提问，对创新研究极为重要，而长期以来的科学教育和科研能力培养却让许多人失去了提问能力
艺术修养和审美能力在科学中也很重要，科学研究追求自然的规律美，艺术创造再现自然的状态美，这完美诠释了析万物之理、判天地之美的大道
科学教育求真，人文教育求善，艺术教育求美，缺少任何一部分的学习和教育都是不完整的
创新，经常成为议题，引发讨论。究竟什么是创新与创新思维？如何才能创新？
在笔者看来，所谓创新，就是指用全新的方法来解决现有问题的实践活动。简言之，就是做前人从来没有做过的事。创新必须有创新思维习惯作为依托，这样，人们才会在观察事物、处理问题和解决矛盾时采用全新方法。而创新思维则是以独创的、新颖的、甚至是颠覆性的方式或技术来解决问题的思维过程。
空谈总是容易，不过，要真正创新，做前人从未做过的事、想前人所不敢想，是非常困难的。特别是对一些已形成思维定式，总是按常理出牌和看待事物的人来说，要求他们打破常规，用不同方式思考和解决问题，更加困难。这时，就需要启用不一样的思维方式，即带有强烈感性色彩和跳跃特点的艺术思维来帮助破局，通过科学与艺术的冲碰，通过理性和感性思维的交锋，方能激发出创新的火花。
在科研“三步曲”中，提问是创新的关键一步
什么是科学研究？研究的本质是什么？研究的正确方法或路径又是什么？按照一般定义，科学研究是指为了增进知识，包括人类文化和社会知识以及利用这些知识去发明新的技术而进行的系统创造性工作。
结合多年的教学和研究实践，我个人对科学研究的解析是：科学研究是指在正确的时间提出合理的科学问题，并通过实验或实践，使问题得以验证和解释的过程。“研究”的英文单词为Research，由两个部分构成，其前缀“re”意为反复不断地，而词根“search”意为寻找。因此，研究的本质就是不断寻找和探索基于科学问题而建立的科学假设，并寻找答案的过程。研究方法正确，就能获得答案并取得成功。反之，则难以得到正确答案或结果。
基于这样的思路，科学家们在失败与成功的经验中,形成了一个以假设为驱动的科学研究方法，具体包括三个关键步骤：提出科学问题，建立科学假设（猜想），用实验或实践来验证科学假设。通过提问、猜想和实验验证的过程，获得大量实验数据或结果，经过对数据分析总结，找到支持科学假设的证据，从而获得新结论和新发现。
显然，在科研“三步曲”中，提出问题这个阶段对于创新研究极为重要。如果提出的问题没有新意，前人早就已经提过并已解决，研究结果怎么可能会有创新？因此，提出有创意的问题是科技创新和创新发展的关键。
爱因斯坦就特别看重问题的提出，他曾说，提出问题往往比解决问题更重要。因为解决问题也许是一个数学或实验上的技能而已，而提出新问题，则需要有创造性和想象力，且标志着科学的真正进步。
长期以来，我们的科学教育和科研能力培养，却往往忽略好奇心、想象力和探索未知愿望的培养，特别是“刷题式”和以考试为最终目标的教育，让许多人丧失了想象力和创造力，这对国家的科技振兴和创新发展极为不利。
艺术与科学的融合碰撞，产生创新火花
科学与艺术似乎相去甚远。其实，在远古时代，人类并没有将艺术、科学和技艺进行区分，我们经常看到一些陶器时代的精美器皿，即使用现代的角度来审视，也觉得它们外形精美、设计科学合理、制作技艺无可挑剔。很难想象，当时有专门分管设计外形、绘制艺术装饰、制作产品的工匠来分别完成这样一件器皿。
2000多年前庄子就有了判天地之美、析万物之理的思想，显然，“美”代表艺术、“理”代表规律。由此可见，那时艺术和科学并不分家。
无独有偶，著名画家拉斐尔·桑西的名作《雅典学院》表现了2000多年前西方最古老大学的盛况，画中有柏拉图、亚里士多德、毕达哥拉斯、伊壁鸠鲁、阿基米德、托勒密、亚历山大大帝等各界大咖，在这样的大殿堂中供奉着两尊神像，左边的音乐之神阿波罗代表艺术，右边的智慧女神雅典娜代表科学。这说明，古老的西方也将艺术与科学归为一家。
难怪法国现实主义小说家居斯塔夫·福楼拜预测说，越往前走，艺术越要科学化，同时科学也要艺术化。两者从山麓分手，又在山顶汇合。由此可见，艺术与科学的融合与碰撞产生创新火花，不仅完全可能，而且早就已经发生。
物理学家、诺贝尔奖得主李政道先生也曾评论，科学和艺术是不可分割的，就像硬币的两面，它们源于人类活动最高尚的部分，都追求着深刻性、普遍性、永恒和富有意义。
纵观科学发展史，许多科学巨人都同时具有艺术天赋与素养，都是跨界人才。达·芬奇就是一位杰出代表，他的绘画名作《蒙娜丽莎》和《最后的晚餐》曾让世人倾倒，这两幅名画的创作都历时四年之久，其中运用了包括人体解剖学、透视学、色彩学和地质学等科学知识，正是艺术与科学的完美结合使之成为传世之作。同时达·芬奇本人还在数学、建筑学、军事工程学、植物学等多个领域有极深的造诣。我们很难想象，世界上第一架直升机的设计图竟出自于达·芬奇之手。
像这样同时将科学与艺术完美结合的牛人还有很多，包括物理学家牛顿、爱因斯坦、普朗克，中国“两弹一星”之父钱学森、地质学家李四光以及之前提到的李政道等。中国的第一首小提琴独奏曲则是由地质学家李四光谱写的。正是由于这些科学大牛们在其科学生涯中有艺术的陪伴，才激发了他们的科学创想和创新精神，让他们有不一样的人生，并在科学研究中做出了创新研究成果，也给人类留下了宝贵的科学财富。上述科艺双修的成功科学家们，不仅展示了科学与艺术相融合在产生灵感和创新顿悟过程中的重要性，同时还提醒我们，艺术修养和审美能力在科学鉴赏和价值判断中尤为重要。无论是科学研究还是艺术创造，追求的共同目标都是美，科学研究追求自然的规律美，艺术创造再现自然的状态美，这就完美诠释了析万物之理、判天地之美的大道。
尽管不同人群对同一客观事物的感受可能不一样，但是人类对于美的理解或审视会遵循一些共性原则，例如简单之美、对称之美、联系之美、和谐之美。无论是科学家还是艺术家，在追求“万物之理和天地之美”时都将不自觉地运用美的原则，例如阿基米德的杠杆原理、牛顿的万有引力定律、爱因斯坦的质能方程、达尔文的进化论以及遗传学三大定律，都是通过最简单的形式，揭示了世界最具普适性意义的真理，可谓大道至简。就连地球众多繁杂的各种生命形式，其DNA分子结构却只有两条对称的链条和四种碱基构成。艺术创造中追求简单之美和对称之美的例子，更是能在绘画大师齐白石、张大千、毕加索以及许多极简主义艺术家的作品中找到。因此，用艺术的独特眼光去挖掘和审视这样的简单之美和对称之美，就能够发现大自然中不一样的现象及规律，就能够在科学研究中有所创新。
激发左右脑碰撞，摆脱“疑无路”走向“又一村”
让科学与艺术碰撞并产生创新的火花，这不仅被大量实例证明，也具有科学依据。科学思维与艺术思维有许多共性特征，但二者仍然有自身的独特性质。以求真为目标的科学思维，更多运用理性和逻辑思维，重视看得见、摸得着、检测得到的证据；而以追求美为目标的艺术思维，更多运用感性的、形象的和非逻辑的思维方式，重视想象力和思维的跳跃性和抽象性。如果思维过于理性化、逻辑化，有时容易钻进牛角尖而不能自拔，进入“山重水复疑无路”的困局，而在这时，感性和跳跃的艺术思维就能够破局，让我们跳出困境，达到“柳暗花明又一村”的境界。
著名心理生物学家、诺贝尔奖得主罗杰·斯佩里通过大量比较实验研究，发现人的大脑具有功能区分，他认为，左脑半球更具有逻辑、数学、分析、符号和语言等与科学研究相关的天赋；而右脑更具有韵律、节奏、想象、感情、创造和画面等与艺术创造方面的特长。经常使用科学左脑和艺术右脑，并激发左右脑之间的碰撞，有利于人类大脑功能的开发。
其他研究和统计也进一步表明，许多诺贝尔获奖者的右脑都比较发达，他们都善于运用大脑右半球的天赋来为科学研究提供灵感和创新的火花。著名的物理学家迈克尔·法拉第首次发现了电磁感应现象并创造了世界上第一台交流发电机，从此为世界增添了光明。他在电力场方面的关键性突破非常重要，但其中的磁力线，是无法用眼睛观察到的，而是他通过艺术想象力“看”出了这一自然规律。因此，人类的聪慧在于有效合理开发利用右脑和左脑，并不断在科学左脑和艺术右脑的碰撞中激发创新灵感。
总而言之，科学与艺术思维方式不同，但追求的终极目标一致，即发现美和创造美。因此，美育或艺术教育在科学研究与创新发展中意义重大。感性的艺术思维能够激发无限想象力以及科学研究中的灵感和创造力。科学教育求真，让我们正确认识大自然的规律；人文教育求善，让我们懂得关爱并富有情怀；艺术教育求美，让我们能够鉴赏和判断天地的美妙。如果缺乏了真、善、美的任何一个元素，我们的学习都不算完整。因此，要造就对国家有贡献的创新人才培养，必须推进融科学、人文与艺术为一体的“完美”培养。
文：卢宝荣（复旦大学生命科学学院特聘教授）
图：视觉中国
