上海大学乐乎博客 > 知者乐 > 科研方略 > [原创]科学方法漫话(7)不拘一格 全力创新——三谈科学创造:创新的类型 (入选推荐日志,加10币)

2009/9/28 9:23:48 | [原创]科学方法漫话(7)不拘一格 全力创新——三谈科学创造:创新的类型 (入选推荐日志,加10币)

 

关于科学创造,在前面两讲中(2009-08-03,04),我们已论及什么是创造、什么是创造的标准和创造的心智过程。这里想谈谈创造的各种类型。
我们说过,创造的核心在于求新,在于标新立异。创造当然有难度,但是并非可望而不可及。我年青的时候以为,科学创造是大科学家的事情,我们凡夫俗子没有资格谈什么创造,跟着做就是了。年齿渐长之后,才逐渐认识到,这是受了儒家思想的影响,其实科学创造有大有小,只要勇于探索,就可以在一定的基础上实现一定的创造。
我在谈及科学基金申请时经常强调,申请书的核心部分是:立项依据、创新之处和工作基础,把握好这三部分,辅以可行的技术路线,大致可以胜券在握。可是,在实践中,我见到的申请书中,写得最差的部分常是“创新之处”,而基金委和评审人又恰恰最重视此点:没有突出的创新,干吗资助你?写得差的原因是对创新的内涵和分类认识不清,往往简单地重复前面写过的研究内容要点,不曾提升到理性的高度来讲述(或者申请者本人对自己的创新之处本来就无清晰认识),让人感到不知所云,不得要领,从而导致申请失败。
那么,科学创造或创新有哪几种类型?经过较长时间的摸索、思考,我认为,科学创新大致可以归纳为三类:思路创新(概念创新)、方法创新(技术创新)和结果创新(产品创新)。下面予以分别叙述。
 
思路创新
 
思路创新,也可称为概念创新,是最重要的创新类型。通常我们说的“源头创新”主要源于此。在理论层面上,在全新的框架上,提出一种崭新的概念、理论或理论体系,例如,爱因斯坦打破了传统的时空观,提出相对论,这就是伟大的思路创新,源头创新;再如,前面提到过的伽利略的自由落体定律,牛顿运动定律,开普勒的行星运动三大定律,等等,均属于此类。在技术层面上,所有重大的创造发明,大多源于概念创新。例如,由于齐奥尔科夫斯基19世纪提出的星际航行的概念,引导了后来的航天技术的发展;说得实际一点,有人说,抽水马桶是20世纪人类最伟大的实用创造发明,它也来源于概念创新。
思路创新虽来自前人工作奠定的基础,但从根本上说来,创造者必须提出前所未有的、与众不同的思想或概念,并且经过严格论证或验证,建立有广泛适用性的理论体系或提出全新的先进技术。因此是最艰难、最有价值的创新。
思路创新有大有小,上面提到的都是重大的、影响深远的。也可以是小一点的。例如,我曾经介绍过的拉塞尔发现的孤立波(见2009-04-27的博文),就建立了水面上存在永形波的新概念;普朗特建立的边界层的概念;吴文俊教授提出的数学机械化的概念;冯康先生参与建立的关于有限元的概念等等,这些都是重要的思路创新。再说得小一点,例如,我所蔡树棠教授提出的湍流理论“三涡九方程”的概念;张田忠教授提出的碳纳米管的多米诺产能概念;等等,尽管影响范围小一点,却也是闻所未闻的思路创新。
 
方法创新
 
方法创新或技术创新是更为常见的创新形式,通常在提出问题,建立模型之后,为了寻求解决问题的途径,创造、建立针对该问题的方法或技巧、技术。通常有如下几种方式:
——建立全新的方法。例如,牛顿经过数学建模,得到了牛顿第二定律:F=ma,必须求解这个方程,但牛顿时代没有现成的数学工具,于是,他就发明了微积分(与莱布尼兹同时发明),解出了方程,微积分方法随之建立和发展起来了;说得近一点,钱伟长先生在研究弹性圆薄板的大绕度问题时,先后创建了系统逼近法(后人称为钱伟长法)和合成展开法,也是了不起的创新。考察科学史,很多具体方法是在解决实际问题时创造出来的。
——移植已有方法。这种方法创新十分常见,例如,流体力学中,分析涡线诱生的流动时移植了电磁学中的毕奥-萨伐定律;林家翘在演绎星系密度波理论时借用WKB方法创造的“共振圈”方法;说得近一点,上海交大的廖世俊教授,采用代数中的同伦概念,创造的解决强非线性问题的同伦分析方法。
——综合集成创新。时下,这种方法的应用比比皆是,特别是那些不太“伟大”的科技工作者常通过这一途径来创建解决手头问题的方法。例如,近年来,计算流体动力学(CFD)方法多如牛毛,针对复杂问题,许多学者经常采用多种CFD方法的合成来寻找解法,综合集成得好,也是一种创新。
就创新程度而言,以上三种方法创新,其“创新度”递降。
 
结果创新
 
结果创新是上述思路创新和方法创新的必然结果。这里要说的是,有时,一项工作在思路和方法(技术)方面的创新性不那么强,然而,只要你解决的是崭新的问题(或长期悬而未决的老问题),即使在概念上没有突出的创新,且因袭了已有方法,但所得的结果是前所未有的,也是一种很好的创新。
比方说,陈景润部分地解决的哥徳巴赫猜想问题,问题是多年未解决的难题,方法是数论中常见的筛法,但经过长时间努力,得到了漂亮的成果,得到了学术承认;普林斯顿大学的应用数学家克鲁斯卡尔和扎布斯基1965年,在解KdV方程时,方程是1895年就推导出来的,求解用的是常见的龙格-库塔法,却发现了KdV孤立波“碰撞”时的“弹性”性质(即形状的保持性),并“铸造”了soliton(孤立子)这个术语。谁能否认他们的结果是伟大的创造?
我们日常评审科研成果时不难发现,这类创新方式最多。
 
以上的归纳不一定科学、全面。从中我们可以明白几点:
科学创造并非高不可攀,人人皆可为之。搞不了大创新,务实地追求小一点的,总是可行的;而科研中不创新却是万万不行的;
搞清各种创新方式,在日常科研中知道自己在做或要做哪类创新,想要申请项目时,在“创新之处”那一栏时就可以填得好一点了;
在科研工作中坚持务实创新,别去“炒冷饭”,别去“凑热闹”,注意不断另辟蹊径,做前人所未做之事,这样才会有出息。
 
最后,抄录一段钱伟长先生的言论:评定一个科学工作,不外乎有几种情况:一种情况是,他有新的观点,用了新的办法,或者是理论上的,或者是实验上的,解决了一个新问题,从来没有人解决过,这是最好的工作。当然这个新观点要有普遍性,因为越有普遍性,这个工作就越好。……第二种,如果是新的观点,用旧的办法,解决了旧问题,可是观点是新的,这也不错。如果用了老观点,用了新办法,解决了新问题或旧问题,这是次好的,……还有一种,用的是旧观点、旧方法,就是用得好,用得恰当,解决了新问题,这也不错。最不好的是,用老观点、老办法,解决了老问题。(《教学与科研》,198010月)
先生这一段话说的是科学工作的评定,实际上阐明了他对科学创新的见解,是这篇小文的极好的立论依据。
 
写于2009928日晨

评论

冷不丁又打儒家一棍子,这儒家真倒霉!

发布者 天凉好个俅
2009/9/29 9:51:29


对于儒家对我国思想文化发展的影响,应该做全面分析,决不能全盘否认儒家的积极的历史影响,若全盘否定,是数典忘祖。但是在分析我国的科学技术发展时,也不能不注意到儒家思想传统的消极作用。作为理科的研究人员,对此做深刻分析有困难,这也是我老在强调我们(包括我自己)应该多学一点历史、哲学,特别是科学史的原因。有些问题搞不清楚,需要讨论,争辩,逐步得到共识。冷不丁的嘲讽于事无补。


此贴由 sqdai 在 2009/9/29 10:23:46 进行编辑...

发布者 sqdai
2009/9/29 10:21:13


看文章‘科学创造是大科学家的事情,我们凡夫俗子没有资格谈什么创造,跟着做就是了’
这个是因为儒家思想的影响?有什么‘科学依据’呢?

发布者 天凉好个俅
2009/9/29 12:40:41


乐于与你切磋,但说得全面很化篇幅,将来专写博文。这里,仅引用诺奖得主杨振宁教授的一段话:
“中国的教育方法代表了东方文化传统的教育特点 ......。这种方法使学生容易产生相信‘先贤’的看法,对先贤不敢持怀疑态度,或者觉得反正别人都已经做过了,我的目的只是去学习。”(《杨振宁文集》,华东师大出版社,1998:p409)。
这段话是我上述说法的注脚。杨教授用了“东方文化传统”,比我的用词恰当。老实说,我在这方面的观点来自杨教授,他在与国内学生谈话时多次谈及此观点。

发布者 sqdai
2009/9/29 18:14:54


“跟着做”而不认真思考确实害人不浅。这或许和我们的教学有关。很多老师强调学生的做题能力,而忽视了基本概念的阐释和基本方程的建立,使得很多学生只会解方程而不会建模。

上次力学大会上一个香港学者的报告称,在研究某类问题时已有的研究都无一例外地直接将熟知的方程应用于考虑新因素的问题,并发表了一系列论文。但据他的研究,考虑新因素后这些方程需要更新,且用更新后的方程得到的结果与直接用熟知方程得到的结果差异较大,甚至完全相反。

我不太熟悉这里边的技术细节,不能判断是否果真如此。但我知道这种浮躁做法学术界是存在的。如果这位学者的研究最终得到证实,不能不说是对“跟着做”的巨大讽刺。

发布者 阵痛中
2009/10/22 13:10:42


说得很对。香港学者的这个例子说明了目前年青人做学问时的一个通病:急躁,不求甚解。对于已建立的模型,必须知道其适用范围,不能瞎套;而对每个问题,必须做新的假设,建立新的模型。需要有漫长的过程。就是我说过的科研的准备期和孕育期。不然,必定是欲速则不达,走很多弯路。
我们的教育的最大问题是不注意培养学生的创新能力,甚至扼杀创新能力。因此,往往只能“跟着走”,还走得急,经常误入歧途。

发布者 sqdai
2009/10/22 13:28:43


“急躁,不求甚解”不是青年科学本来具有的通病,是被不科学的评价机制和氛围所逼迫出来的怪胎。

发布者 SHUAAS
2009/10/22 13:48:10


极是。对青年学子需要积极引导,科技决策者尤其有重要责任。“上有所好,下必甚矣”!我国的科学进步呼唤着科学的评价机制,力戒急功近利的浮躁学风。要青年一代不浮躁,领导者首先应不浮躁,坚决不搞“政绩工程”。

发布者 sqdai
2009/10/22 18:01:16


顶!@

发布者 breezeqi
2010/4/9 20:27:07



发布者 李甲鹏
2010/4/26 10:06:54


我们的教育的最大问题是不注意培养学生的创新能力,甚至扼杀创新能力。因此,往往只能“跟着走”,还走得急,经常误入歧途。

发布者 lovesophia
2010/6/4 9:28:08


这是老生常谈了 没啥意思

发布者 隋唐小浩
2010/8/17 13:11:58


不大明白。是博文里的话“老生常谈”呢,还是楼上的评论“老生常谈”?

发布者 sqdai
2010/8/17 15:30:09


思考中

发布者 txm2001
2010/9/20 22:26:19


顶下

发布者 navy399893
2011/5/11 13:35:39



发布者 快乐至上090203
2011/9/16 13:59:20


引用 隋唐小浩 发表于 2010/8/17 13:11:58 的话:
这是老生常谈了 没啥意思

 

 戴老师说的很好,既然是老生常谈,没什么意思,你有什么见解?


发布者 带罪的羔羊
2012/4/14 1:01:56


制度啊!!!谈何容易!!

发布者 xijunxian
2012/4/22 13:26:49



发布者 逍遥狼
2012/6/19 19:25:39



发布者 快乐至上090203
2013/9/1 16:16:24



发布者 快乐至上090203
2013/9/1 16:17:13


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