研究生从小白到高手的七项“硬实力”和“软技能”修炼

研究生作为科研新手，应该如何修炼？仅仅会文献检索，能看懂文献，能做实验，能写文章，就算是科研高手了吗？很多时候并非如此！经常有同学来问我，我按着老师说的学了做了，照着学长示范的反复试验了，还是感到非常头痛，认为无从着手、付出大而进度慢。的确，研究生阶段的教育很不同于本科生阶段，是专业教育加上综合科研能力培养：专业教育要求掌握专业理论，以及对本领域的全面准确了解。科研能力包括发现问题、提出问题、分析问题、解决问题的能力，交流能力，写作能力等。本文中，针对这些痛点，我将从学习型和成长型研究者心态的建设、思维能力和技能的培养提升等七个方面入手，采用宏观指引和微观案例结合的方式进行剖析，到辅以实操步骤给出可以摸索提升的路径，助力研究生小白门有信心有方法地提升自己的“硬实力”和“软技能”，早日进阶科研高手。

1. 坚信努力和方法能造就“天才”

       很多学生到了研究生阶段都还抱有错误的观念，认为创造力是天生的，“天才”遥不可及，自己怎么努力也赶不上这些“天才”。我们先来看一看著名的“天才”物理学家费曼如何说，“创造力不是一直等待灵感，需要将所有可能的方法都尝试一遍，这也是成为天才的一种方法。每当有所突破时，人们就会说：他是怎么做的？他一定是个天才！”公认的音乐“天才”莫扎特说：“人们误认为我的作品轻而易举就能创作出来了。但我敢肯定，没有人对作曲的投入和思考有我这么多！以前任何一个大师的音乐，我都努力地研究过许多次。”

为了破除对“天才”的迷信，我建议同学们去读一读物联网概念的提出者，无线射频识别网络的先驱凯文·阿什顿的著作《被误读的创新：关于人类探索、发现与创造的真相》。他对大量创新案例进行了深入剖析，揭示了创新和创造力的真相：（1）创造力是人类天生就有的能力，创造力并不罕见，所有人身上都有。（2）决定创新是否成功的不是步伐大小，而是你迈出了多少步。（3）创造真正的秘诀：永远当一个初学者，有能力看到意料之外的事情。（4）创造的自信是一块必须每天强化的肌肉，依靠循环达到提升。（5）创新失败不是浪费时间，而是在做有用的积累。（6）创新源于有意识的思考。（7）创造过程中的挫败感，多半源于担心别人会怎么想。

所以，同学们不要再把自己的失败或进展受阻，归咎于自己不够聪明或天生创造力就不强，历史上有无数普通人作出重大发现的例子。这时候需要鼓起勇气、直面难题和错误，而不是躺平。要经常反思并改进自己的学习工作方法，并尤其要尽快培养自己的时间管理能力。

我给课题组的同学们打印了很多时间管理四象限表格，目的是让大家用表格帮助自己分清楚每天/每周/每月的事情的轻重缓急，做好规划——重要的任务优先完成，重要但不紧急的做好规划逐步完成，紧急但其实不重要的延后处理，不紧急而且不重要的控制自己节制。同学们反馈学习和工作效率有了显著提高。

2. 养成批判性思维

所谓没有批判性思维能力，就是只会被动接受观点，很容易被持论者的思路所影响，失去了独立思考和判断的能力。做研究如果没有培养出较强的批判性思维能力，就会随大流、人云亦云，不敢挑战传统观点，找不到真正的问题，科研进展自然缓慢。而开发批判性思考能力，最基本也是最关键的一步，就是——学会提问！

下面我以批判性阅读一篇专业学术文献为例，启发同学们如何自己的培养批判性思维能力。（1）引言部分。思考作者为什么研究这个问题？提出了哪些创新思想来解决存在的问题？作者希望获得什么样的答案？（2）研究方法部分。思考实验方案合理吗？控制了哪些变量？有对照组吗？实验细节足够详细、能重复吗？细节有遗漏吗？（3）结果部分。问作者提供了必要的证据吗？证据充分吗？说服力强吗？统计处理合理吗？阐述了结果的可靠性、重现性和适用范围吗？（4）讨论部分。提问该论文增加了对研究领域的理解了吗？充分前人的实验/理论结果进行了交叉比较了吗？是否分析了不符合预期的现象和数据并讨论了原因？提出了尚未解决的新问题了吗？该研究的实际意义和理论意义分别是什么？（5）最后，你还可以“逼迫”自己思考——你认同该研究的创新性吗？你能提出反例吗？如果换你来做，接下来你可以做些什么？

其实，随着我们不断训练自己进行批判性提问，也是在锤炼自己的学术论证能力。论证过程由论点、论据和论证方式组成，就是不断用论据证明论点的推理过程，目的是说服他人相信论点的正确性。这也是为什么我强调要去反复追问作者（以及你自己）——为什么下了这个结论？有证据支撑吗？证据来源是什么？证据本身可靠吗？假设合理吗？

3. 精通一门独门武技

在研究生的科研征程中，需要掌握很多理论知识、实验技能、计算方法等等科研武器库中的“武器”。掌握的越准确、全面，用的越得心应手，越能帮助合理设计研究、精准解读结果、对比理论和实验、正确评价他人的工作。否则，这些方面都很可能出错，甚至得出错误的结论。

高年级的研究生应该成长为本领域小方向的专家、高手，而且要对新理论、新技术、新方法保持开放态度，而且要经常关注最新进展。当然，学习和精通专业知识及核心技能，需要付出大量的时间和努力。但是应该注意不要陷入几个误区：（1）苛求自己成为所有方面的专家。一个人不可能穷尽知道所有知识和技能；（2）认为要等到所有基础知识和技能都学透了，才能去学新的或实践。很多知识和技能可以边学边用，研究生阶段的学习和实践不是单纯的线性过程。（3）总想拿着“锤子”找“钉子”。是研究的问题（钉子）决定了选用合适的方法（锤子），用合适、正确的研究方法解决你的问题。拘泥于手头可用的方法，会极大地限制你看待问题的视角和视野。此外，对于用不同方法得到的结果，要经常性地进行交叉印证和检验。

4. 掌握几种创新思维方法

很多时候，即使我们学习了很多知识、掌握了不少技能和方法，发现也很难突破常规思维的牢固藩篱。其实，能帮助拓展思维的“分散性”或“横向”思维方法有很多，我以自己课题组同学的例子，谈一下常用的暴力搜索法、类比联想法和头脑风暴法。

暴力搜索法，也称系统搜索法，是设计有效的搜索策略逐个尝试寻找破局之路。这也是很多著名科学家在大家看不到的地方“偷偷”使用的方法。最著名的例子，就是大家都熟知的爱迪生发明灯泡的例子，这里不赘述了。我组里的一个博士生就用暴力搜索法解决了氧化铝单晶的湿化学清洗问题：她先重复了文献中的大量方法，发现均不理想，于是对所用的溶剂、酸碱、等离子处理等的作用进行了系统检验和剖析，再通过反复试验提出了一个新的清洗方法。工作发表后获得了一个竞争性非常强的国际期刊首届最佳论文奖。

类比思考法，是从有技巧的比较中获得启发寻求突破，比如在化学或材料研究中可以从结构类比、性质类比、方法类比入手。比如我们早期的一项工作是研究氧化铝的表面化学性质，但是限于上述表面清洗和处理问题，其表面化学性质不好研究，争议很大。虽然它内部的铝原子和氧原子牢固连接成周期性的三维结构，但是我们发现其最稳定表面的原子排列与另外一种层状材料——氢氧化铝晶体——的解理面的原子排列很类似。于是受此结构类别的启发，先“搞定”了容易处理的氢氧化铝晶体的表面化学性质，得到的结论反过来促进了我们对氧化铝表面的质子反应活性的更深入理解。

头脑风暴法，需要在放松的、不受约束的氛围里，提出尽可能多的甚至是看似不着边际、很“幼稚”、天马行空的想法。先不要急于下定论。在搜集足够多想法后，再逐一从多个角度进行评判，可以尝试对一些想法进行交叉融合、拓展推广，实现思维“闪光点”涌现或思维迁移找到突破口。比如，我的另一个博士生研究如何用电子显微镜更好地表征原子级厚的石墨烯。她发现的确显微镜的电子加速电压影响图像衬度，而且很令人吃惊的是样品的工作距离对图像衬度也有很大的影响。然而，流行的探测灵敏度理论不能同时解释这两个因素的影响。有一段时间，我和学生不预设立场，经常性地争论，互相反驳，从多个角度进行论证，最终提出了从探测器收集到的电子数量的新视角，建立的模型能够统一地解释两个因素的影响。研究结果为石墨烯的高质量表征提供了新思路。

基于这些经验，我也经常提醒组里的学生要特别注意哪些与预期不符、不好解释、“看起来不漂亮”的结果！让同学们注意一定不能随意舍去，一方面是培养科研诚信，另一方面也是培养应尽量加以深入研究并进行解释的能力，因为很多时候这些结果反而就是新发现的突破口。

5. 结合好实验与理论

研究生论文普遍存在实验和理论脱节的问题，以实验研究为主的论文大多缺乏理论深度。所谓有理论深度，并不是在论文里画个漂亮的机理示意图、写一堆公式就能体现的，我称这类时髦的做法为“过家家”幼稚理论病。如何做呢？下面以实验研究为例，谈一谈我的经验和体会。

首先，最基本的是要做到实验设计合理，实验系统性强，变量可控，表征测试可靠、结果解读正确。在对理论的掌握方面，要熟悉现有理论，要在心态上敢于“触碰拥抱”理论。进一步要挖掘理论的假设，准备修正或改进，即要敢于“拍打”理论。最后，要建立定性或定量模型，该模型不但能解释自己的结果，还应具有一定的预测能力并解释他人的结果。这才能称为有理论深度。同学们会发现，这样得到验证的理论一定是绞尽脑汁、苦思冥想出来的结晶，写出来的论文会很好体现实验和理论的结合，自然就有了理论深度。

我组里的一位博士生曾深入研究了铝电解抛光表面纳米图案的形成规律。该同学得到的实验数据比前人的更准确、更系统，所以能够检验前人的理论，发现理论有问题。她努力读通读透经典专著和几篇关键专业文献，从头到尾推导了文献中的理论公式，做到透彻理解了现有理论，甚至发现了文献中的几处公式错误，并基于前人的理论框架进行了修正和拓展，建立了更具普适性的定量模型。该模型不但能较好地解释自己的实验结果，还能解释现有理论解释不了的结果。发表的论文把这个领域向前推进了一大步。

6. 树立论文写作发表的精品意识

我建议研究生同学们在求学期间别太着急早发文章、别发太多文章，尽量发表精雕细琢、过几年看自己不会感到遗憾的文章。匆忙写成的文章，投稿被拒稿的几率很大，即使发表了也会坏了自己的“口味”，以为发“灌水”文章挺简单。其实“灌水”文章被引用数很少，甚至不被引用，对科技发展没有实质性贡献。

那么，如何提升文章的质量？首先，当然是要夯实专业知识，精通核心技能，掌握创新思维方法。此外，我还有几点建议。（1）要有强烈的问题意识。论文的主题和问题，要做到新颖、深刻。新颖，就是要体现创新性，要研究前人没有研究和研究不透彻的问题。深刻，就是要抓问题的本质，揭示主要矛盾。通过梳理文献和批判性思考，问几个关键问题：具体问题是什么？它重要吗？解决该问题的普适意义是什么？对此问题的进展到了那一步？目前各解决方案的优缺点是什么？你如何看该问题？你的好点子为什么能解决此问题？（2）将实验和理论结合好，努力提升理论深度。（3）提升深入分析讨论的能力，训练自己用严密的论证进行多方面对比、批判性分析讨论，针对提出的问题得出规律性认识，提炼出真正有价值的结论，充分展现工作的价值。写文章时以这样的内容为基础，做到准确清晰客观并遵循学术规范，写出来就一定会是一篇好文章。

7. 成长比成功更重要

读研的过程，也是同学们蜕变和重生的过程，学术成长体现在学术人格上逐渐成熟，从无知目空一切到到有知但不自满，从一开始入学的科研萌新成长为合格的科研达人。经过严格的学术训练，你将发现大脑都已经被“改造”，思维方式已经被“重塑”了！

同学们会逐渐认识到心理和能力的成长，比成功更重要。我们每个人，都一直在不断认识自己、认清自己。在成长的过程中，不能只看结果，不看过程；没有过程，也没有结果。我建议同学们尝试最大化自己的优势和长处，不断尝试找到自己的热情所寄和真正兴趣所在。

       是的，在研究生的生活、学习、科研、就业的道路上，你仍然需要理想去让自己的内心充满力量，需要拥抱挑战不惧挫折，内心认可在这个残酷现实的世界上还需要卓然的理想主义。

理想，就是——你要去想！

最后，我以在哈工大化工与化学学院2018年开学典礼致辞中的几句话送给研究生新同学们：在挫折中成长，戒抱怨要主动，知耻而后勇，才能破茧而出；于精微处求索，求创新多合作，好学而力行，终成不凡本领。