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从论文搁浅到领域顶刊:一个博士生的涅槃

科研是不断挑战自我的过程,要坚持不懈充满信心,失败之时换个思路,或许能柳暗花明。

撰文 | 王威(哈尔滨工业大学(深圳)教授)

最近几个月,课题组在化学领域的知名期刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie)连续发表两篇论文,十分开心。想借此机会和大家分享两项工作背后,不为人所知的艰辛和曲折。或许与在科研中艰难前行的老师同学们有所共鸣。(注:《德国应用化学》是化学领域的顶级期刊,德国化学会旗舰刊物,JCR一区和中科院一区期刊,2020年影响因子15.34。)

先讲讲第一篇论文绝地反击的故事。

(论文网址https://doi.org/10.1002/anie.202116041;

也可以听学生在B站的自述:一个平凡的理工科博士生近两年的科研历程

https://www.bilibili.com/video/BV1G34y1C7eU/)

论文网页截图

1起

2019年入学的博士生彭奕鑫是一个四川都江堰的川娃子,虽然羞涩紧张时会脸红,但乐观大度有幽默感,还有好似山东大汉的浓眉大眼国字脸。

天将降大任于斯人也,必先苦其心志。奕鑫入学没多久,疫情就从天而降,把我们都封在了家里。虽然初出茅庐的奕鑫还很青涩,但有股子年轻人坐不住的热忱。为了不在家虚度光阴,他决定学习模拟软件,来研究一些课题组长久以来一直很好奇的关键科学问题。

我们之前实验中发现,靠化学燃料运动的纳米机器人会像微生物一样形成团簇。如果我们把团簇想象成一个黑洞,周围的小机器人就像试图逃离黑洞的小飞船。有时“黑洞”吸引力很大,边缘的“小飞船”就被进黑洞,黑洞会越长越大,吸力也越来越强。有时小飞船却能逃脱“黑洞”的吸引。这背后的物理化学机制是什么?团簇靠什么吸引小船?又是什么决定了一艘纳米小船能否逃离团簇的“魔爪”?

电影《星际穿越》中飞船在黑洞边缘的剧照(https://www.sohu.com/a/505775897_120099892)

奕鑫在科研方面的确有些天赋:他通过模拟“小船”和团簇周围的化学物质和流体的分布,计算出了团簇吸力的大小,并和小船的驱动力比较,得出了一些有趣的结论。5月底返校以后,实验结果也和模拟结果吻合的很好。一时间,课题就好像深圳的工地一样,热火朝天;论文的大纲也一版接一版不断迭代。

左:模拟出的团簇周围的化学物质浓度分布;右:实验观测到的团簇吸引周围粒子

2进

伴随着蝉鸣,人在炎炎夏日也仿佛变得迟钝了。进入暑假,项目的进展始终不温不火,论文也不像之前突飞猛进了。眼见如此,我有点坐不住了,于是在8月底“逼”奕鑫立了一个flag:一个月内写好论文初稿。

彼时,奕鑫的实验还尚未完成,大纲也仍在打磨。要在一个月之内把所有的准备工作做好,并且写几千字的英文论文、做好图,据奕鑫回忆,他当时颇感意外和没信心。在小组会上被迫签订城下之flag的奕鑫的脸红,现在仿佛仍在我的眼前。

其实,我心里也没有底,但我得咬咬牙,从背后把幼鸟踢下悬崖。

还好奕鑫不是一个人在战斗。在课题组其他几位同学的大力协助下,终于在一个月期满的当天,奕鑫把论文初稿发给了我,成功拔掉flag。

我完全可以想象奕鑫这一个月工作之辛苦。但我的科研同行们都应该能够理解,这样的要求和经历,对于科研人员来说简直就是家常便饭。百炼成钢,如何科学、高效的面对deadline也因此是博士生必须经历的锤炼。

奕鑫这个项目的文件夹

3磨

既然论文初稿已写好,似乎距离成功只有一步之遥?非也非也,所谓行百里者半九十,论文初稿只是漫长的收尾期的开始。

2020年9月,项目开始半年以后,奕鑫、我和美国的合作者开始跨太平洋、跨时区的修订。这期间不只是修改语法、编辑图片,也补充了更多的模拟和实验结果,思考了更多的数据呈现形式,论文的写法也不断打磨。

历经半年、几十个版本的修订,随着奕鑫插入了最终的参考文献,我也写好了给编辑的投稿信(cover letter),2021年3月,在奕鑫开始这个课题之后整一年,论文投稿终于进入了倒计时。完工的“奕鑫一号”巨轮,好似打磨好的璞玉熠熠发光,在船坞等待我们敲破香槟,随时准备扬帆起航。

4破

但我心中隐隐约约不太放心。因此,准备投稿之前,我再次仔细的读了一遍论文。仔细思考后,一个让人压抑的念头如同幽灵一样慢慢爬上心头:我们所提出的“黑洞”吸引“小飞船”的机制,并不能解释我们所有的实验现象,也和文献中报道的一些实验矛盾。这个错误对论文一击必杀。而我们精心打造的巨轮,好像突然发现龙骨有致命伤一样,尚未出海,就折戟沉沙。

望着搁浅的巨轮,我和奕鑫的心里都十分复杂。奕鑫沮丧于一年以来的辛苦打了水漂。我沮丧于这么晚才注意到这个问题,心中一半恼怒,一半羞愧。或许是功利和虚荣让我们忽视了一直以来心中的隐忧,让我们被自信自大蒙蔽了眼睛,而沉浸在一种“冲冲冲”的盲目推进中。

奕鑫仍不死心,花了近一个月的时间思考、查文献、计算、做实验,看是否能够让项目绝处逢生。可惜事与愿违,只是让我们更加确定我们的失败。

很多年之前,类似的不幸也发生在我的身上。2009年的圣诞节,当时博士二年级的我突然发现,正在努力攻克的一个课题,被另一个课题组抢先发表。我永远忘记不了当时晴天霹雳般的心情:沮丧于浪费了的时间,羞愧于我进展的迟缓,困惑于对方如何做的这么快,茫然于我接下来要怎么毕业。彼时彼刻,恰如此时此刻。或许,当年我的导师,心中也有郁闷无处安放。

而对于在当时博士已经一年半的奕鑫来说,这样的打击不可谓不大:不仅浪费了宝贵的时间,也破坏了我们之前构思的毕业课题整体设计,因此连带着影响到了毕业的进程。或许,这次挫败,还动摇了奕鑫科研的信心和热情。

一朵乌云,似乎萦绕在奕鑫和我的头顶。

5立

逆境中往往能验出金子真正的成色。度过了短暂的不眠之夜和踱步之后,奕鑫没有一蹶不振,而是通过之前发现的关键问题,转而从新的角度来思考实验现象:为什么我们提出的“黑洞”理论,能够解释部分实验现象,但解释不了所有?是不是不同种的“小飞船”和“黑洞”,有不同的相互作用规律?

奕鑫和我提出了新的猜想,设计了一些新的实验来验证。仅仅一个月后,奕鑫就得到了出乎意料高质量的实验结果,和猜想十分吻合。这一结果让我们大为兴奋,于是奕鑫立刻开始全身心的投入了这项工作中。

仿佛把巨轮拆解后利用了原料一样,之前搁浅的课题中的结果和模型很好的融入了新的工作中,充分发挥了余热。而且,因为之前的经验,这一次论文的写作和修改进度也大大加快了。又过了一个月,新的论文初稿就诞生了。

塞翁失马焉知非福。2022年1月7号,论文正式被《德国应用化学》接收。在这篇新论文中,我们认识到“小飞船”可以分为两类,驱动机制不同,对环境的影响也不同,因此得到了截然不同的团簇。比起搁浅的工作来说,这是更为普适、深刻的科学规律。

“奕鑫二号”这艘闪烁着别样光辉的巨轮,携带着命途多舛的姊妹船的祝福,正式在学术的汪洋大海中扬帆起航。

奕鑫的朋友圈,被几百个点赞淹没了。我也是其中的一个。

6

感悟

奕鑫的总结(https://www.bilibili.com/video/BV1G34y1C7eU/)

这个项目从死亡的边缘绝处逢生,逆势飞扬,一路披荆斩棘,最终能够发表在化学旗舰刊物,为项目划上了强有力的休止符,是我和奕鑫之前绝没有想到的神奇转折和精彩乐章。真真正正的展示了不破不立,也衷心感谢编辑和两位审稿人对这项工作的认可!

回顾这一篇论文的历程,有很多感慨。从课题的构思,到最终发表,大概花了两年时间,这对于当今许多材料、化学课题来说,可以说是龟速了。项目像小说一样跌宕起伏:有辗转反侧,也有柳暗花明,有失败的沮丧,也有看到精彩数据的心跳不已。或许也印证了科研大多是螺旋形上升的。

乘风破浪会有时,但机会总是留给有准备的人。多亏奕鑫两年多以来不断地深挖,阅读了大量的文献,不断地思考,不断地挑战自己。最重要的是,在绝望时他没有放弃,而是以轻舟已过万重山的心态,放下了包袱,走出了新的天地。这对学生来说是一次升华,对我何尝不也是一次震撼教育。

课题搁浅固然是不幸的,但是我们又是足够幸运的,能够从灰烬中寻找到金子。人不可能时时处处都幸运,但我相信有奕鑫这样的准备和心态,即便我们今后遇到更多、更大的挫折,仍然能够在激烈的竞争中寻找到自己的立足之地。愿我们共勉!

王威课题组合影,前排蹲着的就是彭奕鑫同学

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