［摘要］在回顾X射线的发现及其早期研究历史基础上，剖析了伦琴的人格特质及其对我国当前大学创新型人才培养的启示。探索并初步提出了以大学课程教学为载体、充分利用科学史资源实施创新教育的途径。
［关键词］X射线发现创新型人才创新教育课程教学
［中图分类号］G640［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）08-0001-04
1895年德国物理学家伦琴（W. C. Rontgen）在研究阴极射线过程中“偶然”发现了X射线。X射线及接踵而来的一系列新发现揭开了现代物理学革命的序幕。1912年劳厄（M. Von Laue）发现晶体对X射线的衍射及随后1913年布拉格父子（W. H. Bragg 和W. L. Bragg）X射线晶体结构测定技术的发展，为X射线晶体学和X射线光谱学奠定了基础。这些开创性工作不仅使物理学中关于物质结构的认识从宏观进入微观、从经典过渡到现代，而且开拓了现代化学、生物医学等，并在上述领域相继产生了数十位与X射线相关的诺贝尔奖获得者。在众多领域密集产生与某一特定主题相关的诺贝尔奖，在诺贝尔奖历史上绝无仅有。可以毫不夸张地说，X射线发现及其研究的历史就是一部绝佳的科技创新史。
X射线的发现及相继的一系列研究不仅对自然科学的发展产生了深远影响，作为科学创新的典范，杰出科学家群体在发现和研究 X射线的过程中所展现的敏锐的创新思维和科学洞察力、高超的实验方法和独特的人格魅力，同样蕴涵着丰富创新教育资源。不仅是我们学习的榜样，也是实施创新教育的绝佳案例。剖析杰出科学家的人格特质，思考和挖掘蕴涵的科学精神和人文精神，并在科学研究和人才培养过程中自觉践行，对我国高校正在大力推进的创新型人才培养具有迫切的现实意义。本文从伦琴对X射线的发现及其早期研究，剖析其作为杰出科学家的人格特质，以期对当前大学创新型人才培养有所启示。
一、X射线发现的科学背景、过程
众所周知，X射线是伦琴发现，而且，对其在医学上的应用（X射线透视、照相、X-CT检查等）也不陌生，甚至是亲身经历。由于现代大多数相关教科书仅直接引用X射线研究的结果，很少提及其发现的背景、过程等，尽管有一些研究论文论及这些主题，但其中蕴含的科学意义及其对后人的启示并不广为人知。
（一）阴极射线―X射线发现的基础
阴极射线是从低压气体放电管阴极发出的电子在电场加速下形成的电子流，是1858年由德国物理学家普吕克（J. Plucker）在利用低压气体放电管（盖斯勒放电管）研究气体放电时发现的。随着真空技术的进步，在盖斯勒放电管基础上相继发展了真空度更高的希托夫管（1869年）和克鲁克斯管（1879年）。在希托夫管基础上改进的克鲁克斯管的真空度可达百万分之一大气压（约0.1Pa）。阴极射线是十九世纪末物理学研究的热点之一，而真空技术的进步，为高真空阴极射线管实验和X射线的发现奠定了基础。从事阴极射线研究的主要科学家有：德国的普吕克（J. Plucker）-希托夫（J. Hittorf）师徒、哥尔德斯坦（E. Goldstein）、赫兹（H.R. Hertz）和勒纳德（P. Lenard）师徒，英国的瓦尔利 （ C．F．Varley）和克鲁克斯（W. Crookes）等。十九世纪后三十年，物理学界对阴极射线本质的争论形成了两种对立的观点，科学家相应分为两大学派。以克鲁克斯为代表的英国科学家认为阴极射线是带负电的“分子流”，因为它可以被电场或磁场偏转。支持者包括汤姆逊（J. J. Thomson）、法国物理学家佩兰（ J. B. Perrin）等。而以赫兹和勒纳德为代表的德国物理学家则认为阴极射线是电磁波，即类似于紫外辐射的“以太的某种表现”。双方争执不下，各自为证实己方观点而开展实验研究。伦琴注意到他们的研究仍有许多问题需要解决，特别是勒纳德的研究结果“射线在较远距离处仍能产生放电效应”，于1894年6月开始研究阴极射线。
（二）X射线发现的过程和早期研究
1895年11月8日晚上，伦琴使用克鲁克斯管重复前人研究阴极射线的过程，为避免克鲁克斯管发光的干扰，用不透光材料遮盖克鲁克斯管，“偶然”发现距阴极射线管约1m处、做其它实验用的涂有荧光物质铂氰化钡的纸板发出的绿色荧光。而阴极射线仅能穿透几cm的空气，伦琴立刻意识到这种导致荧光出现的辐射具有极强穿透能力而不同于所谓的阴极射线，此即他所称谓的“X”辐射。伦琴没有急于发表这一神秘辐射，而是在接下来的近两个月的时间里重复验证并探索该神秘辐射的性质。研究了不同物质对X射线的阻挡能力，发现X射线可以穿透上千页的书籍，却不能穿透很薄的金属板，并成功拍摄了他妻子的手骨照片。1895年12月28日，以短短10页的报告将这一发现公之于众。伦琴发现X射线的消息立即在全球范围引起了轰动，成为包括纽约时报、英国泰晤士报等在内的新闻媒体追踪的热点。一段时期内，新闻记者的追踪、采访使得伦琴无法进入实验室开展研究，不得不离开住所躲避。1896年1月6日，伦琴妻子的手骨X射线照片传到一位外科医生手上，立刻开始了X射线在医疗诊断中的应用。商业公司纷纷希望与伦琴合作注册X射线及相关产品专利，遭到了伦琴的断然拒绝。在接下来的时间里伦琴继续研究X射线的性质，相继发表了3篇研究论文，实现了当时设备所能企及的所有研究结果，以至于后来十几年里，人们对X射线本质的认识无突破性进展。
二、伦琴的完美人格特质
（一）X射线发现的完美性
事实上，在伦琴发现X射线以前，一些科学家已经“看见”过X射线。1876年和1877年克鲁克斯多次发现放在通电的阴极射线管附近的照相底片曝了光，但误认为是底片质量不好，便到厂家退货了事。1880年哥尔德斯坦也发现阴极射线管会发出一种特殊辐射，使管内荧光屏发光，但并未对此追根求源而错失发现X射线良机。1890年两位美国物理学家在阴极射线管附近偶然发现一张奇特的线圈的照片，但他们并没有在意，而是把这世界上第一张、比伦琴拍摄的手骨照片早5年的X射线照片随手扔进了废纸篓。1894年汤姆逊在测量阴极射线速度时，也观察到了X 射线，但他当时“没有工夫”研究这一现象，只在论文中一笔带过。
众多大名鼎鼎、而且一直从事阴极射线研究的物理学家，纷纷与X射线擦肩而过，为何对刚介入该领域研究不久的伦琴“情有独钟”？此发现引起的轰动效应及其在医学领域的迅速应用吸引了世界范围的科学家竞相开展该领域的研究，为何在以后的十几年中，直到1912年劳厄发现晶体对X射线的衍射，人们对X射线本质的认识竟然没有显着进展？深知X射线的科学意义和巨大应用价值的伦琴，为何能放弃一切利益，将发现奉献给全人类？深入剖析伦琴发现在科学研究方面的“完美”之处及其人格特质，对我们正在实施的创新教育有重要启迪。
从科学研究角度看，伦琴发现的完美性主要体现在偶然性、正确性和穷尽性等三个方面。首先，偶然性体现在是伦琴从事阴极射线研究的“意外”收获，而且其快速且持久的影响在医学领域的广泛应用完美体现了以兴趣和探索真理为驱动的基础研究的价值。无法想象在利益驱动的科研立项体制下，某医疗机构向伦琴下达研发医疗器械的任务，会是一种什幺样的结果和情形；其次，正确性方面，研究者对新发现的描述，不少有这样或那样的错误，而伦琴对X射线发现及性质的认识几乎在每个细节都正确；穷尽性，伦琴对X射线的研究穷尽了当时所能达到的认识水平，以至于在此后十几年中，本领域的研究无显着进展。
（二）伦琴的完美人格特质
完美的研究成果是研究主体——科学家本人完美人格的体现。伦琴完美的人格特质主要体现在如下方面。
积极的创新意识，跟踪学科发展动向。从1869年6月以《各种气体的研究》的杰出论文获博士学位开始，伦琴先后在多所大学和气体、晶体的热传导、电磁学、光学多个物理学领域开展研究，其开拓性的研究成果充分显示了他超人的智慧、深邃的学识和独特的构思，在世界范围建立了崇高的实验物理学家的声望。1888年~1893年担任维尔茨堡大学物理研究所所长，1894年50岁的伦琴众望所归担任维尔茨堡大学校长，足以表明其学术上的辉煌。然而，他在承担大学校长繁重管理任务的同时，仍能持续关注物理学研究的热点并将研究方向转向全新领域。对在自己熟悉领域已建立崇高学术声望的伦琴，涉足全新研究领域，充分显示了其开拓创新意识和探索未知世界的勇气。
敏锐的观察力和准确的洞察力。在重复他人阴极射线研究过程中，敏锐的观察到距阴极射线管约1m处、做其他实验用的涂有荧光物质铂氰化钡的纸板发出的荧光，而阴极射线仅能穿透几cm的空气。从几cm和1m距离的差别，他马上意识到可能是阴极射线以外的“新的辐射”导致荧光屏发光。并以此为突破，成就了后来的发现。成分展现了他作为实验物理大师的敏锐观察力和深刻洞察力。
不拘偏见、不囿于传统。其他科学家错失发现X射线的机遇，一个重要原因是他们受制于传统观念或局限于自己关注的问题，纠结于阴极射线本质的争论。伦琴则不同，正如在慕尼黑大学为他举办的庆祝大会上，伦琴曾平静地说：“对科学家来说，最大的快乐是无论对什幺问题，都不能拘泥于偏见，要自由地继续进行研究，对研究者来说，没有比问题得到解答时那样心满意足、无比喜悦的了，无论外界怎样承认或夸奖都比不上它” 。
严谨、求实，追求完美的品格。伦琴意识到自己观察到一种新的辐射后并没有立即公布自己的实验结果，而是在接下来的六个星期内，几乎与世隔绝，独自工作，密集开展了对这种“新的辐射”性质的探索研究。研究了不同物质，书本、木板、橡胶板、不同种类和厚度的金属板等，对新射线的阻挡能力，并拍摄了妻子手骨照片，直到给出“完美无瑕”的结果才公之于众。伦琴在接受新闻记者采访时曾说：“我不是预言家，也不喜欢预言；我继续我的实验研究，我从不发表没有把握的结果”，也充分体现了他“精益求精、追求完美”的科学品格。
锲而不舍，追求卓越，最大限度地穷尽本领域研究，对发现的描述完全正确。伦琴公布发现后，面对引起的迅速、广泛和规模空前的轰动效应，并没有沉浸在激昂的兴奋中，而是以巨大的自制力保持镇静和理智，继续开展X射线性质的研究。伦琴1895年~1897年三篇关于X射线研究的论文，几乎穷尽了本领域当时设备可能实现的所有结果，而且对X射线性质的预测几乎毫无错误，致使随后的十年中对X射线性质的认识没有显着进展，充分体现了这位杰出实验物理学家对科学的忠诚、高超的实验技术和缜密的科学思维能力。正如劳厄在评价伦琴时所说：“这三篇论文对事物叙述得如此详尽无遗，以至在整整十年中不可能补充任何新的东西。据我所知，在所有论述发现的文章中，疏漏如此之少者寥寥无几，伦琴的论文写得何等精心。”
淡泊名利、谦虚谨慎。X射线的发现不仅在科学上揭开了物理学革命的序幕，它在医学界的迅速和广泛应用也堪称基础研究价值的最完美体现。伦琴发现X射线的消息传到美国仅仅4天，美国人就用X射线发现了留在受伤者身体里的子弹。100多年来，其在医学领域的应用关乎每个人。伦琴清楚地知道自己的发现在科学上和医学上的巨大价值。然而，他不曾有过任何谋求金钱上利益的想法，放弃了所有关于X射线产品的专利。他说：“我认为任何科学工作者的发现或发明都应属于全人类，这些发现和发明不应以任何形式受到专利、证书和合同的约束，也不应受到任何集团的控制。”同时，他是迄今为止唯一放弃在诺贝尔颁奖典礼上演讲的获奖者，并把相当于其20年薪水的15万瑞典克朗奖金全部捐赠给维尔茨堡大学做研究基金，即使在退休后生活清贫，也未曾动过存在银行里的5万元奖金，执着持守捐赠的承诺。正如他的好朋友鲍维利（Boveli）说，“他的突出性格是的正直，我们可以这样说，从哪种意义上讲，他都是19世纪理想的化身：坚强、诚实而有魄力；献身科学，从不怀疑科学的价值；他对人民，对记忆中的事物以及对理想具有一种少有的忠诚和牺牲精神……”伦琴以发现、认识自然的真理为最大快乐，并把自己的发现贡献给全人类，坚守丰富的学术世界和精神追求，为社会公众和现代学人树立了光辉典范。
三、伦琴的人格特质对创新型人才培养的启示
（一） 追求真理和道德情怀——创新型人才培养的标杆
创新型人才是时代的迫切需求，大学是培养和造就高素质创新型人才的摇篮。推进创新教育，造就契合国家时代需求的各类创新型人才，不仅是高校永恒的主题， 也是大学的核心使命和重要职责。尽管国内外对创新型人才的内涵的理解不完全相同，但比较广泛认可的基本内涵是创新型人才是指具有创新素质（包括创新意识、创新思维、创新知识、创新能力和创新性人格等）并能够创造性地解决问题的人才。创新教育即是在先天素质基础上，通过后天环境熏陶、教育和训练，激发强化创新意识、开发培养创新性思维、构建合理知识结构、发展形成创新人格。其中，发展、形成创新人格是创新教育的目标和归宿。
当前，十分强调从科学创新角度探讨创新人才的素质和培养，但对创新人才人格的培育和塑造重视不够。回望和反思伦琴作为杰出科学家的人格特质，在一定范围内存在的所谓创新型人才追名逐利、浮夸浮躁、甚至不惜造假的现象和可悲实例令人汗颜。因此，在创新人才培养过程中，不仅要重视创新素质的熏陶和培育，更应培养创新人才的悲悯情怀和胸怀天下的人格。科学至上、道德情怀应成为创新人才培养的标杆。
（二）探索创新教育在课程教学中的实现途径
创新教育，不是独立于课程、专业教育之外的一种全新形式的教育，而是相对于传统模式的教育，在培养环节上更加注重创新素质的培养。实施创新教育，除了应充分遵守人才成长规律，在宏观上进行教育思想、教育体制、课程体系、教育管理等方面进行大胆创新外，更重要的是将先进的成才理念、措施在微观层次上落实在具体的人才培养环节和过程之中。如前所述，X射线发现和早期研究的历史蕴含宝贵的创新教育资源，伦琴的人格特质为社会公众和学人树立了典范。另一方面，由于X射线相关技术应用广泛，在高校多个学科和课程中涉及，包括物理、化学、材料科学、医学影像等。如能在课程教学中，适时渗入相关史料，让学生在概念形成和演化过程中理解科学家的创新思维和精妙实验方法，在构建自己的知识体系过程中与伟大的同行进行心灵对话，感受杰出科学家追寻理想、严肃求实和无私奉献的人格魅力，使学生在掌握方法和技能的同时，找到榜样和偶像，激发创新欲、责任感和使命感，从而实现课程教学和创新教育的“双赢”效果。遗憾的是，几乎所有的教材均没有提及X射线早期研究的历史。限于学时，专业课程中往往也无法详细挖掘其内涵。作者在《X射线衍射技术》课程教学中，在课程的引言及相关概念（如X射线本质、吸收系数、晶体对X射线的衍射等）的引入过程中，尝试适时插入相关科学史料，试图刺激学生对课程内容产生有意义的构建，感受杰出科学家追求真理的勇气、敏锐的洞察力、灵感创新思维和胸怀天下的道德情怀，取得了较好效果，但仍迫切需要进一步探索在课程教学中融入创新教育的途径。
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［责任编辑：雷艳］
