我的导师戴维森

文

赵民

引言：约翰·戴维森(JohnFrankDavidson,FEng,FRS)，英国皇家学会会员，曾任剑桥大学化学工程系主任十八年(-)，壳牌化工教授。戴维森教授被誉为“流化床之父”(FoundingFatherofFluidization)，早期开创流化床反应器(FluidizedBed)[1]的研究，研究成果成为经典理论并在年汇聚成奠基专著《FluidizationParticles》而被后人广为引用。作者在-师从戴维森，成为第一位在戴维森教授指导下学习的中国博士研究生。

约翰·戴维森(JohnF.Davidson)

我是到剑桥之后才选定导师和课题的，决定跟戴维森做课题有些“无奈”，本来我是想做与生物发酵相关的研究，延续国内本科专业。跟戴维森做研究课题，对我这个化工底子薄弱的本科生来说有些“高攀”，因我本科的课程基础与研究课题知识要求差距较大，对自己在三年左右能否完成博士论文持怀疑态度。我把当时的顾虑与我导师的博士后，刚从印度孟买大学来剑桥的奈阮金博士后(Dr.K.Niranjin)，谈了之后，奈阮金告诉我能跟戴维森做研究是百年不遇的机会，是很多化工学生求之不得的。戴维森作为世界顶级化工学家，研究经验丰富，科研思想超前，就看我们能吸收多少。另外一个来自非洲的博士后也有同样的看法:“你能把戴维森的思想带回中国，现在任何艰苦都是值得的”。于是，我就抱着这样的信念“赶鸭上架地”开始了研究生学习生涯。我“吸收”导师的学识主要通过“个人辅导”(supervision;或翻译为“一对一”辅导，为剑桥大学教育体系优势之一，类似我们提倡的“因材施教”)。只要导师不出差，我每周都会与导师见面深谈三十分钟。第一年我上化工系大四专业课程，补基础知识，有些不会做的题目，导师和我一起做题。辅导内容主要还是对研究课题遇到的问题进行答疑。我会在辅导前的半天总结这一周试验课题中遇到的问题，通常准备3-5个问题，并按需要解决的轻重缓急列出来。导师与我面对面，一起分析问题。导师每次用A4纸张，记录下他的思考和推论过程，他口袋中总是有个小卷尺，需要时拿出来在纸上按尺寸画试验图或气泡的大小。我试验中的试验数据，观察现象和遇到的问题也激发导师的思考，我们在一起推算、讲解。最后形成的结论，如果导师觉得有价值，他也会复印一份自己保留，把演算的A4纸给我，做为我下一步的指导。三十分钟往往解决不了所有问题，我只能捡最重要的问，时间一到，剩余问题只有下次再讨论。辅导结束后，我会对刚刚讨论的问题进行消化，准备接下来的试验设计或做验证。每次辅导，我都视为极为宝贵的学习过程；每个深入的探讨，对自己来说都是一种进步；知识慢慢的积累直至有阶段性成果出现，最后汇集成完整的科研论文。关于导师的思想，也许是老一辈剑桥教授们的通用特点，让我印象最深刻的一是点子多，二是把复杂现象简单化和数学化。点子，是原始思路，解决问题的方法，遇到问题想点子。正是因为点子，开辟一些巧妙的试验设计。如在我的试验中用电子秤秤重气体在液体中的溶解量和速度。当然在这个过程中遇到多种需要解决的问题，其中一个是重量是否可以通过悬浮的气体传递到电子秤上？我们通过把乒乓球吹起来，一个悬浮转动的乒乓球的重量是可以通过气体反映到秤上的。自然界现象大多都是复杂的问题组合，如何“拨云见日”看到问题的本质，通过假设条件撇去杂像干扰，是非常高智商的活动，因为你需要在众多的相关因素中分清主次。通过划“边界”(boundary)，巧妙的提出假设将问题简单化，把现象的范围，即最高、最低或最大、最小边界计算出来。是，是计算出来！用数学公式将问题进行描述。举个我们初中学过的自由落体运动为例，就是把空气阻力视为零，才得出任何重量的物体，无论形状，体积，比重（无论是铁球还是羽毛）都会同一时间落地，之后再推导出数学公式，再通过试验验证。一个数学公式，在特定条件下的应用，可能会上升到理论。一个半圆形气泡(sphericalcap)在水中的上升速度，只与“当量半径”有关。这公式也被剑桥教授用在计算原子弹爆炸后，根据照片上蘑菇云的尺寸，计算蘑菇云的上升速度。发现规律，并灵活地运用数学公式表达规律以解决自然现象中复杂的实际问题，是我佩服剑桥科研大佬们能力的所在。学期内，系里的学术交流(seminar)分为本科生毕业课题汇报、研一成果汇报、博士答辩前成果汇报、访问学者讲座等，这样基本上每周都有至少一至二次公开的讲座，大家自愿参加。正是因为这些讲座，让我们能了解不同小组的科研成绩。大家都对他人的科研感兴趣，热忱地和你讨论甚至帮助你推导，系里的学术氛围相当浓厚。跨小组，跨课题的“思想碰撞”，往往会产生意想不到的点子或发现解决问题的方法。在一次讲座中，导师戴维森总结了“剑桥十年鼓泡床研究成果”(TenyearsbubblecolumnresearchinCambridge)，并结合几个博士生的科研成果，展示了对鼓泡床反应器(BubbleColumn)[2]的系统研究。从气泡形成、分布、混合、传质吸收等各个方面进行规律研究和“数学化”。这也是导师在化工系被我们戏称为“气泡教授”（BubbleProfessor)的缘由。在学术会议上，搞气泡研究的学者很多，但当人们知道你来自剑桥，会羡慕：“哦，你是剑桥的气泡”！为了放大试验验证，化工系将实验楼负一楼到二楼的楼层打穿，建立了三层楼高、直径1米的双柱循环鼓泡床反应器。操作这个设备需要三到四人，且需要使用对讲机协调试验。可见化工系为验证反应器放大效果而做出的努力。世界最大发酵塔为鼓泡床，英国帝国化学公司ICI(ImperialChemicalIndustries)曾用这个发酵塔以甲醇为原料发酵生产单细胞蛋白作为饲料蛋白。当时在国内学习发酵设备课时老师时常提起这个发酵塔。来系里第三年时，在系资料室读到这个发酵塔是导师戴维森设计的，这才明白为何化工系发那么大功夫建三层楼高的鼓泡床试验装置。我在国内的名义导师江南大学王教授，中国发酵设备的前辈，在剑桥化工系做短暂访问时，非要让原在ICI工作过时在化工系的老师Dr.JohnDennis，陪他去参观他仰慕已久的世界最大发酵塔，虽然由于经济问题当时此发酵塔已经停止运作。

年代，戴维森在化工系中试车间向菲利普亲王演示“流化床”

尽管出国参加会议的费用是常常需要考虑的问题，但是导师总是鼓励研究生去参加与研究课题相关的学术会议，也鼓励研究生把研究成果发表于学术会议。记得自己研一时去米兰参加欧洲流体力学会议，和研三在剑桥参加类似会议时，对于发表研究成果，导师总是鼓励把最新的研究进展呈现给听众，而不是拘泥于展示已经写在论文中的内容。相对于杂志的发表文章，学术会议文章没那么正式，大多是正在进行中的阶段性成果。权威的正式杂志如化工科学《ChemicalEngineeringScience》，《AIChEJournal》上的发表文章，逻辑相对严谨。导师鼓励学生写一篇完整的“有分量”文章，而非将文章拆分成几篇文章。重质量而非数量，把最精华的、最重要的成果在有限篇幅内，用简练易懂的文字和图表表达清楚，这也是我从中学到的重要一课。我博士论文本可以分成三篇文章发表，但导师最终让压缩成一篇不超过八页，图表限制六个的论文。导师的文章常常被引为“经典”，原因正在于此。导师在退休后又“返聘”，继续在化工系工作，帮助年轻导师一起搞科研。每天还是骑自行车来往化工系、三一学院，参加讲座和外国讲学访问活动。新的系主任和师生们对这位老泰斗非常敬重，导师成为化工系的“一宝”，你可以经常在茶歇期间，看到导师饶有兴趣地与其他老师或学生进行学术讨论。年初，化工系在茶歇时间为导师的九十岁生日举办了一个非正式聚会。在每个成员生日当天，茶歇的时候，大家聚在一起分享蛋糕、送小礼物，成为化工系的一个传统。正式的纪念形式是邀请国内外化工新老同仁回系里，举办半天的“戴维森讲座”（JohnDavidsonSymposium，