背诵机器,解剖刽子
迷途游子逐波行, 生物难通夜自惊。 显镜双目难相合, 解剖万般心不平。
数理当年嫌路远, 代码今日悟通明。 只缘未解初心意, 错把他山作故城。
我的大学四年,准确说是三年,基本上是迷茫和随波逐流的状态。这种迷茫是那种与周围环境和自我认知的脱节。坦白说,我并不知道自己想要什么。但身边的同学们都目标明确: 入学就开始为出国做准备。我也因此打算跟着大家一起努力刷GPA,准备GRE,进实验室攒科研经历,然后准备申请出国。我感觉就像是一片顺流而下的叶子,找不到自己的方向,只能任由水流决定去向。
本科第一年,基本就是上课。
中科大特别重视通识教育,所以第一年所有专业的学生都要学习数学、物理和计算机相关的课程。第一年结束后,因为不同专业所学课程差不多,学校允许学生自由转系。虽然叫自由转系,但热门专业的竞争可一点不轻松,需要按GPA排名筛选,最后只会录取一定人数。生物系就是热门选择,所以转进来的同学个个GPA超级高,搞得原本生物系的GPA第一只能掉到十几名。对,你没看错,中科大生物系每年有GPA排名。
中科大生物系还比较特殊, 经历一次五改四。之前生物系是五年制, 在我入学的前几年改成了四年制,也就是说,原本需要五年完成的本科课程,现在要求在四年内完成。然而,尽管学制缩短了,课程内容并没有相应减少,学生需要在更短的时间内完成原本五年的学习内容。因此相较于其他系,生物系的课程负担显得尤其沉重。
这意味着我不仅要学习专业课,物理、化学、计算机、数理统计全都得学。四大物理:力学、电磁学、光学、热力学,一个都逃不掉;四大化学:有机化学、无机化学、分析化学、物理化学,也全得攻克。此外还有计算机原理、C语言、数据库,电路设计,还有微积分,线性代数和数理统计。
有传言说上一届的有些同学觉得课业负担太重,学习这些数理课程没用,最后拒绝参加随机过程课程的期末考试,闹出了罢考事件。不过后来我求证了一个上一届的师兄,他说没有真的拒绝考试,只是大家对这门课提出了不少异议罢了。不过到我们那一级,随机过程这门课真的就取消了。
现在回头看,我其实特别感谢中科大的通识教育,虽然当时真的是被各种课程折磨得头昏脑胀,但这些东西后来真的派上了用场。比如数理统计、计算机和编程,让我在发现自己不适合生物后,作为我转行的基础,快速找到新的方向。还有微积分呢!多年后面试DeepMind的时候,我居然被考到了积分小技巧,真是庆幸当年没偷懒,学得扎实,不然那次面试估计就要掉链子了。想想也是挺神奇的,有些东西当时觉得学了没啥用,结果多年后却成了救命稻草。
随着我的成长,我慢慢意识到知识真的是多多益善。当初我们对学习新东西的那种抵触,现在想想真是有幼稚又可笑。就拿随机过程来说,谁能想到它竟然成了现在最火的图片和视频生成模型——扩散模型(Diffusion model)的基础知识!扩散模型是一种基于概率的方法,利用噪声一步步扰乱数据分布,然后再通过逆过程把数据还原。要理解这个过程,随机过程知识不可或缺。说白了,随机过程教我们怎么在数据中加噪和去噪,这可是扩散模型的核心玩法之一。有些东西我当时不理解它的用处,未来却可能成为改变命运的关键,这就是知识的神奇之处!所以,当我后来意识到这一点之后,我对待新知识的态度就彻底变了——不管它看起来多么冷门、多么没用,我都会保持开放的心态,愿意去了解和学习,哪怕暂时派不上用场。毕竟,永远不知道哪天它会突然成为生活中的关键道具,就像游戏里随机捡到的装备,总有用得上的时候!
换个角度来看这个问题,任课老师也有不可推卸的责任。毕竟学生因为阅历少,很多时候想问题难免有点短视,意识不到某些学科知识的重要性。如果老师上课只会照本宣科,那真的会进一步摧毁学生对这门课的兴趣。还有些老师会通过点名逼迫学生来上课,把学生对这门学科的不感兴趣彻底变成了一种痛苦。我记得我们的线性代数老师就是念书机器,上课完全照着书念,我当时听得云里雾里,现在更是一点也不记得了。多年后需要用到线性代数时,我只能从头自学。但我们的微积分老师就完全不一样了,他讲课特别有趣,把微分和积分比喻成脱衣服和穿衣服,每次用这个比喻还故意装出一副害羞的样子,逗得全班哈哈大笑。所以即便多年不碰微积分,当我面试被问到积分问题时,我还是能把当年学到的知识迅速用上,真得感谢这位老师,把知识真正刻在了我脑子里。所以在我的人生旅途中,每当我有机会给别人讲课时,我都会认真对待。因为对讲台上的我来说,这可能就是一堂普通的课,但对下面的学生来说,却可能是影响他们以后人生的重要转折点。
后来我到美国UPenn读博士,前两年需要修读很多专业课,这是我第一次深刻感受到中国的填鸭式教育与美国启发式教育之间的差异。美国的老师上课不会照本宣科,甚至没有固定教材,只会推荐几本参考书供学生课后自学。知识的传授方式也不再是直接灌输,而是通过与学生互动来展开。课堂更像一个讨论会,甚至是辩论会。老师会先提供背景信息,然后抛出问题,引导学生思考。学生可以随时打断老师提问或表达自己的观点,而老师会根据问题引发更多层次的讨论。刚开始,我对这种模式非常不适应。没有教材或大纲让我觉得课堂内容过于松散,抓不住重点。然而,当我逐渐参与到讨论中后,我发现自己对问题的理解更深入了,因为我跟着老师主动思考,而不是被动接受知识。这样的学习方式让我在课后阅读参考书时,许多知识点自然就融会贯通,水到渠成。
除了这些非专业课之外,我们还有很多生物相关的专业课。最开始是动物学和植物学,这些学科听起来很有趣,但当我真正开始学的时候,才意识到生物学其实更像是一门文科,大量的内容都需要记忆和背诵,而并不像我之后接触到的计算机那样,充满逻辑推理的乐趣。比如动物学中的分类体系:界、门、纲、目、科、属、种,以及它们从高到低的顺序。这些名词看起来只是几个简单的字,但对我来说真是过目就忘,感觉就像用水画出的图案,一转眼就消失得无影无踪。因为这些知识点没有太多内在的逻辑性,为什么这个类别要成为种?为什么种是比属更低的类别?如果问老师,他会说:“没有为什么,前人就是这么定义的,记住就好了。”动物学考试的第一题就是默写动物分类系统,我自然也没答对。入学的第一次考试就让我意识到,我可能并不适合这种纯粹靠记忆的学科。
植物学也差不多,比如草本植物和木本植物的区别,到现在我还没彻底搞清楚。我还记得老师讲过很多关于叶子形态结构的知识,用来进行植物分类。要是这些知识是科普内容,我可能还挺感兴趣的,但一旦变成考试的背诵内容,我的兴趣就立刻消失得无影无踪了,实在是提不起劲!
第二年生物相关的专业课和实验课开始增多。生物化学、分子生物学、生理学、神经学、免疫学等等,依旧是需要大量记忆的课程。每一页课本都像是一个巨大的信息库,充满了需要死记硬背的知识点。
还记得生理学的期末考试之前,老师直接告诉我们最后一道大题,要考肾脏的整个工作机制。我那时足足背了两天,怎么也记不住,最后只能无奈放弃。为了让你体验一下当时的痛苦,大概就是下面这些内容。当然,实际考试的内容比这还要细致很多。
肾脏的滤水过程主要由肾小球和肾小管的协同作用完成。首先,血液通过入球小动脉进入肾小球,血压驱动下,血液中的水分和小分子物质(如电解质、葡萄糖、氨基酸、代谢废物等)被滤过肾小球的基底膜,进入肾小囊,形成原尿。肾小球滤过过程是一个物理性滤过过程,依赖于毛细血管内的静水压、胶体渗透压和囊内压的相互作用。基底膜和足细胞裂隙隔膜作为滤过屏障,选择性地保留大分子蛋白质和血细胞,阻止它们进入原尿。接下来,原尿进入肾小管系统,包括近端小管、亨利氏袢、远端小管和集合管。在近端小管中,约70-80%的水、钠离子和大部分的葡萄糖、氨基酸通过主动和被动转运机制被重吸收,能量主要依靠钠钾ATP酶提供。亨利氏袢的降支对水高度通透,而升支则对钠、氯离子有主动重吸收作用,这种逆流倍增机制有助于维持肾脏的渗透梯度。远端小管和集合管在抗利尿激素(ADH)和醛固酮的调控下,进一步调节水和钠的重吸收,以维持体内的水和电解质平衡。最终,代谢废物和多余的水分被浓缩成尿液,通过集合管进入肾盂,再通过输尿管排入膀胱。整个过程充分体现了肾脏在维持体内稳态、调节水和电解质平衡中的复杂而精密的功能。
再举一个生物化学的经典考查知识点,细胞能量转化的生物化学机理,让你感受一下。当然这只是简化版本,实际考试内容会比这个更加细节。
当人体摄入淀粉后,淀粉在唾液淀粉酶和胰淀粉酶的作用下被分解为葡萄糖,葡萄糖通过GLUT转运体穿过细胞膜进入细胞内。随后,葡萄糖通过糖酵解途径在细胞质中被转化为两分子丙酮酸。糖酵解过程包括多个步骤,其中葡萄糖首先在己糖激酶的作用下被磷酸化生成葡萄糖-6-磷酸,随后在磷酸果糖激酶的催化下形成果糖-1,6-二磷酸,经过一系列酶促反应最终生成两分子丙酮酸,同时生成少量的ATP和NADH。丙酮酸进入线粒体并通过丙酮酸脱氢酶复合体氧化为乙酰辅酶A,乙酰辅酶A进入三羧酸循环生成NADH和FADH2。这些还原当量通过位于线粒体内膜的电子传递链驱动质子泵,形成质子梯度,最终通过ATP合酶生成ATP,为细胞提供能量。ATP随后被水解为ADP和无机磷酸,释放能量以供细胞各种生理活动使用。
对我来说,每次考试前我甚至能猜到哪些知识是一定会考查的重点,但背这些东西真的是一种折磨,最后考试还是没法答对或者答全,让我开始怀疑选择生物学是否是正确的决定。
我之所以觉得生物更像文科,是因为很多知识点都是建立在前人的发现基础上,缺乏可以推理的内在逻辑。比如,为什么细胞偏偏要用ATP作为能量载体?没人能给出一个确切的为什么,如果有一个造物主的话,造物主就是这样创造细胞的,所以这些知识只能死记硬背。这跟数学完全不一样,数学有很强的逻辑性,通过几个简单的公理就能一步步推导出更多的结论。而生物呢,是一堆就是这样的事实,只能接受并背下来,这让我感觉非常累,甚至有些无奈。更别提生物领域的发展速度有多快了,很多教科书上的内容,过几年可能就被推翻了。就拿DNA修复机制来说吧,之前教科书上讲的理论看起来很完美,结果几年后科学家们又发现了更多的未解之谜。这感觉就像生物学一直玩捉迷藏,教科书上的知识总是不断变化,我辛辛苦苦背下来的那些,可能只是个不准确的过渡版本而已!
除了书本知识的背诵对我是种折磨,生物实验课对我更是种挑战。
第一个挑战是使用显微镜。老师教我们双目视镜(binocular vision) ,即用双眼看显微镜,这是显微镜使用的基本功。正常情况下,双眼通过显微镜看到的画面稍有差别,但大脑会把这两个图像处理后重叠为一个清晰的整体。所以,虽然看到的是两个稍微不同的视角,但大脑会自动将它们拼接起来,形成一个完整的图像,这种方式能够增加观察的立体感和清晰度,对于显微镜使用的基础训练是非常重要的。这个基本技能对其他同学来说似乎不是什么难事,但对我来说却是一个巨大的挑战。无论我怎么调节显微镜,无论我多么努力,看到的始终是两个无法重合的图像,仿佛我的大脑拒绝合作。我不禁在想,为什么别人都能轻松做到,而我却总是看到一个分裂的世界?
接下来还有一个进阶版本,老师还要求我们把显微镜下看到的图像画下来,也就是一个眼睛看显微镜,一个眼睛看画纸,两个眼睛还得同时睁着,这样就能一边看一边画,不用在显微镜和画纸之间来回切换。听起来是不是很简单?对其他同学也许是,但对我来说简直比登天还难!两个眼睛一个看细微的细胞结构,一个看画纸,脑子还得同步处理,我开始怀疑自己的生理构造就和被人不一样, 无法正常使用显微镜。
第二个挑战是生物解剖课。一学期的解剖课,对我内心带来了前所未有的冲击。我们解剖的有些是浸泡过福尔马林中的标本,但有些则是活生生的生命。每一次牺牲鲜活的生命,我都感到强烈的不安,那种冲击和内心的不安难以言喻。之所以说是牺牲,这是在生物学上的术语,用来指代实验动物的死亡。说来也有点讽刺,生物系还专门立了一个墓碑给这些实验动物,纪念这些小生命的为人类科学探索的牺牲。
第一次解剖活的动物,是蟾蜍。解剖前先要用穿刺法牺牲蟾蜍,用解剖针从蟾蜍的脖子某个地方插入,捣碎其大脑,结束它的生命,然后再进行解剖。一开始的时候,我只觉得有些抗拒,甚至有点恶心,然后夹杂着不忍和深深的内疚。
然后是小白鼠。牺牲小白鼠,有一种常见的生物实验操作,叫做颈椎脱臼法。简单来说,就是一只手抓住小白鼠的脖子,另一只手抓住它的尾巴,用力一拉,使其颈椎脱臼。这种方式被称作快速无痛的死亡手段,但对刚开始的学生来说,操作并不总是那么准确。如果操作不当,无法立即结束小白鼠的生命,反而让它陷入一种半瘫的状态。我至今难忘那些没能顺利结束生命的小白鼠,后肢瘫痪,用仅存的前肢在桌面上艰难地爬行的样子。这种痛苦的情景深深刺痛了我的内心。
接着是兔子。空气栓塞实验,是通过兔子的耳缘静脉注射空气,当空气被注射到静脉中后,会在血管内形成气泡,阻碍血液循环,尤其是当气泡进入心脏或肺部时,会引发致命的循环系统障碍,导致动物死亡。我清晰地记得兔子在实验台上不停蹬腿挣扎的样子,给我带来的空前的绝望感,至今让我无法释怀,我开始对自己是否要继续学习生物产生了怀疑。
然而,最让我无法接受的,是关于兔子的听觉系统实验。理论上,这个实验需要对兔子进行麻醉,之后再打开它的脑壳,接入电极来观察它的听觉反应。然而,很多时候老师只是凭借兔子的体重粗略地计算麻醉剂量,根本不够精确。实验时间往往很长,有时兔子因为麻醉不足或时间过长而在实验过程中苏醒。我永远忘不了那些兔子在脑壳被打开的情况下突然苏醒、开始挣扎的场景。它们拼命挣扎,甚至试图逃离冰冷的实验台,这种对生命的粗暴对待,彻底击碎了我对生物实验科学的理想化幻想。原以为科学是一条探索真理的道路,但在这些实验中,我感到的更多是对生命的漠视与无情。
在这些实验中,我们通常是两三个人一组。面对如此残酷的实验,我实在难以继续下去,多数时候只能让同伴完成。我站在一旁,内心充满着不安和无力感。每次看到那些生命在我们手中消逝,我的心里就像压了一块巨石,沉重而痛苦。这段经历,至今仍是我本科学生时代最黑暗、最具挑战的一部分。在这些实验中,我感受到专业学习与自我良知之间巨大的冲突,也开始思考自己生物专业这条道路的选择是否正确。
总的来说,我本科的前两年专业课的学习是很痛苦的。进入生物专业开始学习,我才发现生物学的内容枯燥乏味,充满了大量需要死记硬背的知识,而这些正是我的短板。另外,实验课也给我带来了很大的心理冲击。
其实第一年结束,我有过转系的念头。可是那时候的我还抱有一种幻想,觉得自己只是还不够努力——也许多逼自己一点,再坚持坚持,就能打开生物学的美妙之门。这是一种典型的自我安慰式执着,我一直觉得自己对生物的兴趣可以慢慢培养,试图逼着自己在没有感觉的事情里找乐趣,总觉得兴趣是可以培养出来的。但是事实证明,强迫自己喜欢不喜欢的东西,就像一段无感的恋爱,勉强走下去,最终也只是带来更多失望和消耗。
在随后的成长中,我才慢慢开始明白:与其外求,不如向内看。与其苦苦逼自己适应,不如倾听内心的真实反应,找到一个自己真心热爱的方向。就像找到一段真爱的关系一样,只有那份内心的自洽和笃定,才能支撑起长久的动力。没有真爱,逼自己喜欢,最终大概率就是分手。
不逼自己去适应那些不合适的东西,勇敢去寻找真正热爱的事物,才是长久之计。当我学会去倾听内心的声音,去追寻那种与自己自洽的状态,才发现原来人生真的可以过得更轻松、更充实。不再因为周围的人都在奔跑而去疲惫追赶他们的脚步,专注找到一条属于自己的路,走得踏实而笃定。
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