《科學(xué)研究方法》PPT課件.ppt

科學(xué)研究方法與治學(xué)談,北京理工大學(xué) 周立偉 2008年1月4日,題記 科學(xué)研究沒(méi)有一成不變的方法，也沒(méi)有萬(wàn)無(wú)一失的共同模式，但它是講究方法的。,科學(xué)研究方法與治學(xué)談,前言 治學(xué)三境界與科學(xué)創(chuàng)造四階段 科學(xué)研究的途徑 中國(guó)古人之治學(xué) 科學(xué)研究方法之三例 治學(xué)之道 結(jié)束語(yǔ),前言,所謂科學(xué)研究，廣義地說(shuō)，就是創(chuàng)造知識(shí)和綜合整理知識(shí)的工作，在科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)有水平上前進(jìn)一步。 科學(xué)研究必須以取得新的結(jié)果作為衡量成功與否的標(biāo)準(zhǔn)。這是一種創(chuàng)造性勞動(dòng)。新的結(jié)果可能是新的發(fā)現(xiàn)、新的理論，或是新的方法、新的工藝；也可能是一種新材料，或一個(gè)新的器件等等。 科學(xué)研究必須在前人的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新?？茖W(xué)研究全過(guò)程中貫穿創(chuàng)造性。,前言,科學(xué)史有無(wú)數(shù)創(chuàng)造性的例子： 有的人埋頭于實(shí)驗(yàn)，通過(guò)細(xì)心觀察，發(fā)現(xiàn)了新的現(xiàn)象，如倫琴發(fā)現(xiàn)X射線；琴納通過(guò)接種牛痘防治天花，從而奠定了免疫學(xué) 有的人按預(yù)定的概念與計(jì)劃去實(shí)驗(yàn)，取得了預(yù)期的結(jié)果，如居里夫人從大量的瀝青鈾礦中提煉出放射性元素釙和鐳； 有的人通過(guò)廣泛的觀察、體會(huì)，“ 悟”出新概念，從而提出新理論，如達(dá)爾文的進(jìn)化論；,科學(xué)研究有各種不同的方法和途徑,有的人由純粹的數(shù)理演繹，提出新概念，預(yù)見(jiàn)新現(xiàn)象的存在，如麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論；還有人修正舊的理論，提出新的假說(shuō)，這些假說(shuō)在當(dāng)時(shí)似乎都違反常識(shí)，如愛(ài)因斯坦創(chuàng)立相對(duì)論； 有的人將不同學(xué)科聯(lián)系、組織起來(lái)，建立起新領(lǐng)域而取得了成功，如維納建立控制論。 所有這一切都說(shuō)明，獲得創(chuàng)造性成果的途徑是多種多樣的，顯然不存在什么一成不變的方法。,人才的標(biāo)準(zhǔn),品德、知識(shí)、能力、業(yè)績(jī)作為衡量人才的主要標(biāo)準(zhǔn)。不唯學(xué)歷，不唯職稱，不唯資歷，不唯成分。 在大學(xué)階段，要進(jìn)行“品德、知識(shí)、能力”的培養(yǎng)，而能力培養(yǎng)作為人才培養(yǎng)的重點(diǎn)。,（1）有提出問(wèn)題、確定選題的能力 提出問(wèn)題的基礎(chǔ)是要具有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)理論和廣博的知識(shí)。學(xué)問(wèn)和經(jīng)驗(yàn)是提出問(wèn)題、創(chuàng)立假說(shuō)的源泉； 主要是培養(yǎng)歸納能力閱讀文獻(xiàn)和收集資料后的思考和判斷的能力. 好奇心、不墨守成規(guī)、敢于直面科學(xué)現(xiàn)實(shí)、敢于向權(quán)威挑戰(zhàn)也是不可缺少的品質(zhì)。,科學(xué)研究培養(yǎng)年青學(xué)人三個(gè)能力,(2)有提出、闡述假說(shuō)（假設(shè)、方案）的能力,有批評(píng)、判斷種種假說(shuō)（假設(shè)、方案）的能力； 這主要是培養(yǎng)思維能力邏輯思維 （分析、對(duì)比、推理）和形象思維的 能力。 (3) 有證明假說(shuō)（假設(shè)、方案）的 是非真假的能力； 這主要是指實(shí)踐能力設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⑸钊肟疾?、觀察事物的能力。,有了這三種能力，研究生將來(lái)到 社會(huì)上，便能具備： 1.敏銳的感應(yīng)能力;即對(duì)各種變遷局 勢(shì)作出快速而恰當(dāng)?shù)姆磻?yīng)； 2.彈性的適應(yīng)能力;即行為模式具有 可塑性、不墨守成規(guī)，能快速適應(yīng) 環(huán)境的變遷； 3.豐富的創(chuàng)意能力;即能不斷產(chǎn)生新 穎(Idea)思路和方案。,關(guān)于學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造能力 學(xué)習(xí)能力主要體現(xiàn)在如何快速達(dá)到前人的水平，創(chuàng)造能力主要體現(xiàn)在如何超過(guò)前人的水平。研究生主要培養(yǎng)創(chuàng)造能力（提出問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力） 培養(yǎng)正確的思維方法更為重要。 若單純進(jìn)行知識(shí)和技術(shù)的灌輸，而沒(méi)有一種正確的思維方法指導(dǎo)，難于成為四化建設(shè)的高級(jí)科技人才；它只能培養(yǎng)頭腦僵化、缺乏應(yīng)變能力的人。,學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)造能力和正確思維,科學(xué)方法不要單純地理解為吸收具體知識(shí)的技巧。科學(xué)方法實(shí)際是科學(xué)哲學(xué)的一部分，它講的是一般原則、一種戰(zhàn)略和一些例子，它需要意會(huì)，需要自己靈活應(yīng)用。 科學(xué)方法中還包括: 在眾多未吸收的知識(shí)類型中如何判斷和選擇自己應(yīng)學(xué)的知識(shí)，應(yīng)攻讀的知識(shí)，在自己已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識(shí)中如何進(jìn)行是否繼續(xù)學(xué)習(xí)的取舍，如何評(píng)價(jià)各類知識(shí)與自己所應(yīng)具備的知識(shí)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系等等。 結(jié)論是：正確的思維是最重要的。,治學(xué)三境界與創(chuàng)造四階段,治學(xué)三境界與創(chuàng)造四階段,三種境界 王國(guó)維 古今之成大事業(yè)、大學(xué)問(wèn)者，必經(jīng)過(guò)三種之境界： “ 昨夜西風(fēng)凋碧樹(shù)。獨(dú)上高樓，望盡天涯路?！贝说谝痪骋?。 “ 衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴?！贝说诙骋?。 “ 眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處。”此第三境也。也。,治學(xué)的三種境界,迎著困難，勇于攀登，高瞻遠(yuǎn)望，苦苦思索, “ 獨(dú)上高樓，望盡天涯路”；這是處于創(chuàng)造沉思中的情景。這是第一種境界。 追求真理，百折不撓，無(wú)論多大挫折，終不后退, “ 衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”；這是研究探索中的情景。這是第二種境界。 幾經(jīng)艱苦奮斗，突然受到啟發(fā)，頓時(shí)恍然大悟，原來(lái)事物的奧秘，正隱藏在“ 燈火闌珊處”；這是直覺(jué)的頓悟、成功的歡悅的情景。這是第三種境界,治學(xué)三境界對(duì)應(yīng)創(chuàng)造三階段,“三種境界” 之說(shuō)正說(shuō)明了在科學(xué)探索和藝術(shù)創(chuàng)作中存在著三個(gè)階段： 高瞻遠(yuǎn)矚、構(gòu)想沉思的準(zhǔn)備階段-準(zhǔn)備期 覃思苦慮、孜孜以求的探索階段-探索期 不斷追求、終有頓悟的收獲階段-豁朗期 王國(guó)維先生的這一論述蘊(yùn)含著深邃的哲理，其真知灼見(jiàn)發(fā)人深思。,科學(xué)創(chuàng)造四階段,從事科學(xué)研究的人似乎還需要一種境界，即：“行到水窮處，坐看云起時(shí)?！?王維詩(shī))?！靶械剿F處”可狀實(shí)踐檢驗(yàn)，“坐看云起時(shí)”則是理論升華。 科學(xué)研究中第四種境界驗(yàn)證期 創(chuàng)造性思維豁然貫通僅僅是創(chuàng)造的端倪初露，茅塞頓開(kāi)、靈感突現(xiàn)并不是完整的創(chuàng)造，如果不加以完善驗(yàn)證、發(fā)展或加工揚(yáng)棄，那么盡管這些思想火花十分可貴，可是淺嘗輒止，仍可能功虧一簣，喪失了創(chuàng)造中本應(yīng)得到的最有力的成果。,曹沖稱象,曹沖把一個(gè)大象的重量稱出來(lái)了。 曹沖聰明之處在于： 一有聯(lián)想才能見(jiàn)過(guò)曹操海上練兵時(shí)艦船裝上兵員與武器后下沉。曹沖有舉一反三的能力。 二有抽象能力玩過(guò)彈弓打鳥(niǎo)，以石計(jì)數(shù)的游戲。曹沖有以石代象，以石稱重的抽象能力。反映了中國(guó)孩子的直覺(jué)能力。 但曹沖和先人沒(méi)有把問(wèn)題從理論上升華提高。曹沖一個(gè)聰明的孩子。,阿基米德稱王冠,“阿基米德稱王冠”阿基米德不但找到了辨別金王冠中是否摻入了其他金屬的方法，而且在他的著作論浮體中進(jìn)一步總結(jié)了液體靜力學(xué)的基本原理后人稱為阿基米德定理。 阿基米德不但有聯(lián)想能力、邏輯判斷能力、抽象能力，還有理論升華能力提高到理論高度來(lái)認(rèn)識(shí)的能力。這是作為一個(gè)科學(xué)家必須具備的能力。阿基米德科學(xué)家，浮力定律的創(chuàng)始人。,科學(xué)研究要重視驗(yàn)證期和理論升華,“ 阿基米德稱王冠”由“現(xiàn)象”（物體浸入水中水溢出的現(xiàn)象）到提出“假說(shuō)”（重量相同、密度不同的金屬溢出的水是不同的），解決了實(shí)際問(wèn)題，再進(jìn)入驗(yàn)證期，將現(xiàn)象升華, 歸納為“原理”（后人認(rèn)為是“定理”、“定律”） 對(duì)“曹沖稱象”，僅停留在某一實(shí)際問(wèn)題的解決上。我們沒(méi)有將問(wèn)題從理論上升華，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)先人對(duì)“曹沖稱象”的現(xiàn)象有進(jìn)一步闡述的記錄。,直接稱出大象是人們辦不到的事，但一塊塊石頭的重量是可以稱出來(lái)的 1.曹沖用大船的沉浮先把象的重量變換成石頭的重量，這一步用L表示 2.再稱石頭的重量，這一步用A表示 3.又將石頭的重量變換成大象的重量。這一步跟L交換恰好相反，我們用L1表示。三步連起來(lái)可以寫(xiě)成L1AL. 它表示先實(shí)行L，再實(shí)行A，最后實(shí)行L1。這樣就把大象重量稱出來(lái)了。,“曹沖稱象”今人總結(jié)的 共軛控制方法的先祖,數(shù)學(xué)上一般把L1AL稱作A過(guò)程的共軛過(guò)程。我們將L1AL稱為與A共軛的控制方法，它通過(guò)L變換和L1變換，把我們?cè)瓉?lái)不能控制的事變?yōu)槲覀兛梢钥刂频腁過(guò)程去完成。A的控制范圍在施行了L和L1變換后擴(kuò)大了。例如：一種混勻固體的方法。 L將固體溶于某種液體， A控制液體混勻的方法， L1 L的反變換，將溶液蒸干。 這樣L1AL過(guò)程就使混合液體的方法擴(kuò)大了控制范圍，用于混勻固體。,科學(xué)研究要重視理性思維，重視理論升華，重視驗(yàn)證期,關(guān)于驗(yàn)證期，舉愛(ài)因斯坦建立和驗(yàn)證廣義相對(duì)論的例子。19131915年愛(ài)因斯坦在導(dǎo)出協(xié)變形式的引力場(chǎng)方程經(jīng)歷短暫的歡樂(lè)后，等待著實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的曲折歷程。 由廣義相對(duì)論，愛(ài)因斯坦預(yù)言，光線必被引力場(chǎng)所折彎。他在1914年算出，從遠(yuǎn)處的恒星發(fā)出的光線，如果過(guò)太陽(yáng)表面，光線偏轉(zhuǎn)的角度是0.87秒弧度, 而在1915年11月8日他修正為1.75秒弧度。 愛(ài)因斯坦認(rèn)為證實(shí)這個(gè)理論的最后證據(jù)只能來(lái)自“在日蝕過(guò)程中拍攝的靠近太陽(yáng)的星星的照片，我希望在1914年的日蝕年做出最后的抉擇。”,愛(ài)因斯坦在給德國(guó)天文學(xué)家弗羅因特里希的信中說(shuō)：“為了進(jìn)一步證實(shí)這個(gè)理論的正確性，我們需要得到一個(gè)可靠的證據(jù)，否則，我們的理論就會(huì)夭折?！北磉_(dá)了他對(duì)驗(yàn)證理論的焦急心情。 弗羅因特里希1914年7月率隊(duì)遠(yuǎn)征到克里米亞做日蝕實(shí)驗(yàn)，當(dāng)時(shí)德俄戰(zhàn)爭(zhēng)正在進(jìn)行中，8月初，弗倫特里希被俄國(guó)人當(dāng)做間諜抓起來(lái)。實(shí)驗(yàn)沒(méi)有做成，愛(ài)因斯坦非常沮喪。 直到1919年5月，消息傳來(lái)，英國(guó)的愛(ài)丁頓爵士領(lǐng)導(dǎo)的兩個(gè)觀測(cè)隊(duì)分別在巴西和西非拍攝的日全蝕照片，其觀測(cè)結(jié)果分別為1.61(0.30)和1.98(0.12) 秒弧度。實(shí)驗(yàn)與愛(ài)因斯坦的預(yù)言吻合，愛(ài)因斯坦這才松了一口氣。 與牛頓一樣，愛(ài)因斯坦成為人類歷史上最偉大的科學(xué)家。,文學(xué)藝術(shù)的創(chuàng)造與科學(xué)探索求知的過(guò) 程，是很復(fù)雜的?？陀^的觀察和分析， 深入的思考和創(chuàng)造的想象力，對(duì)于文學(xué) 藝術(shù)與科學(xué)研究的創(chuàng)造，過(guò)程大致是相 同的。 凡是革命性的科學(xué)研究，原創(chuàng)性的藝術(shù)創(chuàng)新，都會(huì)探究或描寫(xiě)自然界實(shí)在的本性，這也是共同的。但 科學(xué)實(shí)驗(yàn)自然，科學(xué)家必離我與自然； 文學(xué)描寫(xiě)自然，文學(xué)家必融我于自然。,科學(xué)與文學(xué)藝術(shù)的異同,文學(xué)藝術(shù)重靈感、重形象思維； 而科學(xué)重實(shí)證、重抽象思維，從邏輯方 法以及從已有之經(jīng)驗(yàn)，尋求問(wèn)題的解答 。只有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的事物，證明了它的正 確性，才能算是完成了一個(gè)科學(xué)研究的 全過(guò)程。 李白詩(shī)：“白發(fā)三千丈?！北娙烁杏X(jué)詩(shī)人的浪漫，夸張。明知不符合現(xiàn)實(shí)，并不指責(zé)詩(shī)人。 科學(xué)家連白發(fā)三丈都不能講，因?yàn)闆](méi)有根據(jù)，拿不出證明來(lái)?？茖W(xué)是講究實(shí)證的。,科學(xué)與文學(xué)藝術(shù)的異同,文學(xué)藝術(shù)主要關(guān)注內(nèi)在精神世界,如情感 、虛構(gòu)和精神,是相對(duì)主觀的;讀李清照的詩(shī): 生當(dāng)為人杰, 死亦為鬼雄, 至今思項(xiàng)羽, 不 肯過(guò)江東。她抒發(fā)的是對(duì)一名悲劇英雄的情 感和追思。她期盼有項(xiàng)羽這樣寧死不逃避責(zé) 任的英雄，重振大宋王朝雄風(fēng)的愿望 科學(xué), 例如物理學(xué)關(guān)注的是運(yùn)動(dòng)、物體和 力的客觀世界。無(wú)論科學(xué)或是文學(xué)藝術(shù),都有 靈感勃發(fā)的問(wèn)題,但物理學(xué)家在靈感以后,就 需不可缺的數(shù)學(xué)證明,展現(xiàn)出來(lái)的物理學(xué)框架是序列的、抽象的數(shù)學(xué)方程搭建起來(lái)的。,科學(xué)關(guān)注客觀世界的實(shí)在 文學(xué)藝術(shù)關(guān)注內(nèi)在精神世界,總結(jié)： 科學(xué)創(chuàng)造四階段 “昨夜西風(fēng)凋碧樹(shù)。獨(dú)上高樓，望盡天涯路?！?玉韞珠藏，秋水欲穿，不知伊人何處尋？ “衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴?！?抱樸唯恒，欣戚兩忘，觸物皆有會(huì)心處。 “眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處?！?心有靈犀，意所偶會(huì)，皇天不負(fù)苦心人。 “行到水窮處，坐看云起時(shí)?！?格物致知，究極窮理，悟乾坤真機(jī)真境。,科學(xué)創(chuàng)造四階段的提法，其立意是想說(shuō)明科學(xué)創(chuàng)造中經(jīng)歷的過(guò)程和境界。 一個(gè)科學(xué)家，只要自己身臨其境，親身經(jīng)歷過(guò)完整的科學(xué)研究的過(guò)程，都會(huì)體會(huì)到創(chuàng)造過(guò)程中的四種境界，感受到問(wèn)題的彷徨（醞釀期），求索的煉獄（探索期），頓悟的歡欣（頓悟期）和證實(shí)的煎熬（驗(yàn)證期）。 孔子曰：“朝聞道，夕死可矣?！币郧拔液茈y理解而后來(lái)慢慢能體會(huì)。我的體會(huì)是：“一個(gè)人只要一生中體驗(yàn)過(guò)哪怕一次科學(xué)創(chuàng)造中的彷徨、煉獄、歡樂(lè)和煎熬，死而無(wú)憾矣。”,科學(xué)研究的途徑,科學(xué)研究的途徑,楔子 一個(gè)偵破故事:1996年“ 京城劫鈔案” 京城 2.8” “ 6.3” 8.27”三起劫鈔案 作案手法類似：盜車搶劫棄車換車逃逸。 破案突破口：米黃色尼桑橋車被盜案乃是前兆。找車是突破口。 結(jié)論是：突破口找對(duì)了，正確的思維導(dǎo)致正確的結(jié)果。,搞科學(xué)研究頗像搞偵破，都是運(yùn)用自己的思維去分析、去推論。科學(xué)工作者最重要的一點(diǎn)是要有“ 創(chuàng)造性智慧”（Creative intelligence），要有“ 思想（創(chuàng)意、點(diǎn)子）” 即Idea。 科學(xué)研究中必須要有自己的 Idea，否則就是復(fù)制，就是模仿；不是創(chuàng)新，更不是創(chuàng)造。 什么是 Idea 呢？ Idea是用已知的事物作根據(jù)，由此推測(cè)到別種事物的作用。也就是說(shuō)，具有推論的作用。,推論的作用是從已知的事物推及未知的事物。有前者作根據(jù)，作基礎(chǔ)，而對(duì)后者發(fā)生作用，這是有條理的思想作用。 Idea 的特點(diǎn)是： (1) 須先有一種疑惑困難的情境做起點(diǎn)； 如：接連三次運(yùn)鈔車搶劫案的發(fā)生； (2) 須有尋思搜索的作用，要尋出新事物 、新方法、新手段來(lái)解決這種疑惑困 難，即尋找突破口。 如：盜車搶劫棄車換車逃逸的規(guī)律，找被盜車是一個(gè)突破口。,Idea 的基本條件是： 嚴(yán)格合乎邏輯，概念清楚，切合實(shí)際 科學(xué)研究的過(guò)程，實(shí)際是不斷產(chǎn)生Idea的過(guò)程，Idea貫穿科學(xué)研究的全過(guò)程。 研究課題從一般地提出到具體化，直到課題任務(wù)的完成，必須建立一個(gè)合乎邏輯的程序（步驟）、思考和方法 科學(xué)研究人員必須對(duì)研究的途徑、程序以及方法，即科學(xué)研究的全過(guò)程有明確的認(rèn)識(shí)。,科學(xué)研究途徑框圖,線索,突破口,假說(shuō)（假設(shè)）,前驗(yàn)評(píng)價(jià)（假說(shuō)含義的展開(kāi)）,后驗(yàn)評(píng)價(jià)（排除錯(cuò)誤、確證、實(shí) 踐檢驗(yàn)）,問(wèn)題的解決（新問(wèn)題的出現(xiàn)）,疑難問(wèn)題的提出,疑問(wèn)（疑難問(wèn)題的由來(lái)）,假說(shuō)的修正,框圖反映了科學(xué)創(chuàng)造四階段的過(guò)程,科學(xué)研究的途徑與科學(xué)創(chuàng)造四個(gè)階段的聯(lián)系： （1）醞釀期（獨(dú)上高樓，望盡天涯路）疑問(wèn)和疑難問(wèn)題的提出。 （2）探索期（衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴）突破口，假說(shuō)（假設(shè)、試驗(yàn)性理論），實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)；前驗(yàn)評(píng)價(jià)的前一部分。,（3）頓悟期（眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處）前驗(yàn)評(píng)價(jià)的后一部分，即在觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)、研究中應(yīng)用這些假說(shuō)與實(shí)踐，檢驗(yàn)以前的評(píng)價(jià)，得到的結(jié)論或新的結(jié)果。 （4）驗(yàn)證期（行到水窮處，坐看云起時(shí)）后驗(yàn)評(píng)價(jià)（排除錯(cuò)誤、確證、實(shí)踐檢驗(yàn)）。,疑難問(wèn)題的提出,疑難問(wèn)題的提出,兩個(gè)問(wèn)題：疑問(wèn)和提出疑難問(wèn)題。 疑問(wèn)是思想的起點(diǎn)。一切有用的思想，都起于一個(gè)疑問(wèn)；一切科學(xué)發(fā)明，實(shí)際上起于思想上的疑惑。 “ 學(xué)原于思，思起于疑”。 但是，有疑問(wèn)并不等于能提出問(wèn)題。特別是有些看法似乎已經(jīng)是常識(shí)，是傳統(tǒng)的見(jiàn)解，是書(shū)本上寫(xiě)的，是權(quán)威的結(jié)論，雖有疑問(wèn)，卻不敢提出問(wèn)題。,科學(xué)始于問(wèn)題 1.問(wèn)題促使理論的產(chǎn)生 理論的任務(wù)在于試圖解決問(wèn)題。理論是一種嘗試，猜測(cè)，假設(shè)，科學(xué)家根據(jù)他的懷疑、猜想、理論、想法、靈感去盤(pán)問(wèn)自然界。如果沒(méi)有問(wèn)題，也就不會(huì)有對(duì)問(wèn)題的解釋即理論。,2.問(wèn)題推動(dòng)科學(xué)的發(fā)展 問(wèn)題是促進(jìn)科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力。問(wèn)題促使人們思索，發(fā)展理論，進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，發(fā)展科學(xué)。問(wèn)題導(dǎo)致科學(xué)知識(shí)的發(fā)展，問(wèn)題不斷增進(jìn)科學(xué)的深度和精確性。 3.問(wèn)題是認(rèn)識(shí)活動(dòng)的起點(diǎn) 對(duì)于科學(xué)家的研究，作為起點(diǎn)的總是問(wèn)題。在科學(xué)研究中，我們心目中必須有一個(gè)確定的問(wèn)題，對(duì)這個(gè)問(wèn)題，我們要用觀察、實(shí)驗(yàn)或理論來(lái)加以解決。,提出問(wèn)題要有科學(xué)精神。提倡多疑、多問(wèn)、多想，多思考，不是隨心所欲、脫離實(shí)際亂疑或離奇荒謬的亂想，而是要以科學(xué)原則為指導(dǎo)提出有意義的問(wèn)題。 科學(xué)研究，是從已知探究未知，獲得新知。提出問(wèn)題，思考問(wèn)題，要從現(xiàn)有基礎(chǔ)出發(fā)，用現(xiàn)有科學(xué)知識(shí)規(guī)律去解析、探究、論證，尋找新的結(jié)論。 科學(xué)研究中，有些問(wèn)題也可能是完全合理、有意義的，但一時(shí)確實(shí)難以求得結(jié)論。這是因現(xiàn)有的知識(shí)水平、環(huán)境條件、認(rèn)識(shí)能力有限，難以解決。,問(wèn)題從何而來(lái)？從前人的實(shí)驗(yàn)、文獻(xiàn)資料中的觀點(diǎn)和認(rèn)識(shí)和自己的實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)。要分析： 1、前人的工作做了什么，解決了什么，推進(jìn)了什么；他們不同認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)；理論和方法的比較；漏洞是什么？ 2、自己和前人（他人）對(duì)這一問(wèn)題在認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)有什么不同； 3、自己在不同或相同的條件下得出的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。 4、分析和比較事物各個(gè)發(fā)展階段的異同，總結(jié)出事物的規(guī)律。,提出疑問(wèn)和問(wèn)題的途徑 (1) 某個(gè)理論內(nèi)部的邏輯矛盾； (2) 理論結(jié)構(gòu)上不符合簡(jiǎn)單性與普遍 性的要求； (3) 現(xiàn)有理論與經(jīng)驗(yàn)事實(shí)之間的矛盾 (4) 對(duì)經(jīng)驗(yàn)事實(shí)未能作出統(tǒng)一的理論 說(shuō)明； (5) 理論的實(shí)際應(yīng)用與現(xiàn)有技術(shù)條件 的矛盾； (6) 不同的理論體系之間的矛盾。,科研方法的一般途徑,1、演繹的方法 演繹是從個(gè)別到一般，設(shè)置一個(gè)理論前提（公認(rèn)的或嚴(yán)密論證的），把理論一步步演繹下去，得到這個(gè)命題的正確結(jié)論。有嚴(yán)密的邏輯、推理，不由不使人信服。 2、歸納、統(tǒng)計(jì)的方法 歸納是從個(gè)別到一般，即從一定數(shù)量的個(gè)別性事實(shí)，抽象、概括出一般性原理。即收集資料，以事例的積累的能量說(shuō)服人 3、集成的方法技術(shù)研究的途徑 集成是把他人成熟的方法用自己的思想改進(jìn)，或是嘗試把先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用到自己的課題，以取得的進(jìn)展來(lái)說(shuō)服人。,尋找突破口（切入點(diǎn)）,一是以過(guò)去的研究作為自己的起點(diǎn)。注意前人文獻(xiàn)中不同作者報(bào)告的特點(diǎn)和差別，前人研究中的“ 空白”和 “ 不一致”的地方，尋找知識(shí)上的“ 空擋”，在原范疇內(nèi)尋找未開(kāi)發(fā)的處女地。 二是廣泛瀏覽各種資料，了解其它學(xué)科的進(jìn)展，注意有無(wú)可利用的新原理、新技術(shù)，將它 “ 移植”到我的科學(xué)問(wèn)題上，在原范疇中尋找一個(gè)出口，與別的范疇結(jié)合交融，從而開(kāi)拓新領(lǐng)域,突破口（切入點(diǎn)）選定的二條途徑,尋找突破口（切入點(diǎn)）框圖,所研究的 課題,分析課題,按課題收集資料,選擇與綜合,選擇突破口（主攻方向）,分離要解決 的任務(wù),系統(tǒng)化,研究 目的,一般的設(shè)想 具體化,假說(shuō)（假設(shè)、試驗(yàn)性理論）,假說(shuō)的提出,研究工作本身就是“提出假說(shuō)，找尋證據(jù)” 或“大膽假設(shè)，小心求證” 假說(shuō)往往產(chǎn)生于新發(fā)現(xiàn)的事實(shí)與已有的理論發(fā)生矛盾的時(shí)候。這種矛盾在糾正謬誤、探索真理的認(rèn)識(shí)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的，它是推動(dòng)人們認(rèn)識(shí)發(fā)展的內(nèi)部動(dòng)力。 為了解決這種矛盾，需要通過(guò)創(chuàng)造性的思維活動(dòng)，對(duì)新事物的原因、本質(zhì)、規(guī)律性作出初步的假定，這就是假說(shuō)。 假說(shuō)是一個(gè)作者對(duì)現(xiàn)實(shí)世界（科學(xué)領(lǐng)域）的觀點(diǎn)或說(shuō)法（科學(xué)理論）提出自己的想法：“現(xiàn)實(shí)”應(yīng)該是這樣。,假說(shuō)的意義,科學(xué)的發(fā)展是通過(guò)不斷提出試探性的猜想（假說(shuō)、假設(shè)），并不斷反駁，即排除猜想（假說(shuō)、假設(shè)）中的錯(cuò)誤而實(shí)現(xiàn)的。 1.研究人員在文獻(xiàn)資料、觀察、實(shí)驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)和理論的基礎(chǔ)上，從現(xiàn)實(shí)出發(fā)，對(duì)所獲得的材料進(jìn)行加工制作，針對(duì)問(wèn)題提出猜測(cè)性的假說(shuō)（或解決方案）。 2.翔實(shí)記述數(shù)據(jù)，觀察歸納各派學(xué)說(shuō)，提出某種作為理論基本前提的猜測(cè)性假說(shuō)， 3.由邏輯推演出理論系統(tǒng)，抽象出概念，導(dǎo)出邏輯推論，提煉自己的假說(shuō)。,前驗(yàn)評(píng)價(jià)（假說(shuō)的推論）,前驗(yàn)評(píng)價(jià)（假說(shuō)的推論）,提出假說(shuō)后，就要找證據(jù)，以證據(jù)來(lái)判斷、來(lái)說(shuō)明自己假說(shuō)的“正確”和“真實(shí)”。故假說(shuō)作為工具來(lái)揭示新的事實(shí)，而不應(yīng)將其視為自身的終結(jié)。 假說(shuō)提出之后，前驗(yàn)評(píng)價(jià)必須應(yīng)用演繹邏輯，推導(dǎo)出若干結(jié)論或推論；前驗(yàn)評(píng)價(jià)是在一系列的實(shí)驗(yàn)、抽象的或數(shù)學(xué)的方程上搭建起來(lái)的。 比較這些結(jié)論和陳述，分析其邏輯關(guān)系。判定理論是否嚴(yán)謹(jǐn)，是否自相矛盾。,嘗試性解決（假說(shuō)與前驗(yàn)評(píng)價(jià)）,突破口,后驗(yàn)評(píng)價(jià),假說(shuō),實(shí)驗(yàn)與觀察,理論或理論體系 （定律）,前驗(yàn)評(píng)價(jià),嘗試性解決,后驗(yàn)評(píng)價(jià)（排除錯(cuò)誤）,后驗(yàn)評(píng)價(jià)（排除錯(cuò)誤）,一個(gè)發(fā)現(xiàn)或一項(xiàng)研究是否具有創(chuàng)造性及其創(chuàng)造價(jià)值的大小，需要實(shí)踐的檢驗(yàn)和社會(huì)的承認(rèn)以作出評(píng)價(jià)，這是科學(xué)研究活動(dòng)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。 經(jīng)過(guò)前驗(yàn)評(píng)價(jià)后，用演繹推理從最可檢驗(yàn)的理論或假說(shuō)（假設(shè)）推導(dǎo)出預(yù)見(jiàn)，同觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)中的應(yīng)用結(jié)果一一加以比較。這一步叫后驗(yàn)評(píng)價(jià)，即實(shí)踐檢驗(yàn)、也叫排除錯(cuò)誤。,排除錯(cuò)誤是科學(xué)研究的一個(gè)重要步驟；研究人員要批判和檢驗(yàn)所提出的大膽猜想作試探性解決（理論、假說(shuō)、設(shè)想和方案等）。 批判是“ 找毛病”，檢驗(yàn)則是“確定錯(cuò)誤”。如果檢驗(yàn)的結(jié)果表明，這理論是錯(cuò)誤的，那就加以排除。通過(guò)批判和排除錯(cuò)誤，可以確保理論的虛假內(nèi)容減小或不增加。 排除錯(cuò)誤可歸納為“ 大膽嘗試，嚴(yán)格檢驗(yàn)。”,科學(xué)研究方法的特點(diǎn),（1）Idea 始于問(wèn)題，終于問(wèn)題；科學(xué)研究的過(guò)程，實(shí)際是不斷產(chǎn)生 Idea 的過(guò)程 （2）科學(xué)研究五步驟： 前面13步：疑難問(wèn)題1突破口2假說(shuō)3，主要偏向于歸納法；后面45步：前驗(yàn)評(píng)價(jià)4后驗(yàn)評(píng)價(jià)5，主要偏向于演繹法。假說(shuō)是承上啟下的關(guān)鍵。 (3) 科學(xué)研究的途徑實(shí)際是猜想反駁 的過(guò)程。提出假說(shuō)的過(guò)程是一個(gè)猜想的 過(guò)程.排除錯(cuò)誤的過(guò)程，即反駁的過(guò)程 也是一個(gè)批判的、革命的過(guò)程。,科學(xué)研究中創(chuàng)造性活動(dòng)的特點(diǎn),(1) 科學(xué)始于問(wèn)題。 (2) 科學(xué)的本質(zhì)在于創(chuàng)造。 (3) 提出假說(shuō)（技術(shù)方案）是創(chuàng)造 性最強(qiáng)的重要環(huán)節(jié)。 (4) 批判態(tài)度應(yīng)貫徹于全部研究， 批判作為反駁的重要環(huán)節(jié)，乃 是科學(xué)方法的最主要的表征。,科學(xué)研究的基本步驟： (1) 提出問(wèn)題科研選題； (2) 以過(guò)去的研究作為自己的起點(diǎn)； (3) 找突破口，提出假說(shuō)，或技術(shù)方案 (4) 演繹推理，尋找證據(jù)，前驗(yàn)評(píng)價(jià) 或技術(shù)試驗(yàn)，詳細(xì)設(shè)計(jì)； (5) 考察事實(shí)，理性加工；或技術(shù)實(shí) 施，物化成果； (6) 后驗(yàn)評(píng)價(jià)，排除錯(cuò)誤，推廣應(yīng)用。,創(chuàng)新貫穿于科學(xué)研究的全過(guò)程 科學(xué)研究的每一步驟，如選題、找突破口、提出假說(shuō)或總體技術(shù)方案、觀察實(shí)驗(yàn)、邏輯證明、技術(shù)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)實(shí)施、物化成果、后驗(yàn)評(píng)價(jià)等等，作者都應(yīng)該有自己的 “ Idea”。要在事實(shí)的基礎(chǔ)上作進(jìn)一步推論（邏輯的與非邏輯的），進(jìn)行理性加工。 通過(guò)考察事實(shí)、物化成果、后驗(yàn)評(píng)價(jià)、推廣應(yīng)用等，進(jìn)一步驗(yàn)證假說(shuō)或技術(shù)方案的正確性。這樣的過(guò)程可能要反復(fù)多次，才能得到正確的結(jié)果。,通過(guò)考察事實(shí)、物化成果、后驗(yàn)評(píng)價(jià)、推廣應(yīng)用等，進(jìn)一步驗(yàn)證假說(shuō)或技術(shù)方案的正確性。這樣的過(guò)程可能要反復(fù)多次，才能得到正確的結(jié)果。 科學(xué)研究：自覺(jué)運(yùn)用科學(xué)方法 科學(xué)方法比具體知識(shí)抽象，所以就不如具體知識(shí)易于學(xué)習(xí)。同時(shí)，科學(xué)方法也不像具體知識(shí)那樣一目了然并可以在量度基礎(chǔ)上進(jìn)行比較或衡量，科學(xué)方法的效果缺乏直觀性。 科學(xué)研究和技術(shù)研究的途徑或程序、過(guò)程或步驟不應(yīng)視為教條，而是希望青年學(xué)人重視科學(xué)方法在科學(xué)研究和發(fā)現(xiàn)中的作用，自覺(jué)地運(yùn)用科學(xué)方法于科學(xué)研究中。,中國(guó)古人的治學(xué),古人的治學(xué)：學(xué)一問(wèn)一思一辨一行,中庸一篇第20章最后三段，系統(tǒng)論述了古人的治學(xué)，表達(dá)了中國(guó)傳統(tǒng)文化的精華。讀后，可以說(shuō)是茅塞頓開(kāi)，不由不佩服我國(guó)古代學(xué)者在治學(xué)方法上的嚴(yán)謹(jǐn)周密，表達(dá)文詞之精美簡(jiǎn)潔。 這三段古文夏延章先生均有譯文，但我覺(jué)得，譯文太長(zhǎng)。故我按著我的理解，試著翻譯如下（宋體是原文，黑體是我的譯文。）,中庸一篇第20章最后三段： “博學(xué)之，審問(wèn)之，慎思之，明辨之， 篤行之。” “博學(xué)知識(shí)，詳問(wèn)原由，慎密思考， 辨論明理，實(shí)踐篤行?！?“有弗學(xué)，學(xué)之弗能，弗措也。 要么不學(xué)，學(xué)就要學(xué)能掌握，絕不半途而廢 有弗問(wèn)，問(wèn)之弗知，弗措也。 要么不問(wèn)，問(wèn)就要問(wèn)個(gè)清楚，絕不輕易罷休 有弗思，思之弗得，弗措也。 要么不思，思就要思有創(chuàng)意，絕不稀里糊涂 有弗辨，辨之弗明，弗措也。 要么不辨，辨就要辨明道理，絕不模糊馬虎 有弗行，行之弗篤，弗措也?！?要么不行，行就要行得徹底，絕不虎頭蛇尾,“人一能之，己百之； “別人一遍能做好，我做它一百遍； 人十能之，己千之。 別人做十遍能做好，我做它一千遍。 果能此道矣， 果真是這樣做了， 雖愚必明，雖柔必強(qiáng)。” 愚蠢必會(huì)變得聰明，柔弱定會(huì)變得剛強(qiáng)?！?“學(xué)”是觀察自然現(xiàn)象、廣泛地學(xué)習(xí)各種知識(shí)等，以獲取信息，即框圖上的線索（文獻(xiàn)資料） “問(wèn)”是詳盡細(xì)密地詢問(wèn)事物的原由，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和提出問(wèn)題，即框圖上的疑難問(wèn)題的提出； “思”是謹(jǐn)慎思考解決問(wèn)題的方案和途徑，即框圖上的突破口和假說(shuō)； “辨”是運(yùn)用思辨方法進(jìn)行推論，以證明自己方案和途徑的正確，即框圖上的假說(shuō)涵義的展開(kāi)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，嘗試性解決等； “行”是實(shí)踐檢驗(yàn)直到有確實(shí)的結(jié)果，堅(jiān)決做下去。即框圖上排除錯(cuò)誤、實(shí)踐檢驗(yàn)從而得到確證。,古今治學(xué)之比較,線索,突破口,假說(shuō)（假設(shè)）,前驗(yàn)評(píng)價(jià)（假說(shuō)含義的展開(kāi)）,后驗(yàn)評(píng)價(jià)（排除錯(cuò)誤、確證、實(shí) 踐檢驗(yàn)）,問(wèn)題的解決（新問(wèn)題的出現(xiàn)）,疑難問(wèn)題的提出,疑問(wèn)（疑難問(wèn)題的由來(lái)）,假說(shuō)的修正,博學(xué)之,審問(wèn)之,慎思之,明辨之,篤行之,如果把中庸的“博學(xué)，審問(wèn)，慎思，明辨，篤行。”的治學(xué)方法與拙著第9頁(yè)中的科學(xué)研究途徑的框圖相比較，可以看出，中國(guó)古代的治學(xué)方法，是何等的先進(jìn)。2000多年后的今天讀來(lái)，依然是具有強(qiáng)大的生命力。 中庸的學(xué)一問(wèn)一思一辨一行與我的框圖中：線索學(xué)疑難問(wèn)題的提出問(wèn)突破口和假說(shuō)思前驗(yàn)評(píng)價(jià)（嘗試性解決）辨后驗(yàn)評(píng)價(jià)（實(shí)踐檢驗(yàn)、排除錯(cuò)誤）行可以說(shuō)是一一對(duì)應(yīng)的。何其相似乃爾。,科學(xué)研究途徑的框圖實(shí)際是從波普爾科學(xué)進(jìn)步的方法模式展開(kāi)的，這套模式是以西方科學(xué)的形式邏輯體系和系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)找因果關(guān)系為基礎(chǔ)的。中庸、大學(xué)成文約在秦、漢之際(公元前300)，那時(shí)我們并沒(méi)有邏輯學(xué)，幾何學(xué)，更沒(méi)有由實(shí)驗(yàn)找因果關(guān)系等?！艾F(xiàn)代科學(xué)”的方法、概念和思想是牛頓以后的事。無(wú)論中外，所謂“科學(xué)方法”無(wú)從談起。 但中國(guó)的先人有自己一套完整的、有別于西方的思維方式，總結(jié)了自己做學(xué)問(wèn)的基本步驟和方法，這一套方法竟然與1820世紀(jì)形成的現(xiàn)代科學(xué)方法如此類似，真是了不起，真該為我們的老祖宗自豪。,因之，我敢說(shuō)中庸的學(xué)、問(wèn)、思、辨、行的治學(xué)方法實(shí)為現(xiàn)代科學(xué)方法的始祖，并不是夸大之言。它是我國(guó)古代傳統(tǒng)文化留給人類文明寶庫(kù)的重要遺產(chǎn)。 當(dāng)然，在現(xiàn)代科學(xué)方法中貫穿著一系列數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等實(shí)證方法和手段，中庸提出的學(xué)一問(wèn)一思一辨一行的方法只是告訴你一些原則，它們之間自然有差異的，我們不能苛求前人的。但中庸提出的學(xué)一問(wèn)一思一辨一行的方法作為一種治學(xué)方法至今仍然具有現(xiàn)實(shí)意義。,科學(xué)研究方法之三例,例一：愛(ài)因斯坦“ 狹義相對(duì)論”的科學(xué)方法論試析,愛(ài)因斯坦“ 狹義相對(duì)論”的科學(xué)方法論試析,疑難問(wèn)題的提出：新的時(shí)空觀,疑問(wèn),狹義相對(duì)論,線索,突破口：同時(shí)性的相對(duì)性,假說(shuō),假說(shuō)的演繹 （前驗(yàn)評(píng)價(jià)）,后驗(yàn)評(píng)價(jià),論對(duì)相義廣,疑問(wèn)： 1.絕對(duì)時(shí)間 2.絕對(duì)空間 3.牛頓力學(xué)體系 4.伽利略坐標(biāo)系 5.以太的引入 6.光速,疑難問(wèn)題的提出： 建立新的時(shí)空觀,線索：麥克斯韋的電磁場(chǎng)理論 以太漂移試驗(yàn)的失敗 洛倫茨（Lorentz）變換,突破口： 同時(shí)性的相對(duì)性,假說(shuō)：（假設(shè)條件：慣性系） 1.物理學(xué)定律在所有慣性系 中是相同的相對(duì)性原理 2.在所有慣性系內(nèi)，真空中的光速具有相同的值 光速不變?cè)?后驗(yàn)評(píng)價(jià)： 1.鐘慢尺縮 2.質(zhì)量隨速度增加 3.一切質(zhì)量都有能量 一切都能量有質(zhì)量,例二：愛(ài)因斯坦“ 廣義相對(duì)論”的科學(xué)方法論試析,愛(ài)因斯坦“ 廣義相對(duì)論”的科學(xué)方法論試析,疑難問(wèn)題的提出：新的時(shí)空觀（非慣性系）,疑問(wèn)：為什么要有特殊優(yōu)秀的參照系慣性系？,廣義相對(duì)論,線索,突破口：愛(ài)因斯坦升降機(jī)（等效原理）,假說(shuō),前驗(yàn)評(píng)價(jià),后驗(yàn)評(píng)價(jià),疑問(wèn),為什么要有特殊優(yōu)秀的參照系慣性系？,疑難問(wèn)題的提出,新的時(shí)空觀 （非慣性系）,線索： 牛頓引力理論與狹義相對(duì)論沖突,突破口： 愛(ài)因斯坦升降機(jī) （等效原理）,假說(shuō)：（假設(shè)條件：非慣性系） 1.等效原理 慣性質(zhì)量=引力質(zhì)量 慣性力等價(jià)引力 加速參照系等價(jià)于靜止在引力場(chǎng)中的參照系 2.廣義相對(duì)性原理 所有的參照坐標(biāo)系對(duì)于普遍的自然界定律在本質(zhì)上是等效的。,前驗(yàn)評(píng)價(jià)： 由等效原理引出時(shí)空彎曲； 四維時(shí)空是彎曲的； 物理定律在三個(gè)實(shí)驗(yàn)室（慣性實(shí)驗(yàn)室、加速實(shí)驗(yàn)室、引力實(shí)驗(yàn)室）具備相同的形式； 勻速直線運(yùn)動(dòng)在平直四維空間中軌跡是短程線；拋體運(yùn)動(dòng)在彎曲四維時(shí)空中軌跡也是短程線。,后驗(yàn)評(píng)價(jià)：三大驗(yàn)證 1.解決水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)每百年43秒進(jìn)動(dòng) 2.光譜線的引力紅移 3.引力場(chǎng)會(huì)使光線偏折,例三：電子光學(xué)時(shí)間像差理論的科學(xué)方法試析,電子光學(xué)的時(shí)間像差理論的科學(xué)方法試析,疑難問(wèn)題的提出：新的時(shí)間像差理論,疑問(wèn)Tau變分理論的問(wèn)題,直接積分法,線索,突破口：重積分的求解,假說(shuō)像差的新定義,假說(shuō)的演繹 （前驗(yàn)評(píng)價(jià)）,后驗(yàn)評(píng)價(jià)同心球模型,研究更普遍的理論,疑問(wèn)懷疑和質(zhì)疑,Tau變分時(shí)間像差理論提出。二十余年來(lái)，沒(méi)有人提出疑問(wèn)。 我的疑問(wèn)是為什么不走簡(jiǎn)單的路子；有無(wú)其它更為簡(jiǎn)捷的途徑研究時(shí)間像差理論。 有兩個(gè)問(wèn)題：一是Tau變分時(shí)間像差理論的正確性，二是Tau變分時(shí)間像差理論的準(zhǔn)確性（精確性）。,疑難問(wèn)題的提出,我提出的第一個(gè)問(wèn)題實(shí)際是試圖考驗(yàn)變分理論，否定或證實(shí)，或?qū)ふ乙粋€(gè)更好的理論。 我提出的第二個(gè)問(wèn)題是考驗(yàn)這個(gè)理論的可信程度及其適用性。,線索 空間像差理論與時(shí)間像差理論為什么不一致？,突破口 解決二重積分的問(wèn)題,假說(shuō)新的時(shí)間像差定義 出發(fā)點(diǎn)：依據(jù)近軸電子光學(xué)性質(zhì) 1.所有從物面逸出的近軸電子，只要軸向電子初能相同，都將會(huì)聚在一點(diǎn)理想像點(diǎn)。 2.所有從物面逸出的近軸電子，只要軸向電子初能相同，它們到達(dá)像面或理想像點(diǎn)的時(shí)間是相同的。 提出假說(shuō)：時(shí)間像差應(yīng)由近軸時(shí)間像差和幾何時(shí)間像差兩部分所組成，其比較基準(zhǔn)是以某一軸向電子初能的近軸電子軌跡。,前驗(yàn)評(píng)價(jià)（嘗試性理論） 我的研究結(jié)果是提出了一種名為直接積分法時(shí)間像差理論。 用這個(gè)理論演繹的結(jié)果是，時(shí)間像差系數(shù)的求解可以直接用積分形式表示，而 Tau變分理論計(jì)算時(shí)間像差系數(shù)需要求解微分方程，而且它僅適用軸向電子初能為零的情況。,后驗(yàn)評(píng)價(jià)（消除錯(cuò)誤） 研究到這一步，這兩種理論孰是孰非并沒(méi)有解決，故必須尋找一種途徑進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn)，這一步就是“演繹檢驗(yàn)法”中排除錯(cuò)誤。 我們找到了一種靜電聚焦兩電極同心球系統(tǒng)的理想模型，找到電子在此系統(tǒng)中行進(jìn)的時(shí)間的解析解。檢驗(yàn)的結(jié)果表明，這兩種理論不但是正確的而且是精確的。,結(jié)論 變分理論的結(jié)果經(jīng)過(guò)變換也可表達(dá)成直接積分法的形式。 研究表明，新的理論直接積分法時(shí)間像差理論包容了舊的理論變分時(shí)間像差理論。 由此可見(jiàn)，直接積分法時(shí)間像差理論是一種更好的理論。 于是便進(jìn)入了新的問(wèn)題，就這樣推動(dòng)了科學(xué)的進(jìn)步。,直接積分法時(shí)間像差理論滿足了科學(xué)上一個(gè)良好理論模式的條件，它具有以下特點(diǎn)： 新理論由最基本的物理學(xué)定律電子光學(xué)運(yùn)動(dòng)方程出發(fā)，前提清楚，概念清晰，數(shù)學(xué)推導(dǎo)正確，得到的數(shù)學(xué)形式較原理論（變分時(shí)間像差理論）更為簡(jiǎn)潔。,良好理論模式的條件,原理論所能解釋的現(xiàn)象，新理論不但都能解釋，而且擴(kuò)展了應(yīng)用范圍：它將原理論以軸向初能量的比較基準(zhǔn)由極限像面（點(diǎn)）推廣到極限到高斯像面（線）的情況。, 新理論經(jīng)過(guò)了靜電同心球系統(tǒng)的理想模型的解析解的檢驗(yàn)，證明是正確的和精確的。同時(shí)，也證明了原理論（變分時(shí)間像差理論）的正確性和精確性，說(shuō)明這兩條途徑殊途同歸。, 新理論中提出了時(shí)間像差的新定義。認(rèn)為，時(shí)間像差與空間像差乃是同一現(xiàn)象的時(shí)空表現(xiàn)。新理論引入的這一假設(shè)是電子光學(xué)科學(xué)理論的一個(gè)進(jìn)步，它把動(dòng)態(tài)電子光學(xué)與靜態(tài)電子光學(xué)有機(jī)地聯(lián)系了起來(lái)。, 新理論具有預(yù)測(cè)性，它可對(duì)目前尚未研究的電磁聚焦成像系統(tǒng)的時(shí)間像差理論進(jìn)行推斷和預(yù)測(cè)。,從這一科學(xué)問(wèn)題的研究，我們可以看出方法論的指導(dǎo)作用。 發(fā)現(xiàn)矛盾，找出關(guān)鍵與突破口從邏輯上發(fā)現(xiàn)電子光學(xué)空間像差理論與時(shí)間像差理論之間的的矛盾，即其不協(xié)調(diào)性。,要重視方法論的指導(dǎo)作用,追求普遍性的規(guī)律是理論研究的重要方面 我們把寬束電子光學(xué)的靜態(tài)問(wèn)題和動(dòng)態(tài)問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)：這是同一事物（即由陰極面逸出的光電子的發(fā)射初能量分散）在某一基準(zhǔn)面或成像面上表現(xiàn)的時(shí)空特性，即空間像差和時(shí)間像差，并把這兩種像差在定義上統(tǒng)一起來(lái)。,采用類比的方法把靜態(tài)寬束電子光學(xué)的那一套移植到動(dòng)態(tài)電子光學(xué)上，給出了新的時(shí)間像差定義。 采用理想模型檢驗(yàn)的方法驗(yàn)證原理論和新理論的正確性與精確性。 通過(guò)一系列比較后作出了科學(xué)的結(jié)論。,電子光學(xué)的近軸像差理論的科學(xué)方法試析,疑難問(wèn)題的提出：新的近軸像差理論,疑問(wèn)RA公式的證明，近軸像差的一般表達(dá)式,新方法時(shí)間積分法,線索,突破口：1.漸近解 2.時(shí)間像差的轉(zhuǎn)化,假說(shuō)，理論的簡(jiǎn)化，,假說(shuō)的演繹與證明 （邏輯性）,后驗(yàn)評(píng)價(jià)同心球模型 考查與檢驗(yàn),科學(xué)精神與治學(xué)之道,談科學(xué)精神,何為科學(xué)精神？ 第一，造福于人類，對(duì)于自然現(xiàn)象及其發(fā)展規(guī)律能夠正確反映和認(rèn)知并善于利用和改造的精神。 第二，追求科學(xué)真理、刻苦鉆研、不怕失敗和獻(xiàn)身的精神。 第三，嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確、可靠、求真，而不弄虛作假和抄襲等不端行為的求實(shí)精神。,談科學(xué)精神,第四，敢于懷疑和不迷信權(quán)威與成論，而提出新想法和向未知的新領(lǐng)域大膽探求和開(kāi)拓的精神。 第五，善于將熱情與冷靜和興趣與需要巧妙結(jié)合的精神。 第六，能夠和諧地進(jìn)行協(xié)作和共事的合作精神。,治學(xué)六字,治學(xué)之道，有六字要訣： “志、勤、識(shí)、恒、法、創(chuàng)”。 有志則有為, 志向遠(yuǎn)大，斷不甘為中下流，以獻(xiàn)身科學(xué)、科教興國(guó)為己任； 有勤則有才，業(yè)精于勤荒于嬉，“天才出自勤奮”，不能有一日之懈惰； 有識(shí)則有求，知學(xué)問(wèn)無(wú)盡，不敢以一得自足，虛心求實(shí)，力戒驕傲自滿；,治學(xué)六字,有恒則有成，堅(jiān)韌不拔，認(rèn)定方向，嚴(yán)苛律己，不半途而廢，則斷無(wú)不成之事。； 有法則有能，講究科學(xué)方法，兼容并蓄，發(fā)幽闡微，方有能力做大學(xué)問(wèn)； 有創(chuàng)則有新，銳意創(chuàng)新，敢為天下先，想別人想不到的，才能趕超世界先進(jìn)水平.,談治學(xué)之道,我認(rèn)為，每個(gè)科學(xué)家治學(xué)各有不同，但不外以下四點(diǎn)；一曰勤奮，二曰嚴(yán)謹(jǐn)，三曰創(chuàng)新，四曰方法。 勤奮是第一位的，一個(gè)人有無(wú)成就，主要來(lái)自勤奮，故有“天才出自勤奮”。只有“超人的努力才會(huì)有超人的成功?！敝f(shuō)； 勤奮的人并不一定個(gè)個(gè)會(huì)成功，但成為一個(gè)專門(mén)家，一定是一個(gè)勤奮的人。,嚴(yán)謹(jǐn)是指做學(xué)問(wèn)上要老老實(shí)實(shí)，實(shí)事求是，嚴(yán)苛以律己，要有三嚴(yán)精神：“嚴(yán)肅的態(tài)度、嚴(yán)格的要求、嚴(yán)密的方法”；在治學(xué)上，循序漸進(jìn)，虛懷若谷，一絲不茍，鍥而不舍。 創(chuàng)新就是要做第一流的工作，要有志氣去超越前人，去洞徹探求客觀世界之奧秘。 方法不是取巧，學(xué)問(wèn)的進(jìn)取、科學(xué)研究的進(jìn)展，絕無(wú)取巧之可能。但科學(xué)研究有方法，學(xué)習(xí)有方法；循序漸進(jìn)，掌握科學(xué)方法，可收事半功倍之效。,我的科學(xué)研究的方法是： （1）首先研究課題的已有情況，即它的過(guò)去；它有什么成就，它在什么基礎(chǔ)上完成的，前人作出的貢獻(xiàn)。同時(shí)考察它是否符合科學(xué)研究中的“嚴(yán)謹(jǐn)性、邏輯（條理）性、完備性”的標(biāo)準(zhǔn)；實(shí)際上是在找它存在的問(wèn)題和不足，找不符合這些標(biāo)準(zhǔn)的情況，即“缺口”。 （2）在已有的學(xué)術(shù)成就上使之系統(tǒng)化，按照科學(xué)研究的途徑探索，把這一課題或?qū)W科向前推進(jìn)一步，使工作有創(chuàng)造性的內(nèi)容，為這一領(lǐng)域的科學(xué)寶庫(kù)或?qū)嶋H應(yīng)用添磚加瓦。,結(jié)束語(yǔ),科學(xué)研究中的錯(cuò)誤大致可以分為三類：一類是可以原諒的，另一類是不能原諒的，第三類是，他人可以原諒的，而自己不能原諒的。第一類錯(cuò)誤，是可以原諒的，而且必須原諒的。如對(duì)一個(gè)科學(xué)問(wèn)題的假說(shuō)，認(rèn)為有新的發(fā)現(xiàn)，而后來(lái)證明是個(gè)謬誤（如定義上的漏洞、試驗(yàn)中的錯(cuò)誤、判斷上的失誤、方法上的紕漏，等等）。這樣的錯(cuò)誤，有時(shí)確實(shí)是難免的，因此是可以原諒的。,科學(xué)研究中的錯(cuò)誤,說(shuō)錯(cuò)誤難免，是指這一類可以原諒的錯(cuò)誤。人在探索過(guò)程中產(chǎn)生的一些的思想、想法、創(chuàng)見(jiàn)、假設(shè)，往往與實(shí)際并不一致，或由于客觀條件（儀器、設(shè)備）的限制，或由于時(shí)代或認(rèn)識(shí)上的限制，類似這樣的錯(cuò)誤，不僅是難免的，而是經(jīng)常發(fā)生的、不可避免的。 探索過(guò)程中發(fā)生這樣或那樣的錯(cuò)誤往往是以后成功的先導(dǎo)。有99個(gè)試驗(yàn)都是錯(cuò)誤的，被否定了，失敗了，而往往第100個(gè)想法或試驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)了，成功了。 創(chuàng)造性的研究往往是接連不斷的錯(cuò)誤，接踵而來(lái)的失敗，但懷著永不衰減的熱情，屢敗屢戰(zhàn)而最終成功的故事。,第二類錯(cuò)誤是指故意犯的錯(cuò)誤，它是不能原諒的。特別是學(xué)術(shù)不端（misconduct）性質(zhì)的錯(cuò)誤，例如抄襲和剽竊，偽造數(shù)據(jù)或弄虛作假，侵權(quán)、盜用他人成果，等等。因?yàn)槟鞘敲髦粚?duì)，主觀故意犯的錯(cuò)誤，屬于作為科學(xué)人的道德品質(zhì)的問(wèn)題。第三類錯(cuò)誤是指別人可以原諒但自己不能原諒的錯(cuò)誤。例如，粗心大意的錯(cuò)誤（如考慮不縝密，粗糙做實(shí)驗(yàn)，匆忙下結(jié)論，論證欠嚴(yán)密，等等），確切說(shuō)來(lái)，這是屬于文章或作者的缺點(diǎn)，雖說(shuō)這些錯(cuò)誤（缺點(diǎn)）不是故意，但說(shuō)明自己的學(xué)風(fēng)還不夠嚴(yán)謹(jǐn)，是應(yīng)該檢討并引以為訓(xùn)的。,科學(xué)研究中要有“三嚴(yán)”的精神,在治學(xué)上，我一直以“三嚴(yán)”（嚴(yán)肅的態(tài)度，嚴(yán)格的要求，嚴(yán)密的方法）精神來(lái)要求自己，但我也有不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^(guò)失和教訓(xùn)。 2006年，我提出“直接積分法”解決了成像電子光學(xué)系統(tǒng)時(shí)間像差理論后，我覺(jué)得，解決近軸橫向像差普遍表示式的時(shí)候到了。但沒(méi)有成功。于是，我用俄國(guó)學(xué)者提出近軸方程的漸近解試試。雖然，這個(gè)漸近解表示近軸方程的特解的正確性和精確性自從提出后從未被證實(shí)過(guò)。用近軸方程漸近解解決成像電子光學(xué)系統(tǒng)的近軸橫向像差的工作，,工作進(jìn)行得很順利。雖然要解好幾個(gè)二階齊次微分方程，甚至二階非齊次微分方程，但我找到一種巧妙的方法。從問(wèn)題的提出，假說(shuō)的形成，微分方程的求解，以及理想模型的檢驗(yàn)，都證明漸近解的途徑是可行的。 2007年7月，在我赴美國(guó)前，我急忙把文章（摘要和全文）發(fā)到國(guó)際光電探測(cè)與成像會(huì)議（ISPDI07）大會(huì)秘書(shū)處。 到達(dá)美國(guó)靜靜思考后，我發(fā)現(xiàn)文章有兩個(gè)毛?。阂皇俏恼碌玫降慕Y(jié)果，用理想模型的解析解檢驗(yàn)，三級(jí)近軸橫向像差的表示式有些微差異。 二是漸近解的各系數(shù)形式上的聯(lián)系看到了，深層次的聯(lián)系沒(méi)有意識(shí)到。 我立刻通知ISPDI07秘書(shū)處撤回了自己的文章。,我在思考中逐漸明白了兩個(gè)毛病的原由： 對(duì)第一個(gè)問(wèn)題，我的看法是有問(wèn)題的。這是因?yàn)?，在?yán)密求解時(shí)，無(wú)論漸近解，還是解析解，如果它們考慮的階次是一致的，從理論上說(shuō)，它們的結(jié)果是不應(yīng)該有任何差異的。這一定是我在推導(dǎo)過(guò)程中有不縝密而產(chǎn)生錯(cuò)誤的地方。 對(duì)第二個(gè)問(wèn)題，雖然二階齊次微分方程求解漸近解各系數(shù)之間的表面聯(lián)系我看到了，也討論了，但系數(shù)之間還有更深層次之間的關(guān)系，我并沒(méi)有意識(shí)到。特別是我忽略了由電子光學(xué)放大率探討漸近解各系數(shù)之間的關(guān)系的途徑。,當(dāng)明白自己的錯(cuò)誤后，有了明確的認(rèn)識(shí)和方向后，解決這些錯(cuò)誤乃是一些技巧上手段而已，并不存在什么問(wèn)題。一個(gè)月后，這些問(wèn)題都解決了。2007年9月，我在國(guó)際會(huì)議開(kāi)幕式上作了大會(huì)報(bào)告，文章將發(fā)表在SPIE文集、Optik和物理學(xué)報(bào)等刊物上。 我舉自己的例子說(shuō)明，科學(xué)研究中一定要克服急于求成的心態(tài)和不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜秉c(diǎn)。缺乏“三嚴(yán)”（嚴(yán)肅的態(tài)度，嚴(yán)格的要求，嚴(yán)密的方法）精神來(lái)進(jìn)行科學(xué)研究，其結(jié)果必然導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)粗糙，結(jié)果膚淺，甚至誤導(dǎo)科學(xué)。,科學(xué)就怕淺嘗輒止，但嚴(yán)謹(jǐn)并不容易。嚴(yán)謹(jǐn)需要一個(gè)做學(xué)問(wèn)的基本態(tài)度。在“publish or punish”壓力下，在快出成果、多出成果的壓力下，在以數(shù)量勝質(zhì)量的狀況下，在以論文篇數(shù)論英雄下，在社會(huì)不容許失敗的環(huán)境下，克服浮躁需要自律和勇氣，需要不斷反省自己。,做人與做學(xué)問(wèn),做學(xué)問(wèn)中學(xué)做人 做人中學(xué)做學(xué)問(wèn) 做學(xué)問(wèn)做大學(xué)問(wèn) 做人做真正的人,科學(xué)研究方法與治學(xué)談,謝謝大家！,