美国化学PhD留学感悟

2016-10-20

受芝士圈邀请,撰稿讲述自己学习化学和读PhD的一些感受和心得,暗暗自忖,这不是小意思吗? 但是, 当手真正放在键盘上的时候, 却变得有些僵硬和笨拙。化学这条路, 和大多数化学人的感受一样, 荆棘满布, 艰辛异常。

正因如此, 每当化学人在撰稿写心路历程的时候, 总是免不了要倒苦水；有些化学人, 获得了一些成就, 但是出于害怕木秀于林的结局而少有敢于写出自己喜悦的帖子, 以至于网上的劝退帖和冷水帖汗牛充栋。鉴于此, 我更想分享一些关于化学的美好一面, 尽管依旧是一个阳光总在风雨后的故事。

很多学生都不喜欢上化学课,包括我自己,因为化学书上的知识点虽然以章节分类,但是真正学起来,会发现那些化学知识纷繁复杂,变数极多,毫无章法；而考试总是不可避免地考验我们对知识点的熟悉甚至记忆能力,这就使得很多学生痛苦不堪,甚至望而生畏。

每当我跟刚认识的人介绍自己是化学博士研究生的时候, 大部分人都会以一种仰慕的目光看着我, 并说出 “smart” 之类的词语。其实他们并不知道, 我虽然在研究有机化学, 但是我大学几乎挂科的也正是有机化学。而我最终选择研究有机化学的原因, 便是天真地想努力探索出一些具有普适性的规律和原则, 简化有机化学, 使之成为系统性的学科, 减轻未来学生的痛苦, 哪怕是一点点。

打杂——物超所值

谈起自己科研生涯的第一步,我会用“物超所值”来形容。由于学校允许大三学生开始参与课题组的科研,所以有机化学课程一结束,我就踏上了科研生涯的征程。之所以用“征程”二字,是因为确实举步维艰。我的导师是一位刚回国的年轻女性,可能是顾不上,就让我们几个小本科生单独在一个离她办公室和主实验室几百米的老旧实验室里鼓捣。

试想,只做过一些基础的过滤、蒸馏之类实验的几只雏鸟,哪懂得怎么开始一个项目呢？于是在经历了一些挫折和犹豫之后,当初意气风发的六七个人,三个月后,就剩我一个了,不是因为我更坚定,而是我还没弄懂自己想要什么,也不想到处乱试,于是就一直待着。后来,组里的人意识到了几百米外的一个小本科生的存在,我便开始给高年级的研究生清洗玻璃仪器,设置反应和一些简单的后处理。

可能是我太迟钝了,直到两年后,来到美国读研究生,跟同学闲聊时我才知道,那是国内研究生“压榨”本科生的惯例和潜规则,让本科生给自己干体力活,替自己省时省事省力。而当我自己做研究生时,每天浪费大量的时间干那些体力活而没有本科生帮我干这些时,想起这些,便有了更深的体会。其实当时我干得非常投入,而且懵然不知,有点被人卖了还帮人数钱的意思,但也正是那两年的经历,奠定了我开展研究的扎实基础和循序渐进的创造力。

因为,研究生为了保证我清洗的仪器足够干净,他会要求我用最严格的方法清洗仪器（虽然他们可能自己都懒得那么做）；为了保证柱层析得到的样品纯度,会教我一些技巧和原理；为了快速得到大量底物,会教我怎样“多快好省”的搭反应和后处理;为了保证各种原料的不间断供应,会要求我一遍又一遍的制作一模一样的底物和催化剂,让我习惯了那种不断重复中的无聊和烦闷。其实这些体力活几乎每一个本科生都干过,尽管不情愿,但我可能是唯一一个干完了两年才回过味来的人。

但是,即便我当时知道,我也还是会那么做,because if you want something great, you must sacrifice another great thing and work hard to get it, 更何况只是一点体力活呢？对于一个想要做化学科研的人,想要入门,又何必那么在意这些呢？我心中对那位研究生只有感激,没有其他情绪,因为如果没有那段经历,就没有我现在面对枯燥和失败的勇气。同样的一件事,看的角度不同,看的轻重不同,在心理产生的效果,自然是千差万别的。

科研——任重道远

当我踏上美国,开展研究生的独立课题研究时,作为一个幸运儿,我向自己最初的目标踏出了非常坚实的第一步,一大步。大四的时候,尽管我的软硬件都不出众,但是我很用心的套磁,最终竟然得到了领域内大牛Davies的力荐,顺利的拿到offer（全奖）,当时就下定决心,不知天高地厚地想要去Davies那里做出他职业生涯的第一篇Nature或Science,用来“奖励”他慧眼识“珠”。虽然我是冲着Davies去的,但是学校规定,每个学生可以选择三个以上课题组进行轮转体验,最终确定目标组。

当我在Davies组轮转时,他让我做的第一个反应是以最常见的失败而告终的,可是他发现副反应却是一个极具突破性的反应,于是,生平第一个独立项目的第一个反应,带给我一篇Nature和后续的四五篇影响力相差无几文章(coming soon)。这就是一个完美得令人艳羡的故事的讲法。可我更想说说这个完美故事背后的东西,或者用另外一个角度来谈一谈这段经历。虽然第一年就迈出了很大的一步,但是摆在面前的第一个难题就是,结果很好,但不是极其好,如果按那个结果一直做下去,那么写出来的文章影响力也就只能是JACS这个级别,还远远达不到Nature或Science的水平,如果说能发表在Nature或Science上的催化剂效果是10分,那么我当时使用的催化剂的效果也就只有9分。

行内人都知道,从0到1很难,1到9很容易,9到10就是无穷无尽的探索了,这也是Nature和Science刊登的化学类文章屈指可数的原因。想明白了这一层,我还是决心发展催化剂,10分的催化剂就像上市的药物一样,开发周期非常长,需要大量时间进行经验积累以及天上掉馅饼式的运气,短期内,甚至可能穷尽我博士五年的时间也得不到一个10分的催化剂。

就这样,我开始了看不到希望的征程,中间有无数次想要放弃, 连导师都曾劝我放弃,因为他也觉得能有9分已经非常难得,又何必强求呢。但是我心里一直有个执念,非常简单,那就是第一篇文章一定要Nature或Science,因为我一开始想做的就是要把化学简化,9分不是简化,非10分不可;而且,我觉得之所以别人能发Nature或Science,不正是用了现有知识所认为不可能或想不到的方法得到的吗?尽管如此,每当打开实验记录本,写下要尝试的反应时,总有一种想把记录本扔到垃圾桶的冲动,因为失败的次数多了,对这些即将要尝试的反应心中再也不抱有太多的幻想了。

雪上加霜式的折磨攻击一波接一波的向我残破不堪的阵地袭来。首先是博士前两年有大量的课程,作业和考试,而我却由于全身心的投入科研而耽误了学业,以至于几乎被开除,每天都在是复习考试还是科研实验之间挣扎。其次是,我总是在用一种不同于传统的思路在尝试一些反应,一开始,导师还以一种鼓励的姿态支持我尝试,但是失败的次数多了,就开始引起导师的质疑和反感了,因为他觉得我在浪费时间,胡乱尝试,没有章法和系统;即使是当我用一种他意想不到的方式得到了10分的催化剂时,他甚至开始质疑我的实验结果。

就这样,我在这条充满了“放弃有饭吃,前进就饿死”的路上蹒跚了两年半,期间的辛酸苦楚,特别是由那种不肯放弃所带来的痛苦,语言的描述总是显得过于苍白。之所以吐露这些挫折和苦难,是想激励那些正在挣扎的同学们,外面的诱惑很多,其他的选择也很多,而我们的坚持虽然改变不了世界,也可能改变不了自己的现状以及未来,但是,我们坚持了自己的目标和信念,那个一开始就定下的简单的目标和信念。就像篮球运动员要尊重自己的每一次投篮,武者尊重自己出的每一招,我们化学人也要尊重自己做的每一个反应,每一个项目,要么不做,要做就要做到最好。

对于在科研的汪洋里逡巡的人来说,这海水总是苦涩的,但是世上有不苦的工作吗? 外表光鲜的职业, 恐怕也少不了难言之隐吧。科研上的尝试,99%以上都是要失败的, 容易成功的都已经被人发现了; 既然失败是每日必备, 又何必过于痛苦。有很多人会用一种 “毛氏” 的红色鼓动, 让一些苦闷异常的科研人每天笑着面对, 就如同让一个饿得要死的人装出一副大快朵颐的饱腹感一样。

这种鼓励本身没错, 但是请注意,那样的饱腹感只会出现在回光返照的时候;即使是感情简单的小娃娃, 恐怕也很难做到眼泪快出来的时候, 突然咧嘴大笑吧? 我想,作为一个从事科研的人,心情和思绪越简单越好,我会更愿意把心思和精力放在应对思考和科研的多变与复杂中去。所以我不想鼓励大家笑对失败,而是尝试着以一种“清风拂山岗,明月照大江”的平常心态面对成败,简简单单的,不妄喜,不惶馁;每天都以“初见”的心情踏出新的一步,不论是向前,还是原地。

Bruce Liao

2016年10月14日

于Emory University

本文作者Bruce Liao师从C-H Functionalization大师Huw Davies, 进而有幸发表了一篇Nature(Nature 533, 230–234 (12 May 2016)). 申请过程完全DIY,能够有幸加入领域内最强的研究组之一,一是本科研究背景,二是套磁的巨大作用. 在科研界,直接影响学生前途的是导师,导师的名气比学校的排名重要得多.所以当时放弃了其他排名更靠前的学校的offer. 加入Davies组的同时加入了众星云集的Center for Selective C–H Functionalization(CCHF).得益于此,有幸与有机,无机,计算和生物化学等领域的教授沟通交流,得到了多位大师的指点,直接合作的有Brian Stoltz, Jin-quan Yu, John Berry, Justin Du Bois, Djamaladdin (Jamal) G. Musaev 和 Ken Houk. 让我从一名科研菜鸟到发表Nature,足可证明,选导师的重要性.

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