實驗室是創(chuàng)新的源頭(二)
——訪中國科學(xué)院院士北京大學(xué)程和平教授

夏 有 為

(《實驗室研究與探索》編輯部， 上海 200030)

2 實驗室是創(chuàng)新的源頭

夏：程院士，通過這項重大科研項目的完成，您有哪些經(jīng)驗與體會？

程：通過這項任務(wù)的完成我體會到交叉學(xué)科與集成創(chuàng)新在科研中舉足輕重的作用。

(1) 交叉學(xué)科促創(chuàng)新。實驗室是創(chuàng)新基地，也是培養(yǎng)學(xué)生知識應(yīng)用能力、創(chuàng)新能力、實踐動手能力以及培育創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神的重要平臺，是交叉人才培養(yǎng)的重要基地。

當(dāng)今科學(xué)高速發(fā)展，學(xué)科之間互相融合、共同進步，交叉學(xué)科成為了當(dāng)前的學(xué)術(shù)熱潮。高校中也在重視培養(yǎng)交叉人才，注重開展交叉學(xué)科科學(xué)研究。一個極其復(fù)雜的科學(xué)儀器的重大技術(shù)發(fā)明，離不開不同學(xué)科交叉以及多個研究單位的合作。

我本人的背景就比較交叉，在北大我有三個“娘家”，在力學(xué)系(現(xiàn)工學(xué)院)和生物系(現(xiàn)生命科學(xué)學(xué)院)都讀過書, 本科畢業(yè)是北大的第一個雙學(xué)士(證書編號是001)，后來又在無線電系, 也就是現(xiàn)在的信科院做過兩年助教。多學(xué)科的學(xué)習(xí)，使我在數(shù)學(xué)、物理、生命科學(xué)、實驗技能多方面打下了比較扎實的功底，為我后來發(fā)現(xiàn)鈣火花、超氧炫、研發(fā)微型化雙光子顯微鏡、建立成像大設(shè)施平臺等任務(wù)奠定了堅實的基礎(chǔ)，這方面我有深切的體會。

我的研發(fā)團隊也很“交叉”。北大是一所綜合性的大學(xué)，為跨學(xué)科團隊的組建提供了很多便利。有來自北大分子生物研究所、生命科學(xué)學(xué)院、動態(tài)成像中心、工學(xué)院、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院的人才。除了北大，我們也聯(lián)合了來自中科院自動化所、計算所、北航、華中科大等單位十幾個實驗室的人才，最終組建成了一個跨八大學(xué)科非常得力的交叉人才隊伍，這是完成超高時空分辨微型化雙光子在體顯微成像系統(tǒng)的最重要最基本的條件。

(2) 集成創(chuàng)新出成果。高校是創(chuàng)新的主體，實驗室則是創(chuàng)新的源頭，是競爭的主戰(zhàn)場、橋頭堡，在高校特別是實驗室平臺建設(shè)與發(fā)展中，在創(chuàng)新的動力推動下，實驗室的作用也越來越明顯。我們研制的微型雙光子顯微鏡就是在實驗室中實現(xiàn)的，而這項任務(wù)的完成離不開集成創(chuàng)新。

我們團隊中的所有人都缺少從頭研制系統(tǒng)性科研設(shè)備的經(jīng)驗。沒經(jīng)驗就要學(xué)習(xí)，所以我定下了“請進來，走出去”的策略。我們把世界上最有經(jīng)驗的人請過來做報告，請他們看我們做的東西，然后討論聽取他們的意見。同時我們還“走出去”。到美國、歐洲的很多研究機構(gòu)去請教學(xué)習(xí)。在這個過程中很多世界頂級的專家都認(rèn)為我們的目標(biāo)是不可能實現(xiàn)的，比如斯坦福大學(xué)單光子微型化專家。因為，包括雙光子顯微鏡的發(fā)明者Denk在內(nèi)，已經(jīng)有一些人嘗試過對它進行微型化，但是都沒有得到兼顧重量和分辨率，能夠走出實驗室的成果。所以，這個項目確實是有難度的，它的技術(shù)路線具有不確定性。

這就要靠集成創(chuàng)新，靠學(xué)科團隊每個人的創(chuàng)新。所以，我們選擇了并行的研究策略: 有人做微型化、有人做超分辨，有人做超快，還有人做超深。最后再把各個路線的探索結(jié)果創(chuàng)造性地集成起來，才得到最終的2.2 g，這是創(chuàng)新的結(jié)果。在這個過程中，是國家7 200萬元資金給了我們試錯的資本和底氣。一個創(chuàng)新性的工作，一定要允許試錯才可能成功。

3 科技創(chuàng)新，重在原創(chuàng)

夏：你們在科技創(chuàng)新上取得了重大成就，實際上，1993年您在馬里蘭大學(xué) Jon Lederer 實驗室讀博期間克服重重困難，發(fā)現(xiàn)了細胞內(nèi)鈣釋放的最小單位，并命名為“鈣火花”，而一舉成名。您認(rèn)為科技創(chuàng)新應(yīng)注意些什么？

程：人都會喜歡做自己會做的事情，特別是在有了一定成就之后。但是我認(rèn)為當(dāng)一個項目研究成功之后，必須重新開始。所以我在發(fā)現(xiàn)了細胞內(nèi)鈣釋放的最小單位之后，就決心從零開始，去做神經(jīng)中的信號傳導(dǎo)研究。

我們的民族占據(jù)著世界五分之一的人口，是不是應(yīng)該貢獻世界五分之一甚至更多人類歷史上的大智慧，大成果？而且更多的是從 0 到 1 的原創(chuàng)，而不是修橋補路。

當(dāng)前，從基礎(chǔ)研究到核心技術(shù)研發(fā)、科技成果轉(zhuǎn)化，“原創(chuàng)”“關(guān)鍵”“引領(lǐng)”等詞語越來越多出現(xiàn)在中國科技的詞典里。中國現(xiàn)在科技論文的發(fā)表數(shù)量已位居世界第二，但我們真正做到世界頂尖的領(lǐng)域依舊極少。大多數(shù)情況下，我們都是在其他人開辟的田地里耕種，極少能開辟自己的領(lǐng)域。要做出原創(chuàng)性的工作，首先要有人力、物力和財力的投入，足夠的投入才能提供足夠的容錯空間，給原創(chuàng)性工作提供土壤。其次需要的就是時間，任何成果的產(chǎn)生都需要時間。創(chuàng)新環(huán)境和文化的培養(yǎng)需要時間，只看文章而不要求扎實工作的評價風(fēng)氣也需要時間來逐漸糾正。

目前國家對科研的投入越來越高，支持原始創(chuàng)新，許多杰出學(xué)者陸續(xù)回國，令人欣喜?，F(xiàn)在國家的引導(dǎo)方向是正確的，只要能有足夠的耐心并且堅持下去，情況一定會越來越好。

4 交叉人才培養(yǎng)途徑

夏：在培養(yǎng)交叉學(xué)科人才方面，程院士，您是怎樣考慮的？

程：在這方面我認(rèn)為有三種方式或途徑。

(1) 不要過早開始。需要有“童子功”，也就是要從大學(xué)高年級開始交叉融合，不鼓勵太早開始，要有一兩門專業(yè)精通之后再去深入地交叉融合。

(2) 采取交叉融合。在研究生階段，通過課題合作、不同領(lǐng)域的導(dǎo)師之間去交叉融合，這既是學(xué)生的交叉融合也是導(dǎo)師水平的交叉融合。

(3) 通過項目導(dǎo)向。在完成任務(wù)中，通過問題導(dǎo)向、項目導(dǎo)向的方式來培養(yǎng)學(xué)生。讓學(xué)生在一個屋檐底下，把項目攻下來。就如我們微型化高分辨率雙光子顯微鏡的跨學(xué)科研發(fā)團隊一樣，團隊里有做激光器的、做微馬達的、做射頻電路的、做圖像處理的、做大數(shù)據(jù)分析的、做生物的等等，不同專業(yè)背景的人，在同一個實驗室里共同學(xué)習(xí)、共同工作，為了一個目標(biāo)而共同努力，一個項目磨合下來學(xué)生能力自有提升，我把它叫做“大儀器聯(lián)合實驗室”，這是培養(yǎng)交叉人才的一個重要平臺。

5 年輕人要不負(fù)這個時代

夏：科技創(chuàng)新需要大量的精力，對我們的年輕人應(yīng)有些什么要求？

程：科研工作在外人看來，也許極其枯燥，我認(rèn)為做自己喜歡的事情，雖然挺忙，但是也挺有意義的。特別是年輕人在這么年輕的時候就參與了一個重要的項目，并且從中學(xué)到了做科學(xué)研究的正確方法，他們的未來發(fā)展是不可限量的。

對于年輕的科研工作者，我認(rèn)為應(yīng)注意幾個問題。

(1) 格局要高。我希望大家能夠多去研究各個領(lǐng)域內(nèi)的核心問題，做出真正能夠沉淀下來的工作。從學(xué)術(shù)的角度說，除了認(rèn)真做好手上工作，要多思考課題的意義，特別是如何能夠應(yīng)用到實踐中去造福更多人。另外，雖然說做研究要基于個人興趣，但在某些時候，如果能夠把個人興趣和國家需求結(jié)合起來，從更高的角度來選擇研究方向，將可以得到更好的研究成果。超微型雙光子顯微鏡的成果就是這樣產(chǎn)生的。

(2) 增加交流。我們應(yīng)該珍惜現(xiàn)在交流更便利這個優(yōu)勢，去和更多人去討論、合作，取長補短、共同進步。特別是對跨學(xué)科的學(xué)習(xí)與交流。

(3) 有使命感。從個人發(fā)展角度說，現(xiàn)在科研工作者趕上了一個非常好的時代，有更大的舞臺，同時也需要有擔(dān)當(dāng)有作為，去響應(yīng)國家號召、社會需求，實現(xiàn)自己的價值。歷史在不斷前進，希望年輕人不辜負(fù)這個時代。我們這一代人做了我們這一代的事，他們這一代人做這個時代的事，要有使命感，始終要想著我們中國應(yīng)該貢獻人類五分之一的文明，這個是最大的要求，也是終極要求。

6 高校實驗室助力高等教育現(xiàn)代化發(fā)展

夏：在當(dāng)前形勢下應(yīng)如何發(fā)揮高校實驗室的作用？

程:今年2月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《中國教育現(xiàn)代化2035》，在十大戰(zhàn)略任務(wù)中，在提升一流人才培養(yǎng)與創(chuàng)新能力方面都提出了目標(biāo)和要求。毋庸置疑，在我國高等教育現(xiàn)代化進程中，高校實驗室發(fā)揮了不可替代的作用和地位。

實驗室要更好地推進我國高等教育現(xiàn)代化，我感到應(yīng)注意以下幾點。

(1) 青年要早進實驗室。很多技術(shù)是實踐和理論結(jié)合的，對于人才培養(yǎng)來說，必須要讓青年一代早進實驗室。

(2) 建設(shè)要與時俱進。實驗室特別是一些中心實驗室應(yīng)該與時俱進，在硬件建設(shè)上，在體系化建設(shè)上，在學(xué)生的培養(yǎng)上，應(yīng)該給與學(xué)生更多的自由空間，讓他們?nèi)ァ巴妗?，讓更多的學(xué)生體會實驗和發(fā)明創(chuàng)造的樂趣，這既是技能的培養(yǎng)，也是文化的培養(yǎng)。

(3) 隊伍要加強建設(shè)。工程師、技師隊伍的建設(shè)很重要，尤其軟件方面，高級工程師，高級技師或者各級技師在一個創(chuàng)新體系當(dāng)中是必不可少的。目前看我國的工程師隊伍和技術(shù)員隊伍建設(shè)是有滑坡的，現(xiàn)在需要一個更綜合的、更交叉的平臺來培養(yǎng)下一代人，讓他們能在一個高起點，大平臺上去學(xué)習(xí)去創(chuàng)造。換句話說，光有理論家是不行的，未來實驗室在工程師技師人才隊伍的建設(shè)上應(yīng)該更加強調(diào)。

(4) 安全要加強管理。實驗室是教學(xué)科研重地，也是事故頻發(fā)的“危地”，近期高校實驗室安全事故頻發(fā)，威脅著在校師生的生命財產(chǎn)安全。今年3月，教育部辦公廳印發(fā)《關(guān)于做好2019年度高等學(xué)校科研實驗室安全工作的通知》，再次強調(diào)和重申高校實驗室安全的重要性。

安全問題實際上跟科研文化是有一定的關(guān)聯(lián)的。我們是北大最早開設(shè)實驗室安全課的，就是要告訴學(xué)生什么都不重要，人身安全第一重要，你必須站著進來站著出去。第一是不能浮躁，第二還是要規(guī)范。不能老是抄近路，湊合，該規(guī)規(guī)矩矩的地方，就得規(guī)規(guī)矩矩，花笨工夫停下來檢查，停下來整理都是很有必要的。

我認(rèn)為，安全問題其實主要還是人的問題。把安全工作做好了，對科研整體而言會更好，所謂“磨刀不誤砍柴工”，這是科研素質(zhì)的一部分，再怎么強調(diào)也不為過，同時也需提高科研組織的管理水平。