提升高校技术创新能力

核心提示西北工业大学生态与环境保护中心合成生物学实验室,研究出可以向细胞外分泌蔗糖的蓝藻,未来以此为核心来打造蓝藻人造叶片系统。图为蒿飞博士在观察蓝藻。视觉中国供图“在所有令人心碎的劳作中,开道是最糟的。”科研,算是“开道”中最富挑战性的一种脑力劳

西北工业大学生态与环境保护中心合成生物学实验室已经开发出可以在细胞外分泌蔗糖的蓝藻,未来将以此为核心构建蓝藻的人工叶系统。图为郝菲博士观察蓝藻。视觉中国供图

"在所有令人心碎的劳动中,护送是最糟糕的."科研是“开路”中最具挑战性的脑力劳动。尤其是在未知的地方,你可能不知道自己的脚会在哪里,下一秒会踩到哪里。

然而,在高校里,有这样一群人,他们像初生牛犊一样精力充沛,活跃在大大小小的科研项目中,沉迷于各种实验。更重要的是,在大国重型装备研制的各方面实验中都有它们的身影。他们在国内重大科技/科学进步的榜单上,也能在国际顶级期刊上占据一片“不毛之地”。他们不仅是90后博士生、硕士生,也是90后本科生。

在导师的指导下,他们成为科研项目中的生力军,成为正在积蓄力量的科技“驱动力”。“要进一步加强高校‘0到1’基础研究,把目标定在最高点,在基础研究上攀登珠穆朗玛峰。”教育部部长陈宝生是在教育部和科技部联合加强“从0到1”基础研究的高校座谈会上这样说的。

现在高校新一代的“科技力量”可以说是从0到1的腾飞。

与世界赛跑

一个人有多少个细胞?40万亿到60万亿。在一个细胞内,细胞器是如何在“纳米”、“毫秒”的微观尺度上进行通讯和运动的?这是中国科学院大学博士生郭雨婷研究的。了解这些问题可能会为未来的医学研究打开一扇窗。

得益于她的项目团队开发的新的掠入射结构光超分辨率成像技术——这项技术被评为2018年中国十大科学进展之一——郭玉婷可以更快更清晰地捕捉到细胞器之间的相互作用,她需要对这些相互作用进行成像、观察和分析。

上午9点,郭雨婷已经坐在GI-SIM显微镜前,开始观察和拍摄细胞内部的运动。除了吃饭,一般都是深夜。在她的书桌下,有一个13T内存的“硬盘柜”,里面装着她收藏了一年多的图片。为了更直观地呈现细胞器的运动,她需要将照片处理成彩色动态图像的切片。经常郭雨婷会把一个不到10秒的图像反复看十遍。这不是简单的欣赏。她需要从这些快速变化的细胞器中找到新的现象或规律。也正是有了这些新发现,她得到了人生中第一篇发表在顶级学术期刊《细胞》上的研究论文。

下午1点,在短暂的午餐时间后,已经获得两项专利的华中科技大学物理学博士生罗钦泽回到实验室摆弄起高精度原子干涉仪。

晚上10点,已经在顶级期刊《自然》上发表两篇论文的浙江大学基础医学专业三年级学生董平时在实验室里搜索抑郁症的神经密码。最好的时候,他一天工作14个小时。

凌晨3点,清华大学计算机科学与技术系大四学生余继平和队友轮班备战2018年国际大学生超级计算机大赛。他迫不及待地将自己的时间掰成两半,然后他的团队获得了比赛的冠军。

科学研究就像和全世界同一领域的研究人员赛跑。“因为大家可能都在做类似的研究,谁先取得突破,谁就是那个人。”罗微说。

虽然还是学生,但已经进入了科研的轨道。他们的目标不仅仅是成就,还有星辰和宇宙。为此,他们有的戒掉了网游,有的“连谈恋爱的时间都快没了”,但说起自己的科研,都很有激情。

探索未知,探索自己。

郭雨婷说到细胞的时候,眼睛闪闪发光。“细胞里面的世界非常美好,非常神奇!”

的确,细胞内的世界是美好的。她的一些渲染图像看起来像绚丽的星云,像摇曳的花朵,有着难以言喻的视觉震撼。“细胞就像一个微型社会。有的发号施令,有的提供能源,有的修建‘高速公路’,有的负责运输……井然有序,从不混乱。”她喜欢观察这些细胞。看了一天,她不觉得累。相反,她喜欢它们。“科研就是探索未知的地方,那些未知会吸引你,前进,前进”。

在前进的过程中,孤独总是如影随形。“虽然有导师指导,有同龄人交流,但是随着成长,你也要独立。所以越到后面,越要靠自己。”秦洛说,工作时,基本上每个人都在自己的实验室前忙于自己的研究。

有时在夜深人静的时候,秦洛独自呆在实验室里。门一关,外界的干扰仿佛被甩出门外,留下的是一片安静空的氛围。然而,秦洛已经慢慢开始享受这种沉默和孤独。无处不在但又千变万化的引力在吸引着他,仪器上不断跳跃的数据在等着他。在这些看似混乱的数据中,隐藏着地球运行的秘密。

“你这么活泼好动,能坐科研的‘板凳’吗?还是考虑一下那些和人打交道的专业吧。”2011年,刚刚高考完的董被泼了一盆冷水。

但他还是毫不犹豫地填报了别人看起来“无聊又没钱”的基础医学专业。“医学研究是人类最直接的利益。如果这个领域真的这么无聊,那我还不如做那个提供新鲜血液的人。”董说了一句话。

然而,当我们真正走上科研之路时,董才意识到这条路是多么坎坷。失败和不断失败可以说是科研的常态。在2015年2月加入胡教授的研究小组后,董在导师的指导下开始思考预防抑郁症的自然策略。在接下来的一年多时间里,他不断尝试和改进实验方案,但都不理想。那一年,疑惑和焦虑如乌云。

或者放弃坚持,它就在你面前无数次。“在这个过程中,你会不断问自己,比如我是否适合科研?我以后想做什么?遇到挫折该怎么办,等等。”正如郭雨婷的博士生导师、中科院生物物理研究所研究员董力所说,“在科学研究中,探索未知也是探索自我,探索自己的价值”。

在这个过程中,有的人转行,有的人转行。看到实验进展如此不尽如人意,很多人都多次劝董改变方向,但他不想轻言放弃。“科学研究不能只靠试错。我们不得不在失败后积极总结经验,不断改进和优化实验方案。”2016年7月,他终于迎来了转机。

“生命科学是最深奥的学科,生物学的研究和探索充满了未知的迷雾和失败的死胡同。这种巨大的不确定性已经或正在让所有的研究者感到沮丧和困惑。你可以提前认识到这种不确定性,接受它,拥抱它。”董之前很迷茫,因为他不知道自己在做什么。经过这一仗,董觉得自己已经开始了自己的科研2.0时代。“我觉得自己更有勇气和能力承担高难度、高风险的课题,更有决心探索抑郁症领域”。

虽然失败、孤独、迷茫如影随形,但“当你真正做出一些成绩的时候,成就感还是很愉悦的。”在秦洛看来,每个年轻人在成长的过程中都会不断探索自己存在的价值和意义,而对他来说,科研带来的价值感更为永久。“即使你在一个未知领域取得突破,也是在为后来者铺路,让人类走得更远”。

同行很重要。

当然,除了他们,还有很多大学生跑在科研的路上。

“在中国不断优化的科研环境下,今天的年轻一代非常有冲劲和勇气。他们愿意攀登科研高峰,克服困难。他们中的很多人在本科甚至中学阶段就已经开始接触科研,科研基础比同龄的老一辈科学家要强很多。”在浙江大学医学院教授、博士生导师胡看来,今天的年轻一代更有底气在最有创造力的时期去思考和解决最困难的科学问题。

如何更好地激发他们的科研兴趣和创造力,已成为许多高校不得不面对的课题。然而,董力认为,一般来说,在正常环境中长大的学生对未知事物有一种天然的好奇心,学校应该做的是保护这种好奇心。其中,“导师可以说是至关重要的”。记者在采访中还发现,科研路上的“同行”,包括学长学姐,都很重要。

董力认为,导师作为课题组的带头人,应该有足够高的科研水平,能够站在某一领域的前沿给学生指导。“我们国家在很多领域已经过了后一个阶段,甚至处于领先地位,所以我们的科研正在向前沿努力。导师只有站在最前沿,有前沿的眼光,才能更好的指导整个课题组。对于学生来说,研究最前沿的课题可以激发他们的动力。完成这个课题后,这种科研带来的成就感和满足感会激励他们在科研领域进一步探索。”

华中科技大学物理学院重力中心副教授、导师周认为,导师要学会分阶段、因人而异地指导学生。“有的同学刚来课题组时目标明确,知道自己想做什么;有些人很困惑。这时候你可以给他两个题目让他去了解和学习。在这个研究的过程中,如果他觉得这个有意思,有成就感,就可以进入下一步。如果没有,前期会进行调整和引导。”

更重要的是,周感到“青年学生是国家的未来,肩负着科技兴国的历史使命。要引导他们选择符合国家战略需要的课题,成为祖国需要的科学家。”

“应该给青少年一个空自由探索的空间,可以解放学生探索的主动性和积极性,鼓励和引导学生的兴趣。同时,还可以积极邀请国内外优秀学者开展各种类型的交流,可以帮助学生快速梳理研究领域的前沿进展和需要解决的问题。”胡海军建议道。

 
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