触类旁通是通识教育的最高标准

(大部分内容发表在中国科学报http://news.sciencenet.cn/dz/dznews_photo.aspx?t=&id=36853)

 什么是通识教育？按照哈佛委员会发布的《哈佛通识教育红皮书》中所表述的通识教育理念，学生应具备四种能力。一是有效思考能力，包括逻辑思维、关联性思维和想象力；二是交流能力，表达自己并被他人理解的能力，而有效表达离不开良好的思维；三是作出恰当判断的能力，它涉及的是学生将全部思想运用于经验领域的能力；四是辨别价值的能力，这种能力不但指对不同种类的价值有清楚的意识，而且要对它们之间的关系有所理解。

面对这四种能力要求，在我看来，土木/岩土专业学生的通识教育应该把力学思维的培养放在首要位置。简单地讲，首先是要在力学的框架下，用力学的语言去思考，这涉及逻辑思维、关联思维和想象能力。其次，交流的时候也要用力学的语言，否则很容易鸡同鸭讲，互相听不懂。再次，提高判断能力，即在熟练掌握各门力学课程之间内在联系的基础上灵活、综合运用的能力。最后是辨别价值的能力，即符合力学/数学逻辑的才是有价值的，否则就有伪科学的嫌疑。

总之，对土木专业的学生来讲，通识教育不是花里胡哨的花拳绣腿，而是要苦练力学内功，才能触类旁通。触类旁通是通识教育的最高标准。

首先讲一下逻辑思维训练的重要性。在我记忆中，我们中国的学生接触到逻辑思维的学习和训练只有在初中学习平面几何的时候，此后就很少有这方面的训练，就连最基本的逻辑三段论可能很多学生都未必懂得和熟练掌握。在我看来，逻辑思维的欠缺是绝大多数人缺乏对科学问题或成果的判断力和鉴赏力的主要原因。

从某种意义上讲，逻辑推理的能力就是独立思考的能力。真理面前人人平等，其实是在逻辑面前人人平等。我朋友的孩子在澳洲读小学的时候，朋友无意中跟孩子交流发现，她们学校的老师在潜移默化地影响她判断一件事是否对错的一个重要尺度是“make sense”，我的理解就是是否符合逻辑。这也就不难理解，国际会议上，很多国外的年轻人都看起来很是“没大没小”，不够谦虚，讨论问题时不给大教授或学者面子，就是因为他们一直以来的教育就是讨论问题，对事不对人。这里的事就是客观真理，原则就是是否符合逻辑。而我们国内的不少会议，都是大教授在上面讲，下面的人听，鲜有激烈的辩论和质疑，这对原始创新的产生是不利的。这里很重要的一个原因就是大家心里没有形成一个公认的准则，那就是逻辑准则。当然，这里需要强调一句，在真理面前的激烈争论和人与人之间的互相尊重并不矛盾。

土木专业的学生在大学或研究生阶段都学过《理论力学》、《材料力学》、《弹性力学》和《土力学》。力学和数学都是建立在严密的逻辑推理基础之上的。那么，这几门力学课程之间有什么联系呢？

首先，《理论力学》提供了力学理论的基础。而《材料力学》研究的无非是强度（破坏）、刚度（变形）和稳定性这三个问题。而土作为一种材料，它所研究的问题依旧是土的强度（破坏问题）、变形（如固结问题）和稳定性 （如边坡稳定性问题）这三个问题。在这一点上两者没什么不同。但它们的研究手段却很是不同。

有什么不同呢？我们首先讲讲《材料力学》与《弹性力学》的区别与联系。首先，《材料力学》的研究对象只限于杆、梁、柱等细长结构，对复杂形状的结构无能为力。而《弹性力学》可以研究任意形状的结构。另外，《材料力学》只是一种工程近似，而弹性力学具有严密的数学推导。也就是说，《弹性力学》不仅解决了《材料力学》的不足，而且为《土力学》的建立提供了数学基础。

大家都知道《弹性力学》无非就三类方程：平衡方程（3个方程），几何方程（6个方程）和物理方程/本构方程 （6个方程），一共15个方程，而三维问题恰恰15个未知数 （6个应力变量，6个应变变量，3个位移变量）。这在数学是是可以求解的，但并不容易。《土力学》就是建立在《弹性力学》的基础之上。它们的联系和区别简单地讲，就是对这三类方程根据土本身的特点做了些修改。比如土是三相介质，那么平衡方程就要考虑水和空气的贡献。而土的几何非线性就体现在对几何方程的修改，而土的塑性就要修改本构方程。而《计算土力学》就是利用计算机和数值方法求解这三类方程，最后都归结为解方程组。比如有限元的核心就是解总刚度矩阵方程组。也就是说《土力学》就是通过解偏微分方程组把数学和岩土工程结合起来了。数学指的什么呢？就是我们学习的《高等数学》《数值分析》《线性代数》《概率论与数理统计》《数学物理方程》等这些基础课程。

举这个例子，是想说明所谓通识教育很重要的一点是要把学过的课程知识内在地联系起来，做到融会贯通，这样才能形成自己的知识体系，才能灵活运用，并加以创新。另外，研究生、博士生也只有把这些知识掌握深入，跟别人讨论的时候，才会在一个频道上，有共同语言。这就是基础的重要性。没有扎实的基础，根本谈不上创新。

菲尔兹奖得主丘成桐教授曾说过：“到今天，中国的理论科学家在原创性方面还是比不上世界最先进的水准，我想一个重要的原因是我们的科学家在人文方面的修养还是不够，对自然界的真和美感情不够丰富！” 在我看来，音乐、绘画和数学一样都是揭示大自然真与美的一种方法，只是角度不同而已。

有人讲，音乐是流动的线条，好的音乐会给人们展现出一幅美丽的画卷，而数学和力学之美在于它的结构性、简洁性。所有的文学作品无非也都在回答一个问题，那就是什么是真、善和美。作家对文学作品结构的驾驭，欣赏能力和数学家和力学家对于理论模型结构的构建在审美上有着异曲同工之处。这当然是通识教育的美好蓝图。但通识教育一定不能功利，它的影响应该是潜移默。这是合乎逻辑的。