实验室是创新的源头(二)——访中国科学院院士北京大学程和平教授

夏 有 为

(《实验室研究与探索》编辑部， 上海 200030)

2 实验室是创新的源头

夏：程院士，通过这项重大科研项目的完成，您有哪些经验与体会？

程：通过这项任务的完成我体会到交叉学科与集成创新在科研中举足轻重的作用。

(1) 交叉学科促创新。实验室是创新基地，也是培养学生知识应用能力、创新能力、实践动手能力以及培育创新创业精神的重要平台，是交叉人才培养的重要基地。

当今科学高速发展，学科之间互相融合、共同进步，交叉学科成为了当前的学术热潮。高校中也在重视培养交叉人才，注重开展交叉学科科学研究。一个极其复杂的科学仪器的重大技术发明，离不开不同学科交叉以及多个研究单位的合作。

我本人的背景就比较交叉，在北大我有三个“娘家”，在力学系(现工学院)和生物系(现生命科学学院)都读过书, 本科毕业是北大的第一个双学士(证书编号是001)，后来又在无线电系, 也就是现在的信科院做过两年助教。多学科的学习，使我在数学、物理、生命科学、实验技能多方面打下了比较扎实的功底，为我后来发现钙火花、超氧炫、研发微型化双光子显微镜、建立成像大设施平台等任务奠定了坚实的基础，这方面我有深切的体会。

我的研发团队也很“交叉”。北大是一所综合性的大学，为跨学科团队的组建提供了很多便利。有来自北大分子生物研究所、生命科学学院、动态成像中心、工学院、信息科学技术学院的人才。除了北大，我们也联合了来自中科院自动化所、计算所、北航、华中科大等单位十几个实验室的人才，最终组建成了一个跨八大学科非常得力的交叉人才队伍，这是完成超高时空分辨微型化双光子在体显微成像系统的最重要最基本的条件。

(2) 集成创新出成果。高校是创新的主体，实验室则是创新的源头，是竞争的主战场、桥头堡，在高校特别是实验室平台建设与发展中，在创新的动力推动下，实验室的作用也越来越明显。我们研制的微型双光子显微镜就是在实验室中实现的，而这项任务的完成离不开集成创新。

我们团队中的所有人都缺少从头研制系统性科研设备的经验。没经验就要学习，所以我定下了“请进来，走出去”的策略。我们把世界上最有经验的人请过来做报告，请他们看我们做的东西，然后讨论听取他们的意见。同时我们还“走出去”。到美国、欧洲的很多研究机构去请教学习。在这个过程中很多世界顶级的专家都认为我们的目标是不可能实现的，比如斯坦福大学单光子微型化专家。因为，包括双光子显微镜的发明者Denk在内，已经有一些人尝试过对它进行微型化，但是都没有得到兼顾重量和分辨率，能够走出实验室的成果。所以，这个项目确实是有难度的，它的技术路线具有不确定性。

这就要靠集成创新，靠学科团队每个人的创新。所以，我们选择了并行的研究策略: 有人做微型化、有人做超分辨，有人做超快，还有人做超深。最后再把各个路线的探索结果创造性地集成起来，才得到最终的2.2 g，这是创新的结果。在这个过程中，是国家7 200万元资金给了我们试错的资本和底气。一个创新性的工作，一定要允许试错才可能成功。

3 科技创新，重在原创

夏：你们在科技创新上取得了重大成就，实际上，1993年您在马里兰大学 Jon Lederer 实验室读博期间克服重重困难，发现了细胞内钙释放的最小单位，并命名为“钙火花”，而一举成名。您认为科技创新应注意些什么？

程：人都会喜欢做自己会做的事情，特别是在有了一定成就之后。但是我认为当一个项目研究成功之后，必须重新开始。所以我在发现了细胞内钙释放的最小单位之后，就决心从零开始，去做神经中的信号传导研究。

我们的民族占据着世界五分之一的人口，是不是应该贡献世界五分之一甚至更多人类历史上的大智慧，大成果？而且更多的是从 0 到 1 的原创，而不是修桥补路。

当前，从基础研究到核心技术研发、科技成果转化，“原创”“关键”“引领”等词语越来越多出现在中国科技的词典里。中国现在科技论文的发表数量已位居世界第二，但我们真正做到世界顶尖的领域依旧极少。大多数情况下，我们都是在其他人开辟的田地里耕种，极少能开辟自己的领域。要做出原创性的工作，首先要有人力、物力和财力的投入，足够的投入才能提供足够的容错空间，给原创性工作提供土壤。其次需要的就是时间，任何成果的产生都需要时间。创新环境和文化的培养需要时间，只看文章而不要求扎实工作的评价风气也需要时间来逐渐纠正。

目前国家对科研的投入越来越高，支持原始创新，许多杰出学者陆续回国，令人欣喜。现在国家的引导方向是正确的，只要能有足够的耐心并且坚持下去，情况一定会越来越好。

4 交叉人才培养途径

夏：在培养交叉学科人才方面，程院士，您是怎样考虑的？

程：在这方面我认为有三种方式或途径。

(1) 不要过早开始。需要有“童子功”，也就是要从大学高年级开始交叉融合，不鼓励太早开始，要有一两门专业精通之后再去深入地交叉融合。

(2) 采取交叉融合。在研究生阶段，通过课题合作、不同领域的导师之间去交叉融合，这既是学生的交叉融合也是导师水平的交叉融合。

(3) 通过项目导向。在完成任务中，通过问题导向、项目导向的方式来培养学生。让学生在一个屋檐底下，把项目攻下来。就如我们微型化高分辨率双光子显微镜的跨学科研发团队一样，团队里有做激光器的、做微马达的、做射频电路的、做图像处理的、做大数据分析的、做生物的等等，不同专业背景的人，在同一个实验室里共同学习、共同工作，为了一个目标而共同努力，一个项目磨合下来学生能力自有提升，我把它叫做“大仪器联合实验室”，这是培养交叉人才的一个重要平台。

5 年轻人要不负这个时代

夏：科技创新需要大量的精力，对我们的年轻人应有些什么要求？

程：科研工作在外人看来，也许极其枯燥，我认为做自己喜欢的事情，虽然挺忙，但是也挺有意义的。特别是年轻人在这么年轻的时候就参与了一个重要的项目，并且从中学到了做科学研究的正确方法，他们的未来发展是不可限量的。

对于年轻的科研工作者，我认为应注意几个问题。

(1) 格局要高。我希望大家能够多去研究各个领域内的核心问题，做出真正能够沉淀下来的工作。从学术的角度说，除了认真做好手上工作，要多思考课题的意义，特别是如何能够应用到实践中去造福更多人。另外，虽然说做研究要基于个人兴趣，但在某些时候，如果能够把个人兴趣和国家需求结合起来，从更高的角度来选择研究方向，将可以得到更好的研究成果。超微型双光子显微镜的成果就是这样产生的。

(2) 增加交流。我们应该珍惜现在交流更便利这个优势，去和更多人去讨论、合作，取长补短、共同进步。特别是对跨学科的学习与交流。

(3) 有使命感。从个人发展角度说，现在科研工作者赶上了一个非常好的时代，有更大的舞台，同时也需要有担当有作为，去响应国家号召、社会需求，实现自己的价值。历史在不断前进，希望年轻人不辜负这个时代。我们这一代人做了我们这一代的事，他们这一代人做这个时代的事，要有使命感，始终要想着我们中国应该贡献人类五分之一的文明，这个是最大的要求，也是终极要求。

6 高校实验室助力高等教育现代化发展

夏：在当前形势下应如何发挥高校实验室的作用？

程:今年2月，中共中央、国务院印发了《中国教育现代化2035》，在十大战略任务中，在提升一流人才培养与创新能力方面都提出了目标和要求。毋庸置疑，在我国高等教育现代化进程中，高校实验室发挥了不可替代的作用和地位。

实验室要更好地推进我国高等教育现代化，我感到应注意以下几点。

(1) 青年要早进实验室。很多技术是实践和理论结合的，对于人才培养来说，必须要让青年一代早进实验室。

(2) 建设要与时俱进。实验室特别是一些中心实验室应该与时俱进，在硬件建设上，在体系化建设上，在学生的培养上，应该给与学生更多的自由空间，让他们去“玩”，让更多的学生体会实验和发明创造的乐趣，这既是技能的培养，也是文化的培养。

(3) 队伍要加强建设。工程师、技师队伍的建设很重要，尤其软件方面，高级工程师，高级技师或者各级技师在一个创新体系当中是必不可少的。目前看我国的工程师队伍和技术员队伍建设是有滑坡的，现在需要一个更综合的、更交叉的平台来培养下一代人，让他们能在一个高起点，大平台上去学习去创造。换句话说，光有理论家是不行的，未来实验室在工程师技师人才队伍的建设上应该更加强调。

(4) 安全要加强管理。实验室是教学科研重地，也是事故频发的“危地”，近期高校实验室安全事故频发，威胁着在校师生的生命财产安全。今年3月，教育部办公厅印发《关于做好2019年度高等学校科研实验室安全工作的通知》，再次强调和重申高校实验室安全的重要性。

安全问题实际上跟科研文化是有一定的关联的。我们是北大最早开设实验室安全课的，就是要告诉学生什么都不重要，人身安全第一重要，你必须站着进来站着出去。第一是不能浮躁，第二还是要规范。不能老是抄近路，凑合，该规规矩矩的地方，就得规规矩矩，花笨工夫停下来检查，停下来整理都是很有必要的。

我认为，安全问题其实主要还是人的问题。把安全工作做好了，对科研整体而言会更好，所谓“磨刀不误砍柴工”，这是科研素质的一部分，再怎么强调也不为过，同时也需提高科研组织的管理水平。