什么是好的科学问题？最近博主内心颇不宁静，科研工作遇到了一些阶段性困难，于是开始思考人生。正好自己准备把这个公众号重新弄一弄，便想到了这个问题，觉得与大家作一点讨论也多少有所进益。仔细想来，我应该说一直都很幸运。小学初中高中一路靠着各种竞赛上来没有任何阻碍，高考的时候考出了高三一年的最好成绩进了五道口职院，本科虽然大三的时候一度被打击到怀疑人生，凭着前两年的GPA基础也算是拿到了直博的通行证，然后阴差阳错地来到了我导师Z教授的课题组，开始做凝聚态氧化物的研究。这个研究方向对我来说其实也是很合适的：我初中开始喜欢化学，高中的时候觉得物理很有意思，顺便大致搞清楚了扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）的机理；本科的时候听说了透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）觉得很好很强大，到了博士发现自己要做的课题是用TEM来研究物质微结构与其理化性质的关系，看起来自己的兴趣点都在其中。然而博主的博士生涯一路磕磕绊绊，常常迷茫不知所措。用我导师的话说，你读博的这些年，科研能力还是和本科毕业的时候一样，依然不知道什么是好的科学问题。我必须承认导师说得很有道理。事实上，这个问题我从本科的时候就开始思考，无奈自身资质愚钝，至今还没有一个系统全面的认识。在讨论这个问题前，我们可以先来想一想，如果我们决定好好做学问，那么我们需要什么。大三的时候我与本院另一位德高望重的Z教授有过几次很长的通信交流，当时我们讨论了很多内容，其间自然也包括了对“重要科学问题”本身的讨论。当时Z教授首先引用了丘成桐先生的一段讲话，它主要谈的是做学问的大方向：“年轻人要有充实的基础知识。一旦碰到重要问题时，能有足够的工具来解决它。即使工具不够，也懂得找合适的学者合作。西斯·克里克就是詹姆·沃森的合作者，他们的知识是互补的。“做学问要有热情，有了热情才能够专注。重要的成果往往需要三年、五年甚至十年才能够完成。“找到正确的方向，做重要的问题。决定后便勇往直前，义无反顾。“一个胸怀大志的学者，必须有远见。有的想了解宇宙的结构、星体的运行和粒子的基本原理；有的想了解生命的起源、人体的构造和疾病的疗法；有的想了解流体的变化和计算机的运作等等，这都是发人深省的问题，值得我们去追求。“有了这些目标，而又具备适当的基本训练后，就要找最好的问题，努力去解决它。志同道合而又跟你在知识上互补的朋友是很要紧的。良师益友和优秀的学生，使我学问得益不少，和他们交流可以说是赏心乐事。“有深度的工作往往需要花很多工夫才能够完成。在失败后再尝试，屡败屡战后才能成功。能持久必须要有热情，要高瞻远瞩。“首先，要达到王国维先生所说“独上高楼，望尽天涯路”的境界，才知道自己想做的学问确有意义，值得奉献一生的精力去完成。“追求学问的热忱需要培养，这关乎一个人的情操。如何除去名利的羁绊，让我们欣赏大自然的本能毫无拘束地表露出来，乃是培养学问感情的第一步。屈原说：‘纷吾既有此内美兮，又重之以修能。’就是说有了这种感觉以后，再加上努力，就可以做大学问了。”当时我觉得丘先生讲得很好，但主要是站在“道”的角度上来给我们传授人生经验和处世态度，我依然没弄清楚什么是重要的问题。于是Z教授和我说了这样一段话：“虽然我们从事基础研究，不能迷失为社会研究好材料的远方目标，直接支撑这个目标的是重要问题，而不是跟随热点，坚持这个标准，中国人也可以引领热点。研究生阶段，可以根据读研究课题相关的文献很快发现自己的不足，然后补基础乃至相关前沿，也就是掌握最先进的理论和实验工具，这才可能根据课题需要进一步创新，如果没有找到前沿，即使是独立创新，也可能滞后于前沿。”现在想来，这些建议与导师培养我们这些博士生的思路和做法大体是一致的，这些都是成为一个优秀科研工作者必备的素质。但是上面这些讨论最终仍然回归到那个终极问题上来：什么问题才是重要的科学问题？怎么去找？用我们组一位大牛师兄的话说，你多看多想多交流就行。这位师兄读的文献有多少呢？目测量以千计，而且读完后内容都记得很清楚，你看到一张图觉得很好，他可以直接告诉你这张图是哪篇文章的，出自哪本杂志，作者是谁。当然，博主只能算是科研领域的炮灰级工作者，因此这里可以把要求放低一些，纯粹从“实用”的角度上来考虑，我们可以把“重要”一词拿掉，只讨论什么是有意义的科学问题。下面我们来简单列出几类：1、理论预言以及相应的实验证实该方面的理论工作大多数都属于原创性的创新成果，也是各种物理教材最喜欢应用的部分。毕竟科学理论相对于民科的特点即在于其可证伪性，一个理论只有在作出可观测预言并得到证实后才能被科学共同体所接受。它的核心思路是：我们在现有理论体系中，推测在某条件下将能观察到某种现象，所以实验物理学家快跟上吧！这方面的典型事例如爱因斯坦用广义相对论写下的一系列著名预言：光线经过恒星时的引力偏折、黑洞、大质量物体带来的引力透镜、引力红移、旋转体周围的时空拖曳以及引力波，这些预言在广义相对论提出后一百年内相继被证实，对相对论获得广泛接受起到了举足轻重的作用。另外，凝聚态物理中近年来的一系列成功预言，如外尔费米子、量子反常霍尔效应、高压下硫化氢的超导性等，都带动了世界范围内大量研究组开展实验工作。此外，在我研究领域中也有两个典型事例：2003年EMCD方法的理论框架被提出，三年后得到实验验证；TEM的负球差成像也是理论模拟在前，实验验证在后，但这两者现在都成了国际主流的实验方法。当然，既然是理论预言，就自然有失败被打脸的实例，正所谓“理论家一张嘴，实验家跑断腿”，年初轰动世界的金属氢即为典型事例，实验物理学家通过种种方法获得了500GPa左右的压强才将氢金属化，而理论物理学家最初的预言仅仅为几十个GPa。2、实验进展助推理论工作这条与上一条顺序相反，但在教科书中也有着重要地位。简单说，就是实验科学家发现了一些新奇的现象，它们用现有的理论无法解释，需要引入新的理论来使理论框架自洽。典型例子如光电效应、塞曼效应等引出了后来的量子理论，超导体和液氦超流体的发现促使人们引入了非局域的波函数和规范对称性，以及由于太阳中微子反常而引入了所谓的中微子振荡理论等。当然，如果只是发现了新奇的现象，但是可以被现有的理论解释，也可以是很重要的工作，因为它同样促进了人们对客观世界的认识。事实上，博主认为1和2互为表里，科学发展的过程中，理论和实验很少同步，而是呈现一个螺旋前进的态势，因此某一时段可能是理论指导实验，而另一时段则是实验指导理论。符合这两点的工作大多数可以归为伟大的工作，足以写入波澜壮阔的科学史。以下的内容则更偏向细节，换句话说“更接地气”。3、“刷上限”和“刷下限”这一部分内容主要出现在实验科学中，常见的套路有这么几个：（1）得到某个更高/低的物理量，例如研究低温的总想用各种方法得到更低的温度，研究真空的总想用各种泵得到更低的气压，研究超导的总想升高超导转变温度，研究量子信息的总想提高纠缠态的量子比特数。（2）推进某种测量方法的探测上限或探测下限，或者提高某种物理量的测量精度，这方面印象比较深刻的有这么几例：以汞原子为研究对象判断电子是否具有净电偶极矩，然后大家开始用各种方法测量其电偶极矩的上确界，印象中去年有一篇PRL就刷新了其上确界的下限值；前几年弦理论炒的很热的时候多种不同的自洽理论同时登场，需要实验来进行筛选，其中一个关键实验是研究引力的平方反比关系是否在小尺度下依然成立，美国某研究者通过精妙的实验设计表明，引力的平方反比关系在1/20mm的尺度下仍然保持，这就让某一种理论破了产。当然，对于某些非实验科学，例如数学，这个刷下限的工作也很常见。远有诸位数学家通过“9+9”……“1+4”、 “1+3”到“1+2”来不断逼近哥德巴赫猜想“1+1”这样波澜壮阔的接力，近如张益唐将孪生素数的间隔开创性地定在三千万后，众多数学家一涌而上，在不长的时间内即将该间隔缩小到了两百多，离最终的结果“间隔为2”已经近了不少。总的来说，以上工作可以归结为对前人工作的推进。它们大多源于某种崇高的目标，每一篇文章都是走向该终点道路上的一个路标。4、对前人观点的推陈出新这方面的内容主要着眼于对前人工作的逆向思考，其前提是已经阅读过大量的文献，知道该领域中已经有了哪些结果。其核心思路是这么几条：（1）这一类实验现象前人已有多种解释abcd，但学术界没有达成共识，我们通过某方法证明解释a更科学，即多中选一。（2）这个现象前人普遍认为是原因1，我们用某方法证明原因2更可信，即证伪前人工作。（3）前人认为某方法或某理论仅仅适用于某特定情形abc，我们通过一些方法证明，在引入某些条件后，对于情形d也适用，即拓宽应用范围。（4）现在有个什么理论问题或者技术问题，大家都知道，也都认为很难解决，我们用某种方法解决了，即攻克现存难题。以上即为博主的一点想法，或许很多都是错的，不求能给大家带来多少启发，各位能看到这里就很满足了。不多说了，先搬砖去~P.S.此文最初发表在博主微信公众号上，该公众号除了科技内容外还有其他稀奇古怪的文章，欢迎大家关注！35 条评论分享收藏文章被以下专栏收录如何提出一个好的科学问题
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|系统分类:|关键词:北京大学,里程碑,出版社,学术界,空间|
“提出问题”无论在学术界还是在工业界都是一个重要的“问题”。如何提出好的科学问题往往是科研过程中的首要问题。
科学论题是人类在认识客观世界过程时被“困惑”住的问题，而这些问题的“解决”都导致了“新知识”的产生。对近代科学起源时的天体运行规律的理解导致了经典力学的诞生；从对火的认识和利用则产生了化学；对生物世界多样性以及它们的“横向”（空间轴）和“纵向”（时间轴）的理解催生出了生命进化理论；DNA双螺旋的发现也开启了近代生命科学的大门。所以这些“科学知识”都是由“好奇”而产生的，是人们追求理解这个世界过程的产物。
另一个科学问题的来源是当前“知识逻辑体系”中的矛盾现象。量子力学就是符合这种情况：当我们应用当时已有的知识没有办法推演出电子等客体的实验现象时，一种新的概念和逻辑体系必须被引入进来。这种情况也正是库恩所提出的“科学革命”的概念（《科学革命的结构》，北京大学出版社）。所以，这也说明，科学知识是在不断“进化”和“更新”的，而不单纯的是在“积累”。
以上说的都是在科学史中的“里程碑”式的大事件。在我们当前时代下，而且在每个具体的研究领域中，不太可能或者说不太容易由我们去揭示和发现类似以上那些重要的科学发现，但即使在小的领域中，提出科学问题的“范式”是相通的。
简而言之，好的科学问题的提出有以下两个主要来源（纯属个人观点，请批评阅读）：
1. 理论本身的发展。好的理论是那些能够以最少的“假设”推演出最广泛（能够被实验证实）的结论的理论。但，往往一个理论最初被提出时只是针对一个或一类实验结果的，而其后续的影响则远远超出了其最初设定的范围。热力学理论就是这样一个例子。所以，对一个刚刚起步的理论，引入新的概念和方法，不断扩展其应用范围，是一个比较好的研究策略。
2. 针对目前为止仍未认识清楚的问题进行研究。这种策略是最本源的途径，它一方面来源于人类的好奇心，一方面又有可能造福于人类。比如，当前我们对于癌症、艾滋病等疾病问题仍然认识不清，这样使得我们在处理这些疾病时方法不多。弄清楚这些问题无疑是十分重要的。从小的方面来说，对自己所研究领域的某些实验现象进行理解、解释也是好的科研方向。
有人曾经说过：问题的提出等效于问题解决了一半。当然，这个论断有一定的道理，毕竟我们要先弄清楚自己要干什么，才能真正把事情干好。但是，这个说法仍然不能掩盖在后续的“解决问题”过程中的可能的“艰辛”。其实，在很多时候，如何解决问题是最为耗时、耗力的环节。期望，自己能够若干年后，在经历了很多后，也能对该问题进行一些思考和总结。
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如何提出一个好的科学问题？
全部答案（共7个回答）
多想,多积累知识,多问.
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从你的问题就可知道对于立论存在困难，或者说是不够明确吧。
这在斜的时候一定要注意原则的问题，即立论要科学。只有科学的论点才能够比较顺利的将它描述出来并且进而求政...
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这个问题分类似乎错了
这个不是我熟悉的地区当前位置：
&什么是科学问题？
什么是科学问题？
作者 epoxyasphalt
发现问题比解决问题更重要，因为解决问题也许只需要数学上或实验上的技能。而提出新的问题，新的可能性，从新的角度看旧问题，却需要极富创造性的想象力。
& && && && && && && && && && && && && && && && && && && && &——爱因斯坦
什么是科学问题？
——反思在国家自然科学基金申请之前
& && & 国家自然科学基金应该围绕“科学问题”展开。那么，什么是科学问题？对我来说，但凡能够有一丝的进步，无不是因为建立了表象与基本概念（范畴）的有效关联。而所谓的基本范畴，就是科学问题。关联的建立过程，就是提炼科学问题的过程。这就是我的理解。
& && & 我觉得，面对一个事物或现象，建立其和基本概念或范畴的关联可以下面几个方面去入手考虑：
& && & 第一，“这个是什么”，直指事物的本质。比如，光是什么？光是波动还是粒子？是粒子，那么经典力学的知识就可以用了；是波动，也有经典的波动理论可以用来解释。这一个基本问题或者叫概念的争论直接导致了物理学的革命。可见，归类的目的是将现象和相关的知识体系建立联系，为解决问题提供理论基础或方法借鉴。
& && & 第二，“为什么是这样”，涉及到性质、功能等表象的数学、物理或化学本质。比如，“山气日夕佳，飞鸟相与还”。夕阳斜照，漫天烟霞中，鸟儿结伴回巢。这种美好意境依赖于特定的气象，而这种气象是如何产生的呢？如果能归结为气溶胶的丁达尔现象。那么，我们就可以从这里出发，人工制造这种气象了。类比，也是一种发现问题的方法吧，也是一个归类的过程。
& && & 第三，“怎样做到的”，涉及到功能、性质等表象的过程机理或本质问题。
& && & 司空见惯的问题，经过不同的表述，就变成了科学问题。这也是我想说的，表述方式的转变，其实已经暗示了认识水平的提升。换一种方式表达，其实是在转化表达方式背后的知识体系，而该知识体系就对解决这个问题具有框架性的指导作用。这在国家基金委的文件中，叫“提炼科学问题”。
& && & 我从未申请过国家自然科学基金和青年基金，这只是我自己在准备申请青年基金过程中的一点儿反思。肯定有很多不对的地方，有很多考虑很不完善的地方，恳请各位方家批评指正，小青椒就在此顺便谢过了！
& && & 希望自己能够写完一个基金，写好一个基金，不辜负家人和师长的期望。如果能中，谁不想中呢，再做好一个基金，也绝不能辜负评审专家的信任。
& && & 顺祝各位写基金的都中！2012，幸福安康！
[ Last edited by epoxyasphalt on
at 15:13 ]
换一种方式表达，其实是在转化表达方式背后的知识体系，而该知识体系就对解决这个问题具有框架性的指导作用。这在国家基金委的文件中，叫“提炼科学问题”。
我写的本子是根据表象用理论分析得出科学问题。
做工程的提炼科学问题，的确是个问题
记得刚读博士的时候，老板每逢找谈话的时候，必然会问我们什么是科学问题，并把科学问题归纳为五大特征。
为了应付老板的提问，我们将这几大特征写在办公室的小黑板上，天天背，现在倒是有些理解了。
首先科学问题是基础性的，就是说科学问题必然是一个基础问题；
其次，科学问题是创新的，与已认识的科学知识不同；
再次，科学问题是关键的而且是难点，在一个复杂的工程中，科学问题就是其核心，而且是一个较难解决的问题；
然后，科学问题是普适的，也就是说是一个共性问题；
最后，科学问题是可量化表达的，科学研究嘛，一要可重复，二要可量化
不知道我说的这些对不对，仅供参考。
[ Last edited by zhaoss_semi on
at 13:18 ]，
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