文章目录
  1. 1. 准备工作
  2. 2. 实验
  3. 3. 机遇
  4. 4. 假说
  5. 5. 想象力
  6. 6. 直觉
  7. 7. 推理
  8. 8. 观察
  9. 9. 困难
  10. 10. 战略与战术
  11. 11. 科学家
  12. 12. 总结

陈校长的悦读经典计划开出了一个非常不错的书单,包括了各个学科的经典书籍,经史子集,诸咸皆备,感觉可以看上两三年的了。这次抓到一本《科学研究的艺术》,看名字挺6的,于是借来看了看,有一些启发,可以与读者分享。

本书的作者是剑桥大学的一个动物病理学教授,名叫贝弗里奇,所以说本书几乎所有的具体例子和一些论述都是关于生物学,病理学的,作为非此专业的我们来说,只需要理解其基本思想即可。

书中论述的几章包括,准备工作,实验,机遇,假说,想象力,直觉,推理,观察,困难,战略战术,以及科学家本身。

下面将扼要描述下每章的重要思想。

准备工作

过多的阅读可能会损害创造力,旧的成见对于新的见解的产生可能有妨碍作用。原因可能如下,当满载丰富知识的头脑思考问题时,会不自觉的偏向于相应的知识,如果这些知识能够解决问题,那么很好,如果无法解决,那么可能会这些知识可能会使得头脑很难想象出一条新颖独创的路。拜伦写道,“要有独到之间必须多思少读,但这是不可能的,因为在学会思考之前势必先已阅读.”。(窃以为,完全不阅读也是不可能的,否则无法产生思考的方向,也不知道问题的进展,缺乏一些必要的基础知识等都会使得问题的解决走一些弯路,甚至无法开展。)
解决这个问题的一个办法即为批判式阅读,用阅读来启发思想,而不是填满思想。尽信书不如无书。
成功的科学家往往兴趣广泛,因为他们更容易将有关联的观点联系起来。
对于普遍规律具有清晰的概念,而不是把它们当成一成不变的法则,对于创造性思维来说,见森林比见树木来得更为重要。
略读。文章的索引卡片。
阅读一些科学伟人的生平著作,参加科学会议是很有帮助的。

着手研究问题:

  • 决定研究的题目。最好在实验室的研究范围内选择题目,就能够得益于老师同学的指导和关注。初学研究工作的人最好选择一个很可能出成果的题目,而又不超出其技术能力。
  • 明确这方面已经做过哪些研究。表现为对有关文献的充分研究,即所谓的“调研”阶段。(这里有作者在书中反复提到的一句话:“把人们观察到的现象同人们对这些现象的解释分开”。)
    整理资料,弄清资料之间的相互关系并试图规定课题等做法在这一阶段都是有益的。
  • 形式化。这一阶段,研究人员可以将课题分割成若干公式化的问题,即所谓的形式化,并开始从实验入手。准备工作阶段,应注意寻找现有知识上的空档,不同作者报告中的差别,一些矛盾和线索等。
  • 实验。实验的成功与否主要取决于准备工作的细致程度。一流科学家一般实现对课题加以周密思考,并将课题分成若干关键问题,然后精心设计为这些问题提供答案的实验。(我对这点深有同感,以前跑实验经常会过于随意,想着反正有机器,有时间,一旦实验结果不满意,变换一下实验设置又会马上重新跑一下,直到遇到比较好的结果,这种毫无头绪的搞法无形中浪费了许多时间,实际上实验应该是用来验证某些猜想,回答某些问题的,过多盲目的跑实验那是数据竞赛做的事。在一定程度上,设计实验也是一门艺术。)

实验

应该尽可能地在研究工作的开头做一项简单的关键性试验,以判断所考虑的主要假说是否成立。
一次成功的实验,最基本的条件就是能够重现。
做实验时,在技术要点上采取极其审慎的态度是非常值得的。
对实验工作的全部细节进行详尽的记录是一条基本而重要的原则。
实验有时也会给人以十分错误的印象,最常见的原因是因为技术上的错误,所以实验人员应该对自己的技术规程掌握透彻并极端熟练,才能够真正信赖实验结果。

机遇

这一章主要论述机遇在科学发现中的作用,并且举了许多机遇导致重大科学发现的例子(主要是生物学),具体例子不再细说,只是我们可以提取的信息是,在实验出现异常情况的时候,不要让异常结果从我们的眼皮底下溜过去,因为有时候异常情况往往催生了新的发现。由于以重要线索为形式的机会并不多见,所以需要做好准备,保持敏锐的观察力,保持警觉。如何解释线索也很重要。

光有上面这些还不够,很有可能对于某个发现,我们不能对其做深入研究,比如弗莱明早在1929年就发现了青霉素的粗制剂,但是没有能够制成一种治疗用的药物,知道后来弗洛里才将青霉素发展成药物,从而挽救了众多的生命。
缺乏应用,遭到冷淡和反对,这些都是一个新发现可能会遇到的阻碍。
总的来说,保持想象力,鉴赏力和对一切未经解释的观察和现象进行思考的习惯裨益甚多。

假说

假说是研究工作者最关键的一种思想方法,许许多多的实验与观测都是针对验证假设来的。
当第一次实验或观测的结果符合预期的结果时,实验人员还需进一步地确认,从实验中搜寻证明,方能够确信自己的设想。(这可能是因为,实验的步骤中,可能会出现各种各样大的或者小的错误,还有可能假说只在特定的实验条件下才会成立的缘故。)
当第一次实验或观测的结果不符合预期结果时,有时可以用一种起澄清作用的补充性假说来适应矛盾,即增加条件。
须知:

  • 不要抱住已证明无用的设想不放。
  • 在实验或者观察时,需要保持客观态度,保持使自己的意见和愿望服从客观事实,客观证据的习惯。
  • 对设想进行批判的审查。
  • 对错误的观念应避之三舍,因为一旦相信了某种错误的设想之后,即使观察到了矛盾的事实,你也不会放弃它,知道提出了更符合新事实的假说才会被丢弃。

想象力

也许,一个训练有素的思想家的主要特点在于,他不在佐证不足的情况下轻易做出结论。
反复思考某一个问题,给予有步骤的和连贯的考虑,这可能比让其任意在脑海中自由运行更有效率,当然,自由地运行也有其作用,也是必不可少的。
如果具有有关学科甚至远缘学科的广博学识,那么产生独创见解的可能性就越大,这是因为,独创性常常在于发现两个或以上研究对象或者设想之间的联系或者相似之处,而原来以为这些对象或设想彼此没有联系。(学科的交叉常常能有意想不到的收获,比如统计物理学与优化理论的结合,产生了模拟退火算法,生物学与优化理论的结合,产生了遗传算法等等,相应的,在同一学科中也常常可以实现这种交叉,比如,常常首先出现两种解决方法,双方的优劣都很明显并且互补,这时,将二者统合,取长补短,又能够形成一种新的解决办法,从而使得效果提升或者效率提升,从而领域又得以推进)
其实,不管其起源如何,绝大多数的假说都被证明是错误的。但是不能因为怕犯错误就不去发现,谨小慎微的科学家既不犯错误,也不会又发现。
科学家的好奇心,通常表现为探索对他所注意到的,但尚无令人满意解释的事物或其相互关系的认识。科学家有一种强烈的愿望,就是寻求其间并无明显联系的大量资料背后的那些原理。
认识到困难或难题的存在,能够激励设想的产生。
学术讨论在以下三个方面对创造性思维活动有着促进作用:

  1. 别人可能提出有益的建议
  2. 一个新设想可能有两三个人集中他们的知识或设想而产生
  3. 讨论也是揭露谬误的有效方法
  4. 给人激励与鼓舞,是认真做
  5. 帮助人们摆脱已经形成的,事实证明无成效的思想习惯,即摆脱条件限制的思考

与实验室同仁们三五成群共进午餐能够获得大量机会进行一些非正式的讨论,也可以交流各自的兴趣与问题,热情是富有感染力的。

有时对一个问题思考过久,有可能重复同样的思路,或者钻入牛角尖。这时,我们可以采用两种方法:

  1. 把问题暂时搁置 (有时候对一个问题百思不得其解,可以适当地先放一放,等到过一段时间再来接触时,往往有新的进展或发现)
  2. 同别人讨论,或是向领域外的人讲述你的工作

直觉

作者列出了一些有利于产生直觉的条件:

  1. 对问题持续自觉思考以作思想上的准备
  2. 防止注意力分散,多数人必须不受中断与干扰
  3. 直觉经常出现在不研究问题的时候
  4. 通过诸如讨论,批判阅读和写作等与他人的思想接触,对直觉有所促进
  5. 直觉来去无踪,最好用笔记记下来
  6. 不利影响还有:脑力和体力的疲劳,对问题工作过度,琐事刺激和噪音

在科学研究中,我们的思维和行动常常受限于我们的科学鉴赏力,即常常不得不受以鉴赏力为依据的个人判断的指导。

推理

作者认为,推理不能产生新发现,但是作者应该指的是纯粹的推理不能产生新的发现,而在事实或者实验,观测基础上做一定的推理则有可能产生新的发现。而且推理在科学研究中也起到了巨大的作用,为此,作者在后面单独叙述了一节。
少使用未经证实的假定。
人们很容易抗拒那些不符合自己看法的观点。科学家绝不能容许自己的思想固定不变,不仅见解不能固定不变,而且对待当时流行观点的态度也不能一成不变。
任何公认的观念或“确立的原则”,一旦不符合观察到的现象,都不能视为毋庸置疑。
类比法很多时候作用很大, 但是也常使人误入迷途。

观察

“知识来源于对周围事件中相似处和重现情况的注意” – 特罗特
观察者往往不自觉地产生谬误。
有效的观察是指注意到某个事物,并通过将它和某个注意到的或已知的事物联系起来,赋予其意义。
观察到一切是不可能的,所以选定范围很重要,但是不代表我们需要忽略其他现象,尤其是特殊现象。

困难

批判的思想方法和怀疑态度之间是泾渭分明的。我们所追求的是正直,客观的判断佐证,尽可能摆脱成见,尤其是没有事实支撑的成见,佐证不足时不宜轻易下结论。
研究的愉快比在于研究本身,因为其它方面的利益收获都是靠不住的。
人们对新设想有抗拒心理。

战略与战术

关于应用研究和纯理论研究各有什么价值,引起了一些争论。
战略与战术针对的是研究计划而言,第一种是研究工作的实际处理,比如跑一两个实验,这相当于战争中的战术,第二种是时间较长,规模较大的计划,称之为战略。第三种则是研究方针的计划,主要由一些委员会来管。
在决定了研究方向以后,也不应埋头苦干像一匹拉车的马,只见脚下的路而不见路旁的景色。也不应只见树木,而要常常见见森林,在全局上有一些把握。

关于纯理论研究和应用研究,作者认为这种分类较主观,不太严谨。通常所谓应用研究指的是,对具有实际意义的问题进行有目的的研究,而纯理论研究则完全是为了取得知识而取得知识。
在应用研究上,人们支持的是项目,而纯理论研究中,人们支持的是人。
许多新发现自应用研究而来。通常应用研究比纯理论研究更难出成果,因为研究人员必须坚持解决既定任务而不能随意追踪可能出现的、有希望的线索。并且,在应用研究方面,大多数的领域已被人探索过,很多简单的,显而易见的问题已被解决。
要解决实际问题,仅仅应用现有知识是不够的,我们经常会发现知识中需要填补的空白点。在应用研究中如果只限于解决现有问题而不去努力理解其内部原理,那么这种解决方法可能缺乏普遍意义,只能解决局部问题。
总的来说,我们既需要纯理论研究,又需要应用研究,二者是相辅相成的,互相促进的。
科学研究又分为探索性研究和发展性研究,相信我不说读者也能理解它们的意思。前者比较自由,富于冒险,有时重大发现,有时一无所得。而后者通常由按部就班,一丝不苟的科学家来做,他们安于巩固已有进展,在已开辟的领域取得小的进展,并通过付诸应用来充分利用已取得的成果,又称为“安全第一”的研究。不过,据我观察,大多数的研究应该算是后者,真正有成本,有人力去发展基础研究的机构相比于广大的发展性研究者来说显得有些小。

“边缘”研究指的是在两门学科交接领域内进行的研究,科学家如果有广泛的科学基础,能够运用并联系两种学科中的知识,则很容易出成果。甲学科中一项普通的事实,原理或技术应用到乙学科时,可能非常新奇而有效。

一切科学上的进展都是以先前的知识为基础的。
有的时候,决定一项研究的基本思想是来自应用或移植其它领域发现的新原理或新技术,这种取得进展的方法称为“移植法”。其有效,简便,在应用研究中用的最多。利用其他学科中采用的新技术是移植法的一种重要形式,所以说我们不应该对研究领域之外的至少是重大发展的技术毫无了解。
对于一个复杂过程,有时把这个过程分解成若干组成部分,分别加以考虑,这种方法常常很有帮助。
进行科学研究并无一定规律可循,研究人员应发挥自己的聪明才智,创新精神和判断能力,利用一切有用的方法。
经验给我们证明,充分理解了问题,就几乎一定能发现有用的事实。
当人们处于绝境时,另一个可以尝试的方法是:从头开始,从不同的角度看问题,找出新的途径。或者是与人讨论。
一般说来,研究一经开始,研究人员就应竭尽全力去完成,不宜频繁改变自己的任务,那样往往一事无成。
对研究的问题最好能定期回顾。但是,未获重要成果的研究工作则不宜发表,也不宜发表未得明确结论的研究工作,它使得科学期刊质量降低,并影响作者在有识之士心目中的声誉。
科学研究的一般战略是,研究时具有明确的目标,但同时保持警觉,注意发现并捕捉意外的时机。

科学家

对于科学家来说,两条最基本的品格是对科学的热爱和难以满足的好奇心,但是光有这些还不够,聪明的资质,内在的干劲,勤奋的工作态度和坚韧不拔的精神都是必不可少的要素。
普通的考试并不足以判断研究能力的强弱。
人大体分为两类,一类人惯于对外界的影响起强烈的反应,不轻易接受现成的思想,习惯对别人教给自己的一切提出疑问;第二类人则习惯接受正规教育所传授的知识,更容易适应生活,他们头脑里充满了公认的观点和固定的看法,凡接收知识首先默认他们是对的,作者认为,这类人或者接近这种被动型的人不适于从事研究工作。
并不是所有人都能从事研究工作而有所成就的,在科研上没有成就不代表在其他方面的智力与能力上有所缺陷,科研仅仅是职业的一种而已。
米斯认为,实用的科学发现和技术有三种不同的研究方法,(1)理论的综合 (2)观察和实验 (3)发明。
根据科学家的思想方法,可以分为两类,一种是推测型,他们利用想象和直觉来得到解决方法,然后凭借实验与观察,对自己的假说加以检验。另一种是条理型的,他们一步步谨慎推理,进展缓慢,收集了大部分资料后才得出解决方法。
巴甫洛夫对有志于科学的青年的忠告:

  • 循序渐进
  • 谦虚
  • 热情

和年轻人接触有助于保持观点的敏锐新鲜。

总结

终于把这本13万字的作品用5000多字总了出来,之所以摘下这么多书中的句子,是因为本书提供了整个科学研究的方法论上的一些启发,相信对研究工作者和整个献身于科学工作或者工程工作的人们有所裨益。但是,书中只是给了一些要点和建议,并非对研究工作者提的要求,所以我们需要根据自己的情况来选择性的吸收,甚至完全撇开本书,仍然不妨碍研究工作者做出出色的成绩。所以,各取所需即可,希望能对迷惑的科研工作者或科研新手甚至广大工程人员有一定的启发,若如此,也不负本文了。

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