主編的話：2015年夏，我與闊別三十余年的老同學(xué)——四川大學(xué)物理系七七級(jí)的符洪，相逢于舊金山。有人稱高考恢復(fù)后的七七級(jí)是“天之驕子”，而我印象中的符洪則是驕子中的驕子。見面后，方知這位物理系的高材生正在硅谷一家高新科技企業(yè)任工程師。交流中，我發(fā)現(xiàn)長時(shí)間在美國發(fā)展的他仍深愛著自己的祖國，且對(duì)科學(xué)教育有著自己的心得體會(huì)。為此，我特向他約稿，希望他能從硅谷發(fā)展模式中提煉科學(xué)教育的意義。符洪先生應(yīng)允后，用了四個(gè)多月的周末時(shí)間，完成了萬余字的中文稿。我擬在2016年第一期和第二期連續(xù)刊載此文，希望符洪先生的寶貴經(jīng)歷及感悟能給中學(xué)物理教師不同視角的參考。

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2016）1-0001-4

序 言

謝謝主編邀請(qǐng)我寫篇短文，和中學(xué)老師們探討物理教學(xué)。我問了十幾位工程師同事，你對(duì)中學(xué)物理教學(xué)有什么建議，得到的各種回答是“老師不要成為灌輸知識(shí)的水壺，而要做點(diǎn)燃興趣的火種”，“基本概念一定要教清楚”，“把水準(zhǔn)不同的學(xué)生分班施教”，“物理太抽象，多舉例說明”，“多講物理學(xué)發(fā)展的故事，物理學(xué)家的故事，講概念的來龍去脈”，“教給學(xué)生的不僅是物理知識(shí)，還應(yīng)該有對(duì)物理的熱愛”，“知識(shí)并不能引領(lǐng)學(xué)生入門，只有興趣才能做到”，“物理教育應(yīng)該像數(shù)學(xué)一樣盡早開始，以培養(yǎng)直覺”等等。我想，老師們長期在教育的第一線，一定有更多的體會(huì)。這里，我和老師們談?wù)勛约鹤鳛橐粋€(gè)學(xué)物理出身的工程師，在硅谷這個(gè)世界性高科技競爭舞臺(tái)的體驗(yàn)、觀察與思考。我談4個(gè)方面：1.硅谷的創(chuàng)新文化；2.價(jià)值在于解決問題；3.領(lǐng)先能力；4. 參考全世界，讓教育走向多元。希望通過這些討論，給老師們對(duì)中學(xué)生將來所處的競爭環(huán)境和文化氛圍；如何應(yīng)用知識(shí)，發(fā)揮作用；中國持續(xù)崛起對(duì)學(xué)生的品德有怎樣的要求；中國要成為創(chuàng)新型國家，對(duì)教育有怎樣的期待，提供一些參考。

1 硅谷的創(chuàng)新文化

圖1為位于美國加州北部舊金山灣區(qū)的硅谷地區(qū)，包括圣荷西、舊金山及周邊共36個(gè)城市?？?cè)丝?97萬，其中，36%在國外出生。在國外出生的人口中，有14%來自中國，11%來自印度，8%來自歐洲。硅谷是全球120多家著名高科技公司的誕生地，也有近2萬家研發(fā)創(chuàng)業(yè)型小公司，總共有148萬份工作。硅谷每年的投資占全美國高科技總投資的三分之一（Source： Profile of Silicon Valley， 2015）。

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圖1 硅谷地區(qū)

硅谷起源于物理學(xué)家。1956年，諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)把物理獎(jiǎng)?lì)C給3位半導(dǎo)體晶體管的創(chuàng)始人肖克萊、巴丁、布拉藤 （Shockley， Bardeen，Brattain）。就在同年，肖克萊為照顧重病的母親，從新澤西州搬到加州北部的帕拉奧特城市（早期硅谷中心，斯坦福大學(xué)所在地）。他奠基性的工作與公司，開創(chuàng)了以硅芯片晶體管集成電路為基礎(chǔ)的現(xiàn)代電子工業(yè)，硅谷因此“成”名。

硅谷的創(chuàng)新文化是從事高科技工作的人們?cè)趯?shí)踐中形成的一種價(jià)值規(guī)范，它在無形中影響著人們的行為和判斷。在中學(xué)期間，播下這種理念的種子，為學(xué)生們將來能在高科技發(fā)展中自由馳騁，領(lǐng)先世界，奠定先進(jìn)的文化基礎(chǔ)。1994年，我在亞利桑那大學(xué)光學(xué)中心做了近5年博士后之后，因一直找不到大學(xué)教職，來到硅谷做工程師。前后在8家公司，4種工業(yè)（計(jì)算機(jī)，半導(dǎo)體，光通信，醫(yī)療設(shè)備），不同的崗位上工作過。這8家公司，4家已不存在，1家正在掙扎。我自己被裁員過，也曾把幾百份無情的裁員通知遞給往日的同事們。硅谷在一輪又一輪新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展周期中，形成了具有鮮明特征的文化：

1）創(chuàng)新：硅谷的原動(dòng)力。創(chuàng)新推動(dòng)社會(huì)發(fā)展，給創(chuàng)新者帶來直接利益。小公司推出新產(chǎn)品，就可能被大公司高價(jià)收購；大公司推出新產(chǎn)品，股票就會(huì)上漲。創(chuàng)新是新產(chǎn)業(yè)鏈的源頭，價(jià)值高，兌現(xiàn)快。管理學(xué)之父德魯格（Peter Drucker）曾精辟地論述：什么是企業(yè)的目的？是保持市場份額嗎？是保持營業(yè)額的增長嗎？完全不是！企業(yè)的目的是創(chuàng)造新的市場。這點(diǎn)在硅谷體現(xiàn)得非常明顯。事實(shí)上，硅谷地區(qū)住房昂貴，員工薪水較高，一個(gè)維持型的公司根本無法維持。要生存，只有創(chuàng)新。

2）速度：硅谷的行為準(zhǔn)則。硅谷注重速度，注重行動(dòng)，注重結(jié)果。在硅谷，做決定的速度，解決問題的速度，加工材料的速度，招聘人才的速度都很快。比如：可在幾周之內(nèi)組建一支高科技研發(fā)團(tuán)隊(duì)，幾天之內(nèi)讓合同工到崗。新員工在進(jìn)公司的第一周，就可進(jìn)入狀態(tài)，展示獨(dú)特本領(lǐng)，成為新崗位的主人。時(shí)間就是金錢，要搶占市場，必須有速度。

3）多元：硅谷的人才資源。硅谷的發(fā)展依賴于許多出自美國本土和來自世界各國的人才。加州勞工指南規(guī)定，在面試過程中，不得問及申請(qǐng)人的國籍、年齡、工作許可，盡可能排除阻擋人才出線的人為因素。面試的準(zhǔn)則，是能否勝任工作。只有當(dāng)面試勝出者確定后，才可由人事部門問及工作許可情況。這些規(guī)定，保證了人才來源的多元化。硅谷還提倡觀點(diǎn)的多元化，鼓勵(lì)人們不分出處，不分等級(jí)，自信而完整地說出獨(dú)立的觀點(diǎn)。表達(dá)不同意見是做貢獻(xiàn)的一個(gè)重要方面。沒有人會(huì)因?yàn)槟愕母邔W(xué)歷、學(xué)位、職位而不挑戰(zhàn)你的觀點(diǎn)。每個(gè)人在這樣的質(zhì)疑中學(xué)習(xí)，每個(gè)決定在這樣的錘煉中完善，每個(gè)團(tuán)隊(duì)在這種多元碰撞中成長。多元，是硅谷智力資源的保證。

4）全球化：硅谷的運(yùn)作模式。在硅谷，材料供應(yīng)，關(guān)鍵人才的選聘，公司各部門的分布，基本不受國家和地域的限制。與世界各地的遠(yuǎn)程會(huì)議、互動(dòng)交流、項(xiàng)目合作是日常工作。硅谷必須放眼世界，才能最有效地運(yùn)用全球范圍的零部件、技術(shù)和人才。全球化，就是在全球范圍內(nèi)優(yōu)化。

除了上述幾點(diǎn)，各個(gè)公司還有自己特有的文化，它往往和公司的歷史、主要人員及產(chǎn)品生產(chǎn)方式有關(guān)。一個(gè)開發(fā)制造復(fù)雜設(shè)備的公司的文化，一定會(huì)與一個(gè)做簡單零部件的公司的文化不一樣。我們是第一代移民，既有奮斗拼搏、生活向上的興奮與愉快，也有作為非主流文化、落后民族的孤獨(dú)與凄苦。然而，美國是公平而充滿機(jī)會(huì)的。一個(gè)工程師應(yīng)該了解本公司的文化及硅谷文化，以主人翁的心態(tài)工作。同時(shí)，不要忘了我們也是正在崛起的祖國的一部分，是在世界舞臺(tái)上拼博的那一部分。只要我們?cè)谧约浩椒驳墓ぷ髦凶龅脙?yōu)秀、卓越，同樣是為中華民族爭光。不僅如此，我們實(shí)際上還正在創(chuàng)造一種嶄新的全球文化。這是一種創(chuàng)新的、多元的、科學(xué)的文化；這是一種沒有地域限制，不講出生等級(jí)，容納各民族文化的世界性文化。就像未來世界的人才沒有地界一樣，這種新文化也必將屬于并造福于全世界。

2 價(jià)值在于解決問題

由于創(chuàng)新，由于速度，由于在最前沿，硅谷的公司時(shí)時(shí)刻刻都在經(jīng)歷五花八門的問題，特別是技術(shù)問題。這給工程師們提供了施展拳腳的無限空間。在這里，科學(xué)不再空洞，知識(shí)就是力量。記得1982—1985年在中國科學(xué)院理論物理所做研究生時(shí)，聽彭桓武老師（中國兩彈一星功勛科學(xué)家，科學(xué)院院士，時(shí)任理論物理所名譽(yù)所長）說過，不要把知識(shí)當(dāng)作資本去占有，而要把知識(shí)當(dāng)作工廠去產(chǎn)出。這個(gè)產(chǎn)出，就是解決實(shí)際問題。下面介紹一下我自己經(jīng)歷過的兩種典型的解決問題的環(huán)境：生產(chǎn)與研發(fā)。

如圖2所示，HMT是我曾工作過的計(jì)算機(jī)硬盤公司。今天早已不存在。后來，這座樓成為奧巴馬總統(tǒng)力挺的太陽能公司SOLENDRA總部。在激烈競爭中，SOLENDRRA也于2013年關(guān)閉。硅谷的淘汰周期之快可見一斑。

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圖2 HMT公司大樓

我1996年加入HMT，開始從事激光加紋（Laser Zone Texture， 簡稱LZT）研發(fā)。然后，隨著LZT 轉(zhuǎn)入生產(chǎn)部，成為硬盤生產(chǎn)LZT流程的主管。LZT就是在硬盤磁頭停放的中心區(qū)表面，用納秒脈沖激光打出約24納米高的小鼓包，以保證磁頭在停放時(shí)，不會(huì)粘在磁盤表面上飛不起來。這就像一架全長76米的波音747大型飛機(jī)的肚皮貼在許多只有0.6毫米高的小鼓包上。我們的工作就是要在生產(chǎn)中把這些鼓包的高度控制在24+/-3納米的范圍內(nèi)。這是我第一次走出研究環(huán)境。這下好了，世界全變了。我進(jìn)入了一個(gè)戰(zhàn)場，一個(gè)每天24小時(shí)每周7天全速運(yùn)轉(zhuǎn)的大工廠。公司所有的投資，所有的理念，所有的規(guī)章，所有的流程，在這里妥協(xié)，在這里協(xié)調(diào)，在這里兌現(xiàn)。沒有時(shí)間啰嗦，沒有機(jī)會(huì)含糊。6條生產(chǎn)線，每天生產(chǎn)十萬片硬盤。印象最深的是每天早上7點(diǎn)至7點(diǎn)30的全公司生產(chǎn)部門經(jīng)理碰頭會(huì)。會(huì)議室緊挨著車間，沒有座位。6點(diǎn)55分，20多位各方主管，個(gè)個(gè)有備而來。我們一起審閱昨天的產(chǎn)出，截止今晨6點(diǎn)30分的產(chǎn)品合格率，各主要機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，今天的工作目標(biāo)。當(dāng)大部分員工上班時(shí)，各主管可以心中有數(shù)地安排當(dāng)天的工作。那時(shí)，我每天早上6點(diǎn)25分進(jìn)入潔凈室，審查每條生產(chǎn)線的統(tǒng)計(jì)控制表，與每條生產(chǎn)線的組長討論本班的各種問題，確定解決方案。

在HMT，我經(jīng)歷了從設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)，購買安裝大型機(jī)器設(shè)備，檢測(cè)設(shè)備，寫操作規(guī)程，培訓(xùn)工人，質(zhì)量認(rèn)證，與其他生產(chǎn)部門協(xié)調(diào)等從研發(fā)到建立生產(chǎn)線的整個(gè)過程。我分別上過白班、夜班，以了解機(jī)器全天的運(yùn)行，并熟識(shí)每一位生產(chǎn)線領(lǐng)班與許多操作工人。我還認(rèn)真學(xué)習(xí)研究生產(chǎn)流程，質(zhì)量管理，主要設(shè)備，主要客戶，主要退貨原因，主要競爭對(duì)手，各部門職能及主要人員的長處。那時(shí)，我?guī)е鳥B機(jī)，整天被呼喚著?？吹轿锢怼?shù)學(xué)和公司運(yùn)作的知識(shí)融合在一起，在解決實(shí)際問題中發(fā)揮作用，無比興奮。這段經(jīng)歷，把我從一個(gè)物理研究生，鍛煉成了一個(gè)有自信去主導(dǎo)解決實(shí)際問題的基層主管。

此后，我3次在不同的公司，主管擁有一百多到五百多員工的生產(chǎn)部門，分別從事海底高可靠性光學(xué)通訊元件的生產(chǎn)，及各類激光器的生產(chǎn)。盡管生產(chǎn)組織、管理程序看似復(fù)雜，千頭萬緒，其實(shí)核心很簡單，就是去盡快地解決形形色色的技術(shù)問題，大部分質(zhì)量問題實(shí)際上是技術(shù)問題。懂得物理，解決問題就能條理清晰，刺刀見紅。不懂物理，再多的文件指南，質(zhì)量管理，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，也只能是隔靴搔癢，大炮打蚊子，浪費(fèi)時(shí)間和資源。

圖3是激光角膜整形視力矯正手術(shù)（LASIK）所用到的已在市場多年的3種設(shè)備。右邊是波前視力測(cè)量儀，用于手術(shù)前后的視力檢測(cè)。左邊是飛秒激光角膜切割設(shè)備，用于切開角膜表面，讓角膜基質(zhì)層在手術(shù)中暫時(shí)裸露。中左是病床。中右是準(zhǔn)分子脈沖激光設(shè)備。用它去除少量角膜基質(zhì)，以此改變角膜形狀，矯正視力。然后，將角膜表面切片復(fù)原，它會(huì)在24小時(shí)左右與周邊的上皮層重新生長彌合。自1995年激光角膜整形視力矯正手術(shù)使用以來，全世界已做三千多萬例。

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圖3 激光角膜整形視力矯正手術(shù)的設(shè)備

下面，談一下我最近幾年在從事新一代飛秒激光視力矯正設(shè)備研發(fā)的一些體會(huì)。在這里，我遇到兩類復(fù)雜性。第一類，是飛秒激光技術(shù)的復(fù)雜性，牽涉到飛秒脈沖激光器，高精度光學(xué)掃描控制系統(tǒng)，飛秒激光脈沖與角膜組織的相互作用，真是理論、實(shí)驗(yàn)、工程樣樣得對(duì)，光（學(xué)）、機(jī)（械）、電（子）、軟（件）、生（物）行行得精。這臺(tái)設(shè)備有幾十個(gè)控制點(diǎn)，成百上千個(gè)部件，每一個(gè)數(shù)學(xué)公式，每一個(gè)物理規(guī)則，每一個(gè)工程機(jī)制，必須完全配合，準(zhǔn)確無誤地把數(shù)以億計(jì)的飛秒激光脈沖傳遞到角膜中預(yù)定的位置，在那里產(chǎn)生等離子體，進(jìn)而產(chǎn)生微氣泡，完成直徑約為一微米的局域切割。

這就是我們這支由十幾個(gè)工程師組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)。每天我們都會(huì)討論各種光、機(jī)、電、生、軟等技術(shù)問題。許多問題，高中所學(xué)的知識(shí)就可解決。像高中所學(xué)的光折射定律，基本能回答90%的光學(xué)工程問題。我工作的實(shí)質(zhì)，很像是在做各科混合的高中、大學(xué)物理數(shù)學(xué)題。要?jiǎng)蛩偾懈顧E圓邊界，就要用到橢圓積分；要計(jì)算圓形切割在視網(wǎng)膜上的激光輻射計(jì)量，就會(huì)碰到貝塞爾函數(shù)；要在最短時(shí)間完成切片，就要解決類似銷售員不重復(fù)行走全覆蓋問題；要矯正光學(xué)干涉斷層掃描議的誤差，就要徹底清楚傅里葉變換；要估算眼睛顫動(dòng)的速度，就要解過阻尼剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的微分方程。真是趣味無窮！關(guān)鍵是要能把一個(gè)個(gè)的實(shí)際問題轉(zhuǎn)變?yōu)榭山獾目茖W(xué)問題。

第二類，是研發(fā)過程的復(fù)雜性。主要是來自于食品藥物管理局（FDA）對(duì)醫(yī)療器械研發(fā)的管理規(guī)則，包括研發(fā)過程的文件記錄，安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估與控制，工程設(shè)計(jì)達(dá)標(biāo)測(cè)試及臨床驗(yàn)證。除此，研發(fā)過程也必須滿足公司內(nèi)部生產(chǎn)質(zhì)量管理的有關(guān)規(guī)則。這就需要有一個(gè)多功能交叉的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)也由十幾個(gè)人組成，包括市場銷售部、法規(guī)部、知識(shí)產(chǎn)權(quán)部、臨床試驗(yàn)部、質(zhì)量管理部、生產(chǎn)運(yùn)營部、售后維修部以及研發(fā)團(tuán)隊(duì)等各方代表。整個(gè)研發(fā)過程不僅僅是造出一臺(tái)新機(jī)器，還包括發(fā)展出與之相配的一整套支撐體系。

研發(fā)過程包括設(shè)計(jì)構(gòu)思、可行性研究、產(chǎn)品開發(fā)、轉(zhuǎn)入生產(chǎn)、首發(fā)銷售等幾個(gè)階段。整個(gè)過程通常需要5至8年。每一階段都需要?jiǎng)?chuàng)新，而設(shè)計(jì)構(gòu)思這一塊是產(chǎn)品創(chuàng)新的根本所在。創(chuàng)新沒有固定模式，但是總要考慮顧客需要什么，公司需要什么，市場現(xiàn)有產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，有哪些新技術(shù)可以應(yīng)用。在這幾方面有了深入的了解后，設(shè)計(jì)構(gòu)思就有了輪廓，如治療功能、設(shè)備可靠性、產(chǎn)品成本、研發(fā)所需時(shí)間。然后，研發(fā)就進(jìn)入了可行性研究階段。在這個(gè)期間，有兩個(gè)大的方面：一方面是設(shè)計(jì)的基本理論，這是綱。沒有理論，就沒有方向。另一方面，是實(shí)驗(yàn)，它不僅驗(yàn)證理論，更是檢驗(yàn)理論所不涵蓋的、成百上千的工程細(xì)節(jié)。所以，實(shí)驗(yàn)要貫穿整個(gè)研發(fā)過程。

新產(chǎn)品研發(fā)中，很重要的一件工作，是溝通。任何人，在思想不到位時(shí)，行動(dòng)不可能到位。所以，要讓每個(gè)人知道團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)、問題、計(jì)劃，對(duì)項(xiàng)目有全面的了解。只有這樣，整個(gè)團(tuán)隊(duì)才能成為一個(gè)相互配合的、有執(zhí)行力的整體。研發(fā)過程中，還有一個(gè)重要的變量，就是人的情緒。每個(gè)人，自覺或不自覺地代表著個(gè)人利益、知識(shí)以及自己的做事原則。可以是動(dòng)力，也可能成為阻力。所以，研發(fā)過程中一個(gè)極重要的方面，就是要注重發(fā)展和提升每一個(gè)人，讓每一個(gè)成員都有具體的、對(duì)研發(fā)結(jié)果有重要貢獻(xiàn)的工作。每個(gè)人只有看到了自身的價(jià)值和發(fā)展空間，才會(huì)有熱情，整個(gè)團(tuán)隊(duì)才會(huì)生機(jī)勃勃。

總結(jié)起來，在公司里解決問題有兩點(diǎn)很重要：第一、要了解公司運(yùn)作的方方面面，對(duì)與問題有關(guān)的知識(shí)，特別是非書本的實(shí)際知識(shí)，要有全面的了解。沒有這種了解，在復(fù)雜多變的環(huán)境中就沒有基本判斷力。第二、要自己去提煉問題，形成問題。這個(gè)過程中的未知數(shù)最多，選擇最優(yōu)解的可能性也最大，是應(yīng)用知識(shí)和鍛煉能力的最重要的時(shí)間窗口，最廣闊的空間。李振道說過，研究一個(gè)課題，要從了解原始問題的形成開始，而不是在別人的結(jié)論上繼續(xù)。這對(duì)解決工程問題完全適用。

作為一個(gè)以物理為基礎(chǔ)的工程師，我覺得主要的素質(zhì)是有圖像、有直覺、能計(jì)算、會(huì)實(shí)驗(yàn)。我學(xué)習(xí)的主要標(biāo)志，是清清楚楚地把每一個(gè)關(guān)鍵概念畫到圖上。在畫圖的過程中，把問題精確定義、定量，建立直覺。以后的復(fù)習(xí)與交流，均以圖為依據(jù)。楊振寧說過，當(dāng)直覺與事實(shí)不符合時(shí)，就是最好的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。學(xué)習(xí)的目的就是建立或修正直覺。其實(shí)，科學(xué)的老祖宗牛頓在他的巨著《原理》中（The Principia， Mathematical Principles of Natural Philosophy）就用了270多幅幾何圖形，來定義和描述各種運(yùn)動(dòng)學(xué)情況，描述物體運(yùn)動(dòng)的基本定律。愛因斯坦也是用了一輛火車在兩只固定的鐘之間運(yùn)行的圖，闡述了只要光速不變，時(shí)間就必然與參照系的速度有關(guān)的相對(duì)論觀念。

總之，無論是從事生產(chǎn)還是研發(fā)，一個(gè)工程師要把主要精力用在解決實(shí)際問題上。公司在解決問題中前進(jìn)，工程師在解決問題中體現(xiàn)自身價(jià)值，增加自身價(jià)值。與此相應(yīng)，物理教育的重點(diǎn)，是培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)，去不斷解決哪怕是很小的實(shí)際問題，在質(zhì)疑與沖突中學(xué)習(xí)，建立有感覺的知識(shí)體系。 （待續(xù)）

（欄目編輯 廖伯琴）