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北大理科百年辉煌
● 张兴明
提起北大,人们自然而然就会想起"兼容并包、思想自由"的精神,想起红楼,想起五四新文化运动,从而也会想起陈独秀、李大钊、毛泽东、胡适、鲁迅等一大批曾经叱咤风云的人物。确实,在国人心中,北大好像是一所人文气息更加浓厚的大学。这也许和近现代中国的历史使命紧密相关,在救亡压倒启蒙的日子里,救亡英雄的呼声总是久久回荡在人们心中。在风云激荡的近现代中国,与"民主"相比,"科学"只是汪洋中的一叶方舟,北大理科也只是一股湮没在救亡呼声和血雨腥风中的潜流。然而,正是这股默默前行的潜流伴随着北大度过百年沧桑,在历经千沟百壑后终于汇成滔滔大江,与文科一起铸就了"民主与科学"的北大精神。
一、筚路蓝缕 以启山林
北大理科渊远流长。北大理科的历史应该追溯到比北大前身-京师大学堂更早的京师同文馆。
1862年,同文馆创立。1868年,在清朝开明派的坚持下,同文馆设立算学馆和天文馆,成为中国历史上第一所系统地教育自然科学的学校。中国的理科教育在列强的枪炮声中蹒跚起步,承载着清朝开明派富国强兵的希望。
算学馆的首任算学教习李善兰是清末最著名的数学家,他在数学、物理、天文、生物等领域都取得可观的成就,李善兰的著作如《方圆阐幽》、《孤矢启秘》、《对数探源》等在当时影响极大。同文馆聘请了许多外国教习,在向中国传播外国科学知识方面,他们功不可没。同文馆总教习丁煨良编写了《格物入门》、《格物测算》;天文教习海灵顿等编写《中西合历》;总教习欧礼斐编写《电理测微》、《孤三角阐微》;化学教习毕利干翻译了《化学指南》、《化学阐源》。可以说,同文馆为中国理科教育很好地完成了准备工作。此后,同文馆陆续增设化学、物理以及医学生理等课程。1876年,同文馆还建成中国最早的化学实验室。
1902年,清政府下令将同文馆并入京师大学堂,而此时京师大学堂已成立4年。
即使不算同文馆,北大也是我国最早设立数学、物理、化学、地质等系的高校。
如果查看京师大学堂的学制就会发现,当时的理科叫格致科。京师大学堂理科门类齐全,1902年颁布的《钦定大学堂章程》详细列举了大学分科的科目,格致科包含天文、地质、高等算学、化学、物理、动植物学等六类,这和现代理科的分科没有多少差别。同年,京师大学堂师范馆设数学物理部,这是我国数理高等教育的开端。
在京师大学堂理科所在地北大红楼二院的日咎上刻着这么一段文字:"仰以观于天文,俯以察于地理,远取诸物,近取诸身",这确实能够显现北大人发展理科的恢弘气势。就在"师夷长技以制夷"的理想中,北大理科承载着国人的希望迈出了关键的第一步。
二、名声鹊起 群贤毕聚
1917年1月的一天,北京大学大门敞开,戴着金丝眼镜,身着长袍马褂的前清翰林蔡元培一脚踏进了北京大学,从此开始了他对中国最高学府长达11年的精心营造。
和他的前任校长相比,蔡元培无疑是一个新、旧时代的复合体。他是封建王朝的革命者,在天朝帝国的梦幻行将破灭之际,他对西方社会的先进的科学知识的见闻和认识要比同辈高出许多。从这一点来看,他的兼容并包思想里必定蕴涵着对理科的无限关注。北大理科也正是在蔡元培的手中茁壮成长。
在蔡元培先生亲自为北大设计的校旗里,据说最上面的一道颜色代表科学,仅此一点就足以表明当时科学在他心中的地位。
蔡元培校长首先改革北大学科设置,扩充文科和理科,停办工科。在他的蓝图里,北京大学应该是以文、理科为主的大学。1918年,北大还成立了理科研究所。这是我国高校成立研究所之始。
蔡元培校长整顿教务,为了提高教学质量,他在北大实行专任教师制,他还辞退了一批不合格的教员。他广聘名流,由陈独秀出任北大文科学长,理科学长则由当时赫赫有名的夏元傈担任。夏元傈是中国第一位介绍爱因斯坦相对论的人。蔡元培在北大建立的宽松的学术环境名扬四海,在他的安排下,一批大师级的科学家纷至沓来,如李四光、冯祖荀、颜任光、何育杰、丁文江、孙云铸、翁文灏及外籍教师葛利普(A.G.Grabau)等。在这些教授中,最有名恐怕当数李四光。1920年,李四光来北大任教,他是中国地质学的奠基人,其卓越的成就在今日之中国家喻户晓。1930年,他担任北大地质系系主任,在他的带领下,地质系突飞猛进,在国内高校中长期一枝独秀。
这一时期,北大理科各系的课程质量大幅提高,各系都建立了非常完整的课程体系。数学系开设了微积分、数论、立体解析几何、群论、微分方程式、形化及曲线几何学和数学史等29门课程。物理系的课程分为初级物理、普通物理和专门物理三个层次,分别为不同年级的同学上。各个层次的课程非常完备。化学系开设了普通化学、有机化学、定性分析、定量分析、有机化学实验、高等分析化学、应用化学和冶金化学等30多门课程。生物系开设的课程含盖各个专业,地质系的课程则达到了70多门。此外,北大理科各系的交叉教学和科研也比较深入。各个系都为其他系开设了选修课程,开设了如生物化学、高等物理化学等跨学科的课程。
北大大力改善理科各系的实验设备,加强培养学生动手实验操作的能力。1918年,蔡元培聘请著名的植物学家钟观光担任生物系预科教授,担负采集我国植物标本的工作。他先后深入广东、福建、云南、广西、安徽、江西等全国各地调查我国植物分布情况,历时5年之久。他搜集和整理了许多珍贵植物标本,积累了大量资料,对我国早期植物分类学的发展做出了巨大贡献。1924年,北大创建了全国第一个植物标本室。到1927年,北大生物系整理出标本8000多种,为我国生物学教学和科研提供了很好的条件;经过李四光的多年努力,北大地质系建立了矿物学、古生物学、矿物岩石光学等专业实验室,开辟了地质陈列室和研究室,还设立了地质学教室、古生物学教室和选矿实习室;北大物理系在颜任光的带领下,逐步成为国内同类专业中设备最齐全的系,有普通物理和专门物理实验室5所,光学实验室3所,电振动实验室、应用电学实验室和放射物X光线实验室各1所,以及研究室、仪器房和物理特备教室等。物理系的学生实验课逐步充实,学生每星期都做一次实验,其中初级物理实验62个,普通物理实验69个,而专门物理实验由本科三、四年纪学生做,每星期做两次,学生还可以在教授指导下自做实验,进行专题研究。
蔡元培校长为北大理科这条大船扯满了风帆。蔡元培离开北大之后,1930年,继任校长蒋梦麟成为这条船的舵手,并且一直干到1945年。
今天看来,蒋梦麟校长的远见一点不比蔡元培逊色。北大这时实行了学院制,设立文、理、法三个学院。蒋校长亲自担任文学院长,而理学院院长则由著名的皮革专家刘树杞担任。
蒋梦麟对理科教师队伍进行彻底整顿,在实行教授专任制度的同时全部重新聘请教授。工夫不负有心人,北大网罗到一大批有名的专家和学者。蜚声国际数学界的大师、原哈佛大学数学系主任奥斯古德(W. F. Osgood)于1934年来到北大,即受聘北大数学系教授;哈佛大学博士江泽涵,1935年开始任北大数学系主任,他是我国拓扑学的先驱;1933年,我国近代物理学奠基人之一饶毓泰开始任北大物理系主任,1936年起又兼任理学院院长;1934年,我国最卓越的物理学家吴大猷担任北大物理系教授,而从他的弟子中先后走出了郭永怀、马大猷、朱光亚、杨振宁、李政道等一大批中国最优秀的物理学家;曾昭抡是麻省理工学院博士,是我国近代教育的改革者和化学研究的开拓者,1931年北大聘请他为化学系教授、系主任;张景钺,我国植物形态学和植物系统学的开拓者,1932年开始任北大生物系主任;而在北大地质系,最早预见大庆油田的科学家谢家荣1935年起任系主任……
可以说,北大的师资力量代表了这一时期中国的最高水平。
同时,北大教学硬件的建设成就卓著,新修的图书馆、地质学馆等为师生提供了良好的科研环境。到1935年,北大已建成实验室40多个,实验仪器6716件,标本15788种,药品及实习用具3100多件,在当时被称为"全国高校之冠"。
三、坚忍卓绝 厚积薄发
如果把1937年以前的北大理科比作一枝含苞待放的迎春花的话,那么抗战期间的北大理科就是一棵历经战火的青松。
1937年,当日军把战火烧到华北时,北京大学不得不南迁,最终和清华大学、南开大学在云南昆明成立了西南联合大学。
在日军的隆隆炮声中,西南联大的师生可能很难想到在他们中间将会产生未来的诺贝尔奖获得者,诞生许多共和国的"两弹"元勋。正是在这里,李政道、杨振宁、邓稼先、朱光亚、黄昆、钱伟长、郭永怀、唐敖庆、邹承鲁等人与他们的导师们一起默默耕耘。他们中的许多人将成为未来之中国乃至于世界最卓越的科学家,将在各自研究的领域里引领潮流。在极端艰苦的环境下,在"刚毅坚卓"的校训的激励下,联大师生一边抗日一边埋头苦学。
西南联大理学院由算学、物理学、化学、生物学和地质地理气象学等5个系组成。理学院汇集了当时国内的顶尖学者,可谓人才济济,教授阵容绝对全国第一,其中不少是我国各有关学科的开山鼻祖。算学系教授有江泽涵、姜立夫、程毓淮、杨武之、陈省身、华罗庚等,物理学系的教授有饶毓泰、郑华炽、吴大猷、叶企孙、吴有训、周培源、王竹溪等,化学系的教授有曾昭抡、孙承谔、朱汝华、高崇熙、黄子卿、张青莲、杨石先、邱宗岳等,生物学系的教授有张景钺、沈嘉瑞、李继侗等,地质地理气象学系的教授有孙云铸、王烈、袁复礼、冯景兰、李宪之、王恒升等。他们中的任何一位都足以在各自的领域里称霸一方。
联大的教授大多数都曾经留学欧美,获得过国际一流大学的学位。不仅这些前辈大师,联大还吸引了不少在国外学业有成的年轻教授,他们在国外时就从事各前沿学科的学术研究,他们的到来,无疑为联大的教学和科研带来了勃勃生机。借助这种优势,联大的教学水平不仅国内一流,而且已经十分接近国际水平。联大学生直接使用国际最新的外文教材,联大还开设了许多直接反映科学新发展的课程。华罗庚的解析数论、连续群论,陈省身的网罗几何、黎曼几何等,反映了当时国际学术界的新成果;江泽涵从事拓扑学研究,这一研究当时在国外都是全新领域,引起了全校师生浓厚兴趣;华罗庚和程毓淮讲授的近世数学的内容也非常新颖。不仅如此,联大还提高了以往理科课程的质量,例如高等理论化学课分作了量子力学、统计力学和应用力学等三门课。
诺贝尔奖获得者扬振宁回忆联大的学习时深情地说:"西南联大是中国最好的大学之一,我在那里受到了良好的本科教育,也是在那里受到了同样良好的研究生教育。。。课程都非常有系统,而且都有充分准备,内容都极深入。直到今天我还保存着当年听王(竹溪)先生讲授量子力学时的笔记,它对我仍是有用的参考资料。我在物理学里的爱憎主要是在该大学度过的6年时间里培养起来的。"扬振宁在联大的硕士论文是吴大猷指导的,他说:"我学到了群论的美妙和它在物理中的深入。对我后来的工作有决定性的影响。这个领域叫对称性原理。"而扬振宁正是由于提出弱作用下宇称不守恒的理论而与李政道获得1957年诺贝尔奖。
由于战事影响,三校的实验仪器或者无法长途运送,或损失严重,因此联大理科的实验设备相对缺乏。但联大还是多方筹集经费,从国外购买了少量仪器,或者自制仪器,基本满足了教学的需要,这在当时已是很不容易。生物学系建设了生理实验室,航空学系还建设了实验设备风洞。无论怎样,联大利用有限的条件,坚持了实验教学的不中断。联大某些系还坚持带领学生进行野外实习,其中最有影响的是由曾昭抡教授率领由10人组成的"西康科学考察团",他们步行考察了大凉山彝区506华里,对沿途矿产资源进行了普查和核对,并记录了交通情况,为日后我国攀枝花矿区的探矿及开采提供了依据。
教学的同时,联大教师还积极科研,也取得了不少成果,发表学术论文数以百计,有的成果达到了国际先进水平。生物学系沈同教授的有关余甘子(滇橄榄)的维生素C的研究成果,由访问学者英国的李约瑟教授带到英国后,在英国著名的《自然》杂志第152期发表。1944年,美国副总统华莱士访问联大,参观了联大生物学系动物生理实验室,对生物学系评价很高。1941年-1945年教育部举办的五届学术评议活动中,联大教师获得7项自然科学方面的一等奖。
"千秋耻,终当雪,中兴业,需人杰",这是西南联大校歌中的一句歌词。然而正是这句歌词为联大理科做了最好的历史定位。西南联合大学为新中国培养了大批的优秀人才,其中诺贝尔奖获得者2位:李政道和杨振宁,我国"两弹一星"元勋8位,他们是郭永怀、陈芳允、屠守锷、赵九章、杨嘉墀、王希季、邓稼先、朱光亚等。此外,有许多联大师生后来成为我国高校中的支柱,成为我国各条战线上的带头人,有不少荣膺院士称号。在民族危急的关头,正是西南联大维系了中华教育的命脉。
四、 一枝独秀 硕果累累
抗战胜利后,1946年,西南联大三校迁回北方,北大师生也回到了魂牵梦绕的红楼。经过战火的洗礼,采三校之精华,北大理科实力已经今非昔比,迎着朝阳步入了新中国。
1952年,根据国家建设的需要,全国高校实行院系大调整。北大的医、工、农学院及其他部分学科独立成为高等学校,或并入其他学校与科学院系统。而清华大学、燕京大学的文、理科主体部分及其他高校的相关系科并入北京大学,从此,北大成为了一所侧重文、理科的综合性大学。具有戏剧性的是,当时从北大独立出去的医学院,后来发展成为北京医科大学,在进入二十一世纪时,北医重新并入北大,完成了一次历史循环。
新北大的理科更是名师荟萃,专业的设置也更加细致完善。可以说,经过重组的北大理科从设施到师资在国内都无出其右者。北大理科的师生们不负国家重托,责无旁贷地担当新中国科教兴国的排头兵。
1955年,为了尽快建立我国的核工业体系,北大建立了全国第一个原子能人才培养基地--物理研究室(北大技术物理系的前身)。1959年初,物理研究室改为原子能系,1960年又改为技术物理系。北大技术物理系的建立、发展和演变都与我国原子能事业的发展休戚相关,为我国核科学技术事业的发展培养了大批高水平专业人才,作出了不可磨灭的贡献。
1956年,国家根据科学发展规划需要,集中北京大学等校师生到北大物理系,在黄昆、谢希德教授的主持下,创办了我国第一个半导体专业,培养了我国新兴半导体事业的第一批骨干,为我国信息科学技术的发展奠定了人才基础。
在科学研究方面,北大理科充分发挥了自己的天然优势,在国际新学科和重要学科研究的前沿领域取得重大进展。
1965年,北大与中国科学院合作,在世界上第一次人工合成了牛胰岛素。1973年,北大在国内首次研制成功百万次电子计算机。1988年,北大数学系廖山涛教授关于微分动力系统的研究荣获国家自然科学一等奖。另外,北大在湍流理论、层子模型理论等重要领域都取得了国际性的突破。
九十年代以来,随着国家对教育、科技投入的增加,北大理科取得了更大的发展。1991年,北大化学系、物理系在国内首先研制出碳60、碳70,进入国际先进行列;同年,化学与分子工程学院测定的锢原子量被接受为原子量国际标准,这也是我国科技史上的第一次。随后,他们测定的锑、铕、铈原子量也被接受为国际标准;1992年,技术物理系等单位研制的加速器质谱仪建成并投入应用,不仅在地球科学与考古方面取得了重要成果,在生命科学与环境科学上也有广泛应用;1996年,中国第一个磁光阱诞生于北大,标志着我国迈入了激光冷却获得超冷气体原子这一世界尖端的科学领域;2000年,夏商周断代工程通过验收,入选"中国十大科技新闻",北大以其文理兼备的优势起到起了重要作用;同时,北京大学的亚纳米碳管稳定性研究和国家空间信息基础设施关键技术研究双双入选2000年"高校十大科技进展",北大是唯一一所有两项成果入选的学校。
在应用研究和科技成果转化方面,北大理科也取得了累累硕果,充分显示了自身的实力。1993年,区域光纤通信网与新型通信系统国家重点实验室研制成功12路波分复用光纤通信实验系统,在此基础上,他们又研制出了我国第一套可供现场实验和工程使用的,传输容量最大的无中继波分复用系统;视觉与听觉信息处理国家重点实验室的石青云教授成功研制出指纹识别系统,其性能超过了国外的同类产品;在王选教授的领导下,北大计算机研究所研制出了第四代汉字激光照排系统,实现了人类历史上印刷术的第三次革命,使印刷从此告别铅和火的时代,步入了光和电的时代。
北大理科的新发现、新成果源源不断,北大理科在国内外取得的“第一”层出不穷,北大理科的名气在世界科学界越来越大,北大的科学家们也频频出现在国际领奖台上。1991年,号称"小诺贝尔奖"的联合国教科文组织贾乌德·侯赛因青年科学家奖被北大年轻的学者陈章良教授捧走;1995年,王选教授荣获联合国教科文组织科学奖。
五、抢占前沿,奔向未来
二十一世纪是纳米技术、生物工程、超导技术和IT产业的时代,伴随着风起云涌的世界科技的进军,北大理科已经瞄准了时代的最前沿。
北大纳米科技中心发挥北大多学科综合的优势,在超高密度信息存储材料、纳米器件的组装和自组装、纳米结构的加工、短单壁碳纳米管的结构和电子学特性研究等方面都取得了可喜的成果。特别是中心长江学者彭练矛研究组发现了0.33nm级别的单壁碳纳米管,突破了日本科学家所给出的0.42nm的理论极限,并从理论上论证了其稳定性;新型有机信息存储材料信号写入读出点达到1.3nm(国际上其它实验室的最好水平为10nm),达到国际先进水平;纳米化学研究室在国际上则率先开辟出针尖化学的新领域。
北大生命科学院与医学部强强联手、珠联璧合,实力更加雄厚,在生物信息技术、植物基因工程、干细胞研究、后基因组时代的蛋白质组学研究、免疫治疗等国际前沿领域都取得了重大突破。
在超导研究方面,北大是国内最早从事超导研究的国内科研单位之一,北大物理学院甘子钊院士担任了国家超导技术专家委员会第一首席科学家的重任,北大还与中科院联合组建了北京射频超导中心,在超导研究方面发挥领头雁的作用。
具有自主知识产权的微处理器是我国信息产业掌握发展主动权和实现跨越式发展的基石。北大计算机系程旭教授领导的科研小组成功研制出了我国首个16位和32位嵌入式微处理器,被誉为第一颗“中国芯”,结束了中国信息产业无“芯”的历史。
电子学系在国防科技卫星应用的重点项目中做出重大贡献,成功地完成“USAA卫星通讯系统”型号研制任务,该系统是我国第一套独立自主成系统研制的卫星通讯系统,总体技术在国内处于领先水平,达到国际同类产品的先进水平。
计算机系软件平台与软件环境实验室承担的国家攻关项目“青鸟Ⅲ型系统软件”研发成功并达到国际先进水平,为我国软件的工业化生产提供了重要支持。
以生命学院潘文石教授为首的科研组,经过15年艰苦的野外研究,在大熊猫保护生物学领域被国际上公认达到世界先进水平,潘文石教授1999年获得美国J·PGettg奖,这是国际保护生物学的最高奖。
历经百年磨砺,今天的北大理科已经今非昔比。北大发展成为国内高校中设施最完备、师资最雄厚的科研与教学重镇,吸引了国内外各界人士的目光。
北大目前拥有49名中国科学院院士,院士总人数在全国高校中名列榜首。仅2001年北大就新增5位院士,是同年国内新增院士最多的高校。据统计,在2001年新当选的两院院士中还有13人是北大校友。另外,北大的中国工程院院士有8人;9名北大学者荣列第三世界科学院院士之林,北大在该院院士的人数高居国内高校榜首。
“国家重点基础研究发展规划”被称为“973计划”,该计划涉及农业、资源、信息、资源环境、人口与健康等重大科学问题。据统计,我校有13位教授任973项目首席科学家,是国内出任973项目首席科学家人数最多和承担973子项目最多的单位;“长江学者奖励计划”是由教育部和香港李嘉诚基金会共同筹资合作实施的,其宗旨是延揽海内外中青年学界精英参与我国高校建设,带动国家重点建设学科赶超或保持国际先进水平,并培养造就一批具有国际领先水平的学科带头人。至2003年,使我校“长江学者”人数达到58位,位列全国高校之首;国家杰出青年基金是国家设立的专项科学基金,用于资助国内及尚在境外即将回国定居的优秀学者,鼓励他们在国内进行自然科学基础研究和基础应用研究,以加速培养一批进入世界科技前沿的跨世纪优秀学术带头人。至2002年,我校共有70位青年学者获杰出青年基金资助,人数为全国高校最多。
目前,北大理科门类齐全,不但涵盖数学、物理学、化学、生命科学、地球与空间科学、天文学和心理学等基础学科,还在此基础上发展了力学与工程、计算机科学与技术、电子学、信息科学、环境科学等应用学科。
据统计,目前北大共有国家级重点实验室与教育部、卫生部重点实验室30余个,几乎涵盖了所有理科院系。
跨入新世纪,北大理科捷报频传。
2001年,北大教授王选院士和北大校友黄昆院士同获第二届"国家最高科学技术奖",这是我国科技界的最高奖励。王选院士策动了中国印刷术的革命。黄昆院士在固体物理学研究方面做出开拓性的贡献。加上首届国家最高科技奖得主之一、原北大数学系教授吴文俊院士,北大人在已评出的5位国家最高科技奖得主中占了3位。同时,北大共有4项成果被评为国家自然科学二等奖(一等奖空缺),居全国高校之首。在教育部设立的国家教学成果奖评选中,北大继续保持了历年以来的领先优势,共获奖24项,其中含特等奖1项。
在2001年国家重点学科评审中,北京大学共有81个学科入选,比第二名多32个,其中理科有26个,医科16,入选数目在全国高校遥遥领先。
SCI论文收录量是衡量高校科研水平和实力的重要指标,2001年的数据表明,北大SCI论文收录量再创新高,在全国率先打破1100篇的大关,连续多年居高校第一。更值得北大理科人欣慰的是,一批北大中青年学者甚至是北大学生,纷纷在世界上最重要的学术刊物《自然》与《科学》上发表论文。其中李江海教授与方精云教授的科研成果还分别跻身于"中国基础研究十大新闻"与"高校十大科技进展"之列。
党中央和国务院对北大理科的支持也是史无前例的。2000年,北大理科的到校科研经费共达3亿元,比上年整整翻了一番。国家"211工程"和北大创建世界一流大学计划的实施,无疑又为北大理科的发展吹来了一股煦暖的东风。
记得世界最权威的学术刊物《科学》杂志把北京大学评为中国大陆最杰出大学的时候,北大师生一起为之喜悦。然而,素以严峻的反思精神而著称的北大人并未仅仅陶醉于其间,因为他们都深深地知道"路漫漫其修远兮,吾将上下而求索"的道理,在先辈前贤光辉的照耀下,在几万北大优秀学子的号歌声中,满载希望,北大理科-这艘现代航空母舰正驶向浩淼的波涛深处。(张兴明)
文章来源:北大校刊网络版
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