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谈科学技术研究的选题 精选

已有 6720 次阅读 2021-12-27 09:15 |个人分类:科技史|系统分类:科研笔记

谈科学技术研究的选题

武际可

 

一个研究人员开始进入科学或技术的研究工作时,一般会有一段找不到合适的研究课题的困惑。这里说的课题一般就指值得研究的问题、题目。

这时候如果他去向一位离开科学研究第一线有几年的很有成就的老专家请教,一般说这位老专家也不一定能够提供准确的值得研究的课题。因为在科学技术快速发展的今天,离开研究几年也许他认为值得研究的问题已经解决了不再是问题了,而随着发展提出的新的问题他又不熟悉了。

可见,要提出一个值得投入力量探究的问题是有一定难度的。

大数学家希尔伯特说:“只要一门科学分支能提出大量的问题,它就充满着生命力。而问题缺乏则预示着这门科学独立发展的衰亡或终止。”这意味着,问题和课题是学科发展的生长点,一门学科提不出问题,就标志着它的枯萎。可见对学科发展提出问题的重要性。

所以爱因斯坦说“提出问题往往比解决问题更重要,因为解决一个问题也许仅是一个数学上的或实验上的技能而已。而提出新的问题、新的可能性,以新的角度去看旧的问题,却需要有创造性的想象力,而且标志着科学的真正的进步。”

一部科学史说明,现在我们拥有的庞大繁荣的科学体系的各个学科,都是最早发端于一个个课题的提出与解决。由杠杆原理提出与解决逐渐形成静力学,由牛顿莱布尼兹关于曲线切线课题的提出与解决形成微积分,由悬臂梁的提出与解决形成材料力学,由燃烧机理的提出与解决形成近代化学,由最速落径的提出与解决形成变分学,由离心调速器及其稳定性问题的提出与解决后来逐步形成自动调节与工程控制,孟德尔的豌豆性状实验开辟了近代遗传学,等等等等。它们都说明适当课题和问题提出的重要性。

既然提出一个值得研究的课题有重要意义且有一定难度,那末我们要问,构成值得研究的课题应当具有一些什么特点呢?

1900年巴黎举行的世界数学家大会上,希尔伯特提出了23个数学难题,这些问题几乎左右了20世纪世界基础数学的研究,可以说影响了整个世界数学界和数学的发展。我们听听他是怎样说的:

“正如人类的每项事业都追求着确定的目标一样,数学研究也需要自己的问题。正是通过这些问题的解决,研究者锻炼其钢铁意志,发现新方法和新观点达到更为广阔和自由的境界。

想要预先判断一个问题的价值是困难的,并且常常是不可能的,因为最终的判断取决于科学从该问题得到的获益。虽说如此,我们仍然要问,是否存在一般的准则可以鉴别出好的数学问题。一位法国老科学家曾经说过:

要使一种数学理论变得这样清晰,以至你能向街上遇到的每一个人解释它。在此以前,这一数学理论不能认为是完善的。

这里对数学理论所坚持的清晰性和易懂性,我想更应以之作为一个堪称完善的数学问题的要求,因为,清楚的、易于理解的问题吸引着人们的兴趣,而复杂的问题却使我们望而却步。

其次,为着具有吸引力,一个数学问题应当是困难的,但却不应是完全不可解决而致使我们白费气力。在通向那隐藏的真理的曲折道路上,它应该是指引我们前进的一盏明灯,最终以成功的喜悦来报赏我们。

总结以上希尔伯特和爱因斯坦的话,一个值得研究的问题应当具有两个条件,即:

一是对发展学科有意义,尽管判断一个问题的价值是困难的,但是仍然要问它的意义,即使不能准确评估,也应当有一个大略的意向。这里希尔伯特所说的问题的清晰,不仅问题的提法和表述清晰、明确、易懂,而且是包含对该问题的意义有清晰的认识。

二是要预期在现有的条件下能够解决,能够给出明确的回答的。同时要有一定的难度。

以上这两个条件,说起来简单,但要完全满足,可不是一件容易的事。通常要满足其中一个条件的题目有的是。有意义但是难度太大,解决不了的题目很容易找到。能够解决但意义不大的题目也容易找到。难就难在两条都满足的课题只有很少的了。况且课题有时还要考虑到做题的学者或研究生要在一定期间完成,就更难选择了。

对于技术问题的选题,还要考虑经济的投入与效果,以及不要和已有的专利重复等问题。

关于如何确定研究课题,英国剑桥大学动物病理学教授贝弗里奇有一本《科学研究的艺术》书中谈到关于课题的选定有几段话,他是这样说的:

“在开始科学研究的时候,显然,首先要决定研究的题目。虽然在这方面有必要请教一位有经验的科学家,但是做研究工作的学生若是自己担负选题的主要责任,那么成功的可能性则更大。这样选出的题目他会感到兴趣,因为成功与否责任完全在他身上。”

事实上,科学史上最伟大的发现大多是科学家自己选定的课题,有的甚至以毕生的精力去研究解决它。我国科学家周培源从事湍流研究就是他自己选定的课题,并且之后半个多世纪一直从事湍流研究,做出了世界瞩目的成绩。

我国学者王国维在他的《人间词话》中有一则借用晏殊的词句说及:“古今之成大事业、大学问者,罔不经过三种之境界,昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路,此第一境界也。”这里说的“第一境界”就是科学研究确定题目的起步阶段。

你看他说“昨夜西风凋碧树”,就是说环境很艰苦,大家都觉得困难的时候,这时候要“独上高楼”,一个“独”字,把自己能够理解,别人还看不到,独自负责选题的意境烘托出来,“望尽天涯路”,就是说,登高望远,把各种路径都看尽了,做了比较,才能够决定走那条路,决定选题与实现的路径。所以说课题的选定是一个艰苦的调查研究的过程,而且要以更高更广阔的角度审视和评价它的可能性与解决的意义。这才是做大事业大学问的起步,即“第一意境也”。

当然,对于一般的初进入科学研究领域的年轻人,不能都要求像上面说的做“大事业、大学问。”,但是总是要以他们为模范学习他们的起步,才能走得更好,走得更远。

如何培养自己提出问题的能力,这里没有什么窍门,只有向有经验的人交流和自己独立阅读思考。贝弗里奇说:

“若研究的对象是一个仍在发展着的学科,或是一个新的问题,这问题虽已解决但是一种新的看法,这时内行最有利。但是,如若研究的是一个不再发展的学科,这一领域的问题业已解决,那么就要一种新的革命的方法,而这种方法更可能由一个外行提出。内行几乎总是对革新的思想抱着怀疑的态度,这正说明已有的知识成了障碍。

解决这个问题最好的方法是批判地阅读,力求保持独立思考能力,避免因循守旧。过多的阅读滞碍思想,这主要是对科学家思想方法错误的人而言。若是用阅读来启发思想,若是科学家在阅读的同时积极从事研究活动,那就不一定会影响其观点的新鲜和独创精神。无论何时,多数科学家都认为:研究一个问题时,对该问题已经解决到什么程度一无所知,是更严重的障碍。

对于一个初始进入研究的新人来说,需要阅读,阅读基础知识,阅读有关课题第一线的研究进展,尤其是需要“批判地阅读”。这会使人习惯于提出问题,习惯于用与作者不同的视角思考问题。其实不仅是在阅读时需要有批判精神,在听学术报告时、在与有经验的研究人员交流时都应当有一种批判精神。只有批判精神成为习惯,才有可能提出千千万万的问题,才有可能从这些问题中选择出适合自己研究的问题。这就是中国人说的既学又思。孔子说“学而不思则罔,思而不学则殆”意思是:只是学习不思考就会迷失方向不知自己要做什么,只是思考不学习就会精神倦怠而无所得。

一个研究人员,不仅要阅读,还要与人交流特别是与有经验的学者交流。在希尔伯特青年时期。有过两次有计划的学术旅游,一次是1886年3月底他24岁去巴黎访问,在那里他访问了庞加莱、埃尔米特、比卡、林德曼等著名数学家,听了一些数学家的课,还参加了在那里举行的世界数学家大会。还有一次是1888年3月他26岁,他在德国进行了一次学术旅行,有计划地访问了21位德国著名的数学家,如果尔丹、克莱茵、许瓦尔茨、福克斯、赫尔姆霍斯、克隆尼科等。这些学术访问、与当时名家的交谈,使他获益匪浅。他能够通晓数学中许多研究方向,提出多个方向上对数学发展有历史意义的重大课题,这和他的勤奋也和数学界名人交往很有关系。

周培源先生在送别年轻人或学生到国外访问时,总是嘱咐“利用国外的条件,出去学习,与人交流,把想研究的课题搞清楚了,回国来做题目。”在他的眼里,弄清楚课题是最重要的事情,只有真正认清我们在哪些地方落后,在哪些地方有突破的可能,在哪些地方需要下功夫,才会选对自己最后下决心研究的课题,这样的选题才会有意义。

科学史说明,世界上科学界的大师们,他们不仅自己是在研究中解决困难问题的高手,而且也都是提出有意义课题提出新思想的高手像上文提到的希尔伯特、英国剑桥卡文迪什实验室原子物理的开拓者的卢瑟福、莫斯科大学的数学家柯尔莫哥洛夫、丹麦的物理学家玻尔等等,由于他能够给学生或同行提出有意义的课题,学生或同行一个个加以解决,这就形成一个提出和解决大致有某种共同特色的课题的群体,这就是科学发展中的学派。

我们上面说的都是在比较理想的情况下对课题的要求,实际上经常是不理想的。其中最多的情况是课题的意义不大也相对比较容易。这就是人们经常说的在科学研究的“游泳”中,“浅水区拥挤不堪,而深水区无人问津。”

以计算力学的研究方向为例,有意义的选题一定是在计算方法、计算力学软件方面有所创新或者通过计算发现新的力学现象和规律。经常是有人用已有的软件计算一个没有什么难度的问题,这样的选题实际上类似于软件使用的培训,不能认为是计算力学科学研究的选题。因为它对于计算力学学科的发展没有什么作用。这样的选题对于大学生的毕业实习、硕士研究生的论文,也许还可以,但对于博士生的学位论文,或者研究机关的研究人员的选题,就显得不够水平了。

意义不大和没有难度的选题和论文在杂志上大量出现,也许和我们有的单位管理方法有关,他们对于研究人员的水平的评估、研究人员的提升,过多地看重发表论文的数量。这会激励人们偏向于比较容易和意义不大的选题,因为它发表论文快。

还有一种情况是目下有研究人员或研究的管理人员,只会对研究生和下面提指标,提不出任何有意义的课题也说不出要达到的研究目的,自己也不做有意义的研究。指标只有一个:你要完成多少多少篇Sci有什么困难你自己解决这类导师和领导自己不做工作,在论文上还要把自己的名字放在前面实际上是一种不正的学风在这种管理之下,研究人员当然会选择容易的课题交差。

还有一些学者,他们同样也提不出具体的有意义的研究课题,同样也不做研究,和前一类压指标的导师略微不同的是,不断用大话和空话要求别人,要发展什么什么学科,要关注什么什么科学,要这样,要那样,一套一套,不断有新点子。喊了几十年,他要求发展的学科却一样像样的成果也拿不出来。其根本原因,还是由于不能根据实际情况提出能够抓得住解决矛盾的有意义的课题。可悲的是,竟然有人把这种说大话空话的学者叫作“战略科学家”。其实喊这种大话空话是很容易的,拍拍脑袋要提出应当发展的学科应当注意的研究方向,一会儿就能够提出一堆来,可是什么问题也解决不了,因为他提不出一个能够和实际接近的能够动手解决的有意义的课题。如果长此跟着他们走下去,学风一定会败坏,一定会人人都是唱高调的能手,却一个实际问题也解决不了。下面的研究人员一样会以容易的毫无难度的题目糊弄。

在科学上,压指标和说大话空话都不是实事求是的科学态度。科学从来都是通过艰苦的调查研究提出有意义的课题,然后脚踏实地一个一个地做课题,一个一个地解决实际问题,发展起来的。

愿我们的年轻学者,从一开始选题就以高标准要求自己去选择自己的研究选题,选题确定了,完成选题可能是更为艰苦的过程,要有“衣带渐宽终不悔”的精神,才会有豁然开朗的收获。只有这样才能真正踏实地推动我国的科学技术走向繁荣。

2021,12,27




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