子曰:“知之者不如好之者,好之者不如乐之者。”分享 http://blog.sciencenet.cn/u/sqdai 上海大学教授

博文

学习漫谈(103):独具慧眼 把握机会——谈科研方法:10.机遇篇 精选

已有 9528 次阅读 2013-10-30 05:26 |个人分类:寄语学子|系统分类:科研笔记|关键词:学者| 机遇, 科学发现, 利用

楔子

本讲探讨科学研究中如何利用稍纵即逝的机遇,通过列举机遇导致重大发现的案例,阐释“机遇只偏爱有准备的头脑”的论断,并论及成功地发现和利用机遇的必要条件。

 

大纲 

一、引言

二、机遇导致重大发现的案例

三、抓住机遇的必要条件

四、结束语

 

一、引言

 

机遇是导致科学发现的“触发机”。

科学上的新发现、新知识经常起源于某种意外的机遇。应该充分注意这一因素对科学发现的重要作用,并且有意识地加以利用。积极、勤勉、敢于尝试的研究人员更有能力发现和把握此类机会。抓住机遇需要有想象力、科学鉴赏力,应该使得思维不受固定观念的束缚,养成对一切观察到的未经解释或难以解释的现象穷追不舍地进行思考的习惯。正如法国著名化学家、细菌学家巴斯德所说:在观察的领域中,机遇只偏爱有准备的头脑。另一位法国细菌学家尼科尔也说:“机遇只垂青于那些懂得追求它的人。通过抓住偶然机遇发现青霉素的英国科学家弗莱明在获得诺贝尔奖后的讲话中强调:“不要等待运气降临,应努力去掌握知识。

科学方法论专家贝弗里奇指出:留意意外之事是研究工作者的座右铭。他还说:“一个成功的科学家对机遇所提供的每一意外事件或观察现象予以注意,并对那些在他看来大有希望者进行研究。 没有发现才能的科学家往往不去注意或考虑那些意外之事,因而在不知不觉中放过了偶然的机会。

贝弗里奇认为:“明确认识机遇的作用是十分重要的。发现的历史表明,机遇起着重要的作用,但另一方面,即使在那些因机遇而成功的发现中,机遇也仅仅起到一部分作用。 真正起作用的是对机遇观察的解释。机遇只起提供机会的作用,必须由科学家去认出机会,抓住不放。对所发现的机遇进行科学的解释,并设法总结出一般规律来,这是科学工作者显示其根底和能力的试金石。在众多的有关机遇和发现的实例中充分体现了这一点。

 

二、机遇导致重大发现的案例    

 

   这里列举机遇导致重大科学发现的若干著名案例。

 

案例1. 詹纳发明牛痘疫苗

   詹纳(Edward Jenner,1749-1823),出生于英国格洛斯特郡,乡村医生,12岁开始做内科医生的学徒,后独立行医,43岁从圣安德鲁大学医学院毕业,回家乡继续从医。当时世上天花病流行,患者死亡率达10-20%,痊愈者有后遗症(主要是麻脸)。詹纳下决心专攻天花,为民造福。

詹纳获悉牛奶场女工和农民的一种公认的说法:牛痘是牛易患的一种轻度病,但也可以传染给人,人若传染上牛痘,就再也不会得天花病(牛痘对人来说没有危险,虽然其症状与极轻度的天花病有点相似),从而认识到接种牛痘疫苗是获得天花免疫力的一种安全的方法。他对这个问题进行了仔细的调查研究,先在儿子身上做了成功的试验,1796年决定更大范围地加以检验。

詹纳从挤奶女工莎拉·内尔姆斯手上的脓包中取出脓液,给一个8岁男孩詹姆斯·菲普斯接种,取得成效,接着又有几十例成功的病例。1798年詹纳出版名著《天花疫苗因果之探究》,宣布接种试验成功。当时另有两人开始过类似试验,但未能坚持到底。

詹纳在第一次认识到牛痘疫苗的作用后,历尽艰辛,花了整整三十年时间进行研究、观察、试验,克服了种种实际困难。例如,他发现母牛乳头易患各种疮伤,有些也能传染给挤奶工,但却没有对天花的免疫力,把牛痘疫苗与其区分开来实属不易,而詹纳在当时的条件下完成了。另外,从动物身上提取疫苗接种到人的体内,这种做法有悖于当时的传统观念,詹纳曾因此遭到辱骂,但他泰然处之,百折不挠地奋斗,最后才大功告成。

   1980年全球消灭了天花。

 

案例2:弗莱明发现青霉素及其后续故事

   弗莱明(Alexander Fleming,1881-1955)。英国细菌学家。医学院毕业后到圣玛丽医院细菌部实习,从事过白喉、梅毒病菌研究。“一战”开始后,他奔赴前线,目睹伤兵伤口溃烂的痛苦,立志设法解决此难题。战后回原岗位,着力培养葡萄球菌。实验在布满灰尘的简陋的实验室里进行。1928年的一天,在有关葡萄球菌的实验准备工作中,偶然发现一只培养皿的一角的某个菌落附近的黄色葡萄球菌死了,似乎长了一层绿霉,这种绿色细菌很强悍,引起他的惊异。

弗莱明在笔记上写道:“是什么引起我的惊异呢?就是在绿霉的周围,葡萄球菌被蚀化,以前它长得那样茂盛,现在只剩下一点枯影。”他立即培养这种绿色霉菌并进行显微镜观察,对助手说:“这种新菌生长力这么强,我看很可能是葡萄球菌的死敌,不只是与葡萄球菌争夺养料,而且分泌了一种汁液直接杀死了对方。” 并且制备了更多绿菌滤液,稀释成各种浓度,直到浓度为1/300 时还能阻止葡萄球菌繁殖,到1/800还可杀灭肺炎球菌。

弗莱明把这种人类发现的第一种抗菌素命名为青霉素。接着,还做了青霉素的毒性试验,发现无严重不良反应。1929年9月,他把研究成果发表在《英国实验病理学》杂志。有人建议将此发现申请专利,他婉言谢绝,并说:“为了我自己和我一家的尊荣富贵,而无形中危害无数人的生命,我不忍心!在我毕业之时我就宣过誓,一定要以所学的知识救死扶伤。医药界最可怕的莫过于贪,贪名贪利而不舍己救人无异于拿刀杀人。”

分析一下弗莱明的经历颇有意思。如果他是一位谨慎的有洁癖的研究者,实验室里一尘不染,也许就难以遇到葡萄球菌培养皿沾染灰尘长绿霉的机遇。偏偏他是一个邋遢的人,一向懒于打扫清理他的实验室,助手也实在懒得无可救药;如果他粗心,就不会察觉那一小撮绿霉,而他却非常耐心细致;如果他没有学养,就不可能设计出一系列试验,全面认定这种绿霉的作用,由于他是一位有经验的医学家,能抓住机会,穷追猛打,最终修成正果。

然而。弗莱明没有把他的发明产业化、市场化。这一责任历史地落到德裔英国青年钱恩和澳大利亚青年弗洛里身上。1940年,钱恩根据弗莱明的论文,做了青霉素的提纯试验,提炼出少量青霉素,进一步验证了它的药效;1941年,弗洛里在一家英国化工厂帮助下,提炼了一小勺青霉素,但治人时不敷应用。

正在此时,“二战”爆发,对抗菌素的需要激增,弗洛里审时度势,寻求多方支持。1943年他到美国游说,取得了美国农业部实验室的支持,用玉米汁培养青霉素,产量大增。他还请军方帮忙,让飞行员抓来各地的泥土,从中分离菌种。

   然而,真正解决问题的是弗洛里偶尔在西瓜摊上发现的烂西瓜。他发现烂西瓜皮上有绿霉,赶紧弄来烂西瓜培养菌种,于是,青霉素产量猛增,拯救了无数“二战”士兵,并开创了人类研制和应用抗菌素的先河。

   弗莱明、钱恩和弗洛里因此获得1945年度诺贝尔生物学及医学奖。

 

案例3  赫歇尔发现天王星

   威廉·赫歇尔(F.W. Herschel,1738-1822),生于德国,19岁为逃避兵役移居英国,加入一个乐团,以在夜总会演奏风琴、双簧管为生,但是他酷爱天文学探索。1772年妹妹卡罗林(1750- 1848)与其会合,在夜总会唱歌挣钱支持乃兄的事业。由于当年市场上没有现成的望远镜销售,两人不断磨玻璃,自制望远镜(最大孔径达1.22米),每日夜观天象。

   1778年开始赫歇尔实施两期“星空巡视计划”,将天空分成638个天区,逐个数星,一共数了117600颗星。1781年3月13日夜,偶然发现了太阳系的第七颗行星,一举将太阳系的疆域扩大了一倍!

赫歇尔说:“1781年3月13日星期二晚上10点到11点间,我正考察双子座H星附近的一群小星时,发现了一个异常明亮的星,我将它同双子座H及双子、御夫之间的小星作比较,发现它比任何一个都亮。我怀疑它可能是一个彗星。……”进一步观察发现其平均亮度为5.5星等,无彗尾,不是彗星。于是继续用高倍数望远镜观察。他说:“我在手头准备了227、460、932、1536、2010等倍的几个目镜,需要时都能成功地用上。

赫歇尔兄妹发现:随着望远镜放大倍数的增加,该星的体积逐步增大,完全不同于更遥远的恒星。接着,两人又跟踪观察了四夜,最后确定这是太阳系的第七颗行星。经天文学家沃森博士推荐,观测报告送呈皇家学会。4月26日,赫歇尔应邀在皇家学会宣读发现新天体的论文。8月,俄国的刘塞尔、法国的拉普拉斯同时计算出该星的轨道,确认它是土星之外的大行星。德国柏林天文台将此星命名为“天王星”。

从1690年以来,该星至少有19次被观测记录在案,但每次都被误认为是暗弱恒星而放过了。其中见过这颗星的不乏其人,如英国皇家天文学家弗拉姆斯蒂德、布拉得雷等大师级的人物。法国天文学家勒梅尼耶从1750年到1769年的二十年间曾观察它12次,他对于天文学界认定赫歇尔发现天王星一事很不服气,就向国际天文学联合会提出申诉,后者翻出他历年递交的报告,上面都是他发现这颗“新恒星”的记录。原来,勒梅尼耶说不清恒星与行星的区别(如岁差等),他的知识基础使他与新行星的发现和认定失之交臂。结果,天王星却被一位天文爱好者、民间音乐家威廉·赫歇尔偶然间撞上了,他的发现载入了科学史。此案例真切地印证了巴斯德的名言:“机遇只偏爱有准备的头脑”。

赫歇尔后来继续努力从事天文学研究,有如下主要重要成就:

 (1)制造了许多大型望远镜。磨制出售的望远镜至少有76架;

 (2)发现了天王星和土星各自的两颗卫星;

 (3)首次确认了银河系为扁平状圆盘的假说;

 (4)汇编成3部星云和星团表,记载了2500个星云和星团,发现了双星、三合星和聚星848个;

 (5)发现了太阳的空间运动。他发现并测定出太阳的向点位于武仙座λ附近,与现代的公认值十分接近。

 

案例4: 贝尔纳发现肝脏的糖原生成作用

    贝尔纳(Claude Bernard,1813-1878),法国生理学家,主要学术贡献是发现肝脏的产糖功能和血管运动神经。

    19世纪上半叶,人们普遍认为动物不能制造碳水化合物、脂肪或蛋白质。贝尔纳决心研究糖的代谢,考察糖在哪个脏器分解。先用高糖食物喂实验狗,检查肝脏流出的血液,看看糖的分解是否由肝脏完成,捡出高糖分。再用无糖食物喂另一只狗,发现肝脏同样有高糖分。

贝尔纳意识到,与传统观念相反,肝脏也许能从非糖物质制造糖分。接着又做了一系列实验,充分证明了肝脏的糖原生成作用。

   这一成功的原因在于:

   1)意识到抓住与流行观念不符的结果的重要性,深入追踪这一线索;

   2)一丝不苟、按部就班地掌握每一实验步骤,特别是对照实验。

 

这类案例不胜枚举,其它有名案例还有:

u      阿基米德发现浮力定律

u      伽伐尼发现电流;

u      奥斯特发现电磁感应;

u      伦琴发现X射线;

u      冯梅林和闵可夫斯基发现胰脏中含糖分和胰岛素治糖尿病的功效;

u 拉塞尔在运河中发现孤立波

 

三、抓住机遇的必要条件

 

从以上案例可见,抓住机遇的必要条件在于:

u    注意线索。具备敏锐的观察能力和出色的科学鉴赏力,保持对意外事物和反常现象的警觉性和敏感性;

u    解释线索。充分认识意外事件的重要意义,穷追猛打,由表及里,揭示深层次的真相,提炼有价值的理念;

u    不拘泥于传统观念和既有模式,努力尝试新步骤;

u    夯实基础,厚积薄发,有足够的想象力和渊博的知识;

u    具有出色的独立思考和发散思维能力,善于多角度全方位考虑和分析问题。

 

一般来说,坐失良机的主要原因在于:

1、知识储备不足;

2、对新事物不敏感;

3、不认识新线索的重要性;

4、浅尝辄止,未对最初的发现做深入研究;

5、缺乏应用意识;

6、遭遇冷淡和反对后未能坚持。

 

四、结束语

本文的结论是:

u    应该尽力抓住科学发现中的机遇;

u    机遇只青睐于有准备的头脑;

u    应夯实基础,广闻博览;

u    应努力培养发散思维能力。

 

初稿:2013年3月21日,香港

二稿:2013年10月30日,上海

 



http://blog.sciencenet.cn/blog-330732-737260.html

上一篇:学习漫谈(102):君子非异 善假于物——再评华罗庚的学问观
下一篇:周末闲话-22:漫话心态

22 陈学伟 王寿江 田云川 张士伟 孙学军 董焱章 高建召 徐向田 赵帅飞 温世正 徐索文 杨登涛 唐小卿 赵丽莉 李大斌 王满喜 研学交流 clp286 biofans dongxuanmin wangqinling fys

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (29 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2020-6-3 09:42

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部