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美国研究型大学及其基础研究

来源:清华大学教育研究  日期:2009-10-21

    基础研究是指以认识自然现象、探索自然规律为目的,重点研究现象的内在机制,目前或近期还不能直接获得经济效益的科学研究。其特点是对所研究的对象,提出新的或系统的规律性认识。据有关统计资料,现代科学技术的成果约有90%来自于基础科学研究,因此,基础研究是科学技术发展的重要支撑。作为一个科技发展大国,美国的基础研究主要由研究型大学来承担,并取得了丰硕的成果。笔者认为,对于急欲建立世界一流研究型大学,并发展壮大本国科技力量的中国而言,这是一个值得关注和思考的现象。
  本文将以美国研究型大学为研究对象,揭示基础研究在其中的兴起和发展历程。在此我们选择卡内基分类方式对研究型大学进行概念界定。2000年的《卡内基高等教育机构分类》将美国研究型大学分为两类,其中:(1)广博型授予博士学位的/研究型大学:广泛的提供学士、硕士和博士课程;每年至少在15个学科领域授予50个以上博士学位;每年接受联邦4000万美元以上的经费资助。(2)集中型授予博士学位的/研究型大学:广泛的提供学士、硕士和博士课程;每年至少在3个学科领域授予10博士学位;或总共授予30个以上的博士学位;每年接受联邦1500—4000万美元经费资助。
  在考察基础研究在美国研究型大学中的发展历程的基础上,本文发现:美国研究型大学是基础研究的主要载体这一事实主要归因于二者之间相辅相成、互为促进的发展关系。对此,下文将展开详细地论述。
  
一、基础研究在美国研究型大学中的兴起
  二战前,美国联邦政府的研究基金主要支持农业发展、国家防卫和自然资源开发等方面的研究,一般由联邦政府雇佣研究人员在小型的联邦试验室和实验站进行。当时的大学,既没有参与国家的研究项目,也缺乏联邦政府的研究基金支持。
  二战爆发后,研究型大学立即加入到战时的军事科学研究中,确保了雷达和原子弹及时、高质量的研制成功。这为结束并赢得这场战争做出了重要贡献。
  雷达研制在美国,雷达的雏形耗费了海军研究实验室8年的时间(1930—1939)才研制成功,探测距离仅为短短数公里。而1940年英国的“磁铁式雷达”的功能则比之超前了两年。由此,国防研究委员会才给予雷达项目紧急的研究优先许可,并最终将雷达研究实验室(辐射试验室)定在麻省理工学院。值得注意的是,政府做出这个明智的决定是因为:在当时的美国高等教育系统中,没有哪一所大学比麻省理工学院在基础学科与工程应用学科之间的联系方面做得更好。实验室成立最初,就有36个35—45岁的年轻物理学家集结在雷达的周围。
  原子弹研制比起雷达,原子弹研制的时间更短(1942.1~1945.7),整个研制过程都凸显了研究型大学的科研力量。相形之下,政府则比较多地发挥了协调的作用。
  首先,关于原子弹的最早研究——链式反应研究是由民间科学家在自己所在的研究领域进行的自我探索,如费米在哥伦比亚大学所做的研究,但当时官方并未给予关注和支持。其次,是民间科学家爱因斯坦借助自己的科学声望来引起政府对原子弹反应的军事利用的注意。第三,是芝加哥大学的亚瑟?康普顿教授所负责的委员会对其可行性进行调查。最后,与雷达的研制一样,原子弹研究的核心基地设在研究型大学中(加利福尼亚大学伯克莱分校、哥伦比亚大学、芝加哥大学),并由杰出的大学科学家领导。
  总而言之,在整个曼哈顿计划中,研究型大学扮演了研究主力的角色,原子弹研制的成功是多所研究型大学共同参与的结果——许多大学为上述三所大学的主要研究工作提供了大量的辅助实验数据。
  由此可见,在加快战争结束方面,研究型大学确实发挥了不可替代的作用。对美国政府来说,研究型大学为增强美国的国防力量,提高美国在世界的政治、军事、科学地位尽了最大的努力;而对研究型大学而言,二战加速了其自身的发展,加速了其科研(尤其是基础研究)能力的提高。由于研究型大学在二战的“大科学”研究中所发挥的作用,联邦政府参与了对研究型大学科研的资助,并发展成为最大的资助者,这种情况一直延续至今。从这个意义上来说,“二战”是基础研究在美国研究型大学中发展的起源。
  二、基础研究在美国研究型大学中的发展
  二战结束后,美国政府意识到借助大学的科研力量改善军事系统的研究与开发基础的重要性,开始更多地关注研究型大学,更多地关注研究型大学的科学研究。正如万尼瓦尔?布什所说的:“以前,科学被放在两翼。但科学寄托了我们对将来的希望,它应该被推到舞台的中心。”
  1945年,万尼瓦尔?布什向美国总统提交了一份题为《科学:无止境的疆界》的报告,系统阐述了战后美国应采取的科学政策。该报告指出:如果给基础研究以重要的支持,美国的社会繁荣、人民健康、国家安全就会成为可能。这份报告还特别提出,联邦政府要给大学提供资金,以便它们不断地产生新知识,培养出大量的科学和工程人才。1960年的《西伯格报告》则进一步指出:基础研究和研究生教育是美国科学发展的关键与核心,加强基础研究和研究生教育是联邦政府的重要责任。两份报告都试图引起联邦政府对在大学内进行基础研究的关注,并建议政府为大学进行基础研究创造一个良好的环境。在这两份报告的推动作用下,二战时建立的联邦政府与研究型大学的伙伴关系在战后继续得到发展。
  1950年,杜鲁门总统签发了《国家科学基金会法案》,成立了旨在专门资助基础研究的国家科学基金会。此后,美国的科研经费剧增,1957—1967年间,大学科研经费每年增加17%,基础研究每年增加20.3%。而从1953年至1973年,在政府的科研经费中,基础研究所占的比例从9%提高到15%。
表1  美国研究型大学基础研究的投入与开支
                       1953年    1995年
本身投入占R&D总开支之比            43%     87.2%
外来投入占R&D总开支之比                   65.1%
大学内联邦试验室开支占政府对其投入之比            100%
开支总数占全国基础研究开支之比         25%      59.2%

(资料来源:沈红,美国研究型大学形成与发展[M],武汉:华中理工大学出版社,1996.6)

  由于在美国的研究与开发任务执行体系中,政府和工业界的研究机构都明确强调应用性目的,私人非赢利机构本身的研究力量又极为有限。而且,与其它国家不同,美国国家科学院系统不具实质性的科研功能,只是一个提供咨询、协调、鉴定的服务机构。故而,研究型大学责无旁贷地进行着全国主要的基础研究工作,在培养科技人才和推动基础研究方向上发挥着重要作用。
  由上述数据来看,战后40年,基础研究在美国研究型大学中有了极大的发展。大学执行着全国基础研究任务总数的60%左右;战后,美国各界将几乎所有的基础研究交付给研究型大学,而大学也将基础研究作为自身研究与开发的重点。
  如上所述,就所得的基础研究经费和承担的任务来说,战后基础研究一直集中在研究型大学中进行,研究型大学俨然成为美国科学研究组织结构的“引力中心”。
  三、互相促进的良性循环
  虽然基础研究在研究型大学中的兴盛与其所处的客观历史环境不无关系,但更多的还是归因于二者间互相促进的良性循环。讨论研究型大学与基础研究之间相互促进的关系,就是要弄清如下两个问题:为什么研究型大学的发展需要基础研究?为什么研究型大学适于承担基础研究?
  1.研究型大学的发展需要基础研究
  (1)基础研究有利于探索型人才的培养
  世界著名的研究型大学之所以能在国际上享有很高的声誉,就在于它能培养出一批社会公认的优秀探索型人才。而基础研究在培养学生智能、创新思维能力和探索奉献精神等方面具有很强的育人功能,它通过两方面对人才的培养发挥作用。首先,基础研究提高了教师水平,从而间接提高了教育质量;其次,更直接的影响是大量的基础科研活动有利于高层次人才的培养。
  美国主要的研究型大学都比较重视让研究生参加科研工作,以此来培养和提高学生的实际能力、巩固其所学的基础知识以及对科学研究的兴趣。在科研工作中,他们有机会接触和学习使用新的仪器设备,锻炼写作研究报告或论文,有机会向学术带头人和优秀科研专家学习,这种环境非常有利于研究生的成长。正是通过紧密参与大学的科学研究,研究生们培养了开放的思维方式和好奇心,他们能将最新的知识转变为创新的产品。
  简言之,学生在课程学习中参与科学研究,获得的是“运用基本原理进行思考的能力,而这种能力培养可以产生创新的种子”,这正是探索型人才所必须的。
  (2)基础研究为大学吸引大量的社会投资
  对研究型大学的界定,卡内基分类明确地以每年所获的联邦政府经费支持为标准之一,研究经费对研究型大学的重要性由此可窥一斑而见全豹。
  在“多元化巨型大学”的时代,美国研究型大学的办学经费数目之大是惊人的。一方面,由于研究型大学以教学和研究为主要目的,因此它所收取的学费就必须分成两部分,分别用于教学和科研。但正如《西伯格报告》中指出的:“大学自身缺乏支持科学的手段”,它无法提供自己所需要的全部研究经费,靠学费收人维持学校运转的传统已一去不复返。另一方面,虽然意识到基础研究对国防和工业发展的重要性,但是由于自身强调研究的应用性目的和研究力量的薄弱,再加上研究型大学拥有优秀的研究人员和先进的研究设备,政府、工业界和私人非赢利机构不得不依靠大学从事他们所需的基础研究。
  因此,大量的研究经费从国家和社会流向了研究型大学。由2000年统计数据可知,大学的基础研究经费占全国基础研究经费的43%,基础研究加应用研究占全国研究经费的12%。但要注意的是,国家和社会在对大学投放科研资助时,无一例外地遵循“杰出者优先”的原则,只有最具创造力的科学家和最有学术实力的机构才更容易获得资助。一所大学表现出的基础研究能力越优秀,所可能获得的研究经费就越多。举个例子,据美国国家科学基金会1994年公布的获科研经费排在前100名的高校名单统计,这100所高校占全国高校总科研经费的60%,前20名都在1亿美元以上,有7所大学科研经费在2亿美元以上,约翰?霍普金斯大学科研经费则超过6亿美元。而且,1999年,排名前十位的美国研究型大学联邦科研经费合计为35亿美元,占总数的22%,前一百名则达到130亿美元,占总数的81%。反过来,相对充足的科研经费使得研究型大学能够拥有第一流的学者、最先进的设置、最优秀的研究生,这些科研拨款为研究型大学的发展提供了动力。
  总之,从经费的角度来讲,大学的运转已离不开其科研活动(尤其是基础研究)。庞大的研究开发经费给研究型大学注入了赖以发展的巨大能量,同时也是学校科研实力的最明显标志。
  (3)基础研究有利于提高研究型大学的社会地位和学术声望
  实际上,多数人对大学的具体情况并不完全了解。国家和社会对大学的投资遵循“杰出者优先”的原则;学生选择大学就读、学者选择大学工作往往是看一所大学是否有足够的知名度,借以判断它对自己未来的发展是否有所助益。美国著名高等教育专家伯顿?克拉克曾十分形象地指出:“在院校市场中,各院校是自愿根据声望的基础而不是货币交换的基础进行竞争、合作和仿效的。”而在提高研究型大学的社会地位和学术声望方面,基础研究居功奇伟。
  二战期间,由于美国一些研究型大学(如哈佛、MIT等)在战时科研的突出贡献直接影响了战争的进程甚至结局,故而其学术声望也随着战争的结束大大地提高了。现在它们已成为美国最顶尖的大学,在世界上也几可说是家喻户晓。
  1901—2001年,世界研究型大学前十名获诺贝尔奖的比例占获奖比例的39%,前一百名则占到了94%。为什么研究型大学会成为诺贝尔奖的得奖大户?一些美国科学家认为,是各国投入巨资用于基础研究造就了这一现象。美国物理研究所的舍韦教授说,美国政府全力支持并向各科研单位投入巨资用于基础科学的研究工作。在2001年度财政预算草案中,联邦研究和开发经费高达853亿美元,其中约50%用于基础研究。
  与此同时,研究型大学的科研成果还转化为应用技术,支持了国家和地方的经济建设,有效地实现了它的社会服务功能。
  上述种种都为研究型大学带来了崇高的学术声望和社会地位。研究型大学正是依靠自身的学术声望和社会地位吸引了绝大多数的科研经费、更好的生源和更具学术水平的学者,成为国家基础科研的基地,从而更加有力地巩固了它们在高等教育体系中的领导地位。
  2.研究型大学适于承担基础研究
  (1)基础研究自身的特质与研究型大学相符
  基础研究的特点是:不考虑实用目的,着重于研究客观世界的规律,着重于发现新的事实和现象,提出新理论。它有很强的探索性和理论性,研究周期也较长,何时能获得科研成果以及科研成果有什么实际应用具有不确定性,也许研究的结果是否定的,但也可能展现出卓有成效的新研究途径。
  故而这类科研要求较大的多样性和灵活性,需要有良好的学术交流以及较长的时间许可,这对与商业发展密切相关的工业界和私人机构来说是不太可能的。而研究型大学是一个探索型人才培养的中心,教师的素质、知识和能力很适合进行基础研究。而大学的研究生,尤其是博士生为了能够达到学位论文所必需的学术水平和能力培养的要求,在导师的指导下,成为大学基础研究的重要力量。而且,在大学的教学、科研和服务的传统下,大学教师一般都承担着一定的教学工作量,可在适当长的时间内从事科学研究,能够接受研究过程中的多次失败。在研究型大学中,在学术自由的前提下,科学家们还可以在一个相当自由的、免除传统偏见的、没有或很少商业需求的环境中工作,而这一环境本身便特别符合基础研究的特点——新的科学发现和研究成果的不确定性。
  简言之,研究型大学的教学和科研多数具有很强的探索性和理论性,恰恰能为基础研究提供它所需要的场所和环境。
  (2)研究型大学是实验室和研究设备聚集的中心
  二战时期,为了研制军事武器,联邦政府在美国研究型大学中建立了许多研究实验室。例如,建于MIT的辐射试验室、加利福尼亚大学伯克莱分校的劳伦斯实验室、芝加哥的冶金实验室等。虽然辐射试验室后来被解散,但它的理论部被MIT改编成电子研究实验室,它继承了辐射试验室的仪器和设备,并从军方那里得到每年60万美元的活动经费,以存活并发展下去。
  二战结束后,不但这些实验室大多依然存在于研究型大学中,而且联邦政府还在研究型大学中新建了许多联邦试验室。现在,美国有18个由大学代为管理的,需要政府常年拨款的国家实验室,它们与政府依然有许多研究合同的联系。如:MIT接受海军研究办公室的资助,成立了“核科学及工程实验室”,开设了美国第一个核反应堆设计和控制课程,并于1948年开始研制核动力潜艇;由加州理工学院代管的“喷气推动实验室”每年可获得国家给18个国家实验室拨款总额(30多亿美元)的30%,它在美国导弹和航天发展史上起了“空前”重要的作用。
  正是这些实验室及其先进的实验设备,使得研究型大学进行基础研究有了充足的物质保障。
  (3)研究型大学有良好深厚的基础研究的学术积淀
  几乎所有的研究,都是由人来进行的;无数新思想、新理念的火花,都产生于人的大脑。在这一方面,研究型大学具备了基础研究的必要条件——人才的聚集。在美国的研究型大学中,人才集聚的现象十分普遍,这里所指的人才包括研究型大学的教师和学生。
  哈佛大学的第23任校长柯南特认为:“大学的荣誉不在于它的校舍和人数,而在于它一代又一代的教师质量。”早在二战时期,许多欧洲杰出的科学家就由于种种原因聚集到美国研究型大学中,大大加强了大学的基础研究队伍,他们为美国的科学发展做出了重大的贡献,如我们熟知的“相对论之父”爱因斯坦、“原子弹之父”费米等。时至今日,美国研究型大学在聚集人才方面更是不遗余力。据1981年统计,美国高等学校中从事基础研究的人有3.79万,占全国同类研究人员5.53万的69%。仅以加州理工学院为例,截至2005年2月,其校友或教授共有30人获诺贝尔奖,47人获国家科学奖章,10人获国家技术奖章;现任教授中有67名美国科学院院士,30名国家工程学院院士,77名美国文理学院院士。
  同时,研究型大学还是探索型人才的培养中心。在培养过程中,学生极有可能参与到导师主持的基础研究中去;而毕业后,学生又可能成为某一项研究的学术带头人。如著名的诺贝尔物理学奖得主亚瑟?康普顿是普林斯顿大学物理系的博士毕业生;实验物理学家吴健雄毕业于加州大学物理系,后在哥伦比亚大学从事原子弹辐射检测的研究。
  人才聚集的研究型大学对世界产生了重大的影响,据统计,迄今为止足以影响人类生活方式的重大科研成果有70%诞生于世界一流的研究型大学,由此可见它们对于人类社会的非凡价值。而美国的一些顶尖研究型大学作为世界一流大学的主力军,其影响和作用更是不言而喻,它们是美国综合国力强盛的一个重要标志。
  在美国,没有任何一个科研机构的历史比研究型大学的历史更长,在漫长的发展过程中,研究型大学积累了从事基础研究的一切充分和必要条件——人员、设备、资金和学术声望等。它们拥有大量杰出的学者,其中包括许多科学界最权威的诺贝尔奖获得者,这些一流的人力资源再配合其它优越的科研条件,往往能在基础研究领域做出重大发现。最重要的是,在上述条件不断变化的过程中,学者们的思想成果停留在研究型大学中,形成了研究型大学良好而深厚的基础研究的学术积淀。研究型大学众多的基础科研成果,正是从这积淀中得以诞生。
  二战后,美国联邦政府和社会各界达成如下共识:继续提高对基础研究的投资将促进长远的经济增长,提高人民生活水平以及国家的防御能力。战后国家科学基金会主席菲利普?汉德勒曾说:“我所关心的是我们不要猛烈的追求直接的研究,以致损害了我们在基础研究方面的努力。基础研究是一只下金蛋的鹅!”
  综上所述,50年代以来,美国政府把研究型大学的基础研究与保持美国的霸权地位紧密联系起来。借助于基础研究这一桥梁,政府与高校之间形成了一个正向循环的互动体。政府投资促进高校的发展——取得基础研究的重大成果;而发展了的高校,因充分表明了投资的有效性,引来联邦政府持续的投资。在特定的历史条件下,在基础研究和高等教育的实践中,研究型大学既服务于社会、服务于科技的进步,又壮大和发展了自身。农村教育体制的改革和创新。与此同时,要多方筹集资金,成立“促进农村义务教育基金会”,对贫困农民家庭子女进行资助、减免学费。在兼顾公平的同时,要优化教育资源的配置,提升农村办学的效率。


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