如何開始科學研究 (3)

 

文獻閱讀

關於文獻閱讀的部分,我們可以分成幾個部分討論。而這些討論也會反射出一篇好的科學論文應該具有什麼要素。我們應該先問自己一個問題:我為什麼要閱讀文獻?我想要從文獻中獲得什麼資訊?藉由了解這些問題,我們可以了解未來我們撰寫研究論文時,需要提供哪些資訊。喜歡讀到什麼樣的論文,未來就應該學著該怎麼寫。

閱獨文獻最基本的目標就是:我們想要從文獻裡學會需要的知識,解決我們研究所面對的技術問題。如果我們找到有人已經做過相關的研究,或許我可以站在巨人的肩膀上,看得更遠,而不用自己重新發明輪子。身為一位急著搞懂物理機制的研究生,我們想知道的第一個問題就是:這個文獻是不是和我的系統有關係?如果有,怎麼個有關係法?所以文章撰寫最重要的一部分就是明確的定義研究系統,並且精簡的說明用到的假設和邏輯推論方式,並且有一個明確的結論

第二層的目的是:我們想要從文獻裡學會目前社群知道什麼,什麼方向還有發展的空間?如果我們研究的主題已經有類似研究存在,我們該如何發揮創意另闢蹊徑?

第三層的目的:我們想從文獻裡形成對整個研究領域的大方向感。這個研究領域目前的大方向是什麼?目前的大方向的精神是什麼?是一個有靈魂的問題?還是一個產業的泡沫?然後更重要的是,我們該如何建設性的在目前的大方向下,問出新的有靈魂的問題?幫助研究領域繼續往前,或是重新定義這個研究方向?

碩士班以前的研究,大概是專注在第一層:解決手邊的問題。博士班畢業生應該要有辦法問出第二層的思路,展現創意。博士後研究應該要在第三層目的下功夫。也因此碩士班論文、博士班論文和博士後找教職時的論文,需要的程度是不一樣的。除了問問題的層面不同、解決相關問題的創意性、嚴謹性要求也不同。我大概描述這些分類,並不是要大家在閱讀文獻初期就想著如何有系統地加強這些思維能力。因為這些常常是經由長時間經年累月培養。除閱讀文獻外,也需要與傑出研究者切磋討論,在吸收知識和內化知識的層層輪迴中所累積出來的。但是一開始說明這件事原因很簡單,因為要用下階段的標準來提醒自己,才會在成為獨立研究者路上有所成長。如果在博士生階段還停留在第一層而自喜(讀論文有什麼難,我天天都在讀論文),就很有可能被系統默默淘汰而不自知。

在這些概念上的說明外,我們接下來討論一些比較實際的問題。

文獻來源(從什麼地方找文獻?)

當什麼都不知道,是個理論物理小白的時候。第一件事情要學習就是:無論是什麼來源的文章,都有可能是錯的。所以光就來源分析是不夠的。我們先討論來源的原因只是非常單純的:總得有個地方找文獻才可以討論怎麼閱讀文獻。 所以這裡介紹一些理論物理文獻獲得來源的期刊。

  1. Review of Modern Physics: 這是收集綜述型文章的期刊,介紹一個研究領域的大方向,和各種分支。通常開始一個研究的時候,非常重要的文獻來源之一就是:從綜述性文章開始掌握。
  2. Physical Review Something, (Something = Letters, A~E, X, etc.): 這是美國物理學會經由全球社群共同維護的期刊,著重在物理上的發現。由於是來自於社群的力量,所以相較於以營利為目的的期刊,比較沒有那麼強的商業動機。但是也因為這樣,所以審稿時間比較長,審稿者的程度變動很大,導致越來越多物理學家在發表壓力下,轉投其他較快發表的期刊。
  3. Nature, Science, Nature physics, Nature communication, Science advance:這些期刊是商業期刊,基本上屬於綜合型期刊(Nature physics除外)。也因為是商業期刊,審稿者有比較強的時間壓力,在發表(或拒絕)期刊的審查流程上較快速。也因為是商業期刊,這些期刊對火紅研究領域嗅覺很好。
  4. 預印系統(ArXiv):這是一個社群維護的系統,讓科學家在工作尚未被接受時,先跟讓世界的專家們交流,分享自己的發現。但是因為沒有審稿者,所以有可能有錯的很離譜的,或是很具爭議的文章出現。
  5. Journal club for condensed matter physics:每個月精選幾篇有重要發現的文章,重點是推薦者的頻論(commentary)。你可以從中看到這個工作怎麼改變後人在這個問題上的思維。

作為新手我建議在文獻收集的時候,如果有(1)(2)類的期刊,可以先作為閱讀的主軸。原因是,雖然所有的來源都可能是錯的,但是經過審稿人思考的工作,比較可能有機會把錯的離譜的工作過濾掉。慢慢經過閱讀,培養經驗後,了解文章應該有什麼架構,對領域有一定程度的認識後,比較不容易被騙。再開始嘗試在(3)(4)中尋找比較即時的訊息。(5)則是提升學術品味用的好資源。

引用數、影響因子重要嗎?

現代科學演進到試著用量化數據評量文章的價值。對於新一代科學家的培養從我的角度來看,是弊大於利的系統。原因是,這些量化數據,並沒有明顯幫助科學研究風氣:鼓勵求真、創造可重現的堅實新知識;反倒是把對科學的追尋轉變成對量化數據的追尋。加強了一窩蜂、和追求聳動發現等等並非科學本質的活動。量化數據唯一好處,是滿足大家的比較心,但卻無法幫助我們看到研究者的研究邏輯脈絡。而導致沒有意義的比較。我們不應該問一篇文章的引用數、或是期刊的引響因子是多少。我們應該問這篇文章有沒有改變社群想事情方式的潛力?這篇文章出現以前,大家怎麼想事情,當這篇文章出現後,他對社群造成了什麼影響?而這些資訊,只有真正下過功夫,反芻思考文獻內涵,才有辦法拼湊出來消化過的資訊。貪圖方便,使用這些量化數據評價一篇文章的價值,常常是誤導的,或是很容易錯過機會。

文獻閱讀技巧(如何有效率的從文獻中學習?)

大概講過可以從哪裡找尋文章以後,下一個問題是,我們該如何有效率的萃取資訊。我自己的經驗,從綜述性文章出發都會是不錯的選擇。因為他的目的之一就是幫助新進入該領域的研究者有效率的了解整個領域的概況。然而,也因為如此,綜述性文章著重在大方向的邏輯架構,而不會在技術細節著墨。

這個時候,就會需要閱讀主題相對明確的,非綜述性文章。通常這些文獻的結構會是:

  1. 主題(Title)
  2. 摘要(Abstract)
  3. 簡介(Introduction)
  4. 本文(Main text)
  5. 結論(Conclusion)

我在這邊分享一些經驗,可以訓練判斷一篇文章對我們的研究方向是否有所幫助?也訓練自己猜測文章結論的能力。希望對未來的凝聚態理論物理學家們有所幫助。

  • (1)>(2)>(3):當這個流程跑完的時候,我們應該對於要研究的對象,和問題,有所理解(15分鐘)。
  • 接下來我們可以開始用自己所知道的物理知識,猜測本文的可能結論。(5$\sim$10分鐘)
  • 比對我們猜測的結論和這篇文章的真正結論(5)。這時候可以朝兩個方向思考:這篇文章有沒有給出非常不同的結論,如果猜出來的結果和本文結果差不多,表示這篇文章和你預期差不多,其實不需細讀本文內容。另外一個方向是,這篇文章的結論是否有趣?就算我們猜到結論是什麼,文章作者對這個結論的詮釋和我們的理解有什麼不同?我們可不可以在這篇文章中學到新東西。(5$\sim$10分鐘)

剛開始的時候,非常有可能在A階段就因為不理解系統而卡關,這完全沒有關係,因為學新東西的時候本來就對研究對象和問題不熟悉。綜述性文章基本上對這個階段的判斷力增加很有幫著。而這個流程可以避免因為對領域理解不足,花了很多時間了解本文細節,卻沒有及時發現文獻對自己的研究方向沒有任何幫助的情境。這個流程也可以加速培養我們了解閱讀文章的第二層和第三層目的。增加方向感。

學生該讀文獻還是指導教授該讀文獻?

很不幸的,在台灣似乎會出現這種問題:到底是指導教授該讀文獻?還是學生該讀文獻?如果你有讀懂前一篇文章,主動出擊的研究態度,你就知道這是個假議題。當然一部分理由是可能學生覺得指導教授不是很專注在自己的研究主題,而心生不平:為什麼好像都是我在出力?但是在我看來,這是一個問錯問題的敘述。

我們把這問題拆開來看:指導教授該不該讀文獻?理由是什麼?學生該不該讀文獻?理由是什麼?

指導教授該不該讀文獻?當然該,因為讀文獻是針對指導教授有興趣的主題做認識,指導教授和學生的差別只是在經驗,因此他是自己的指導教授。本來就要藉由文獻閱讀去了解社群的脈動,去學習問出更好的問題。

學生該不該讀文獻?當然應該,有問題想研究當然要讀文獻,但是差異只是在學生比較沒經驗。所以會花更多時間,更容易感到挫折和沒有方向感。很弔詭的事情是,克服這些挫折和方向感問題的方式,只有一個,加強讀文獻的能力和認真做獨立思考研究。

但是,指導教授的題目和學生的題目不一定是一樣的。學生要完成專題計畫或是學位論文,當然要最清楚研究主題的文獻,指導教授的功能是“指導”,不是幫學生讀文獻、寫學位論文。所以學生報告相關文獻給指導教授時,他的立場是當一隻學術烏鴉,挑毛病。挑戰學生的獨立思考能力。經由許多報告,一邊學習相關知識,一邊學習如何不被文獻牽著鼻子走。

有些人會問說,啊學生就是讀不懂文獻啊,讀得懂的話他就不是學生了。他讀得懂他就自己做了,要指導教授何用?這也是一個邏輯錯誤。學生需要指導教授的地方基本上是展示自己的學術成熟度給指導教授看:你給我的挑戰,我都克服了。或是,經由文獻閱讀,雖然沒有直接解決我們的挑戰,但是我理出一個頭緒該怎麼前進。指導教授的責任,則是正確的把功勞分配給學生。除了幫助學生修改投到學術期刊的文章外、利用推薦信紀錄學生如何從零開始,慢慢把問題解決,並且評價其能力也是指導教授的工作之一。發展問好問題、規劃如何解決問題的能力,才是做研究這個過程真正想培養的能力。只是很不幸,並不是所有學生做研究都是以此為目的。而這些不是很正確的動機,才會衍生出:到底是學生該讀文獻還是指導教授該讀文獻這種奇怪的問題。

回到如何開始科學研究