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1、如何做一名优秀的博士生：（一）时间的付出 施一公 【 序：我从获得博士学位至今已经整整16个春秋，但博士阶段的感受仍然历历在目。我从指导自己独立实验室的第一个博士生到现在也已经13年了，其中的博士研究生和博士后中已经有11人在美国和中国的大学里担任独立实验室的PI。他们的成长过程差别极大，性格、能力也各有不同。应该说，没有任何一个学生可以简单地遵循另外一个优秀科学家的足迹脱颖而出。从这个意义上讲，科学家的成功是不可能复制的。但是，优秀科学家常常具备的共同特点应该对年轻学生有很大启发。本文主要来自我在2008年清华大学研究生入学教育里一次2.5小时的讲座，又综合了一些随后的思考和总结。在那次讲座
2、中，我一再强调，我的目的不是要求研究生完全按照我讲的去做，而是希望从根本上冲击、振荡一下研究生的思考角度，启发大家找到最适合自己的成才之路。本文很长，分四部分陆续发表出来。】1时间的付出。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。有时，个别优秀科学家在回答学生或媒体的问题时，轻描淡写地说自己的成功凭借的是运气，不是苦干。这种回答其实不够客观、也有些不负责任，因为他们有意忽略了自己在时间上的大量付出，而只是强调成功过程中的一个偶然因素，这样说的效果常常对年轻学生造 成很大的误
3、导，因为有些幼稚的学生甚至会因此开始投机取巧、不全力进取而是等待所谓的运气；另外一些学生则开始寻找他们的运气，把相当一部分精力和时间用在了与科学研究无关的事情上面。说极端一点：如果真有这样主要凭运气而非时间付出取得成功的科学家，那么他的成功很可能是攫取别人的成果，而自己十有八九不具备真正在领域内领先的学术水平。大约在十年前，著名的华人生物学家蒲慕明先生曾经有一封非常著名的email在网上广为流传，这封email是蒲先生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。这封email写的语重心长，从中可以看出蒲先生的良苦用心。我无论是在普林斯顿还是在清华大学都把这封email转给了我实验
4、室的所有学生，让他们体会。其中的一段是这样说的：“The most important thing is what I consider to be sufficient amount of time and effort in the lab work. I mentioned that about 60 hr working time per week is what I consider the minimal time an average successful young scientist in these days has to put into the lab workI su
5、ggest that everyone puts in at least 6 hr concentrated bench work and 2+ hr reading and other research-related activity each day.Readingpapers and books should be done mostly after work.”(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.我建议每个人每天至少有6小时的紧张实验操作和两小时以上的与科研直接有关的阅读等。文献和书籍的阅读应该在
6、这些工作时间之外进行。)。有些学生读完蒲先生的email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。但在不知不觉之中，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骄傲，你会逐渐适应这种生活方式！”这句话表面上是劝学生，实则是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自己尽量刻苦读书；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
7、成绩全班第一并提前一年毕业。但这种应试和灌输教育的结果就是我很少真正独立思考、对专业不感兴趣。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。阴差阳错之间，我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会洋洋得意，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，我每周五天、每天从上午9点做实验到晚上7、8点，周末也会去两个半天。到了第三年，我已
8、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Homewood campus（我住在附近）。1993年我曾经在自己的实验记录本的日期旁标注“This is the 21st consecutive day of working in the lab.”（这是我连续第21天在实验室工作。），以激励自己。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，也不会再感受到枯燥或时间上的压力了。时间安排完全服从实验的需
9、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三点左右，回到住处躺下来睡觉时常常已是四点以后；但每天早晨八点都会被窗外纽约第一大道(First Avenue)上的汽车喧闹声吵醒，九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9、10点。这样的生活节奏持续11天，从周一到第二个星期的周五，周五晚上做灰狗长途汽车回到巴尔地摩(Baltimore)的家里，周末两天每天睡上近十个小时，弥补过去11天严重缺失的睡眠。周一早晨
10、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。有时我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，离纽约著名的中心公园(Central Park)很近，那里也时有文化娱乐活动，但在纽约工作整整两年，我从未迈进中心公园一步。我一定会把自己的这段经历讲给每一个我自己的学生听，新生常常问我：“老师，您觉得自己苦吗？”我通常回答，“只有做自己没有兴趣的事情时候觉得很苦。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，感觉仍很骄傲、很振奋！有时我想：如果自己在博士生、
11、博士后阶段的那七年半不努力进取，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，时间的付出是必要条件。 2方法论的转变要想在科学研究上取得突破和成功，只有时间的付出和刻苦，是不够的。批判性分析（critical analysis）是必须具备的一种素质。研究生与本科生最大的区别是：本科生以吸取学习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critical没
12、有那么关键。博士生阶段则完全不同，必须具备critical analysis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critical analysis的能力，养成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，在此举几个让我终生难忘的例子。(1) 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
13、上，在美国，生命学科的一个博士研究生，平均需要6年左右的时间才能得到PhD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（negative results）。大多数低年级的博士生对负面结果的看法很消极，直接影响了他们critical analysis能力的培养。其实，只要有适当的对照实验（control experiments）、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（hypothesis），取得进展的过程基本就是排除不正确、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
14、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。非常遗憾的是，大多数学生的负面结果并不令人信服，经不起逻辑的推敲！而这一点往往是阻碍科研课题进展的最大阻碍。比如，按照一个常规的 protocol操作时不能得到positive control的相应结果，或者缺乏相应的对照实验，或者是对可信的实验结果在分析和判断上产生了失误，从而做出“负面结果”或“不确定”（inconclusi
15、ve results）的结论，这种结论对整个课题进展的伤害非常大，常常让学生在今后的实验中不知所措、苦恼不堪。我告诫并鼓励我所有的学生：只要你不断取得conclusive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也会很快成熟，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critical analysis的训练。在我的实验室，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PhD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
16、面结果的磨练。没有这些磨练，他们很难真正具备critical analysis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中获取正确的信息。(2) 耗费时间的完美主义阻碍创新进取。Nikola Pavletich是我的博士后导师，也是对我影响最大的科学家之一，他有着极强的实验判断力和思维能力，做出了一系列包括p53、Rb、CDK complex、SCF complex、BRCA1等在内的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Nikola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Nikola
