要的多。爱因斯坦在评价马赫、普朗克、居里夫人、开普勒、艾伦菲斯特、郎之万（Paul Langevin）、洛伦兹、牛顿、能斯特（Walther Nernst）等人时，多次提到了“直觉”、“洞察力”、“本能”等字眼，却极少提到有关社交能力方面的内容[5]。但要成为行政管理型科学家，社交能力就变得尤为重要了，“当罗伯特?奥本海默离开加利福利亚大学物理学教授的岗位变为洛斯阿拉莫斯实验室主任时，他进入了不同的社会阶层，在那里，管理的和政治的技巧优先于研究能力和成就”[6]。

指标 优 良 中 差

科学本能 洞察力 能很快地对科学问题（如多种实验方案或产品技术的评价选择）做出判断，这些判断经过证明分析常常是正确合理的 能较好地对科学问题做出判断，偶有失误 对于科学问题的判断较为盲目，常有失误 不能对科学问题评价和选择

记忆力 能较熟练掌握与研究工作有关的基础数据和常识准确度较高，记忆速度快 能较熟练掌握一般数据，记忆准确度高 有时需要寻找一些专业常用数据 不能记住一些常用基础数据，工作时常丢三落四

想象力 善于在少量的科学事实的基础上，通过无拘无束的自由想象构思出全新的假说、模型、结构图等 能够在少量的科学事实的基础上，通过想象构思出一些新的假说、模型、结构图等 偶尔能够在现有的科学事实基础上产生一定的联想 拘泥于现有的科学事实，不能触类旁通，举一反三

科学智力 观察力 善于细心观察发现一般不易发现或容易忽略的问题 善于观察发现工作中和生产过程中一般性疑难问题 尚能观察发现工作中或生产过程中存在的一些问题 对生产工作中的科技问题熟视无睹，缺乏必要的观察力。

实验能力 动手能力和实际操作能力强 有较好的动手能力和实际操作水平 有一定动手能力 实际操作水平 缺乏动手能力，实际操作能力较差。

归纳推理能力 能够从大量看似无关的事实和现象出发，总结出形式简单的科学规律 能够从事实和现象出发，总结出有限制条件的、形式较为复杂的科学规律 尚能总结出一些不完备或者不完全正确的科学规律 不能从现有的数据、发现出现总结出任何科学规律

演绎推理能力 能够快速地、自发地从现有科学发现出发，做出创新、独到的科学预测 能够从现有科学发现出发，做出一些独到的科学预测 能够从现有科学发现出发，做出比较简单的科学预测 只会按照别人做过的演绎进行思考，不能从现有科学发现做出任何科学预测

创新能力 能独立地提出全新的科学问题、独创的实验方案，使自己处于科研前沿 能够及时跟踪科研前沿问题，并有新的见解，研究取得一定的成果 对科研前沿问题有一定了解，对科研工作能够提出部分合理化建议 科研中总是重复别人的观点和实验，创新精神较差

社会化能力 竞争力 科研开始时就有明确的竞争目标和敢于拚搏的精神，瞄准国际先进水平进行赶超 能瞄准本行业本系统的目标进行赶超，有一定的拚搏精神 偶有竞争动机，但缺乏内驱力和坚韧性 工作中没有竞争目标和竞争动机，甘于落后

协作能力 善于团结不同学术观点的人一道工作，严于律己，宽以待人 能够忍受一定的委屈，能容纳不同观点，能够同别人合作 不善于同别人合作，对人对己要求都严，不能容忍他人的过错 无法同别人合作，经常与别人产生纠纷

学术交流能力 善于与科学界之内的各种组织和科学家进行沟通交流，能够建立各种科学家之间的网络关系 能够与同领域的其他科学组织和科学家沟通，能够交流本专业或者本地区的科学家之间的网络关系 不善于与其他科学家交往，不能形成自己的人际关系网络，尚能够与科学科学研究的同行进行交流 个性孤僻，完全专注于自己非常狭窄的专业领域，不愿也不能与其他同行交往

社会交往能力 善于与科学界之外的组织和个人沟通，主动积极争取社会人士对所研究领域的理解、支持与赞助，能够建立广泛的人际关系网络 能够与科学界之外的组织和个人沟通，能较好地争取外界对所研究领域的理解与支持并建立人际关系网络方面 不善于与科学界之外的组织和个人沟通，难于争取外界人士对所研究领域的理解与支持 个性孤僻，完全专注于科学研究领域，不愿也不能与社会其他领域的人交往

注：

　　1、王极盛著，科学创造心理学，北京：科学出版社，1986年。

　　2、汪群等，科技人才素质理论与应用，科学出版社，1999年。

　　3、科学研究的艺术，W.I.B.贝弗里奇著，陈捷译，北京：科学出版社，1984年

　　4、有3个威尔逊（Wilson）获得过诺贝尔物理学奖，1927年C.T.R威尔逊,1978年.R.W. 威尔逊和1982年K. 威尔逊。

　　5、参见《爱因斯坦文集第一卷》对这些人的评价。

　　6、齐曼，元科学导论，湖南人民出版社，1988年。P106。