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solomoe銅蟲 (初入文壇)
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【其他】科研創(chuàng)新十六法——by徐光憲 已有13人參與
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●知識創(chuàng)新都有前因后果，來龍去脈。故而勤奮學(xué)習(xí)，建立知識框架，積累深厚基礎(chǔ)；加上追根到底，萬事逼問為什么的好奇心，就是創(chuàng)新的源泉。前者是學(xué)，后者是問。學(xué)而不問則殆，問而不學(xué)則茫。學(xué)而問，問而思，思而行，行而果，這就是創(chuàng)新。 ●如果你夢想要做一個科學(xué)家，那么勤奮學(xué)習(xí)就是實現(xiàn)你的夢想之“舟”。但舟有快如宇航飛機，慢如蝸牛。所以勤奮必須是高效率的勤奮，不要去做“磨擦生熱”的“無用功”，更不要做“負(fù)功”。 ●在科學(xué)研究中常常會遇到“山窮水盡疑無路”時，粗心大意的人很容易放過這種機遇。只有具有敏銳眼光和扎實基礎(chǔ)的科學(xué)家才能抓住它，取得重大的突破。 ●實際的學(xué)科基礎(chǔ)是金字塔，有比較廣的知識，但是又要有塔尖，有高度，也就是你的專業(yè)知識高度。但是一條竹竿是站不直的，所以你除了“高”，還要有一些“寬”。 多年以來，我一直在實踐中探索科研如何創(chuàng)新的方法，總結(jié)了16條。我可以告訴大家，我的天賦很平常，但“天道酬勤”，只要依靠勤奮，是可以取得科學(xué)成就的。大發(fā)明家愛迪生說：天才=98%的汗水＋2%的靈感。而2%的靈感也可用勤奮來培養(yǎng)。各位同學(xué)只要勤奮努力，相信都能成為出色的科學(xué)家。 1 創(chuàng)新與知識積累 創(chuàng)新必須先有知識積累，這是創(chuàng)新和繼承的關(guān)系。我幼年時常生病，生了病去看中醫(yī)，到中藥鋪去抓藥，看到中藥分類歸檔，放在上百個抽屜里。從那時起就模糊認(rèn)識到要把學(xué)到的東西放在腦中的抽屜里，并把眾多抽屜有序排列，才能記住。以后就慢慢形成要在自已的頭腦里建立知識框架的概念。知識框架即知識文檔樹，建立知識文檔樹便于知識存貯檢索、記憶、聯(lián)系比較、分析歸納和創(chuàng)新。 2 創(chuàng)新鏈和創(chuàng)新樹 科學(xué)研究是接力賽跑，起跑點要在科學(xué)研究的前沿，要把前人的有關(guān)知識接過來。研究生的導(dǎo)師很重要，他把接力賽跑的棒交給你，你就可以在科學(xué)研究的前沿起跑。牛頓說：“我是站在巨人的肩膀上，所以能看得遠一些”。這是創(chuàng)新和繼承的關(guān)系。 科學(xué)研究既然是接力賽跑，所以每一項科學(xué)創(chuàng)新都有前因后果。把這些前因后果串聯(lián)起來，就構(gòu)成一條“創(chuàng)新鏈”。創(chuàng)新鏈常有分支，于是構(gòu)成“創(chuàng)新樹”。建立創(chuàng)新樹的方法，可以啟發(fā)你的創(chuàng)新靈感,活躍你的創(chuàng)新思維，特別是在分枝點上，可以思考一下：還有什么新路可走？ 3 分類研究法 “分類法”是一種重要的科學(xué)方法�？茖W(xué)(Science)原來的含義就是分科之學(xué)。例（1）動植物的宏觀分類法——門，綱，目，類，科，亞科等。例（2）生物的微觀分類法——基因分類法。例（3）萃取機理的分類。例（4）經(jīng)濟模式的分類——自由資本主義經(jīng)濟（如美國），歐洲資本主義經(jīng)濟，中國特色社會主義市場經(jīng)濟等。 世界上的事物是非常復(fù)雜的巨系統(tǒng)，要探索這個巨系統(tǒng)，先要把它進行分類，才能找到其中的規(guī)律�，F(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的大趨勢之一，是學(xué)科越分越細(xì)。例如1900年是500門學(xué)科，2000年是5000門。100年增加10倍。2100年可能到50000門，2050年到20000門，50年中創(chuàng)建15000門新學(xué)科，我們中國人至少創(chuàng)建3000門。你們要有創(chuàng)建3000門新學(xué)科的雄心壯志。 4 學(xué)科交叉法 學(xué)科交叉法就是在不同的學(xué)科之間，進行“比較”、“類比”和“移植”的研究方法，從而產(chǎn)生新的研究領(lǐng)域或新的學(xué)科。 “比較法”是具有悠久歷史的傳統(tǒng)方法，也是科學(xué)研究中的重要邏輯方法。在語言學(xué)的研究中有一分支，叫做“比較語言學(xué)”，就是用比較的方法來研究兩種或多種語言的異同。在生物學(xué)中有“比較生物學(xué)”。學(xué)科交叉的無人區(qū)是創(chuàng)新的生長點。 中文有“做學(xué)問”一詞，通常翻譯為Learning，但后者只有學(xué)習(xí)的意思，沒有問的含義。做學(xué)問要既學(xué)又問，學(xué)而不問則殆，問而不學(xué)則茫。 5 移花接木法 “移花可以接木，雜交可以創(chuàng)新”，這是科學(xué)創(chuàng)新的“移植法”。科學(xué)可按照它的研究對象由簡單到復(fù)雜的程度分為上、中、下游。數(shù)學(xué)、物理學(xué)是上游，化學(xué)是中游，生物、醫(yī)學(xué)、社會科學(xué)等是下游。上游科學(xué)研究的對象比較簡單，但研究的深度很深。下游科學(xué)的研究對象比較復(fù)雜，除了用本門科學(xué)的方法以外，如果借用上游科學(xué)的理論和方法，往往可收事半功倍之效。所以“移上游科學(xué)之花，可以接下游科學(xué)之木”。 6 四兩撥千斤法 中國有句成語，叫做“四兩撥千斤”，這就是“力的放大”。例如杠桿、齒輪、千斤頂?shù)龋诎徇\東西和機械工程中被廣泛使用。在科學(xué)研究中，我們要把一種已知的方法盡量推廣拓展到未知的領(lǐng)域，這就是“創(chuàng)新”。 7 逆向思維法 在飛機的設(shè)計中，要試驗飛機的外型和材料在高速飛行中與空氣阻力的關(guān)系。這種試驗很難在空中飛行時進行。于是創(chuàng)造出“風(fēng)筒”來模擬飛行。這是一種“反其道而行之”的逆向思維方法，即把飛機固定，讓高速空氣流向飛機，其效果是一樣的。這就是在空氣動力學(xué)和航空技術(shù)研究中常用的“風(fēng)洞”實驗室方法。又如在輪船的設(shè)計中，可以做一個縮小的模型，放在一個縮小的水槽中，用各種流速來試驗船體的阻力。 8 柳暗花明法 在科學(xué)研究中常常會遇到“山窮水盡疑無路”時，粗心大意的人很容易放過這種機遇。只有具有敏銳眼光和扎實基礎(chǔ)的科學(xué)家才能抓住它，取得重大的突破。 9 天上人間法 有些物質(zhì)是天文學(xué)家在天上先發(fā)現(xiàn)，然后由化學(xué)家把天上之花，移植到地球人間的。 例如1868年天文學(xué)家在觀察日全蝕時，從日珥的光譜中發(fā)現(xiàn)一種未 知原子的譜線，命名這一未知元素為“太陽元素(Helium)”。28年后，化學(xué)家才從地球大氣中把He元素氣體分離出來。 再例如天文學(xué)家用射電天文望遠鏡研究分子的轉(zhuǎn)動光譜，發(fā)現(xiàn)了幾十種星際分子，有一類是直線形的HCiN分子。化學(xué)家Smally想象宇宙中有閃電C C C C;C，空氣中有氮氣和氫氣，企圖用激光或電弧作用于石墨，在地球上來制備這類化合物，卻意外地得到C-60，并獲得諾貝爾獎。但這類HCiN分子，至今在地球上尚未合成。 10 傻瓜提問法 創(chuàng)新的第一步是“提出問題”。年輕人好奇提問往往是創(chuàng)新的開端。好奇性是科學(xué)發(fā)展的重要動力之一，所以“好奇性”也是科學(xué)家應(yīng)具備的素質(zhì)之一。 11 大膽假設(shè)、小心求證法 胡適在考古學(xué)研究中提出“大膽假設(shè)，小心求證”的科學(xué)方法，我認(rèn)為也可用于自然科學(xué)研究，而且是一個很重要的科學(xué)創(chuàng)新的方法。如果你不明白為什么，對老師、專家、權(quán)威都可提出質(zhì)疑，敢于好高騖遠大膽假設(shè)，善于實事求是，小心求證。對于你的假設(shè)預(yù)期，要認(rèn)真安排實驗來小心求證。實驗的結(jié)果不外四種： （1）證明了你的假設(shè)，于是進一步去尋求新的實驗證明。證明越來越多，假設(shè)就能發(fā)展成為理論； （2）部分否定了你的假設(shè)，于是你可以部分修改你的假設(shè)，使之更為完善； （3）全部否定了你的假設(shè)，于是你可以根據(jù)新的實驗結(jié)果，提出新的假設(shè)； （4）得到完全意外的結(jié)果。例如從設(shè)計合成一個新化合物的失敗，到發(fā)現(xiàn)一個新的結(jié)構(gòu)類型。如果你的運氣好，可能發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象或新效應(yīng)，但必須有敏銳眼光才能抓住它。 所以這四種可能性，在科學(xué)上都有收獲。尤其是第四種，可能有巨大收獲。 12 意外機遇法 例（1）弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素。 例（2）X射線的發(fā)現(xiàn)。 例（3）宇宙的微波背景輻射。 13 靈感培養(yǎng)法 國學(xué)大師王國維在《詞話》中寫到治學(xué)的三個境界：“獨上高樓，望盡天涯路”，這是第一境界，是治學(xué)或研究的開始，要找到學(xué)科發(fā)展的前沿，作為你科研創(chuàng)新的起點。“衣帶漸寬終不悔，眾里尋她千百度”，這是第二境界，正是科學(xué)研究的緊張階段，遇到困難，不知如何解決才好�！膀嚾换厥�，伊人正在燈火闌珊處”，這是第三境界，正在山窮水盡的時候，忽然靈感到來，驀然回首，伊人（這里指你希望得到的結(jié)果，或解決困難的方案和辦法）出來了，卻在忽明忽暗的燈火闌珊處。 從中可以得到三點啟發(fā)：（1）開題的重要性；（2）勤奮是成功的關(guān)鍵，如果你夢想要做一個科學(xué)家，那么勤奮學(xué)習(xí)就是實現(xiàn)你的夢想之“舟”。但舟有快如宇航飛機，慢如蝸牛。所以勤奮必須是高效率的勤奮，不要去做“磨擦生熱”的“無用功”，更不要做“負(fù)功”；3）創(chuàng)新除了勤奮外，還要有一定的“靈感”。當(dāng)你在科研中已“進入角色”，“身心投入”后仍然遇到難題，百思不得其解，這時你可以忘掉它，輕松愉快地去做別的工作，或看電影，或散步，或聽音樂，然后好好睡一覺。睡眠中大腦會把白天困擾你的問題進行知識的反芻、醞釀和陳化的慢波處理，早上一覺醒來，往往就忽有所悟。 14 虛擬實驗法 現(xiàn)在常用的虛擬現(xiàn)實法也是“建立模型”的方法之一。提出一個理論模型，用計算機虛擬現(xiàn)實，得到希望得到的結(jié)果。這一方法現(xiàn)已廣泛用于科學(xué)研究和高新技術(shù)，例如： （1）虛擬大氣溫度、濕度、氣流的未來變化，做出近期和中期的天氣預(yù)報； （2）建立模型，虛擬小浪底水庫放水沖洗黃河的泥沙，提供最優(yōu)化實際放水時間和流量等參數(shù)； （3）虛擬原子彈爆炸過程，代替實際爆炸實驗，為原子彈設(shè)計提供基礎(chǔ)； （4）北京大學(xué)在稀土分離研究中，以串級萃取理論為模型，用計算機模擬“搖漏斗”的實驗，獲得稀土工藝設(shè)計的“一步放大專家系統(tǒng)”，并在全國推廣應(yīng)用。 15 綜合集成法 系統(tǒng)科學(xué)是從傳統(tǒng)科學(xué)中提出帶有共性的問題來研究，因而產(chǎn)生的科學(xué)。它是最廣泛的交叉學(xué)科。如果把自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)、社會科學(xué)看作科學(xué)分類的經(jīng)線，那么系統(tǒng)科學(xué)就是橫跨自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)、社會科學(xué)的緯線，所以也可稱為橫斷科學(xué)。它包括系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結(jié)構(gòu)理論、非線性科學(xué)、協(xié)同學(xué)、運籌學(xué)、混沌理論、分形理論、突變論、超循環(huán)論等。下面僅以控制論為例，說明它是怎么發(fā)展起來的。 控制論是把自動調(diào)節(jié)、通信工程、計算機技術(shù)，以及神經(jīng)生理學(xué)和病理學(xué)等學(xué)科，以數(shù)學(xué)為紐帶聯(lián)系在一起而形成的新學(xué)科。它是1948年美國數(shù)學(xué)家維納創(chuàng)立的，他在二次世界大戰(zhàn)期間，接受了研制防空火力的控制系統(tǒng)的任務(wù)，嘗試用機器來模擬人腦的功能。他把生命機體和機器作比較研究，總結(jié)出自動機應(yīng)具備的一些特點。他的研究還表明，無論是自動機器，還是神經(jīng)系統(tǒng)、生物系統(tǒng)，以至經(jīng)濟、社會系統(tǒng)，反饋都對系統(tǒng)穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用。他總結(jié)了這些思想，在1948年出版了《控制論》一書，把控制論定義為“關(guān)于機器和生物的通訊和控制的科學(xué)”。錢學(xué)森1954年在美國出版的《工程控制論》一書，是這個學(xué)科的奠基性著作。同年艾什比發(fā)表《大腦設(shè)計》，建立了“生物控制論”。 16 接近于“無中生有”的原始大創(chuàng)新 量子力學(xué)和相對論是突破當(dāng)時牛頓經(jīng)典力學(xué)的理論和傳統(tǒng)概念，提出全新思維和理論的創(chuàng)新。但即使這樣重大的原始創(chuàng)新，也不是完全“無中生有”，而是有跡可尋的。 以量子力學(xué)為例，實現(xiàn)這一類創(chuàng)新的第一步是“提出科學(xué)問題”。正確敏銳地提出科學(xué)問題，本身就是重大的創(chuàng)新。 第二步是要有敏銳的直覺和靈感，提出一些前所未有的新概念，并重新審視舊理論中的概念。 第三步是要建立新理論的基本方程。既然微觀粒子與光子一樣具有波粒二象性，它們的基本運動方程也應(yīng)相似。薛定鄂把光的Maxwell電磁波方程與德布羅意關(guān)系式結(jié)合起來，得到量子力學(xué)的基本方程，即著名的薛定鄂方程。 第四步是要有深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，從基本方程推導(dǎo)出可以由實驗來檢驗的結(jié)果。 第五步，一個新理論的基本方程建立以后，還要回過頭來看看這個理論體系是建筑在哪些基本假設(shè)的基礎(chǔ)之上的�；炯僭O(shè)的要求是：物理概念要明確，表述要簡潔，它的實驗基礎(chǔ)要鞏固，條數(shù)要愈少愈好。這樣才能建立簡潔優(yōu)美的理論體系。 ——轉(zhuǎn)載自《文匯報》（wenhui.news365.com.cn）2009年4月16日，本刊作了修改。 *徐光憲，著名化學(xué)家，中國科學(xué)院院士�，F(xiàn)任北京大學(xué)化學(xué)系教授、博士生導(dǎo)師。 徐光憲長期從事物理化學(xué)和無機化學(xué)的教學(xué)和研究，涉及量子化學(xué)、化學(xué)鍵理論、配位化學(xué)、萃取化學(xué)、核燃料化學(xué)和稀土科學(xué)等領(lǐng)域。通過總結(jié)大量文獻資料，提出普適性更廣的（nxcπ）格式和原子共價的新概念及其量子化學(xué)定義，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)式便可推測金屬有機化合物和原子簇化合物的穩(wěn)定性。建立了適用于研究稀土元素的量子化學(xué)計算方法和無機共軛分子的化學(xué)鍵理論。合成了具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的一系列四核稀土雙氧絡(luò)合物。 2009年1月9日，胡錦濤等黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人在人民大會堂給徐光憲、王忠誠兩位院士授予了2008年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎。 |
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