施一公 | 研究生必须具备批判性思维

要想在科学研究上取得突破和成功，必须付出大量的时间和心血，但只有时间的付出和刻苦是不够的。批判性分析是必须具备的一种素质。

研究生与本科生最大的区别是：本科生以学习人类长期以来积累的知识为主，兼顾科学研究和技能训练；研究生的本质是通过科学研究来发掘创造新的知识，而探索新知识必须依靠批判性的思维逻辑。其实，整个大学和研究生阶段的教育很重要的一部分就是培养批判性分析的能力，掌握能够进行创新科研的方法。这里的例子非常多，覆盖的范围也非常广，在此举几个让我难忘的例子。

正确分析负面结果是成功的关键

作为一名博士生，如果每一个实验都很顺利地得到预期结果，除个别研究领域，可能一般只需要6——24个月就可以获得博士学位所需要的所有结果。然而，在美国，生命学科的博士研究生平均需要6年左右的时间才能得到PhD（哲学博士）学位。这一分析说明：绝大多数实验结果会与预期不符，或者是负面结果。很多低年级的博士生一看到负面结果就很沮丧，甚至不愿意仔细分析原因。

其实，对负面结果的分析是养成批判性思维的最直接途径之一。只要有合适的对照实验，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，任何一个探索型研究课题的每一步进展都有几种甚至十几种可能的途径，取得进展的过程就是排除不正确方向、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一一予以尝试、排除，直到找到一条可行之路。在这个过程中，一个可靠的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。

非常遗憾的是，大多数学生的负面实验结果并不可靠，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障碍。比如，对照实验没有预期结果，或者缺乏相应的对照实验，或者是在实验结果的分析和判断上产生了失误，从而得出“负面结果”或“不确定”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。因此，我告诫并鼓励我所有的学生：只要你不断取得可靠的负面结果，你的课题很快就会走上正轨；在不断分析负面结果的过程中，你所练就的强大的批判性分析能力会使你很快成熟，逐渐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批判性思维的训练。在我的实验室里，偶尔会有一些学生只用很短的时间（两年以内，有时甚至一年）就获得了撰写博士论文所需要的结果。对这些学生，我一定会让他们继续承担一个富有挑战性的新课题，让他们经受负面结果的磨炼。没有这些磨炼，他们不仅很难真正具备批判性思维，将来也很难成为可以独立领导一个实验室的优秀科学家。

耗费大量时间的完美主义阻碍创新进取

尼古拉·帕瓦拉蒂奇是我的博士后合作导师，对我影响非常大，他做了一系列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，我刚到尼古拉的实验室不久，纯化一个表达量相当高的蛋白Smad4，两天下来，蛋白虽然被纯化了，但结果很不理想，得到的产量只有预期的20%左右。见到尼古拉，我不好意思地说：“产率很低，我计划继续优化蛋白的纯化方法，提高产率。”他反问我：“你为什么想提高产率？已有的蛋白不够你做初步的结晶实验吗？”我回答道：“虽然我已有足够的蛋白做结晶筛选，但我需要优化产率以得到更多的蛋白。”他毫不客气地打断我：“不对。产率够高了，你的时间比产率重要。请尽快开始做结晶筛选。”实践证明了尼古拉建议的价值。我用仅有的几毫克蛋白进行结晶实验，很快意识到这个蛋白的溶液生化性质并不理想，不适合结晶。我通过遗传工程除去其N端较柔性的几十个氨基酸之后，蛋白不仅表达量高，而且生化性质稳定，很快得到了有衍射能力的晶体。

在大刀阔斧进行创新实验的初期，对每一步实验的设计当然要尽量仔细，但一旦按计划开始，对中间步骤的实验结果就不必追求完美，而是应该义无反顾地把实验一步步推到终点，看看可否得到大致与假设相符的总体结果。如果大体上相符，你才应该回过头去仔细改进每一步的实验设计。如果大体不符，而总体实验设计和操作都没有错误，那你的假设很可能是有大问题的。这样一个来自批判性思维的方法论，在每一天的实验中都会用到。

过去20年，我一直告诉实验室的所有学生：切忌一味追求完美主义。我把这个方法论推到极限：只要一个实验还能往前走，就一定要做到终点，尽量看到每一步的结果，之后需要回头看时，再逐一解决中间遇到的问题。

科研文献（literature）与学术讲座（seminar）的取舍

在我的博士生阶段，导师杰里米·伯格非常重视相关科研文献的阅读，会安排每周一次的实验室组会，讨论重要的科研进展及研究方法。作为学生，我受益匪浅，也一直以为所有的科学家在任何时期都需要博学多闻。

进入博士后阶段，刚到尼古拉的实验室，我试图表现自己读文献的功底，也想与尼古拉讨论以得到他的真传。1996年春天，有一天我精读了一篇《自然》周刊上发表的文章，午饭前遇到尼古拉，向他描述这篇文章的精妙，同时期待着他的评述。尼古拉面露尴尬地对我说：“对不起，我还没看过这篇文章。”我想也许这篇文章太新，他还没来得及读。过了几天，我精读了一篇几个月前发表于《科学》周刊的文章，便又去找尼古拉讨论，没想到他又说没看过。几次碰壁之后，我不解地问他：“你知识如此渊博，一定是广泛阅读了大量文献。为什么没有读我提到的这几篇论文呢？”尼古拉看着我说：“我阅读不广泛。”我反问：“如果你不广泛阅读，你的科研怎么会做得这么好？你怎么能在自己的论文里引用这么多文献？”他的回答让我非常意外，大意是他只读与研究兴趣有直接关系的论文，并且只有在写论文时才会大量阅读。

我做博士后的单位斯隆-凯特琳癌症研究所有一个精彩的系列学术讲座，常常会邀请生命科学领域的著名科学家来演讲。有一次，一位诺贝尔奖得主来此做客，并且点名要与尼古拉交谈。在绝大多数人看来，这可是一个接近大人物、取得好印象的宝贵机会。然而，尼古拉却告诉他的秘书：“请替我转达歉意，讲座那天我已有安排。”我们都为尼古拉感到遗憾。让我更加想不到的是，诺贝尔奖得主举办讲座的那天，尼古拉把自己关在办公室里，从早晨来了以后直到傍晚都没有出门，当然也没有去听讲座。以我们对他的了解，他十有八九是在写论文或者解析结构。后来我意识到，尼古拉常常如此。

在我离开尼古拉的实验室前，我带着始终没有完全解开的谜，问他：“如果你不怎么读文献，又不怎么去听讲座，你怎么还能成为一位如此出色的科学家？”他回答说：“我的时间有限，每天只有10个小时左右在实验室。权衡利弊之后，我只能把有限的时间用在我认为最重要的事情上，如解析结构、分析结构、与学生讨论课题、写文章。如果没有足够的时间，我只能少读文章、少听讲座了。”

尼古拉的回答表述了一个简单的道理：一个人必须对他做的事情有所取舍，不可能面面俱到。无论是阅读科研文献还是听学术讲座，都是为了借鉴相关经验，更好地服务于自己的科研课题。

在博士生阶段，尤其是前两年，我认为必须花足够的时间去听各种相关领域的学术讲座，并进行科研文献的广泛阅读，打好批判性思维的基础。但随着科研课题的深入，对于文献阅读和学术讲座的选择就需要有一定的针对性，也要开始权衡时间的分配了。

挑战传统思维

我从懂事开始，就受到这样的教育：但凡失败都有其隐藏的道理，应该找到失败的原因再重新开始尝试。直到1996年，我在实验上也遵循这一原则。但在尼古拉的实验室，这一基本原则也受到有理有据的挑战。

有一次，一个比较复杂的实验失败了。我很沮丧，准备花几天时间多做一些对照实验以找到问题所在。没想到，尼古拉阻止了我，他皱着眉头问我：“告诉我，你为什么要搞明白实验为何失败？”我觉得这个问题太没道理，便理直气壮地回答道：“我得分析明白哪里错了才能保证下一次可以成功。”尼古拉马上评论道：“不需要。你真正要做的是把实验重复一遍，但愿下次可以做成。与其花大把时间搞清楚一个实验为何失败，不如先重复一遍。面对一个失败了的复杂实验，最好的办法就是认认真真重新做一次。”后来，尼古拉又把他的观点升华：是否需要找到实验失败的原因是一个哲学决定。找到每一个不完美的实验结果的原因，未必是最佳做法。仔细想想，这些话很有道理。并不是所有失败的实验都一定要找到其原因，尤其是生命科学的实验，过程烦琐复杂，大部分失败的实验是由简单的操作错误引起的。比如PCR（聚合酶链式反应）忘记加某种成分了，可以仔细地重新做一遍，这样往往可以解决问题。只有那些关键的、不找到失败原因就无法前行的实验，才需要刨根问底。

我选择的这些例子多少有点儿“极端”，但只有这样才能更好地起到震荡大家思维的作用。其实，在我自己的实验室里，我早已给所有学生反复多次讲过这几个例子了，而且每次讲完之后，我都会告诉大家打破迷信、怀疑成规，而关键的关键是：跟着逻辑走（follow the logic）！这句话，我每天在实验室里会对不同的学生重复讲上几遍。严密的逻辑是批判性思维的根本。

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