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摘要：在基础教育阶段推进创新型人才培养，对于回应“钱学森之问”，推动创新型国家建设意义重大。通过对我国著名科学家走向成功的案例研究，指出“思维创新、方法创新、工具创新”是创新型人才培养的三个维度，由此，要推进创新型人才在基础教育阶段的培养，应从“改变单一知识结构，提高学生思维创新能力;改进知识获取方式，加强学生方法创新能力;规范实践教学环节，强化学生工具创新能力”等方面着手，不断加大基础教育改革力度，由此形成的创新型人才必将为我国早日建成科技强国贡献力量。
关键词：创新型人才;基础教育;思维创新;方法创新;工具创新
钱学森先生曾经慨叹：“为什么我们的学校总是培养不出杰出的人才？”“钱学森之问”受到了社会各界的热切关注和积极回应。如何破解“钱学森之问”，培养中国本土的杰出人才，值得深入思考和系统研究。从某种程度上说，杰出人才就是创新型人才。立足当下，创新型人才的培养对于推进我国创新型国家建设和未来长远发展具有重要的战略意义。然而，创新型人才的培养有哪些维度？如何推进基础教育阶段创新型人才的培养？这些将是本文重点探讨的问题。
一、在基础教育阶段培养创新型人才的重要性
21世纪以来，人才的竞争愈演愈烈，全面推进创新型人才的培养已成为各国打造创新强国的重要战略，而创新能力已成为国家核心竞争力的重要组成要素。党的十九大报告明确提出“创新是引领发展的第一动力”，并强调“加快建设创新型国家”。科技部自2008年开始启动科技基础性专项项目的研究，试图为创新型人才的培养开出良方;教育部也从2009年开始实施“基础学科拔尖学生培养试验计划”，旨在培养拔尖创新人才，足见我国政府对这一问题的高度重视。为了实现2020年进入创新型国家行列、2030年跻身创新型国家前列、2050年建成世界科技创新强国，成为世界主要科学中心和创新高地的战略目标，各级各类教育工作者均应担负起培养创新型人才的历史使命，基础教育工作者的不懈努力不可或缺。
在当前的教育背景下，基础教育阶段的学生和学校面临着巨大的升学压力，因此，他们都将考试成绩放在第一位，考出好的成绩是学生和学校的第一要务。在教学过程中，教师主导课堂，灌输知识;学生通过“题海战术”，巩固教师总结好的知识。其结果是，教师在课堂上讲什么，学生就学什么;课堂教学采取即问即答的方式，教师提问，学生回答;教师不问，学生也不问;教师问什么，学生回答什么。长此以往，学生只注重知识的学习和记忆，导致学生的思维能力受限、反思与批判能力受阻、创新精神严重不足。在这种教育理念和模式的影响下，强调基础教育阶段创新型人才的培养就具有更强的现实意义。
不论是从创新型国家战略出发，还是从基础教育的实际出发，都可以凸显創新型人才培养的重要性。然而，我们应该如何培养创新型人才？立足当下，我们应该从原来追求一般程式化的努力中解脱出来，而代之以创新方法，通过著名科学家的案例研究，努力寻求创新型人才培养的可能方案。案例研究的优势在于，相对传统的规范研究而言，它更加具体和情境化，它能通过实际材料说明抽象观点，这样更容易被人理解和接受。创新意味着没有传统的惯例可以依循，没有历史的经验可供借鉴，意味着要用新的方法思考问题，因此培养学生的创新能力，最好的方法是给他们一些实例，让他们在实例中去感受什么是创新，这样学生才更容易理解创新是怎么一回事。
方明：《缄默知识论》，安徽教育出版社2004年版，第211页。由此可见，对著名科学家进行案例研究，梳理他们的学术历程，找到他们成功的闪光点和共同点，并加以总结和提炼，或许能找到破解“钱学森之问”的钥匙，也是对创新型人才培养重要性的积极回应。
二、创新型人才培养的三个维度
科学的本质就是创新，只有在科学领域做出重大创新的科学家才能称之为著名科学家，从这个角度来讲，著名科学家都是创新型人才的杰出代表。通过对华罗庚等一些著名科学家的案例研究，我们发现，“思维创新、方法创新、工具创新”对于著名科学家走向成功尤为重要，因此，这三个维度就成为培养创新型人才的关键。
1观念超越之维：思维创新
创新的根本在于思维创新，彼得·德鲁克曾说“创新开始于一个思想”。
金吾伦：《感悟科学：科学哲学探询》，湖南人民出版社2007年版，第195页。思维创新是创新方法中最为复杂、最为重要的环节，同时也是难度最大的环节。要使思维创新仅仅局限在既有知识的范围内是无法做到的，重要的是要从已知中发现未知，通过大胆的假设，催生新的已知，否则，就只能盲目遵从、人云亦云，那就不是创新了。思维创新对问题高度敏感，创新者能迅速注意到某一情境中的问题，迅速扩展并深究问题。创新型人才能从平淡无奇、司空见惯的现象中发现不平凡的问题。例如，在1960年7月的一个下午，杂交水稻之父袁隆平下课后，径直来到试验田观察稻株，发现了一株植株高大、穗大粒多的优异稻株，和其他稻株相比好似“鹤立鸡群”。于是，他从“鹤立鸡群”的天然杂交水稻植株中，发现了不平常的地方。袁隆平认为，杂交水稻的成功就在于不囿于现存结论的思维创新。
刘永谋：《育种大师：袁隆平、李振声》，中国科学技术出版社2012年版，第84页。 思维创新可谓是创新的起点和灵魂，缺乏思维创新，其他创新均无从谈起。
思维创新是一种能力品质。对于什么是思维创新，学界目前还没有一个公认的定义，但普遍认为它具有求异性、敏锐性、独特性、灵活性、突发性、综合性、跳跃性等大致相同的特点。将这些特点集中起来可以发现，思维创新的本质就在于它的超越性。创新型人才必须具有超前的创新意识。超前思维是一种产生新观念的思考，一位科学家的一生有无建树，关键在于他有无创新思维和运用创新思维的能力。一般而言，富有创新思维能力的人大都具备远见卓识。我国两院院士兼第三世界科学院院士王选说道：“我能取得今天的成绩，和在关键时刻能想得比别人早一点有很大关系。我曾谈到过自己很多的不足，但也有一个优点，就是有一些远见和洞察力。有了远见，就不会受潮流的影响，不急功近利。” 夏欣，王选：《远见、洞察力与大学基础》，载中国科学院官网：http：//www.cas.cn/xw/zjsd/200906/t20090608_641043.shtml，最后登录日期：2020年5月18日。王选还认为，一个人只有具备一定的洞察力，才能够发现有前景的新领域或在新领域内发现和解决最关键的问题。
王选：《王选文集》（修订版），北京大学出版社2006年版，第420页。
思维创新意味着有丰富的想象力。《孙子兵法》中有一种充满哲理的观点：“兵无常势，水无常形。”孙子的军事辩证法的精粹就在于讲求机动自如，主张灵活多变。也就是说我们的思维要像流水一样灵活，不要拘泥于“常形”“常势”。中国工程院院士、著名桥梁工程专家陈新曾经说过：“我的思想在工作中创新、超越、反思。我的工作主要是做大桥的水下基础。每一次设计，我都想超过以前水平，不能单纯重复。”
王国栋：《访中国工程院院士陈新校友——荣辱不惊，平凡之心》，同济大学关心下一代委员会论坛，2008年6月16日。他不惧挑战性的工作，思维灵活多变，总能找到解决问题的巧妙办法，这也是他在创新道路上越走越远的主要原因。
没有思维，就没有科学。思维创新的本质在于突破既定的思维模式，取得创新型的思维成果。科学方法中最重要的是思维方法，科学能力中最重要的是思维能力。思维创新能力作为科学家的一种重要的能力特征，是科学家进行科学研究的有力武器，也是培养创新型人才的第一个维度。
2方式转变之维：方法创新
方法创新，首先体现在对传统方法的独出心裁的运用上。关于科学研究是集体合作好还是个人单干好，不同学科、不同的科学家会有不同的看法。对于数学，“微分几何之父”、国际数学泰斗陈省身认为，“数学还是一个个人的学问。交流固然要紧，真正的创见还是出自一个人”。
陈省身：《陈省身文集》，张奠宙，王善平编，华东师范大学出版社2002年版，第117页。 陈省身在实际的数学创新中，走的是既注重个人创造性又重视合作交流的创新之路。陈省身为什么认为数学主要是个人的学问呢？在他看来，一个人的创见是努力和灵感的结晶，并非同一群人讨论的结果。数学作为一门广泛而复杂的学问，个人可以自由选择其研究方向。一个有能力有决心的人，可以选择不同的途径，完成他的志愿。
张劲夫：《海外学者论中国》，华夏出版社1994年版，第27页。
陈省身的上述看法点出了数学创新的特殊性，而他在美国开创的整体微分几何就是很好的例证。陈省身代表的美国学派主要研究领域在于微分形式，但是，以克林根伯格为代表的德国整体几何学派不用微分形式，而是用测地线和比较定理等来推导，陈省身解释说：“二者没有本质差别，这是一种历史的发展。例如，为了做流形上的几何，标准的技巧就是里奇运算，基本问题是形式问题，这些问题是由李普希茨和克利斯托费尔解决的，特别是后者。而克利斯托费尔的想法又追溯到里奇，里奇寫了关于里奇运算的书，所以包括费尔在内的所有人都通过里奇运算学习数学。张量分析是如此重要，以至人人都要学。这就是在微分几何中人们从张量分析开始的原因。不过在某些方面微分形式应该引入。我通常喜欢说，向量场像一个男人，而微分形式则像一个女人。社会必须有两性，一个是不够的。”
陈省身：《陈省身文集》，张奠宙，王善平编，华东师范大学出版社2002年版，第66页。
其次，方法创新还包括特殊方法的巧妙运用。数学大师华罗庚可谓是方法创新的高手。华罗庚获得中国第一届数学竞赛冠军，相当不容易，当时参赛选手大多来自银行与钱庄的工作人员，华罗庚如果按照常规方法和他们硬拼，肯定不是他们的对手，在这种情况下，华罗庚对传统的打算盘的方法进行了分析，他认为要想取胜，就只有在乘法上下功夫。经过思考后，他直接将每次乘出的答数逐次加到算盘上，这样就可以节省一部分时间。例如34×6，先在算盘上打上3×6=18，再退一位，加上4×6=24，立即得204。只需两步就可得到答案。对于除法而言，则用逐步相减来作答，大大加快了运算的速度。基于这样的智慧，加上华罗庚超强的心算能力，最后他以绝对优势战胜了强有力的竞争对手。
王元：《华罗庚》（修订版），江西教育出版社1999年版，第19页。
华罗庚在中国科学院数学研究所任教时，创造性地提出了“一条龙”教学法，开拓了一条培养数学人才的创新之路。
黄婷，邱德胜：《数学大师：华罗庚、陈省身、吴文俊》，中国科学技术出版社2012年版，第118页。华罗庚的“一条龙”教学法，首要就是要做好教学计划的安排。当时高等院校的数学教学是不同的课由不同的教师来教，如代数、几何、分析等分别由代数、几何、分析等领域的教师来教，每位教师只负责自己的那个方面。但是华罗庚想培养中国的创新型人才，这就要求学生既能适应纯粹数学研究，又能适应应用数学研究，但前提是他们必须打好基础，而打好基础最好的方式就是将各门课程作为一个整体来学习。华罗庚将高等代数、微积分、复变函数放在一起来教，这是数学教育的一大创新，这一方法被人们称之为“一条龙”教学法。“一条龙”教学法对教师的要求很高，因此，这种创新的难度很大，它要求教师要有广博的知识，几乎精通数学的各个学科，实际上数学的各个学科之间是相互联系的，是一个整体。华罗庚所倡导并身体力行的“一条龙”教学法是数学教学领域的一次全新的尝试，该方法为学生打好宽厚的数学基础提供了很好的平台，也取得了很好的效果。
2003年国家最高科学技术奖获得者刘东生院士指出：开展“创新方法”工作很有必要，非常及时。从某种意义上说，一切科学探索都是方法的探索。因此，善于运用方法，具备方法创新能力，是培养创新型人才的第二个维度。
3平台搭建之维：工具创新
科学在本质上是一种关涉精神和智力的活动，但也离不开独特的物质手段。从历史的角度看，人类文明进程中的每一次重要飞跃往往都与特定的工具创新密切相关。人们通常将科学工具分为两类：一类是科学仪器设备，另一类是科学理论模型。作为人类工具的典型形式，科学仪器设备是催生科技创新的重要因素。以科学仪器设备为基础的科学工具和科学实验，都是科学思维与科学方法的物化形式。如今，一流的科学研究往往离不开一流的科学仪器，科学工具的自主创新也就有着超乎寻常的意义。“工欲善其事，必先利其器。”从创新大师的角度看，不熟练掌握器物，创新又有几成胜算呢？纵观我国的著名科学家，他们之所以能成为大师，至少是能出神入化地运用器物。 我国最高科技奖获得者吴文俊院士开创了数学机械化研究，他把计算机作为数学研究的工具，使计算机与数学成功地紧密结合起来。吴文俊用计算机完成数学研究中的机械工作，这在工具创新方面可谓典范。吴文俊曾经说过：“我们并不鼓励以后人们将使用计算机来证明甚至发现一些有趣的几何定理。恰恰相反，我们希望人们不再从事这种虽然有趣却对数学本身也已意义不大的工作，而把自己从这种工作中解放出来，把自己的聪明才智与创造能力贯注到更有意义的脑力劳动上去。”
黄婷，邱德胜：《数学大师：华罗庚、陈省身、吴文俊》，中国科学技术出版社2012年版，第332页。的确如此，吴文俊在北京无线电一厂第一次了解计算机后，就感到了计算机的巨大威力，认为计算机是个了不起的工具，因此，他就把计算机作为解决数学问题的工具，这一做法取得了巨大的成效，一方面推进了数学本身的发展，另一方面，它能更好地解决应用中的数学问题。
化学家徐光宪利用数学与仪器、模型进行工具创新，并利用数学工具抽象出新概念、新思想、新方法，在有效结合精确计算与近似算法的同时提出新的计算公式，改进计算工具，促进了配位化学领域对物质结构与性能之间关系的深度研究。化学家进行实验研究的必备工具是仪器，依靠科学仪器，人类获得了单纯依赖感官难以企及的新信息，进而使认识的经验基础不断拓展。随着科学仪器测量精度的提高与可观测范围的扩展，科研过程对仪器的依赖程度正进一步加深，可以这么认为，科学从业者也是以那些非常技能化的复杂而尖端的仪器设备作为认识世界的中介，仪器已经成为科学实验者认识和把握客观世界的唯一现实可能的通道。
自1901年颁布首届诺贝尔奖以来，在自然科学奖项中，绝大部分是借助各种先进的科学仪器完成的。因此，最大限度地使用先进仪器设备，具有工具创新能力，是培养创新型人才的第三个重要的维度。
三、创新型人才培养的方法举措
创新型人才的培养离不开创新方法，创新方法中的思维创新、方法创新、工具创新相辅相成，存在着“枝枝相覆盖、叶叶相交通”的联系。
刘大椿，潘睿：《范例研究：科学大师与创新方法》，中国科学技术出版社2012年版，第24页。历史上的科学大师，几乎都是思维创新、方法创新与工具创新的“三位一体”;或者是由思维创新到方法创新而工具创新;或者反之，由工具创新到方法创新再到思维创新。因此，我们应充分意识到思维创新、方法创新和工具创新在人才培养过程中的重要意义，并通过相关体制机制的完善和基础教育教学改革，将多种创新性的因素融入人才培养的过程中，以使越来越多的创新型人才脱颖而出。具体来说，对于基础教育中创新型人才的培养而言，以下方法举措极为重要。
1改变单一知识结构，提高学生思维创新能力
从著名科学家走向成功的案例来看，培养学生的思维创新能力尤为重要。如何培养学生的思维创新能力？一种基本的取向是培养学生的发散性思维和收敛式思维能力。所谓发散性思维是指在思考问题、解决问题时以问题为中心从多个角度拓展开去的思维方式;而收敛式思维则与之相反，注重思考问题和解决问题时，从四面八方指向问题的中心。不论是中心向外围拓展的发散性思维，还是外围向中心聚拢的收敛性思维，都要求学生具有坚实而宽厚的知识背景。
立足我国当前基础教育的现状，要提高学生的思维创新能力，当务之急是丰富学生的知识背景，改变学生单一的知识结构，将原来由于文理分科导致的单一型的知识结构轉变为文理兼通的知识结构，培养宽口径、强基础的高素质人才。难得的是，全国即将实行的 “3+1+2”的高考新模式，打破了原来纯文纯理的教育传统，对复合型、创新型人才的培养提供了一种新的出路。这种高考新模式的好处在于：如果将前面的“3”看作共性教育，后面的“1+2”可视为个性教育，共性教育和个性教育相结合，共性教育致力于培育健全的人格，使人成为一个合乎社会要求的人;个性教育则是在共性教育的基础上，进一步根据受教育者的知识结构、个性特点、兴趣爱好等加以有针对性的教育和引导，使学生在具备广博知识背景的同时，思维创新能力不断得到激发和提高，知识迁移能力得到拓展，最终向创新型人才的目标迈进。
2改进知识获取方式，加强学生方法创新能力
要加强学生的方法创新能力，重要的是改进知识的获取方式，提高学生知识交换、融会贯通和举一反三的能力，而这显然对处在基础教育阶段的学生和教师都提出了不同的更高的要求。对于学生而言，要将自己的想象力、个性、兴趣三者相结合，在灵活运用传统的方法的同时，还要另辟他径，寻求更为有效、更为便捷的解决方法;对于教师而言，要打破传统“满堂灌”的教学方式，代之以问题为中心，让学生围绕问题，解答问题，寻找答案。学生在解答问题、寻找答案的过程中，不仅能找到问题的多种解答方式，增加自己的知识量，而且还可以体会解决问题的乐趣，提高学习的主动性和创造性。
可喜的是，新课改实施以来，传统“满堂灌”的教学方式得到了极大的转变，提倡使用情境式、问题式的教学方式。在情景式、问题式教学中，以问题来统领课程框架，通过问题的提出、思考，吸引学生的注意力，启迪学生思维，启发学生的创造性，学生不仅收获了知识，方法创新能力也得到了提升。为了取得更好的效果，教师的教学方法要灵活多样，不拘一格，在课堂上要让学生独立思考，勇于探索，大胆怀疑，为学生的成长进步提供多种可能。在基础教育的过程中，教师要培养学生的好奇心、求知欲，要保护学生的探索精神、创新精神，为创新型人才的培养服务。
3规范实践教学环节，强化学生工具创新能力
通过对吴文俊等一些著名科学家的成长历程的分析可以发现，他们之所以能够在科学研究上取得重大突破，一定程度上得益于其一流的工具创新能力。这里的工具，一方面是由理论模型或方法组成的理论工具，如数学工具等;另一方面则是指作为科学思维与科学方法物化形式的物质工具，如仪器设备等。合理使用理论工具或物质工具对于创新能力的提升起着重要作用。
如何提升学生的工具创新能力？在基础教育阶段，重要的是规范实践教学环节，提高学生的实验动手能力和社会实践技能。就中小学校而言，要规范实践教学环节：一方面，要训练提升学生使用实验仪器设备等物质工具的能力和水平，在条件允许的情况下，要加大实验室建设力度，提高实验室的仪器设备配置水平，让实验课程真正开设起来，让每一位学生都有亲自动手的机会。实验不仅是为了验证课本上的知识，更重要的是，让学生体悟科学知识形成的过程，提高理解知识、使用物质工具的水平，激发学生的工具创新能力;另一方面，从课堂上得到的理论知识能否有效地应用于实践，则需要学生通过专业实习或社会实践的方式加以检验。通过规范化专业实习和社会实践，可以进一步加深学生对课堂知识和方法的理解，提高学生因地制宜解决问题的能力。此外，对于不同兴趣和爱好的学生，可提出不同的要求和任务，开展多种形式的创造性实践活动，让学生在实践中探索未知，发现问题，从而使学生的工具创新能力得到提升。
总而言之，要培养新时代的创新型人才，唤起学生创新创造的热情，向学生介绍著名科学家走向成功的人生历程，让他们直观感受大师的魅力不失为一个好的办法。此外，要在基础教育阶段全面推进创新型人才的培养，还需营造崇尚创新创造的社会氛围。具体而言，国家应该多措并举，不断改善学生成长环境，鼓励发明创造，使对创新不感兴趣的人感兴趣，使对创新感兴趣的人更具创造性，使创新性成果得到充分的肯定，使创新型人才得到充分的尊重，从而形成“人人爱创新，社会求创新”的新风尚，创新型人才的脱颖而出和健康成长就水到渠成了。
关键词：创新型人才;基础教育;思维创新;方法创新;工具创新
钱学森先生曾经慨叹：“为什么我们的学校总是培养不出杰出的人才？”“钱学森之问”受到了社会各界的热切关注和积极回应。如何破解“钱学森之问”，培养中国本土的杰出人才，值得深入思考和系统研究。从某种程度上说，杰出人才就是创新型人才。立足当下，创新型人才的培养对于推进我国创新型国家建设和未来长远发展具有重要的战略意义。然而，创新型人才的培养有哪些维度？如何推进基础教育阶段创新型人才的培养？这些将是本文重点探讨的问题。
一、在基础教育阶段培养创新型人才的重要性
21世纪以来，人才的竞争愈演愈烈，全面推进创新型人才的培养已成为各国打造创新强国的重要战略，而创新能力已成为国家核心竞争力的重要组成要素。党的十九大报告明确提出“创新是引领发展的第一动力”，并强调“加快建设创新型国家”。科技部自2008年开始启动科技基础性专项项目的研究，试图为创新型人才的培养开出良方;教育部也从2009年开始实施“基础学科拔尖学生培养试验计划”，旨在培养拔尖创新人才，足见我国政府对这一问题的高度重视。为了实现2020年进入创新型国家行列、2030年跻身创新型国家前列、2050年建成世界科技创新强国，成为世界主要科学中心和创新高地的战略目标，各级各类教育工作者均应担负起培养创新型人才的历史使命，基础教育工作者的不懈努力不可或缺。
在当前的教育背景下，基础教育阶段的学生和学校面临着巨大的升学压力，因此，他们都将考试成绩放在第一位，考出好的成绩是学生和学校的第一要务。在教学过程中，教师主导课堂，灌输知识;学生通过“题海战术”，巩固教师总结好的知识。其结果是，教师在课堂上讲什么，学生就学什么;课堂教学采取即问即答的方式，教师提问，学生回答;教师不问，学生也不问;教师问什么，学生回答什么。长此以往，学生只注重知识的学习和记忆，导致学生的思维能力受限、反思与批判能力受阻、创新精神严重不足。在这种教育理念和模式的影响下，强调基础教育阶段创新型人才的培养就具有更强的现实意义。
不论是从创新型国家战略出发，还是从基础教育的实际出发，都可以凸显創新型人才培养的重要性。然而，我们应该如何培养创新型人才？立足当下，我们应该从原来追求一般程式化的努力中解脱出来，而代之以创新方法，通过著名科学家的案例研究，努力寻求创新型人才培养的可能方案。案例研究的优势在于，相对传统的规范研究而言，它更加具体和情境化，它能通过实际材料说明抽象观点，这样更容易被人理解和接受。创新意味着没有传统的惯例可以依循，没有历史的经验可供借鉴，意味着要用新的方法思考问题，因此培养学生的创新能力，最好的方法是给他们一些实例，让他们在实例中去感受什么是创新，这样学生才更容易理解创新是怎么一回事。
方明：《缄默知识论》，安徽教育出版社2004年版，第211页。由此可见，对著名科学家进行案例研究，梳理他们的学术历程，找到他们成功的闪光点和共同点，并加以总结和提炼，或许能找到破解“钱学森之问”的钥匙，也是对创新型人才培养重要性的积极回应。
二、创新型人才培养的三个维度
科学的本质就是创新，只有在科学领域做出重大创新的科学家才能称之为著名科学家，从这个角度来讲，著名科学家都是创新型人才的杰出代表。通过对华罗庚等一些著名科学家的案例研究，我们发现，“思维创新、方法创新、工具创新”对于著名科学家走向成功尤为重要，因此，这三个维度就成为培养创新型人才的关键。
1观念超越之维：思维创新
创新的根本在于思维创新，彼得·德鲁克曾说“创新开始于一个思想”。
金吾伦：《感悟科学：科学哲学探询》，湖南人民出版社2007年版，第195页。思维创新是创新方法中最为复杂、最为重要的环节，同时也是难度最大的环节。要使思维创新仅仅局限在既有知识的范围内是无法做到的，重要的是要从已知中发现未知，通过大胆的假设，催生新的已知，否则，就只能盲目遵从、人云亦云，那就不是创新了。思维创新对问题高度敏感，创新者能迅速注意到某一情境中的问题，迅速扩展并深究问题。创新型人才能从平淡无奇、司空见惯的现象中发现不平凡的问题。例如，在1960年7月的一个下午，杂交水稻之父袁隆平下课后，径直来到试验田观察稻株，发现了一株植株高大、穗大粒多的优异稻株，和其他稻株相比好似“鹤立鸡群”。于是，他从“鹤立鸡群”的天然杂交水稻植株中，发现了不平常的地方。袁隆平认为，杂交水稻的成功就在于不囿于现存结论的思维创新。
刘永谋：《育种大师：袁隆平、李振声》，中国科学技术出版社2012年版，第84页。 思维创新可谓是创新的起点和灵魂，缺乏思维创新，其他创新均无从谈起。
思维创新是一种能力品质。对于什么是思维创新，学界目前还没有一个公认的定义，但普遍认为它具有求异性、敏锐性、独特性、灵活性、突发性、综合性、跳跃性等大致相同的特点。将这些特点集中起来可以发现，思维创新的本质就在于它的超越性。创新型人才必须具有超前的创新意识。超前思维是一种产生新观念的思考，一位科学家的一生有无建树，关键在于他有无创新思维和运用创新思维的能力。一般而言，富有创新思维能力的人大都具备远见卓识。我国两院院士兼第三世界科学院院士王选说道：“我能取得今天的成绩，和在关键时刻能想得比别人早一点有很大关系。我曾谈到过自己很多的不足，但也有一个优点，就是有一些远见和洞察力。有了远见，就不会受潮流的影响，不急功近利。” 夏欣，王选：《远见、洞察力与大学基础》，载中国科学院官网：http：//www.cas.cn/xw/zjsd/200906/t20090608_641043.shtml，最后登录日期：2020年5月18日。王选还认为，一个人只有具备一定的洞察力，才能够发现有前景的新领域或在新领域内发现和解决最关键的问题。
王选：《王选文集》（修订版），北京大学出版社2006年版，第420页。
思维创新意味着有丰富的想象力。《孙子兵法》中有一种充满哲理的观点：“兵无常势，水无常形。”孙子的军事辩证法的精粹就在于讲求机动自如，主张灵活多变。也就是说我们的思维要像流水一样灵活，不要拘泥于“常形”“常势”。中国工程院院士、著名桥梁工程专家陈新曾经说过：“我的思想在工作中创新、超越、反思。我的工作主要是做大桥的水下基础。每一次设计，我都想超过以前水平，不能单纯重复。”
王国栋：《访中国工程院院士陈新校友——荣辱不惊，平凡之心》，同济大学关心下一代委员会论坛，2008年6月16日。他不惧挑战性的工作，思维灵活多变，总能找到解决问题的巧妙办法，这也是他在创新道路上越走越远的主要原因。
没有思维，就没有科学。思维创新的本质在于突破既定的思维模式，取得创新型的思维成果。科学方法中最重要的是思维方法，科学能力中最重要的是思维能力。思维创新能力作为科学家的一种重要的能力特征，是科学家进行科学研究的有力武器，也是培养创新型人才的第一个维度。
2方式转变之维：方法创新
方法创新，首先体现在对传统方法的独出心裁的运用上。关于科学研究是集体合作好还是个人单干好，不同学科、不同的科学家会有不同的看法。对于数学，“微分几何之父”、国际数学泰斗陈省身认为，“数学还是一个个人的学问。交流固然要紧，真正的创见还是出自一个人”。
陈省身：《陈省身文集》，张奠宙，王善平编，华东师范大学出版社2002年版，第117页。 陈省身在实际的数学创新中，走的是既注重个人创造性又重视合作交流的创新之路。陈省身为什么认为数学主要是个人的学问呢？在他看来，一个人的创见是努力和灵感的结晶，并非同一群人讨论的结果。数学作为一门广泛而复杂的学问，个人可以自由选择其研究方向。一个有能力有决心的人，可以选择不同的途径，完成他的志愿。
张劲夫：《海外学者论中国》，华夏出版社1994年版，第27页。
陈省身的上述看法点出了数学创新的特殊性，而他在美国开创的整体微分几何就是很好的例证。陈省身代表的美国学派主要研究领域在于微分形式，但是，以克林根伯格为代表的德国整体几何学派不用微分形式，而是用测地线和比较定理等来推导，陈省身解释说：“二者没有本质差别，这是一种历史的发展。例如，为了做流形上的几何，标准的技巧就是里奇运算，基本问题是形式问题，这些问题是由李普希茨和克利斯托费尔解决的，特别是后者。而克利斯托费尔的想法又追溯到里奇，里奇寫了关于里奇运算的书，所以包括费尔在内的所有人都通过里奇运算学习数学。张量分析是如此重要，以至人人都要学。这就是在微分几何中人们从张量分析开始的原因。不过在某些方面微分形式应该引入。我通常喜欢说，向量场像一个男人，而微分形式则像一个女人。社会必须有两性，一个是不够的。”
陈省身：《陈省身文集》，张奠宙，王善平编，华东师范大学出版社2002年版，第66页。
其次，方法创新还包括特殊方法的巧妙运用。数学大师华罗庚可谓是方法创新的高手。华罗庚获得中国第一届数学竞赛冠军，相当不容易，当时参赛选手大多来自银行与钱庄的工作人员，华罗庚如果按照常规方法和他们硬拼，肯定不是他们的对手，在这种情况下，华罗庚对传统的打算盘的方法进行了分析，他认为要想取胜，就只有在乘法上下功夫。经过思考后，他直接将每次乘出的答数逐次加到算盘上，这样就可以节省一部分时间。例如34×6，先在算盘上打上3×6=18，再退一位，加上4×6=24，立即得204。只需两步就可得到答案。对于除法而言，则用逐步相减来作答，大大加快了运算的速度。基于这样的智慧，加上华罗庚超强的心算能力，最后他以绝对优势战胜了强有力的竞争对手。
王元：《华罗庚》（修订版），江西教育出版社1999年版，第19页。
华罗庚在中国科学院数学研究所任教时，创造性地提出了“一条龙”教学法，开拓了一条培养数学人才的创新之路。
黄婷，邱德胜：《数学大师：华罗庚、陈省身、吴文俊》，中国科学技术出版社2012年版，第118页。华罗庚的“一条龙”教学法，首要就是要做好教学计划的安排。当时高等院校的数学教学是不同的课由不同的教师来教，如代数、几何、分析等分别由代数、几何、分析等领域的教师来教，每位教师只负责自己的那个方面。但是华罗庚想培养中国的创新型人才，这就要求学生既能适应纯粹数学研究，又能适应应用数学研究，但前提是他们必须打好基础，而打好基础最好的方式就是将各门课程作为一个整体来学习。华罗庚将高等代数、微积分、复变函数放在一起来教，这是数学教育的一大创新，这一方法被人们称之为“一条龙”教学法。“一条龙”教学法对教师的要求很高，因此，这种创新的难度很大，它要求教师要有广博的知识，几乎精通数学的各个学科，实际上数学的各个学科之间是相互联系的，是一个整体。华罗庚所倡导并身体力行的“一条龙”教学法是数学教学领域的一次全新的尝试，该方法为学生打好宽厚的数学基础提供了很好的平台，也取得了很好的效果。
2003年国家最高科学技术奖获得者刘东生院士指出：开展“创新方法”工作很有必要，非常及时。从某种意义上说，一切科学探索都是方法的探索。因此，善于运用方法，具备方法创新能力，是培养创新型人才的第二个维度。
3平台搭建之维：工具创新
科学在本质上是一种关涉精神和智力的活动，但也离不开独特的物质手段。从历史的角度看，人类文明进程中的每一次重要飞跃往往都与特定的工具创新密切相关。人们通常将科学工具分为两类：一类是科学仪器设备，另一类是科学理论模型。作为人类工具的典型形式，科学仪器设备是催生科技创新的重要因素。以科学仪器设备为基础的科学工具和科学实验，都是科学思维与科学方法的物化形式。如今，一流的科学研究往往离不开一流的科学仪器，科学工具的自主创新也就有着超乎寻常的意义。“工欲善其事，必先利其器。”从创新大师的角度看，不熟练掌握器物，创新又有几成胜算呢？纵观我国的著名科学家，他们之所以能成为大师，至少是能出神入化地运用器物。 我国最高科技奖获得者吴文俊院士开创了数学机械化研究，他把计算机作为数学研究的工具，使计算机与数学成功地紧密结合起来。吴文俊用计算机完成数学研究中的机械工作，这在工具创新方面可谓典范。吴文俊曾经说过：“我们并不鼓励以后人们将使用计算机来证明甚至发现一些有趣的几何定理。恰恰相反，我们希望人们不再从事这种虽然有趣却对数学本身也已意义不大的工作，而把自己从这种工作中解放出来，把自己的聪明才智与创造能力贯注到更有意义的脑力劳动上去。”
黄婷，邱德胜：《数学大师：华罗庚、陈省身、吴文俊》，中国科学技术出版社2012年版，第332页。的确如此，吴文俊在北京无线电一厂第一次了解计算机后，就感到了计算机的巨大威力，认为计算机是个了不起的工具，因此，他就把计算机作为解决数学问题的工具，这一做法取得了巨大的成效，一方面推进了数学本身的发展，另一方面，它能更好地解决应用中的数学问题。
化学家徐光宪利用数学与仪器、模型进行工具创新，并利用数学工具抽象出新概念、新思想、新方法，在有效结合精确计算与近似算法的同时提出新的计算公式，改进计算工具，促进了配位化学领域对物质结构与性能之间关系的深度研究。化学家进行实验研究的必备工具是仪器，依靠科学仪器，人类获得了单纯依赖感官难以企及的新信息，进而使认识的经验基础不断拓展。随着科学仪器测量精度的提高与可观测范围的扩展，科研过程对仪器的依赖程度正进一步加深，可以这么认为，科学从业者也是以那些非常技能化的复杂而尖端的仪器设备作为认识世界的中介，仪器已经成为科学实验者认识和把握客观世界的唯一现实可能的通道。
自1901年颁布首届诺贝尔奖以来，在自然科学奖项中，绝大部分是借助各种先进的科学仪器完成的。因此，最大限度地使用先进仪器设备，具有工具创新能力，是培养创新型人才的第三个重要的维度。
三、创新型人才培养的方法举措
创新型人才的培养离不开创新方法，创新方法中的思维创新、方法创新、工具创新相辅相成，存在着“枝枝相覆盖、叶叶相交通”的联系。
刘大椿，潘睿：《范例研究：科学大师与创新方法》，中国科学技术出版社2012年版，第24页。历史上的科学大师，几乎都是思维创新、方法创新与工具创新的“三位一体”;或者是由思维创新到方法创新而工具创新;或者反之，由工具创新到方法创新再到思维创新。因此，我们应充分意识到思维创新、方法创新和工具创新在人才培养过程中的重要意义，并通过相关体制机制的完善和基础教育教学改革，将多种创新性的因素融入人才培养的过程中，以使越来越多的创新型人才脱颖而出。具体来说，对于基础教育中创新型人才的培养而言，以下方法举措极为重要。
1改变单一知识结构，提高学生思维创新能力
从著名科学家走向成功的案例来看，培养学生的思维创新能力尤为重要。如何培养学生的思维创新能力？一种基本的取向是培养学生的发散性思维和收敛式思维能力。所谓发散性思维是指在思考问题、解决问题时以问题为中心从多个角度拓展开去的思维方式;而收敛式思维则与之相反，注重思考问题和解决问题时，从四面八方指向问题的中心。不论是中心向外围拓展的发散性思维，还是外围向中心聚拢的收敛性思维，都要求学生具有坚实而宽厚的知识背景。
立足我国当前基础教育的现状，要提高学生的思维创新能力，当务之急是丰富学生的知识背景，改变学生单一的知识结构，将原来由于文理分科导致的单一型的知识结构轉变为文理兼通的知识结构，培养宽口径、强基础的高素质人才。难得的是，全国即将实行的 “3+1+2”的高考新模式，打破了原来纯文纯理的教育传统，对复合型、创新型人才的培养提供了一种新的出路。这种高考新模式的好处在于：如果将前面的“3”看作共性教育，后面的“1+2”可视为个性教育，共性教育和个性教育相结合，共性教育致力于培育健全的人格，使人成为一个合乎社会要求的人;个性教育则是在共性教育的基础上，进一步根据受教育者的知识结构、个性特点、兴趣爱好等加以有针对性的教育和引导，使学生在具备广博知识背景的同时，思维创新能力不断得到激发和提高，知识迁移能力得到拓展，最终向创新型人才的目标迈进。
2改进知识获取方式，加强学生方法创新能力
要加强学生的方法创新能力，重要的是改进知识的获取方式，提高学生知识交换、融会贯通和举一反三的能力，而这显然对处在基础教育阶段的学生和教师都提出了不同的更高的要求。对于学生而言，要将自己的想象力、个性、兴趣三者相结合，在灵活运用传统的方法的同时，还要另辟他径，寻求更为有效、更为便捷的解决方法;对于教师而言，要打破传统“满堂灌”的教学方式，代之以问题为中心，让学生围绕问题，解答问题，寻找答案。学生在解答问题、寻找答案的过程中，不仅能找到问题的多种解答方式，增加自己的知识量，而且还可以体会解决问题的乐趣，提高学习的主动性和创造性。
可喜的是，新课改实施以来，传统“满堂灌”的教学方式得到了极大的转变，提倡使用情境式、问题式的教学方式。在情景式、问题式教学中，以问题来统领课程框架，通过问题的提出、思考，吸引学生的注意力，启迪学生思维，启发学生的创造性，学生不仅收获了知识，方法创新能力也得到了提升。为了取得更好的效果，教师的教学方法要灵活多样，不拘一格，在课堂上要让学生独立思考，勇于探索，大胆怀疑，为学生的成长进步提供多种可能。在基础教育的过程中，教师要培养学生的好奇心、求知欲，要保护学生的探索精神、创新精神，为创新型人才的培养服务。
3规范实践教学环节，强化学生工具创新能力
通过对吴文俊等一些著名科学家的成长历程的分析可以发现，他们之所以能够在科学研究上取得重大突破，一定程度上得益于其一流的工具创新能力。这里的工具，一方面是由理论模型或方法组成的理论工具，如数学工具等;另一方面则是指作为科学思维与科学方法物化形式的物质工具，如仪器设备等。合理使用理论工具或物质工具对于创新能力的提升起着重要作用。
如何提升学生的工具创新能力？在基础教育阶段，重要的是规范实践教学环节，提高学生的实验动手能力和社会实践技能。就中小学校而言，要规范实践教学环节：一方面，要训练提升学生使用实验仪器设备等物质工具的能力和水平，在条件允许的情况下，要加大实验室建设力度，提高实验室的仪器设备配置水平，让实验课程真正开设起来，让每一位学生都有亲自动手的机会。实验不仅是为了验证课本上的知识，更重要的是，让学生体悟科学知识形成的过程，提高理解知识、使用物质工具的水平，激发学生的工具创新能力;另一方面，从课堂上得到的理论知识能否有效地应用于实践，则需要学生通过专业实习或社会实践的方式加以检验。通过规范化专业实习和社会实践，可以进一步加深学生对课堂知识和方法的理解，提高学生因地制宜解决问题的能力。此外，对于不同兴趣和爱好的学生，可提出不同的要求和任务，开展多种形式的创造性实践活动，让学生在实践中探索未知，发现问题，从而使学生的工具创新能力得到提升。
总而言之，要培养新时代的创新型人才，唤起学生创新创造的热情，向学生介绍著名科学家走向成功的人生历程，让他们直观感受大师的魅力不失为一个好的办法。此外，要在基础教育阶段全面推进创新型人才的培养，还需营造崇尚创新创造的社会氛围。具体而言，国家应该多措并举，不断改善学生成长环境，鼓励发明创造，使对创新不感兴趣的人感兴趣，使对创新感兴趣的人更具创造性，使创新性成果得到充分的肯定，使创新型人才得到充分的尊重，从而形成“人人爱创新，社会求创新”的新风尚，创新型人才的脱颖而出和健康成长就水到渠成了。