科技基金申请项目的选题(一):研究方向的选择以及科学问题的基本类型和特点

研究方向是在一个时期中科研人员集体或个人进行科学探索的主攻方向或领域,它不是泛指科研人员为之奋斗终生的某一学科或某一专业,而是指科研人员在自己所学习、所从事的学科和专业已经确定之后如何在这些基础上开展研究而言的。


研究方向有别于研究课题。研究课题是指某一学科领域尚未认识和解决的问题,而研究方向则是指选择研究课题的范围,而且相对研究课题具有长期稳定性,是一个时期进行探索、连续开展研究的范围,所以研究方向与研究课题之间存在着全局与局部、长远与眼前的关系。在现代科学技术既高度分化又高度综合的背景下,基于一个科研人员的时间、精力、知识结构的有限,在科研工作中必须有明确、坚定的研究方向,才会取得成功。

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选择研究方向的意义

选择研究方向是指在一定时期内,科研人员在本学科和本专业或在本学科和相邻近的专业领域内,把自己基础理论较好,学术造诣较深,最有发展前途,也有继续深入研究兴趣的一个或几个方面的方向,选择和确定为当前和今后较长时间进行研究的主攻方向,其根本目的在于定向地选择研究课题。


研究方向的选择是科学研究的重要组成部分,无论是对一个科学研究单位还是科学研究的个人都具有极其重要的意义:

(1)选择研究方向有利于选择研究课题。科学研究的目的是探索未知,而未知的领域和问题好像无边无际的大海,如果不选择研究方向,面对如此广阔的领域和数不清的问题,科研人员将会不知从何着手进行科学探索。而选定了研究方向,也就如同规定了研究工作的范围和内容,使科研人员着力到某个研究领域内去选择研究课题。

(2)选择研究方向有利于使科学研究工作具有连续性。科研人员集体或个人的研究方向,不仅是初次选择研究课题的范围,而且也将是多次选择研究课题的范围。科研人员集体或个人在较长时期内有一个确定的研究方向或范围,就会使科学研究工作具有连续积累性,从而能够取得系统性研究成果。如英国物理学家卢瑟福(1871-1937)毕生所坚持的研究方向都是放射学研究,他在这一研究方向上取得了一系列重大科研成果。

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选择研究方向的方法

选择研究方向的方法没有固定的模式,而是一种因人而宜的经验方法。常见的方法有以下几种:


1)同步选择法,即与当前科学研究发展的主流相同步、选择当前科学研究中的热点领域作为研究方向。需要注意的是,在选择这样的研究方向时,科研人员往往要面临最激烈的竞争,因此需要充分考虑自己已有的研究基础和条件,在研究条件不如他人时,如果没有创新的研究思想和独到的研究方案是不可能取得成功的。

2)超前选择法:即选择刚处于萌芽状态的科学发展的新方向。科研人员如果能在某个重要的新方向开始蓬勃发展前3-5年涉足,即使没有做出开拓性的工作,但至少会有许多积累,当多数人开始跻身其中时,就可能比后来者更有取胜的机会。这种方法对于青年科研人员来说尤其重要。杨振宁在博士生阶段选择了处于发展初期的粒子物理学这个研究方向并坚持下来,在博士毕业不到10年的时间里便取得了重要进展,获得了诺贝尔奖。

3)边界选择法:即在不同学科交叉点的边缘地区选择研究方向。科学史表明,许多有意义的研究方向处在不同学科的交叉点上,而这些交叉的边缘地区又往往被最容易被忽略。因此,科研人员如果能以较大的热情去了解一些本学科和其他多个学科的进展情况,扩大知识面,提高自己的学术敏感性和科学鉴赏力,适时地选择处于多个学科边界的交叉研究领域作为自己的研究方向,就更有可能取得成功。例如英国著名物理学家布拉格于1937年根据国际上用X射线衍射方法研究蛋白质的新动向以及实验室和自己已具备的研究基础和技术条件,适时调整了原来以原子物理学著称于世的卡文迪许实验室的研究方向,提出把“用X射线衍射方法研究蛋白质结构”和“用无线电波探测天体”这两个新的领域作为之后卡文迪许实验室的研究方向,使得该实验室之后的研究工作取得了卓著的成就。

4)课题拓展法。正确选择研究方向往往需要科研人员具备一定的研究经历和基础,但这却是大多数青年科研人员所无法具备的。因此,对于青年科研人员来说,也可以先大略地确定一个研究方向,或者在有经验的科研人员或导师的指导下,选一个适当的课题先做起来,然后经过不断积累,纵向或横向拓展深入,逐步扩大研究范围,再形成一定的研究方向。例如,美国德克萨斯大学的Reiter R J 教授和美国哈佛大学的袁俊英教授都是以其原来的研究课题为起点加以纵向或横向拓展,逐渐形成自己的研究方向并取得成功的。

5)同时选择和拥有两、三个研究方向。科研人员在选择科学研究的方向时,也可以同时选择和拥有两、三个研究方向,或者在拥有一个较熟悉的研究方向后,再有意识地选取另外的1-2个研究方向,这样既可以在某一个研究方向长时期不能取得进展、难以继续深入时,交叉进行其它研究方向的工作,又有可能随着科学研究的发展,把当初选择和拥有的两、三个研究方向组成新的研究方向。杨振宁的成功就是这样的范例。

总之,选择适合自己发展的相对固定的研究方向,是每一个科研人员必须面对的、至关重要的、影响全局的重要问题,它要求科研人员在对所从事的学科专业的发展历史和现状有一个非常清楚的了解的基础上,着力选择对于科学发展具有重要意义的方向,并要结合自己已有的研究基础和客观条件综合考虑。

 

科学问题的基本类型及特点

 

研究方向确定之后,接下来就是选择和确定具体的研究课题。课题是为了实现某个特定目标所需要研究的一个或一组科学问题,因此选择和确定具体的研究课题首先要是根据已确定的科研方向的指向范围,尽可能多地对国内外这一领域的情况进行全面的调查研究,大量发现和搜集这一领域若干备选的科学问题。

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科学问题的定义


科学问题是指科研人员基于特定的科学知识背景和特定的认知目的而提出的关于科学认识和科学实践中需要解决而又尚未解决的矛盾或疑难。它表现为科研人员在科学探索过程中理想的目标状态与现实状态间的差距,通常是与未被认识的现象或规律相联系的,但又不同于现象或规律本身,因为未被认识的现象或规律只有进入人类的认识领域才会成为科学问题。

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科学问题的基本类型


根据科学问题的性质和研究的需要,对科学问题可以进行不同的分类。例如,根据科学问题产生的领域不同,可将其分为经验问题和理论问题;根据科学问题与已有的理论框架之间的关系,可将其分为常规问题和反常问题;根据科学问题的求解类型,可将其分为陈述性问题、因果性问题和过程性问题等。

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科学问题的基本特征

1)时代性。科学问题产生于对背景知识的分析,反映一定时期的科学背景能力(知识、技术、方法等因素所显示的能力)对所提问题的求解理想差距。时代所提供的科学知识背景决定着科学问题的内涵深度和解答途径。因而,科学问题总是科研人员基于当时的历史条件提出的。例如,关于遗传学方面的研究,在19世纪的知识背景下魏斯曼提出了“种质”和“体质”的问题,20世纪初摩尔根提出的则是“基因”的问题,20世纪50年代沃森和克里克则提出了生物大分子DNA的结构问题。

2)主客观统一性。科学问题的内容是客观地存在于背景知识之中的,在条件具备和成熟时,科学问题总会形成和发生,一种科学理论一旦被创造出来,其中所存在的问题(如概念模糊和理论中的逻辑矛盾、以及它与其它理论之间、它与经验事实之间的关系上的问题等等)都已是客观上存在着的,因此,科学问题所反映的内容具有客观性;但是,科学问题的提出、表达及其解答又都带有科研人员的主观特性,因为针对同一个未知内容,不同的研究人员会提出具有不同内容或不同形式的科学问题。例如一只熟透了的苹果落地了,甲提出的问题可能是:“为什么这只苹果会掉在地上?”乙提出的问题可能是:“为什么有重量的物体都会自发下落?”丙提出的问题可能是:“为什么物体之间会有吸引作用?”因此,科学科学问题又具有主观性。可见,科学问题本身是主客观的统一。

3)探索性。根据问题所构成的疑难的性质,可将问题分为知识性问题和探索性问题。知识性问题仅仅产生于对背景知识的无知,而不是产生于对科学背景知识的分析,它所反映的只是对所提问题的求解理想与提问者当前能力的差距。问题的求解过程对于背景知识而言不提供新东西,解决这类问题只是学习和掌握背景知识的过程,例如:“艾滋病是由什么引起的?”这个问题的答案在背景知识中是已知的,只是提问者不知道,但科学界是知道的,提问者通过学习就可以解决这个问题:“艾滋病是由艾滋病毒感染引起的。” 探索性问题则产生于对科学背景知识的分析,反映当前科学技术背景能力对于所提问题的求解理想的差距,问题的答案在背景知识中是未知的,需要通过各种手段获得新的信息或掌握新的方法才能达到问题之求解,因此在求解过程中将包含许多新的发现。科学研究中的问题必须是探索性问题,它的答案不仅提问者不知,整个科学界都不知。因此,对科学问题的求解,将对背景知识提供新东西,甚至即使没有最终解决问题,也能提供新知识。

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科学问题的作用

科学问题的作用主要有以下几个方面:

(1)科学问题能够激发科研人员的探索兴趣和创新精神。例如:“王冠之谜”使阿基米德充满兴趣,在洗澡时都在不停思考,终于从澡盆溢水现象中得到了灵感,发现了浮力原理。

(2)科学问题提供或指引着科学探索的目标和方向。例如,法拉第发现电磁感应定律是在“磁电相互作用”的问题引导下实现的;伦琴发现X射线是在“阴极射线的本质是什么”的问题引导下实现的。

(3)科学问题可以为科研人员提供研究思路与研究方法。科学研究工作一般是先有问题,然后再形成解题思路与解题方法。问题不同,解题思路与方法也会有差异。例如思想实验的驻波问题启示爱因斯对光速进行深入研究的具体思路。

(4)科学问题促进理论的进步从而促进科学的发展。在科学的探索过程中,经常是原来提出的科学问题的解决,诱发出新的科学问题,而新的科学问题的解决又会诱发出更新的科学问题,这种一环扣一环的科学问题相继出现和解决,就可导致科学的重大理论突破。例如,爱因斯坦相对论的创立正是在“追赶光波问题”、“间断的经典力学与连续的电磁场理论不统一的矛盾”、“人在自由下落的升降机里的感觉问题”、“等效原理与欧几里得几何原理相矛盾”等问题的相继出现和解决的过程中实现的。

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