博士生 施一公：如何做一名优秀的博士生（完整版）

前言:拿到博士已经16年了，但博士阶段的感受在脑海中依然历历在目。从我第一个独立实验室博士生到现在已经13年了。其中11名博士生和博士后在美国和中国大学的独立实验室担任过PI。他们的成长过程很不一样，性格和能力也不一样。应该说，没有一个学生可以简单地跟随另一位杰出科学家的脚步脱颖而出。从这个意义上说，科学家的成功是不可能复制的。然而，优秀科学家往往具有的共同特征应该会对年轻学生有很大的启发。

本文主要来源于我2008年在清华大学考研教育中的2.5小时讲座，也综合了后续的一些思考和总结。在那次演讲中，我反复强调，我的目的不是要求研究生完全按照我说的去做，而是从根本上震撼和振荡研究生的思维角度，激励大家找到最适合自己的成才之路。这篇文章很长，已经分四部分发表了。(注:已整理成一篇文章)

给予时间

所有成功的科学家都必须有一个共同点，那就是他们必须投入大量的时间和精力。这是一个道理。其实无论社会上哪一个职业，想要在这个职业上做到最好，都要比普通人花更多的时间。有时，在回答学生或媒体的问题时，一些杰出的科学家会淡淡地说，他们的成功取决于运气，而不是努力工作。其实这种回答并不客观，也不负责，因为他们故意忽略了自己在时间上的巨大努力，而只是强调了成功过程中的一个偶然因素。这种说法的效果往往会误导年轻学生，因为有些幼稚的学生甚至会开始投机取巧，没有取得充分的进步，而是等待所谓的运气；其他学生开始寻找自己的运气，把相当一部分精力和时间花在与科学研究无关的事情上。说得极端一点:如果有这样一个科学家，他的成功主要是靠运气而不是时间，那么他的成功很可能是抢了别人的成果，而且很可能他并不具备该领域真正领先的学术水平。

大约十年前，中国著名生物学家蒲慕明先生曾经有一封非常著名的电子邮件在网上广为流传。这封邮件是蒲老师写给他实验室的所有博士生和博士后的，我完全同意这些观点。这封邮件非常认真，从中我们可以看出蒲先生的良苦用心。我把这封邮件发给了我实验室的所有学生，无论是普林斯顿还是清华的学生，让他们都能理解。其中有一段是这样的:“最重要的事情是坚持不懈地努力。我发现每周工作60小时是不合适的。最重要的是，平均而言，成功的年轻科学家在实验室工作的时间很短……我建议每一天都进行一次与研究相关的活动。阅读报纸和书籍应该是一份全职工作。”(我觉得最重要的是实验室的工作时间。今天，一个成功的年轻科学家平均每周花60个小时在实验室的研究工作上...我建议大家每天至少有6个小时的紧张的实验操作和两个多小时的与科研直接相关的阅读。阅读文件和书籍应该在这些工作时间之外进行。)

有同学看了蒲老师的邮件后告诉我，“看来我不是学术材料，因为我实在承受不起这种痛苦。”我经常回答说:“我像你这么大的时候，也觉得长时间这样工作很不可思议。但不知不觉中，你会逐渐被科研的精妙所打动，你会为自己的努力和成就而骄傲，你会逐渐适应这种生活方式！”这句话表面上是劝学生，其实是我自己的体会。

我从小就很贪玩，不爱学习。但是学校和家长的教育和压力迫使他们尽可能努力学习。我高中就读于河南省实验中学，用比别人更努力的努力，我的综合成绩一直名列前茅。1984年全国高中数学联赛河南赛区第一名，被送到清华。大学期间，我保持了努力的传统，全班提前一年毕业。但这种应试灌输教育的结果是，我很少真正独立思考，对自己的专业不感兴趣。大学毕业的时候，我不打算搞科研，一心想着下海做生意。误踏上了美国留学之路。

可想而知，留学第一年，心情波动很大，内心浮躁迷茫。我没有学习和做研究，而是花了很多时间在中国餐馆工作，学习计算机课程。第二年开始逐渐适应科研的“枯燥”，开始有了一点自己的体会。有的时候，抓住了一些细微之处，就会沾沾自喜，也会有“本来就这样”的想法，渐渐对自己的科研能力有了一点信心。在此期间，博士生的课程全部完成。每天早上九点到晚上七点做实验，一周五天，周末也去了两天半。第三年开始明白科研的逻辑，觉得有点跃跃欲试。经常在小组会议上提问，这种“入门”的感觉让我对研究更感兴趣。经常工作到晚上11点从霍普金斯医学院赶最后一班校车回Homewoodcampus(我就住在附近)。1993年，我在实验记录本的日期旁边标注了“这是我在实验室工作的第21个连续日”(这是我连续第21天在实验室工作。)来激励自己。其实这多少有点作秀的嫌疑，因为我一个周末只做了五六个小时的实验。第四年后，我已经完全适应了实验室的研究环境，不会再感到无聊或时间压力。时间安排完全服从实验需要，尽量往前走。其实这个时期的实验时间比我刚进实验室的时候要长很多，但是感觉好多了。

在研究生阶段结束时，我以在实验室的努力而闻名。在纽约做博士后是我一生中最痛苦的两年。我每天晚上做实验直到半夜3点左右，回到住处躺下睡觉往往是4点以后；但每天早上8点，我被窗外纽约第一大道(FirstAvenue)上汽车的噪音吵醒，9点左右回到实验室开始新的一天。一日三餐分别是早上9点、下午3点、晚上9点、晚上10点在实验室，这样的生活节奏持续了11天，从周一到下周五，周五晚上坐灰狗大巴回巴尔的摩的家，周末每天睡近十个小时，以弥补过去11天严重的睡眠不足。周一早上，我们将开始接下来的11天的奋斗。虽然身体上很累，但心里很满足，也很自豪。我知道我在用我的行动构建未来，开创事业。有时候会在日记里鼓励自己。我住在纽约曼哈顿第65街和第一大道的交叉口附近，靠近纽约著名的中央公园。那里也有文化娱乐活动，但是在纽约工作两年后，我再也没有走进中央公园。

我会把自己的经历告诉每一个自己的学生。大一经常问我“老师，你觉得苦吗？”我一般会回答“我只在做自己不感兴趣的事情的时候才会觉得苦。感兴趣后不觉得苦。”是的，一个精彩的实验带给我的享受比看一部美国大片要好得多。回想当时的辛苦，还是觉得很自豪，很激动！有时候我会想:如果我在博士博士后的七年半时间里不努力，而是无拘无束的看电影，看小说，寻求娱乐(当时的互联网远不如现在丰富)，现在的情况会是怎样？

要成为一名优秀的博士生，时间是一个必要条件。

方法论的变革

想有所突破，想在科研上取得成功，光有付出和努力是不够的。批判性分析是一种必要的品质。

研究生和本科生最大的区别是本科生主要吸收和学习人类积累的知识，注重科研和技能训练；博士生的本质是通过科学研究探索和创造新知识，现在和过去的知识是为了更好地服务于科学研究。在以学习知识为主的本科阶段，提问很重要，但答案往往已经存在，所以问题是否关键并没有那么关键。博士生则完全不同，必须具备批判性分析的能力，否则无法成为优秀的科学家。我称之为方法论的改变。

事实上，整个大学和研究生教育的本质是培养批判性分析能力和发展创新性科学研究的方法论。这里有很多例子，涉及面很广。这里有几个例子，我永远不会忘记。

(1)正确分析消极结果是成功的关键。

作为一个生命科学的博士生，如果每一个实验都进行的很顺利，能够得到预期的积极结果，那么通常只需要6-24个月就可以得到博士学位所需要的全部结果，除了一些研究领域。但实际上，在美国，一个生命科学的博士生平均需要6年左右才能拿到博士学位。这个数字本身表明，大多数实验结果将与预期或负面结果不一致。大部分低年级博士生对负面结果持否定态度，这直接影响了他们批判性分析能力的培养。

事实上，只要有适当的控制实验和正确的负面实验结果，总是成功的唯一途径。一般来说，任何探索性学科的每一步都有几种甚至十几种可能的进步方式。进步的过程，基本上就是消除不准确，找到正确方向的过程。在很多情况下，就是一个接一个地尝试和排除这几个甚至十几个可能的方法，直到找到一个可行的方法的过程。在这个过程中，一个可信的负面结果往往可以让我们放心地放弃目前的做法。如果使用得当，这种排除方法将确保我们最终走上正确的实验道路。从这个角度来看，负面的实验结果不仅是正常的，也有利于项目的最终成功。

可惜大部分同学的负面结果没有说服力，经不起逻辑推敲！这往往是科研项目进展的最大障碍。比如你按照常规方案操作，得不到阳性对照的相应结果，或者你缺乏相应的对照实验，或者你在分析判断可信的实验结果时出错，从而得出“阴性结果”或“不确定结果”的结论。这个结论对整个项目的进度非常不利，往往会让学生在以后的实验中感到不知所措和苦恼。我警告并鼓励我所有的学生:只要你不断得到结论性的负面结果，你的项目很快就会走上正轨；在不断分析负面结果的过程中，强大的逻辑分析能力会让你迅速成熟，成长为一名优秀的科学家。

我总是担心那些进展顺利，很少取得负面结果的学生，因为他们没有真正经历过科学研究中批判性分析的训练。在我的实验室里，偶尔会有学生在很短的时间内(大约两年，有时甚至一年)完成博士论文所要求的成果。对于这些学生，我一定会让他们继续承担一些有挑战性的新任务，让他们忍受负面结果的煎熬。没有这些训练，他们很难真正具备批判性分析的能力，也很难成为未来能够独立领导一个实验室的杰出科学家。

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)耗时的完美主义阻碍创新和进步。

NikolaPavletich是我的博士后导师，也是对我影响最大的科学家之一。他具有很强的实验判断和思维能力，做过p53、Rb、CDKcomplex、SCFcomplex、BRCA1等一系列标志性的研究工作。他在结构生物学领域很有名，31岁就被提升为正教授。1996年4月，在我到达尼古拉实验室后不久，我纯化了一种高表达水平的蛋白质Smad4。两天后，虽然蛋白质得到了纯化，但结果并不令人满意:产量可能只有应该获得的20%左右。遇到尼古拉，不好意思说产量很低，打算继续优化蛋白质的纯化方法，提高产量。他问我:(大意是)你为什么要改善这个领域？你没有足够的蛋白质进行结晶试验吗？为什么要增产？是不是蛋白质不够你做初步结晶实验？)我回答:idhavenoughproteinforcrystalization screen。但是needtooptimizetheieldfirstsoticancaccumulaemormaterials。(我有足够的蛋白质用于结晶筛选，但我需要优化产量以获得更多的蛋白质。)他粗鲁地打断了我的话:不，他们够高了。你的时间比产量更重要。请加强系统化。(没有，产量够高了。你的时间比产量更重要。请尽快开始结晶。)实践证明了尼古拉的建议的价值。我只用了几毫克的蛋白质进行结晶筛选，很快就意识到这个构建体并不理想，需要从它的氮末端去除几十个氨基酸，这些氨基酸通过蛋白质工程变得更加灵活。而去除N端几十个氨基酸的蛋白质，不仅表达量高，而且生化性质稳定，很容易纯化，完全不用担心产量。

在大刀阔斧进行创新实验的初期，实验的每一步设计都要尽可能的细致，但一旦按计划开始，并不需要对中间步骤的实验结果追求完美。相反，我们应该毫不犹豫地一步一步地把实验推到最后，看看是否能得到与假设大致一致的总体结果。如果有普遍认同，那就回去仔细完善每一步的实验设计。如果有一般的出入，并且整体实验设计和操作没有错误，那么你的假设(或者说大方向)很可能出现大问题。

每天的实验都会用到这个方法论。例如，在结构生物学中，纯化新蛋白质的第一次尝试不应该追求每一步的产量，而应该尝试将所有的纯化步骤进行到底，看看是否可以获得适合结晶的蛋白质。第一次尝试限制性蛋白酶解时，我们不应该故意确定蛋白酶浓度或追求蛋白质纯度，而是要注意结果中是否有蛋白酶抗性核心结构域。从1998年开始自己独立实验室开始，我就告诉所有的学生:千万不要盲目追求完美主义。

我把这种方法论推到了极限:只要一个实验能进行下去，就一定要达到终点，试着看到每一步的结果，然后在必要的时候回头把遇到的问题一个个解决。

(3)科研文献和学术讲座的获取和传递。

尼古拉·帕夫莱蒂奇博览群书。在很多博士后的心目中，他一定要看很多文章，经常听研讨班。出乎意料的是，我最大的惊喜出现在我相信这件事的事实上。

我在博士期间，导师JeremyBerg非常重视阅读相关科研文献，每周有一次团体记者会，讨论重要的科研进展。刚到尼古拉实验室的时候，我试图展示我的读报知识，同时也想和尼古拉讨论一下，得到他的真传。1996年春天的一天，我在《自然》上精读了一篇文章，午饭前遇到了尼古拉，向他描述了这篇文章的微妙之处，并期待他的评论。尼古拉一脸尴尬，对我说:对不起，我还没看这篇文章。哦，可能这篇文章太新了，他看不懂。几天后，我看了几个月前出于某种原因发表的《科学》的一篇研究文章，去找尼古拉讨论，他说他没有再看一遍。撞了几次墙之后，我莫名其妙地问尼古拉:你懂点摸。你必须读很多文件。为什么你不去跑步？你知识如此渊博，一定读过很多文学作品。为什么不直接看我说的报纸？)尼古拉看着我说:“我读书不多。)我问:如果不多多治疗，怎么做研究？你自己的出版物中有什么可以参考的浪漫文章？如果不广泛阅读，你的研究怎么会这么好？你的论文怎么能引用这么多文献？)尼古拉的回答完全出乎我的意料:(大意是)我只阅读与我的研究兴趣直接相关的论文，我只阅读与我的研究兴趣直接相关的论文。而且我写论文的时候只看很多。)

我的博士后单位，Memorials Loan-Kettering癌症中心，学术讲座系列不错，经常邀请各种生命科学的大牛来讲课。有一次，一位诺贝尔奖得主谈到了研究所，并要求与尼古拉谈论名字。在大多数人看来，这是一个接近某人并留下好印象的难得机会。尼古拉告诉他的秘书:请替我转达我的歉意。研讨会那天我碰巧缺席了。我们也为尼古拉感到难过。我万万没想到的是，诺贝尔奖获得者研讨会那天，尼古拉把自己锁在办公室里，早上来了之后一直到晚上才出去，当然也没有去听课。当然，这可能是巧合——尼古拉取消了旅行计划；但据我们所知，尼古拉很可能正在写论文。后来我们才知道，尼古拉身上发生这样的事并不奇怪。

在我离开尼古拉的实验室之前，我用一个从未完全解开的谜问他:如果你不怎么看论文，不怎么听课，你怎么会是这么杰出的科学家？他回答:(大意)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最重要的事情上，比如分析结构，分析结构，和学生讨论话题，写文章。如果时间不够，只能少看文章，少听讲座。

尼古拉的回答表达了一个简单的道理:一个人必须对自己所做的事情做出一些选择，他不可能面面俱到。无论是看科研文献还是听学术讲座，都是为了学习相关经验，更好的服务于自己的科研项目。

在博士阶段，特别是前两年，我觉得要花足够的时间听各种相关领域的学术讲座，广泛阅读科研文献，为批判性思考打好基础；但随着科研项目的深入，文献阅读和学术讲座需要有一定的针对性，时间分配要权衡。

(4)挑战传统思维

我从懂事开始就接受教育:所有的失败都有它的原因，我应该先找出失败的原因再去尝试。直到1996年，我在实验中一直遵循这个原则。然而，在尼古拉的实验室里，这一基本原则也受到了理性的挑战。

有一次，一个复杂的实验失败了。我很郁闷，打算多花几天时间做控制实验，找出问题所在。出乎意料的是，尼古拉阻止了我，他皱着眉头问我，“告诉我为什么你想知道为什么你的经历失败了？”说说你为什么要理解实验失败的原因？我觉得这个问题太不合理了，所以很自信的回答:ineedtoknowhatwinthreshaticanettowerknext time。(我需要知道哪里出了问题，才能保证下次能成功。)尼古拉马上评论道:(大意是)你没必要。alloyeedtodododosito alfullyrepeat你的实验，希望下次能成功。与简单地重复你的实验相比，重复你以前的实验失败了很多次。对于复杂的一次性实验，失败的最佳解决方案是仔细重复实验。你真正需要做的是重复实验，也许下次你能成功。与其花很多时间搞清楚实验失败的原因，不如先重复一遍。面对一个失败而复杂的一次性实验，最好的办法就是认真的再做一遍。后来，尼古拉升华了他的观点:(大意是)这是一个哲学上的决定，即找出实验失败的原因。理解每一个小故障的传统智慧可能不能代表进步。经过慎重考虑，这些话很有道理。不是所有失败的实验都要找原因的，尤其是生命科学实验，复杂又繁琐。大多数失败的实验都是由简单的操作错误造成的。比如PCR忘了加某个成分，可以再仔细做一遍；这样往往可以解决问题。只有那些不找到失败原因就无法前进的关键实验，才需要追根溯源。

我选的这些例子，多少有些“偏激”，但只有这样，才能更好地起到动摇人们思维的作用。其实在我自己的实验室里，这些例子已经给所有学生讲了很多遍了，每次讲课后，我都会告诉大家破除迷信，怀疑规则，关键是:遵循逻辑！(遵循逻辑！)

有一句话我注定要在实验室里每天重复:遵循逻辑！每天给不同的同学讲，加起来至少5遍。而且每次和一个博士生讨论一个题目，我总是遵循严格的逻辑，用推理和排除来寻找实验的下一个解。

严格的逻辑是批判性分析的基础。