施一公：我对科研的体验
从入学以来，心态一直没有放平，没能沉下心来好好做研究。
一方面是对于领域知识的匮乏，另一种个重要原因是没有明确的方向和内心的计划。
最近有幸读到施一公 院士14年5月17日在“基础学科拔尖学生培养试验计划”学生学术交流会上所作报告录音整理，对自己的触动蛮大，特别是其爱国情怀和对学术研究的各阶段体会。
现将各个版本的分段进行整理，记录下来。
中国首位留学生容闳
我很开心今天能有这个机会和大家分享自己的感受。
首先，我想跟大家讲一件让我感触很深的事情，这也是我们在座的每位同学学习现代科学技术和先进知识的来源。这故事源自留美幼童。
为什么这样讲？我们学习历史得知，中国是四大文明古国，自古以来都是外国人来中国学习。但是从1840年开始，中英爆发鸦片战争，丧权辱国的条约相继签订，从此中国的大门一次次被西方列强的坚船利炮轰开。不过，这场战争在敲开了中国国门的同时，也开启了中国的近代化之门。
在这个时代背景下，中国的第一位留学生应运而生。这个人，我认为在座的每位同学，无论将来是否计划出国留学、将来想做什么，都应该知道他的名字———容闳。他不仅仅是一名留学生，更不仅仅是一位教育家，容闳先生堪称近代中国科教兴国之先驱。
19世纪上半叶，那时的中国已经很落后了，许多中国人开始学习西方技术，民间也逐渐开设学校教授西方先进知识。容闳很幸运，他和老师布朗（Brown）于1847年1月5号登上一艘帆船，从香港往西经过印度洋，绕过非洲好望角，然后横跨大西洋来到美国东岸，一路颠簸了98天。容闳先在美国读了三年预科学习（孟松公学），1850年进入耶鲁大学学习，1854年毕业。他是首位在耶鲁大学读书的中国人。
在美国学习期间，容闳看到了美国先进的社会、科技和教育，想起清朝的腐败落后，不禁感慨万千。他在自传《西学东渐记》里说：“我一人受到了文明的教育，也要使后来的人享受到同样的利益。以西方学术，灌输以中国，使中国一天天走向富强。”
就这样，中国留学计划在他头脑中酝酿而生。
学成归国后，容闳先后辗转于广州美国公使馆、香港高等审判厅、上海海关等处任职，他始终没有忘记心中的 “大棋盘”，他要一步一步走向派遣留学生的目标。1860年，容闳曾前往南京与太平天国洪仁玕会面，提出以西方文明引入中国的“治国七策”，却失望而归；曾经从事茶叶贸易，却也身心受创。最终1863年他与曾国藩的一次会面，却开启了一条意想不到的道路。
首批留美幼童的人生经历
为了实现首批留美幼童计划，从1854年到1870年，容闳用了16年的时间，等待、等待、再等待，从26岁等到了42岁。
在曾国藩、李鸿章的支持下，容闳的这一计划终于可以向朝廷正式呈报，并成立“幼童出洋肄业局”，120名幼童分批前往美国留学。
1872年8月11日，这批年龄在10岁到16岁的少年，从上海登船驶向旧金山，然后乘坐刚刚贯通北美大陆的蒸汽火车，抵达美国东北部的新英格兰地区，开始了长达15年的留学生涯。
但是，由于清廷内部保守派的阻挠破坏和美国的排华风潮，1881年，原定15年的幼童留美计划中途夭折，全部学生被召回国。当时，耶鲁大学的22位留学幼童中只有詹天佑和欧阳庚二人顺利完成学业；容揆和谭耀勋抗拒召回，留在耶鲁大学完成学业；李恩富和陆永泉则是被召回后，又重新回到美国，完成了在耶鲁的学习。
虽然近代中国首次大规模学习西方先进科技文化的留学活动就此夭折，但在近代中国举步维艰的科技现代化进程中，这些留学生回国后仍然努力地将在美国学到的科学技术应用于中国。他们中的一部分人历经了1884年中法海战和1894年中日甲午海战，为国捐躯。直到20世纪初，这些当年的留美幼童纷纷成为朝廷重臣，活跃在铁路、电报、矿冶等新兴产业。在外交领域，他们更是当仁不让地代表大清国，足迹遍布世界各地。
留美幼童被召回后，经历了晚清到民国初年几乎所有的重大历史事件，他们以自己的勤奋、才智和对国家的忠诚，逐渐得到了清政府的重用，涌现出许多杰出人才，其中有清华学校首任校长唐国安、中国铁路之父詹天佑、民国第一任总理唐绍仪……当年留美幼童的学习经历，从某种意义上来说也是一种拔尖创新。我相信在座“拔尖计划”的同学们一定会通过这个故事，对自己的未来进行深入思考。
优秀学生应具备的品质
接下来我想谈一下优秀学生应具备的品质和核心价值观（corevalue）。以下几个方面不需要全部具有，也许你只具备其中的一点或两点，那就足够了。我认为这些品质非常重要。
第一点是时间的付出。之前总会有学生问我：“施老师，曾有老师和同学跟我说，成功不仅要靠努力，还要依赖运气，运气很重要。”
我很不赞成这个观点，因为运气完全是靠你的努力创造出来的，它不是独立于你的努力之外的，我完全不认为“天上会掉馅饼”，从来不会。你们当中也许有很多人觉得目前做科研做得很辛苦，在此，我想举一个例子。
清华大学生命科学学院（前身为生物系）首位系主任，我们叫他老蒲———蒲慕明。他是一位非常出色的学者，2001年前后曾登上了美国媒体的头条新闻，因为他给实验室的每位学生都发了封邮件，信中有句话说：“你必须要尽自己最大努力去工作（you have to work as hard as you can）”。这封邮件一周内在网上被转发了两万多次。
像老蒲这样卓有建树的学者，他曾在1990~1992两年时间里在顶级期刊《自然》上发表了9篇文章，这是非常不可思议的。他曾对实验室的学生们说：“要想成为一个成功的人、一位成功的科学家，每个礼拜都要至少工作60个小时。”这样计算下来，每天都要工作8小时以上。
这8小时，绝对不包含任何休闲的时间，而是完全都在集中精力做研究。如果你的专业是生物科学的话，你要站得两腿发麻，像灌了铅似的，像这样刻苦的学习，才叫做工作。因此我觉得时间的付出非常非常重要。
在座的同学们如果觉得你们可以“截取近途”，不需要用时间、不用付出代价就能做好，我个人认为你已经想错了。现今的科学领域没有这样的捷径，你一定要付出极大的努力。
方法论的转变
我的博士后导师尼古拉·帕瓦拉蒂奇（NikolaPavletich）只比我大一岁半，很年轻，是美国科学院院士，他曾8年间在《自然》和《科学》上发了30篇论文，我认为他的工作可以写成两本教科书。
在此，我想说方法论中很重要的一点，也就是——不能简单地接受别人告诉你的事情，你自己要去思考，而且要有批判性思维（criticalthinking）。
我想举一个较为“极端”的例子。
记得我在麻省理工学院面试博士后时，尼古拉的导师（也是美国科学院院士）告诉我说，尼古拉特别聪明，他能精读26种科学期刊（journal），知识渊博，能力非常强。我听后特别震惊，因为我自己也读文章，但是读上两三本期刊后就没有时间做研究了，觉得读文章很占用时间，这样会顾此失彼。
我想，一个人怎么会这么强大，做这么好的研究，读这么多的文章，还什么都懂——这也是我去他的实验室做博士后的原因。
有一天，我看到《自然》上有篇文章非常精彩，它阐述的是结构生物学领域的一项重大发现。我把它精读了一遍，想证明自己读得很不错。当时这个成果刚刚发布一个礼拜，我就拿着文章去办公室找尼古拉。
“尼古拉，这篇文章做得很漂亮，我很想和你讨论一下。”我说。
“这个……”他看着我很尴尬地笑了笑，“一公，抱歉，这篇文章我还没有读。”
我想这可能是他最近太忙的缘故，有些遗憾。
又过了一两个月，我再次看到了一篇很好的文章，我又花了几个小时精读了一遍，而且读得很透。我再次去敲尼古拉的门，因为我觉得这是对我很有帮助的一件事情，我希望我的导师知道，我将来要努力成为一位独立的科学家，也要有自己的实验室，和他一样优秀。
“尼古拉，这片文章发表两周了，做得很漂亮。我觉得有些东西可以学，和你讨论一下如何？”
尼古拉再次尴尬一笑，说：“我还没读。”
那时候我突然着急起来了：“尼古拉你到底读不读文章啊？”
他看了看我，把笑容一收说：“一公，你知道为什么吗？世界上最难以复制的就是时间。我的时间是很有限的，我真的没有多余的时间去读这篇文章。”
这点对我的触动非常大，这使我懂得在不同领域、不同课题阶段会有不同的要求，在他当时的那个阶段，他当然没有时间去读这样的文章。他是一位卓越的科学家（brilliantscientist），他要做的是更高层面的、更具有创造性的事情，并不是要按照传统的说法“一定要怎么做”。
我再讲一个例子。有一次，我们在尼古拉教授的实验室里做一个生物学实验，实验内容是尝试抽放一个蛋白质的蛋白，做了整整两天还没能拿到，我不知道哪里出了问题，感到很失望。
“结果如何？”尼古拉过来问我。
“抱歉，我还没有得到任何结果。”我说，“但是不用担心，我会尽全力找到问题出在哪里，找出原因再重新做。”
“一公，你为什么一定要找到实验没有成功的原因呢？”尼古拉问我。
我听后很惊讶，当时我说：“尼古拉，如果你不知道失败原因的话，怎么能继续工作呢？”
尼古拉的回答非常干脆：“再仔细做一遍，就会成功。”
对一个生物学的大型实验来说，两三天的实验中会有几十个步骤。如果要一个一个步骤地做下来，以此弄清哪一步出问题的话，至少得花费半个月的时间。
尼古拉说 “再做一次”，有可能就是实验中的酶加错或有其他原因，再做一遍的成功性很大。后来的结果证实果然如此。
这让我明白了———做科研并非找不出原因就无法进步，而要视情况来定。如果一个问题困扰你多年，不把问题找出来课题无法往前走的话，那么确实需要继续努力；但如果是一个技术错误，你是不需要花费时间去找原因的。这就是他给我第二个启发。
我再举第三个例子———我认为这些都跟方法论以及批判性思维有关。
不知在座的本科生同学有没有意识到，高中阶段以学习知识为主，对我们来说那时并不特别注重举一反三的思维能力训练。但是，迈入大学以后，你们就要开始自觉转变———从汲取知识到创造知识。等你攻读硕士、博士的时候，你就可能创造知识。
可以想象，本科阶段的一节课是前人工作几十年总结出的经验，而你只用50分钟就学完了。然而等到你读博士的时候，也许你五、六年的科研工作还很难成为教科书里的只言片语。
这就是其中的艰辛和艰难，成长和转变是很不一样的。你需要在大学伊始尽快转变思维，这就是方法论的转变。
当前，好多中国人都喜欢和大师、科学家在一起，有机会的话定会去与他们交谈，这是正确的，在这个阶段你们一定要这样做。
但有件事情引发了我的思考。记得有一次，1993年诺贝尔生理学或医学奖得主菲利普·夏普 （PhillipA.Sharp）来做讲座，他希望能见尼古拉谈一谈。
我知道他举办讲座的那一天尼古拉在，因为上午我们曾一起讨论如何写一篇文章。可我听到尼古拉对秘书说：“抱歉，请告诉夏普我那天有事，谢谢他，我们以后有机会再见面。”
夏普来做讲座的那天，尼古拉把自己关在办公室里，上午跟我谈话，下午专心做自己的机理研究。我觉得，很少人有这样的定力，这是不可思议的一件事。
这个例子不是让同学们去效仿，而只是想让大家思考时间的取舍，以及方法论的转变。
挑战学术权威
我认为挑战学术权威对中国学生尤为关键。因为中国学生经常会认为老师讲的大部分是对的，或者基本上是对的。即使错，也会以为自己没有理解好。
记得有一次我在普林斯顿大学讲课，学生在课堂上提出了一个问题，其实我不知道答案，但觉得我能推测出一个。我讲了几句后，学生当场就反驳了我：
“施老师，我觉得这好像不是真正的原因，我觉得你讲的不对。”
我当时满脸通红，虽然没有在课堂上承认，但我知道这个问题我的确讲错了。这件事对我个人的触动很大。
但是我把同样的回答在清华学生的课堂上再讲一遍，下面有很多同学在皱眉思考，他们明明知道我讲的这个有问题，但最终还是接受了，还是觉得施老师不会有错。
其实每个人都会犯错，包括我现在正演讲的内容，大家也应该进行反思和质疑，因为我讲的都是我的主观观点。你仔细想，世界上没有绝对的客观观点，敢于质疑特别重要。
我从小就有个特点——“爱出风头”。下面我讲的这个故事，和我博士期间的导师杰里米·伯格（JeremyBerg）有关。
杰里米出生于1958年，我去他实验室做博士的时候他才32岁，是美国比较年轻的终身教授。记得有一次开组会，杰里米走进来，看起来心情很激动，他说：“今天的组会我来讲吧！”他平时是轻易不主讲的。
他在黑板上画了一个立体的矩形，中间画了一个隔板，左边标注氧气，右边标注氮气，隔板一拉，里面的气体便开始发生物化作用。杰里米由此开始推导公式，写满了整整一个黑板，最后得出了一个惊人的结论：热力学第二定律是错的！
这非常有可能，你不要小看杰里米。有一次他在开车时，突然想到了吸脂蛋白 （当时美国有很多人都在做这个蛋白的结构，但都没有做出来）。这个蛋白前面有两个半胱氨酸（cysteine），中间是三个氨基酸，后面有两个组氨酸（histi鄄dine），中间是四个氨基酸。他同时想到两个半胱氨酸参与的结构应该是一个β-sheet，两个组氨酸参与的结构应该是一个α-helix。最后他想到这个蛋白应该是正四面体的结构，zinc是包在中间的。这个结构预测得非常精美，是美国科研历史上一个非常有名的事件，后来过了两三年大家才用实验验证了这个预测。他是一个天才。
杰里米在黑板上推算的时候，我发现公式里出现了3处错误，都是概念性的错误，很难察觉。当时房间里有20多位博士和博士后，大家听得如痴如醉，我是唯一一个察觉到的。
记得当时是1992年的下半年，那时我已经在实验室待了快三年，但我还是不太敢跟我的博士后导师杰里米讲话，因为他不苟言笑，非常严厉。
那是我第一次和他正面交流：“杰里米，这其中好像有一些错误。”我说。
杰里米一瞪眼，问我：“错误在哪儿？”
我壮了壮胆子，指出了几处错误。我发现我讲的时候他满脸通红，就像后来我在课堂上被学生指出错误时一样。他一句话也不说，看看我，再回头看看黑板。
当时实验室里的美国学生反而很有意思，大家开始七嘴八舌地说：“杰里米的推导一点儿没错，我们看着挺好的！”“就你有能耐！”
那时，我感觉自己真是“出错风头”了。
果然，杰里米很不高兴，他说：“今天的组会到此结束。”说完他就走了。实验室里的其他人也没有理我，都回去做实验了，言外之意是：你把这个局给搅了！我自己也很郁闷，吃完饭便默默回去做实验。
下午两点，杰里米回来了。他一进来就说：“YG（他不叫我一公，他叫我名字的缩写YG），你是哪个学校毕业的？”
他居然还不知道我来自哪个大学！当时我在这个实验室都已经待了接近三年了。
“我毕业于清华大学。”我说。
“清华大学在哪里？”他问。
我当时很受刺激，我说：“清华是中国最优秀的大学之一。”
“原来如此。”他点点头。然后又问：“是谁教你《物理化学》这门课？”
“朱文涛教授。”我回答道。在这里我想补充说，我认为清华有一些特别卓越的老师，这些老师有教学‘绝招’，朱文涛教授就是我的一位恩师，他讲课非常棒，能把物理化学的概念讲得“入骨三分”。
“朱教授一定是一位非常杰出的科学家。”杰里米说，“你们清华真的很卓越（remarkable），一定有很多非常优秀的物理化学家在教你们，这样的概念一般人不懂。”
从此他对我刮目相看，因为他平时实在是太高高在上了，我甚至有些害怕他。
这件事情使我的心情豁然开朗，当天下午3点半，我听到我们系的一位很有权威的教授在走廊里喊我：“YG！YG！祝贺你！”
我当时还有点摸不着头脑，这位老师告诉我：“我从杰里米那里听说，你解决了一个重大的问题！”
通过这个例子可以引发很多思考，我首先想到的就是“挑战学术权威”。
其实我很怕这位导师，但是他讲错之后我还是指了出来。但你不要忘了，他的初衷亦是想挑战一个更加不可思议的学术权威——大家公认的热力学第二定律。这一点对我的震撼很大。
我做科研的四个阶段
下面，我还想再跟同学们分享一下我做研究的几点体会。
对我来说，我觉得做研究有四个阶段。第一个阶段是我博士毕业的时候。我在博士毕业之前，就像你们这样年轻的时候，我还不知道“研究”为何物，因为生命科学的道路很漫长，而我以数理见长，对生命科学领域的入门其实是比较慢的，很难找到自己的方向。但在博士毕业前的一两年，我突然觉得自己找到方向了，而且开始有好的表现。
首先，我听讲座时能够听得明明白白，即使不是自己的研究方向，也能理解得很好；其次，我意识到做研究不过如此，知道自己应该怎么做了，自信开始有了。我认为这是我第一个阶段。
第二个阶段是我做博士后的时候。我感觉在这期间眼界突然放宽了很多，从一个科研领域“跳”到了另一个截然不同的领域，从“一个实验室风格”换成了“另外一个实验室风格”，这种感觉开始让我觉得能敞开心扉——原来课题是这么选择的！尤其当我再进入一个新的实验室，我能够看到别人是如何选择课题的，并逐渐意识到作为一个科学家的课题是要通过批判性思维（critical thinking）进行的。我开始思考应该怎样选择重要的课题，怎样选择研究，怎样才能做得不错。这样的感觉很好。
不过，我把自己的第三个阶段称作“变形”（metamorphosis），这个词很有意思。2002年12月之前，也就是我在普林斯顿大学拿到终身教授前后，那时我自信心膨胀，而且有一段时间也曾很得意，觉得自己的科研已经很出色，是的，那时候我就是这种感觉。我为什么要这么说？是为了与第四个阶段形成对比，也就是我回清华以后的阶段。
那么接下来就让我来讲讲第四阶段。2007年，我在清华建立了实验室，到了2009年和2010年以后，我开始思考做更大的规划——应该在哪些地方布局？怎样把研究做到极致？
这时，有几个对我有利的因素起了作用，我第一次感觉到做研究的一种“极大的快感”，那就是我把中学时学到的物理化学的知识应用到了研究上，首次用跨学科的思维方式和以前的知识来理解我所研究的细胞。同时，我开始意识到以前学习基础知识的态度是错误的。
为什么说是错误的呢？因为我们读本科的时候，常说的一个词语是“学以致用”。但我想强调的是，我认为“学”并不是为了“用”，学基础知识的目的并不是让你将来就要在工作中用，这是一个极端错误的观点。我认为“学”是为了打开思维方式，为了让你变得更聪明，让你学会方法论从而进行研究（the method of investigation）。
我读大学时曾经很苦恼，总觉得学这门课没用，学那门课以后工作也用不上——这是我的第一个误区。在我工作后做独立实验时，也确实会有这种感觉，甚至我还曾告诉我的学生：有95%甚至99%的基础课程内容用不上（当时我已经是普林斯顿的终身教授了）——这是我的第二个错误观念。
因为毕竟当时我还只在那个层次上，我只能看到这样的观点。但是，我现在可以告诉你，我认为如果你想真正做到拔尖创新、立志将研究做到世界前沿的话，所有的知识和内容都用得上 。因此去年夏天，我还在看中学物理，我认为细胞生物学和其中的很多知识都有着强烈的联系。
2009年，我得到了一个科研发现，这个发现让我突然觉得，中学的物理、数学，以及大学的微积分知识其实和细胞、生化实验和结构实验有很大关联，只是当时我们的科研还达不到这个水平，还无法看到这些关联。这就如同你未登到山顶时看到的风景并不是全景，盲人摸象也只能摸到一部分，这其实也就是为什么人们会说“山外有山，天外有天”。所以，2009年之后我在清华的工作，让我进入了第四个阶段：脱胎换骨。
我不知道将来还会不会有第五个阶段，但是我很期待。因为这种成长所历经的内心喜悦十分刻骨铭心，也许有一天等你到达我现在所处阶段的时候，你会回忆起：哦，我记得施老师多年前曾经这样讲过：无论如何，要不断成长，要勇于挑战学术权威。
我给大家再讲一个故事。我的一名博士后就是一个非常有“脾气”的人，他这个“脾气”听起来更像是一个缺点——固执（stubborn）。他固执到什么程度呢，他固执到不愿意学习新东西。这听起来很不可思议，但却是值得肯定的。
他来实验室的第一天，做了一个关于APEC One蛋白的研究，目的是让它具有独立性（individually refold），这个过程需要添加还原剂，我让他用二巯基苏糖醇（DTT）试一试。
我跟他说了很多次，他总是点点头，但是第二天实验并不成功，我询问他一些细节，他的回答却是躲躲闪闪。
一年半之后，他特别开心地跟我说：“一公，这个实验我终于完成了，APEC ONE蛋白的表达很好，refold也很好。”
“你怎么做成的？”我问。
“一公，我真应该在一年半前听你的建议用DTT，但是如今我才使用，得以成功。”他红着脸说。
我觉得这实在不可思议，他居然足足固执了一年半，历经无数次试验，哪怕按照我说的试一次也早就完成了，结果耽误了这么久。
“可是一公，我就是有这个毛病，就是太固执，从小就这样。”他笑着说。
但是，不要小看这个人的脾气，我曾经问他为什么要来我这里做博士后，他的一番话却令我很受感动。
有一次我给他打电话说：“以你发表的文章，你完全可以到美国的公司里工作，而且会有一份很不错的工作，为什么一定要做博士后，一定要到我这儿来呢？”
他给我讲了他的成长背景，他出生在农村，中专毕业后在陕西农村做了三年高中教师，才又考上了北大的博士生，是很不可思议的一个人。
他曾经对我说：“一公，我从很小就有一个梦想，我想做洋人的老师。”
这句话虽然很朴实，但是我当时听了很感动，“你觉得来我这里可以帮你实现这个梦想吗？”我问。
“可以。”他说，“到你这里做一些研究，发表两篇好文章，也许我就能成为洋人的老师了。”
曾经我一度对他放弃了，我觉得他做不了，因为他不够聪明，也不够机灵，太固执，拒绝一些新东西。他做博士后的时候，家里一贫如洗，我去他的家里看过，一共有三个孩子，爱人没有工作，住的房子也不好，但他什么也不多想，只牢记这个梦想。
但是，我相信他能成功，因为他时刻都在追求。七年前，他获得了美国生物领域排名前25的一所大学的助理教授资格， 2012年底，他拿到这所学校的终身教授。这真是一个典型的范例。
如今有这样“脾气”的人并不多了，我们很难坚持自己的一些东西，难成大器，没有自主和自我意识。所以我非常希望在座的同学们，任何时候都能保持自己的“脾气”，坚持自己的理想。