学科带头人的科学研究能力与研究方向市公开课金奖市赛课一等奖课件

1、学科带头人科学研究能力与研究方法清华大学：覃征 教授年7月第1页一、科学研究能力基本素质 二、科学研究主要方法 2第2页科学是认识世界学问，技术是改造世界学问，工程是改造世界实践。从这么三个层次来看，当代科学技术已经有了巨大发展，人类对客观世界认识越来越深刻，改造客观世界能力也越来越强。今天，科学技术对客观世界研究与探索，已从渺观、微观、宏观、宇观直到胀观五个层次时空范围，可用下列图来表示： 3第3页4第4页科学研究就是创造知识和整理知识工作，在我们现在有科学技术基础上。科学研究必须有一个新结果作为衡量，这个新结果是一个创造性 劳动，它可能是新发觉，也可能是新理论，也可能是新方法，也可能是一个

2、器械或者是一个材料等等。总而言之，科学研究就要求我们在前人基础上要有创 新。所以，整个科学研究工作应该是创造性。5第5页科学研究并没有一成不变方法，有些人埋头做科学试验，经过细心观察发觉了新现象，如伦琴发觉X射线；有些人按照概念做试验，像居里夫人，从大量矿石里面提炼出放射性元素镭；有些人是从广泛搜集资料和观察，悟出一些观点，如达尔文进化论；也有些人提出了一些新概念，像麦克斯韦电磁场理论还有爱因斯坦相对论，还有一些是把不一样学科组织联络起来，像维纳提出来控制论。因之，取得创造性路径并不是一成不变。 6第6页治学三种境界王国维先生是民国早期一个大学者，国学大师，而且他是一个美学家，他在人间词话中有

3、一篇短文，叫“三种境界”。这篇文章实际上是把宋朝三个词人词摘抄下来，这三段词实际上都是描写男女之间爱情：相思之情，追慕之情、热恋之情。他用来描写我们治学三种境界。 7第7页第一个境界，“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路，”这个境界描写迎着困难，勇于攀登。第二个境界，“衣带渐宽终不悔，惟伊消得人憔悴。”不论多大 代价，终不后悔，这是描写研究探索情景。第三是“众里寻他千baidu，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处。”几经艰辛奋斗，突然受到启发，顿时恍然大悟，原来事 物奥秘，正隐藏在“ 灯火阑珊处”，这是茅塞顿开、灵感突现情景。治学三种境界8第8页这三个阶段也能够认为是三个时期。科学研究上，第一个叫

4、准备期，高瞻远瞩、构想沉思准备阶段；第二叫做探索期，覃思苦虑、孜孜以求探索阶段；第三个叫豁朗期，不停追求、终有顿悟收获阶段。治学三种境界9第9页科学研究路径 第一要有疑问和疑难问题提出。你对这个问题要有疑问，因为疑问是思想起点，一切有用思想都起源于疑问。有疑问并不等于能提出问题。尤其是有些看法似乎已经是常识，是传统看法，是权威结论，虽有疑问，却不敢提出问题。所以疑难问题提出并不是轻易事情，包含我们现在来说，我们都有这么问题。对科学来说，科学是始于问题，问题是最主要。因为问题是科学发展动力；问题推进了理论产生，推进了科学前进；问题是我们认识活动起点。所以，我以为我们要学会提出问题，所以先有疑问，

5、后有问题。10第10页问题从什么地方来呢？就是从实践来，从书本知识来，从信息资料来，从自己经验来。所以，提出问题对是非常主要。因之，当我们研究这一问题时，我们要搞清楚前人在这上面处理了什么，他们推进了什么，他们有什么认识，他们有什么经验，他们理论和方法是什么，漏洞是什么？还要分析和比较事物各个发展阶段异同，找出它问题，所以我以为需要提出疑难问题。这里面就有一个“疑”，一个“问”问题。提出问题，对我们搞科学研究人是一个基本功。 科学研究路径 11第11页当然，提出问题有很多路径了。不过我想讲一点，比喻说我们发觉理论内部有逻辑矛盾，也可能有些理论结构上不符合简单性和普遍性要求，也有时候可能不能做出

6、一个统一理论说明。研究时，我们要从多方面来考虑这个人提出这么问题，这个问题他处理了没有？处理到什么程度？还有什么没处理。 科学研究路径 12第12页第二，提出问题以后，要怎么做呢？我们要寻找研究这个问题突破口。我们要思索，前人走了这条道路，为何不走另外一条道路呢？为何前人走这条路上 没有走通，症结在哪里？等等。现在我们主要自己要来找突破口。这个突破口也就是切入点，就是你从哪个方向来切入这个问题。这个时候，普通来说有两个方法， 一个方法是我们来找问题里面空白点，寻找它还没有开发处女地。另外我们能够把另一个领域东西和方法移植过来处理问题。这就是为何我们提出交叉学科，把其它学科东西移到我学科，这往往

7、是很奏效。这么，我们也能够找到一个突破口。 科学研究路径 13第13页第三，确定突破口之后，我们要提出一个假设，因为研究工作往往本身是提出假设，寻找证据。我们依据信息库中信息（文件资料、试验、经验和理论知识），从现实出发，针对问题提出猜测性假说或处理方案。 第四，提出假说后，就要找证据，以证据来判断、来说明自己假说“正确”和“真实”。假说提出之后，要在观察、试验、生产中应用这些假说于实践并检验以前评价。这叫前验评价，它是在一系列试验、抽象或数学方程上搭建起来。 科学研究路径 14第14页取得课题素质纵向课题：善于跟踪学科前沿、善于总结研究问题、善于组织申请资料。横向课题：善于理论联络实际、善于

8、应用推广结果、善于工程实践15第15页组织课题素质合理团体配置合理任务分工合理奖惩机制16第16页完成课题素质研究结果精练升华研究结果显示程度研究结果知识保护17第17页一、科学研究能力基本素质二、科学研究主要方法18第18页科学研究方法层次 （一）哲学方法这是一切科学最普遍方法，适合用于自然科学、社会科学和思维科学。哲学研究法又称为全学科方法。这类方法适用范围最广，含有最普遍方法论意义，不论是社会科学整体，还是自然科学整体，包含当前已经存在一切学 科和今后将要出现全部新学科在内科学整体，这类方法都适用。哲学是自然科学和社会科学总结和高度概括，所以，用哲学观点去观察和分析问题、研 究问题效果怎

9、样，取决于哲学观点，即宇宙观和历史观是否正确。哲学发展史证实，只有马克思主义宇宙观和历史观，才是唯一正确、科学宇宙观和历 史观。19第19页（二）普通研究法这是指对某类学科详细研究过程中所使用方法。在普通研究法中，又分为三类：一类是经验方法，即调查、观察、试验等；第二类是理论方法，如科学抽象、数据处理、逻辑推理等；第三类是综合方法。（三）专门研究法这是指对专门问题所采取特殊研究方法，如物理学中光谱分析法。 科学研究方法层次 20第20页科学研究方法层次 科学研究方法层次 21第21页一个完整科学认识过程，往往要经历感性认识、理性认识及其复归到实践等阶段，而各个阶段都有与各种详细内容相对应科学方

10、法。伴随当代科学发展，尤其是系统论、控制论和信息论等横向性学科出现，极大地丰富了科学研究方法内容。这些科学研究方法为人们科学认识，提供了强有力主观伎俩认识工具。 22第22页普通研究法能够划分为三大类型。（一）经验方法 普通说来，科学研究就是追求知识或处理问题一项系统活动；有待处理问题都是与研究对象本质和规律相关问题，而本质和规律是隐藏在现象中，即在 经验材料背后。只有在关于对象经验材料十分完备、准确可靠时，才能在这些材料基础上建立正确概念和理论，揭示对象本质和规律，才能处理科研课题，即处理科学问题。取得经验材料方法就是经验方法，通常包含以下四个方面：科学研究方法类型 23第23页1文件研究法

11、自然科学发展有很强历史继承性，文件研究就是为了对所要处理问题有个全方面历史了解。有了这种了解，才能站在前人肩膀上，把前人和当代结果作为深入前进起点，不重复前人已经做过工作，防止前人已经走过弯路，把精力放在创造性研究上。文件研究法就是相关专业文摘、索引、工具书、光盘以及Internet信息资源等文件检索方法以及判别文件真伪、发挥文件价值与创造性地利用文件方法。科学研究方法类型 24第24页2社会调查法社会调查法就是人们有目标、有意识地对社会现象进行考查，从中取得来自社会系统中各种要素和结构直接资料一个方法。依据调查目标、调查对象和调查内容不一样，社会调查法可分为访问调查、问卷调查、个案调查等各种

12、方法。在人文科学研究中，经常使用问卷调查法。3实地观察法实地观察法是研究者有目标、有计划地利用自己感觉器官或借助科学观察仪器，直接了解当前正在发生、处于自然状态下社会现象方法。科学研究方法类型 25第25页4 试验研究法 试验作为一个科学认识方法，开始是应用于自然科学领域，以后逐步移植到社会科学领域。试验研究法是试验者有目标、有意识经过改变一些社会环境实践活 动，来认识试验对象本质及其规律方法。试验研究法基本要素是试验者，即试验研究中有目标、有意识活动主体；试验对象，即试验研究所要认识客体； 试验环境和伎俩，即试验对象所处社会条件。在自然科学技术试验研究中，试验环境就是利用当代信息技术进行科研

13、活动特定社会条件；其试验伎俩就是借助当代信息技术进行刺激、干预、控制、检测试验对象活动。试验研究过程，就是这些要素相互作用、相互影响过程。 科学研究方法类型 26第26页（二）理论方法 要到达完整科学认识，仅仅利用经验方法是不够，还必须利用科学认识理论方法对调查、观察、试验等所取得感性材料进行整理、分析，把原来属于零碎 、片面和表面感性材料进行加工，使之上升为本质、深刻和系统理性认识。科学研究法中理论方法就是提供这种从感性认识向理性认识飞跃切实可 行、详细思索方法与加工处理步骤方法。它主要包含两个方面：科学研究方法类型 27第27页1数学方法所谓数学方法，就是在撇开研究对象其它一切特征情况下，

14、用数学工具对研究对象进行一系列量处理，从而作出正确说明和判断，得到以数字形式表述结果。科学研究对象是质和量统一体，它们质和量是紧密联络,质变和量变是相互制约。要到达真正科学认识，不但要研究质要求性，还必须重视对它们量进行考查和分析，方便更准确地认识研究对象本质特征。在自然科学研究中，数学方法主要是利用统计处理和含糊数学分析方法。科学研究方法类型 28第28页2思维方法科学思维方法是人们正确进行思维和准确表示思想主要工具，在科学研究中最惯用科学思维方法包含归纳演绎、类比推理、抽象概括、思辩想象、分析综合等，它对于一切科学研究都含有普遍指导意义。 科学研究方法类型 29第29页（三）系统科学方法2

15、0世纪，系统论、控制论、信息论等横向科学迅猛发展，为发展综合思维方式提供了有力伎俩，使科学研究方法不停地完善。而以系统论方法、控制论方法和信息论 方法为代表系统科学方法，又为人类科学认识提供了强有力主观伎俩。它不但突破了传统方法不足，而且深刻地改变了科学方法论体系。这些新方 法，既能够作为经验方法，作为取得感性材料方法来使用，也能够作为理论方法，作为分析感性材料上升到理性认识方法来使用，而且作为后者作用比前者愈加显著。它们适合用于科学认识各个阶段，所以，我们称其为系统科学方法。 科学研究方法类型 30第30页科学研究方法体系哲学方法普通研究方法专门研究方法1、文件研究2、社会调出3、实地考查4

16、、试验研究1、数学分析2、逻辑分析1、系统论方法2、信息论方法3、控制论方法经验方法理论方法系统科学方法31第31页在未掌握正确科学研究方法之前，人们经常会采取一些非科学方法去追求知识或企图处理问题。这些非科学方法通常把习惯、传统以及先入为主主观印象或观念认为是真实、可信，并以此来说明现实中事物、现象；或把某个团体或个人在一些方面所说事情，不考虑背景和条件，不加分析，看成绝对真理，认为是真实、可信、不可逾越，以此解析说明一切现象或事物。有时候把仅靠直观感觉所得印象看成规律，认为是不可否定、理所当然之理、之事；或把某一局部 规律，不考虑适用条件和范围，过分强调推理，不适当地推论到其它范围。这些非

17、科学方法，当前在科学研究领域仍不自觉地会被采取。不过,这些非科学方法，缺乏客观性，带有很大主观性和盲目性，所以，对客观事物认识是片面，表面。科学研究方法则是能够克服这些缺点。32第32页科学研究方法特征 （一）科学研究方法特征1程序化科学研究方法必须是按照一定系统性、有程序步骤进行，这些程序简单概括为如图所表示几个主要步骤。2客观性科学研究方法是建立在客观事实基础之上，它十分重视科学事实搜集，所以，科学研究方法含有客观性。 33第33页图 研究程序简示图 科学研究方法特征选题与假设数据、资料搜集数据、资料分析作出判断得出结论34第34页3数量化科学研究方法不满足于对事实普通定性描述，而是十分重

18、视搜集含有数量特征资料数据，并用数学方法进行分析处理。 4当代技术伎俩利用科学研究方法能充分利用当代科学技术成就进行资料统计、再现、分析、处理。如利用电影、电视、幻灯、多媒体、网络资源等技术作为试验刺激伎俩和资料统计伎俩；利用计算机进行资料分析处理，使科学研究更准确、有效。 科学研究方法特征35第35页（二）科学研究方法程序科学研究程序化是使科学研究含有客观性、克服片面性主要确保。科学研究方法，其研究程序是依据科学认识发展过程，即依据现象-实体-本质过程来确定。科学研究程序分为四个不一样阶段。1准备阶段即研究规划、设计阶段，包含搜集、选择和确定课题，建立假设，选择研究对象，确定抽样方案等。2现

19、象阶段针对所要验证假设，用科学方法搜集相关现象资料，但这些资料只能反应现象表面，只是描述现象，不能更深刻地说明现象。搜集资料主要方法有科学观察、科学调查、科学试验和测量等等。科学研究方法程序36第36页3实体阶段就是整理分析、加工所搜集到科学事实。单纯搜集资料不能算是科学研究，杂乱无章资料无法判定和验证假设，必须用适当方法对资料进行简约化、分类化、系统化，并分析确定各种原因之间关系，以求取得规律性知识，从而到达验证假设目标。 通常进行资料分析方法包含用逻辑推理、统计描述、统计推论及利用系统科学分析等方法进行。4本质阶段依据所取得规律性认识，深入推广其适用范围，取得一个概括性陈说，提出一些定理、

20、定律、标准，建立科学理论体系，并写出研究汇报。科学研究方法程序37第37页图 科学研究程序 38第38页图 科学研究工作流程图 39第39页科学研究工作生命周期科学问题和科研项目标起源科研项目标前期工作方案和计划制订试验室和实践工作资料积累与建立模型结果形成40第40页1、科学问题和科研项目来源科学问题起源科学连续性需求DNA与蛋白组学技术对科学需求电子商务系统、新材料生产对科学需求系统科学科研项目标起源政府行为政府计划（863、973、基金）企业行为企业委托协议科技工作本身延伸行为41第41页2、科研项目前期工作充分了解背景和已经有工作基础确定要处理对象目标文件检索（图书-网络-期刊-人员资

21、料）充分读懂20-30篇经典文件（科学思绪、创新点、结构、结论、引文）目标可行性科学可解性，不悖与更上一层知识目标有限性，相关知识准备必要价值理性42第42页3、方案和计划制订项目标执行方案总体目标分解科学路线：科学思绪推理过程框图技术路线：数据起源、设备、试验方法、计算方法、精度评定项目标执行计划项目过程分解，PERT图过程人员资源配置阶段验收，向下一个阶段前进43第43页4、试验室和实践工作（有目标数据获取）设计一个试验目标、方法、设备、流程、数据处理方法数据搜集，可靠性识别，误差评定数据处理数据予处理，剔除干扰数据利用设定数据处理方法进行处理结果分析，与预想符合度重复试验方法44第44页

22、5、资料积累与建立模型资料有序积累时间序列数据分类空间序列数据分类对比数据从数据到曲线，从曲线到模型从数据到曲线，完成了知识系统认识平面从曲线到模型，客观世界抽象，完成了知识系统逻辑平面45第45页6、结果形成新知识形成新规律发觉实例验证，普遍性验证，数学验证，形成严密结论新知识形成从知识到结果创新点，新知识在知识系统中位置社会评价系统认同程度形成公认结果产生新学说、新技术、新材料、新软件、新系统进入应用，进入产业链46第46页科研工作工具和环境试验环境“三位一体”试验系统，野外和现场工作是基本功，是考验发觉能力基础仪器操作能力培养，基础试验自己动手数学工具回归分析，偏微分方程求解离散数学分析

23、，含糊集合分析，最优化计算人工智能技术，人工神经网络47第47页科研工作工具和环境网络环境最主要站点：资料站点、知识站点、消息站点只能给你社会平均知识大众网络文件环境检索工具前沿研究工作，了解同类人员工作情况知识综合带来启发 48第48页科学研究工作组织艺术组织团体个人组织是支撑系统，环境系统，服务系统当代科学只有团体才能成功人类基因组，（生物学+物理学）科学精英在团体中产生个人在团体中做小兵，要有大将风度，未来才能成为大将49第49页科学人格和科学能力培养要有明确科学方向，明确研究对象从系统看问题，从部件做工作选择2-3种偏前沿刊物，作为自己研究工作参考物，不停跟踪做1、2、3件事，做好1件

24、事，决不要做10件事科学研究工作组织艺术50第50页科学人格和科学能力培养交几个学术界朋友（国内、国外）熟悉若干项目标渠道培育一批可靠合作单位不说假话，不说大话假定自己是完美人，要包容有缺点同事、老师一起合作，同时要认识和善待自己科学研究工作组织艺术51第51页52第52页53第53页正在负担项目国家973课题“智能设计理论与方法研究”（CB719401），.12.12，课题责任人；国家863项目，“MES为基础数字油田PetroDW研发” （AA41），.12.12，课题责任人；国防十一五预研项目，“多传感器信息融合技术”（课题号保密），.1.12，课题责任人；国家自然科学基金项目，“柔性软

25、件体系结构形式化描述方法研究”（6054），.1.1，课题责任人；国家自然科学基金项目，“强势粒子群研究以及在多模医学图像弹性配准中应用”，.1.12，课题责任人；教育部博士点基金，“面向三维模型自适应实时SVM智能检索技术研究”（0003060），.1.1，课题责任人；54第54页已完成项目（累计12项，其中国家级课题3项，省部级课题9项） 国防十五预研计划，“移动通信多模块管理决议支持系统结构方法研究”，.12.12，课题责任人；空军装备部十五预研项目，“基于软件工程信息化系统综合效能评定分析研究”，.5.8，课题责任人；空军装备部十五预研项目，“*型号飞机软件可靠性测试与评定”，.3.3

26、，课题责任人；总装十五预研项目，“复杂信息环境下智能决议融合技术研究”，.3.8，课题责任人；国防十五预研项目，“实时多源图像信息融合技术”，.3.8，课题责任人；55第55页总参十五预研项目，“*设备决议支持系统”，.12.12，课题责任人；国税总局金税工程项目，“青岛市国税评定局国税评定系统”，.6.11，课题责任人；中石化重大技术改造项目，“教育集成管理平台”，.8.12，课题责任人；中石化重大技术改造项目，“数字油田关键技术方案研发”，.8.12，课题责任人；陕西省十五科技攻关项目，“移动嵌入式电子商务及其支撑平台”，.12.8，课题责任人；广东省重大技术改造项目，“广东省南海市政务公

27、开系统”，.5.12，课题责任人；云南省自然科学基金，“面向烟草行业智能决议支持系统研究”，.1.12，课题责任人；56第56页已获奖励情况（一等奖1项、二等奖3项、三等奖3项）： 城区供配电设计管理计算机智能决议支持系统，国家教育部科技进步一等奖，第一完成人，1998年1月计算机智能决议支持系统及信息处理技术研究，教育部提名国家科技进步二等奖，第一完成人，1999年1月移动嵌入式电子商务系统支撑平台，教育部提名国家科技进步二等奖，第一完成人，202月。复杂信息环境下智能决议融合技术研究，教育部提名国家科技进步二等奖，第一完成人，202月。面向工程领域智能决议支持技术研究，陕西省科技进步三等奖，第一完成人，1998年3月多军兵种通信指挥JY-DSGDSS设计与实现，中国人民解放军科技进步三等奖，第一完成人，2028日基于战役（战术）通讯网管理信息融合研究，中国人民解放军科技进步三等奖，第一完成人，年10月。 57第57页申请创造专利基于嵌入式移动终端设备与支撑移动协同服务综合平台， 1