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年年有学生在国际数理化奥赛中获胜,为什么中国难出顶尖科学家?

图片:Public Domain

为什么中国人数理化学科成绩秒杀外国人,但世界顶级科学家几乎全是外国的?

Zeldovich Yakov

首先从 PISA2015 的测试结果来看,当前中国大陆中学生的数理化平均成绩根本没有达到“秒杀外国人”的程度。参与测试的上海、北京、江苏、广东都是中国教育水平名列前茅的省份,但数学水平低于新加坡、日本和台湾。科学排名低于新加坡、日本、越南、爱沙尼亚、芬兰、台湾。假如中国大陆教育不发达的中西部省份都来加入到测试中的话,恐怕结果会更加感人,搞不好就和英国差不多。尤其进入 2000 年以后,中学理科教育教改乱改一气,现在中学生的水平比起 90 年代的中学生,下滑的厉害。

当然,这只是反映普通人的数学和科学水平,对高端研究人才的涌现影响并不是最直接的。以数学为例,当前本土研究水平最强的两个数学强国,美国大学每年新招聘的数学助理教授大约 300 多人,法国大学每年新招聘的数学讲师大约 100 多人,也就是说只要前面几百名学生的水平足够好,已经足以撑起一个数学超级大国了。得益于中国的巨大的人口数量和应试教育传统,中国中学尖子生的数理化水平还是拿得出手的,每年国际数理化奥赛基本上总分不会出前三。但是这里要考虑一些问题,就是其它国家的科学拔尖人才选拔未必全靠奥赛(比如法国,法国国内的数学竞赛和奥数命题风格差距太大,而且法国搞奥数升学时候根本没有优势,所以没几个学生认真搞,放寒假暑假随便搞几个星期就直接上 IMO 丢人去了。像德国这种大学门槛低的国家,学生竞赛积极性估计也很堪忧。其实就是俄罗斯这种奥数起源地,莫斯科 57 数学学校、莫大附中、圣彼得堡 239 中学这种地方,奥数也就是每周上上讨论班,大赛前在强化两个月,训练时间比中国学生差远了),而且奥赛和科学研究之间差距还是相当大的。即便是关联度最大的奥数,虽然奥数高手在初等数学技巧上有优势,进入大学数学专业学习有先发优势,尤其是技巧性比较强的方向,比如硬分析和组合学之类,但这和数学研究之间差距还是相当大的。奥数无法考察学生对抽象概念的理解能力、提问题的能力等方面的能力,而这些能力在后来的数学科研和学习方面恐怕更为重要。奥数高手只能算是原材料,至于能不能变成优秀的数学家,中间还有非常长的一段距离。

而且中学和博士毕业之间毕竟还有近十年时间,博士到能做出重大科研成果,这中间又有几十年的时间。但是不幸的是,不用到博士毕业,到本科毕业的时候,中国的尖子生优势就已经很成问题了。不过这方面缺乏完整的信息进行整体上的分析,但可以从在顶尖高校学习的中国学生的成绩上看出一些苗头。本人仅就数学专业进行一下分析。

以下是巴黎高师某年微分流形课的一个考试成绩统计。为保护隐私,我隐去了所有人的名字,前面标红的是中国学生,虽然一共只有 4 个中国学生参加考试,但其中包括丘赛银奖得主和全国大学生数学竞赛第一,完全可以代表中国最好的本科生的水准,当然众所周知,巴黎高师的法国学生也是可以代表法国尖子生的水准的,所以还是具有一定的参考价值的。要注意的是,中国学生在此之前已经在中国学过这门课程,可以说是来上复习课。而且有的中国学生还比法国学生高出一个年级。在中学阶段,从 PISA 测试成绩和 IMO 成绩来看,中国中学生应该还是强于法国中学生的,但在经过两三年的大学学习以后,情况就开始发生变化了。从以下成绩统计来看,虽然中国学生普遍处于至少中上的水平,也有中国学生拿了满分 20 分,但如果看实际卷面得分来看,前三名都是法国学生,其中法国学生最高分 517 分,比中国学生最高的 415 分高出了 102 分,如果换算成百分制,就是差了 10 多分。

另外,曾经有人私下找过国内大一的学生试做过某年国际大学生数学竞赛题(IMC),结果北大最好的学生也不过做出 7 道,其他学校就更惨了,虽然这个成绩也还行,考虑到改卷尺度问题,大约能排到二十多名,放在当年成绩最好的圣彼得堡大学也还是能够进校队,但也只是校队中等偏下的水平,所以中国学生在学习数分线代这个阶段,优势可能已经被削弱了。所以我个人推测,到了大学阶段,中国大陆尖子生的数理化优势可能已经开始削弱了。当然这只是相对法国、俄罗斯等先进国家而已。而且要注意的是,中国大陆最顶尖的尖子本科生可能未必比台湾强多少。从国内的丘成桐数学竞赛的情况来看,唯二大一就拿纯数单项银奖的都是台湾学生,比如去年拿奖的台大的吴博生。据本人所知,虽然台湾中小学教育水平自李远哲教改以后水准下降的厉害,但是台湾的科学班还是培养出了一些尖子生的,比如建国中学科学班的学生,高中就去台大上课,在大陆,学生并没有这样的条件。

从国内教学要求和训练强度来看,当前国内最顶尖高校数学专业的教学要求和训练强度高于美国最顶尖大学,但低于法国、德国、俄罗斯最好的学校。所以再看次顶尖的学生,这部分学生将来应该是科研后备力量塔基,中国可能也不如这几个国家人数多。比如德国光是波恩大学一个学校,选修代数几何课的本科生某些年份甚至能达到 60 来人,我怀疑全中国加起来都未必有这么多。甚至德国不算最好的哥廷根大学的数学系,大一下必修实分析,大二上必修微分流形,这点中国没一个大学可以达到。至于中国大学从前的老师俄罗斯,那就不用多说了。莫斯科大学和圣彼得堡大学的毕业标准,中国没哪个大学达得到,虽然中国最好的学生去莫大列大估计也算是成绩名列前茅的学生,但是考虑到莫大和列大加起来每级 500 人的规模,中国在中学阶段相对于这三个国家的尖子生数量优势到了本科阶段,应该已经完全不存在了。我个人估计,问题可能是出在是中国的大学缺乏淘汰机制,给学生的压力实在太低。外加教授水平不怎么靠谱,所以甚至考试命题水平也不怎么靠谱,就算搞淘汰,搞不好是劣胜优汰。

到了硕士和博士阶段,情况更加不妙。一者,相对于俄罗斯、法国、德国、美国、日本、以色列、英国等数学强国,中国本土的靠谱导师非常有限,只要看看在国际数学家大会上做过报告的数学家人数就很容易发现这一点。排除 2002 年那一次,北大中科院放到世界范围内,找出 60 个导师队比他们更强的学校并不难,教授自己的科研都做得不怎么样,带出来的学生能靠谱么?再比如像原来中科院数学所的田一超这样在国内同代人中算是出类拔萃的人物,去德国波恩大学也就是相当于副教授的 W2 教授,听说今年应聘巴黎十一大的正教授还没成功。而分散到其它国家去留学的中国学生面临语言、生活习惯、教育系统适应性等多方面的问题,其实相对于本国学生是吃亏的。所以几个关口一卡,中国的学生到了博士阶段,要出头就已经难上加难。

此外我们就不多说中国科研制度存在的种种问题,比如评价制度中过分偏重论文数量、杂志和 IF,实际上根本就不鼓励年轻科研人员大胆创新,尤其是数学、理论物理之类可能需要很长的科研周期才能把东西做出来的学科。此外这还导致一个很糟糕的后果,就是中国国内很多学校的科研方向十分奇葩,比如有人研究半群理论、有人研究矩阵论、有人研究什么模糊数学,都是可以很快上手灌水发论文,但基本上做不出什么重要结果的方向。与此同时,某些有数学一级学科国家重点的学校,搞代数几何、代数数论的人都找不出,总之就是研究难度大,综合性强的方向就做的人少,反之就人多。什么方向可以短平快出论文,什么方向就最受欢迎。

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