博文
再谈博士生如何夯实成功科研生涯的基础（5）
|||
——18个你必碰到的场合之五：实验
文/冯长根
上文[1]谈了18个你必碰到的场合之四：研究与创新，本文谈谈其之五：实验。
今天我们从事科研跑不出3个大范畴：理论工作、实验工作以及数值模拟工作。有时这3类工作是混合在一起的。有时博士生从内心里会有意无意不重视属于实践或实验一类的研究。“理论建模和推导那水平高，计算机模拟那多有意思”，这样的想法的确也不算错，事实也是如此，而且实验室里有时又乱又脏，做实验甚至又累人又累心。但重视理论和模拟甚于实验，影响的是你科研的水平和质量。假如做以实验为重点的博士课题，你更得每天在实验室里。一般地说，对于一位科学家，一是要用学术论文说话，人们看到了有质量的学术论文，才能知道你是否有高水平；二是要用实验说话，人们看到了实验结果，才能信服你的高水平。今天，在多数研究中也主要以实验说话。作为学生，也许你最生疏的是实验，实验是你在大学、硕士期间训练最少的，这也不用怕，你需要的是把实验与你的研究目标联系起来，你的兴趣会从这里爆发。
有一个历史知识值得说一说。许多年以前，多数学校工程教育是以实验室工作为主的，至少占教学很大的比重。20世纪40年代，科学家中如冯·卡门以及钱学森等多次倡导工程数学化。之后，数学和理论的比重逐渐加大，直到今天，工科学生的教学多以课堂的理论学习为主，好多专业连毕业实习的环节都取消了。[2]然而，以为实验是重要的，和以为理论是重要的，两种意见仍不时流传于科学界，双方的人数都不少。最近，王飞跃研究员在《科技导报》上又提出了一个新的动向：“用不了多久，恐怕从幼儿园到大学，教学都得采用动漫的形式，既快又有效。”[2]在个别领域“动漫”已经从“模拟”分离出来，成为一种新的类型的研究。
当然，即使这样，也仍然轮不到博士生们丢掉研究中的实验性工作。说到这里，想到报纸上的一则故事。沈铭贤研究员在《科学时报》上说[3]：“我早就听说，我国一些医院在干细胞治疗中曾意外地发现个别盲人恢复了视力，‘重见光明’。这一‘奇迹’广为传播，甚至上了美国的电视。”这么好的故事却并没有讲下去，文章接着说：“遗憾的是，一些医生和科研人员……未能拿起科学实验的利器，至今还不清楚是什么干细胞起作用，如何起作用，为什么起作用，有何副作用等关键问题，更谈不上推广应用了。”文章接着说：“目前，大多数干细胞治疗还属于未经证明的干预，非常需要用科学实验来证实，完善或否证。”为此，若在你的专业领域遇到类似情况，你下决心做进一步的科学实验是十分必要的。你会得到你想得到的。记住，成功的科学家绝不离开他的实验室。
在实验室里，你会碰到诸如“实验设计的共性、优化及新的实验方法”[4]、“做好实验数据记录”[5]、“数据的表述与分析”[6,7]这样的问题。你可以再看一看这些文章。你在实验室里的核心目的，其实是数据收集。一切围绕着这项工作，实验结果的基础是数据，学术论文的绝大部分是在叙述和讨论数据。在你的课题研究中，困难最大的可能也就是数据收集，当然，如果一切顺利，它也可能是最令人满意的部分之一。好的论据可以让原本只有骨架的研究设计丰满起来，对于你和你导师来说，没有什么比这更令人兴奋的了。
为了收集（获得）你需要的数据，你肯定清楚要设计一些试验装置、样品（专用空间、试验田或实验动物）、仪器和测量设备。你导师还会安排你熟悉它们的操作。考虑到这些需要时间，收集数据即使在最顺利的情况下也可能拖得很久，无论采取什么方法。实验成果的不确定性也让你越来越担心，有时好多天甚至半个月一个月“什么都不成功”。“要绞尽脑汁才能让实验成功”。即使一项实验成功了一次，也不能保证以后每次都成功。有一位学生说，一项（生化）实验，一次成功了，再做4、5次又不成功了。一个原因可能是这里变量太多。但这并不能解释为什么有些实验第一次成功，以后却不行。学会应对科学中的不确定性也是博士生培训的一个重要内容。如果的确遇到了多因素实验，那就可以用正交设计法首先确定最优的因素值。这也说明即使是一个科学实验，方法是否得当也十分重要。肖宏[8]说，“实验和写作都要注重科学思维方法”。这个理念值得倡导，他举了实验中几个十分有说服力的有趣例子。在你收集数据时，经常会出现的是，在一系列正常数据中有一个出奇的高（或低），十分异常。你非常希望不要这个数据，但行不行呢？王德华讨论了这个问题[9]，他的文章题目是“不理想的数据可以剔除吗？”你可以读一读。当然，最直接的，你可以向导师询问。
参考文献
[1] 冯长根. 再谈博士生如何夯实成功科研生涯的基础(4)[J]. 科技导报, 2011, 29(7): 83.
[2] 王飞跃. 将来如何教学生?[J]. 科技导报, 2010, 28(15): 123.
[3] 沈铭贤. 用实验说话[N]. 光明日报, 2010-5-14, A3版.
[4] 冯长根. 年轻科研人员如何走向成功(6)[J]. 科技导报, 2009, 27(2): 111.
[5] 冯长根. 年轻科研人员如何走向成功(11)[J]. 科技导报, 2009, 27(7): 111.
[6] 冯长根. 年轻科研人员如何走向成功(12)[J]. 科技导报, 2009, 27(8): 111.
[7] 冯长根. 年轻科研人员如何走向成功(13)[J]. 科技导报, 2009, 27(9): 111.
[8] 肖宏. 实验和写作都要注重科学思维方法 [J]. 科技导报, 2009, 27(14): 121.
[9] 王德华. 不理想的数据可以剔除吗?[J]. 科技导报, 27(21): 121.
今天我们从事科研跑不出3个大范畴：理论工作、实验工作以及数值模拟工作。有时这3类工作是混合在一起的。有时博士生从内心里会有意无意不重视属于实践或实验一类的研究。“理论建模和推导那水平高，计算机模拟那多有意思”，这样的想法的确也不算错，事实也是如此，而且实验室里有时又乱又脏，做实验甚至又累人又累心。但重视理论和模拟甚于实验，影响的是你科研的水平和质量。假如做以实验为重点的博士课题，你更得每天在实验室里。一般地说，对于一位科学家，一是要用学术论文说话，人们看到了有质量的学术论文，才能知道你是否有高水平；二是要用实验说话，人们看到了实验结果，才能信服你的高水平。今天，在多数研究中也主要以实验说话。作为学生，也许你最生疏的是实验，实验是你在大学、硕士期间训练最少的，这也不用怕，你需要的是把实验与你的研究目标联系起来，你的兴趣会从这里爆发。
有一个历史知识值得说一说。许多年以前，多数学校工程教育是以实验室工作为主的，至少占教学很大的比重。20世纪40年代，科学家中如冯·卡门以及钱学森等多次倡导工程数学化。之后，数学和理论的比重逐渐加大，直到今天，工科学生的教学多以课堂的理论学习为主，好多专业连毕业实习的环节都取消了。[2]然而，以为实验是重要的，和以为理论是重要的，两种意见仍不时流传于科学界，双方的人数都不少。最近，王飞跃研究员在《科技导报》上又提出了一个新的动向：“用不了多久，恐怕从幼儿园到大学，教学都得采用动漫的形式，既快又有效。”[2]在个别领域“动漫”已经从“模拟”分离出来，成为一种新的类型的研究。
当然，即使这样，也仍然轮不到博士生们丢掉研究中的实验性工作。说到这里，想到报纸上的一则故事。沈铭贤研究员在《科学时报》上说[3]：“我早就听说，我国一些医院在干细胞治疗中曾意外地发现个别盲人恢复了视力，‘重见光明’。这一‘奇迹’广为传播，甚至上了美国的电视。”这么好的故事却并没有讲下去，文章接着说：“遗憾的是，一些医生和科研人员……未能拿起科学实验的利器，至今还不清楚是什么干细胞起作用，如何起作用，为什么起作用，有何副作用等关键问题，更谈不上推广应用了。”文章接着说：“目前，大多数干细胞治疗还属于未经证明的干预，非常需要用科学实验来证实，完善或否证。”为此，若在你的专业领域遇到类似情况，你下决心做进一步的科学实验是十分必要的。你会得到你想得到的。记住，成功的科学家绝不离开他的实验室。
在实验室里，你会碰到诸如“实验设计的共性、优化及新的实验方法”[4]、“做好实验数据记录”[5]、“数据的表述与分析”[6,7]这样的问题。你可以再看一看这些文章。你在实验室里的核心目的，其实是数据收集。一切围绕着这项工作，实验结果的基础是数据，学术论文的绝大部分是在叙述和讨论数据。在你的课题研究中，困难最大的可能也就是数据收集，当然，如果一切顺利，它也可能是最令人满意的部分之一。好的论据可以让原本只有骨架的研究设计丰满起来，对于你和你导师来说，没有什么比这更令人兴奋的了。
为了收集（获得）你需要的数据，你肯定清楚要设计一些试验装置、样品（专用空间、试验田或实验动物）、仪器和测量设备。你导师还会安排你熟悉它们的操作。考虑到这些需要时间，收集数据即使在最顺利的情况下也可能拖得很久，无论采取什么方法。实验成果的不确定性也让你越来越担心，有时好多天甚至半个月一个月“什么都不成功”。“要绞尽脑汁才能让实验成功”。即使一项实验成功了一次，也不能保证以后每次都成功。有一位学生说，一项（生化）实验，一次成功了，再做4、5次又不成功了。一个原因可能是这里变量太多。但这并不能解释为什么有些实验第一次成功，以后却不行。学会应对科学中的不确定性也是博士生培训的一个重要内容。如果的确遇到了多因素实验，那就可以用正交设计法首先确定最优的因素值。这也说明即使是一个科学实验，方法是否得当也十分重要。肖宏[8]说，“实验和写作都要注重科学思维方法”。这个理念值得倡导，他举了实验中几个十分有说服力的有趣例子。在你收集数据时，经常会出现的是，在一系列正常数据中有一个出奇的高（或低），十分异常。你非常希望不要这个数据，但行不行呢？王德华讨论了这个问题[9]，他的文章题目是“不理想的数据可以剔除吗？”你可以读一读。当然，最直接的，你可以向导师询问。
参考文献
[1] 冯长根. 再谈博士生如何夯实成功科研生涯的基础(4)[J]. 科技导报, 2011, 29(7): 83.
[2] 王飞跃. 将来如何教学生?[J]. 科技导报, 2010, 28(15): 123.
[3] 沈铭贤. 用实验说话[N]. 光明日报, 2010-5-14, A3版.
[4] 冯长根. 年轻科研人员如何走向成功(6)[J]. 科技导报, 2009, 27(2): 111.
[5] 冯长根. 年轻科研人员如何走向成功(11)[J]. 科技导报, 2009, 27(7): 111.
[6] 冯长根. 年轻科研人员如何走向成功(12)[J]. 科技导报, 2009, 27(8): 111.
[7] 冯长根. 年轻科研人员如何走向成功(13)[J]. 科技导报, 2009, 27(9): 111.
[8] 肖宏. 实验和写作都要注重科学思维方法 [J]. 科技导报, 2009, 27(14): 121.
[9] 王德华. 不理想的数据可以剔除吗?[J]. 科技导报, 27(21): 121.
https://wap.sciencenet.cn/blog-336909-427105.html
上一篇：2011-09读者之声
下一篇：中国农学会
