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著名化學家徐光憲院士——新科研創新 16 條
如果你夢想要做一個科學家,那么勤奮學習就是實現你的夢想之“舟”。但舟有快如宇航飛機,慢如蝸牛。所以勤奮必須是高效率的勤奮,不要去做“磨擦生熱”的“無用功”,更不要做“負功”。
在科學研究中常常會遇到“山窮水盡疑無路”時,粗心大意的人很容易放過這種機遇。只有具有敏銳眼光和扎實基礎的科學家才能抓住它,取得重大的突破。
實際的學科基礎是金字塔,有比較廣的知識,但是又要有塔尖,有高度,也就是你的專業知識高度。但是一條竹竿是站不直的,所以你除了“高”,還要有一些“寬”。
多年以來,我一直在實踐中探索科研如何創新的方法,總結了16條。我可以告訴大家,我的天賦很平常,但“天道酬勤”,只要依靠勤奮,是可以取得科學成就的。大發明家愛迪生說:天才=98%的汗水+2%的靈感。而2%的靈感也可用勤奮來培養。各位同學只要勤奮努力,相信都能成為出色的科學家。
1 創新與知識積累:中藥鋪的抽屜和知識框架
創新必須先有知識積累,這是創新和繼承的關系。我幼年時常生病,生了病去看中醫,到中藥鋪去抓藥,看到中藥分類歸檔,放在上百個抽屜里。從那時起就模糊認識到要把學到的東西放在腦中的抽屜里,并把眾多抽屜有序排列,才能記住。以后就慢慢形成要在自已的頭腦里建立知識框架的概念。知識框架即知識文檔樹,建立知識文檔樹便于知識存貯檢索、記憶、聯系比較、分析歸納和創新。2 創新鏈和創新樹
科學研究是接力賽跑,起跑點要在科學研究的前沿,要把前人的有關知識接過來。研究生的導師很重要,他把接力賽跑的棒交給你,你就可以在科學研究的前沿起跑。牛頓說:“我是站在巨人的肩膀上,所以能看得遠一些”。這是創新和繼承的關系。
科學研究既然是接力賽跑,所以每一項科學創新都有前因后果。把這些前因后果串聯起來,就構成一條“創新鏈”。創新鏈常有分支,于是構成“創新樹”。建立創新樹的方法,可以啟發你的創新靈感,活躍你的創新思維,特別是在分枝點上,可以思考一下:還有什么新路可走?
3 分類研究法
“分類法”是一種重要的科學方法?茖W(Science)原來的含義就是分科之學。例(1)動植物的宏觀分類法——門,綱,目,類,科,亞科等。例(2)生物的微觀分類法——基因分類法。例(3)萃取機理的分類。例(4)經濟模式的分類——自由資本主義經濟(如美國),歐洲資本主義經濟,中國特色社會主義市場經濟等。
世界上的事物是非常復雜的巨系統,要探索這個巨系統,先要把它進行分類,才能找到其中的規律,F代科學發展的大趨勢,是學科越分越細。例如1900年是500門學科,2000年是5000門。100年增加10倍。2100年可能到50000門,2050年到20000門,50年中創建15000門新學科,我們中國人至少創建3000門。你們要有創建3000門新學科的雄心壯志。
4 學科交叉法
學科交叉法就是在不同的學科之間,進行“比較”、“類比”和“移植”的研究方法,從而產生新的研究領域或新的學科。“比較法”是具有悠久歷史的傳統方法,也是科學研究中的重要邏輯方法。在語言學的研究中有一分支,叫做“比較語言學”,就是用比較的方法來研究兩種或多種語言的異同。在生物學中有“比較生物學”。學科交叉的無人區是創新的生長點。
在比較語言學中,可以互相取長補短,促進本門語言學的發展。例如英文的Crisis,中文是“危機”。危機有危險和機遇兩層意思。處理得當可以把危險化為機遇,而Crisis只有危險的意思。中文有“做學問”一詞,通常翻譯為Learning,但后者只有學習的意思,沒有問的含義。做學問要既學又問,學而不問則殆,問而不學則茫。
5 移花接木法
“移花可以接木,雜交可以創新”,這是科學創新的“移植法”?茖W可按照它的研究對象由簡單到復雜的程度分為上、中、下游。數學、物理學是上游,化學是中游,生物、醫學、社會科學等是下游。上游科學研究的對象比較簡單,但研究的深度很深。下游科學的研究對象比較復雜,除了用本門科學的方法以外,如果借用上游科學的理論和方法,往往可收事半功倍之效。所以“移上游科學之花,可以接下游科學之木”。
例(1)量子化學是把量子力學的理論和數學方法移植到化學中來,因而產生的交叉學科。美國理論物理學家科恩和英國數學家波普爾,把量子力學的理論和計算數學的方法移到化學中來,解決了量子化學中的計算難題,因而獲得1998年諾貝爾化學獎。
例(2)把數學方法移植到經濟學中來,可以實現經濟學的突破。1994年的諾貝爾經濟獎授予納什,他把數學中概率論之花,移到經濟學中來,提出預測宏觀經濟發展趨勢的“博弈論”。
例(3)移花接木創新法的另一例子是仿生學。例如架飛機就是模仿蜻蜓制造出來的。流線型的噴氣飛機和高速火車的造型是模仿魚類的,特別是海豚的皮膚表面有一種可吸收能量的彈性結構,借以消除流體的阻力,使湍流變為平流。
例(4)生物學與化學的交叉產生生物化學、分子生物學、生物物理學、結構生物學等,F在后基因組時代已經到來,生物學與化學之間又有一個新的交叉學科——蛋白質組學已經形成。
6 四兩撥千斤法
中國有句成語,叫做“四兩撥千斤”,這就是“力的放大”。例如杠桿、齒輪、千斤頂等,在搬運東西和機械工程中被廣泛使用。在科學研究中,我們要把一種已知的方法盡量推廣拓展到未知的領域,這就是“創新”。例(1)三極管的發明可以實現電流的放大,上世紀三十和四十年代,是電子管的鼎盛時期,它曾為無線電、雷達、電子計算機和V型導彈的發明作出了貢獻。1948年發明了晶體管,同樣可以放大電流,但體積、重量、耗電量均比電子管減少100-1000倍。1959年又發明集成電路,從而產生了微電子學和微電子工業,導致20世紀的信息革命。
例(2)激光器的發明。電流的放大產生了如此重大的影響,于是人們聯想到光是不是也能放大呢?1954年湯斯首先實現了微波的受激輻射放大。1960年從事紅寶石微波量子放大器研究的年輕人梅曼成功地研制出臺紅寶石激光器,實現了光波的受激輻射放大。
例(3)化學合成的自動組裝放大,例如用 K.Ziegler 和 G.Natta 催化劑,可使單體自動定向聚合為高分子。又如自組裝化學,也是化學發展的方向。
例(4)生命的放大——從卵細胞到生命的發育成長,發展成為現代的克隆技術。
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