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树立科学理想,培养学术道德(二)

张希

学术交流激发创造灵感

  清华园是一个国际学术交流的中心,这充分反映在我们全年不断举行的高层次、高水平学术报告中。我特别鼓励大家经常听一些学术报告,在这些报告中学习创新性的研究思想和研究方法。特别是一些看起来跟你的专业领域毫不相关的学术报告,有时候通过报告现场面对面的交流,可以产生意想不到的创造性的灵感。

  你们还可以根据自己的研究方向,主动跟导师协商,组织专题研讨会;同时充分利用寒暑假时间参加国内甚至国外组织的一些冬令营、暑期学校等学术活动。因为通过参加这样的活动,能够帮助你们在很短的时间内迅速了解一个领域,了解一个方向,了解它的历史和发展,了解这个领域尚未解决的问题以及未来的发展动态和趋势,还可以结识一批志同道合的朋友。我也鼓励大家主动参与组织一些研讨会,可以是院系、学校范围的,也可以走出校园,跟其他学校、科研院所或者国外的大学联合开展研讨会,为青年学者不同思维的碰撞提供一个很好的舞台。而且大家在扩大视野的同时,往往能找到共同感兴趣的、亟待解决的问题。交流和合作可以提高研究的效率,是解决难题的捷径。

研究生培养的三个阶段

  我常常说,自己培养研究生要经过三个阶段——第一阶段,实现导师的思想;第二阶段,实践严格的科研训练;第三阶段,鼓励研究生产生自己的创新思维。

  我曾经有一名研究生不是清华化学系毕业的,记得当年他找到我,说希望跟我读博士。我问他,你为什么选择化学系,希望做我的学生?他说晚上在清华园里散步,走到化学馆时,经常看到这里灯火通明,感觉跟这样的群体在一起应该有前途。当时我觉得这是个很有想法的学生,便通过系里组织的面试招收了这位学生。一个刚进实验室的新学生,很难要求他一开始就有自己的研究想法,因为他对这个领域还不熟悉。所以要对他进行具体的指导,帮助他顺利实现导师的想法。在这个过程中,他会学到很多合成的方法、表征的方法,同时在学术交流的过程中学会与人沟通、进行科研合作等。经过严格的训练和不断的梳理,慢慢地,他会产生自己的想法。接下来,经过与老师的反复讨论,经过自己的不懈努力,如果能够实现这些想法,发表文章,得到认同,他的自信心就会得到很大的提升,分析问题、解决问题的能力也在这个过程中上了一个台阶,自然而然就满足了毕业的要求。攻读博士学位期间,这位学生建立了“超两亲分子”的新概念,在这个领域做出了一系列的开拓性工作,提前一年毕业,他的博士论文也被评为2013年全国优秀博士学位论文。

  我还有一个博士毕业生,名字里有“一流”两字。我开玩笑说,他只能做一流的工作,不能做二流的工作。他在攻读博士学位期间建立了基于主体增强电荷转移相互作用的超分子聚合新方法,这的确是一个一流的工作。回到他刚入学的时候,当时他敲开我办公室的门,走进来跟我聊了一会儿,我问了他很多化学方面的问题。聊天中我了解到他毕业于西安交大环境工程系,学习基础很好,但化学基础一般。我又让他念念英文,他念了很长一段,因为湖南口音很重,其实听不太懂。但他有一句话打动了我,就是他会很珍惜在清华学习的机会。我觉得一个人越珍惜一件事,就会越勤奋,他的潜力就会更多地得到发挥。同样的,第一阶段他主要还是按照我的思路做一些工作,但是到了第二阶段,因为他自己的珍惜和努力,上升速度非常快。一开始有一个启发的过程,然后逐渐加速,很快他就建立了超分子聚合的新方法。他把自己所有的弱点都转化为优势——他对化学知识的了解相对较少,这是他的弱点,但也正因为这一点,他敢于把别人认为不可能的事变为可能。他不仅自己工作做得好,还带出了一批优秀的师弟师妹,比如我马上要讲到的另一位博士生。

  研究的目的是为了解决问题。超分子聚合是自发组装的过程,但很难实现可控。怎样才能突破这个瓶颈、解决这个问题呢?有一天一位清华化学系本科毕业的新同学找到了我,说他有一个想法,可以提供解决这个问题的新思路。我就和他讨论,鼓励他按自己的想法做,结果不到一年时间他就建立了自分类识别可控超分子聚合的新方法,论文发表后成为一个“经典之作”。这位学生很特别,他在上中学时就很喜欢化学,很早就明确了自己的志趣所在。保送进入清华后,他对化学的热爱得到进一步的升华,在本科阶段就进入实验室同学长一起学习工作,这使得他在本科阶段就受到了很好的科研训练。所以进入研究生阶段,他从一开始就有自己的想法。这位学生把对学科的热爱变成了创造的激情,我相信他会前途无量。如果说你是这样的学生,我们当然特别高兴,特别欢迎,希望你们在大学里能够尽早地实现自己的科研想法。

  通过上面这些身边同学的事例,大家可以看到导师主要关心的是什么。我们最关心的是论文的创新性,比如提出了什么新概念和新理论,建立了什么新方法,制备出什么新材料等等。我们还关心你的博士论文、硕士论文能不能围绕某个科学问题开展系统深入的研究,而不是简单的实验报告。我们更关心如何帮助你们在清华园接受严格的科研训练,培养你们全面具备成功者的素质。

创新方法从何而来?

  创新方法到底从何而来?不同学科有不同的方法,但总结起来也有一些共同点,下面我会举例说明,供大家思考。比如“移花接木”。美籍波兰裔化学家克日什托夫•马蒂亚谢夫斯基曾经建立了一种可控聚合的新方法,这个想法是怎么来的呢?他和他的学生是把有机化学中的一个原子转移自由基的反应运用到高分子化学中。在国际化学界中,他们第一个想到“移花接木”,创造了这个新的方法,用于制备各类聚合物材料,因此获得2011年度的沃尔夫奖,这是仅次于诺贝尔奖的国际性大奖。马蒂亚谢夫斯基对中国同行非常友好,我们都亲切地叫他“老马”。我们看到,“移花接木”是创新想法的来源之一。

  创新想法的另一个来源是“旧研究中的再发现”(Rediscovery from the old)。例如在我熟悉的有序分子膜领域,有一种界面逐层自组装(LbL)方法,是上世纪90年代快速发展起来的一种交替沉积简易地实现多功能的表面修饰和制备薄膜组装方法。德国的杰罗•蒂瑟博士在1992年发表了第一篇关于LbL方法的论文,由于是很具创新性的工作,虽然这篇论文发表在名不见经传的普通学术刊物上,但还是引起了国际学术界的广泛关注。当年我自己也迅速跟进,相继发表了很多篇相关论文。不过,跟踪研究毕竟是跟踪性研究,不管是在高水平跟踪还是低水平的跟踪研究,所有的认同和荣誉当然都还是集中在第一个发现这个方法的人身上。那么,杰罗•蒂瑟产生这个想法的灵感又是从何而来呢?实际上美国的拉尔夫•艾勒在1966年的《胶体与界面科学》期刊上早已发表过LbL组装方法,他尝试了胶体粒子、聚电解质、蛋白等多种构筑基元,表明这样方法具有很宽的适用范围,这篇论文内容十分丰富,长达25页。但在他所处的那个历史时代,这篇文献并没有引起大家的重视。我们从这里可以看到,“旧研究中的再发现”也可以成为创新想法的源泉之一。

   “工欲善其事,必先利其器。”我们中国人常常讲到工具的重要性,因为它可以帮助我们来到认知物质世界的新层次,很多创新想法是因由新仪器产生的。譬如,现代纳米科技的诞生和发展,离不开扫描隧道显微镜和原子力显微镜等表征方法的发明。科学家们早已证实量子理论中的隧道效应,但在1981年两位瑞士科学家格尔德•宾宁和海因里希•罗雷尔基于此原理发明了扫描隧道显微镜,才使得我们可以原位高分辨地观测物质表面结构和研究其性质。后来又有了基于相互作用力的原子力显微镜等等。这两位科学家因为在此领域的贡献获得1986年的诺贝尔物理学奖。在科学史上,因为发明新的仪器表征方法而荣获诺贝学奖的科学家不胜枚举。即使不是从头发明一个仪器,在根据需要对商品仪器进行改进的过程中,常常也会对物质世界产生新的认识,导致新的发现或发明。在清华这样一所以理工科见长的著名院校里,我们有研制和改进仪器的优势条件,我特别鼓励大家在这方面有所建树。

  创新的想法还往往来自于打破陈规,跨越学科的边界。有一个著名的例子是美籍华裔科学家邓青云教授,他长期从事有机电致发光(OLED)的研究。无机半导体电致发光已经从基础和应用上都取得了很大成功,为什么有机材料不能向无机半导体那样电致发光?邓青云最早思考这个问题,他便从自己熟悉的领域中跨越出来,开拓了一个完全崭新的领域。他在OLED方面的第一篇文章于1987年发表时,是刊登于所谓影响因子并不高的专业期刊《应用物理学快报》上的,但是这项开创性的工作依然得到了国际上的高度认同,这篇论文被引用次数至今已高达11000多次。邓青云和我前面提到的 “老马”一起获得了2011年的沃尔夫奖。他的故事还告诉我们,论文发表在哪个期刊上并不重要,重要的是科学成果本身的质量和价值。

  (未完待续。本文根据张希院士2014年9月3日为清华2014级研究生新生所作的“开学第一课”速记稿整理。供稿/严工)

  来源:新清华 2014-09-19

(http://news.tsinghua.edu.cn)
[更新:2014-09-25 14:46:20]
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