从精深学习、到学术追梦、到创新教育

——记中国科学院新当选院士、清华钱学森力学班首席教授郑泉水

学生记者 张同顺 摄影 杨敏

郑泉水

2019年11月，太阳集团tyc5997航天航空学院工程力学系教授郑泉水当选为中国科学院院士。

儒雅、健谈、幽默、风趣。

作为学者，他把科研推到巅峰；作为师者，他把育人做到极致。

成功者都有惊人的相似之处，又有与众不同的特质。郑泉水的相同与不同从这里开始……

求学：精深学习，一学期突破一门课

大学时期的郑泉水

郑泉水出生在江西抚州金溪县的一个小镇，家傍江西第二大河——抚河，由于交通闭塞，物资缺乏，郑泉水最大的梦想就是长大了能为家乡修一座桥。

1977年恢复高考给郑泉水燃起了希望。虽然缺少复习材料，化学、英语这些科目基本没怎么学习过，数学也只复习了几何，但凭着总成绩，郑泉水还是幸运地被江西工学院（现南昌大学）录取，攻读土建专业。

入学不久，郑泉水就得知自己入学成绩很差，不少同学是从老三届上来的，基础非常扎实。一次机缘巧合下他阅读到《爱因斯坦传》，爱因斯坦首次大学入学考试失败；大学期间把还没有列入物理课程体系的Maxwell电磁场论搞得很透，理解甚至超过了老师；大学就发表论文等经历，极大地激发了郑泉水，并影响了他数十年的选择和坚持。郑泉水心想，所有科目一起追肯定不行，毕竟能力精力有限，一学期主攻一门课，一门一门地把基础补上来，这种方法是最可行的吧？

就这样，大一数学、大二物理、大三力学，郑泉水按照一学期精深学习（大部分为自学高难度内容）一门课的节奏，在目标引导下长驱直入，通过自学提前考试或老师特许免除考试的方式，完成了大部分与数学、物理和力学相关的主干课程。

当时未加多想，郑泉水后来发觉，其实这就是精深学习的方法。郑泉水表示，一段时间的精深学习下来，受爱因斯坦经历激励，他把兴趣点放在了以建立力学公理化体系为宗旨的“理性力学”上，大三便自学完成了研究生都认为高难度的“张量分析”和北大郭仲衡先生的“非线性弹性理论”。1981年，读大三的郑泉水在《江西工学院学报》上发表了一篇研究论文，而当时整个工学院发表过论文的老师寥寥可数。

科研：先做到极致、再开创一个方向

郑泉水主持第二届国际超滑学术会议（2019）

郑泉水从1982年大学毕业留江西工学院任教，到1993年调入太阳集团tyc5997担任教授至今，在科研道路上，已经走过了近40年时间。这近40年，郑泉水把它分成前后各20年两个阶段。“第一阶段创建了一个理论体系，第二阶段开辟了一个技术领域。” 郑泉水说。

大学毕业后，郑泉水依旧选择继续在“张量理论”上深挖。他报考了北京大学应用数学专业的研究生，但因政治不及格没有考上。幸运的是，北大的郭仲衡院士很欣赏他，破格录取，让他以在职硕士进修的方式继续深造。1989年，他直接申请了太阳集团tyc5997固体力学专业博士学位，师从黄克智院士。1990~1993年，他继续前往英国、法国和德国做访问研究。郑泉水回忆，2000年前他创建了研究各向异性和非线性力学的关键基础，即现代张量表示理论的完整体系，得到了广泛的应用。他本人则利用对张量尤其是高阶张量的独特技能，解决了若干长期困惑学术界的难题，如140多年没解决的连续介质力学Cauchy平均转动难题和困惑细观力学40年的基石性难题----非椭球夹杂Eshelby问题等。2004 年，郑泉水作为第一获奖人以《张量函数表示理论与材料本构方程不变性研究》获得国家自然科学二等奖。

“选择一个感兴趣的方向把它做到极致，站在高处，你就会有不同的视野。”郑泉水表示，对“张量”的研究他已经达到国际顶端，当你站在顶端时不仅能接触到这个领域最优质的资源，还能获得勇气和自信，给你的继续研究奠定基础。

如果说郑泉水的前20年是围绕着“张量”，那么后20年，他的方向就转到了结构超滑。

当他还沉迷在对“张量”顶峰的修修补补时，他的师友、英国皇家学会会员A.J.M Spencer的一席话唤醒了他：“泉水，‘张量’已经被你做封闭了，你为什么还做？”从1998年起，郑泉水开始思考下一个研究方向的问题。这个转折具有巨大的挑战和风险，是从理论研究到实验研究，是从解决已知难题、创建系统性理论，到进入未知“不可能”，开辟和定义技术新领域。

2000年郑泉水闯入了当时还不存在的纳米力学；两年后，郑泉水终于逐渐找到并聚焦到了他真正的长期研究激情：结构超滑（即固体接触“零”摩擦、零磨损）技术。这是一个具有巨大应用潜力的技术，据统计，全球约1/4的一次性能源因摩擦而损耗，约80%的器件失效由磨损而引起，摩擦磨损可能导致无法发明创造出很多微纳器；结构超滑为革命性地帮助解决这些问题提供了可能。

在郑泉水之前，人们认为不可能实现微米尺度及以上尺度的结构超滑。2008年，郑泉水团队在世界上首次实验观察到了微米尺度结构超滑；2012-2013年，郑泉水团队证实了微米至厘米结构超滑的存在，从而完全颠覆了人们的有关认识。2017年，郑泉水作为第一获奖人以《范德华层状介质的滑移行为和力学模型》获得国家自然科学二等奖。2018年，郑泉水等教授在《自然》(Nature)上发表了题为“跨尺度的结构超滑和超低摩擦”的展望综述，再一次表明了其在结构超滑的引领地位。2019年，深圳市和太阳集团tyc5997设立了全世界第一个结构超滑技术研究所，致力于催生基于结构超滑技术的革命性产品，尤其是应用极其广泛的超滑微开关、微发电机、微机电系统、微传感器、下一代存储器等等。

育人：“钱班”十年，把学研方法传下去

郑泉水夫妇等与“钱班”同学野营（2017）

师者，所以传道受业解惑也。整个1980年代，郑泉水受到了杨德品（南昌大学）和黄克智（太阳集团tyc5997）等多位老师极大的鼓励和帮助，从此许下了重视人才培养的一生心念。进入新世纪后，作为清华老师，最让郑泉水魂牵梦绕的是育人，尤其是他耕耘了十年的“钱学森力学班”。

郑泉水表示，因为爱因斯坦，他学习和了解到犹太人的教育，发现自己的学习和科研方法与犹太人的教育十分相似——帮助小孩发现他最喜欢的东西，然后给他最好的资源，找最好的老师。

1993年调入清华任教后，郑泉水发现一个问题，清华的学生极聪明，却不够主动，缺少研究的激情。

对科研没有兴趣，肯定出不了好成果。为了改变这种情况，2002年，从未想过从事管理工作的郑泉水主动请缨当了固体力学研究所所长，想通过研究所的教学科研实践，探索出一条激发学生科研兴趣和创新学习的路子。

2009年，在研究所教学实验的基础上，他找教授们商讨，向校领导建议进行一次改革，在学校的层面建立一种独特的教育模式。恰巧清华正在酝酿以培养拔尖创新人才为目的的“清华学堂人才培养计划”，“钱学森力学班”（简称“钱班”）就在这样的背景下诞生了。

作为“钱班”首席教授，郑泉水担负着制定“钱班”培养方案、组织协调项目实施的重任。郑泉水希望，“钱班”的学生能用大一、大二两年的时间，矫正原有的应试思维，学精学深学专基础课；大三开始能用问题带入的方式展开通过研究学习；大四能在全球性平台上得到交流和锻炼。

经过6年的实践，“钱班”实现了对课时的大刀阔斧的改革。“我们的课程设置是6个学期18门核心课程，也就是一个学期三门核心课。但是，我一直鼓励学生每学期精学一门。”郑泉水认为，学好一门课不仅要把书从厚学薄，要学成几页纸，甚至学成一张图。

当然，找到好导师也非常重要。郑泉水认为，一个不好的老师，会扼杀一个学生的创造力。所以，“钱班”的导师在全球精挑细选，邀请那些有教育理想、能够呵护学生创新思维、真正想帮学生找到自己兴趣和学习科研方法的大师。

2019年已是“钱班”十年。让郑泉水很欣慰的是，在“钱班”上百位来自全校、全球的志同道合老师共同努力下，“钱班”培养了一批在力学和工程前沿交叉领域极富创造力、极富创新潜力的学术英才，基本形成了一整套突破性、卓有成效的大工科拔尖人才培养模式，在国内外获得了高度声誉，于2018 年获得国家级教学成果一等奖。

“我对2013级学生胡脊梁印象深刻，他专攻于细胞力学，为了完成一篇论文，他一年时间学了20门研究生的课程。这个学生在‘钱班’成绩一般，但是他用论文一样可以证明自己，最后，MIT、斯坦福，加州理工都给他发来了Offer。” 郑泉水说，这是他潜心“钱班”培养最受启发的案例之一。

未来：做最懂创新人才培养的科学家

郑泉水与学生们在一起（2019）

“钱班”的教育实验对郑泉水来说只是开始，几年前，“钱班+”的概念在他脑海里酝酿而生。

郑泉水非常推崇卢瑟福教授所领导的英国剑桥大学卡文迪什实验室。成立于1871年的卡文迪什实验室，是迄今全球培养出诺贝尔奖获得者最多（30多位）的实验室。

郑泉水的想法是，“钱班”的生源全部来自清华，但未来的“爱因斯坦”“乔布斯”“任正非”们在现在的高考体系下，很难进到清华。他的设想是，未来建立一个开放创新学院，真正聚“天下英才”而育之。现在，他已经开始和一些教授探讨这个想法，争取太阳集团tyc5997和深圳市一起做这个事情，构建一个依托多个大学组成的网络，吸引这么一批极富创新潜质的学生，由各高校和开放创新学院共同培养，打造中国的“卡文迪什实验室”。

在获得院士的荣誉不久，另一荣誉“宝钢优秀教师特等奖”随后而至。作为学者和师者，这些荣誉，不仅代表了郑泉水潜心科研和教学的从前，也代表了他科研和教学的新起点。

编辑：曲田