如何開始科學研究 (2)

 

基本科學研究技能–主動出擊

在面對一個新的問題的時候,身為學生通常對研究主題的理解有限並且缺乏經驗。這個時候很重要的技能之一是:主動開始了解自己的研究主題,不要等待其他人給予指示或給予回饋。任何階段的研究人員,聽命行事都是不正確的研究態度,即使在合作中也應該保有自己的獨立思考能力

這時候可能有人會問:身為學生我對問題的了解還不夠,對於相關的技術掌握還不成熟。當時很大一部分老師說讀什麼文獻,我就只能去讀文獻。什麼叫保有自己的獨立思考能力,不要聽命行事?這個時候一個很重要的概念是:主動的嘗試

嘗試什麼?面對一個未知的問題,我們可以嘗試:

  1. 除了老師建議的文獻外,主動尋找相關文獻:釐清旁支文獻和所想研究的主題之間的邏輯關係。
  2. 在相關文獻中找到重要的文獻,並且理解重要文獻邏輯架構,找到關鍵結論,試著重現關鍵結論
  3. 試著猜測可能的重要機制,並針對該機制從實驗條件或理論基礎做出些微改變,並了解這個改變會造成的效應
  4. 建立簡單的數值模擬:改變數值模擬的參數,了解系統怎麼改變。建立數值模擬的過程,其實也是檢驗自己對問題是否有正確理解。一個你知道自己在做什麼的系統,你一定有辦法建構數值模擬,計算效率或許不高,但至少小系統可以提供正確可理解的結果。
  5. 試著用不同方式推導解析的結果:推導解析結果除了常見的從一個方程式推到另外一個方程式,還有其他不同方式。一個是藉由簡化初始假設(從簡單一點的系統開始想,這系統有三個可能的重要效應,能不能兩個兩個一起考慮先?),幫助自己了解不同機制導致的效應。另一個是推廣相關概念到不同系統,問自己如果我在不同系統中想要應用相關的概念,我該怎麼開始我的分析。簡化過程會幫助我們內化相關物理效應的圖像,推廣則是測試自己對相關概念的理解程度。
  6. 問問題,並跟同儕討論:每個人都有自己思考的盲點,另外一顆願意跟你講真話的大腦很重要。某種程度,指導教授的功能就是至少有一顆大腦可以跟客觀幫助學生測試思考盲點。組讀書會、組織期刊討論會等等,都是為了幫自己和身邊的同伴營造一個一起學習但獨立思考的環境,培養另外一堆大腦刺激自己。這也是教學相長的來源。(休閒讀物:棋魂 – 桑原本因坊:「圍棋是兩個人才下得起來的。」)

在起步階段,通常很多嘗試不會帶來有趣的現象,甚至有點枯燥乏味。但是經過慢慢的嘗試,我們會慢慢的了解做什麼事,系統會怎麼樣?並且建立對系統的物理直覺。當開始有這些直覺得時候,這就是一個很好的機會加深我們對系統的了解:理解這個物理直覺的來源。有沒有什麼物理論述,可以理解為什麼調了這個參數,系統會這樣反應?我們可不可以用以前的物理訓練,讓這個物理論述更精確?在這些過程中我們會慢慢的累積對系統的直覺,運氣好的話,我們甚至可能發現以前人所沒發現的東西。

這一切的重點是:主動出擊,不用怕弄髒手,這些主動出擊的過程,都是屬於研究者發展獨到見解的必經路線。如果每個人都用生產線一般的類似語言、思路做研究,物理就不會如此有趣。常常讓人感到興奮的是,經由與其他人討論,我們可以從其他人身上學到:原來可以這樣想事情。如果可以自己創造出獨特的看法或想法,創造新的知識 ,那更是會讓人上癮的美好感覺。(我在08年跟王道維老師做專題的時候學到這個概念:做研究是為了創造新的知識!讀書是知識的消費行為,做研究是知識的生產行為。當時還不是很清楚知道這是什麼意思,當研究文章慢慢有累積引用數的時候,才慢慢體會這是什麼意思。)而這些培養未來科學家學術獨立、思考能力的過程,常常是需要時間和空間培養的,常常與是否可以有效率在頂尖期刊上發表論文不一定相關,甚至可能是負相關。主動出擊是一個自我挑戰的旅程,這個旅程中一定會伴隨挫折感,而成長的定義就是在這個挫折感之後留下的新知識、能力。最基本的收穫是,藉由最佳化這個主動出擊的流程,可以幫助你越來越熟悉怎麼挑戰一個未知的主題,而可以在廣大的未來世界裡,不被科目、領域限制而越走越廣。

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