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我所理解的科学 精选

已有 7014 次阅读 2014-9-29 18:50 |个人分类:杂谈|系统分类:观点评述|关键词:科学,方法论,科研| 科研, 科学, 方法论

前言:本文的写作背景是基于Emma Waston在联合国的一个演讲,当然演讲的内容主要是男女平等的问题。但是Emma最后提到了两句话深深的震撼了我的心灵,写在这里与大家共勉:“If not me, then who? If not now, then when?” 所以我觉得自己有必要把我对于科学的一些理解和感悟写下来与大家分享。这也就成就了这一篇博文。希望您喜欢。


科学,相信对于上科学网或者在其他科研网站、论坛经常逛的人,都是一个再熟悉不过的词语了。或许你是一名科研工作者、研究院、教授、或者甚至是中科院的院士;或许你只是一名初中生、高中生在偶然机会下遇见这篇文章;又或者你在上大学,正在度过愉快而充实的大学时光(或者在浪费自己青春在游戏和娱乐上?)。我们都要学科学,因为初中高中我们有了物理课、化学课、生物课。而且高考也需要考(最后进入总分或者会考)。那么我们有没有认真的思考过,什么是科学?它有什么用?我们为什么要学习它?如何更好的掌握它?下面我以这四个问题为子标题来进行一下我对这个问题的剖析。


(1)什么是科学?

不知道大家有没有过这样的经历:在小时候,看到漫天星空(当然现在基本看不到了),总会问家长:“天上亮闪闪的是什么呀?”;遇到灯泡,总会问“它为什么会亮”?遇到小朋友打架,会问“为什么一个小朋友推了另一个小朋友,被推的小朋友会摔倒?”。这是什么经历?就是问问题。请各位想一想,从小到大,你们提了多少问题?(注意:不是你解决了多少问题)。提问是获得真知的第一步,如果没有质疑精神,那么整个科学就无法建立。真正的科学应该从伽利略开始,伽利略是第一个提出了用实验来验证想法的方法论的科学家。而这个方法论,构筑了整个现代自然科学的基础,现代的化学、物理学、生物学等等学科都是建立在这个方法论的基础之上的。而伽利略以前的“科学”,只不过是一些人对自然世界的想象罢了。我们应该把眼光放到这个方法上:这个方法之所以构筑庞大的科学架构,是因为它满足了人类求知的一套基本的逻辑思路:现象观察 --》 提出问题 --》 实验确认 --》 提出假设 --》 解释现象 --》 做出预言 --》 验证预言 --》 继续做出预言。而当一套假设做出的预言被一个又一个的实验验证了的时候,那么毫无疑问,这个假设应该是没有被“证伪”的,人们可以根据它在下一次的case中做出比较准确的预测,而这就是科学的由来。做科学的人都会有一个信条(有点类似于信仰一样的):这个世界是可以通过实验、猜测、假说、理论来理解的,这个世界是有规律的而且这些规律可以被人类所认知。我们就像拥有这样一种信仰的教徒,在寻找“绝对真理”的路上艰难的行进。看看我们获得了多大的成就:分析力学、电动力学、统计物理、量子力学、化学键与分子结构、共振论、无机化学、有机化学、生物化学、微生物学、植物学、动物学等等学科。而这些学科不是“金科玉律”,它们只是一些经验(注意:任何学科都有不同的描述方法,我们现在存在于书本上的知识,则是公认的有用的知识),帮助我们更好的理解世界,更好的理解我们的实验,更好的帮助我们改造世界。


(2)科学有什么用处

说到科学的用处就不得不说工程学。工程学比科学发展要早得多,早在古埃及造金字塔的时候,人们就已经知道使用圆形滚木可以更省力的运送石块。但是那时还没有人提出一套理论来解释“为什么会这样”。而近代工程科技的发明,特别是导弹、原子弹、卫星、核电站、跑车、手机。我们看它们的材料、原理,无不是科学进步的结果。如果没有半导体的发明就不会有二极管、三极管的出现,集成电路也就不可能诞生。如果没有原子核裂变和聚变的理论,就不会有核反应堆以及曼哈顿计划所诞生的原子弹以及以后的氢弹。科学的目的是探究这个世界“为什么是这个样子的”,以找到“如果我改变了条件,会怎么样”,最终到“我要拿这些知识去做一些应用”。当达到最后一步的时候,我们已经踏入了工程的地带,我想一个科学家如果不是为单纯的知识做科研而是想要为整个社会贡献自己力量的话,那么他/她必须懂得工程学的原理以及有良好的people skills去和各种人打交道。钱学森就曾经多次提出“技术科学”或者“工程科学”的概念。在《物理力学》的序中,钱学森这么说到“物理力学的目的是提供一个计算工程技术中所用介质和材料的力学性质的方法,其内容、观点和方法将在本书第一章的绪论中详细讨论。概括地说,它是从物质微观结构出发,利用近代物理学、物理化学、量子化学等学科的成就,来减少设计人员在确定介质和材料时所花的劳动量;这是一门为工程技术服务的学科。”我想,从这句话中,我们的确能感受到老一辈的科学家对于工程技术的理解也是非常深厚的,也只有这样工程、科学兼备的科学家们才能完成“两弹一星”这样卓越的贡献。我们难道不需要像他们学习么?我个人认为对老一辈科学家的思想和品质我们了解的太少了,应该出一套书来详细讲述老一辈科学家们的心路历程,如果有这样的书欢迎指正。我十分期待!!


(3)我们为什么要学习它

在我读高中的时候,很多同学都不喜欢上物理课、化学课,认为那些知识以后用不到。当时我也不理解学科学为什么有用,我只是觉得自己的兴趣点在这个地方(而且每次考试考的都不错感觉很爽^_^)。但是当我懂得越来越多,对科学的理解越来越深入的时候,我发现科学其实不是简单的公式、定理的堆砌,而是一种思维方式、一种解决问题的方法,而这种能力在未来只会越来越被重视。因为社会在发展,越来越复杂的问题摆在了我们面前,如何解决它们变得越来越困难。因此,我认为我们对科学的教育应该更加深入,当然我们如何做?这得等到第四部分再讲。通过科学我们可以培养的素质主要有这么几个方面:1. 孜孜不倦的探索精神。2. 耐心和专注力。3. 良好的专业素养。4. 做事情的逻辑性和完整性。5. 与人打交道的能力。6. 提出问题或者解决问题的能力。有人可能认为说,科学家们经常就是一群很难相处的“科学怪人”。那么我可以很负责人的告诉这些人:不要被电视剧、电影所欺骗了!!真实中的科学家都是非常彬彬有礼的绅士,这可以说是科学界的一个传统吧。(英国人流传下来的?)当参加会议的时候,科学家之间的互动都是非常多的,所以电视剧和电影的夸张可不要理解为现实哦!当然,学习科学还有很多很多的好处,在这里就不一一列举了。如果有感兴趣的朋友可以通过邮箱或者科学网直接mail与我进行交流。


(4)如何更好的掌握它

上面说了科学的定义、科学的用处、科学学习的目的。下面就来说说学习方法论的问题。其实大家有没有看出来,这个行文逻辑也就是我们在写科研论文的时候应该具有的思路:定义问题、说明意义、并给出具体操作流程。这个思路当然不如散文小说那么扣人心弦,但是这种格式化规范化的文档,难道不是一种无声的力量么?规则、秩序的优势我就不用再说了吧(想想德国人就知道了)。想要学好科学,最最最最重要的一点就是:学会提问题。不要觉得提问题很简单,任何人可以在任何时间提出一个问题,但是这个问题是否是科学的,是否具有可证明或证伪的属性,这就需要持续不断的学习科学知识和科研方法来锻炼对于科学问题的直觉判断。一个科学家最重要的品质就是了解一个问题是否是科学问题并且它的重要性有多少。而且最杰出的科学家往往是那些最先意识到问题存在的科学家(而且很大程度上他们都是问题的解决者,毕竟你需要有问题了才有思路)。当我们了解了科学的发展过程的历史时,我们就会知道其实科学问题就是在对自然界的好奇中而诞生的。下面提供几个提问题的思路:

“if ..... change, then what?” “If it fails, why?” “If it works, let's try another system see if it works as well.”。“Are there any better solutions or better concepts of the problem?” 我们所学的科学知识仅仅是几百年来科学家们在不断的探索和实验、推敲过程中得到的对自然现象描述比较正确、比较把握问题实质的概念和方法。它们并不是独一无二,也不是亘古不变的。当然它们都是有用的,因此在学习的时候一定要注意科学概念和科学方法在哪种情况下才适用。每种方法都有自己的适用范围,而每种方法都有自己的优势和劣势。当你处理的问题越来越多的时候,会发现在某一个区域内无法用现在所提出的方法来进行解决,那么这时就是你自己创新的地方所在了。如果你解决了这个问题,恭喜你,another terrific work has been done by you。提出好问题是科研的第一步,当然也是最重要的一步。但是没有解决的问题永远不能获得荣誉,这样就不得不说解决问题的能力了。学习解决问题的方法最好的就是做练习,而且是大量乃至巨量的练习,当然练习的质量远远高于数量。你可以做1+1,1+2等等上万年,但是这并不能增加你的能力,因为你在重复的解决相同的问题。但是我们要从做过的题目当中寻找哪些高层次的题目,而这也是我们所要努力创造的。因为没有一定的训练量(尤其对于理论研究),做理论研究简直就是天方夜谭。没有扎扎实实的把一本书上的概念、公式从头推演到结尾,想说真正掌握这门学科,没人会相信,因为那是不可能的事情。而且理论学科必须进行重复的对概念的讨论、对方法的质疑、对应用的痴迷以及对理论综合的努力。在电动力学中安培定律、毕奥-萨瓦尔定律最后被麦克斯韦总结到麦克斯韦方程组中。一大堆的运用被牛顿总结到牛顿力学中。这些伟大任务都是好的“总结者”。试着将你学到的概念、方法总结到一起去。或许你会发现这几个概念就是一个更基本概念的几个侧面;几个好的方法只是一个广泛方法在几个特定条件下的应用。而且就我个人经验而言,坚持用笔记笔记真的非常重要,现代化的电脑、ipad有许许多多的工具有助于我们记录。但是相信我,所有电子的东西都无法进入你的脑袋中。因为它只是通过你的眼睛“看到”,并没有真正“经历”它。但当你做笔记,写推导的时候,你的身体好像在体验着什么,当你做完推导以后可能一个星期以后你又忘掉了。但这次,当你重新拿起你的笔记本的时候,那种亲切的感觉是永远无法在Evernote中体会到的。这也是我个人的一点小建议。


最后,我写这篇文章的目的是为了让更多的人理解科学是什么,科学家到底在做什么。而且作为科学界的一员,我有义务和责任将我的看法和我的经验表达出来与大家分享。毕竟在看曼哈顿计划的时候有一句话:“Improvement of Science is based on free communication.” 并且我认为当代的大学生值得更好的教育、更好的讨论、更好的习题、更好的运用知识的平台以及最重要的,更好的理解科学。等到他们真正进入工作岗位的时候,在科学当中的训练可以帮助他们胜任任何岗位。


谢谢您的阅读!


何政达


2014.9.29于博士宿舍




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