怎样选择好的科学问题

Uri Alon Weizmann Institute of Science

方琪 译 来源 http://blog.renren.com/blog/230192269/492904853

选择好的科学问题对于成为优秀的科学家至关重要。不过，什么是好的问题？你又如何去选择一个好的问题呢？这一话题在科学家的行当里总是欲言又止。人们以为科学家足够聪明，能够自己摸索或通过观察他们老师的所作所为来找到答案。这种公开讨论的缺乏留下了一个真空地带，说不定对于“选择问题”加以讨论会让更多学者在有影响力的杂志上发表文章、找到工作和获得终生教职。

本文的前提在于对我们这一话题的讨论，包括主观和感情因素方面，会增进我们的科学素养、使我们的人格更加健全。好的选择意味着你能发现全新的知识，陶醉其中并实现自身的价值。

下面我们将讨论选择科学问题的基本原则，我自己、我的学生和同行们从中都受益颇多。这些原则对于其他科学的学者或许也同样适用。

起点: 选择课题是一门培养的艺术

开张一家实验室的目标何在？有时可以张口便说道：“在下的实验室致力于发表最大数目的高质量文章。”确实，在当前的学术环境下，这大概就是默认的价值观。

但是，在本文中我们提出不同的目标：“实验室是孕育新知的土壤，旨在将学生作为科学家和作为普通人的潜力发挥到极致。”

下面这些选择都至关重要——从价值观到实验室里或大或小的决定——实验室应该怎样布置，学生何时拥有假期以及选择什么问题进行研究(正如下文所述)。在孕育新知的实验室里，我们会为学生选择一个课题，让他们自己在实验中找到动力并逐渐成长。

选择课题的两个维度

作为讨论选择科学问题的起点，我们不妨先画一幅草图（图1）。我们通过想象出两条轴来比较课题。第一条轴是可行性——就是说一个课题是难是易，以完成这一课题的预期时间作为单位。这条轴是研究者操作技术和实验室技术(先进)水平的函数。要记住写出来容易的课题做起来难，而写都写不出的课题大概现实中就是不可能完成的事了。

第二条轴是重要性: 随着对于课题了解的深入而增加。我们一般把科学比作在未知水域底下的探险。课题可以根据距离已知陆地的远近排序，可证实的知识越多越靠后。我们把这称作课题的重要性。

后文我们会谈到重要性轴的主观特性。不过首先让我们用这幅简图来小试身手。

先看在这二维空间中课题的范围，不难发现当下许多的研究课题属于“简单但不重要”类型，不妨叫做“低垂的果实”。许多其他的科学问题不幸既困难又不重要，这或许源自“难的总是好的”的观点（得不到的总是最好的^ ^）。少数问题是巨大的挑战:问题虽说困难，不过一旦解决则意义重大。当然，我们最喜欢的还是属于右上角的课题，既可行又十分重要，很可能会拓展我们的知识。

这幅图说明了一种使用最优理论中Pareto Front原理来选择课题的方法。如果课题A在两个轴上都优于B，我们大可以把B从图上擦去。把这一标准运用到所有课题，我们就能在可选的课题中留下最可行并且最重要的课题。这些留下的课题就在Pareto Front。

为了决定沿着Front选择哪一个课题，我们需要衡量两个轴的权重。例如，研究生新生需要简单的课题；这样很快就会有正向的反馈，于是自信心大增。这些问题在Pareto Front的右下角。在研究生院中的第二个课题可以移至“重要性”轴。博士后需要右上角的课题，因为时间不会等人。新晋的PI需要选择一个长期研究的领域，并以此来训练学生，他们可能会寻求一个有挑战性的艰巨项目，并把它分解成为许多不错的小课题。如此说来，沿着Pareto Front最理想的课题不正与一位科学家的成长历程一一对应么? ^ ^

花些时间

选择课题的最常见错误就是选择第一个跳入脑海的问题。但是因为一项看起来可以在几个月里完成的课题实际上会耗时数年，所以快速的决断只会在我们职业生涯中增添几分挫折和苦涩。选择好课题是花时间的，不过磨刀不误砍柴工不是么？^ ^

在我的实验室里，我们对新来的学生和博士后有一条规矩: 三个月还没过去别着急确定课题。在这三个月里，新生必须阅读、讨论并计划未来的事，正所谓“做”而不思则罔。当然会有马上开始工作的诱惑，不过规矩就是规矩。三个月或更长时间之后，会诞生一份规划完善的课题，大显身手的研究时期也就此开始。

花时间其实并不容易。一个人必须得到支持来抵抗这种催促：“啊，我们必须产出——让我们不要再浪费时间了，得赶紧开始工作。”我自知每个人都有选择自己课题的自由，或者延期完成课题的时间。当资金并不充裕或项目要到期时花时间尤为困难。在这种困境中，培养学生是不够的，你必须寻求支持并尽你所能找到更合适的环境。尽管如此，在困境中花些时间选择课题说不定可以带来巨大的改变呢。

重要性轴的主观性

现在让我们细细研究课题的重要性轴。谁来决定如何排序课题的重要性呢？科学的一个基本方面就是课题的重要性是主观和个人化的。但是主观性会使得事情纠结起来。在纠结之中有两个声音:我们身边的人在会议上、在院系里大声说着他们以为的重要课题；而另一个微弱的声音在我们心胸中嘀咕道：“在我看来这倒是蛮有趣的么。”根据内心的声音来排序会让你选择在长期使你满意的课题。

如果你足够幸运有个好导师的话，内心的声音就会加强并得到指导。一位科学家总是需要一个能支持他的环境来开始倾听这种声音。倾听内心的一个办法是向自己问道：“如果世界上只剩下我一个，我会研究哪个问题呢？”诚实的回答会减小种种妥协。

倾听内心的另一个好处在于几个月或几年里各种想法和问题会萦绕在你的头脑之中。这很可能是一项好课题的基础，比你最近几天心血来潮想出的主意要好许多。不妨再问问自己：“当你向一位熟人谈到你的研究时，你描述各个课题的感觉分别如何呢？”

事实上，聆听自己心声确实会造就更出色的科学，因为这时研究者沉浸其中、自得其乐。在科学里，越能打动自己的研究说不定也越能打动你的听众呢。

自我表达

心声的本质何在？一位研究者感兴趣的课题是个人滤器（a personal filter）的产物，是个人洞察世界的方法。这种滤器与一套价值观念有关:什么是真、善、美？我们独一无二的滤器正是作为科学家带上台面的东西。科学家个人的特质造成的研究风格和提出问题的多样性是让科学充满生机和创造性的基石。

因此，为了选择一个好课题，我们需要反思自己关于世界的看法。而作为导师，我们能在学生PhD的后期和博士后的阶段帮助他们增强自己的心声。导师可以聆听学生描述他们在科学中喜欢什么、在学术之外又有哪些兴趣、是什么时刻使他们决定投身科研，而他们又欣赏怎样的科学成果。我们有时可以从学生谈论的内容里看到些许端倪。那里浮现出有关价值的一幅图，就像随着波涛翻滚海洋深处的岩石隐约显露出它的面目。是什么激励了这个学生，是漂亮的图像还是抽象的想法？是为公认的准则添砖加瓦还是颠覆现有的理论？是喜欢技术还是逻辑论证？是基础研究还是应用性的工作？诸如此类。这样导师就能为学生选择一个在其中表现出自我价值的课题。正如上文所说的那样，一旦学生在科学中表现了自己的价值，工作就充满活力、自得其乐并饱含着个人的意义。更加深刻的发现也许就此产生。

科学研究的路线图

我们选择了一个课题后会发生什么呢？在结束本文之前，我想来谈谈研究的模式或者说在头脑中的规划是怎样的（图2）。一种共同的模式正如论文写作中表现出的那样: 开始于点A，即问题，通过最短的路径达到点B，也就是答案。其中存在一个危险，就是如果导师接受这种模式，就会把学生作为达到终点的方法（指向B的箭头）。不仅如此，任何偏离这条途径的情况（实验没有得到预期结果、学生变得消沉，诸如此类）对他们来说都是不可忍受的。由于头脑中的构想和现实的差异，压力也随之产生。

但是，我们也可以采纳另一种模式，它与大部分实际的课题进展的路径相似。同之前一样，从A点出发并朝着目标点B运动。可是好景不长，事情的发展并不如人所愿，我们的研究道路变得蜿蜒曲折、反复不断。实验无功而返，所有的假设似乎从头就错了，没一件事做得对。研究者不幸进入了一个情绪消极的时期，称为“云层”期。

后来，在这纠结当中忽然感到手头材料里有新的课题，不妨称之为课题C。如果C与B相比更为可行和有趣，我们就会选择转而去研究它。经过一些小小的波折，我们达到了C。研究者们这时可以停下来庆祝一番，暂且把下一个问题抛在脑后吧~ ^ ^

在这第二种模式里，研究中的曲折已被视为我们构想的一部分而非小讨厌。导师的任务就是支持学生度过“云层”期,守护他们进入未知的领域。在这种模式里，我们也有更多的空间来看到C的存在，它比继续朝着B前行更有价值。

http://download.cell.com/molecularcell/pdf/PIIS1097276509006418.pdf

Alon,U. (2009). Mol. Cell 35, 726–728