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本人本科读的是预防医学专业因为没考上临床硕博连读报名人少我报了就得了的时候专业是流行病与卫生统计学除了学习流行病学、统计学忘得差不多了还学会了蹭热点学R语言撸生信只灌水了1篇文章搞不过别人放弃了学python撸机器学习赶上时代洪流灌了几篇文章写了点教程蹭了点流量。但实际上我的大部分时间还是一名实验狗做过很多基础研究相关的生物学实验养细胞、基因过表达/敲降、养动物、提核酸、qPCR、WB、RIP、Co-IP、Chip、分选流式、分析流式等等。因此这履历吧说好听点叫做“多学科交叉复合型人才”实际上可能就是一个“四处横跳、偶尔投机但又有点科研初心”的“理想主义与实用主义交织”的打工人。
二、写作动机
说白了还是懒吧。因为要带学生了学生又都是没有实验基础的大多也都是我这种流病背景的听到做实验天生恐慌的那种。带的学生多了也发现各种问题我随便举个例子给大家感受对号入座一下
1张三学习WB跟着师姐观摩学习了一个月后开始上手做发现这个月似乎学了个寂寞啥都没记住
2李四的WB跑出来白板一脸懵逼于是重复一次依旧是白板。激起了男生的胜负欲发扬“越挫越勇”的精神然后白板了十次还是不出来
3王五终于在第三次试验把WB做出来了信心满满但下一次又做不出来了然后emo了一个月
等等......
不知道小伙伴们中了几个这就是传说中被实验支配的恐惧吧。其实这还不是最恐怖的。最可怕的是作为一个需要带学生的青椒或者师兄师姐每年都得经历一次恐怖的恶性循环期间会有多少精神内耗。
所以我在想造成这种乱象的本质是什么有没有什么高效的解决办法学生们总说“我之前都没做过实验没有基础。”或者“XXX很聪明我比不了。”或者“数据分析更简单做啥基础研究。”我陷入了思考“没做过实验我之前也没做过啊不聪明我高考是靠民族加分才勉强上线的我也不是很聪明啊我记得我学习提质粒做了6遍才成功而且实验又不是高数和物理不需要太多的智商吧。”
于是乎我翻开了《实践论》应该来说是毛选似乎找到了一点灵感一切行动的问题都是思想的问题具体来说是世界观和方法论的问题。而这可能就是最本质、最共性的问题。
综上我写作目的在于尽量把教员思想所体现的世界观和方法论与自身的学习经历相结合为萌新们提供一个思路。
那么第一篇要推荐的就是大名鼎鼎的《实践论》。
三、开始吟唱
文章开头直接上终极结论
“从感性认识而能动地发展到理性认识又从理性认识而能动地指导革命实践改造主观世界和客观世界。实践、认识、再实践、再认识这种形式循环往复以至无穷而实践和认识”之每一循环的内容都比较地进到了高一级的程度。这就是辩证唯物论的全部认识论这就是辩证唯物论的知行统一观。”
这就是学习一门实验甚至是任何新知识、新技能的“屠龙术”。我以我学习Chip为例子来尝试解构这一段话吧。
1获取感性认识和间接经验
当你接到学习任务的时候你可能从民间听到很多关于Chip的传说大概率包括但不限于Chip很难做、Chip是玄学等等。此时你就已经对Chip有了第一个感性认识似乎很难的一个实验。
随后师兄师姐会给你一份实验步骤可能还会甩个b站链接让你先看看。对你来说看这些可能跟看天书没什么两样但至少形成进一步的感性认识好像就是加样、电泳、什么超声、共沉淀等那几个步骤。
到这里你已经获得了属于你自己的感性认识或者叫做间接经验。注意为什么叫做属于你自己的感性认识或者间接经验那是因为每个人对同一句话的理解是不同的知识背景和理解能力的差异。举个栗子“取THP-1细胞接种于培养皿”对于完全没做过实验的童鞋来说他们的理解就是听君一席话就是一席话“取一个T什么P1的细胞接种于培养皿”。对于实验老手来说他们能脑补出很多疑问“THP-1是悬浮细胞还是贴壁细胞这关系到用1640还是DMEM培养液使用多少孔板的培养皿实验目的是什么”。
那么感性认识和间接经验有没有用呢我个人认为是有用的获取的正确的间接经验越多实验前的准备越充足到后面所走的弯路可能就越少。下面分享我的大致的学习步骤
①尽可能了解该实验的实验目的
例如Chip实验的目的在于验证某个蛋白是否与某段DNA链相结合本质进一步延伸则是某个转录因子能否调控某个基因的表达转录因子属于蛋白基因的表达本质上就是转录因子结合到其DNA的启动子区域启动转录。
②广泛地收集和寻找实验步骤
首先可以通过微信搜索因为成熟的实验一般都有公众号进行科普。
然后进行广泛地阅读这一步重点在于对该实验的原理、方法、步骤进行泛读从而对该实验有一个感性认识明白它大概怎么做、步骤是否繁琐、涉及到哪些领域等等。
随后可以寻找该实验是否存在成熟的试剂盒。可以通过多渠道进行筛选a课题组一直在用的b公众号出现频次高的c大牌子的进口的如CST、merk、赛默飞等国产的如碧云天等b多问几个试剂商。然后下载2-3个试剂盒的步骤说明书开始交叉对比研究。
当然课题组有现成的忽略以上步骤直接拿来研究即可。
③精读实验步骤
主要精读1个即可其余1-2个进行对照看看有什么异同。
所谓的精读是指把每个步骤都进行消化吸收而且要在脑子重构出场景身临其境地在你塑造的虚拟空间进行模拟不要放过每一个细节。
举Chip的一个步骤“1.准备适量冰浴预冷的PBS以及100mMPMSF。将SDSLysisBuffer适当温浴使其中的SDS充分溶解并混匀。”
开始模拟你穿上白大褂带好口罩和手套。
第一步准备适量冰浴预冷的PBS以及100mMPMSF。那么PBS和PMSF你买了么放在哪里4℃还是-20℃适量是多少量冰浴预冷怎么做制冰机提前开了么预冷多久足够100mM浓度的PMSF怎么配制配制的话用什么稀释
第二步将SDSLysisBuffer适当温浴使其中的SDS充分溶解并混匀。那么SDSLysisBuffer放在哪里4℃还是-20℃什么叫适当温浴水浴锅提前开了么需要调到多少度温浴多久足够怎么看SDS充分溶解用什么方法混匀是直接摇还是用枪头
看到了没一个步骤蕴含了多少细节要是一个不注意能把你卡死在操作台上。
以上问题全部解决以后大脑模拟如下至少提前一小时打开制冰机。穿上白大褂带好口罩和手套用专用泡沫盒装上冰进入细胞房打开操作台放入实验必须的物品白枪盒、黄枪盒、篮枪盒等开紫外。打开水浴锅调到37℃。从冰箱拿出PBS和PMSF放到冰上预冷。水浴锅加热到37℃后把SDSLysisBuffer放入水浴锅。紫外结束后开台喷酒精把冰盒擦酒精后放入操作台。把SDSLysisBuffer从水浴锅拿出放进操作台拧开盖子观察是否有结晶析出使用蓝色大枪进行混匀。
以上只是一个例子但是这些细节一定要在大脑中演练1-2遍建议把所有步骤的细节都写下来整理成自己的实验步骤。工作是很繁琐的但磨刀不误砍柴功这一步绝对不能懒
翻车点其实吧在这一步很多人都已经偷懒了以为拿到课题组的成熟的实验步骤再去庙里拜一拜就能万事大吉了。客观现实不以人的意志为转移的这么想只能被狠狠打脸因为你拿到的实验步骤是别人的“直接经验”绝对不是完全适合你要记住每个人都有适合自己的实验步骤而这个步骤必须由你自己来提炼。
2开始实践第一次实践观摩为主
拿着自己的步骤小本子开始做实验假设你有师兄师姐带那就以观摩为主。重点在于把你之前在大脑模拟的整个步骤和师兄师姐实际操作步骤进行对比看看有什么差距一旦有疑问马上询问并做好笔记。此外主动地脑补实验步骤比如师兄师姐做完这一步你自己要想下一步做什么甚至提前去准备好下一步所需要的试剂耗材。
这一步叫做主观是否符合客观就是你想的跟实际发生的符不符合
翻车点但是吧很多人比如上文提到的张三在观摩的时候基本是处于神游状态的事后也不及时复盘总结能学得会那都是假的。这种没有目的地盲目实践也是我们要杜绝的。
当然如果没有师兄师姐带略过这一步直接跳到自己动手那一步。
3开始总结第一次总结
实验结束后及时进行总结和更新。比如说你认为的步骤是这样实际上师兄师姐的操作是那样那么主观就是不符合客观了。此时也不要盲从师兄师姐的步骤要去做调查和思考看看其他说明书问问其他老师原则就是实事求是如果确实是你的步骤不对那就改过来并注明为什么不对。
这就是第一次经历过实践的更新迭代此时你的认知已经向前迈出了实质性的一步。
4再实践第二次实践在师兄师姐的监督下亲手操作
拿着自己更新的步骤小本子也好打印出A4纸也行开始做实验此时可以在师兄师姐的监督下开始自己操作。这一步不要奢求一步到位肯定状况连连记住这些错误和卡顿的地方。错误的多少取决于前面步骤你做的功课是否充足心态要摆正这是正常的现象。
5再总结第二次总结
实验结束后再次及时进行总结和更新。这里重点总结自己上手操作的翻车点比如时间安排不合理呀、手法有问题呀、试剂找不到呀等等逐一进行重点反思和总结提高然后更新到你的实验步骤里。
说一个有趣的事情不同人对同一个操作可能会有不同操作习惯比如WB把胶扣出玻璃板转到三明治结构的时候有人喜欢正着扣有人适合反着扣因人而异。这时你需要确定哪个方法适合你没必要一味模仿师兄师姐。
6再实践第三次实践无师兄师姐监督下独立操作
拿着自己更新的步骤小本子也好打印出A4纸也行开始做实验此时师兄师姐已经放手就你自己。同样这一步绝对、肯定还会出各种很离谱的错误同样取决于前面步骤你做的功课是否充足记住这些错误和卡顿的地方。
7再总结第三次总结
同上操作。其实到这一步你可能会发现真正困扰你也就是那几个步骤当然这个因人而异。比如做WB有些童鞋是加样加不好有些童鞋是转膜电极装反有些童鞋是制胶制作不好。那么这个就是你主要解决的问题了主要矛盾分出多点精力用于解决这些问题。
此外如果你能熟练地把步骤基本走完就可以开始再进行提升a这个实验每一个步骤的用处是什么每一个试剂的作用是什么b这个实验的结果怎么分析c这个实验的优点和缺点是什么是否有其他实验进行优势互补
掌握实验步骤是第一层能够弄清楚背后的原理知其然又知其所以然那这个实验你才算是掌握了。也只有清楚后背后的原理才可以很好地从本质去分析一些实验失败的原因。当然如果你学有余力在前面第一步或者总结中也可以适当思考这些问题因人而异。
8无限循环
不断地实践-总结-再实践-再总结值得注意的是这个链条要迭代起来千万不要实验失败了不做总结就无脑地进行重复这样就是假性努力绝对杨白劳这也是李四童鞋一直做不出的最底层的原因战术的勤奋永远弥补不了战略的懒惰
翻车点有实验基础的童鞋可能迭代了4-5次就可以掌握了Chip此时你手头那个涂改N次的实验步骤才是属于你的“直接经验”。但是这是有时效性的可能过一个月某个试剂、某个条件变化了相对应的步骤也得调整。所以得不断地迭代起来不断地让主观臆想符合客观现实这是一个长期工作而不是绝对静止的。
给大家看看我Chip的实验步骤节选 这个是综合了3个试剂盒说明书、加上自己10多次实践迭代出来的属于我自己的实验步骤前前后后折腾了4个月饱含辛酸泪。
其中折腾我最久的是样本超声要求超声后样本不能有气泡且超声后DNA片段长度必须要规定范围内。简单介绍我的分析思路和解决办法
1针对“超声后DNA片段长度必须要规定范围内”通过查资料确定了需要调整的参数只有2个超声强度和超声时间有效时间和暂停时间。看了很多种方案拟定出自己觉得可行的尝试方法确定一个超声强度摸索超声时间。第一次实践过程中我发现我严重忽略了第一个条件“超声后样本不能有气泡”用于测试的样本刚开始超声全部有气泡还没开始就结束了。
2因此我意识到如何避免气泡才是这个主要矛盾的主要方面开始着力解决这个问题。首先去了解气泡产生的原因发现跟超声探头深度和装样本的EP管的稳固程度关系很大。那么解决方案就是我需要自己DIY一个置物架确保EP管足够稳固且置物架还能保持四度低温。然后去测试探头深入液面多深会没有气泡用替代液体测试了好几天才找到合适的条件。实际上我DIY的这个装置估计能搞个实用新型专利哈哈哈不过懒就没做。
3搞定气泡以后摸索超声强度和超声时间就简单多了。所谓解决了主要矛盾就成功了大半。
四、开始瞎聊
看完以上估计大家都有一个感觉学个实验咋那么累摸鱼和躺平不香么我是这么理解的不一定对叠个甲
《实践论》是一种方法论这个应该好理解其实底层也是反映出一种世界观也就是你是怎么看待这个世界的。这个可能命题太宏大了那就聚焦一些吧就是你是如何看待学习和做实验的。
我接触的很多童鞋吧基本都有上文提到的王五类似经历情绪和实验成功率呈现正相关实验成功了就很开心然后就没了也不懂是怎么成功的始终处于感性认识阶段接着实验失败了马上emo自我怀疑可能就去搞娱乐活动安抚自己了并没有深入地思考失败的原因那就更不会分析出可能的改进方案用于下次的实践。
我们再看教员的这句话“社会的人们投身于变革在某一发展阶段内的某一客观过程的实践中不论是关于变革某一自然过程的实践或变革某一社会过程的实践由于客观过程的反映和主观能动性的作用使得人们的认识由感性的推移到了理性的造成了大体上相应于该客观过程的法则性的思想、理论、计划或方案然后再应用这种思想、理论、计划或方案于该同一客观过程的实践如果能够实现预想的目的即将预定的思想、理论、计划、方案在该同一过程的实践中变为事实或者大体上变为事实那末对于这一具体过程的认识运动算是完成了。然而一般地说来不论在变革自然或变革社会的实践中人们原定的思想、理论、计划、方案毫无改变地实现出来的事是很少的。这是因为从事变革现实的人们常常受着许多的限制不但常常受着科学条件和技术条件的限制而且也受着客观过程的发展及其表现程度的限制客观过程的方面及本质尚未充分暴露。在这种情形之下由于实践中发现前所未料的情况因而部分地改变思想、理论、计划、方案的事是常有的全部地改变的事也是有的。即是说原定的思想、理论、计划、方案部分地或全部地不合于实际部分错了或全部错了的事都是有的。许多时候须反复失败过多次才能纠正错误的认识才能到达于和客观过程的规律性相符合因而才能够变主观的东西为客观的东西即在实践中得到预想的结果。但是不管怎样到了这种时候人们对于在某一发展阶段内的某一客观过程的认识运动算是完成了。”
不知道大家看懂了没有也就是说失败本身就是常态我们应该这么去看待世界学习实验和做实验。很多童鞋会有一种思想钢印接受不了失败失败一次就觉得天塌了下来一样抱着这种心态不emo才怪。当然我认为所谓的失败也是有区别的一种是“失败后正确的反思”一种是“败了就败了”前者是有价值的失败后者是无意义的失败。听到不少童鞋说“实验结果不符合预期钱白花了时间浪费了”我认为不一定“如果按照《实践论》的方法论进行失败就是一种财富那是必须经历的阵痛和阶段反之那真是浪费时间和精力。”我一向反对在介绍经验时刻意放大自己的成功经验而忽视失败的经验特别是如何从失败走向成功或者说从成功走向成功的反思和改进当然还有主要矛盾和次要矛盾的混淆这个我后面再说。这会造成很多错觉“成功似乎是一蹴而就的”、“努力就能成功”等等其实危害非常大潜移默化重塑了你的世界观。总结一下我用一个不太恰当的比喻假设掌握一门实验的步骤是间接经验——实践——总结——再实践——再总结——如此循环那么人与人的差距可能在于1间接经验的收集和消化能力所以为什么要多读书扩展视野因为人是无法现象出自己完全没看到或者接触过的东西2总结的能力包括但不限于从实践中抽象出理论找出规律举一反三等。由于以上差距每个人循环的次数也会不同但是吧方法论对了就算慢慢挪那也大概率不会差到哪里去吧。
纵观教员的一生他也是从无数次失败中爬出来的只不过他的知识储备中华五千年历史烂读于心、悟性、毅力等品质不是你我能达到的但是他的思想、世界观和方法论我们是可以学习和借鉴的。所以他谦虚地说他只是一个教员老师没错他是全世界人民的老师。
以上希望大家要有意识地运行《实践论》来指导自己的实验甚至工作和生活。你要问我到底有没有用请参考建党以来所取得的的成就然后建议你去实践。
还有一个问题没回答“学个实验咋那么累摸鱼和躺平不香么”其实《实践论》可能不好回答这得《矛盾论》后面再聊。给一下我的浅显的看法矛盾无处不在不是你躺平就会消失的而且会积累到一定程度必然会激化爆发这种爆发力伤害极大。
五、一些脑洞
学过机器学习神经网络的小伙伴可能会发现《实践论》的过程是不是跟机器学习中的监督学习的过程很相似给定模型一个目标模型为了更逼近目标不断调整自己的参数和网络架构迭代个几百次最终达到不错的拟合效果训练出一个模型。然后又使用模型运用到新一批的数据中再次调整模型参数和网络构建以适应新一批的数据。
那么神经网络的原型是什么是不是我们人脑的神经元及其相互的连接方式因此我们人脑可能就是一个高级的生物预测模型基于我们的数据认知、经历、反馈训练出一个模型用于理解和预测世界由于模型的性能有差异所以每个人理解的世界是不一样的也就是世界观不同。但是呢世界是持续变化的因此模型也需要不断地迭代更新才能适应变化复杂的世界。
说到这有没有觉得好像各个领域的底层逻辑在某种程度上是想通的所谓的哲学上的统一
六、后话
以上都是我自己的理解吧一家之言说错还是我造诣太浅《实践论》常看常新写个笔记做一下抽象和总结也希望对大家有一些借鉴作用。我所带的小组入门第一篇文章就是建议他们去看《实践论》目前来看运用得好的毕业所取得的成果不会太差。
后面有缘再分享我对毛选其他文章的理解及其在科研中的应用吧。
七、推荐的资源
【两万字解读《实践论》唯物主义的知行合一的世界观的构建——从柏拉图到费尔巴哈再到马克思的思维进化【毛选启示录】】
【7000字说清主席实践论如何知行合一上】
【7000字说清主席实践论如何知行合一下】
【研究生入学必读的第一篇文献】
