一个来自农家的年轻人,在名校接受良好的教育后,进入钱伟长先生领导的研究所。在那里,自由民主的学术氛围,使他如虎添翼。31岁,他破格晋升为教授,获得上海市科技启明星计划资助。34岁,他发现了碳纳米管中的多米诺效应,发现碳纳米管不仅可用作储能元件,还可能成为产能元件。这一重要研究成果引起了国际学术界的广泛重视。他还在专心致志地潜心钻研,也非常重视教学,对目前高校里"重科研、轻教学"的倾向深表忧虑。他认为,他近年来的迅速成长主要得益于钱伟长先生的先进的治学理念和学术风格,得益于钱先生倡导的宽松、开放的学术气氛。……
三周多前,一代力学研究大家钱伟长先生辞世,官方的评价报道以及民间的网上追念大都强调钱先生的爱国情怀及其教学改革思想,这大抵不错,但以我的浅见,钱先生给上海大学带来的不止于此,他希望把做科研的思想和风气带到这所学校,特别是能影响他寄心力最多的应用数学和力学所。钱先生的这一愿望是否得以实现,我一个外人无从得知。但是上周我接触了该研究所最年轻的教授――张田忠(上图),从他的谈吐和经历中,我多少看到了一点该所的研究人员沉浸于研究基本科学问题,以探索未知为乐的影子。
张田忠从事固体力学研究,他的名片上印着两项职务:上海市应用数学和力学研究所所长助理、上海大学低维碳材料与器件物理研究所副所长,我访问他的主要理由是他是2009年上海市科技启明星计划(跟踪)的入选者。
我每次的启明星访问大多是从被访者的经历谈起,这次也是这样。出生于甘肃天水的张田忠父母都是农民,也是因为要改变命运唯有靠读书的强大动力,1993年参加高考的张田忠以优异成绩进入西安交大。近年来一直列为中国最好的大学之一的西安交大是个读书的好地方,学风好、干扰少。其时互联网远不如今天这么发达,张田忠说到了大二、大三时,学校里才有微机房,大家去机房不是玩游戏,而是去学习,学生们经常带了软盘去学DOS系统操作、C语言编程等。张田忠至今难忘的是当时学校对教学抓得很紧,老师上课也非常认真,有一位教他们材料力学的老师上课只带一支粉笔,对教案烂熟于胸,娓娓道来,思路开阔。听他的课是一种享受,为听他的课,甚至有学生为抢座位而打架。西安交大的学习风气非常好,即使到了周末,学校的自修室、图书馆里仍有大批的学生在看书。
一个高校教师的忧虑
说到这里,张田忠道出了他作为高校教师的一个忧虑:这几年中国的高校过份强调科研,比较普遍的情况是,相对于科研,老师们特别是年轻老师在教学方面投入不多。由于过分强调科研,压力之下那些精于教学的老师也只得分心花大量时间去做他不擅长的科研。“我有点担忧,片面强调科研,有可能走向另一个极端。现在评职称,主要还是看论文、课题,教学通常只是一个工作量的参考。即使课时到了,但花了功夫和没有花多少功夫的,教学效果完全不一样”。
“现在国内几乎所有高校都把科研看得过重,教学相对地被忽视了,因为科研比较容易出成果,而搞教学成名需要较长时间积累,所以无形中鼓励了年轻教师向科研靠拢。”对这一问题已经思考一段时间的张田忠也在琢磨如何在制度设计上鼓励教学。“因为教学是打基础,如果一个学生错过了最佳教学时间,那会影响他一生”。
关于如何上好课,张田忠推荐了上海大学在钱校长倡导下实行的听课制度:“我们上海大学有听课制度,特别是对新进的年轻教师。听课有两层意思,一是听你上课的质量,二是给你提如何上好课的建议。听课者多是教学经验丰富的老教师,有不少还是退休教师。这个做法上大一直在坚持,对年轻老师的帮助很大”。
力学所的氛围
话题又转向张田忠自己的经历。在西安交大呆了八年多,相继完成了本科、硕博连读后的张田忠在2002年到上海同济大学做了两年博士后研究,其间跟着李国强教授做过863课题中有关磁悬浮列车轨道连接件疲劳断裂的课题。博士后出站后张田忠觉得自己“还是喜欢做理论,做一些好奇心比较强的事情,做一点别人还不知道答案的事情”,从小就有的这一想法最终影响了他的选择。2004年张田忠自己联系到了钱伟长校长领导下的上海大学内的上海市应用数学和力学研究所(以下简称力学所)。
彼时,力学所在钱先生的直接领导下白手起家,艰苦创业,从当初学术地位式微的“闯入者”跃升为国内该领域不可忽视的生力军。据该所戴世强教授介绍,1990年代中后期起在钱先生大力倡导推动下,力学所狠抓学术队伍建设,鼓励科研人员研读国际最新文献,在了解、掌握国际同行工作的同时,逐步明晰、确立自己的研究方向;与此同时,大力提升《应用数学与力学》杂志的学术影响力,在很长一段时间内钱先生亲自约稿、审稿,为挑选该杂志英文版的合适编辑出版单位,钱先生利用自己的关系多次联络最终落实。张田忠到力学所时,所里的学术氛围使他这个外来的年轻学人有如沐春风、如鱼得水之感,刘高联、程昌钧、戴世强教授等一批资深学者非常关爱、扶持年轻人,在这里极少有其他单位存在的人际关系、门派之见的藩篱,因此被上海交大的何友声院士誉为“做力学研究的福地”。进所不久,张田忠在职称评聘上的经历更让他感同身受。
到上海大学的第二年(2005年),学校推出了一项职称破格新政策,受惠于此政策,进所仅一年多的张田忠就直接从讲师被破格聘为教授。这项破格新政策的依据是看申报者前5年的工作,只要达标就有资格申请破格。由于张田忠2003年有一篇第一作者的文章发表在国际固体力学领域最好的杂志JMPS(Journal of the Mechnics and Physics of Solids),这篇被列为该杂志当年网上下载排名第二的论文在国际上首次给出了碳纳米管的弹性性能的解析解,迄今被引用百次以上。正是这篇论文成了张田忠得以破格的关键。此外,张田忠那时已申请到两个国家自然科学基金项目,在国际必威体育备用地址 上发表了多篇论文,这些也都是破格的必要条件。就这样,在进上海大学的次年,31岁的张田忠被破格聘为教授。同一年,也是因为碳纳米管方面的工作,张田忠得到上海市科技启明星计划的资助。
发现碳纳米管中的多米诺效应
2008年,国际同行再次记住了这个中国年轻人的名字,这一年张田忠在Physical Review Letters(物理评论快报)上发了一篇文章。他通过计算发现碳纳米管的一端压扁后,扁的一段会扩展,以至于整个纳米管都会塌陷变扁,有点类似于多米诺骨牌效应,这是一个很有意思的现象。这个现象意味着,原先一直在器件设计中用作耗能单元或结构单元的碳纳米管,还能作为一种供能单元,为纳米器件提供能量。如在碳纳米管塌陷的同时,将某种介质,如C60装进去,这样一旦压扁,C60也就随之被挤压出去。计算表明,C60射出的速度相当于步枪子弹射出速度的1.5倍,达到1.1公里每秒,在此过程中碳纳米管塌陷提供的能量可以作为驱动力。
该文发表后被Nature、Nature Nanotech、Nature China等作为研究亮点报道,认为这篇文章揭示的多米诺骨牌效应非常有意思,提出了碳纳米管新的应用。国内的科学网等媒体对此也作了介绍。
访问中,张田忠透露他们最近的一个工作是在上述工作基础上进一步发展,即如何使这一多米诺过程多次、反复使用。他们提出通过加热使塌陷的碳纳米管重新鼓起来,在碳纳米管塌陷――鼓起的循环过程中,热能可转化为机械能,从而有可能用到热机的设计上。前不久反映这一进展的这篇文章已发表在国际著名刊物Nano Letters上,据此设计的能量转换器设计也已获国家实用新型专利。张田忠是该文的通讯和第一作者,第二作者是他的研究生。
迄今,张田忠已在国内外学术刊物如Nano Lett,Phys Rev Lett,J Mech Phys Solids,Carbon,Phys Rev B,Appl Phys Lett,Proc Roy Soc A等已发表论文30余篇,其中20余篇被SCI收录的论文中有12篇发表在影响因子大于3的著名刊物上,这些论文近5年被SCI刊物他引200多次。
尽管在科研上成绩不俗,但是张田忠还是不忘自己是大学教师的职责,他一直积极参与并努力完成每周给研究生上课的任务。在他看来这是份内事,至今他对那些在教学一线辛勤耕耘,在教学上有特色、有积累的教师都很敬重。
“关键是要成天想着这件事”
在和我交谈中,张田忠把自己目前具有的良好的工作状态再次和力学所的氛围联系起来,“这里真的非常适合潜心做科研,包容性强,不管来自哪里都能融入其中,感觉不到你是外来人,这可能和钱先生坚持的思想有关”。张田忠举例说,“所里非常注重不同背景的人来此工作,不主张自己培养的博士生留所工作,想留所的必须到外面做完博士后研究。”“力学所另外一个特色是老一辈的学者如戴世强教授非常愿意帮助年轻人,所里对年轻人的培养非常重视。”“有些学校可能对年轻人出国深造会有点限制,而我们这里却一向特别鼓励年轻人走出去看世界。”“钱先生一直主张力学研究要从工程中来,提出科学问题,然后再回到工程中去检验。我的理解是不仅要知道现在某个工程领域的问题,而且要了解这个领域将来可能会面临的问题,不仅解决当前,而且要引领这个领域的未来发展”。
我在和张田忠交谈时,他不经意间流露出来的对探求科学未知的兴趣多少影响和感染了作为听者的我。他讲到的一个细节特别吸引了我:张田忠说自己是属于那种能成天想着自己的课题的人,为一个未解的问题他可以想很久,一有空就想。有一次突然在上班骑自行车途中想到了困扰他一年多的问题的答案。由此,张田忠认为做研究,关键是要下功夫、成天想着这件事。
张田忠说他的性格和爱好是希望去探索未知的东西,希望在学术上能做一些与别人不一样的东西,类似碳纳米管的多米诺效应之类的探索。“我喜欢做一些有原创性的东西,而不是对人家已有东西的再改善,所谓跟踪研究。自己的想法首先源于你对这件事的认识。另外思路要开阔一点,不要局限一个方面,还有是多和同行交流,虚心听取他人建议”。
我想以张田忠目前的状态和他的志趣所在,他一定还能在碳纳米管及其器件设计方面做出一批原创性的工作,因为他始终葆有发自内心的探求未知事物的兴趣,因为上海大学和力学所有着包容和宽松的学术氛围。
江世亮采写于2010年8月27日