浅谈如何进行科研创新

浅谈如何进行科研创新 发布时间：2014-9-30 16:10:22 阅读数： 127 哈工大报讯（王永靖/文）我21岁进入哈工大-伯明翰大学联合培养计划，23岁获得哈工大和伯明翰大学双学士学位，本科毕业后转专业进入智能材料领域开始博士生涯。我的简历其实在中国的大学生中并不出彩，没有获得很多的奖项和奖学金，没有发表过学术论文，也没有参与过大型研究计划，只是千万莘莘学子中的一员，也曾是迷茫的大多数。但让我感到非常幸运的是，我同时接受了中国和英国先进大学的本科教育，在英国和哈工大都认识了很多思想开放、知识渊博的同学和师长，并且我的两位导师：米特斯劳·布勒迪斯教授（本科生导师，国际自控联大规模复杂系统技术委员会主席）和德张·范教授（博士生导师，大英官佐勋章，英国皇家工程院院士）都是世界知名的学者和专家。更有趣的是，他们两人是完全不同风格的学者，做事情想问题风格迥然不同。在他们身上我看到了很多有趣的故事和对比，所以我只想从我的经历谈谈科研创新，希望可以抛砖引玉。 什么是科研？ 在我刚上大学时，从未考虑过自己会踏上科研这条道路，似乎科研在大学生心目中的形象并不光鲜，一方面我们觉得科研人员太过高大，一定是智力和勤奋程度超群的人才能够胜任；另一方面又过于苦行、清贫，和社会强劲的经济发展格格不入。我从来都对自己的智力没有信心，对于科研完全没有兴趣。对于我在科研和商业的选择上起到关键作用的是交通学院的王东升老师。当我把我的疑惑告诉他的时候，他顿了顿说：做科研好的人做商业也会好，反之亦然，两个不矛盾。我在读了博士之后对这句话的感受越来越深刻。其实在英美的经济体系下，科研和企业是一样的，只是企业生产的是商品，科研生产的是知识，其他的环节，比如前期的投资、产品的推广、内部的管理都有着相似之处。卡内基梅隆大学的兰迪·鲍什教授罹患了胰脏癌，在他人生的最后一节课上他讲述了自己的经历：年轻时的他并不想读博士，他认为自己有很强的推销能力，会成为一个出色的销售经理，而当时他的导师说：既然你有很强的推销能力，不如来销售一些更有价值的东西，来销售知识怎么样？ 相信在英美有过研究经历的同学都有类似的经历，在一个世界顶级的研究组中会有若干位教授，而这些教授或学者都或多或少具有一定分工，其中会有一个在本领域基本功扎实、坐得住冷板凳的教授搞理论突破，为整个组的研究提供理论支撑；会有一个口才好、亲和力强、人脉广的教授拉项目，为研究组提供资金支撑；会有一个有着世界影响力、经验丰富、涉猎广泛、眼光深远的老学者，对发展的重点和方向进行筛选；还有一个很会发表文章、无论是学术上的还是通讯上的都很抢眼的写手，扩大研究结果的知名度和影响力。他们都是出色的科研人员。当然，尽管大家分工不同，这些人都拥有基本的研究和创新能力。很多大学生会说，自己的成绩不好，基础不好，不适合做科研。我认为大可不必如此担心，我在本科学习的是控制，博士时我准备跟随范教授继续研究控制和优化。范教授看到我在控制方面的成果后同意了我的申请，但入学后第一天他却用充满信心的语气问我：想不想做一点更有前景的学科？我们来试一试做XXX智能材料吧。控制与优化的基础学科为数学，而材料的基础科学是物理与化学。这样的跨度在研究初期对我挑战很大，高中那点可怜的物理和化学基础过了4年本科都还给了老师，不仅学术论文看不懂，甚至一些基本的名词都不清楚。我不止一次向导师阐述了我的担忧，导师笑着对我说：第一，我进入过很多领域，一开始也不了解，可慢慢都获得了一席之地，重要的是勤奋；第二，你在一个领域可以取得成果，在别的领域也可以取得同样的成就，具体知识不重要，思考方法、学习方法、做事习惯是更重要的；第三，我已经指导了超过100名博士生，看看我身后书架上的博士毕业论文，我有信心，你也应该有信心。此外，他还亲授他自己读文献、想问题和写论文的心得。在非常短的时间内，在没有任何人的引导下，我们师徒从零开始就一路摸清了XXX智能材料这个领域，并在6个月后写出了这个领域的一篇综述论文，渡过了重要而艰难的开创期。在中国人的印象中，本科要打好基础，学好基础学科，然后到博士才有能力大施拳脚。但随着交叉学科越来越成为科研的前沿，已经很难面面俱到地把众多领域的基础都打牢固了。有着优质的教科书、优质的网络资源和先进的自学方法，任何知识缺陷都可以在很短的时间里补起来，关键是要有下定决心的勇气和勤奋的态度。 所以，希望现在的大学生多多进入科研领域，这并不像想象的那么高不可攀、枯燥无味，这是一个充满新奇、充满机遇的世界。此外，我们需要各种各样的科研人才，我们常常说企业要国际化，可我们的科研也是需要国际化的。我们在国际顶级杂志发表论文数量已经居于世界前列了，但那些世界顶级的期刊杂志、出版集团，世界顶级的研究中心，决定科学技术进步方向的标准仍在西方国家。科研需要持续不断的优秀人才，并充满空间和机遇。 什么是科研创新的土壤？ 在经济学中有一个著名的小游戏，在一个教室中教授让学生选择1-100中任何一个整数字，优胜者为最接近全班平均数2/3的人。这个游戏很有意思，因为当1-100随机选择，如果人数够多，平均数肯定是50，那么获胜的数字就是33。而当大多数人选择33时，获胜的数字就该是22，以此类推。所以最优方案应该是：所有学生都选择1。这个游戏曾经被认为可以测试一个集体的平均智力水平，最后的平均数字越小，平均智力水平越高。据我所知，这个数字在美国的耶鲁大学测试时是9，美国伊利诺伊州立大学是23，伯明翰大学是21，而在哈工大是15。可以说，无论是这个数字还是我自己的观察结果来看，中国学生在智力水平、逻辑思维能力绝对是世界一流的。很多人在争论世界最好的学生在哈佛、牛津，还是剑桥、麻省理工，我觉得这些选项都不对，他们应该在中国少有的几所高校。当我们放眼世界各个大学、研究所，华人面孔从来都不陌生，他们中很多人都在国内有过教育经历，却最后在海外做出了骄人的科研创新成果，甚至现在绝大多数在国内做出先进成果的专家学者都有一定的海外经历，这又是为什么？我对一系列亲身经历的小故事很有感触，或许能够看到一些答案。 第一个小故事是关于教学与科研的关系。我有一位师兄，也是哈工大和伯明翰大学2+2联合培养来到英国的，比我大一届。他来到伯明翰以后对一门关于数据挖掘的课程很感兴趣，老师讲课清晰有趣，把这样一门数学很复杂的课程讲得轻松愉悦，师兄也很享受上课的过程。在英国读大学自由的时间很多，每天的课程只有半天左右，剩下的半天要自学、写作业、写报告等等，每年6~9月还有长达4个月的时间供学生灵活支配。师兄觉得4个月的时间很无聊，不如去找这位有趣的老师讨点事情干，丰富一下经历。这位老师欣然答应，让他假期留在自己的实验室帮忙做研究，并给了他一个很小的语音识别项目让他试着做。由于这门数据发掘课程由老师自己教授，连教学内容也完全自己编写，很多语音识别的常用方法都在课程中介绍了，这位师兄做得得心应手并深受赏识。在本科毕业时，师兄就已经对语音识别领域非常了解，国际研究进展也了然于胸，并且提交了一篇学术论文，准备发表在语音识别领域的一流期刊上，而且全部研究成果都由他自己利用假期和空余时间完成。更重要的是，这并不是一个个例，很多同学都会利用课余时间去实验室参加研究，或者通过毕业设计的机会参与导师的科研工作。若成果突出的话，学校会给予学生奖学金鼓励本科生发表论文，在本科毕业时全班50人会有5人左右的科研成果发表或即将发表在国际学术期刊或会议上。我知道一位英国同学，他在本科期间发表了6篇高影响因子的SCI论文——这甚至超过了很多博士生。 把教学与科研结合是德国人最先提出来的，一方面是教学支撑科研，另一方面是科研指引教学，研中学，学中研。这对于科研创新具有很重要的作用，教学可以保证科研队伍的潜力和人才储备，而科研可以促进教学内容的更新换代，指引学生发现核心问题和国际热点问题，保证学生可以无缝对接当今科研，这二者相得益彰。重要的是，教学对于科研人员并不是很大的负担——课时少、多引导、少细节、重自学，再加上往往好的课程可以吸引优秀的学生进入自己的实验室，所以很多顶级的学者仍然活跃在基础课程的教学中。学生也可以因为课时少、自由时间多进行充分地、有针对地自学专业知识和从事科研工作。 第二个小故事是关于企业与学校的关系。有的同学会在假期进入捷豹路虎公司、欧洲原子能中心等等开始短期的研究工作（半年或一年），然后回到学校继续上学。学校每年的毕业展示会也很重要，这像一个热闹的节日，因为很多企业都会来学校看看有没有他们感兴趣的东西——这只是本科生的毕业展示会。甚至有的同学在短期实习研究后了解了相关领域的发展方向，在毕业设计时实现了其中的一种方法，这个成果在毕业设计展示会上直接被参观的企业研发部门以5万英镑买下。这种通过人才培养、储备的方式实现了教学与研究的结合，同时建立了企业与学校的人才纽带。在伯明翰大学的电子电气工程领域中还有一位很有趣的老师，上课讲得非常透彻，非常轻松，喜欢讲一些具有英国文化特色的笑话和谚语，还喜欢穿着西装皮鞋盘着腿坐在讲桌上讲课。此外他还拥有很高的学术地位，学校很多的研究方针和教学规划他都会参与，他的推荐信也是分量很重的金字招牌。可奇怪的是这位老师的头衔只是一位先生，即不是博士，也不是教授——这意味着他没有取得博士学位。现在没有博士学位来大学担当这样的角色简直是不可思议。直到后来我们通过多方打听才知道，这位老师出生于企业世家，毕业后直接进入家族的高科技企业工作，后来该企业长期参与了英国军方的深水、深空探测项目，对于极端环境的传感技术简直如数家珍。可这位“富二代”还是喜欢学校不喜欢企业，于是在人到中年后学校聘请他来学校教课。他先后把多个世界级的高科技企业带入校园，开办讲座和座谈会，告诉大家企业的技术需求，什么是企业的核心技术障碍——这些需求就是科研主要的创新点。 我的本科生导师布勒迪斯教授是一位控制与数学领域的专家，他是波兰人，具有波兰人惯有的深厚功底和倔强性格。年轻时不幸发生车祸导致他后半生只能在轮椅上生活，可这丝毫没有影响他对科研的热情。他很早就在我们闲聊时指出了现在全球控制科学发展的“跑偏”现象——理论过于臃肿而不切实际。他认为现在那些高深复杂的控制理论发展得不平衡，有的领域控制技术很成熟，有的领域完全不知道还有控制技术这条路。他在60岁左右的时候意识到，可以把控制理论引入水处理尤其是供水网中污染物的控制，这个过程数学模型很复杂，扰动多，监测技术有限，正好是很多高深控制技术大施拳脚之地。可是认同他的人并不多，企业也对于做控制的这个老头来做水处理心存怀疑，但随着他在一些著名的期刊杂志上发表论文并在一些国际会议上作演讲，企业也慢慢开始考虑他的科研成果，而且今年他的一个重要创新获得了重大的资金支持。通过合理的理性分析，科研的方向也会改变企业的发展方向，这种转向也是重要的创新点。 伯明翰大学和很多企业都有合作，与企业从科研到教学全方位的合作让科研和课程一直很“接地气”，我对英国在这方面做出的努力感到钦佩。通过企业和学校的相互支持，学校可以通过企业了解科技发展的热点与难点，一旦可以满足这样的创新点，企业愿意大笔投资来支持学校在相关领域的研究，建立联合实验室来进一步支持科研创新——事实上，这是学校的主要科研经费的来源，而来自英国和欧盟的各大研究基金提供的科研经费只是一个相对较小的数字。学校很多独创的成果通过这种联系也可以被企业承认，一旦被企业采纳产生价值，也就成为科研的创新点，否则自己的创新成果没有施展平台，无法产生价值，纵然多么原创多么具有革命性，也只好孤芳自赏。 最后我来谈谈关于评价标准与态度，这也是科研创新土壤的关键。先谈评价标准，我们这批留学生刚刚来到国外时总是会让外国学生很汗颜，因为当他们写的实验报告只有薄薄20页的时候，我们能写40页，字很多，装订精美，厚厚一沓犹如鸿篇巨制。我们在上面花的精力和时间比外国学生多，可最后的报告评价却没有他们高。我们的学术演讲会非常专业、非常复杂，有大量的公式和动画，最后评价也没有他们高。为什么？因为在国内的时候，往往这样的文章和报告才能够获得高分，而在国外，教授认为报告的核心价值是研究的初衷和结果的价值。一篇好报告，哪怕是最复杂的概念，也应该具有广泛的大众可读性，而一篇充满了天书般的过程推导但目的阐述不明的报告是没有价值的。就像英国曼彻斯特大学如何制造石墨烯一样，就是简单地用胶带一层层把石墨粘下来，很简单，这就变成了可以获得诺贝尔奖的科研创新。而可惜的是，我们这些刚刚到国外的大学生，在过程推导的过程中优势很大，数学理论功底都足够好，但在研究结果的讨论、研究意义的阐述、对需求的分析、对结果价值的分析、文章的条理性、目标的一贯性却很欠缺。这些方向性的分析内容，我想需要成为评价标准中重要的一环。 再谈态度，当布勒迪斯教授把控制科学和给排水工程结合时，当范教授一生跨了五六个学科时，人们会用欣赏的眼光来探讨，他们是那么感兴趣，而不是觉得——你跨度太大做不出来；或者认为，你这只是个噱头。尽管他会怀疑可行性，但不会否认你的研究价值，这对研究者是极大的鼓励。我难以想象，当研究已经非常困难时，周围人又时常泼冷水，需要多么强大的决心才敢去做这个有挑战性的课题。我想，一个对多元化、新事物、新观念尊重的态度，甚至敬畏的态度，也是科研创新的基础。 对于大学本科生，如何开始科研创新？ 很多大学本科生想要做一些科研创新工作，但往往我们并不知道从何处下手，什么都想看，什么都想学，但什么都看不懂，于是慢慢这件事就耽搁下来了。我尤记得自己在本科期间对金融与控制的结合、交通与控制的结合、人口流动与控制的结合这3个主题感兴趣，但胡乱地看了几本专业书，发现难度太大，加上时间有限，最后都不了