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科研创新: 从跟踪到原创 精选

已有 4156 次阅读 2024-4-1 07:03 |系统分类:科研笔记

科研创新旨在通过观察假设和验证对自然现象作出可靠的逻辑非任意性的解释, 以改进现有的理念或方法, 形成造福人类社会维持生态平衡的新技术新产品。根据其起点的已知程度,科研创新可划分为跟踪(跟风)性与原创性两大类。跟踪性科研创新是基于人们已经想到过且做到过的东西(数据、规则或结论)所展开的探索, 其结果大多是补充性或渐进性/改良性的。原创性科研创新是基于人们既没想到过又没做到过的,或已经想到过但没做到过的东西所展开的探索,其结果常常是颠覆性的。一般地说, 科研新人从跟踪性科研创新入手, 在获得一定的技能基础上, 继而进行原创性科研创新。然而,从跟踪性原创性科研创新的转变,并非不假思索就轻易可得, 而是要采取精心策划的攻略才能实现。下面,我集多年的观察和体会,谈谈科研创新跟踪性与原创性概念及攻略, 为科研新人实现从跟踪性到原创性科研创新的转型提供参考与借鉴。

科研跟踪性与原创性概念跟踪性科研创新是以别人已经想到过且做到过的东西(数据、规则或结论)为起点而进行的探索与延伸。科研创新跟踪有异于简单的模仿,前者试图延伸或改进已知的概念或技术,而后者乃无新意的复制科研创新跟踪方式大体有两种,一是横向跟踪,二是纵向跟踪科研创新的横向跟踪主要涉及某种已知数据、规则或结论在不同方面(地区/种类)的应用。例如,有人发现了一个可以准确检测某种病原微生物的新基因,并通过源自某地区的样本证实了其特异性;于是,其他人将此基因用于源自不同地区的病原微生物的检测。又例如,有人开发了一个分析炎症反应的新技术,并通过某器官炎症(如肝炎) 展示了其有效性;随后,其他人将此技术用于不同器官炎症(如肺炎,肾炎等)。科研创新的纵向跟踪大多是基于某种已知数据、规则或结论(比如病原体/基因/技术)的原理(或机制)的进一步探索。例如,幽门螺旋杆菌在1982年的首次鉴别引导了一系列全球性的纵向跟踪研究(包括其分子生物学,免疫学,传染病学,病理机制等)。一般地说,科研创新的横向跟踪缺乏新颖性,难度也不大,所得到的结果多为补充性/重复性的。科研创新的纵向跟踪具一定新颖性或难度, 所得到的结果或许是渐进性/改良性的(包括简化步骤,降低成本,提高灵敏度, 增进了解)。与原创性科研创新相比,跟踪性科研创新耗时短、费力少、成果产出确定性高、易于发论文。

原创性科研创新是以别人既没想到过又没做到过,或已经想到过但没做到过的东西为起点而进行的探索。更准切地说,原创性科研创新可细分为三种:(1) 填补空白(即别人没想到也没做到的东西);(2) 破解难题(即别人想到但没做到的东西,包括数学领域的一些猜想, 限制各行各业发展的瓶颈问题等);(3) 实行替代(即别人想到也做到的东西; 但由于技术封锁或卡脖子的原因,必须另起炉灶,从头做起)一般地说,原创性科研创新有赖于新思路的提出或新技术的开发,具有相当难度和不确定, 所得到的结果多是颠覆性的。跟踪性科研创新相比,原创性科研创新耗时长、费力多、成果产出确定低、不太容易发论文。在考核周期短,评价注重量化和短期绩效指标的环境中,科研人员会很自然地倾向跟踪性科研创新, 而刻意回避原创性科研创新长此久往,一些科研人员可能将跟踪性科研创新当成常态,从而逐渐丧失做原创性科研创新的能力和动力。

科研跟踪性与原创性攻略跟踪性科研创新依赖别人已经想到过做到过的东西(数据、规则或结论)所进行的横向或纵向延伸(跟踪)。跟踪性科研创新不仅是紧随日新月异的科研潮流的关键手段(尤其在差距明显的情况下), 而且为培训科研新人提供重要平台。跟踪性科研创新的有效攻略包括逻辑推理(递推、因果和逆向思维)和换位思考(如平行思维)(见前面的博文科研创新的灵感)值得注意的是, 建立在现有数据、规则或结论的跟踪性科研创新常要面对其他人已经过或正在进行相关延伸的现实。因此,卓有成效的跟踪性科研创新要着眼于比其他人做的更好(或弥补其不足)或不同(见前面的博文《我的科研创新策略》)。跟踪性科研创新的最高境界是人的弱项(没想到,没做到,或没做好的东西)变成自己的强项(拿手的东西),最终实现从跟踪性到原创性科研创新的转变

原创性科研创新是基于别人既没想到过又没做到过的,或已经想到过但没做到过的东西所进行的探索,以填补空白(即别人没想到,也没做到的东西),破解难题(即别人想到,但没做到的东西), 和实行替代(即别人想到,也做到的东西;但由于技术封锁或卡脖子的原因,必须另起炉灶,从头做起)

(1)填补空白的有效攻略是运用随机实验手段或随机思维(即跳跃性思维/开放性思维),让一些百年不遇,千载难逢的事件在特定时间(几天或几周)内出现,增加颠覆性突破的机率(运气)。大家知道,历史上不少影响深远的突破都可归因于某些偶然发生的事件或不寻常的发现,包括1928年提纯的青霉素和1982年鉴别的幽门螺旋杆菌。此外,许多已知定理/定律只能在特定条件下存在;一旦条件有变,这些现成定理/定律将不再成立, 而新定理/定律则可能由此而生因此, 在科研创新中,适当添加一些常规之外的变数,可以提高获得意外结果的机率。作为分子生物学的随机实验手段,基因库和转座子库有助于增加原创性发现的可能性(见前面的博文科研创新的灵感)

(2)破解难题的有效攻略是换位思考(后移焦聚),变近距离观察为远距离观察, 变战术性思维为战略性思维(见前面的博文科研创新的灵感)。总体而言,西方科学是构建在战术性思维(直观,机械,局限,系统,治标不治本) 基础之。战术性思维虽能解决一些相对简单的科学问题(如物理,化学,数学等),但面对一些复杂的难题/瓶颈问题(如生物学,疑难疾病等) 往往收效甚微。战略性思维(间接,灵活,完整,系统,标本兼治)可以弥补战术性思维不足,为破解难题/瓶颈问题提供一条新路。例如,当今社会所面临的一个重大难题是伴随工农业的发展和城市化的进程而产生的环境污染(如残留化学物,抗生素,农药,重金属)。尽管战术性思维的应用减缓了环境污染的蔓延与恶化, 人们远未找到一套确保人类生活环境可持续性的解决方案。站在战略性思维的高度,人们注意到,微生物表现出极强的适应力; 不管接触到什么外来物(包括抗菌素,污染), 给予时日,都会很自然地成为最终胜利者。当然,成为最终胜利者的可能是某种未曾鉴定过的微生物,也可能是某种具有新赋能的已知微生物。因此, 微生物治理环境污染, 要采取战略性思维,而不要将思路局限在已知微生物或微生物的已知赋能。又例如,西方医学的战术性思维趋向治标不治本,对一些简单或外科病症有显著效果,而对一些疑难病症效果并不理想(如靶向药物),有时甚至适得其反(如核酸疫苗)。反之,中医学的思维趋向标本兼治,很少使用单味药,而大多采用复方配伍(即君臣佐使)。所谓君臣佐使原指古时候参与国家管理的君主、臣僚、僚佐和使者,后用来指中药处方中各味药的不同作用(君药治疗主病或主证;臣药辅助君药并治疗兼病或兼证;佐药协助和加强君臣药疗;使药引导诸药直达病灶并调和诸药毒性和烈性)。很显然,充满思维的中医学是未来医学的发展方向

(3)实行替代的有效攻略是提高投入的精准度和/或增加筛选方法的特异性(见前面的博文《科研创新的精髓》)。相对于填补空白(即别人没想到,也没做到的东西)破解难题(即别人想到,但没做到的东西),实行替代(即别人想到,也做到的东西;但由于技术封锁或卡脖子的原因,必须另起炉灶,从头做起)至少有一些可以聚焦的目标(如氢弹以氢同位素为基础,核潜艇乃基于核能的潜艇等),通过逐步提高投入的精准度和/或增加筛选方法的特异性,势必会有所收获。当然,做任何科研创新都不能将自己的思维锁定在某个特定的思路与手段,而是应根据实际需要, 机动灵活,毫不犹豫地采纳其它办法(逻辑推理,换位思考,随机实验手段)。

由上可见,科研创新分为跟踪性和原创性两大类。其中跟踪性科研创新(包括横向跟踪和纵向跟踪)以别人已经想到过且做到过的东西为起点,可以通过逻辑推理(递推、因果和逆向思维)和换位思考(如平行思维)等攻略,而得到补充性或渐进性/改良性结果;原创性科研创新(包括填补空白,破解难题和实行替代)以别人既没想到过又没做到过的,或已经想到过但没做到过的东西为起点,可以通过随机实验手段(或随机思维),换位思考(变战术性思维为战略性思维),和提高投入的精准度和/或增加筛选方法的特异性等攻略, 去获得颠覆性结果。机动灵活地应用这些攻略是促进科研创新从跟踪性到原创性的演变, 达到填补空白,破解难题和实行替代的终极目标的保证

在科研创新领域里,有这么几种广泛流行的观点值得商榷。一是原创性科研创新难在无规律可循。从前面的讨论中,我们知道,原创性科研创新是有规律可循的。只要攻略适当,善于变通,原创性科研创新就会像跟踪性科研创新一样,顺理成章,水到渠成。二是原创性科研创新具有高度的不确定性。其实,原创性科研创新,除了在时间上显示出不确定性外, 只要方法对头,锲而不舍,在结果上是大概率可确定的。三是原创性科研创新离不开自由思维。说实话,在科研创新项目的任何阶段,从来没有谁(包括直接上司,上级主管,资助机构)不让自由思维。许多人缺乏有效的科研创新攻略,搞不出原创性结果,却推诿于人,怪上级不允许自由思维, 一副经典的自身能力不足,却抱怨世界有失公平的作派。四是忽视应用科学对基础科学的促进作用。一些人认为,基础科学真正的学问, 而应用科学只不过上不得台面的雕虫小技;宁愿待在实验室里漫无边际地空想,也不踏足半步,到生产第一线去发现和解决阻碍各行业发展的瓶颈问题。殊不知,解决瓶颈问题有利于开辟基础科学新视野, 推动基础科学的突飞猛进, 让基础科学锦上添花。



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