科學(xué)研究基本過程ppt課件

1、科學(xué)研究基本過程,致準(zhǔn)備開始做研究的學(xué)生,1,2,步驟1：通過科學(xué)的需求分析確定研究課題,科學(xué)研究的需求來源非常廣，常見的有： 1）國家重大需求； 2）產(chǎn)業(yè)共性需求； 3）社會發(fā)展需求以及人民生活改善需求等等。 4）一類需求來源于更純粹、更抽象的學(xué)科發(fā)展內(nèi)在的推動力（比如學(xué)科理論基礎(chǔ)的完整性和統(tǒng)一性），也可能來源于技術(shù)本身發(fā)展的慣性趨勢（比如一些會引導(dǎo)甚至創(chuàng)造需求的新技術(shù)）。 5）研究人員的好奇心和個人興趣也會成為一種內(nèi)在的科研動力。,3,步驟2：調(diào)研領(lǐng)域最前沿的方法與技術(shù),這一階段的任務(wù)是：對給定的研究課題，通過調(diào)查研究，回答 下述問題： 1）在該課題上國內(nèi)外有哪些研究者？ 2）已經(jīng)做了哪些

2、工作？ 3）這些工作如何分類？ 4）如何量化和評價這些工作？ 5）它們各有什么優(yōu)缺點？ 6）當(dāng)前最好的方法已經(jīng)做到了什么程度？ 7）還有什么開放問題沒有解決？ 8）目前的技術(shù)趨勢是什么？ 對這些問題的準(zhǔn)確回答是科學(xué)研究過程中最重要的任務(wù)。很多研究工作最 終之所以成為同行不屑一顧的“垃圾”，往往是因為調(diào)研上出了問題，結(jié)果 導(dǎo)致重復(fù)了別人的工作，或者解決了別人早已解決了的問題，或者做了遠(yuǎn)不 及當(dāng)前最好方法的工作。,4,步驟3 ：提出問題,1）調(diào)研的最終結(jié)果是提煉出真正有價值的學(xué)術(shù)問題。 讓我們再次重溫愛因斯坦的至理名言吧：“提出（發(fā)現(xiàn)）一個問題往 往比解決一個問題更為重要，因為解決一個問題也許只是

3、數(shù)學(xué)上或?qū)嶒?上的一個技巧而已。而提出新的問題、新的可能性，從新的角度看舊問 題，卻需要創(chuàng)造性的想象力，而且標(biāo)志著科學(xué)的真正進步”。 2）問題重要，但找到“好問題”并非易事。 一個研究工作能否得到國內(nèi)外同行的認(rèn)可，關(guān)鍵在于提出的問題是否有 價值、是否得到了同行的認(rèn)可。例如，很多論文評審人都表示，他們經(jīng) 常在看完論文的“序言” (introduction)部分就基本確定了是錄用此文還 是拒稿，因為序言的最后幾句通常就是對問題的描述以及對解決思路的 概述。 那么，好問題從何而來？,5,步驟4 ：獨立思考并提出解決思路,1）之所以強調(diào)獨立思考，是因為在互聯(lián)網(wǎng)時代，很多研究者特別是研究生 的獨立思考能

4、力被“腐蝕”了，非常容易受到前人工作甚至是“網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù) 噪聲”的影響，因而容易陷入已有研究思路的洪流中不能自拔。 2）特別是一些不成熟的研究者（比如新進入一個領(lǐng)域的研究生）對所謂熱 門方法的推崇和灌水式跟蹤，導(dǎo)致一些并不重要的工作被過多引用，進而 吸引更多的研究人員關(guān)注和引用，形成惡性循環(huán)，最終損毀了“引用數(shù)” 這一本來最為重要的學(xué)術(shù)評價指標(biāo)的真實意義。因此，對于“熱門”話題， 導(dǎo)師尤其要保持清醒的頭腦，從全局、歷史的角度來引導(dǎo)研究生冷靜思考、 正確對待。 3）高年級的研究生尤其要養(yǎng)成獨立思考的“習(xí)慣”（獨立思考更多的是一 種習(xí)慣，而不是能力），甚至要養(yǎng)成質(zhì)疑導(dǎo)師的習(xí)慣。我甚至認(rèn)為，一個 博士生

5、在某專業(yè)方向上是否超越了自己的導(dǎo)師可以作為其是否可以畢業(yè)的 參考標(biāo)準(zhǔn)之一。,6,步驟5 ：對解決思路形式化,1）第4 步提出的解決思路最初是通過自然語言描述的，語言描述的缺點是不夠嚴(yán)謹(jǐn)因而可能存在歧義。 2）形式化不僅可以更精確地描述問題或思路（比如界定清楚目標(biāo)函數(shù)、約束條件和前提假設(shè)等），還有利于提前發(fā)現(xiàn)其中存在的問題。 3）因此應(yīng)盡量把對思路的描述從自然語言抽象成形式化的符號語言，這是一個有趣且重要的步驟，非常有利于錘煉研究生的邏輯思維和數(shù)學(xué)建模能力。 4）以符號系統(tǒng)將思路形式化和抽象化是科學(xué)研究的重要特征也是一種習(xí)慣，是嚴(yán)謹(jǐn)和縝密科學(xué)精神的具體體現(xiàn)。,7,步驟6 ：設(shè)計、實現(xiàn)并優(yōu)化求解算

6、法,此步驟是指根據(jù)形式化后的研究思路具體設(shè)計： 1）體系結(jié)構(gòu)； 2）算法； 3）軟件或硬件實現(xiàn)的過程。 此工作更多的是研究生的職責(zé)，導(dǎo)師在該階段的作用是對設(shè)計的算法進行評價 或糾偏。當(dāng)然，如果是低年級研究生，導(dǎo)師可能需要參與到算法設(shè)計中。 需要注意的是，一個研究思路可能存在多種可能的實現(xiàn)算法，研究生對算法設(shè) 計能力的強弱在這里可以得到很好的體現(xiàn)：兩個研究生同時去實現(xiàn)相同的研究思 路，可能會得出不同的結(jié)果甚至相反的結(jié)論。其原因在于他們設(shè)計的算法是否真 實反映了當(dāng)初提出的解決思路。坦率地講，在這一點上，能力強的學(xué)生和能力弱 的學(xué)生差別很明顯：前者可以把一個平凡的思路研究得有聲有色，而后者可能會 把

7、一個很好的思路做得黯然失色。算法設(shè)計完成后一般應(yīng)進行編碼實現(xiàn)和驗證。 這主要也是研究生的職責(zé)。,8,步驟7 ：設(shè)計實驗、評估算法,計算機應(yīng)用專業(yè)屬于工程性學(xué)科。因此，除了一些可以通過理論分析證 明思路正確性的工作外，多數(shù)情況下，設(shè)計實驗、評估算法是驗證解決 思路可行性、算法設(shè)計合理性和算法實現(xiàn)正確性的必需手段。 評估實驗要注意以下4 點： 度量算法好壞的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該采用領(lǐng)域內(nèi)同行公認(rèn)的指標(biāo)體系，除非你能證明它們存在問題，并能提出被證明更合理的指標(biāo)體系； (2) 評估實驗一定要有量化的結(jié)果。即使是主觀評測，也應(yīng)該有足夠評價，從而給出量化的統(tǒng)計結(jié)果； (3) 實驗采用的數(shù)據(jù)應(yīng)該是國際同行公認(rèn)的、中等以

8、上難度的數(shù)據(jù)庫，并且是多個，最好是目前領(lǐng)域內(nèi)最先進的技術(shù)方法所采用的測試數(shù)據(jù)集。如果所研究的問題是新問題，則應(yīng)該自己收集足夠規(guī)模的測試數(shù)據(jù)； (4) 評估實驗必須是無偏向性的，絕對不能只挑選對自己的算法“友好”的數(shù)據(jù)，也不能只測試對自己有利的評價指標(biāo)。掩耳盜鈴危害巨大。,9,步驟8 ：與最前沿的技術(shù)與方法進行量化對比分析,1）得到評估實驗結(jié)果并進行對比分析是科學(xué)研究過程中最 值得期待和令人興奮的步驟，同時也是考驗研究人員洞察力 和邏輯推理能力的過程。 2）實驗結(jié)果是解決思路、算法設(shè)計、算法實現(xiàn)和實驗評估 等多種因素共同作用的結(jié)果。在實驗結(jié)果不好或者感覺結(jié)果 有異常的時候，我們必須反向推理，去追

9、溯結(jié)果不好或異常 的根源何在：是研究思路本身有問題？算法設(shè)計不合理？算 法實現(xiàn)有錯誤？還是實驗設(shè)計不合適（比如數(shù)據(jù)不滿足算法 假設(shè)）？特別值得關(guān)注的是應(yīng)該與什么方法、在哪些數(shù)據(jù)集 上進行對比分析。,10,步驟9 ：推導(dǎo)結(jié)論并嘗試提出新問題,1）實驗結(jié)果如果足夠充分而且對比豐富，則為科研提供了寶貴的第一手資 料，足以支撐一些基本的結(jié)論。 2）更重要的是，“實踐出真知”，這些結(jié)果和對比分析為我們提供了更為 寶貴的科研經(jīng)驗，使我們更深刻地認(rèn)識到相關(guān)課題領(lǐng)域存在的真實問題 和有效的解決思路，從而進一步提出新問題或者新的解決思路，這樣可 以再次回到科研流程的第4 個步驟上。 3）在此環(huán)節(jié)，導(dǎo)師和研究生的

10、深入討論是發(fā)現(xiàn)新問題、誕生新思路的法寶。 需要特別注意的是：結(jié)論一定要實事求是、有一說一！低年級研究生往 往因為害怕自己的工作貢獻(xiàn)小而想方設(shè)法地放大自己工作的價值，殊不 知這是論文評閱人最不喜歡看到的他們寧愿接收一篇貢獻(xiàn)小的論文， 也不接收一篇會誤導(dǎo)讀者的論文。 4）所以，一定不要在結(jié)論中夸大自己的貢獻(xiàn)（比如以偏概全），更要避免 過分泛化結(jié)論（比如故意忽略前提假設(shè)）。,11,步驟10 ：論文或?qū)＠珜?論文是科研工作被科學(xué)共同體中的其他成員了解、繼承和推廣的主要媒 介。這里，我想強調(diào)個人最看重的幾個關(guān)鍵點： (1)對研究動機(motivation) 的描述至關(guān)重要，即步驟3 的內(nèi)容； (2)對國內(nèi)研究者來說，語言不是撰寫英文文章的最大障礙，邏輯缺失才是最大問題； (3) 全文撰寫邏輯盡量遵循“自頂向下、先廣再深”的原則，局部細(xì)節(jié)一定要在全局介紹清楚后再展開。換句話說，一定要避免讀者必須讀完全文才了解全局，而應(yīng)該是讓讀者盡早把握住文章的全局； (4)從具體行文上看，邏輯主要體現(xiàn)在連詞、連接性短語或連接性（即承上啟下）句子等“關(guān)節(jié)”上。一個簡單的查驗標(biāo)準(zhǔn)是：任意兩個相鄰的句子、段落