奇妙的仿生世界分享 http://blog.sciencenet.cn/u/martinluomin

博文

科学研究之“七种兵器”

已有 3792 次阅读 2018-12-1 13:22 |个人分类:科研分享|系统分类:观点评述| 科学研究, 七种武器

 

科学研究的对象是理性、客观的,然而研究者本身确是感性,主观的。因此,与其说科学研究是科学,不如说更像是一种艺术。科学研究是向未知领域挑战,可以和战斗进行某种程度的类比。战斗中武器起到了很大的作用,一件称手的兵器可以使人如虎添翼,科学研究中也要依靠一些工具来探究未知。

古龙小说之“七种兵器”,系指长生剑孔雀翎碧玉刀多情环霸王枪离别钩和箱子(英雄无泪)。如果说前面六种还能算得上是武器,而第七种则根本就不是武器,暗喻无刀胜有刀,没有武器才是战斗的最高境界。当然兵器各有所指,有所隐喻,其中长生剑是“笑”,孔雀翎是“信心”,碧玉刀是“诚实”,多情环是“仇恨”,霸王枪是“勇气”,离别钩是“兄弟情”。在我看完贝弗里奇的“科学研究的艺术”之后,不由得要把文中提到的假说、推理、实验、观察、机遇,直觉和古龙的兵器做一下对照。虽然有些牵强,但也聊博一笑。

 

兵器之一:长生剑——假说

假说伴随着科学研究的始终,旧的假说无论是被证实是正确的,或是错误的,它都会成为下一个假说萌生的基础,因此是无始无终,故曰“长生剑”。俗话说:“除了它的创始人,谁也不相信假说;除了其实验者,人人都相信实验。”对于实验为根据的东西,多数人都乐于信赖,唯有实验者知道在实验中可能出现的失误。因此,一件新事实的发现者往往不像外人那样相信它。另一方面,人们通常总是非难挑剔一个假说,而其提出者却支持它,往往为之献身。

假说是研究工作中的最重要的智力活动手段,其作用是指出新实验和新观测,因而有时导致新发现。绝大多数的实验以及许许多多的观测都是以验证假说为明确目的来进行的。假说的另一作用是帮助人们看清一个事物或事件的重要意义,若无假说则这一事物或事件就不说明问题。与其说假说是真理,不如说它是人们探索真理的工具。虽然绝大多数假说后来被证实是错误的,但正是通过这些错误人们才找到了通向彼岸的道路。正如维尔弗雷德特罗特所说"在科学上,设想的主要职责与其说是'真实',不如说是有用又有趣。我们必须十分注意,不使自己对自己的假说过于热忠,应力求客观地判断,并一旦发现矛盾的事实,就修改它或丢弃它。要提高警惕,不使观察和解释受到假说的影响而歪曲。

兵器之二:多情环——推理

推理环环相扣,逻辑严密,是科学研究中的“多情环”。她既是我们研究时赖以前行的理性方法,但也会导致我们误入歧途。在进行实验或观测时应强调审慎推理与客观判断的重要性。要密切注意细节,作出详细的笔记,切不可把观察到的现象与实验者本人对现象的解释二者混为一谈。切勿让推理的进展超越事实,否则定会误入歧途。
    逻辑学家将归纳推理(即从个别事例到一般原则,从事实到理论)和演绎推理(即从一般到个,将理论运用于具体事例)区分开来。进行归纳的时候,人们从观察得到的资料出发,加以概括,从而解释观察到的事物之间的关系。而在运用演绎推理时,人们从某一普遍法则出发,将其运用于具体事例。因而,演绎推理得出的结论是受原始前提制约的,原始前提如正确,结论也就正确。

由于演绎法是将一般原理推广应用于其它事例,就不可能导出新的概括,因而也不可能在科学上作出较大的进展。另一方面,归纳过程虽然可靠程度不够,却较富于创造性。其富于创造性是由于归纳过程是得出新理论的一种方法,而其可靠程度不足则是由于从搜集到的事实出发往往可以引出好几种可能的理论。由于其中有些是互相矛盾的,所以不可能全部正确,甚而可能全部都不正确。

推理在科学研究的其他许多方面还是起重要作用的,而且是我们大多数行动的指南。在形成假说时,在判断由想象或直觉而猜出的设想是否正确时,在部署实验并决定做何种观察时,在评定佐证的价值并解释新的事实时,在做出概括时以及最后在找出新发现的拓广和应用时,推理都是主要的手段。

推理不能导致新发现。推理在研究工作中的作用不是作出事实性或者理论性的发现,而是证实、解释并发展它们,并形成一个普遍的理论体系。科学家应该养成一种好习惯,决不依赖以推理为唯一依据的设想。许多伟大的发现都是由于全然不顾的信念来设计实验而做出的。"我们不能仅仅根据某一设想不符合一种盛行理论的逻辑演绎而予以舍弃。""归根结底,科学研究是对现今思想和行动所依据的学说及原理不断检验的一种思维活动,从而对现存的做法是抱批评态度的。

兵器之三:碧玉刀——实验

实验在于使事件在已知条件下发生,尽量消除外界无关的影响:并能进行密切的观察,以便揭示现象之间的关系。实验是检验真理的唯一标准,成不成总要实验一下才能知道,所以其特点是快刀斩乱麻,故曰“碧玉刀”。雷内杜博斯说"实验有两个目的,彼此往往互不相干:一是观察迄今未知或未加释明的新事实;二是判断为某一理论提出的假说是否符合大量可观察到的事实。"

"对照实验"是科学实验中最重要的概念之一。在"对照实验"中有两个或两个以上的相似样本:一个是"对照"组,作为比较的标准;另一个是"试验"组,要通过某种实验步骤,用于人们确定某种实验步骤的影响。按照传统的实验方法,除要研究的那一个变数外,各组其它一切方面都应尽量相似,而且实验应该很简单。"一次变化一个因素,并把全部情况进行记录。"

应该尽可能在研究工作的开头进行一项简单的关键性实验,以判断所考虑的主要假说是否成立。细节的计划则可稍后作出。因此,在对各部分实验之前先对整体实验,往往是明智的。在初步试验某个定量因素影响时,通常在一开始就断定在极端条件下,例如在使用大剂量的条件下,是否会产生任何影响。

在科学研究中,在开始的时候进行一种小规模的初步实验往往是一种好方法。除了经济上的考虑以外,在最初阶段就进行复杂的实验,试图对所有的问题作出全面的回答,往往很难得出理想的结果。不如让研究工作分阶段逐步进展,因为后面的实验可能要根据前面实验的结果加以修订。

作为一次成功的实验,其最基本条件是要能再现。在科学实验上,这一条件常常很难满足。在已知因素未变的情况下,如果实验的结果不同,往往说明是由于某个或某些未被认识的因素影响着实验的结果。我们应该欢迎这种情况,因为寻找未知的因素可能导致有趣的发现。正像有人所说:"正是实验出毛病的时候我们得出了成果。"然而,我们首先应该知道是不是出了错误,因为最常犯的是技术上的错误。

兵器之四:孔雀翎——观察

观察中遇到的情况是纷繁复杂的,如同孔雀羽毛一样色彩斑斓,使人炫目而分辨不清,产生臆造的虚假印象,故曰“孔雀翎”。要对复杂情况作出精确的观察是极端困难的,观察者往往不自觉地产生谬误。有效的观察意指注意到某个事物,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;因此,观察既包含知觉因素又包含思维因素在内。观察到一切是不可能的,因此观察者必须把大部分注意力集中在选定的范围内,但应同时留意其它现象,尤其是特殊的现象。

威尔弗雷德·特罗特说"知识来源于对周围事件中相似和重现情况的注意。"要懂得观察,也许首先必须知道:观察者不仅经常错过似乎显而易见的事物,而且更为严重的是,他们常常臆造出虚假的现象。虚假的观察,或可能由错觉带给头脑错误的信息造成,或源自头脑本身滋生了错误。

科学实验在于挑选某些事物,借助适当的方法和工具进行观察。这些方法和工具一般误差较小,作出的结果能够再现,且能符合科学知识的的普遍观念。贝尔纳将观察分为两种类型:(1)自发观察或被动观察,即意想不到的观察;(2)诱发观察或主动观察,即有意识的安排的,通常是根据假说安排的观察。此处我们所关心的是前一种类型。进行有效的自发观察,首先必须注意到某个事物或现象。观察者自觉不自觉地将观察到的事物与过去经验中的有关知识联系起来;或在思考这一事物的过程中提出的某些假说,这时,观察到的事物才有意义。

人们在观察实验时思想应该不受约束,以免在出于先入之见只是搜寻预期的特征时,忽视了其他的情况。他说,这是实验方法的一个最大障碍,因为看不到意料之外的东西就可能导致给人错误影响的观察。他说:"走进实验室摆脱掉你的想象力,就像脱掉你的大衣一样。"

培养那种以积极探究的态度注视事物的习惯,有助于观察力的发展。在研究工作中养成良好的观察习惯比拥有大量学术知识更为重要。做实验的时候,我们如果仅仅注意那些预期的事物,就很可能错过预料之外的现象。而这些现象尽管开始时可能令人不解,却最可能导致意想不到的重要事实的发现。有人说,正是例外的现象可能用来解释常见的现象。每当发生不正常的现象时,就应搜索与之可能有联系的情况。要做出创新性的观察,最好的态度不是仅只注意主要之点而排除其他,而是留神意外的现象,须知所谓观察不是消极的注视,而是一种积极的思维过程。

进行任何形式的观察都要有意识地寻找可能存在的每个特点,寻找各种异乎寻常的特征,特别是寻找见到的各种事物之间,或是事物与已有知识之间任何具有启发性的联系或关系。观察训练遵循着与其他任何方面的训练相同的原则。首先必须刻苦勤奋,随着的增多,行动逐渐变得不知不觉或无意识,遂养成习惯。进行有效的科学观察还必须有良好的基础,因为只有熟悉正常情况,才能注意到不寻常或未加释明的现象。

兵器之五:离别钩——机遇

诚如古龙所言:“有相聚,才有离别,没有离别,何来相聚?”用离别钩的目的是为了要相聚。新知识常常起源于研究过程中遇到的某种机遇问题,虽然大部分不值得研究下去,但偶尔也会出现一次百年难遇的良机。如何辨别有希望的线索,是研究艺术的精华所在。只有具备抓住机遇的能力,才能在相逢的一瞬间辨识出璞玉珍珠,钩住机遇,故曰“离别钩”。查理·尼科尔说"机遇只垂青那些懂得怎样追求她的人。"要注意到线索,往往必须具有敏锐的观察能力,特别是在注意预期事物的同时,保持对以外事物警觉性和敏感性的那种能力。

解释线索,并抓住其可能具有的重要意义是一切方面中最困难的方面,只有"有准备的头脑"才能做到。在科学发现史上,错过重要机会的例子比比皆是,也即是虽注意到线索但未能认识其重要性的例子简直不胜枚举。在伦琴(Rontgen)发现X射线之前,至少已经有另一个物理学家注意到这种射线的存在,但他只是感到气恼而已。同样在弗莱明(Fleming)深入研究进热发现青霉素以前,斯科特(Scott)就曾经注意到用霉菌抑制葡萄球菌落的现象,但是仅只感到讨厌。

具有独立思考能力,并能按其本身的价值而不是根据主宰当时的观念去判断佐证的科学家,最有可能认识某种确属新东西的潜在意义。他也需要具有想象力和丰富的知识,来了解自己是不是有新的观察,来看到自己的观察可能具有哪些含义。在决定是否应该进行某一方面的研究是,不应仅仅由于别人已经考虑过,或者甚至已经做过而无成果,就予以放弃。这并不一定说明这个设想不好;很多具有经典意义的发现都曾被这样预期过,但直到适逢其人才得以正确得开展。

有时,机遇带给我们明显的线索,但有时只是微不足道的小事,只有很有造诣的人,其思想萦绕着有关论据并已发展成熟,才能看到这些小事的意义而做出新发现。当头脑中充斥着一大堆有关的但又却无紧密联系的材料,以及一大堆模糊概念的时候,一件小事可能有助于形成某种使之清澈的概念,将它们联系起来。这恰如微细的晶核能使溶液中的物质形成结晶,也正像落下的苹果为牛顿打开了万有引力的大门。

兵器之六:霸王枪——直觉

直觉类似于我国禅宗的顿悟,它强调不通过逻辑性的思考而对事物有一个整体的理解的过程。具有直指人心的特点,故曰“霸王枪”。这一过程看起来很玄妙,似乎超出了人能理解的范畴。比如禅宗的慧能并不识字,通过听人宣讲佛法参悟而达到了见性,建立了“直指人心,见性成佛”的顿教法门。无论是渐进的神秀,还是顿悟的慧能,初看似乎是在思维方式上有所不同,实质在对事物的理解也有差异。前者讲究对事物条分缕析,建立逻辑和形象化的思维体系,静态的理解和认识的观点。正如神秀的悟道诗所言:“身为菩提树,心为明镜台,时时常拂拭,莫使落尘埃“。而慧能强调对事物整体的认识,领悟万物的多面性和随环境变化的迁移性,动态的掌握和认识事物。也正如慧能的禅语:” 菩提本无树,明镜亦非台,本来无一物,何处惹尘埃。

爱因斯坦曾说 "真正可贵的因素是直觉" 产生直觉最典型的例子是:对问题进行了一段时间专注的研究,伴之以对解决方法的渴求;放下工作或转而考虑其他;然后,一个想法戏剧性的突然到来,常常有一种肯定的感觉,人们经常为先前竟然不曾想到这个念头而感到狂喜或甚至惊奇。一般认为:直觉产生于头脑的下意识活动,这时,大脑也许已经不再自觉注意这个问题了,然而,却还在通过下意识活动思考它。

情感上的敏感性或许是科学家应该具有的一种可贵品质。无论如何,一个伟大的科学家应该看作是一个创造性的艺术家,而不是一个仅仅按照逻辑规则和实验规章办事的人。有些科学研究技巧方面的大师也表现了其他方面的艺术才能,爱因斯坦是一个热心的音乐家,普朗克亦然。巴斯德和贝尔纳早年都分别显露了绘画和戏剧写作的相当才能。

探索与捕获直觉的方法有很多。(一) 对问题和资料进行长时间的考虑,直至达到思想的饱和,这是最重要的前提。必须对问题抱有浓厚的兴趣,对问题的解决抱有强烈的愿望。要使头脑的下意识部分考虑这一问题,必须先连续数日自觉地思考这一问题。当然,头脑中思考的资料针对性越强,作出结论的可能性也越大。(二)摆脱分散注意力的其他问题或有兴趣的事,特别是有关私生活的烦恼,这是一项重要的条件。普拉特和贝克在谈到这两项先决条件时说:"即使你在上班时间把自觉的思考非常认真地用于工作,但如果对自己的工作沉迷不够,不能使思想一遇机会就下意识地去想它,或让一些更紧迫的问题挤了出去,那么,得到直觉的希望也是不大的。"(三)另一有利条件是没有中断之虞,并摆脱一切使人分心的因素,如室内的有趣对话或突然发出的大声。(四)多数人发现:在紧张工作一段时间以后,悠游闲适和暂时放下工作的期间,更容易产生直觉。据有些人说:直觉最经常发生在从事不费脑力的轻松活动,诸如乡间漫步、沐浴、上下班的时候,或与因为这时思维不受干扰,不被中断,自觉的思考不很紧张不致压制下意识思想中产生的有趣想法。有些人觉得躺在床上的时候最有利,有些人有意在睡前回忆一遍问题,有些则在早上起身之前。有些人认为音乐具有有益的影响,一种乐观的精神状态可能是有帮助的。(五)接触对思维活动有积极的促进作用:(1)与同事或与一个外行进行讨论;(2)写研究报告或做有关的演说;(3)阅读科学论文,包括与自己观点不同的论文。在阅读与本题无关的论文时,可吸收作为其技巧或原理之根据的概念,而这种概念可能会油然再现成为与自己工作有关的直觉。

  在讨论了有意识寻求直觉的思维方式以后,还留下一个重要的实际问题。人们都有这样的体会:新想法常常瞬息即逝,必须努力集中注意,牢记在心,方能捕获。一个普遍使用的好方法是养成随身携带纸笔的习惯,记下闪过脑际的有独到之见的念头。据说爱迪生(Thomas Edison)习惯于记下想到的几乎每一个意念,不管这个思想当时似乎多么微不足道。许多诗人和音乐家也用这个方法,如达芬奇(Leonardo da Vinci)的笔记就是在艺术中笔记妙用的范例。睡眠中出现的想法特别难于记忆,有些心理学家和科学家手边总带着纸笔,这对于捕捉出现在睡前醒后的意念也是有用的。在阅读、写作或进行其他不宜中断的脑力活动时,想法常常出现在意识的边缘。这些想法应立即草草记下,这样做不仅保存了这些想法,而且达到将他们"置于脑后"的目的,以免干扰主要的问题。要集中注意力,就不能让思想被停滞在意识边缘的想法所干扰。

  

    兵器之七:七窍玲珑心——研究者的好奇心

   对科学的热爱和难以满足的好奇心、聪明的资质、内在的干劲、勤奋的工作态度和坚忍不拔的精神,这些都是科学研究成功所需的内在条件。保有一颗“七玲珑心”就能将这七种兵器内化于心,外化于行,摘花飞叶皆可为武器,渐进无剑胜有剑之境。


注意:把古龙的七大兵器和各种科学思维方法关联是本文原创,其它文中对思维方法基本论述皆出自“科学研究的艺术”一书。对相关内容感兴趣的博友请参照原书。



http://blog.sciencenet.cn/blog-84925-1149313.html

上一篇:为什么我们不能有国家教学改革基金?
下一篇:硕士作为过渡学位,这个可以有!

9 范振英 王从彦 郑永军 李明阳 郭战胜 季丹 杨正瓴 武夷山 崔锦华

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (17 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2020-9-29 16:45

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部