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從入學以來,心態一直沒有放平,沒能沉下心來好好做研究。

一方面是對於領域知識的匱乏,另一種個重要原因是沒有明確的方向和內心的計劃。

最近有幸讀到施一公 院士14年5月17日在“基礎學科拔尖學生培養試驗計劃”學生學術交流會上所作報告錄音整理,對自己的觸動蠻大,特別是其愛國情懷和對學術研究的各階段體會。

現將各個版本的分段進行整理,記錄下來。

中國首位留學生容閎

  我很開心今天能有這個機會和大家分享自己的感受。

  首先,我想跟大家講一件讓我感觸很深的事情,這也是我們在座的每位同學學習現代科學技術和先進知識的來源。這故事源自留美幼童。

  為什麼這樣講?我們學習歷史得知,中國是四大文明古國,自古以來都是外國人來中國學習。但是從1840年開始,中英爆發鴉片戰爭,喪權辱國的條約相繼簽訂,從此中國的大門一次次被西方列強的堅船利炮轟開。不過,這場戰爭在敲開了中國國門的同時,也開啟了中國的近代化之門。

  在這個時代背景下,中國的第一位留學生應運而生。這個人,我認為在座的每位同學,無論將來是否計劃出國留學、將來想做什麼,都應該知道他的名字———容閎。他不僅僅是一名留學生,更不僅僅是一位教育家,容閎先生堪稱近代中國科教興國之先驅。

  19世紀上半葉,那時的中國已經很落後了,許多中國人開始學習西方技術,民間也逐漸開設學校教授西方先進知識。容閎很幸運,他和老師布朗(Brown)於1847年1月5號登上一艘帆船,從香港往西經過印度洋,繞過非洲好望角,然後橫跨大西洋來到美國東岸,一路顛簸了98天。容閎先在美國讀了三年預科學習(孟鬆公學),1850年進入耶魯大學學習,1854年畢業。他是首位在耶魯大學讀書的中國人。

  在美國學習期間,容閎看到了美國先進的社會、科技和教育,想起清朝的腐敗落後,不禁感慨萬千。他在自傳《西學東漸記》裡說:“我一人受到了文明的教育,也要使後來的人享受到同樣的利益。以西方學術,灌輸以中國,使中國一天天走向富強。”

  就這樣,中國留學計劃在他頭腦中醞釀而生。

  學成歸國後,容閎先後輾轉於廣州美國公使館、香港高等審判廳、上海海關等處任職,他始終沒有忘記心中的 “大棋盤”,他要一步一步走向派遣留學生的目標。1860年,容閎曾前往南京與太平天國洪仁玕會面,提出以西方文明引入中國的“治國七策”,卻失望而歸;曾經從事茶葉貿易,卻也身心受創。最終1863年他與曾國藩的一次會面,卻開啟了一條意想不到的道路。

首批留美幼童的人生經歷

  為了實現首批留美幼童計劃,從1854年到1870年,容閎用了16年的時間,等待、等待、再等待,從26歲等到了42歲。

  在曾國藩、李鴻章的支援下,容閎的這一計劃終於可以向朝廷正式呈報,併成立“幼童出洋肄業局”,120名幼童分批前往美國留學。

  1872年8月11日,這批年齡在10歲到16歲的少年,從上海登船駛向舊金山,然後乘坐剛剛貫通北美大陸的蒸汽火車,抵達美國東北部的新英格蘭地區,開始了長達15年的留學生涯。

  但是,由於清廷內部保守派的阻撓破壞和美國的排華風潮,1881年,原定15年的幼童留美計劃中途夭折,全部學生被召回國。當時,耶魯大學的22位留學幼童中只有詹天佑和歐陽庚二人順利完成學業;容揆和譚耀勳抗拒召回,留在耶魯大學完成學業;李恩富和陸永泉則是被召回後,又重新回到美國,完成了在耶魯的學習。

  雖然近代中國首次大規模學習西方先進科技文化的留學活動就此夭折,但在近代中國舉步維艱的科技現代化程序中,這些留學生回國後仍然努力地將在美國學到的科學技術應用於中國。他們中的一部分人歷經了1884年中法海戰和1894年中日甲午海戰,為國捐軀。直到20世紀初,這些當年的留美幼童紛紛成為朝廷重臣,活躍在鐵路、電報、礦冶等新興產業。在外交領域,他們更是當仁不讓地代表大清國,足跡遍佈世界各地。

  留美幼童被召回後,經歷了晚清到民國初年幾乎所有的重大歷史事件,他們以自己的勤奮、才智和對國家的忠誠,逐漸得到了清政府的重用,湧現出許多傑出人才,其中有清華學校首任校長唐國安、中國鐵路之父詹天佑、民國第一任總理唐紹儀……當年留美幼童的學習經歷,從某種意義上來說也是一種拔尖創新。我相信在座“拔尖計劃”的同學們一定會通過這個故事,對自己的未來進行深入思考。

優秀學生應具備的品質

  接下來我想談一下優秀學生應具備的品質和核心價值觀(corevalue)。以下幾個方面不需要全部具有,也許你只具備其中的一點或兩點,那就足夠了。我認為這些品質非常重要。

  第一點是時間的付出。之前總會有學生問我:“施老師,曾有老師和同學跟我說,成功不僅要靠努力,還要依賴運氣,運氣很重要。”

  我很不贊成這個觀點,因為運氣完全是靠你的努力創造出來的,它不是獨立於你的努力之外的,我完全不認為“天上會掉餡餅”,從來不會。你們當中也許有很多人覺得目前做科研做得很辛苦,在此,我想舉一個例子。

  清華大學生命科學學院(前身為生物系)首位系主任,我們叫他老蒲———蒲慕明。他是一位非常出色的學者,2001年前後曾登上了美國媒體的頭條新聞,因為他給實驗室的每位學生都發了封郵件,信中有句話說:“你必須要儘自己最大努力去工作(you
have to work as hard as you can)”。這封郵件一週內在網上被轉發了兩萬多次。

  像老蒲這樣卓有建樹的學者,他曾在1990~1992兩年時間裡在頂級期刊《自然》上發表了9篇文章,這是非常不可思議的。他曾對實驗室的學生們說:“要想成為一個成功的人、一位成功的科學家,每個禮拜都要至少工作60個小時。”這樣計算下來,每天都要工作8小時以上。

  這8小時,絕對不包含任何休閒的時間,而是完全都在集中精力做研究。如果你的專業是生物科學的話,你要站得兩腿發麻,像灌了鉛似的,像這樣刻苦的學習,才叫做工作。因此我覺得時間的付出非常非常重要。

  在座的同學們如果覺得你們可以“擷取近途”,不需要用時間、不用付出代價就能做好,我個人認為你已經想錯了。現今的科學領域沒有這樣的捷徑,你一定要付出極大的努力。

方法論的轉變

  我的博士後導師尼古拉·帕瓦拉蒂奇(NikolaPavletich)只比我大一歲半,很年輕,是美國科學院院士,他曾8年間在《自然》和《科學》上發了30篇論文,我認為他的工作可以寫成兩本教科書。

  在此,我想說方法論中很重要的一點,也就是——不能簡單地接受別人告訴你的事情,你自己要去思考,而且要有批判性思維(criticalthinking)。

  我想舉一個較為“極端”的例子。

  記得我在麻省理工學院面試博士後時,尼古拉的導師(也是美國科學院院士)告訴我說,尼古拉特別聰明,他能精讀26種科學期刊(journal),知識淵博,能力非常強。我聽後特別震驚,因為我自己也讀文章,但是讀上兩三本期刊後就沒有時間做研究了,覺得讀文章很佔用時間,這樣會顧此失彼。

  我想,一個人怎麼會這麼強大,做這麼好的研究,讀這麼多的文章,還什麼都懂——這也是我去他的實驗室做博士後的原因。

  有一天,我看到《自然》上有篇文章非常精彩,它闡述的是結構生物學領域的一項重大發現。我把它精讀了一遍,想證明自己讀得很不錯。當時這個成果剛剛釋出一個禮拜,我就拿著文章去辦公室找尼古拉。

  “尼古拉,這篇文章做得很漂亮,我很想和你討論一下。”我說。

  “這個……”他看著我很尷尬地笑了笑,“一公,抱歉,這篇文章我還沒有讀。”

  我想這可能是他最近太忙的緣故,有些遺憾。

  又過了一兩個月,我再次看到了一篇很好的文章,我又花了幾個小時精讀了一遍,而且讀得很透。我再次去敲尼古拉的門,因為我覺得這是對我很有幫助的一件事情,我希望我的導師知道,我將來要努力成為一位獨立的科學家,也要有自己的實驗室,和他一樣優秀。

  “尼古拉,這片文章發表兩週了,做得很漂亮。我覺得有些東西可以學,和你討論一下如何?”

  尼古拉再次尷尬一笑,說:“我還沒讀。”

  那時候我突然著急起來了:“尼古拉你到底讀不讀文章啊?”

  他看了看我,把笑容一收說:“一公,你知道為什麼嗎?世界上最難以複製的就是時間。我的時間是很有限的,我真的沒有多餘的時間去讀這篇文章。”

  這點對我的觸動非常大,這使我懂得在不同領域、不同課題階段會有不同的要求,在他當時的那個階段,他當然沒有時間去讀這樣的文章。他是一位卓越的科學家(brilliantscientist),他要做的是更高層面的、更具有創造性的事情,並不是要按照傳統的說法“一定要怎麼做”。

  我再講一個例子。有一次,我們在尼古拉教授的實驗室裡做一個生物學實驗,實驗內容是嘗試抽放一個蛋白質的蛋白,做了整整兩天還沒能拿到,我不知道哪裡出了問題,感到很失望。

  “結果如何?”尼古拉過來問我。

  “抱歉,我還沒有得到任何結果。”我說,“但是不用擔心,我會盡全力找到問題出在哪裡,找出原因再重新做。”

  “一公,你為什麼一定要找到實驗沒有成功的原因呢?”尼古拉問我。

  我聽後很驚訝,當時我說:“尼古拉,如果你不知道失敗原因的話,怎麼能繼續工作呢?”

  尼古拉的回答非常乾脆:“再仔細做一遍,就會成功。”

  對一個生物學的大型實驗來說,兩三天的實驗中會有幾十個步驟。如果要一個一個步驟地做下來,以此弄清哪一步出問題的話,至少得花費半個月的時間。

  尼古拉說 “再做一次”,有可能就是實驗中的酶加錯或有其他原因,再做一遍的成功性很大。後來的結果證實果然如此。

  這讓我明白了———做科研並非找不出原因就無法進步,而要視情況來定。如果一個問題困擾你多年,不把問題找出來課題無法往前走的話,那麼確實需要繼續努力;但如果是一個技術錯誤,你是不需要花費時間去找原因的。這就是他給我第二個啟發。

  我再舉第三個例子———我認為這些都跟方法論以及批判性思維有關。

  不知在座的本科生同學有沒有意識到,高中階段以學習知識為主,對我們來說那時並不特別注重舉一反三的思維能力訓練。但是,邁入大學以後,你們就要開始自覺轉變———從汲取知識到創造知識。等你攻讀碩士、博士的時候,你就可能創造知識。

  可以想象,本科階段的一節課是前人工作幾十年總結出的經驗,而你只用50分鐘就學完了。然而等到你讀博士的時候,也許你五、六年的科研工作還很難成為教科書裡的隻言片語。

  這就是其中的艱辛和艱難,成長和轉變是很不一樣的。你需要在大學伊始儘快轉變思維,這就是方法論的轉變。

  當前,好多中國人都喜歡和大師、科學家在一起,有機會的話定會去與他們交談,這是正確的,在這個階段你們一定要這樣做。

  但有件事情引發了我的思考。記得有一次,1993年諾貝爾生理學或醫學獎得主菲利普·夏普 (PhillipA.Sharp)來做講座,他希望能見尼古拉談一談。

  我知道他舉辦講座的那一天尼古拉在,因為上午我們曾一起討論如何寫一篇文章。可我聽到尼古拉對祕書說:“抱歉,請告訴夏普我那天有事,謝謝他,我們以後有機會再見面。”

  夏普來做講座的那天,尼古拉把自己關在辦公室裡,上午跟我談話,下午專心做自己的機理研究。我覺得,很少人有這樣的定力,這是不可思議的一件事。

  這個例子不是讓同學們去效仿,而只是想讓大家思考時間的取捨,以及方法論的轉變。

挑戰學術權威

  我認為挑戰學術權威對中國學生尤為關鍵。因為中國學生經常會認為老師講的大部分是對的,或者基本上是對的。即使錯,也會以為自己沒有理解好。

  記得有一次我在普林斯頓大學講課,學生在課堂上提出了一個問題,其實我不知道答案,但覺得我能推測出一個。我講了幾句後,學生當場就反駁了我:

  “施老師,我覺得這好像不是真正的原因,我覺得你講的不對。”

  我當時滿臉通紅,雖然沒有在課堂上承認,但我知道這個問題我的確講錯了。這件事對我個人的觸動很大。

  但是我把同樣的回答在清華學生的課堂上再講一遍,下面有很多同學在皺眉思考,他們明明知道我講的這個有問題,但最終還是接受了,還是覺得施老師不會有錯。

  其實每個人都會犯錯,包括我現在正演講的內容,大家也應該進行反思和質疑,因為我講的都是我的主觀觀點。你仔細想,世界上沒有絕對的客觀觀點,敢於質疑特別重要。

  我從小就有個特點——“愛出風頭”。下面我講的這個故事,和我博士期間的導師傑里米·伯格(JeremyBerg)有關。

  傑里米出生於1958年,我去他實驗室做博士的時候他才32歲,是美國比較年輕的終身教授。記得有一次開組會,傑里米走進來,看起來心情很激動,他說:“今天的組會我來講吧!”他平時是輕易不主講的。

  他在黑板上畫了一個立體的矩形,中間畫了一個隔板,左邊標註氧氣,右邊標註氮氣,隔板一拉,裡面的氣體便開始發生物化作用。傑里米由此開始推導公式,寫滿了整整一個黑板,最後得出了一個驚人的結論:熱力學第二定律是錯的!

  這非常有可能,你不要小看傑里米。有一次他在開車時,突然想到了吸脂蛋白 (當時美國有很多人都在做這個蛋白的結構,但都沒有做出來)。這個蛋白前面有兩個半胱氨酸(cysteine),中間是三個氨基酸,後面有兩個組氨酸(histi鄄dine),中間是四個氨基酸。他同時想到兩個半胱氨酸參與的結構應該是一個β-sheet,兩個組氨酸參與的結構應該是一個α-helix。最後他想到這個蛋白應該是正四面體的結構,zinc是包在中間的。這個結構預測得非常精美,是美國科研歷史上一個非常有名的事件,後來過了兩三年大家才用實驗驗證了這個預測。他是一個天才。

  傑里米在黑板上推算的時候,我發現公式裡出現了3處錯誤,都是概念性的錯誤,很難察覺。當時房間裡有20多位博士和博士後,大家聽得如痴如醉,我是唯一一個察覺到的。

記得當時是1992年的下半年,那時我已經在實驗室待了快三年,但我還是不太敢跟我的博士後導師傑里米講話,因為他不苟言笑,非常嚴厲。
 那是我第一次和他正面交流:“傑里米,這其中好像有一些錯誤。”我說。
 傑里米一瞪眼,問我:“錯誤在哪兒?”
 我壯了壯膽子,指出了幾處錯誤。我發現我講的時候他滿臉通紅,就像後來我在課堂上被學生指出錯誤時一樣。他一句話也不說,看看我,再回頭看看黑板。
 當時實驗室裡的美國學生反而很有意思,大家開始七嘴八舌地說:“傑里米的推導一點兒沒錯,我們看著挺好的!”“就你有能耐!”
 那時,我感覺自己真是“出錯風頭”了。
 果然,傑里米很不高興,他說:“今天的組會到此結束。”說完他就走了。實驗室裡的其他人也沒有理我,都回去做實驗了,言外之意是:你把這個局給攪了!我自己也很鬱悶,吃完飯便默默回去做實驗。
 下午兩點,傑里米回來了。他一進來就說:“YG(他不叫我一公,他叫我名字的縮寫YG),你是哪個學校畢業的?”
 他居然還不知道我來自哪個大學!當時我在這個實驗室都已經待了接近三年了。
 “我畢業於清華大學。”我說。
 “清華大學在哪裡?”他問。
 我當時很受刺激,我說:“清華是中國最優秀的大學之一。”
 “原來如此。”他點點頭。然後又問:“是誰教你《物理化學》這門課?”
 “朱文濤教授。”我回答道。在這裡我想補充說,我認為清華有一些特別卓越的老師,這些老師有教學‘絕招’,朱文濤教授就是我的一位恩師,他講課非常棒,能把物理化學的概念講得“入骨三分”。
 “朱教授一定是一位非常傑出的科學家。”傑里米說,“你們清華真的很卓越(remarkable),一定有很多非常優秀的物理化學家在教你們,這樣的概念一般人不懂。”
 從此他對我刮目相看,因為他平時實在是太高高在上了,我甚至有些害怕他。
 這件事情使我的心情豁然開朗,當天下午3點半,我聽到我們系的一位很有權威的教授在走廊裡喊我:“YG!YG!祝賀你!”
 我當時還有點摸不著頭腦,這位老師告訴我:“我從傑里米那裡聽說,你解決了一個重大的問題!”
 通過這個例子可以引發很多思考,我首先想到的就是“挑戰學術權威”。
 其實我很怕這位導師,但是他講錯之後我還是指了出來。但你不要忘了,他的初衷亦是想挑戰一個更加不可思議的學術權威——大家公認的熱力學第二定律。這一點對我的震撼很大。
我做科研的四個階段
 下面,我還想再跟同學們分享一下我做研究的幾點體會。
 對我來說,我覺得做研究有四個階段。第一個階段是我博士畢業的時候。我在博士畢業之前,就像你們這樣年輕的時候,我還不知道“研究”為何物,因為生命科學的道路很漫長,而我以數理見長,對生命科學領域的入門其實是比較慢的,很難找到自己的方向。但在博士畢業前的一兩年,我突然覺得自己找到方向了,而且開始有好的表現。
 首先,我聽講座時能夠聽得明明白白,即使不是自己的研究方向,也能理解得很好;其次,我意識到做研究不過如此,知道自己應該怎麼做了,自信開始有了。我認為這是我第一個階段。
 第二個階段是我做博士後的時候。我感覺在這期間眼界突然放寬了很多,從一個科研領域“跳”到了另一個截然不同的領域,從“一個實驗室風格”換成了“另外一個實驗室風格”,這種感覺開始讓我覺得能敞開心扉——原來課題是這麼選擇的!尤其當我再進入一個新的實驗室,我能夠看到別人是如何選擇課題的,並逐漸意識到作為一個科學家的課題是要通過批判性思維(critical thinking)進行的。我開始思考應該怎樣選擇重要的課題,怎樣選擇研究,怎樣才能做得不錯。這樣的感覺很好。
 不過,我把自己的第三個階段稱作“變形”(metamorphosis),這個詞很有意思。2002年12月之前,也就是我在普林斯頓大學拿到終身教授前後,那時我自信心膨脹,而且有一段時間也曾很得意,覺得自己的科研已經很出色,是的,那時候我就是這種感覺。我為什麼要這麼說?是為了與第四個階段形成對比,也就是我回清華以後的階段。
 那麼接下來就讓我來講講第四階段。2007年,我在清華建立了實驗室,到了2009年和2010年以後,我開始思考做更大的規劃——應該在哪些地方佈局?怎樣把研究做到極致?
 這時,有幾個對我有利的因素起了作用,我第一次感覺到做研究的一種“極大的快感”,那就是我把中學時學到的物理化學的知識應用到了研究上,首次用跨學科的思維方式和以前的知識來理解我所研究的細胞。同時,我開始意識到以前學習基礎知識的態度是錯誤的。
 為什麼說是錯誤的呢?因為我們讀本科的時候,常說的一個詞語是“學以致用”。但我想強調的是,我認為“學”並不是為了“用”,學基礎知識的目的並不是讓你將來就要在工作中用,這是一個極端錯誤的觀點。我認為“學”是為了開啟思維方式,為了讓你變得更聰明,讓你學會方法論從而進行研究(the method of investigation)。
 我讀大學時曾經很苦惱,總覺得學這門課沒用,學那門課以後工作也用不上——這是我的第一個誤區。在我工作後做獨立實驗時,也確實會有這種感覺,甚至我還曾告訴我的學生:有95%甚至99%的基礎課程內容用不上(當時我已經是普林斯頓的終身教授了)——這是我的第二個錯誤觀念。
 因為畢竟當時我還只在那個層次上,我只能看到這樣的觀點。但是,我現在可以告訴你,我認為如果你想真正做到拔尖創新、立志將研究做到世界前沿的話,所有的知識和內容都用得上 。因此去年夏天,我還在看中學物理,我認為細胞生物學和其中的很多知識都有著強烈的聯絡。
 2009年,我得到了一個科研發現,這個發現讓我突然覺得,中學的物理、數學,以及大學的微積分知識其實和細胞、生化實驗和結構實驗有很大關聯,只是當時我們的科研還達不到這個水平,還無法看到這些關聯。這就如同你未登到山頂時看到的風景並不是全景,盲人摸象也只能摸到一部分,這其實也就是為什麼人們會說“山外有山,天外有天”。所以,2009年之後我在清華的工作,讓我進入了第四個階段:脫胎換骨。
 我不知道將來還會不會有第五個階段,但是我很期待。因為這種成長所歷經的內心喜悅十分刻骨銘心,也許有一天等你到達我現在所處階段的時候,你會回憶起:哦,我記得施老師多年前曾經這樣講過:無論如何,要不斷成長,要勇於挑戰學術權威。

科學家的“脾氣”

 接下來我想講講科學家的“脾氣”。我覺得科學家是需要脾氣的,你可以“外圓”,但一定要“內方”,不過如果你外面也是“方”的外加點“稜角”,我覺得也無所謂,因為特立獨行的人並沒有什麼錯。
 我給大家再講一個故事。我的一名博士後就是一個非常有“脾氣”的人,他這個“脾氣”聽起來更像是一個缺點——固執(stubborn)。他固執到什麼程度呢,他固執到不願意學習新東西。這聽起來很不可思議,但卻是值得肯定的。
 他來實驗室的第一天,做了一個關於APEC One蛋白的研究,目的是讓它具有獨立性(individually refold),這個過程需要新增還原劑,我讓他用二巰基蘇糖醇(DTT)試一試。
 我跟他說了很多次,他總是點點頭,但是第二天實驗並不成功,我詢問他一些細節,他的回答卻是躲躲閃閃。
 一年半之後,他特別開心地跟我說:“一公,這個實驗我終於完成了,APEC ONE蛋白的表達很好,refold也很好。”
 “你怎麼做成的?”我問。
 “一公,我真應該在一年半前聽你的建議用DTT,但是如今我才使用,得以成功。”他紅著臉說。
 我覺得這實在不可思議,他居然足足固執了一年半,歷經無數次試驗,哪怕按照我說的試一次也早就完成了,結果耽誤了這麼久。
 “可是一公,我就是有這個毛病,就是太固執,從小就這樣。”他笑著說。
 但是,不要小看這個人的脾氣,我曾經問他為什麼要來我這裡做博士後,他的一番話卻令我很受感動。
 有一次我給他打電話說:“以你發表的文章,你完全可以到美國的公司裡工作,而且會有一份很不錯的工作,為什麼一定要做博士後,一定要到我這兒來呢?”
 他給我講了他的成長背景,他出生在農村,中專畢業後在陝西農村做了三年高中教師,才又考上了北大的博士生,是很不可思議的一個人。
 他曾經對我說:“一公,我從很小就有一個夢想,我想做洋人的老師。”
 這句話雖然很樸實,但是我當時聽了很感動,“你覺得來我這裡可以幫你實現這個夢想嗎?”我問。
 “可以。”他說,“到你這裡做一些研究,發表兩篇好文章,也許我就能成為洋人的老師了。”
 曾經我一度對他放棄了,我覺得他做不了,因為他不夠聰明,也不夠機靈,太固執,拒絕一些新東西。他做博士後的時候,家裡一貧如洗,我去他的家裡看過,一共有三個孩子,愛人沒有工作,住的房子也不好,但他什麼也不多想,只牢記這個夢想。
 但是,我相信他能成功,因為他時刻都在追求。七年前,他獲得了美國生物領域排名前25的一所大學的助理教授資格, 2012年底,他拿到這所學校的終身教授。這真是一個典型的範例。
 如今有這樣“脾氣”的人並不多了,我們很難堅持自己的一些東西,難成大器,沒有自主和自我意識。所以我非常希望在座的同學們,任何時候都能保持自己的“脾氣”,堅持自己的理想。