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我的科研创新理念 精选

已有 4741 次阅读 2022-9-6 08:13 |系统分类:科研笔记

科学是一门旨在通过系统的观察,假设和验证去解释和预测宇宙各种现象的学问。现代科学包含三个主要分支:研究物理世界的自然科学(比如生物学、化学和物理学),研究个人和社会的社会科学(比如经济学、心理学和社会学),和研究形式系统的形式科学(比如逻辑、数学和理论计算机科学)。由于形式科学不依赖实验证据,其是否真正属于科学的范畴尚存分歧。

迄今为止的科学概念,定理或定义代表着人类对宇宙各种现象的阶段性的,不完整的诠释。作为一种从已知到未知,去伪存真的手段,科学研究有助于完善现有的科学概念,定理或定义,使其更为接近真象与真理。比科学研究有着更多的要求和更明确的目的,科研创新不仅要拓展已知的科学概念,定理或定义的边界,而且还要改进现有的概念或方法,创造出可为人类带来更多福祉的新技术,新产品。

从字面上看,理念是理性概念的意思。从词义上说,理念是将所观察到的客观事物或表象进行归纳总结而形成的抽象概念、法则与思想(或理性化的看法、见解与想法)。理念是客观事实的本质性反映,是事物内部特性的外在表征。理念始于意念,正确的意念是为观念,而上升到理性高度的观念则为理念(理念的再升华就成了理论)。

科研创新理念是从已知到未知的科研创新的指导思想,其核心作用在于协调已知与未知的关系,缓解现有理论/专家建议与科研人员独立思考的矛盾。毫无疑问,正确地处理这些问题对科研创新成功至关重要。下面,我根据自己多年的科研创新的体会与理解,谈谈我的科研创新理念的形成与效用。

我的科研创新理念的形成。坦率地说,当年从国内本科毕业后到澳洲墨尔本大学做研究生的我,对科研创新理念所知无几。我的博士课程研究方向是生产和运用单克隆抗体以改善人囊包虫的免疫诊断,为此导师设下了一个事后证明十分高大上的目标,即要生产针对囊包虫液主要抗原Ag5和AgB的可以形成标准免疫电泳沉淀弧的IgG单克隆抗体。由于所在实验室没有现成的单克隆抗体生产技术,一切从零起步;导师的关于单克隆抗体生产知识也是从书本中现学的,难免在实验过程中遇到一些预想之外的困难。作为一个典型的中国学生和科研小白,我真诚地相信,不管实验中出现何种问题,只要有导师的点拨,我都能化险为夷。因此,在头两年的实验中,我对导师的实验方案言听计从。有时,首次试验结果不理想,我毫无疑问地相信导师会有更好的方案,确保下次或再下次的成功。但是,在博士课程过了两年的时候,我仍未得到预期的结果。这时,导师对我是否能在剩下的两年里达到预定的目标有些动摇了,于是建议我将已有的实验数据,写成硕士论文完事。我请求导师让我在博士课程剩下的两年时间里,作最后一搏;如果到时得不到预期结果,我甘愿空手而归,既没博士学位,也没硕士学位。其实,我对实验进展不顺的原因也曾有所思考,但囿于对导师的过分迷信,缺乏提出异议的勇气。此前,我常常幻想,如果这实验成功了,我可以做什么(比如发表一篇好的研究报告,以助学术论文的通过);然而,许多生物实验往往会朝着意想不到的方向走。此后,我更多地耽心,如果此实验不成功,我该怎么办。因此,在设计新实验时,我会包括主实验(导师的建议)和一些条件稍微不同的附加实验(我的主意);一方面为主实验提供佐证;另一方面在主实验结果不理想时,带来一些可用数据;这样既减少了不必要的重复,也加快了实验进度。举例说,为了得到某结果,以前可能要三个逐步改进的试验(假定每个试验用10只小鼠,30天时间;三个试验就要30只小鼠,90天时间)现在通过增添附加条件,用15只小鼠,30天时间,一个试验就够。正是这种独立思考,使我在博士课程的后两年里获得了所期待的结果,完成了博士论文,并促成了我的科研创新理念(现理论,值得尊重,但不迷信;专家建议,可以采纳,但不盲从不迷信现理论,不盲从专家建议),助我从此段时间的经验和教训中归纳总结出了科研创新的策略(争先,更好,不同)和有效思路(递推,平行,因果,逆向,随机)(见我的博文《我的科研创新策略》《科研创新的有效思路》《科研创新的突破》)

我的科研创新理念的效用。在博士毕业以后的时间里,我参与了三个分子微生物学和分子生物学研究项目。凭着我在博士课程期间所悟出的科研创新理念(不迷信现理论,不盲从专家建议),以及在此基础上归纳总结出的科研创新的策略(争先,更好,不同)和有效思路(递推,平行,因果,逆向,随机),我都取得了突破性进展,提前达到预定的主要目标。大家或许会问,为什么我从免疫学研究中所建立的科研创新理念用在分子微生物学和分子生物学研究依然有效呢?因为不管哪一项研究,都有着一系列相关的理论与一大批专家;而其中的每一个理论(或专家建议,以及发表了的实验方法与操作程序),都源于过去的实验结果;若将这些理论一成不变地应用于科学创新,只得到重复性结果,不可能产生什么原创性突破;只有适当地添加或变更实验条件,才可能在科研创新中得到与这些理论不同的原创性突破。

简单地说,我博士毕业后的首个研究项目主要是为了建立一个可以区别绵羊腐蹄病致病菌株与非致病菌株的分子检测方法。当时,相关行家们普遍认为,绵羊腐蹄病致病菌株与非致病菌株基本的不同在于前者比后者多几个致病特异性基因。然而,我坚信绵羊腐蹄病致病菌株与非致病菌株都拥有各自的特异性基因。一个与我们有合作关系的专家,听说我打算去分离非致病菌株特异性基因,奉劝我不要浪费时间,因为羊腐蹄病非致病菌株根本不含特异性基因。我本着不可不信,也不可全信的态度,展开了相关实验。先用常规菌落杂交初选和斑点杂交复选,没有得到预期结果;继而改用斑点杂交直接进行筛选,使我在项目展开8个月后分离了两个非致病菌特异性基因和数个致病菌特异性基因,提前达到项目的主要目标。[显然,没有盲从专家建议和及时改变筛选办法蕴育了此项目的成功]。我博士毕业后的第二个研究项目是寻求一个鉴别李氏杆菌致病菌株与非致病菌株的分子生物学方法。该项目主管原计划通过分析李氏杆菌致病菌株与非致病菌株的管控一个主要致病基因群的引子区域的核酸程序,试图找到可用于鉴别致病菌株与非致病菌株的特异性片断。基于我的判断,这是一个貌似合理,但却不能达到预期目标,也不能获得可发表资料的尝试(此判断被后来的实验证明完全正确)。在我的劝说下,该项目主管同意采用我的随机筛选法,在6个月内达到了项目的主要目标。此外,在测定李氏杆菌毒力时,我发现50%致死剂量(LD50)缺乏准确度,而通过百分比来估算就准确多了。于是,我根据此结果写了一篇用百分比来估算李氏杆菌毒力的研究报告。这篇指出50%致死剂量在测定李氏杆菌毒力时缺乏准确度的文章,虽然不被项目主管及合作者看好,但投稿后3星期就被杂志社接收了。[显然,项目主管采纳了我的研究思路以及不迷信现有的标准实验方法成就了此项目]。我博士毕业后的第三个研究项目聚焦于改进核酸甲基化转化效率。一般来说,核酸甲基化转化经过先变性后转化两个步骤,需要3小时。而我在8个月时间里,摆脱常规思路束缚,采用逆向思维(即别人一步一步往里加化学物而形成最终反应条件,我却从最终反应条件里一点一点往外拿化学物而得到最佳反应条件),将核酸甲基化转化过程从两步3小时缩短到一15分钟,一举破解了这个长期困扰人们的难题。由于这个新方法十分简单(可以被秒抄),所以一直没发表,也没申请专利。因此,直至10多年后的今日,市面上销售的核酸甲基化转化试剂盒仍然是基于两步3小时老办法。[显然,摆脱了核酸甲基化转化先变性后转化常规步骤束缚是此项目成功的关键]。

由上可见,科研创新的本质是突破现有理论,概念和方法(包括专家建议)的张力而进入未知或崭新的境界。任何科研创新的突破都有赖于勇气与智慧(即在充分了解现有理论,概念和方法的基础上所制定的有针对性的方案)的平衡,也就是常说的有勇有谋,而非有勇无谋或有谋无勇。一个科研人员在突破现有理论,概念和方法(包括专家建议)的张力时所展现出来的勇气与智慧的多少决定其科研创新成就的大小以及其科研创新生涯的长短。我在博士课程期间经过极限智力挑战与深度思考后所形成的科研创新理念(不迷信现有理论,不盲从专家建议)为协调已知与未知的关系,缓解现有理论/专家建议与科研人员独立思考的矛盾提供了一条被实践证明非常有效的途径。佐以我从此段经历中所归纳总结出来的科研创新策略(争先,更好,不同)和有效思路(递推,平行,因果,逆向,随机)使我得以在博士毕业之后的三个不同的研究项目里,单枪匹马,如入无人之境别人久攻不破的难题,我似乎不费吹灰之力就解决了;别人可能做的出来的东西,我则又快又好地弄出来并抢先发表了。值得一提的是,我的科研创新理念,策略和有效思路,不仅强力地支撑着我的可持续性原创力,而且还可以显著地提高其他人员科研产出。例如,我所在单位的一个马来西亚华人同事,在另一研究所做了三年博士后,发了三篇研究报告;受到我的科研创新理念,策略和有效思路的启发,从累积的实验资料里又倒饬出了三篇文章,科研产出顷刻间翻了一倍。希望中国科研后来人也能裨益于我的科研创新理念,策略和有效思路,在直面未来科研创新的极度挑战时,充满勇气和智慧,多快好省地完成科研创新大任,不达目决不罢休。



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