實驗室是創新的源頭(二)
——訪中國科學院院士北京大學程和平教授

2019-02-18 02:48:34夏有為

實驗室研究與探索 2019年6期

關鍵詞：實驗室

夏有為

(《實驗室研究與探索》編輯部，上海 200030)

2 實驗室是創新的源頭

夏：程院士，通過這項重大科研項目的完成，您有哪些經驗與體會？

程：通過這項任務的完成我體會到交叉學科與集成創新在科研中舉足輕重的作用。

(1) 交叉學科促創新。實驗室是創新基地，也是培養學生知識應用能力、創新能力、實踐動手能力以及培育創新創業精神的重要平臺，是交叉人才培養的重要基地。

當今科學高速發展，學科之間互相融合、共同進步，交叉學科成為了當前的學術熱潮。高校中也在重視培養交叉人才，注重開展交叉學科科學研究。一個極其復雜的科學儀器的重大技術發明，離不開不同學科交叉以及多個研究單位的合作。

我本人的背景就比較交叉，在北大我有三個“娘家”，在力學系(現工學院)和生物系(現生命科學學院)都讀過書, 本科畢業是北大的第一個雙學士(證書編號是001)，后來又在無線電系, 也就是現在的信科院做過兩年助教。多學科的學習，使我在數學、物理、生命科學、實驗技能多方面打下了比較扎實的功底，為我后來發現鈣火花、超氧炫、研發微型化雙光子顯微鏡、建立成像大設施平臺等任務奠定了堅實的基礎，這方面我有深切的體會。

我的研發團隊也很“交叉”。北大是一所綜合性的大學，為跨學科團隊的組建提供了很多便利。有來自北大分子生物研究所、生命科學學院、動態成像中心、工學院、信息科學技術學院的人才。除了北大，我們也聯合了來自中科院自動化所、計算所、北航、華中科大等單位十幾個實驗室的人才，最終組建成了一個跨八大學科非常得力的交叉人才隊伍，這是完成超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統的最重要最基本的條件。

(2) 集成創新出成果。高校是創新的主體，實驗室則是創新的源頭，是競爭的主戰場、橋頭堡，在高校特別是實驗室平臺建設與發展中，在創新的動力推動下，實驗室的作用也越來越明顯。我們研制的微型雙光子顯微鏡就是在實驗室中實現的，而這項任務的完成離不開集成創新。

我們團隊中的所有人都缺少從頭研制系統性科研設備的經驗。沒經驗就要學習，所以我定下了“請進來，走出去”的策略。我們把世界上最有經驗的人請過來做報告，請他們看我們做的東西，然后討論聽取他們的意見。同時我們還“走出去”。到美國、歐洲的很多研究機構去請教學習。在這個過程中很多世界頂級的專家都認為我們的目標是不可能實現的，比如斯坦福大學單光子微型化專家。因為，包括雙光子顯微鏡的發明者Denk在內，已經有一些人嘗試過對它進行微型化，但是都沒有得到兼顧重量和分辨率，能夠走出實驗室的成果。所以，這個項目確實是有難度的，它的技術路線具有不確定性。

這就要靠集成創新，靠學科團隊每個人的創新。所以，我們選擇了并行的研究策略: 有人做微型化、有人做超分辨，有人做超快，還有人做超深。最后再把各個路線的探索結果創造性地集成起來，才得到最終的2.2 g，這是創新的結果。在這個過程中，是國家7 200萬元資金給了我們試錯的資本和底氣。一個創新性的工作，一定要允許試錯才可能成功。

3 科技創新，重在原創

夏：你們在科技創新上取得了重大成就，實際上，1993年您在馬里蘭大學 Jon Lederer 實驗室讀博期間克服重重困難，發現了細胞內鈣釋放的最小單位，并命名為“鈣火花”，而一舉成名。您認為科技創新應注意些什么？

程：人都會喜歡做自己會做的事情，特別是在有了一定成就之后。但是我認為當一個項目研究成功之后，必須重新開始。所以我在發現了細胞內鈣釋放的最小單位之后，就決心從零開始，去做神經中的信號傳導研究。

我們的民族占據著世界五分之一的人口，是不是應該貢獻世界五分之一甚至更多人類歷史上的大智慧，大成果？而且更多的是從 0 到 1 的原創，而不是修橋補路。

當前，從基礎研究到核心技術研發、科技成果轉化，“原創”“關鍵”“引領”等詞語越來越多出現在中國科技的詞典里。中國現在科技論文的發表數量已位居世界第二，但我們真正做到世界頂尖的領域依舊極少。大多數情況下，我們都是在其他人開辟的田地里耕種，極少能開辟自己的領域。要做出原創性的工作，首先要有人力、物力和財力的投入，足夠的投入才能提供足夠的容錯空間，給原創性工作提供土壤。其次需要的就是時間，任何成果的產生都需要時間。創新環境和文化的培養需要時間，只看文章而不要求扎實工作的評價風氣也需要時間來逐漸糾正。

目前國家對科研的投入越來越高，支持原始創新，許多杰出學者陸續回國，令人欣喜。現在國家的引導方向是正確的，只要能有足夠的耐心并且堅持下去，情況一定會越來越好。

4 交叉人才培養途徑

夏：在培養交叉學科人才方面，程院士，您是怎樣考慮的？

程：在這方面我認為有三種方式或途徑。

(1) 不要過早開始。需要有“童子功”，也就是要從大學高年級開始交叉融合，不鼓勵太早開始，要有一兩門專業精通之后再去深入地交叉融合。

(2) 采取交叉融合。在研究生階段，通過課題合作、不同領域的導師之間去交叉融合，這既是學生的交叉融合也是導師水平的交叉融合。

(3) 通過項目導向。在完成任務中，通過問題導向、項目導向的方式來培養學生。讓學生在一個屋檐底下，把項目攻下來。就如我們微型化高分辨率雙光子顯微鏡的跨學科研發團隊一樣，團隊里有做激光器的、做微馬達的、做射頻電路的、做圖像處理的、做大數據分析的、做生物的等等，不同專業背景的人，在同一個實驗室里共同學習、共同工作，為了一個目標而共同努力，一個項目磨合下來學生能力自有提升，我把它叫做“大儀器聯合實驗室”，這是培養交叉人才的一個重要平臺。

5 年輕人要不負這個時代

夏：科技創新需要大量的精力，對我們的年輕人應有些什么要求？

程：科研工作在外人看來，也許極其枯燥，我認為做自己喜歡的事情，雖然挺忙，但是也挺有意義的。特別是年輕人在這么年輕的時候就參與了一個重要的項目，并且從中學到了做科學研究的正確方法，他們的未來發展是不可限量的。

對于年輕的科研工作者，我認為應注意幾個問題。

(1) 格局要高。我希望大家能夠多去研究各個領域內的核心問題，做出真正能夠沉淀下來的工作。從學術的角度說，除了認真做好手上工作，要多思考課題的意義，特別是如何能夠應用到實踐中去造福更多人。另外，雖然說做研究要基于個人興趣，但在某些時候，如果能夠把個人興趣和國家需求結合起來，從更高的角度來選擇研究方向，將可以得到更好的研究成果。超微型雙光子顯微鏡的成果就是這樣產生的。

(2) 增加交流。我們應該珍惜現在交流更便利這個優勢，去和更多人去討論、合作，取長補短、共同進步。特別是對跨學科的學習與交流。

(3) 有使命感。從個人發展角度說，現在科研工作者趕上了一個非常好的時代，有更大的舞臺，同時也需要有擔當有作為，去響應國家號召、社會需求，實現自己的價值。歷史在不斷前進，希望年輕人不辜負這個時代。我們這一代人做了我們這一代的事，他們這一代人做這個時代的事，要有使命感，始終要想著我們中國應該貢獻人類五分之一的文明，這個是最大的要求，也是終極要求。

6 高校實驗室助力高等教育現代化發展

夏：在當前形勢下應如何發揮高校實驗室的作用？

程:今年2月，中共中央、國務院印發了《中國教育現代化2035》，在十大戰略任務中，在提升一流人才培養與創新能力方面都提出了目標和要求。毋庸置疑，在我國高等教育現代化進程中，高校實驗室發揮了不可替代的作用和地位。

實驗室要更好地推進我國高等教育現代化，我感到應注意以下幾點。

(1) 青年要早進實驗室。很多技術是實踐和理論結合的，對于人才培養來說，必須要讓青年一代早進實驗室。

(2) 建設要與時俱進。實驗室特別是一些中心實驗室應該與時俱進，在硬件建設上，在體系化建設上，在學生的培養上，應該給與學生更多的自由空間，讓他們去“玩”，讓更多的學生體會實驗和發明創造的樂趣，這既是技能的培養，也是文化的培養。

(3) 隊伍要加強建設。工程師、技師隊伍的建設很重要，尤其軟件方面，高級工程師，高級技師或者各級技師在一個創新體系當中是必不可少的。目前看我國的工程師隊伍和技術員隊伍建設是有滑坡的，現在需要一個更綜合的、更交叉的平臺來培養下一代人，讓他們能在一個高起點，大平臺上去學習去創造。換句話說，光有理論家是不行的，未來實驗室在工程師技師人才隊伍的建設上應該更加強調。

(4) 安全要加強管理。實驗室是教學科研重地，也是事故頻發的“危地”，近期高校實驗室安全事故頻發，威脅著在校師生的生命財產安全。今年3月，教育部辦公廳印發《關于做好2019年度高等學校科研實驗室安全工作的通知》，再次強調和重申高校實驗室安全的重要性。

安全問題實際上跟科研文化是有一定的關聯的。我們是北大最早開設實驗室安全課的，就是要告訴學生什么都不重要，人身安全第一重要，你必須站著進來站著出去。第一是不能浮躁，第二還是要規范。不能老是抄近路，湊合，該規規矩矩的地方，就得規規矩矩，花笨工夫停下來檢查，停下來整理都是很有必要的。