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科学“反应”——研究生指导的二三事

       本文是应《大学生》杂志社的曹晓晨编辑之邀给该杂志“研究生”栏目撰写的文章,已发表于《大学生》杂志2012年第5期(下)上,现把初稿贴在自己博客上,供科学网的网友阅读。原文标题是“研究生指导的二三事”,曹编辑给这篇小文起了个更简洁而给力的名字——科学“反应”,所以我把这两个标题结合在一起,作为博文的标题。

 
从我正式地作为硕士生导师指导研究生至今已有10年,这期间先后指导了30多名硕士研究生的学位论文工作。指导这些学生论文过程中的点滴往事,目前仍历历在目。近日,我应《大学生》杂志之邀,写下几段指导研究生的旧事,这既是对我个人指导研究生的美好回忆,其中的一些经验教训也可以启发后来的同学们。
 
(一)成功的“快速反应”
W同学是我指导的第二届硕士研究生,来自徐州师范大学。按照本组的规矩,研究生在完成第一个学期的课程学习后,放寒假时要携带一本由导师出钱买的《英汉技术词典》和至少三篇英文文献回去翻译。W同学开学返校比较早,回来就到我办公室,把仔细翻译后又工工整整地誊写好的文献翻译稿拿给我看,没看懂或不理解的地方一一指出和我讨论。因为他的学习态度很认真,给我留下了不错的印象。
下实验室做论文后,安排给他的工作任务虽然完成得不错,但因为论文课题的进展不大顺利,倒不是因为他不努力,而是因为当时我们还没有参悟透这个课题的技术关键。在W同学硕士二年级的那个9月中旬的一天上午,W同学兴冲冲地拿着Nature上刚刚发表的一篇燃料电池的新体系阴极材料文章来找我。原来,头天夜里他在宿舍的楼下翻看报纸,偶然注意到一则新闻报道,提及Nature杂志刚刚报道了这样一个新材料,于是他就马上上网去检索,又找在科学院读研的同学帮忙下载了这篇文章及其支撑材料,然后又把该文作者所发表的相关论文都一一检索出来,一起拿给了我。当时他的想法是即刻开始跟踪研究,我的态度很明确,如果这个材料体系还有值得我们做的问题,就该立刻启动研究工作,当然这也意味着原先课题的探索工作需要暂时停下来。
于是,我们立刻快速浏览了几篇相关的文献,分析了该文及此前文献中已经做过的研究,作出我们有条件做这个体系材料的制备和性能研究的初步判断。鉴于该材料的高温物性数据还没有报道,我们两人决定在完成材料合成重点进行高温物性的测量,然后再视进展情况开展稀土掺杂的研究。W同学说干就干,很快就参照文献描述的实验方法完成了样品的合成,获得了单相样品。然后我们又加班加点儿地进行热分析、高温热膨胀曲线和高温电导率的测试,对着三种测试所得的数据进行了比对和综合分析。一个多月以后,这部分的工作已告一段落,一篇英文快讯稿已经写成,很快就投寄到Electrochem. Solid State Lett.杂志发表。
这篇文章是我课题组的硕士生发表的第一篇SCI收录的期刊文章,也是从选题到文章接收速度最快的一次,所以绝对堪称是一次成功的“快速反应”。由此可以总结出的经验有二:(1)敏锐、及时的捕捉信息;(2)面对新的研究课题的果断决策。
做研究,多数时候最有用的信息并不会是由谁主动送上门来的,而要靠自己去积极获取。在21世纪,信息来源渠道有很多,并不仅仅限于本专业的学术期刊和会议,在其他的报刊杂志和互联网上也有许多非常规学术渠道的信息,及时从新闻报道的字里行间捕捉信息很重要。在获得了初步的消息后,还需要进一步的确认和分析。如果确定打算在一条重要的消息的启示下做点研究,还必须认真、细致地进行文献调研,搞清楚此前已经做了哪些工作、还有哪些空白可以填补,以及利用新体系、新材料或新技术还可以扩展出哪些新的研究课题出来。然后,就需要果断地决定从哪里入手展开研究了。对于一个全新的体系而言,研究工作自然不该是简单的重复,而更容易有所创新。
 
(二)逆反应(可爱的“失败”,可参见此前的博文【1】)
我曾安排一个学生尝试用双层干压法做阳极支撑的固体电解质薄膜(这是目前很多课题组都用的方法)。其实最初曾安排了一个男博士生去试过氧化铈薄膜的制备,他试了一下没做成,就放弃了尝试,转而去他更喜欢也擅长的氧化物纳米材料合成工作了。他在那方面做得很好,两年多以后,他在纳米氧化锆粉体合成方面取得了很大进展后又返回头再做这方面的工作,这次成功了。
在那个男博士生之后,我马上又安排了一个女硕士生去做这个工作。这个同学很耐心地去做了实验,但是很长时间里也都没有取得成功,而且她失败的现象居然每次都一样——薄膜和支撑体之间总是分离开的,有时薄膜会碎裂成很多小块,有时却可以是一个整体。她很沮丧地拿着失败”的产品一次次地给我看,开始我也很失望,提了几个建议让她设法继续试验,似乎仍然未见明显的起色。忽然在某一天,我有了一种另类的想法——既然脱落下来的薄膜可以是一个整体,那我们何不就此利用一下这个整体(薄片),而不再去追求那个带有支撑体的薄膜呢?于是我让她继续试验,适当增加厚度,争取让脱落下来的膜坯能够保持一个整体并具有一定的强度,然后就拿直接烧这个膜坯,再在其两面分别涂布电极做后续的电池实验,她照做了,结果很不错。这样我们就用干压方法拿普通的模具(配合精度很一般,正常情况下是不敢压太薄的片子的)轻而易举地做出了60微米左右厚的陶瓷膜片,做出来的单电池的功率密度也不错。这算是我们在对不断的“失败”进行了反思(逆向思维)后取得了一个小小的“成功”,由此我们发明了一种我们称之为“缓冲干压法”的陶瓷膜片制备方法。
事实上,我决定让她继续做这个“失败的实验”的时候,我已经完成了一个调整——目标的调整,从追求制备带有衬底的薄膜转而去做没有支撑物的膜片,正是这个目标的调整,把“失败”变成了“成功”。其实 “失败”并非总是那样的可怕。如果我们面对失败能及时地做出调整(包括方案上的和目标上的)和分析(失败的原因与成功的可能),有时可以在一次次失败后通过不断的改进争取最初期待的成功,有时则可以从“失败”中发掘有价值的东西,取得最初未曾预料到的“成功”。那些能够带来些收获的“失败”,就是可爱的“失败”。
 
(三)“变”与“不变”的辩证法
以上两个故事,说的都是在研究生论文工作中因势利导、随机应变的成功案例。事实上,研究工作的“变”与“不变”,还必须辩证地看待。在相对自由的探索性研究中,目标和方法的选择可以是多种多样的,此时“变”是最常见的;而在有明确目标的研究中,特别是在一些项目的执行中,“不变”却是必然的要求。我在早年曾协助我的导师指导过几名博士研究生,在给他们的博士论文选题中就有过“变”与“不变”的权衡。
我在协助指导一名在职的博士研究生时,最初给她的选题是做氧化物电解质薄膜的陶瓷方法制备。这位同学读研究生时曾以心灵手巧著称,在器件制备方面曾颇有造诣。然而,她在博士论文研究工作展开的初期,也曾经遇到了不小的挫折。当时以我们所选择的原料和工艺方法制备的薄膜在烧结后一直不够致密,测试的电池开路电压和功率密度指标很低,使得这位同学也一度心灰意冷,想放弃这个题目,转做比较容易的电极材料研究。不过,当时她的导师和我都认为薄膜制备这个方向对于我们课题组的研究而言是非常重要的,必须取得进展,所以在最困难的阶段也决心不改变她的论文选题,而要求她咬牙坚持做下去。为此,我们不断地帮她分析出问题的原因、想办法解决问题,最后这位同学不负众望,终于弄清楚薄膜难以致密化的原因,并通过选择合适的原料并改进工艺方法,在几个月后取得了突破性的进展,并为我们课题组在氧化物电解质薄膜制备这个方向上打开了胜利之门。
事后回想这段往事,如果当时我们没有坚持既定的目标不变,而是在遇到挫折时急匆匆地改换论文选题,其实也并不能保证这位同学论文工作的顺利完成,当然可能更不会有这个方向后来几年的辉煌局面。
 
参考:
【1】    吕喆:可爱的“失败” 



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