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时间：2005年12月18日上午
地点：中国科技会堂104会议室
北京青少年科技俱乐部活动委员会


　

2006年科研实践活动启动交流会
——科学与科学研究
昌增益 教授

　　刚才王绶官院士说大多获得诺贝尔奖的工作成果都是在30岁之前就完成了，我已经40岁了，看来是没希望了。参加今天的活动培养下一代潜在的获奖者，对我而言就显得很重要了。希望你们能在30岁之前做出尖端的工作来。
　　我今天报告的题目是“漫谈科学与科学研究”。我应该是北京青少年科技俱乐部一成立就参加了的，做高中生科技活动的指导教师也有很多年的经验了。今天我想主要根据自己指导高中生的经验体会以及去年参加国家中长期科学与技术发展规划战略研究工作的体会来谈谈“科学与科学研究”这个话题。
　　科学与科学研究，如果从我读研究生开始算进入科学研究这个行当的话，从1985年到现在，已经20年了，当然做得还不够优秀。可能起步还是太晚了，我们那时成长的各方面条件都比较差，科学教育都很落后，科学研究更别谈了。去年参加国家中长期科学与技术发展规划战略研究项目，我在“基础科学”组。这个组由国家自然科学基金委员会当时的主任、北京大学的前任校长陈佳洱院士领导。大家讨论时充分认识到，科学研究靠的是人才，人才是第一战略，人才是第一要素，没有人，什么都别谈，钱再多也没用，所以人才是非常重要的。
　　科学，简单地说，是探索自然的奥秘，探索自然的规律。奥秘、规律是什么？我们探索的时候自然是不知道的。科学规律，教科书上写的很简单，但是探索的过程非常艰难，非常曲折，甚至要经过非常长的时间，付出很大的努力，因为不知道它是什么东西,所以科学探索绝对不是一帆风顺的。一个人将来能否成为一名优秀的科学家,他从小得到的素养训练,身处的成长环境，成长氛围是很重要的。我小时候是从乡下走出来的，当时的环境谈不上什么科学氛围、科学教育。你们处于这么一个先进的时代，又在这么好的学校接受教育，氛围已经是很好了，条件也都具备。去年在讨论会上，大家谈到像我这个年龄层次的人，40岁上下，尽管在国外受过良好的科学训练，在国外拿到学位，做过博士后，呆了十年八载，但还是感觉不够。科学熏陶要从小开始，从出生的时候开始，具有良好素养的科学家，小时候的营养要很好，发育的很好，脑子也很灵，小时候的营养不能缺乏。我们小时候喝豆腐汤，吃的很简单，比你们差很多。第二，成长培养的环境很重要。我们读科学家传记都能看到科学家小时候表现出来的兴趣得以在良好的氛围中进一步的熏陶，而最终成为出色的科学家。
　　科学研究可以大概地分成几个阶段，首先是提问，然后是求证，最后是分析结果。进入实验室的你们都会要面对科学研究的这么几个阶段。提问，即做什么？作为实验室的导师、教授、研究员，首先要决定研究什么东西，这个选择是最难的一步，对于申请经费方向及招收研究生，学生来了做什么都很关键。爱因斯坦说过“提出问题是解决问题的一半”，做研究首先要提出好的问题。怎么能提出好的问题呢？太难太难了。得诺贝尔奖的工作大多都是建立在提出好的问题基础上的，这样的问题最好是大家没想过或没注意到的。我上课的时候喜欢跟学生讲，大学生、研究生学习的目的是能够“读到书上没有写的东西，听到演讲人没有讲的东西”，科学研究就要这种素养，能够读到书上没写的东西，听到人家没讲的东西，这才是高手。当然这是不容易做到的事情，全世界那么多人，那么多科学家，英、美发达国家的科学家受到那么好的教育，天天埋头苦干，除了科学研究之外他们其他什么都不干，相比我们国家的科学家他们可是专业的全职科学家。问题在哪里，怎么能提出好的问题，这是我们每天要干的，每天要想的，每天早上到办公室都会去思考科学研究该怎么做。我们实验室每隔一周要开组会，每个研究生、本科生都要向实验室全体成员汇报一次自己工作的进展。再隔一周他们还需要一个个单独跟我讨论工作。我很强调要把问题提好再动手去做。问题提的不好，做的再多，再勤奋，再辛苦，最后可能什么也得不到，或者结果没什么意义。
　　提问讲究哲学思考，读到人家没写，听到人家没讲的，提问当然提人家没提的问题，这就牵扯到做科学的哲学。科学有很多热点，分布在数、理、化、天、地、生几个领域。比如在生命科学领域现在大家的研究热点可能是基因组学、干细胞、癌症、肿瘤等等一些热点。当然热点非常重要，表示受大家重视，或者基本的知识已经具备了，取得突破的时机可能成熟了。做科学研究更重要的是要会找“冷的”东西，人家没关注的，人家没提的，没想到的。如果去看看得诺贝尔奖的那些科学家的工作，他们当中很多研究的问题在当时可能都是不被大家所关注的。就说中学生物学课本中提的DNA双螺旋模型吧，那时DNA的结构没有多少人关注和重视。大家都以为遗传信息的载体是结构复杂的蛋白质分子，而DNA分子太简单了，就由四种核苷酸单位组成。结构简单就意味着他们不可能有多么重要的生物学功能，可能只是支持性的、辅助性的分子，提供能量或者为真正的遗传物质提供一个结构骨架而已。但沃森和克里克两位科学家重视了，最终把结构推断出来了。再比如，当大家都关注细胞分裂的机制时，有的科学家研究细胞的死亡，当大家都关注蛋白质合成的分子机制时，有的科学家却在悄悄地研究蛋白质的降解。这些科学家把不被大家关注的冷点变成了热点，后来都被授予了诺贝尔奖！生命活动都是辩证的过程，有生就有死，有合成就有降解，这样的例子很多。怎么去找“冷”的东西来研究，这是非常非常难的事。
　　我在进行国家中长期科学与技术发展规划研究过程中，中国科学院自然科学史研究所的所长刘钝在一次讨论会中谈到我国科学研究的问题时，提到目前我们还处于跟踪国外的阶段，跟踪国外无非要跟踪人家的热点，申请经费、立项目，国家重大的项目都是国外做什么热点我们就做什么，但是他说我们国家缺乏的是我们自己的学派，即由中国科学家自己提出的新观点，后来发展成为一个学派。开始时可能大家不感兴趣，不关注，过了十年、二十年之后，大家突然觉得很重要，一下可能就热了。我们现在热点领域跟踪还是不错的，能够逐渐跟国际接轨了。从在国际上发表的论文来看，我们这几年可以把论文发到很高档次的杂志上了，但是这不等于是科学研究的最精华，最顶层的东西。其实得诺贝尔奖的不少成果都是发表在专业性很强的但不是很高档次的刊物上。发表论文是现在的热点，都要发高档次的杂志，认为高档次代表水平高，但是从长期的历史的角度看不一定。像Nature、Science这样的刊物上发表的论文某种意义上代表大家普遍感兴趣的发现，发表的东西必定是大家都感兴趣的东西，自然也是热点的东西。很多冷的东西，大家不感兴趣，水平再高也不会到这些“高档次”杂志上去，只能发表在专业性很强的刊物上，甚至不那么权威的刊物上。所以一些重大的科学成果，就像我刚刚说的往往都是很有争议的，很多不被高档次刊物看重。
　　这种故事很多很多，比如有一位叫Barbara McClintock的女生物学家发现某些基因是可以在染色体上移动位置的，她几十年前提出这个理论时大家都觉得好笑，甚至认为她是个疯子。当时很多人的认识是基因结构应该是稳定不动的，怎么能从一个位置移动到另外一个位置呢？过了三四十年以后大家不得不承认她当初根据自己观察提出的理论是正确的。她后来还是被授予了诺贝尔奖。很多时候都是这样，这样的异类的发现只能发表在低档次的学术刊物上，过了几十年后再去追查的话，才发现当初是“真理只掌握在少数人手里”。再说个蛋白质降解的故事吧，当大家都热闹地研究蛋白质合成机制的时候，两个以色列科学家却去研究蛋白质的降解，悄悄地做出来了，2004年得了诺贝尔化学奖。《物理学报》要求我写篇文章，介绍一下这项工作，我就从头到尾彻底分析了一遍他们发表的论文，发现他们发表的那篇经典论文，就只发表在《生物化学与生物物理研究通信》这样一份档次很一般的英语刊物上，后来的论文发表在《美国科学院学报》上，也可能是因为他们的合作者是美国科学院院士，这两位以色列科学家与这位美国科学院院士共享了2004年的诺贝尔化学奖。这样的科学发现，提问是很重要的，提出问题是解决问题的一半，怎么提问？如果多了解一些科学发展的历史，科学家的传记，可能会更有助于我们学会怎么去提问。你们刚进实验室时，可能很难提出什么有意义的问题来。对我的研究生们，我希望他们开始的阶段要花一段时间去读文献，试着提出一些科学问题。但一般都很难达到预期目的，最后可能还是什么都提不出来。所以你们刚进实验室的时候，导师会给你们一个小题目开始“练手”。必须要知道科学研究是怎么回事后，才能学会怎么去提问。现在在清华大学读本科的洪玮哲同学，高中时就进入我实验室，到现在已经能够带着本科生去做实验了，算是一位比较熟练的“科学家”了。他刚开始进实验室时当然也是什么都不知道。总之，提问很重要，要提出好的科学问题，但提出好的问题是非常难的，这是大家要重视的能力训练。
　　第二是求证，提出问题后要进行求证。问题不能太大，也不能太小，要合适。太大了可能根本回答不了。一个问题提出后无法求证，也是白问。问了以后就要以某种方式来求证，即寻求问题的答案。所谓提出问题就是提出某种假说，某一个方面提出假说，然后再通过各种方法来求证。求证的时候怎么做也很重要。科学研究应该是不分学科的，像博士学位的英文Ph.D.，意思就是哲学学位。所以对于科学家而言，哲学是很重要的。哲学是存在于所有学科之上的。
　　研究求证的时候，不能钻到牛角尖中，只见树木，不见森林。学科为什么划分？是为了知识交流的需要，也是为了满足教育和人才培养的需要。实际上做研究的时候是不能分学科的，提出个问题之后，只考虑如何去回答这个问题？要用上所有能用的理论和方法。我们北京大学成立的蛋白质科学中心就是个交叉性极强的研究机构，中心成员中有物理系的、化学系的、力学系的、工学院的、医学部的、以及生命科学方面的教授。我们希望大家从不同角度去提出问题，从不同角度去回答问题。提出问题后，在求证的时候视野要开阔，这样才有可能回答问题。院里经常有各种学术报告，我总是赶着学生们去听，这也是一种重要的学习途径之一，去看看人家怎么提问，人家怎么思考问题。即使报告内容跟你研究的小问题完全不搭界也没关系。一种手段，一个规律，可能来自物理学或是化学，但对生命科学也具有借鉴意义。因为生命本质也是物质，能不能用某种方法或理论来研究生命物质呢。我去年在中国科学院物理研究所做报告，讲蛋白质和蛋白质的相互作用，听报告的没有一个是做生命科学研究的，都是在电子、凝聚物理、理论物理领域工作的，提问的时候跟我在生物系做报告接受提问感受完全不一样，那次报告让我这个做报告的人也深受启发！
　　求证的过程必然是曲折的，提出的假说可能是对的，也可能是错的。而且正如我前面所说，很多科学发现都是不可预测的，提出要研究的问题，与最终的科学发现之间有时是“偏差”很大的。科学研究很多时候是“无心插柳，柳成阴”。到你写文章的时候，你就会认识到你所要报告给大家的发现，跟当初提的问题可能完全是两回事，当初想的东西可能什么都不是。做研究的过程中如果出现了异常的现象，是需要特别关注的，这可能帮你得到研究结果提供重要的信息。像我们的研究生都需要做一个“开题报告”，说明自己准备做什么方向的研究，但往往到几年后进行论文答辩的时候，谁也不会去回想你开始时的目标，而是注意你究竟发现了什么有意思的规律。
　　科学发现的不可预测性要求我们在科学研究过程中要实事求是。求真，不仅仅是一种科学道德，实际上是一种科学发现的规律。稍微研究一下科学发展的历史，我们就会发现，很多科学发现都是偶然的。有的学生可能会因为结果跟预期的不一致就扔掉了，随手丢掉的很有可能是一个诺贝尔奖的发现。真正有素养的科学家会密切盯住异常的结果。比如RNA有催化活性这一发现就是一个很好的例子。对照实验里不加任何蛋白质，只加RNA，本来预期是不应该具有任何催化活性，但催化现象却出现了！这一异常的结果给发现者带来了诺贝尔奖。这一发现，使得我们对分子水平的进化概念完全改观了。原来大家在争论究竟是DNA还是蛋白质更先被进化产生，他们的发现表明，两者都不是，最早进化产生的很可能是RNA，RNA既可以是遗传信息的载体，又具有催化活性。这个理论很有说服力，也找到了一些其它的证据，而且支持的证据越来越多。
　　我认为科学研究还有一个很重要的特点，即它更大意义上说是一种个体行为。真正的前沿的科学发现都是由一位科学家或者他所带领的一组科研工作者获得的。现在比较典型的模式是一位教授下面带一批学生、博士后。科学家怎么去做科学研究，可能会经由完全不同的模式，所以说是个体行为。你提出什么问题是你的事，可以是完全不被他人关注的或者甚至是他人认为好笑的，或者认为是不重要的。但你可以认为很重要并坚持去做。不同的个体是不一样的，提出问题后怎么做，也有各种方法，比如物理的、化学的等等。沃森和克里克他们两个人在发现DNA双螺旋模型的时候，其本职工作都应该是开展研究蛋白质，因为他们的导师是研究蛋白质的。他们两人获得诺贝尔生理学与医学奖的同一年，他们的导师也因为他们在蛋白质方面的杰出贡献而获的了诺贝尔化学奖。这两个学生应该研究蛋白质，他们不研究，偷偷在工作、学习之余去搭建DNA的结构模型。他们是通过听人家的学术报告，辅以通过各种渠道搜集他人获得的有关DNA研究的科学数据。他们自己却什么实验都不做，只是收集数据和搭建模型而已。而且本来克里克就是学物理出身的，而沃森是学生物学出身的。这样他们花了两年的工夫，也不做任何实验，把DNA的结构模型搭建出来了。这种搭建模型的方式以前有其他科学家用过。当然大量的生物学发现还是通过做实验而获得的，这是另外一种模式。不同的模式很难说哪种模式是好的，那种模式是不好的，最后能够发现奥秘、规律，那就是强手，那就是对的，没有什么固定的方式。
　　科学是一种素养，是一种熏陶。实验室里的高年级学生和资深的科学家“大手拉小手”把你拉进门。科学研究也能够训练年轻人如何经历挫折。科学研究是很艰苦的，很难，不可预测，很曲折，必然会碰到很多失败，这种挫折对于科学家而言是家常便饭。这样的过程可以训练人的心理素质。科学上假的东西是经不起时间考验的，总会露出马脚的。如果观察是真的，即使当初提出的时候人家不接受，但最终会被大家所接受的。如果是假的，听起来再漂亮，发表的文章再高，最终也要被人家推翻掉，被人家遗忘，被人家臭骂。所以科学要求实，需要严谨，不能轻易地下结论，科学发现往往是很难的，科学发现是动态的过程。往回看，很多科学论文中报告的结果可能都是错的，但这没关系，是我们人类接近真理的惟一过程，没有捷径，我们不可能一下子就获得真理。科学结果要经过各种验证，才能确认其是无误的。 科学是一种熏陶，科学要创新，科学家需要有创新的思维。我们要认识科学研究的过程，学会进行科学的判断，提出科学的问题，对结果进行科学的分析。提问、求证和最后对结果的分析都是科学研究的一部分。同样的结果，同样的现象，不同的人会有不同的看法，有的人认为不重要就放在一边了，放在计算机或者记录本里。有的人碰到异常就会很用心的关注、分析。还是来看看沃森和克里克这两个人的工作吧。有关的测量数据都已经被他人获得了，DNA的化学和组成规律都已经清楚了，但为什么人家找不出规律，他们找出了规律呢？这就是对结果分析的独到。把这些数据放在一起，编成一个“故事”，这个故事跟已有的数据吻合，而且吻合得非常漂亮，非常精彩，非常简单。这也表明，科学规律是简单的，在规律发现之前过程很复杂，所以往往把规律想象得很复杂。遗传信息的载体，当初大家想象遗传信息这么复杂，其载体也应该是非常复杂的东西。最后发现DNA载体由四种碱基组成，非常简单。但他却携带着复杂的遗传信息。
　　科学革命发生于17世纪。现在科学研究更多地是一种职业，以前都是作为个人兴趣，很多科学家早期都是有兴趣，觉得好玩就从事了科学研究。但我还是强调科学要“好玩”，提的问题“好玩”，做的研究“好玩”，最后得出的结果也要“好玩”。跟一般玩的玩具不一样，是比较高层次的好玩。科学也需要具有简单的美，就像音乐、绘画一样可以做的很美。生命科学界目前的一些热点，比如思维、记忆的机制，大家想象可能是非常复杂的。但我以为这些规律一旦被揭示，应该是很简单的。我个人的看法，很多科学规律都是很简单的，一个科学故事如果讲得非常复杂，其水准可能就不够，需要进一步的深入才行。 同学们来实验室进行科学训练，应该主要还是受到科学的熏陶。所以前面强调的是一个开展科学研究的过程，获得重要的科学结果可能还要留到以后去考虑。不能仅仅为了参加比赛而进实验室开展研究。我对来我实验室开展科研活动的同学参加比赛本身不感兴趣。从这个过程中，我希望同学初步学会怎么做研究，怎么提问题，怎么求证，怎么分析就够了。参加比赛是另外一回事，我从来不关注，当然也不反对。要学习一种做事的态度，一种创新的思维方式，严谨的态度，对待工作高度负责任的行为，要可靠，科学必须可靠，科学只能求真。也许你们高中毕业以后，对科学没兴趣了，干其它事了，但这个训练的过程对你的帮助应该是终身获益的。同时，科学研究是不断求真的，没有什么人会最具有权威性的，科学是没有权威的。前天路甬祥院士在提到自己对院士的态度时，就特别强调科学研究是没有权威的，要不断创新、不断求真。大家在科学实践过程中要克服浮躁的作风，现在的社会比较浮躁，不可能要求一下出一篇大的文章，做出伟大的发现。你们的科研训练只是一个开始。实验室也是一个复杂的环境，研究生很忙，压力很大，要学会与人交流。洪玮哲同学会经常给我发短信、发Email，要求跟我讨论工作。但有的来我实验室的高中生很少找我讨论。跟同学之间处理好关系，跟老师之间处理好关系也是一种训练。克服浮躁作风，要谦虚谨慎，要知不足，进到实验室你还只是个初学者，保持一个低姿态，没有最好，只有更好。
　　最后祝大家在实验室能够玩得愉快，做得认真。
　　谢谢大家！