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学科带头人的科学研究能力 与研究方法 清华大学：覃征 教授 2008 年 7 月. 一、科学研究能力的基本素质 二、科学研究的主要方法. 科学是认识世界的学问，技术是改造世界的学问，工程是改造世界的实践。从这样三个层次来看，现代科学技术已有了巨大发展，人类对客观世界的认识越来越深刻，改造客观世界的能力也越来越强。今天，科学技术对客观世界的研究与探索，已从渺观、微观、宏观、宇观直到胀观五个层次的时空范围，可用下图来表示：.
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学科带头人的科学研究能力 与研究方法 清华大学：覃征 教授 2008年7月
一、科学研究能力的基本素质 二、科学研究的主要方法
科学研究就是创造知识和整理知识的工作，在我们现在有的科学技术的基础上。科学研究必须有一个新的结果作为衡量，这个新的结果是一种创造性 的劳动，它可能是新的发现，也可能是新的理论，也可能是新的方法，也可能是一种器械或者是一种材料等等。总而言之，科学研究就要求我们在前人基础上要有创 新。所以，整个的科学研究工作应该是创造性的。
治学的三种境界 王国维先生是民国初期的一个大学者，国学大师，而且他是一个美学家，他在《人间词话》中有一篇短文，叫“三种境界”。这篇文章实际上是把宋朝的三个词人的词摘抄下来，这三段词实际上都是描写男女之间爱情：相思之情，追慕之情、热恋之情。他用来描写我们治学的三种境界。
治学的三种境界 第一个境界，“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路，”这个境界描写迎着困难，勇于攀登。 第二个境界，“衣带渐宽终不悔，惟伊消得人憔悴。”无论多大的 代价，终不后悔，这是描写研究探索的情景。 第三是“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。”几经艰苦奋斗，突然受到启发，顿时恍然大悟，原来事 物的奥秘，正隐藏在“ 灯火阑珊处”，这是茅塞顿开、灵感突现的情景。
治学的三种境界 这三个阶段也可以认为是三个时期。科学研究上，第一个叫准备期，高瞻远瞩、构想沉思的准备阶段；第二叫做探索期，覃思苦虑、孜孜以求的探索阶段；第三个叫豁朗期，不断追求、终有顿悟的收获阶段。
科学研究的途径 第一要有疑问和疑难问题的提出。 你对这个问题要有疑问，因为疑问是思想的起点，一切有用的思想都起源于疑问。有疑问并不等于能提出问题。特别是有些看法似乎已经是常识，是传统的见解，是权威的结论，虽有疑问，却不敢提出问题。所以疑难问题的提出并不是容易的事情，包括我们现在来说，我们都有这样的问题。对科学来说，科学是始于问题，问题是最重要的。因为问题是科学发展的动力；问题推动了理论的产生，推动了科学前进；问题是我们的认识活动的起点。因此，我觉得我们要学会提出问题，所以先有疑问，后有问题。
科学研究的途径 问题从什么地方来呢？就是从实践来，从书本知识来，从信息资料来，从自己的经验来。所以，提出问题对是非常重要的。因之，当我们研究这一问题时，我们要弄清楚前人在这上面解决了什么，他们推进了什么，他们有什么认识，他们有什么经验，他们的理论和方法是什么，漏洞是什么？还要分析和比较事物各个发展阶段的异同，找出它的问题，所以我觉得需要提出疑难问题。这里面就有一个“疑”，一个“问”的问题。提出问题，对我们搞科学研究的人是一个基本功。
科学研究的途径 当然，提出问题有很多的途径了。但是我想讲一点，比方说我们发现理论的内部有逻辑的矛盾，也可能有些理论结构上不符合简单性和普遍性的要求，也有的时候可能不能做出一个统一的理论说明。研究时，我们要从多方面来考虑这个人提出这样的问题，这个问题他解决了没有？解决到什么程度？还有什么没解决的。
科学研究的途径 第二，提出问题以后，要怎么做呢？我们要寻找研究这个问题的突破口。我们要思考，前人走了这条道路，为什么不走另外一条道路呢？为什么前人走这条路上 没有走通，症结在哪里？等等。现在我们主要自己要来找突破口。这个突破口也就是切入点，就是你从哪个方向来切入这个问题。这个时候，一般来说有两个办法， 一种办法是我们来找问题里面的空白点，寻找它还没有开发的处女地。另外我们可以把另一个领域的东西和方法移植过来解决问题。这就是为什么我们提出交叉学科，把其他学科的东西移到我的学科，这往往是很奏效的。这样，我们也可以找到一个突破口。
科学研究的途径 第三，确定突破口之后，我们要提出一个假设，因为研究工作往往本身是提出假设，寻找证据。我们根据信息库中的信息（文献资料、实验、经验和理论知识），从现实出发，针对问题提出猜测性的假说或解决方案。 第四，提出假说后，就要找证据，以证据来判断、来说明自己假说的“正确”和“真实”。假说提出之后，要在观测、实验、生产中应用这些假说于实践并检验以前的评价。这叫前验评价，它是在一系列的实验、抽象的或数学的方程上搭建起来的。
获得课题的素质 • 纵向课题：善于跟踪学科前沿、善于总结研究问题、善于组织申请资料。 • 横向课题：善于理论联系实际、善于应用推广成果、善于工程实践
组织课题的素质 • 合理的团队配置 • 合理的任务分工 • 合理的奖惩机制
完成课题的素质 • 研究成果的精练升华 • 研究成果的显示程度 • 研究成果的知识保护
一、科学研究能力的基本素质 二、科学研究的主要方法
科学研究方法的层次 （一）哲学方法 这是一切科学的最普遍的方法，适用于自然科学、社会科学和思维科学。 哲学研究法又称为全学科方法。这类方法的适用范围最广，具有最普遍的方法论的意义，无论是社会科学整体，还是自然科学整体，包括目前已经存在的一切学 科和今后将要出现的所有新的学科在内的科学整体，这类方法都适用。哲学是自然科学和社会科学的总结和高度的概括，因此，用哲学的观点去观察和分析问题、研 究问题的效果如何，取决于哲学的观点，即宇宙观和历史观是否正确。哲学的发展史证明，只有马克思主义的宇宙观和历史观，才是唯一正确的、科学的宇宙观和历 史观。
科学研究方法的层次 （二）一般研究法 这是指对某类学科具体研究过程中所使用的方法。在一般研究法中，又分为三类：一类是经验方法，即调查、观察、实验等；第二类是理论方法，如科学抽象、数据处理、逻辑推理等；第三类是综合方法。（三）专门研究法 这是指对专门问题所采用的特殊的研究方法，如物理学中的光谱分析法。
科学研究方法的层次 科学研究方法的层次
科学研究方法的类型 一般研究法可以划分为三大类型。（一）经验方法 一般说来，科学研究就是追求知识或解决问题的一项系统活动；有待解决的问题都是与研究对象的本质和规律有关的问题，而本质和规律是隐藏在现象中的，即在 经验材料的背后。只有在关于对象的经验材料十分完备、准确可靠时，才能在这些材料的基础上建立正确的概念和理论，揭示对象的本质和规律，才能解决科研课题，即解决科学的问题。获得经验材料的方法就是经验方法，通常包括如下四个方面：
科学研究方法的类型 1．文献研究法 自然科学的发展有很强的历史继承性，文献研究就是为了对所要解决的问题有个全面的历史的了解。有了这种了解，才能站在前人的肩膀上，把前人和当代的成果作为进一步前进的起点，不重复前人已经做过的工作，避免前人已经走过的弯路，把精力放在创造性的研究上。 文献研究法就是有关专业文摘、索引、工具书、光盘以及Internet信息资源等文献的检索方法以及鉴别文献真伪、发挥文献价值与创造性地利用文献的方法。
科学研究方法的类型 2．社会调查法 社会调查法就是人们有目的、有意识地对社会现象进行考察，从中获得来自社会系统中各种要素和结构的直接资料的一种方法。根据调查目的、调查对象和调查内容的不同，社会调查法可分为访问调查、问卷调查、个案调查等多种方法。在人文科学研究中，经常使用问卷调查法。3．实地观察法 实地观察法是研究者有目的、有计划地运用自己的感觉器官或借助科学观察仪器，直接了解当前正在发生的、处于自然状态下的社会现象的方法。
科学研究方法的类型 4． 实验研究法 实验作为一种科学认识方法，开始是应用于自然科学领域，以后逐渐移植到社会科学领域。实验研究法是实验者有目的、有意识的通过改变某些社会环境的实践活 动，来认识实验对象的本质及其规律的方法。实验研究法的基本要素是实验者，即实验研究中有目的、有意识的活动主体；实验对象，即实验研究所要认识的客体； 实验环境和手段，即实验对象所处的社会条件。在自然科学技术实验研究中，实验环境就是利用现代信息技术进行科研活动的特定社会条件；其实验手段就是借助现代信息技术进行刺激、干预、控制、检测实验对象的活动。实验研究的过程，就是这些要素相互作用、相互影响的过程。
科学研究方法的类型 （二）理论方法 要达到完整的科学认识，仅仅运用经验方法是不够的，还必须运用科学认识的理论方法对调查、观察、实验等所获得的感性材料进行整理、分析，把原来属于零散 的、片面的和表面的感性材料进行加工，使之上升为本质的、深刻的和系统的理性认识。科学研究法中的理论方法就是提供这种从感性认识向理性认识飞跃的切实可 行的、具体的思考方法与加工处理的步骤的方法。它主要包括两个方面：
科学研究方法的类型 1．数学方法 所谓数学方法，就是在撇开研究对象的其他一切特性的情况下，用数学工具对研究对象进行一系列量的处理，从而作出正确的说明和判断，得到以数字形式表述的成果。 科学研究的对象是质和量的统一体，它们的质和量是紧密联系,质变和量变是互相制约的。要达到真正的科学认识，不仅要研究质的规定性，还必须重视对它们的量进行考察和分析，以便更准确地认识研究对象的本质特性。在自然科学研究中，数学方法主要是运用统计处理和模糊数学分析方法。
科学研究方法的类型 2．思维方法 科学的思维方法是人们正确进行思维和准确表达思想的重要工具，在科学研究中最常用的科学思维方法包括归纳演绎、类比推理、抽象概括、思辩想象、分析综合等，它对于一切科学研究都具有普遍的指导意义。
科学研究方法的类型 （三）系统科学方法20世纪，系统论、控制论、信息论等横向科学的迅猛发展，为发展综合思维方式提供了有力的手段，使科学研究方法不断地完善。而以系统论方法、控制论方法和信息论 方法为代表的系统科学方法，又为人类的科学认识提供了强有力的主观手段。它不仅突破了传统方法的局限性，而且深刻地改变了科学方法论的体系。这些新的方 法，既可以作为经验方法，作为获得感性材料的方法来使用，也可以作为理论方法，作为分析感性材料上升到理性认识的方法来使用，而且作为后者的作用比前者更加明显。它们适用于科学认识的各个阶段，因此，我们称其为系统科学方法。
1、文献研究 2、社会调出 3、实地考察 4、实验研究 1、系统论方法 2、信息论方法 3、控制论方法 1、数学分析 2、逻辑分析 哲学方法 科学研究方法体系 经验方法 一般研究方法 理论方法 系统科学方法 专门研究方法
在未掌握正确的科学研究方法之前，人们常常会采用一些非科学的方法去追求知识或企图解决问题。这些非科学方法通常把习惯、传统以及先入为主的主观印象或观念认为是真实、可信的，并以此来说明现实中的事物、现象；或把某个团体或个人在某些方面所说的事情，不考虑背景和条件，不加分析，当作绝对真理，认为是真实的、可信的、不可逾越的，以此解析说明一切现象或事物。有时候把仅靠直观感觉所得的印象当作规律，认为是不可否认的、理所当然之理、之事；或把某一局部 的规律，不考虑适用条件和范围，过分强调推理，不适当地推论到其他范围。这些非科学的方法，目前在科学研究领域仍不自觉地会被采用。但是,这些非科学的方法，缺乏客观性，带有很大的主观性和盲目性，因此，对客观事物的认识是片面的，表面的。科学的研究方法则是可以克服这些缺点的。
科学研究方法的特征 （一）科学研究方法的特征1．程序化 科学的研究方法必须是按照一定的系统性、有程序的步骤进行的，这些程序简单概括为如图所示的几个主要步骤。 2．客观性 科学的研究方法是建立在客观事实的基础之上，它十分重视科学事实的搜集，因此，科学的研究方法具有客观性。
科学研究方法的特征 作出判断 得出结论 选题与假设 数据、资料 的收集 数据、资料 的分析 图 研究程序简示图
科学研究方法的特征 3．数量化 科学的研究方法不满足于对事实的一般定性描述，而是十分注重收集具有数量特征的资料数据，并用数学的方法进行分析处理。 4．现代技术手段的运用 科学的研究方法能充分利用现代科学技术成就进行资料的记录、再现、分析、处理。如利用电影、电视、幻灯、多媒体、网络资源等技术作为实验刺激手段和资料记录手段；利用计算机进行资料的分析处理，使科学研究更精确、有效。
科学研究方法的程序 （二）科学研究方法的程序 科学研究的程序化是使科学研究具有客观性、克服片面性的重要保证。科学的研究方法，其研究程序是根据科学认识的发展过程，即根据现象-实体-本质的过程来确定的。科学的研究程序分为四个不同的阶段。1．准备阶段 即研究的规划、设计阶段，包括搜集、选择和确定课题，建立假设，选择研究对象，确定抽样方案等。2．现象阶段 针对所要验证的假设，用科学的方法收集有关现象的资料，但这些资料只能反映现象的表面，只是描述现象，不能更深刻地说明现象。收集资料的主要方法有科学观察、科学调查、科学实验和测量等等。
科学研究方法的程序 3．实体阶段 就是整理分析、加工所收集到的科学事实。单纯收集资料不能算是科学研究，杂乱无章的资料无法判定和验证假设，必须用适当的方法对资料进行简约化、分类化、系统化，并分析确定各种因素之间的关系，以求获得规律性的知识，从而达到验证假设的目的。 通常进行资料分析的方法包括用逻辑推理、统计描述、统计推论及利用系统科学分析等方法进行。4．本质阶段 根据所获得的规律性的认识，进一步推广其适用范围，获得一个概括性的陈述，提出某些定理、定律、原则，建立科学的理论体系，并写出研究报告。
科学研究工作的生命周期 • 科学问题和科研项目的来源 • 科研项目的前期工作 • 方案和计划的制定 • 实验室和实践工作 • 资料积累与建立模型 • 成果的形成
1、科学问题和科研项目的来源 • 科学问题的来源 • 科学的连续性的需求——DNA与蛋白组学 • 技术对科学的需求——电子商务系统、新材料 • 生产对科学的需求——系统科学 • 科研项目的来源 • 政府行为——政府计划（863、973、基金） • 企业行为——企业委托合同 • 科技工作自身的延伸行为
2、科研项目的前期工作 • 充分了解背景和已有的工作基础 • 确定要解决的对象目标 • 文献检索（图书-网络-期刊-人员的资料） • 充分读懂20-30篇经典文献（科学思路、创新点、结构、结论、引文） • 目标的可行性 • 科学的可解性，不悖与更上一层的知识 • 目标的有限性，相关知识的准备 • 必要的价值理性
3、方案和计划的制定 • 项目的执行方案 • 总体目标的分解 • 科学路线：科学思路推理过程的框图 • 技术路线：数据来源、设备、试验方法、计算方法、精度评估 • 项目的执行计划 • 项目过程的分解，PERT图 • 过程—人员—资源的配置 • 阶段的验收，向下一个阶段前进
4、实验室和实践工作（有目标的数据获取） • 设计一个试验 • 目的、方法、设备、流程、数据处理方法 • 数据收集，可靠性识别，误差评估 • 数据处理 • 数据予处理，剔除干扰数据 • 利用设定的数据处理方法进行处理 • 结果分析，与预想的符合度 • 重复试验方法
5、资料积累与建立模型 • 资料的有序积累 • 时间序列数据分类 • 空间序列数据分类 • 对比数据 • 从数据到曲线，从曲线到模型 • 从数据到曲线，完成了知识系统认识平面 • 从曲线到模型，客观世界抽象，完成了知识系统逻辑平面
6、成果的形成 • 新知识的形成 • 新规律的发现 • 实例验证，普遍性验证，数学验证，形成严密的结论——新知识的形成 • 从知识到成果 • 创新点，新知识在知识系统中的位置 • 社会评价系统的认同程度 • 形成公认的成果 • 产生新学说、新技术、新材料、新软件、新系统 • 进入应用，进入产业链
科研工作的工具和环境 • 实验环境 • “三位一体”的实验系统，野外和现场工作是基本功，是考验发现能力的基础 • 仪器操作能力的培养，基础试验自己动手 • 数学工具 • 回归分析，偏微分方程求解 • 离散数学分析，模糊集合分析，最优化计算 • 人工智能技术，人工神经网络…
科研工作的工具和环境 • 网络环境 • 最重要的站点：资料站点、知识站点、消息站点 • 只能给你社会平均知识——大众网络 • 文献环境 • 检索工具 • 前沿研究工作，了解同类人员的工作状况 • 知识的综合带来启发
科学研究工作组织艺术 • 组织——团队——个人 • 组织是支撑系统，环境系统，服务系统 • 现代科学只有团队才能成功——人类基因组，（生物学+物理学） • 科学精英在团队中产生 • 个人在团队中做小兵，要有大将风度，将来才能成为大将
科学研究工作组织艺术 • 科学人格和科学能力的培养 • 要有明确的科学方向，明确的研究对象 • 从系统看问题，从部件做工作 • 选择2-3种偏前沿的刊物，作为自己研究工作的参照物，不断跟踪 • 做1、2、3件事，做好1件事，决不要做10件事
