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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。故而勤奮學習，建立知識框架，積累深厚基礎；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，后者是問。學而不問則殆，問而不學則茫。學而問，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家，那么勤奮學習就是實現(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“負功”。 ●在科學研究中常常會遇到“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的科學家才能抓住它，取得重大的突破。 ●實際的學科基礎是金字塔，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)。各位同學只要勤奮努力，相信都能成為出色的科學家。 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。從那時起就模糊認識到要把學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 科學研究是接力賽跑，起跑點要在科學研究的前沿，要把前人的有關知識接過來。研究生的導師很重要，他把接力賽跑的棒交給你，你就可以在科學研究的前沿起跑。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)新和繼承的關系。 科學研究既然是接力賽跑，所以每一項科學創(chuàng)新都有前因后果。把這些前因后果串聯(lián)起來，就構成一條“創(chuàng)新鏈”。創(chuàng)新鏈常有分支，于是構成“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”是一種重要的科學方法�？茖W(Science)原來的含義就是分科之學。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)代科學發(fā)展的大趨勢之一，是學科越分越細。例如1900年是500門學科，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門新學科，我們中國人至少創(chuàng)建3000門。你們要有創(chuàng)建3000門新學科的雄心壯志。 4 學科交叉法 學科交叉法就是在不同的學科之間，進行“比較”、“類比”和“移植”的研究方法，從而產(chǎn)生新的研究領域或新的學科。 “比較法”是具有悠久歷史的傳統(tǒng)方法，也是科學研究中的重要邏輯方法。在語言學的研究中有一分支，叫做“比較語言學”，就是用比較的方法來研究兩種或多種語言的異同。在生物學中有“比較生物學”。學科交叉的無人區(qū)是創(chuàng)新的生長點。 中文有“做學問”一詞，通常翻譯為Learning，但后者只有學習的意思，沒有問的含義。做學問要既學又問，學而不問則殆，問而不學則茫。 5 移花接木法 “移花可以接木，雜交可以創(chuàng)新”，這是科學創(chuàng)新的“移植法”�？茖W可按照它的研究對象由簡單到復雜的程度分為上、中、下游。數(shù)學、物理學是上游，化學是中游，生物、醫(yī)學、社會科學等是下游。上游科學研究的對象比較簡單，但研究的深度很深。下游科學的研究對象比較復雜，除了用本門科學的方法以外，如果借用上游科學的理論和方法，往往可收事半功倍之效。所以“移上游科學之花，可以接下游科學之木”。 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)�，在搬運東西和機械工程中被廣泛使用。在科學研究中，我們要把一種已知的方法盡量推廣拓展到未知的領域，這就是“創(chuàng)新”。 7 逆向思維法 在飛機的設計中，要試驗飛機的外型和材料在高速飛行中與空氣阻力的關系。這種試驗很難在空中飛行時進行。于是創(chuàng)造出“風筒”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和航空技術研究中常用的“風洞”實驗室方法。又如在輪船的設計中，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的科學家才能抓住它，取得重大的突破。 9 天上人間法 有些物質是天文學家在天上先發(fā)現(xiàn)，然后由化學家把天上之花，移植到地球人間的。 例如1868年天文學家在觀察日全蝕時，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，化學家才從地球大氣中把He元素氣體分離出來。 再例如天文學家用射電天文望遠鏡研究分子的轉動光譜，發(fā)現(xiàn)了幾十種星際分子，有一類是直線形的HCiN分子�；瘜W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。好奇性是科學發(fā)展的重要動力之一，所以“好奇性”也是科學家應具備的素質之一。 11 大膽假設、小心求證法 胡適在考古學研究中提出“大膽假設，小心求證”的科學方法，我認為也可用于自然科學研究，而且是一個很重要的科學創(chuàng)新的方法。如果你不明白為什么，對老師、專家、權威都可提出質疑，敢于好高騖遠大膽假設，善于實事求是，小心求證。對于你的假設預期，要認真安排實驗來小心求證。實驗的結果不外四種： （1）證明了你的假設，于是進一步去尋求新的實驗證明。證明越來越多，假設就能發(fā)展成為理論； （2）部分否定了你的假設，于是你可以部分修改你的假設，使之更為完善； （3）全部否定了你的假設，于是你可以根據(jù)新的實驗結果，提出新的假設； （4）得到完全意外的結果。例如從設計合成一個新化合物的失敗，到發(fā)現(xiàn)一個新的結構類型。如果你的運氣好，可能發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象或新效應，但必須有敏銳眼光才能抓住它。 所以這四種可能性，在科學上都有收獲。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 國學大師王國維在《詞話》中寫到治學的三個境界：“獨上高樓，望盡天涯路”，這是第一境界，是治學或研究的開始，要找到學科發(fā)展的前沿，作為你科研創(chuàng)新的起點�！耙聨u寬終不悔，眾里尋她千百度”，這是第二境界，正是科學研究的緊張階段，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）勤奮是成功的關鍵，如果你夢想要做一個科學家，那么勤奮學習就是實現(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“負功”；3）創(chuàng)新除了勤奮外，還要有一定的“靈感”。當你在科研中已“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，得到希望得到的結果。這一方法現(xiàn)已廣泛用于科學研究和高新技術，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，為原子彈設計提供基礎； （4）北京大學在稀土分離研究中，以串級萃取理論為模型，用計算機模擬“搖漏斗”的實驗，獲得稀土工藝設計的“一步放大專家系統(tǒng)”，并在全國推廣應用。 15 綜合集成法 系統(tǒng)科學是從傳統(tǒng)科學中提出帶有共性的問題來研究，因而產(chǎn)生的科學。它是最廣泛的交叉學科。如果把自然科學、技術科學、社會科學看作科學分類的經(jīng)線，那么系統(tǒng)科學就是橫跨自然科學、技術科學、社會科學的緯線，所以也可稱為橫斷科學。它包括系統(tǒng)論、控制論、信息論、耗散結構理論、非線性科學、協(xié)同學、運籌學、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。 控制論是把自動調節(jié)、通信工程、計算機技術，以及神經(jīng)生理學和病理學等學科，以數(shù)學為紐帶聯(lián)系在一起而形成的新學科。它是1948年美國數(shù)學家維納創(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，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，總結出自動機應具備的一些特點。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)定起著至關重要的作用。他總結了這些思想，在1948年出版了《控制論》一書，把控制論定義為“關于機器和生物的通訊和控制的科學”。錢學森1954年在美國出版的《工程控制論》一書，是這個學科的奠基性著作。同年艾什比發(fā)表《大腦設計》，建立了“生物控制論”。 16 接近于“無中生有”的原始大創(chuàng)新 量子力學和相對論是突破當時牛頓經(jīng)典力學的理論和傳統(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。 以量子力學為例，實現(xiàn)這一類創(chuàng)新的第一步是“提出科學問題”。正確敏銳地提出科學問題，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相似。薛定鄂把光的Maxwell電磁波方程與德布羅意關系式結合起來，得到量子力學的基本方程，即著名的薛定鄂方程。 第四步是要有深厚的數(shù)學基礎，從基本方程推導出可以由實驗來檢驗的結果。 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的基礎之上的�；炯僭O的要求是：物理概念要明確，表述要簡潔，它的實驗基礎要鞏固，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，著名化學家，中國科學院院士�，F(xiàn)任北京大學化學系教授、博士生導師。 徐光憲長期從事物理化學和無機化學的教學和研究，涉及量子化學、化學鍵理論、配位化學、萃取化學、核燃料化學和稀土科學等領域。通過總結大量文獻資料，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定義，根據(jù)分子結構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計算方法和無機共軛分子的化學鍵理論。合成了具有特殊結構和性能的一系列四核稀土雙氧絡合物。 2009年1月9日，胡錦濤等黨和國家領導人在人民大會堂給徐光憲、王忠誠兩位院士授予了2008年度國家最高科學技術獎。 |
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