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[转载]哈佛大牛科学家：走上科研巅峰，靠的是简短: fqng1008 2020-1-8 11:48; 来源：环球科学撰文 | 亚伯拉罕·洛布（Abraham Loeb）翻译 | 张二七图为托勒密的世界观模型，相比之下，将其取代的哥白尼日心说体系要简洁的多（图片来源： Wikimedia ）在最近的一次组会上，组里的博士后提出了这样一个问题： “理论模型是不是应该更复杂一些，这样我们对实验数据的解释就不会显得那么单薄了。”我当时非常震惊，并且意识到我有义务纠正这一误区。“简洁是一种优点，”我说道，“而不是一种缺点。当然，在许多缺少实验数据的理论物理分支领域中，研究者有时会引入一些花哨的数学推导过程。但作为物理学家，我们应当为数据寻求最为简洁的解释。这是物理学的立根之本，也是通往成功的必经之路。” 在过去几十年间，学界一直认为正是数据支持的缺失，才导致早期宇宙的理论模型如此简洁和朴素 ——其中只涉及了很少的几个参数。但直到21世纪，我们才有了足够的证据证明，宇宙在初始阶段的确处于最简单的状态，最初的宇宙中物质均匀分布并且呈各向同性，波动也很小。在此之后，才逐渐演化出我们现在观测到的复杂结构。这个存在了一个世纪的简明宇宙模型，就是现代宇宙学的基础。我可以理解，在当今激烈的就业竞争中，一些初出茅庐的科学家有时会试图在论文中加入冗长的推理和高深的数学运算过程，来给前辈们留下深刻印象。另一位博士后最近告诉我： “在我的研究领域中，为了证明自己的能力，最近流行的一种方法就是把文章写得非常长，有的文章能有几百页，甚至更长。我现在就面临一个艰难的选择：长篇大论和短小精悍，写哪种文章才更有利于我的职业发展呢？” 很显然，写长篇大论需要更大的工作量，但科学研究可未必是种体力劳动。作为科学家，我们的任务应当是用最简洁的理论来解释某种现象，并且这个理论也应该能经得起更多实验数据的检验。根据奥卡姆剃刀定律（ “如无必要，勿增实体”），如果答案可以是简洁的，那为什么要将其变复杂呢？资助机构可能会偏爱那些长期的、可预测的研究项目，因为这些研究的预期成果相对确定。然而就结果的影响力来说，它们却往往不如那些简短但出人意料的研究。这是因为这些长篇累牍的论文的读者更少，对其理解自然也更流于表面。但是后者（简短的论文）中一个简单易懂的观点往往就能够激发科学界后续的广泛关注。因此这种简明扼要的文章，反而可以为科学家带来更好的工作前景。本文作者亚伯拉罕 · 洛布一些资深科学家也爱写长篇幅的文章，因为他们想把论文写得更准确，让他人挑不出毛病。尽管高深而复杂的论述过程常被认为是能力的证明，但只有简单易懂的表达才更有利于科学的发展。当记者询问 “您是如何将自己的研究解释得如此清楚的”这类问题时，我的回答通常是：“因为我只描述自己理解的事情，并且承认有哪些部分是我不知道的。”其实，繁复的论述就像是戏剧中的烟雾，被人们拿来掩盖自己的无知。著名物理学家理查德 ·费曼（Richard Feynman）说过：“就好比诗人在创作中需要遵循某些语法和押韵的要求，我们也应该对物理学家的数学论证提出一些要求，让他们使用最简洁的表达方式。”事实上，量子力学波粒二象性理论的创立者路易·德布罗意（Louis de Broglie）的博士论文原稿就很简洁明了，但这篇简短的论文在5年后为他带来了诺贝尔奖。并不需要埋头苦干，灵感通常都是在某个瞬间突然产生的。这就是数学家亨利 ·庞加莱（Henri Poincaré）的“顿悟”。比如，在量子电动力学的研究中，朱利安·施温格（Julian Schwinger）和费曼对同一组实验数据提出了两种不同的解释，想在数学上判断这两种假说正确与否非常困难。直到当时年仅24岁的弗里曼·戴森（Freeman Dyson）在乘坐巴士时灵光一闪，简明扼要地证明了这两种解释是等价的。戴森表示：“我无法判断这个成果是否有我想象的那样伟大。我只知道，这肯定是我做出的最棒的研究。”这个简化论证不仅使他自己被普林斯顿高等研究院（Advanced Study in Princeton）授予终身教职，还让费曼和施温格共同获得了诺贝尔奖。冗余的论述通常源于对参数的微调。一个理论中需要微调的地方越多，它对简单事实的解释能力就越弱。一个经典的例子就是托勒密在描述天体运动时建立的本轮体系。比起更简单的牛顿学说，这个假设在数学上太过复杂了。当宇宙学家试图引入新的参数来匹配新的数据，从而对宇宙暴胀和多重宇宙等理论进行逆向解析时，也应当小心这一点。最近，我与哈佛大学黑洞计划（ Harvard‘s Black Hole Initiative）的博士后Feraz Azhar合作的一篇文章中就对这种微调进行了量化。在回顾研究过程时， “灵光一闪”或许会显得微不足道，但抓到它们却是很难得的。埋头苦干得来的成果，就如同是位置显眼却难以企及的水果。与之相反，那些少见的顿悟更像是被人视而不见，却唾手可得的水果。当所有看得见也够得着的水果都被摘取后，科学家就只剩下这两种选项了。本文作者：亚伯拉罕 ·洛布（Abraham Loeb）是哈佛大学天文学系主任、哈佛大学黑洞计划创始主任、哈佛-史密松天体物理中心理论与计算研究所主任。同时，洛布还担任突破摄星计划理事会主席。原文链接：https：//blogs.scientificamerican. com/observations/ the-simple-truth-about-physics/; 个人分类: 读书笔记|1698 次阅读|0 个评论

科研思维与论文写作之“5C”法则: 热度 1 huanghelai 2010-6-14 06:47; 作者：黄合来【摘要】科学研究是开拓求新和严谨求实的有机结合，在科研设计和论文撰写的过程中需要遵循一些基本原则。本文创新性地提出科研思维和论文写作的5C法则，包括评判性(critical)、一致性(consistent)、简洁性(concise)、清晰性(clear)和完整性(complete)，以期为年轻学者的科研训练和研究生教育提供参考。【关键词】高等教育；科研思维；论文写作；5C法则【前言】科学研究实践可以用胡适先生提出的大胆假设，小心求证进行概括，是一个开拓求新与严谨求实的有机结合。求新是基于对客观现象或问题的深入思考和探究，挣破旧有理论束缚，大胆创新，对未解决的问题提出新的假设或解决的可能。而求实是一个尊重证据，对新的方法或理论严谨求证的过程。科学的进步离不开两者的相辅相成，求新和求实两大准则应该贯穿整个科研实践过程。求新和求实两大准则较为抽象，实际科研工作要求遵循一些实用性更强的原则。良好的科研思维对于重大科研成果的取得极为关键，而科研思维的形成需要较为长期的训练。本文提出一个科研思维与论文写作的5C法则，力求具体，力求实用，以期为年轻学者和研究生的科研思维训练和规范提供参考。一、评判性（CRITICAL ）培养评判性思维能力是西方教育体系的一个关键目标，也是目前我国高等教育改革争论最为广泛的的议题之一。美国哲学学会定义评判性思维为有目地的，自我调节的判断过程，是针对该判断所基于的证据、概念、方法、标准或前后关联等所做的阐释、分析、评价、推断和解释。针对科学技术创新的评判性思维是科研能力的核心价值，评判性思维的培训是高等教育的关键任务之一。科研方法有三种：新方法解决老问题，老方法解决新问题，新方法解决新问题。毫无疑问，科研需要新，即创新性。创新从何而来？创新不是凭空臆想的主观主义，也不是灵光一现的机会主义，创新来源于对已有知识产生的背景、过程、证据、方法、理论、以及评价知识的标准等正确与否作出理性思考和推断。此外，科研不应为创新而创新，而应为实践而创新，有科学价值的创新研究工作应该拥有充分而合理的证据支撑。而其反映到具体的科研能力上，其核心就是一种评判性思维。具体来讲，对于新方法解决老问题，需要评判为什么老问题需要新方法？为什么新方法具有解决老问题的潜力？对于老方法解决新问题，需要评判为什么新问题需要解决？为什么老方法可以解决新问题？最后对于新方法解决新问题，同样要评判为什么新问题值得研究？此外，与老方法相比，为什么新方法更有潜力解决该新问题？对这些问题的回答应该是科研设计和论文写作的必要切入点。由于科研思维过程和论文写作思路具有内在的一致性，可以更为具体的把评判性思维反映到以基本论文结构为脉络的各个部分当中。（1）研究背景研究领域背景的重要性，比如对社会、经济、环境、健康等方面的影响。（2）研究问题评判该研究问题对探究大的研究背景领域的积极意义和潜在贡献。（3）文献综述文献综述不是综述文献，而是评判文献。必须充分评判已有文献对该研究问题的解决程度、价值和意义，为本研究的实施、方法的选取等进行合理辩护。（4）研究假定或目标综合评判和辩护拟定研究目标的合理性、适度性和可行性。（5）研究方法评判所提出的研究方法达到研究目的和解决研究问题的特质和潜力。（6）研究结果和结论对取得的结果进行深入讨论和观察，以现存文献为基础，对研究结果的一致性和异常性等进行充分的评判，并获得具有充分证据支撑的结论。二、一致性（CONSISTENT ）牛顿说如果我看得比别人更远些，那是因为我站在巨人的肩膀上。这句名言可以从一致性的方面进行理解：伟大科研成果的取得离不开广大的科研同行多年的尝试和努力，简言之，创新具有广义一致性。实际上，广义的评判性思维可以看作一致性和批判性的有机结合，也就是继承和批判。但是，一致性由于其对严谨科研思维的培训极为重要而具有特殊地位。一致性是一个科研人员必须具备的基本素质。从科研设计方面来看，前面提到的三种方法前两种都涉及到一个老：老问题和老方法。而对于第三类新方法解决新问题，其中新方法和新问题的新也都不可避免属于相对意义的新。新的问题和方法往往来源于老问题或老方法的演变和发展，如同大自然的新陈更替，对新问题的解决和新方法的探究离不开对老问题和老方法的理解和评判。原理的一致性是科研设计的重要切入点，包括研究策略、实验设计、分析方法、变量定义等等，创新的获得来源于继承和批判，但都必须具有充分的与前人研究的广义一致性。而对于科技论文的撰写，一致性则更为具体。西方科研体系对科学论文有极为严格的规范，其中一致性是一个最重要的方面。从大的方面讲，科研存在学派，但是对于同一科研人员来说，对研究问题的基本立场和观点，必须具备一定程度的一致性。从具体论文元素来讲，一致性反映在文体、格式、专业词汇使用、缩略词以及文献列表等。任何文章中出现的不一致的成份都不容忽视。比如是否第一次定义缩略词，之后一致使用？是否具有一致字体、空行、子标题？文献列表格式是否一致？等等。评判性思维的贫乏和对一致性法则的忽视是当今我国科学研究走向国际化的一个重要的瓶颈所在，青年科学研究者应该积极锻炼自己的评判性思维，同时时刻用最严格的一致性要求规范自己的科研实践和论文写作，这是取得重大科研成果的前提。三、简洁性（CONCISE ）科研是创造知识的过程。简洁的思维有利于取得好的科研成果, 而简洁的表达对于知识的传播极为重要。形象言之，简洁性法则的最高境界是多一分则多，少一分则少。具体针对科研实践，简洁性法则反映的是一种内在的科研思维简洁性和外在的论文板书简洁性。内在地，在确立了研究目标之后，所有的研究策略、方法、步骤都应该无一例外的为检验研究假定或达到研究目的而服务，任何其它的多余步骤都应该排除。只有目标明确，才不会被其它非当前研究内容所干扰。当然，在研究过程中对一些异常现象应该积极思考和观察，从而引导出可能的新的研究目标。外在地，简洁性法则要求所有论文元素均服务于对研究结论的辩护。科研论文不是用来展示老知识，而是用来发布新知识。在这方面很多学者容易犯错误，往往希望在论文中展示自己的知识量，而忽视了这些内容对论证研究结论的作用。以文献综述部分为例，在前面讲到评判文献的同时，也要注意简洁评判，文献综述应该是创新性地高度概括，只有对本研究相关的前系研究才应该进行引用，其它不相关的文献和不直接相关的内容都应该排除在评判内容之外。此外，科研论文是写给同行看的，不是科普文献，因此应该排除学科常识性的文字和评论。值得一提，对比西方语言文化，中华文字和文学的简洁性更优。相对的讲，中文期刊论文对简洁性的要求更严。当然，在一方面继承文字简洁性的优良传统的同时，也要强调对所陈述的科研成果论证的充分性。四、清晰性（CLEAR ）科研论文不是小说、不是散文、不是迷语，要求具有足够的清晰性。清晰的论文能让读者更容易理解和接受。论文的各个元素都应该在最应该出现的地方，不要让审稿专家有机会猜测或寻找研究的任何元素，包括研究背景、目标、方法、结果、结论等。具体来讲：运用规范的子标题和清晰的逻辑语言标识论文各个部件；段落之间保持良好清晰的连接层次性，主次分明；每一个段落表达一个观点或一个小主题，中心句居首或居尾；运用清晰简单的文字组成句子表达各种观点，在使用英文丛句的时候要让强调部分居于前，等等。这样写出来的论文最后看上去就会像一小截一小截短小精悍却又联系紧密的小树枝组成，而这些小树干又在更高层面逻辑严密地组成大的树干。五、完整性（COMPLETE ）麻雀虽小，五脏俱全，完整性法则是论文写作的一个基本原则，无关文章长短。任何学术论文都应该独立成篇，决不容许且听下回分解。那么到底哪些元素是一篇完整论文所应该具备的呢？跟简洁性法则共轭，完整性法则要求论文包含充分论证研究目标所需要的必要证据。换言之，任何一篇论文都必须完成对提前设定的研究目标的实现。在这个逻辑之下，合理确立论文的研究目标和范围就变得十分重要。假定所有论文都充分完成了所设定的或低或高、或新或旧的研究目标，论文的科学价值就可以直接表现为不同论文的目标及实现该目标所获得的结果的创新性、广度和深度。具体运用完整性法则的时候，有三个容易引起歧义的情况：（1）假定最初研究目标为A, 但是在实现A的过程中，发现A不可行，却意外的发现了B。在这种情况，论文撰写应该围绕B来进行，对于A目标的辩护和相关文献最多只能作为研究背景来陈述，而对B的实现应该遵循完整性法则。（2）论文的局限性和未来研究建议。任何研究都是基于某些假定，不可避免的在实验条件、分析工具、现存理论等限制下具有局限性，所以对局限性的认识和对未来研究的建议成为了很有价值的部分。但要注意的是，这两个部分和完整性法则不冲突。局限性是设定的研究目标和范围对于探索研究问题的局限性，而绝不是完成研究目标的偷工减料。换言之，虽然论文完成了研究目标，局限性表明该目标的完成对认识研究问题的不充分性，以此需要在未来研究中设立其它补充性的研究目标以充分认识研究问题。（3）联合论文形式。这种形式表现在针对一个研究的几个创新部分分别撰写2篇或以上的论文发表在同一个期刊上，并使用相同的大标题和不同的子标题。这类情况通常出现在新方法解决新问题的情况下，对于研究方法和研究成果都有显著的创新，所以在2篇文章里分别强调方法和结果。这类形式虽然比较少见，但同样也必须遵循完整性法则，其中任何一篇论文都应该独立成篇，应该充分完成对该文研究目标的实现。所以在此情况下，研究目标就必须合理的设定，比如对于方法创新论文应该以创新方法为目标，而对问题创新论文应该以探索新问题结果为目标。【结语】以上的5C法则基本概括了科研思维和论文写作的重要原则，对于年轻学者和研究生来讲，可以用这些法则来不断衡量自己从课题选定、实验设计、结果分析、论文撰写等所有科研活动，假以时日，便可渐渐形成好的科研习惯，从而获得比较成熟的科研思维，创造出突出的科研成果。最后在科研精神方面，再打包附送两个C。第一个是CANDID, 那就是科研诚信，紧紧联系着一个学者的学术声誉，不抄袭、不造假、尊重事实、尊重证据，是一个合格科研人员的基本素养。第二个就是CRAZY,，伟大的科研不是喝白开水，征服科学，需要激情，需要热爱。需要全身心投入。【参考文献】 Facione P.A. and the American Philosophical Association. 1990. Critical Thinking: A Statement of Expert Consensus for Purposes of Educational Assessment and Instruction . In: Research Findings and Recommendations, Millbrae, CA: Insight Assessment. Herrnstein RJ, Nickerson RS, Sanchez M and Swets JA. 1986. Teaching thinking skills . American Psychologist 41: 1279-1289. Abrami PC, Bernard RM, Borokhovski E, Wadem A, Surkes M A, Tamim R, Zhang D. 2008. Instructional interventions affecting critical thinking skills and dispositions: a stage 1 meta- analysis . Rev. Educ. Res. 78:11021134. Quitadamo I.J. and Kurtz M.J. 2007. Learning to Improve: Using Writing to Increase Critical Thinking Performance in General Education Biology . CBE Life Sci Educ 6(2): 140-154. Zohar A, Weinberger Y and Tamir P. 1994. The effect of the biology critical thinking project on the development of critical thinking . Journal of Res. Sci. Teaching 31(2): 183-196. 黄朝阳. 创新离不开批判性思维 . 人民日报, 2010年6月11日。【附件】科研思维和论文写作课堂讲义科研思维和论文写作讲义; 个人分类: 科研笔记|20337 次阅读|18 个评论

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