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我对科学研究的体验(二)

施一公

方法论的转变

  我的博士后导师尼古拉·帕瓦拉蒂奇(NikolaPavletich)只比我大一岁半,很年轻,是美国科学院院士,他曾8年间在《自然》和《科学》上发了30篇论文,我认为他的工作可以写成两本教科书。

  在此,我想说方法论中很重要的一点,也就是——不能简单地接受别人告诉你的事情,你自己要去思考,而且要有批判性思维(criticalthinking)。

  我想举一个较为“极端”的例子。

  记得我在麻省理工学院面试博士后时,尼古拉的导师(也是美国科学院院士)告诉我说,尼古拉特别聪明,他能精读26种科学期刊(journal),知识渊博,能力非常强。我听后特别震惊,因为我自己也读文章,但是读上两三本期刊后就没有时间做研究了,觉得读文章很占用时间,这样会顾此失彼。

  我想,一个人怎么会这么强大,做这么好的研究,读这么多的文章,还什么都懂——这也是我去他的实验室做博士后的原因。

  有一天,我看到《自然》上有篇文章非常精彩,它阐述的是结构生物学领域的一项重大发现。我把它精读了一遍,想证明自己读得很不错。当时这个成果刚刚发布一个礼拜,我就拿着文章去办公室找尼古拉。

  “尼古拉,这篇文章做得很漂亮,我很想和你讨论一下。”我说。

  “这个……”他看着我很尴尬地笑了笑,“一公,抱歉,这篇文章我还没有读。”

  我想这可能是他最近太忙的缘故,有些遗憾。

  又过了一两个月,我再次看到了一篇很好的文章,我又花了几个小时精读了一遍,而且读得很透。我再次去敲尼古拉的门,因为我觉得这是对我很有帮助的一件事情,我希望我的导师知道,我将来要努力成为一位独立的科学家,也要有自己的实验室,和他一样优秀。

  “尼古拉,这片文章发表两周了,做得很漂亮。我觉得有些东西可以学,和你讨论一下如何?”

  尼古拉再次尴尬一笑,说:“我还没读。”

  那时候我突然着急起来了:“尼古拉你到底读不读文章啊?”

  他看了看我,把笑容一收说:“一公,你知道为什么吗?世界上最难以复制的就是时间。我的时间是很有限的,我真的没有多余的时间去读这篇文章。”

  这点对我的触动非常大,这使我懂得在不同领域、不同课题阶段会有不同的要求,在他当时的那个阶段,他当然没有时间去读这样的文章。他是一位卓越的科学家(brilliantscientist),他要做的是更高层面的、更具有创造性的事情,并不是要按照传统的说法“一定要怎么做”。

  我再讲一个例子。有一次,我们在尼古拉教授的实验室里做一个生物学实验,实验内容是尝试抽放一个蛋白质的蛋白,做了整整两天还没能拿到,我不知道哪里出了问题,感到很失望。

  “结果如何?”尼古拉过来问我。

  “抱歉,我还没有得到任何结果。”我说,“但是不用担心,我会尽全力找到问题出在哪里,找出原因再重新做。”

  “一公,你为什么一定要找到实验没有成功的原因呢?”尼古拉问我。

  我听后很惊讶,当时我说:“尼古拉,如果你不知道失败原因的话,怎么能继续工作呢?”

  尼古拉的回答非常干脆:“再仔细做一遍,就会成功。”

  对一个生物学的大型实验来说,两三天的实验中会有几十个步骤。如果要一个一个步骤地做下来,以此弄清哪一步出问题的话,至少得花费半个月的时间。

  尼古拉说 “再做一次”,有可能就是实验中的酶加错或有其他原因,再做一遍的成功性很大。后来的结果证实果然如此。

  这让我明白了———做科研并非找不出原因就无法进步,而要视情况来定。如果一个问题困扰你多年,不把问题找出来课题无法往前走的话,那么确实需要继续努力;但如果是一个技术错误,你是不需要花费时间去找原因的。这就是他给我第二个启发。

  我再举第三个例子———我认为这些都跟方法论以及批判性思维有关。

  不知在座的本科生同学有没有意识到,高中阶段以学习知识为主,对我们来说那时并不特别注重举一反三的思维能力训练。但是,迈入大学以后,你们就要开始自觉转变———从汲取知识到创造知识。等你攻读硕士、博士的时候,你就可能创造知识。

  可以想象,本科阶段的一节课是前人工作几十年总结出的经验,而你只用50分钟就学完了。然而等到你读博士的时候,也许你五、六年的科研工作还很难成为教科书里的只言片语。

  这就是其中的艰辛和艰难,成长和转变是很不一样的。你需要在大学伊始尽快转变思维,这就是方法论的转变。

  当前,好多中国人都喜欢和大师、科学家在一起,有机会的话定会去与他们交谈,这是正确的,在这个阶段你们一定要这样做。

  但有件事情引发了我的思考。记得有一次,1993年诺贝尔生理学或医学奖得主菲利普·夏普 (PhillipA.Sharp)来做讲座,他希望能见尼古拉谈一谈。

  我知道他举办讲座的那一天尼古拉在,因为上午我们曾一起讨论如何写一篇文章。可我听到尼古拉对秘书说:“抱歉,请告诉夏普我那天有事,谢谢他,我们以后有机会再见面。”

  夏普来做讲座的那天,尼古拉把自己关在办公室里,上午跟我谈话,下午专心做自己的机理研究。我觉得,很少人有这样的定力,这是不可思议的一件事。

  这个例子不是让同学们去效仿,而只是想让大家思考时间的取舍,以及方法论的转变。

挑战学术权威

  我认为挑战学术权威对中国学生尤为关键。因为中国学生经常会认为老师讲的大部分是对的,或者基本上是对的。即使错,也会以为自己没有理解好。

  记得有一次我在普林斯顿大学讲课,学生在课堂上提出了一个问题,其实我不知道答案,但觉得我能推测出一个。我讲了几句后,学生当场就反驳了我:

  “施老师,我觉得这好像不是真正的原因,我觉得你讲的不对。”

  我当时满脸通红,虽然没有在课堂上承认,但我知道这个问题我的确讲错了。这件事对我个人的触动很大。

  但是我把同样的回答在清华学生的课堂上再讲一遍,下面有很多同学在皱眉思考,他们明明知道我讲的这个有问题,但最终还是接受了,还是觉得施老师不会有错。

  其实每个人都会犯错,包括我现在正演讲的内容,大家也应该进行反思和质疑,因为我讲的都是我的主观观点。你仔细想,世界上没有绝对的客观观点,敢于质疑特别重要。

  我从小就有个特点——“爱出风头”。下面我讲的这个故事,和我博士期间的导师杰里米·伯格(JeremyBerg)有关。

  杰里米出生于1958年,我去他实验室做博士的时候他才32岁,是美国比较年轻的终身教授。记得有一次开组会,杰里米走进来,看起来心情很激动,他说:“今天的组会我来讲吧!”他平时是轻易不主讲的。

  他在黑板上画了一个立体的矩形,中间画了一个隔板,左边标注氧气,右边标注氮气,隔板一拉,里面的气体便开始发生物化作用。杰里米由此开始推导公式,写满了整整一个黑板,最后得出了一个惊人的结论:热力学第二定律是错的!

  这非常有可能,你不要小看杰里米。有一次他在开车时,突然想到了吸脂蛋白 (当时美国有很多人都在做这个蛋白的结构,但都没有做出来)。这个蛋白前面有两个半胱氨酸(cysteine),中间是三个氨基酸,后面有两个组氨酸(histi鄄dine),中间是四个氨基酸。他同时想到两个半胱氨酸参与的结构应该是一个β-sheet,两个组氨酸参与的结构应该是一个α-helix。最后他想到这个蛋白应该是正四面体的结构,zinc是包在中间的。这个结构预测得非常精美,是美国科研历史上一个非常有名的事件,后来过了两三年大家才用实验验证了这个预测。他是一个天才。

  杰里米在黑板上推算的时候,我发现公式里出现了3处错误,都是概念性的错误,很难察觉。当时房间里有20多位博士和博士后,大家听得如痴如醉,我是唯一一个察觉到的。

  (未完待续

  本文根据施一公院士2014年5月17日在 “基础学科拔尖学生培养试验计划”学生学术交流会上所作报告录音整理。整理/胡雨寒 程玺 田姬熔)

  来源:新清华 2014-06-27 第1961期

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2014-06-30 10:18:17]
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