吴强:教会学生做科研

来源:上海交通大学 / 作者: / 2016-11-01
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继 2011 年上半年推出“身边的感动”系列报道受到广泛好评后,从 2011 年 10 月起,我们推出了新栏目“学者笔谈”。本栏目将陆续推出一批我校有影响的学者,重点展示他们在人才培养、科学研究、服务社会和文化传承与创新等方面的观点和见解、思路和做法及理论和实践,旨在弘扬科学精神,激荡人文情怀,回归学术本位,浓郁学术气象,全面提升交大学术的影响力和传播力。

■ 科学研究的灵魂是创新,创新来自长期的知识积累。英文 Research 就是要反复探究反复寻找未知世界。只有牢牢掌握了已知世界,处在科研前沿,才能探讨未知世界。

■ 自然科学研究需要人文基础,要靠长期的积累。基础知识对于学生的学习是非常重要的,像生命科学研究也要有人文地理知识,做到“上知天文,下知地理”。

■ 对于生命科学研究来说,走在国际前沿是必需的。

■ 授人以鱼不如授人以渔,学会科研的方法很重要,这样才能培养学生成为科学家。

随着改革开放以来我国的经济发展和社会进步,科学研究作为创新的源泉已经成为国家的战略需求,科研服务于国家和社会,受到越来越多的重视。不到上海不知道中国人是那么多,不到西藏不知道中国山是那么高,不到新疆不知道中国地是那么大。中国作为一个大国,我们总不能一直贡献体力和苦力。在科学研究中通过教育培养人才,开发我们国家无穷无尽的脑力资源对于国家安全、经济转型发展和人民生活幸福至关重要。

科研与学习相结合

科学研究的灵魂是创新,创新来自长期的知识积累。英文 Research 就是要反复探究反复寻找未知世界。只有牢牢掌握了已知世界,处在科研前沿,才能探讨未知世界。对于一个研究者来说一定要有坚实的基础知识。小学,初中,高中,大学的教育非常重要。中国的小学、中学、大学教育尽管有着这样那样的问题,但是我认为在世界上并不落后。大学不仅仅是比小学和中学“大”,英文的大学是从“宇宙”而来的。大学肩负着推动社会和国家进步,为人类创造知识的重任。对于一位大学的老师来说,科研和教学是责任,最重要的是“终身学习”。学生也一样。根基打牢固了,才能盖起高楼大厦;基础拓宽广了,才能累起高高的金字塔。千里之行始于足下,九层之台起于垒土。站得高才能看得远,会当凌绝顶,一览众山小。所以我要求学生打好生物学基础,从读英文教科书开始,搞清楚最基本的概念和定义。任何一个概念和技术一定要理解起源和细节,知道了概念起源就不会忘记,了解了技术细节就容易成功。学生们往往拥有远大的理想,要解决很多人类疾病,这非常重要,有梦想就很了不起,美国的小孩常会说“长大要做总统”。但我们也不能好高骛远,“细节出魔鬼”(Devil’s in the details),只有注意细节,实验才能成功。

我非常感谢我的老师,我的启蒙老师就是我的父母,是他们开始教我小学语文和小学数学,教我认识中国字,教我学会加减乘除,我无论如何也报答不了父母的养育之恩。我的中学老师教会我认识英文字母,教会我学习数理化,记得那时有“学好数理化,走遍天下都不怕”之说。我曾经拥有一个“铁饭碗”,在一所初级中专学校读了一个月的书。可是后来丢了,塞翁失马,焉知非福。特别感谢阜阳一中的范作华老师,是他在开学一个月后把我要到他的高中班级,改变了我的人生轨迹。大学教育更是打下了宽广的基础,是大学老师带领我进入了神奇的生命科学,发现生命科学不仅需要数理化,还需要计算机。我的老师教会我这么多,我一定要把知识交给我的学生。由于课程太紧了,我在大学没能学习中文课,但幸运的是学习了日文课和德文课。学日文,知道了日本人是多么的勤奋刻苦;学德文,认识到德国人是多么的仔细认真;德国的科学家为人类进步做出了很大贡献,例如生命科学相关的学科,德国人在生物分类、细胞学、生理学和病理学等领域都做出杰出的贡献。我在中国大学也学会了怎样使用移液器,所学的知识技术都没有付之阙如,对以后的科研很有帮助。

科研要有坚实的基础知识

自然科学研究需要人文基础,要靠长期的积累。基础知识对于学生的学习是非常重要的,像生命科学研究也要有人文地理知识,做到“上知天文,下知地理”,世界上有很多国家,每个国家又有许多城市,每个城市还有很多大学研究所实验室。对于学生来说,起码要知道自己的同学来自何方。哈佛的学生来自世界各个国家,所以在美国要知道很多国家和城市的名称。交大的学生也有来自世界各地,我的学生就有来自伊朗的,来自巴基斯坦的,来自非洲的。

我们交大的学生大多数还是来自全国各地,我国有三百多地市和近三千县区,我们也应该知道这些地名。对于学生阅读研究论文,了解国际科研前沿,记住作者的姓名和实验室的名称就特别重要。中国人的姓名可以去查《百家姓》,中国的地名也是五千年中国历史形成的。西方人姓名就要去读希腊罗马神话,甚至去读《圣经》,因为圣经对西方的社会和文化有着深远的影响,很多人名和地名都是从这些古代的人类遗产中来的。

现在学生们常说记不住文章的作者,记不住论文的实验室来源,还是要在人文地理上打基础。对于一篇研究论文,作者往往花费很多心血,记住作者姓名也是对其劳动的尊重。宽广和坚实的知识是科研的重要基础,而科学研究创造更多知识。知识是一种奇特的商品,一般商品越用其价值就会损耗降低,知识越用其价值反而越高。

科研要做前沿

对于生命科学研究来说,走在国际前沿是必需的。这就不能光从教科书中学习,教科书往往距离科研前沿有很多年的差距,当然教科书的知识是基础。熟悉自己研究领域的科学文献必不可少,教学生读文献就要一个字一个字地教,不认识的字要查字典。要做生物医学领域科研,在现阶段学好英文是必需的,因为最新的论文都是以英文作为载体发表的。我们的学生来自各个省份,很多没有阅读英文文献的经历,所以学生开始的时候阅读文献很吃力很费劲很缓慢,但是读文献多了,也就渐渐地快了。文献也不是科研的最前沿,最新的研究论文也至少有半年的差距,所以学生参加学术会议就显得愈发重要,会议上的交流往往是还没有发表的最新成果,另外与科学家们的交流也是很好的学术训练。

2007 年诺贝尔奖获得者犹他大学卡佩奇教授就认为,科学就像一个人类知识膨胀的圆形,圆内是已知世界科学基础。所有的科学家都要争取处在圆形的边缘,也就是科学的前沿。如果科研处在科学之圆的内部,已经知道了就不叫做科研;如果科研在科学之圆的外部,科学之圆外面黑暗的世界是没有根基的,也不是真正的科学。所以科学前沿总是有争议的,科学前沿在争议中发展。卡佩奇是基因打靶发明者,我们与他有着长期的合作。他虽然七十多岁,但思想极具逻辑性,思维是水晶般清晰。

科研付出和享受

学生入学后,首先要教会学生使用移液器,准确使用移液器是生物研究的基础,也不是特别容易,包括设定的方法,量程的大小,使用的角度,要移动液体的粘度,甚至微量移液器枪头深入液体的深浅都会影响移动液体的精确度。但生命科学科研在很多时候也不是需要特别高的精确度,而是要有很好的重复性和准确度,所以不但要掌握移液器的正确使用方法,而且要反复的练习,如果练习到手指上起膙子和老趼的话,实验成功的可能性就大得多。学会如何使用移液器就是科研起步的好开端,而良好的开端是成功的一半。大学毕业的学生都没有科研的经历,开始学习做实验的时候都很慢,但是不怕慢就怕站。我们买试剂常常需要一个月的时间,所以设计实验愈发显得重要,往往是成功的关键,设计的疏忽会耽误很多时间。科研就是人生赛跑,做科研常常希望放假,放假了仪器就会空着好使用,放假时公用资源如“基因银行”的计算机也快些,使用的效率也高些。学生都知道乌龟与兔子赛跑的故事,慢不要紧,笨鸟先飞。人也许有走捷径的欲望和想法,但物极必反,欲速而不达,持之以恒的努力和付出可能就是取得成功的捷径。

孟子说“天将降大任于斯人也,必先苦其心志,劳其筋骨,饿其体肤”。卡配奇 4 岁时无家可归在意大利流浪半年,差点被饿死大街上,他做教授后还每周工作 100 个小时。做实验往往是失败的次数多,99 次的失败能换来一次成功也是难能可贵的。当你不知道一个自然界的现象能不能发生,你只好一次又一次的尝试探讨,这种失败的感受是刻骨铭心的,因为你不知道到底能不能发生,你可能一直失败下去;而当你发现你是第一个知道自然界某一现象能够发生的时候,这种成功的喜悦是一生都不会忘记的。人们常说失败是成功之母,但实验失败了必需寻找原因,英文叫做 trouble-shooting, 学会了 trouble-shooting,科研能力就达到了一个新的水平。中文也就是反复琢磨,不断推敲,要有打开科学大门是“推还是敲”的精神和功夫,要有找不出实验失败原因、想不出实验改进办法就睡不着觉的韧劲,这样实验终会成功。技术细节对科研很重要,做实验总要仔细、仔细、再仔细。

教学生要有耐心,学生还年轻,年轻人有可塑性。科学是讲求证据的,所以在科学目前人人平等,不是老师说的就正确,也不是学生说的就不正确。如果学生做的有问题,我就会说如果我是你的话,我会这样和这么做,学生往往会听老师指导的。授人以鱼不如授人以渔,学会科研的方法很重要,这样才能培养学生成为科学家。兴趣是学生献身科研的动力,培养学生的好奇心和能动力很重要,只有有兴趣了才能专心致志做科研。创新是非常艰苦的,也是最快乐的,要花时间精力,要有一丝不苟和愚公移山的精神。当你付出了大量心血和能力发现你的实验成功了,你是第一个知道世界奥秘的时刻,那种高兴兴奋之情是难得享受的,也是科学研究的神奇所在。

科研需要好环境

科研要有好的环境和条件。以前中国的科研经费很少,一项科学基金也才几万块钱。我在复旦大学的苏德明老师就是在非常困难的条件下教我们做科研。苏老师是苏步青之子,能说一口流利的英文,那时他就用全英文为我们上课。我在哈佛的老师曼尼阿蒂斯,他总是尽力为我们创造好的研究条件,他甚至亲自开车带着我去解决实验材料问题。他的《分子克隆》一书被称为生命科学研究方法的圣经,他告诉我说中国生命科学实验室上都有这本书。他和阿克塞尔是好朋友,那时阿克塞尔经常到曼尼阿蒂斯实验室学术交流,阿克塞尔后来获得了 2004 年诺贝尔奖。我在纽约州立大学石溪分校和冷泉港实验室的科莱纳老师也非常支持我的实验。现在陈竺院长和张杰校长也为我们创造了好的条件。我的每位老师都对我有莫大的帮助,作为老师我也总是尽力为学生创造好的科研条件,以发挥每一个学生的潜力。

我读研究生时纽约州立大学石溪分校是一所创办不到四十年的大学,其科研水平在世界上已经非常有名。学校建在纽约长岛中间靠北岸的一块低洼地,校园没有围墙,没有高楼,地势高高低低,很多建筑随着地势而建,斜坡都是草坪,很是漂亮。石溪分校的有名不是她漂亮,而是她的老师和学生来自世界各地。那时石溪分校的老师都向我们学生宣传石溪有名,尤其在中国有名。问为什么,说石溪校友杨振宁和丘成桐很有名,在中国家喻户晓。

冷泉港实验室是完全建在水边山丘上的,所有的建筑都很矮,但很多是用诺贝尔奖获得者命名的。DNA 双螺旋发现者沃森在此创造了一个生命科学研究的天堂。如果你真的喜欢她,就把她送到冷泉港;如果你真的厌恶他,也把他送到冷泉港。冷泉港实验室的科研人员来自世界各地,实验室的灯几乎是 24 小时亮着,有一次我配溶液到夜里一点,惊奇地发现一位教授仍然在实验室做科研。冷泉港很小,但其做出了很多获得了诺贝尔奖的科研成果,包括转座子、噬菌体、基因剪接等。我的导师科莱纳给我们很多自由,准许我们放音乐。科莱纳实验室的隔壁是格雷德实验室,她常常抱怨音乐声音大,她后来获得了 2009 年诺贝尔奖。

我在冷泉港时经过 6 个月的无数次失败,终于发现一类基因可以在试管中剪接,这个结果很快在《科学》杂志发表了。我在冷泉港实验室做了三年,我学习了 UNIX 计算平台,这对我后来在哈佛发现发表于《细胞》杂志的人类原钙粘蛋白基因簇非常重要。我们的基因组就像天书一样,要有各种各样的技术方法去破解,而成簇排列的原钙粘蛋白就像基因组中“垃圾”一样的重复序列,学科交叉在发现这些基因中起到不可或缺的作用。

科研要求真、求实、质量第一

科研方向的选择很关键,选错了方向,南辕北辙,更达不到目标。选好了方向,盯着一个领域做,一生就能做出一样成果。科研信用很重要,诚信是起码的要求。科学总是在竞争中进步,有时候竞争是残酷的。科研与体育比赛既像又不一样。奥运有金牌也有银牌。科研论文晚了就发表不出来。科研只有第一,没有第二。科研要有判断力,不是所有的《自然》文章都正确,也不是所有的《细胞》文章都正确。我们就碰到别人发表的不正确的《自然》和《细胞》论文,结果很多世界上著名的实验室花了多少年重复不出来,不知花掉几千万美元的经费和浪费多少科学家的时间。所以我总是要求学生的实验结果要能重复,我们写论文一定要精益求精,一个字一个字改,一个字母也不能错,一个空白也不能错,哪怕是引用文献的作者姓名也一定要反复核对。

与年轻人一起做科研是一种享受,年轻人干劲足,好奇心强。我们研究神奇的人类大脑,其实我们也不知道大脑能不能理解它自己。教育学生也是向学生学习的过程,是老师和学生互相学习的过程。长江后浪推前浪,学生最终要比老师强。

学者小传

吴强,上海交通大学特聘教授,博士生导师。癌基因及相关基因国家重点实验室研究员,系统生物医学教育部重点实验室常务副主任,科技部重大科学研究计划(973)项目首席科学家,国务院政府特殊津贴专家,上海市浦江学者,中美生命科学家学会终身会员,神经科学学会会员。1990 年和 1993 年分别获得复旦大学学士和硕士。1998 年获美国纽约州立大学石溪分校细胞发育生物学博士。1999 年 -2001 年,哈佛大学博士后,Damon Runyon Research Fellow。2008 年回国前任犹他大学助理教授。

获得 Stony Brook University Excellent Research Award,The Second Annual RNA Society Prize,American Cancer Society Research Scholar Award,Basil O’Connor Scholar Award 等奖项。研究论文发表于 Science,RNA,MCB,Cell,PNAS,Molecular Cell,Genetics,Neuroscience,Genome Research,Nature Genetics,Nature Protocol 和 JMCB 等期刊上,并申请了国家专利。现任 ABBS 编委,并为多种国际知名期刊审稿,以及科技部重大科学研究计划,国家自然科学基金,教育部优秀博士论文和博士点基金,上海市科委重大项目等评审。

长期研究神经系统、药物代谢系统和肿瘤基因家族的表达调控和在体功能。用比较生物医学手段,开发分子遗传学新技术新方法,研究原钙粘蛋白家族在脑发育和脑功能中的细胞分子机制及 UGT 家族在药物代谢中的生理功能和表达调控原理, 以小鼠为模式动物研究人类重要常见复杂神经精神疾病的发生发展机理, 为其最终治疗提供理论基础。

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