作者:鲍海飞 来源:中国科学报 发布时间:2014-7-14 10:50:59
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鲍海飞:研究中的思与行

 

■鲍海飞

在实验室里,经常看到学生把实验设备、仪器好不容易搭起来,然后就开始测试,调一下这,调一下那,忙碌了大半天,一问测试结果,往往是颗粒无收、无功而返。

一个好的学生,或者一个好的实验者,在面对一个未知实验的时候,要三思而后行。比如,先做什么、再做什么、试验中会碰到哪些问题、如果碰到这些问题时应该怎么办、实验会不会得到预期的结果、如果得不到预期的结果是哪些原因导致了失败等等,这些情况都应该先想想。

这些事项如果能事先作好准备,那么对实验的进行将十分有利。如果心中没有数,那么是否可以考虑找个老师、同学,好好请教一下、商量一下,看看实验应该如何做,能否做得通;或者好好查一查相关文献和资料,看是否有类似的研究报道,然后再决定自己如何下手和操作。所谓“兵马未动粮草先行”,应避免“盲人摸象”式的研究。

我曾经带过一个研究生,给我的印象很深。有一次他要测试某种器件的温度特性,我听了他的实验设想后,给出了一个实施方案的建议。他略微思考一下,便拿起笔,在纸上开始列算式进行计算,然后和我一起讨论,只一会儿工夫,用高中学习的热力学基本定律就把我提出的方案给否定了。

这个实验也就根本不用进行了,理论已经行不通了,只能再想别的方法了。这件事告诉我们,在理论和实验都发展较为成熟的条件下,对于一般的研究,应该做到“实验未动,理论先行”。

在实验室中,还有一种现象,就是现在许多学生不善于交流,讲不明白自己的思路。与老师讨论时往往只是注重实验目的和结果,而通常不会想到一个实验的成败是需要实验条件的,就像解一个方程需要边界条件一样。在这样的状态下,实验操作起来自然不会有好结果。有时哪怕一而再、再而三地反复进行,结果也只能是浪费了人力、物力和时间。

在我看来,一个好的交流,不仅需要让人了解你实验的目的和目标是什么,需要怎么来做,还需要细致到用哪些设备仪器,分别测试什么,包括哪几个参数和限制等。

如果面对的是一个全新的研究,即没有现成的理论和实验经验可以参考和借鉴,依然可以“盲目”地进行一些摸索实验。但在实验之前,也需要在头脑中对所开展的实验有个大致的轮廓和概念,要会用各种“力”和“劲”。

比如孟德尔和他的豌豆实验。在那个年代,还没有“基因”这个现代理论和概念,但他心中应该有个大致图谱,他进行的是有目的尝试,实验结果果真发现了其中的遗传规律。

如果说孟德尔先生用的是“巧力”,那么大发明家爱迪生用的便是“蛮力”了。他“疯狂”地做了大量实验,对上千种材料进行了测试,最后终于选出了理想可实用的灯丝材料。而达尔文先生在一次远航的科考中,收获了进化论,可以说是“借力”的典范。

因此,为了把实验和研究进行得更好,一个有益的做法是:在实验之前,不妨在纸上用笔勾勒一下实验的顺序和轮廓,包括原理图、结构图,确定最终的目标;涉及到理论方面的,不妨用笔来计算计算,估算一下,是否可行,有时候,一个三角函数的展开可能就解决了问题;同时,要了解实验设备是否有能力来做,是否能够得到预期的实验结果,开展实验的胜算有几成,有几分成功的把握。对于实验中经常发生的“意外”,比如没有测试到信号,其实并不意外,很有可能是因为事先没有想到,或者在选定方案的时候就已经出现了问题。因此,实验之前应尽量做到胸中有数、有的放矢。

我们做事情经常会走两个极端,有时候,不是你做得少,而是你想得少,结果导致许多“意想不到”的事情发生;而另一方面,不是我们想得太少,而是行动太少,结果变成了思想的巨人,行动的矮子。过多的思虑让人裹足不前,畏手畏脚;而一味的蛮干则会误入歧途。

无论如何,不打无准备之战。即使实验失败了,也要从中汲取经验和教训,深入反思每一个实验环节,从原理开始,到实验实施方案和每一个步骤,寻找原因,吸取教训。同时在研究中,也不要过于拘泥于已有的理论和经验,这反而会束缚手脚和头脑,因此,要有打破常规的勇气和信心,所谓不破不立。有时候,在山穷水尽、绞尽脑汁、无计可施的时候,抱着侥幸心理来试一试,也不是不可以,所谓“背水一战”。成功的本身就在于不断地摸索。但是要知道,苹果不会无缘无故砸到牛顿的头上,成功属于有准备的头脑。

科学研究需要尝试,更需要有思想、有觉悟的尝试,进行有目的、有价值的探索。胸有成竹才能事半功倍。良好的思考是成功的开端。研究中的思与行,思是为了更好地行,而行是三思的结果。在思考中获得前进的动力,在前行中收获思考的硕果。

(作者单位:中科院上海微系统与信息技术研究所)

《中国科学报》 (2014-07-14 第7版 窗口)
 
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