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从“发现问题”说起——成功的基础

已有 1964 次阅读 2022-2-5 19:42 |系统分类:科研笔记

 

世界是复杂的,规律是简单的。科学就是寻找复杂世界背后简单的共同规律。无论是在科学、技术和管理的各个领域中,“发现问题、提出问题、解决问题”是事物发展的三个阶段,也是必经途径。在不同的领域中,三个问题的难度并不相同,但是每个问题都需要理性的思维,需要逻辑推理演绎。只有不断地发现问题、提出问题、解决问题,才能使科学、技术和管理水平得到不断的提高。爱因斯坦就说想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力概括着世界上的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。严格地讲,想象力是科学研究中的实在因素如果缺乏客观的依据、理性的怀疑、多角度的深度思考,发现不了本质性的问题,所有的勤奋都是徒劳的。

 

1. 发现问题

发现问题,需要好奇心和敏锐的观察力。发现问题,就是依据客观的事实,通过理性的怀疑找出差异,有差异必有内在的原因。发现问题,需要多角度的观察、思考,主要矛盾,从外界众多的信息中,筛选出有价值的信息。在发现问题阶段理性的自由思维是非常关键。

据说科学家曾经做过一个有趣的实验:把跳蚤放在桌上,一拍桌子,跳蚤跳起高度均为其身高的100倍以上。然后,在跳蚤身上罩一个玻璃罩,再让它跳,跳蚤碰到了玻璃罩。连续多次后,跳蚤为适应环境改变了起跳高度,每次跳跃高度总保持在玻璃罩的高度以下。接下来逐渐降低玻璃罩的高度,跳蚤每次都在碰壁后主动改变自己的跳跃高度。最后,玻璃罩接近桌面,这时跳蚤已无法再跳了。于是科学家把玻璃罩打开,再拍桌子,跳蚤仍然不会跳,变成“爬蚤”了。跳蚤变成“爬蚤”,并非它已丧失了跳跃的能力,而是由于一次次受挫学乖了、习惯了、麻木了。最可悲之处就在于,实际上的玻璃罩已经不存在,它却连“再试一次”的勇气都没有。玻璃罩已经罩在潜意识里,罩在了心灵上。行动的欲望和潜能被自己扼杀,科学家把这种现象叫做“自我设限”。(不追究故事的真实性,像《伊索寓言》一样,只关注其蕴含的智慧。我多次引用过此文。)

理性的自由思维,即减少一些自我设限。

 

2. 好奇心与观察力

好奇心是喜欢探究不了解和不完全了解事物的一种心理状态,好奇心是对探索新知识和新体验的渴望。好奇心是人们学习的内在动机,人们寻求知识的动力。真正有才华的人,是不可能缺少好奇心的!好奇心可以引导你走向成功,让你创造一个从来未有的奇迹。著名科学家都是具有好奇心的人。人总是随着年龄的增长,好奇心就一点点丢失了,变得更加悲观和消极,但是通过学习新的事物,你可以重新找到好奇心。创造性的第一步就是好奇心的培养,教育不在于教学生多少各种学问,而在于培养他们对学问爱好,对学问的兴趣,以提高他们好奇心的水平。

观察力,对于一个人来说是非常重要的。观察力,与一个人的兴趣是密切相关的;观察力,与一个人的知识、经验是密切相关的;观察力,可以使一个人变得更加地睿智、严谨,发现许多人所不能发现的东西。认识世界是人类永恒的课题。观察和观察力,成为联系人类与大千世界的一道彩虹。

人的观察力并非与生俱来,而是在学习中培养,在实践中锻炼起来的。为了有效地进行观察,更好地锻炼观察力,掌握良好的观察方法是必要的。无论是在科学、技术和管理的各个领域中工作的人,观察力都是非常重要的。这是一个观察力的例子。中国地图大家都很熟悉,不知道你是否注意到:河南省与河北省相邻,广东省与广西省相邻,湖南省与湖北省相邻,但是,山东省与山西省并不相邻,中间插了一个河北省。寻其原因,在河北省听到的演绎版是:山东人认认真真的吃葱,山西人认认真真的喝醋。一批不认真吃葱的人被山东赶出来了,一批不认真喝醋的人被山西赶出来了,构成了现在的河北人。据说这是河北省领导人批评下面干部办事不认真时讲的,无从考察。听过之后,反思自己,缺乏敏锐的观察力。中国地图,至少看过几百遍,却没有关注到山东省与山西省并不相邻这个现象。问题就在身旁,缺少的不是问题,缺乏是敏锐的观察力。

贝弗里奇说:培养那种以积极的探究态度关注事物的习惯,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的学术知识更重要,这种说法并不过分。

好奇心与观察力发现问题前提。下面举几个发现问题的例子。

 

3.魏格纳大陆漂移 

1910年的一天,德国气象学家魏格纳因病躺在床上,当他的目光落在墙上的一幅世界地图上时,被大西洋两岸的相合性所吸引,特别令他吃惊的是巴西东端的直角突出部分与非洲西岸呈直角凹进的部分近乎完全吻合。次年秋天,魏格纳偶然看到一篇论文,其中提到根据古生物的证据,巴西与非洲间曾经有过陆地的连接,这使他深受启发。随后他尽力收集当时能得到的地质矿床、古生物、古气候等方面的证据,证明各大陆曾经连接在一起,后来逐步分裂,才漂移到现在的位置。1912年他发表了第一篇关于大陆漂移的论文。

 

4. 黑体辐射规律

普朗克发现,瑞利-金斯公式无法解释黑体辐射高频端的测量结果,威廉·维恩给出的公式,可以正确反映黑体辐射高频端的结果,但却又无法符合黑体辐射低频端的结果。1894年,普朗克开始研究黑体辐射这个问题,他试图用连续的经典物理技术手段来攻克这一难题。他想要从头开始建立一个全新的理论,却屡受挫折。到1899年,他用了6年的时间才慢慢的意识到,没有路径是能从经典物理学径直通向精确的黑体光谱的,必须另起炉灶。普朗克开始思考一种新的经验拟合用以取代瑞利-金斯公式威廉·维恩公式。

 

5. 光电效应

现象是事物的表面特征及其外部联系。光的微粒光说和波动说争论长久,18世纪牛顿的微粒说占了上风,1801年,托马斯˙杨用干涉法测光波波长,使光波动说被接受。19世纪,光是波动说占了绝对优势。与此同时,电磁学得到了蓬勃发展,经过麦克斯韦、赫兹等人的努力,从理论与实践上证明光就是一定频率范围内的电磁波。

1887年,赫兹发现光电效应。用经典电磁理论却无法解释光电效应的实验中的部分结果。

(1) 对某一种金属来说,只有当入射光的频率大于某一频率υ0时,电子才能从金属表面逸出,电路中才有光电流。这个频率υ0叫做截止频率(也称红限)。 如果入射光的频率υ小于截止频率(即υ<υ0),那么,无论光的强度有多大,都没有光电子从金属表面逸出。

(2) 用不同频率的光照射金属K的表面时,只要入射光的频率υ大于截止频率,遏止电势差(对应于光电子动能的最大值)与入射光频率具有线性关系。

(3) 无论入射光的强度如何,只要其频率大于截止频率,则当光照射到金属表面上时,几乎立即就有光电子逸出。

爱因斯坦相信真理是离开人类而存在的”。为了正确的解释光电效应,他以理性的自由思维,勇敢地提出了光量子假说,其中隐含了波动性与粒子性是光的两种表现形式的思想。

 

6. 小结

教材中的内容都是昨天的科学,我们的目标是把学生送到明天的前沿。如何实现我们的目标?

在科学、技术和管理的进程中,“发现问题、提出问题、解决问题”三个问题是科学、技术和管理的必经途径,也是发展的三个阶段。“发现问题”是基础,没有“发现问题”就不可能有“提出问题、解决问题”。理性的自由思维,好奇心与观察力发现问题前提。

 

真诚的欢迎您的批评,借用您的智慧完善我的思想。



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