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wmc0718 2013-5-16 12:31
(一) 所有成功的科学家一定具有的共同点,就是他们必须付出大量的时间和心血。这是一条 真理。实际上,无论社会上哪一种职业,要想成为本行业中的佼佼者,都必须付出比常 人多的时间。 大约10年前,著名华人生物学家蒲慕明先生曾经有一封邮件在网上广为流传,这封 邮件是蒲先生语重心长写给自己实验室所有博士生和博士后的,其中的观点我完全赞同 。无论是在普林斯顿还是在清华大学,我都把这封邮件转发给实验室的所有学生,让他 们体会。其中的一段是这样说的: “我认为最重要的事情就是在实验室里的工作时间,当今一个成功的年轻科学家平 均每周要有60小时左右的时间投入到实验室的研究工作中……我建议每个人每天至少有 6小时投入紧张的实验操作,并且用两小时以上的时间从事与科研直接相关的阅读等工作 。文献和书籍的阅读则应主要在这些工作时间之外进行。” 有些学生读完邮件后告诉我:“看来我不是做学术的料,因为我真的吃不起这份苦 。”我常常回复道:“我在你这么大年纪的时候,也会觉得长期这样工作不可思议。但 在不知不觉中,你会逐渐被科学研究的精妙所打动,也会为自己的努力和成绩而骄傲, 你会逐渐适应这种生活方式!”这样的回答,其实源自我自己的经历与体会。 我从小就特别贪玩,并不喜欢学习,但来自学校和父母的教育与压力迫使我尽量刻 苦读书。我高中就读于河南省实验中学,凭借着比别人更加刻苦的努力,综合成绩始终 名列前茅。1984年全国高中数学联赛我获得河南赛区第一名,保送进入清华大学。大学 阶段,我保持了刻苦的传统,综合成绩全班第一并提前一年毕业。然而事实上,我很少 真正独立思考,对所学专业也不感兴趣。大学毕业时,我本没有打算从事科学研究,而 是一心一意想下海经商,结果阴差阳错间踏上了赴美留学之路。 可想而知,留学的第一年,我情绪波动很大,内心浮躁而迷茫,根本无心念书、做 研究,而是花了很多时间在中餐馆打工、选修计算机课程。第二年,我开始逐渐适应科 研的“枯燥”,并开始有了一点自己的体会,有时领会了一些精妙之处后不免 “洋洋得 意”,也会产生“原来不过如此”的想法,逐渐对自己的科研能力有了一点自信。这期 间,博士研究生的课程全部修完,我每周5天、每天从上午9点做实验到晚上七八点,周 末也会去两个半天。到了第三年,我已经开始领会到科研的逻辑,有点儿跃跃欲试的感 觉,在组会上常常提问,而这种“入门”的感觉又让我对研究增加了很多兴趣,晚上常 常干到11点多,赶最后一班校车从霍普金斯医学院回到住处附近的霍姆伍德校区。1993 年,我曾经在实验记录本的日期旁标注“这是我连续第21天在实验室工作”,以此激励 自己。其实,这多少有作秀之嫌,因为其中的一个周末我一共只做了五六个小时的实验 。到第四年以后,我完全适应了实验室的科研环境,也不会再感到枯燥或时间上的压力 了。时间安排完全服从实验的需要,尽量往前赶。其实,这段时期的实验时间远多于刚 刚进实验室的时候,但感觉上好多了。 研究生阶段后期,我的刻苦在实验室是出了名的。在纽约做博士后时期则是我这辈 子最苦的两年,每天晚上做实验到半夜3点左右,回到住处躺下来睡觉时常常已是4点以 后;但每天早晨8点都会被窗外纽约第一大道上的汽车喧闹声吵醒,9点左右又回到实验 室开始了新的一天。每天三餐都在实验室,分别在上午9点、下午3点和晚上九十点。这 样的生活节奏持续11天,从周一到第二个星期的周五,周五晚上坐灰狗长途汽车回到巴 尔地摩的家里。周末两天每天睡上近10个小时,弥补过去11天严重缺失的睡眠,周一早 晨再开始下一个11天的奋斗。虽然体力上很累,但我心里很满足、很骄傲,我知道自己 在用行动打造未来、在创业,有时也会在日记里鼓励自己。我住在纽约市曼哈顿区65街 与第一大道路口附近,离纽约著名的中央公园很近,那里时有文化娱乐活动,但在纽约 工作整整两年,我从未迈进中央公园一步。 我一定会把自己的这段经历讲给我的每一个学生听,新生常常问我:“老师,您觉 得自己苦吗?”我通常回答:“只有做自己没兴趣的事情时觉得很苦,有兴趣以后一点 也不觉得苦。”是啊,一个精彩的实验带给我的享受比看一部美国大片强多了。现在回 想起当时的刻苦,感觉仍然很骄傲、很振奋!有时我想:如果自己在博士生、博士后阶 段的那7年半不努力进取,而是不加节制地看电影、读小说、找娱乐(当时的互联网远没 有现在这么内容丰富),现在该是什么状况? 做一个优秀的博士生,付出时间是必要条件。 (二) 要想在科学研究上取得突破和成功,仅仅刻苦地付出时间是不够的,批判性分析(crit icalanalysis)是必须具备的一种素质。 博士研究生与本科生最大的区别是:本科生以学习吸取人类积累的知识为主,兼顾 科学研究和技能训练;而博士生的本质是通过科学研究来发掘创造新知识,当前和以往 学习的知识都是为了更好地服务于科学研究。在以学习知识为主的本科生阶段,提出问 题固然重要,但答案往往已经存在,所以问题是否具有批判性没有那么关键。博士生阶 段则完全不同,必须具备批判性分析的能力,否则不可能成为优秀的科学家。这一点, 我称之为方法论的转变。 其实,整个大学和研究生阶段教育的实质就是培养批判性分析的能力,使学生具备 能够进行创新科研的方法论。这里的例子非常多,覆盖的范围也非常广,在此择要举例 说明。 正确分析负面结果(negative results)是成功的关键。作为生命学科的一名博士 生,如果每一个实验都很顺利、能得到预料中的正面结果 (positive results),除个 别研究领域外,一般只需要6~24个月就应该可以获得博士学位所需要的所有结果了。然 而实际上,在美国,生命学科的博士生平均需要6年左右的时间才能得到博士学位。这一 数字本身就说明:绝大多数实验结果会与预料不符,或者是负面结果。大多数低年级博 士生对负面结果的看法很消极,直接影响了他们批判性分析能力的培养。 其实,只要有适当的对照实验,判断无误的负面实验结果往往是通往成功的必经之 路。一般来说,任何一个探索型课题的每一步进展都有几种、甚至十几种可能的途径, 取得进展的过程基本就是排除不正确路径、找到正确方向的过程,很多情况下也就是将 这几种、甚至十几种可能的途径一一予以尝试、排除,直到找到一条可行之路的过程。 在这个过程中,一个可信的(conclusive)负面结果往往可以让我们信心饱满地放弃目前 这一途径。如果运用得当,这种排除法会确保我们最终走上正确的实验途径。从这个角 度讲,负面的实验结果不仅很正常,也很有益于课题的最终成功。我告诫并鼓励我所有 的学生:只要你不断取得可信的负面结果,你的课题就会很快走上正路;而在不断分析 负面结果的过程中所掌握的强大的逻辑分析能力也会使你很快成熟,成长为一名优秀的 科学家。 我对一帆风顺、很少取得负面结果的学生总是很担心,因为他们没有真正经历过科 研上批判性分析的训练。我的实验室里偶尔会有这样的学生,只用很短的时间(两年左 右,有时甚至一年)就完成了博士论文所需要的结果。对这些学生,我一定会让他们继 续承担一些富有挑战性的新课题,让他们经受负面结果的磨练。没有这些磨练,他们很 难真正具备批判性分析的能力,将来也很难成为可以独立领导一个实验室的优秀科学家 。 所以,不要害怕负面结果,关键是如何从分析负面结果的过程中获取正确的信息。 (三) “一个人必须对他要做的事情作出取舍,不可能面面俱到。无论阅读科研文献还是聆听 学术讲座,目的都是为了借鉴相关经验,更好地服务于自己的科研课题。” 切忌一味追求完美 耗费时间的完美主义阻碍创新进取。尼古拉·帕瓦拉蒂奇是我的博士后导师,也是 对我影响最大的科学家之一。他有极强的实验判断力和思维能力,做出了一系列里程碑 式的研究工作,享誉世界结构生物学界,31岁时即升任正教授。1996年4月,我刚到尼古 拉实验室不久,纯化一个表达量相当高的蛋白Smad4。两天下来,蛋白虽然纯化了,但结 果很不理想:得到的产量可能只有应该得到的20%左右。见到尼古拉,我不好意思地说: “产率很低,我计划继续优化蛋白的纯化方法,提高产率。”他反问我:“你为什么想 提高产率?已有的蛋白不够你做初步的结晶实验吗?”我“回敬”道:“我有足够的蛋 白做结晶筛选,但我需要优化产率以得到更多的蛋白。”他不客气地打断我:“不对。 产率够高了,你的时间比产率重要。请尽快开始结晶。”实践证明了尼古拉建议的价值 。我用仅有的几毫克蛋白进行结晶试验,很快意识到这个蛋白长度并不理想,需要通过蛋 白质工程除去其N-端较柔性的几十个氨基酸。事实上,除去N-端几十个氨基酸的蛋白不 仅表达量高,而且生化性质稳定,纯化起来非常容易,根本不用担心产率的问题。 在大刀阔斧进行创新实验的初期阶段,对每一步实验的设计当然要尽量仔细。但一 旦按计划开始后,对其中间步骤的实验结果则不必追求完美,而是应该义无反顾地把实 验一步步推到终点,看看可否得到大致与假设相符的总体结果。如果大体上相符,你才 应该回过头去仔细改进每一步的实验设计。如果大体不符,而总体实验设计和操作都没 有错误,那你的假设(或总体方向)很可能是有大问题的。 这个方法论在每一天的实验中都会用到。从1998年开始自己的独立实验室到现在, 我一直告诫所有学生:切忌一味追求完美。 科研文献与学术讲座的取舍 再来谈谈科研文献(literature)与学术讲座(seminar) 的取舍。尼古拉·帕瓦 拉蒂奇博学多才,在我们许多博士后的心目中,他一定读很多文章、常常去听学术讲座 。没想到,事实大大出乎我们的意料。 在我的博士生阶段,我的导师杰里米·伯格非常重视相关科研文献的阅读,每周召 开组内文献讨论会,讨论重要的科研进展。刚到尼古拉实验室时,我曾试图表现一下自 己读文献的功底,也想同时与尼古拉讨论以得到他的“真传”。1996年春季的一天,我 精读了一篇《自然》杂志的文章,午饭前遇到尼古拉时,我向他描述了这篇文章的精妙 ,同时期待着他的评述。尼古拉面色有点尴尬:“对不起,我还没看过这篇文章。”当 时我想,噢,也许这篇文章太新,他还没有来得及读。过了几天,我阅读了一篇几个月 前在《科学》上发表的研究文章,又去找尼古拉讨论,没想到他又说没看过。几次碰壁 之后,我不解地问他:“你知识如此渊博,一定是广泛阅读了大量文献,为什么恰好没 有读我提到的这几篇论文呢?”尼古拉看着我说:“我的阅读并不广泛。”我反问:“ 如果你不广泛阅读,你的科研成果怎么会这么好?你怎么能在自己的论文里引用这么多 文献?”尼古拉的回答让我非常意外:“我只读与我的研究兴趣有直接关系的论文,并 且只有在写论文时我才会大量阅读。” 我做博士后的单位纪念斯隆-凯特琳癌症中心有很好的系列学术讲座,常常会请来 自生命科学各个领域的“大牛”演讲。有一次,一位诺贝尔奖得主来作讲座,并且点名要 与尼克拉交谈。在绝大多数人看来,这可是一个不可多得的好机会。尼古拉却告诉他的 秘书:“请你替我转达我的歉意,讲座那天我恰好不在。”我们也为尼古拉感到遗憾。 让我万万想不到的是,诺贝尔奖得主演讲的那天,尼古拉把自己关在办公室里,从早晨 到傍晚一直没有出门,自然也没有去听讲座。当然,这也许是巧合——尼古拉取消了他 的出行计划。但以我们对他的了解,他十有八九是在写论文。后来,我们也意识到,这 样的事情发生在尼古拉身上已经见怪不怪了。 离开尼古拉实验室前,我向他抛出了这个始终没有完全解开的谜:“如果你不怎么 读文献,又不怎么去听讲座,你怎么还能做一个如此出色的科学家?”他回答说,他的 时间有限,每天只有10小时左右在实验室。权衡利弊之后,他只能把有限的时间用在他 认为最重要的事情上,例如解析结构、与学生讨论课题或写文章。 尼古拉的回答表述了一个简单的道理:一个人必须对他要做的事情作出取舍,不可 能面面俱到。无论阅读科研文献还是聆听学术讲座,目的都是为了借鉴相关经验,更好 地服务于自己的科研课题。 (四) 在博士生阶段,尤其是前两年,我认为必须花足够的时间去听各相关领域的学术讲座并 进行科研文献的广泛阅读,打好批判性思维的基础;但随着科研课题的深入,选择文献 阅读和学术讲座就需要有一定的针对性,也要开始权衡时间的分配了。 挑战传统思维。从我懂事开始,就受到这样的教育:凡事失败都有其道理,应该找 到失败的原因后再重新开始尝试。直到1996年,我在实验上也遵循这一原则。但在尼古 拉的实验室,这一“基本原则”受到了有理有据的挑战。 有一次,一个比较复杂的实验失败了。我很沮丧,准备花几天时间多做一些对照实 验找到问题所在。没想到尼古拉阻止了我,他皱着眉头问我,为什么要搞明白实验为何 失败?我觉得这个问题太没道理,理直气壮地回答: “我得知道哪里错了才能保证下一次可以成功。”尼古拉马上评论说:“不需要。 你真正要做的是把实验重复一遍,也许下次就可以做成。与其花大把时间搞清楚一个实 验为何失败,不如先重复一遍。面对一个失败了的复杂的一次性实验,最好的办法就是 认认真真重新做一次。”后来,尼古拉又把他的这一观点作了升华:“是否要弄清楚一 个实验为何失败,这是一个哲学问题。厘清每一个小差错的习惯性思维并不一定是最好 的方法。”仔细想想,这些话很有道理。并不是所有失败的实验都一定要找到原因,尤 其是生命科学的实验。因为实验过程繁琐复杂,大部分失败是由简单的操作错误引起的 ,可以仔细重新做一遍,这样往往可以解决问题。只有那些关键的、不找到失败原因就 无法前行的实验才需要刨根究源。 我选择的这些例子多少有点 “极端”,但只有这样才能更好地起到震荡大家思维的 作用。其实,在我自己的实验室里,这几个例子早已经给所有学生反复讲过多次了,而 且每次讲完之后,我都会告诉大家要打破迷信、怀疑成规,关键的关键是:跟着逻辑走 !跟着逻辑走,这是我在实验室里注定会重复强调的一句话,每天至少要对不同的学生 讲5遍以上。我自己每次与博士生讨论课题也总是遵循严密的逻辑,用推理、排除法找到 实验的下一步解决方案。严密的逻辑,是批判性分析的根本。
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