学科交叉如何让这两位科学家碰撞出火花?︱启明星之声

在今天这样一个鼓励创新且基础研究得到从未有过的重视程度的今天,很多人都会觉得走交叉学科之路势在必行。但是这方面的成功案例并不多见。

2021年12月,《世界科学》同时采访宰建陶、陶飞两位星友,因为他们在交叉学科探索方面已经有所成就、有所心得。


两位星友谈到了开展交叉学科的必要性,更对如何有效地推进交叉学科研究分享他们的实践心得。希望这些观点和建议能传递到有关科技管理部门并惠及更多星友。

学科交叉如何让这两位科学家碰撞出火花?︱启明星之声

两星友交叉合作开新路

宰建陶:2013年我在宾州大看《半导体物理学》时,也在思考电子的能量等概念。启明星交流会的那个晚上,当陶老师与我讨论时,我马上想到萦绕在脑海里的这样一些概念。

陶飞:2014年从麻省理工媒体实验室回来后我一直心存一念——学会的蛋白质手艺不用就浪费了。1914年,科学家亚历山大 · 贝尔(AlexanderG. Bell)曾说:“除非你能测量出它们的相似和不同之处,否则就不可能有气味科学。如果你雄心勃勃地想找到一门新的科学,那还是测量一下气味。”这是因为气味只能主观描述,很难定量刻画,譬如闻到苹果味,你很难去告诉别人它的具体特征(如强度和类型)。

那天和建陶见面,当我聊到这一节时,我们彼此都觉得可以在气味传感方面做点什么。例如,手机可以听、看,可以感知,但它无法感知气味,因为没有气味传感器。当时还有报道说可以训练狗去闻患者、老人的尿液,经过训练的狗可以大致辨出气味的不同组分,并且用来检测癌症。我们的气味传感器如能实现,就应该可以做到比狗更精准。气味传感是我俩交叉合作的第一个项目。这个项目的研究结果已经证实这一设想是可行的,而且效果是好的。

宰建陶:初次合作产出结果后,我们双方产生了默契,建立了无话不谈的合作关系。这就引出与双碳和节能相关的第二个合作项目,也是这次准备在启明星论坛上交流的内容。第三个是智能代谢重编研究的这个新的发展方向,陶飞团队主要出课题研究框架和实施路径,我的团队提供高通量数据采集和解决电极的特殊要求。

陶飞:还有一个正在酝酿筹备的合作是在学校致远学院开设融通课程,培养生命、医学、纳米材料的交叉人才。想做这件事也是基于我们在合作中迫切需要培养一大批具有交叉学科意识、具备交叉学科探究知识储备能力的人才。这一段时间我俩已经就具体如何落实商量了多次。

宰建陶:事实上海交大已在探索如何重构本科生培养体系,使他们能适应学科交叉发展的大趋势。我在给医学院拔尖人才班设计融通课程时,就提出要把气味传感器识别与大健康、人工智能结合起来开设一门课的想法。为这些未来的医生开设这样一种新型课程,可以让他们提前介入交叉学科,为未来职业开阔思路。当然我们这个项目也有培育潜在的交叉学科合作者的用意。我正在拟写建设 “化学生命融通实验”这门课的计划书,软硬条件都要准备好,还需要申请场地资源、争取经费。顺利的话,2023年可以开课。

开展交叉学科应具备的能力和方法

宰建陶:就开展交叉学科应具备的能力而言,一种是个人的学科背景本身具有一定的跨度,有多学科背景,这样自己跟自己交叉比较容易;第二种是不同合作者的双方互补,如果只是单向的需求就很难持续。这种合作,

首先是要能找到一个契合点。这对合作者的心胸、为人也都是有要求的,包括你愿不愿意与人分享自己的想法,愿意花时间并找到这样的机会。

其次,合作起点不能太难,不能一开始就需要双方投入很多精力在一个未知的方向上,否则只会止步于想法。由易到难,合作双方都做各自擅长的事,能够很容易地解决对方或交叉课题的需求。如我们首次合作时,陶飞需要的纳米材料在我们实验室很容易就可以获得。

有了良好的开端,相互之间信任和默契也提升了,大家也愿意投入(或一起申请)更多的资金、资源去解决更深层次的科学问题。合作过程中双方团队之间会有很多的交流。这种交流有时就是一起出差的路上,或在实验室里,学生也会一起介入,我们为此建了一个名为“生物纳米交叉”的群。大家交流多了,深入了,自然而然就会产生更多的兴趣点。

基础研究要走精英路线,科研人员应该聚焦科研

宰建陶:现在国家对基础研究的重视大家都感受到了,而且还在不断升温。这对从事科学研究的人来说是好事。但是我认为不应该是“撒胡椒面式”的资助,不是所有的高校和老师都适合做基础研究。事实上现在不少研究低水平重复率太高了。基础研究还是要走精英路线。国外大学的功能是有区分的,有些侧重科研,有些侧重教学。对主要承担基础研究的机构应该给予足够的支持,少受干扰,生活上给予保障。

现在国内很多高校和科研单位还在实行类似“数工分”的年末和聘期考核制度。这使得很多科研人员疲于奔命,分心不少。这与国家要求的沉下心来,十年磨一剑的要求是相悖的。很多科研人员更多的是承担项目经理或者说包工头的角色,至少一半的精力要去做学术研究之外的事。

如买一个烘箱的钱是放在A项目上还是放在B项目上需要反复考虑斟酌,否则审计通不过。因此,我的建议是科研人员应该就关注科研,只要他努力干活就可通过考核;具体项目上的事还是要找一些职业经理人,负责这些日常事务。从事交叉研究的人也要调整好心态,因为国际上对跨度很大的学科交叉项目也难以认可,而且学科交叉的东西在一开始时的关注度是不高的,好的杂志也不会给予关注,只有到了一个成熟期才会受到关注。

陶飞:宰老师以上讲的关于基础研究的观点和看法,我也感同身受。创新分两种,一种是原创性基础理论创新,一种是技术创新。基础研究应该走精英路线,应该选择有科学志趣、科学情怀,对人类、对国家、对科学有追求的精英科学家去实施,这种在前沿探索的科学家有些可能是位怪脾气的人。

对这种另类的科学家的管理机制可能不同,社会要能提供足够的包容。基础理论研究能做出成绩的,必然都是在真问题上愿意下功夫的,都是在啃硬骨头。没有前面所说那种走精英路线的开拓者就很难实现,靠鞭子驱赶的人是基本上做不出来原始创新的。

建立鼓励学科交叉的机制,尝试阶段性资助,鼓励探索

陶飞:技术发明创新的源头很重要的一个因素是学科交叉,另外一个比较重要的因素是要鼓励探索和冒险。前者在社会已形成一定共识,但后者得到的认可和支持还不够。需要有一套相应的激励机制,不是只靠引导和劝说。比如现在设立的交叉研究项目,如果管理部门觉得风险大,无法承受,可以尝试阶段性资助的方法。

例如,从有个想法到要做成这件事总经费大概需300万,可以先给30万,把事情启动起来,根据实施情况做评估后再给第二批资助,然后第三批、第四批直至全部完成。一步步推进的资助方式更灵活多样。按照现在的评审机制,如果这个项目的总量是300万,那肯定有很多人去抢,而评审强调可行性,要求稳,那么就只有业内知名团队可以拿到,很难真正去资助那些有颠覆性的创新。分期资助的方式既可以规避大的风险,也可以让好的想法得到资助,30万探索一条路,试错,相当于天使投资模式。

具体操作上也希望可以灵活多样,什么时候有想法随时可以申报,不要一年只有一个时间可以申报,及时给创新的想法以支持,也可以避免在最后期限时慌忙拼凑项目的情况。

此外,在项目申报指南设置上应鼓励交叉学科。现在很多项目申报更愿意接受学科内、领域内的项目,而不太愿意或者根本就没有接受跨学科的项目。目前上海自然科学基金有原始创新项目申报,但每个单位(学校)限一项。很多学院的项目申报都出不了学校。

宰建陶:关于如何有效推动交叉学科研究,我觉得应该更多鼓励两个人(团队)之间的合作。但这种合作往往是一方为主,另一方配合。现在国家基金委也有交叉科学部,目前这种交叉学科项目的标书和其他项目一样都是只有一个负责人。为了鼓励大家合作应该设立双负责人或共同负责人的角色,肯定交叉双方的作用。

此外,我记得上海市科委自然科学基金里面有一个探索类项目:20万资助经费,限40岁以下的年龄,只要在所列的四大方向中都可以申报。我2017年申报了这个项目并获得支持,我们开拓了一个新的材料体系,现在还在探究其他的应用。现在这个探索项目变成了50万的原始创新项目,且一个学校只能申报一项。现在的项目申报更像是奖励,已经做成功了才给资助。希望能恢复之前的探索类研究项目,激励更多的年轻人勇于探索和冒险,促进创新。

两位启明星的成长故事,请前往“世界科学”微信公众号同日推送的“今日启明星”专栏文章;不过瘾的话,请点击2022年第1期《世界科学》封面订阅杂志。

-本文摘自《世界科学》杂志2022年第1期“今日启明星”栏目-

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投稿时间:2022-01-20  最后更新:2022-08-13

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