为什么科研,刚开始很难上手?逻辑思维到底扮演什么角色?

关注公众号,请扫这个二维码

我们从本科毕业以后,只要是读研究生,就开始接触到了科研。“科研”这两个字,说得轻松,但是绝大多数的同学都被科研折磨地痛不欲生。

我猜测很多同学们都想过一个问题:我高中学习那么好,高考成绩那么高,大学GPA也很高,还得到了保研的资格,怎么我到了硕士,博士阶段就做不好科研呢?

这是因为,一个学生从本科毕业,到能够开始自己的科研,这中间,其实有一段非常漫长的过程。而这一过程,在国内的研究生培养中,被大大忽视了!

这张图,我在之前的文章:我真的讨厌有人问我“什么人能把科研做好?”中给大家讲过。这张图大致讲了一下我们需要哪些能力,才能把科研做好,或者说有信心把科研做好。导师们,希望学生从本科毕业以后,能过像左边的图那样,所以的能力都掌握。而实际情况是右图那样,学生经过本科的学习,可能只是掌握了这些能力的一部分,另一部分能力是缺失的。

那么,我在刚才讲的,我们从本科毕业,到能够建立信心去做好一个科研项目,这中间需要经历的过程,便是一点点掌握全部能力的过程。

然而,问题是,我们从本科毕业,到可以承担科研任务,到底缺少的是一套怎样的培养过程?

我们缺少了哪个过程?

一个人要想做好科研,需要构建自己的一套知识体系。而我认为,这套知识体系里面有两样最关键的部分:1,逻辑思维,2,基础知识。这两部分就像这张图里面,天平的两端一样。二者缺一不可,同时,二者在我们的知识体系中的比例也要适当才可以使得天平达到一个平衡。

在这里,我需要解释一下,到底什么是基础知识?什么是逻辑思维

基础知识,指的是我们自己专业领域上的一些知识。比如说,我是学计算机的,经过本科四年里面,我学了一些课程,包括操作系统,算法,计算机体系结构,数据库,数据挖掘,机器学习等等。这些课程其实都属于计算专业的基础知识。

比如我来画一下,本科毕业的时候,我们的知识体系可以抽象为下面这张图:

这个时候,天平的两端都比较小。因为这个阶段,我们的逻辑思维能力还不够强,基础知识也掌握的不多。而且我们的基础知识其实是这样的:

我们的基础知识里面的各部分内容,其实是互相独立的。他们之间的联系几乎是没有,而且我们也不知道这些知识是怎么对应到我们的科研方向里面的。

在这一阶段,一个合格的导师会告诉我们,想要做好科研,我们这些在课堂上获得的基础知识是远远不够的。我们还需要在自己的科研方向上,阅读一些论文。这些我们科研方向上的论文,也属于基础知识的范畴。

假设我们现在研究数据挖掘。我们读了三篇论文:论文A,论文B,和论文C。我们刚开始学习的时候,只是知道这是数据挖掘相关的论文,我们顶多也就是知道这几篇论文跟我们之前学习的算法课和数据挖掘课有联系,而三篇论文之间是什么关系,我们好像还不是很清楚。就像上面这个图画的一样。

当我们看完了三篇论文以后,我们即使不太清楚三篇论文之间的联系,我们的基础知识也有了一定的积累。这个时候,我们的基础知识成长了,知识体系的天平就不平衡了。像这个图画的一样,我们的逻辑思维跟不上了。

我们现阶段的逻辑能力,不足以支撑我们掌握的是论文里面的insight。我们可能仅仅知道了论文是怎么做的,最多最多也就是把论文里面的方法,写成代码运行了一下。我们可能发现效果还行,然后我们就自以为是的,认为我们掌握了这个论文。

然而,这个程度离真正掌握论文的insight和原理,还差着十万八千里。由于我们的逻辑思维能力不足,我们一个刚毕业的本科生是很难在一开始接触科研就掌握的insight的。这就需要我们提升我们的逻辑思维,从而使得知识体系的天平重新达到平衡:

我们从本科毕业,到能够有信心做好科研,的这个训练过程,就是在不断地提升自己的逻辑思维,和基础知识。逻辑思维和基础知识的提升,并不是同步的。有的时候,基础知识先提高了一些,那么我的逻辑就需要跟进。有的时候,我们的逻辑提升的快了一些,那么我就需要补充一些基础知识(比如多读一些论文),这样才可以创造出更多的idea。每一次的提升,都会使得天平变得不平衡。于是我们需要把另一个部分也提高一些,才能使得天平重新达到平衡。慢慢地,我们就逐渐地把自己的知识体系构建得越来越丰满了。而这一过程,是需要一定的时间的!

学生几乎不可能在没有任何指导的情况下,自己就掌握了这些!世界上不存在天才的!

给大家举一个例子吧

假如我们现在读了一篇论文:

这个论文提出了一个理论:I = U/R,也就是电流等于电压除以电阻。然后论文做了一个实验来验证这个理论:作者找了一块电阻,然后给这个电阻施加一定的电压,同时去测量相应的电流。从而得到了上面这张图。这个图里面的绿色曲线,说明电压和电流确实是存在线性增大的关系。

然后我们如果逻辑能力一般的话,我们就知道,这个实验已经验证了这个理论,这篇论文不错。然后我们就开开心心地以为自己理解了这个论文。

可惜,这个时候我们并没有掌握这个论文的真正的原理。我们想要掌握这篇论文的原理的话,我们需要问自己一个问题:到底为什么电流随着电压的增大而线性增大呢?

一个绝大多数同学都能说出来的标准错误答案就是:论文里面就是这么写的啊。你看这个论文有理论的推导,同时还有实验的证明。这些不就回答你的问题了么?电流不就应该随着电压的增大而增大么?

这个时候,如果我们幸运的遇到了一个合格的导师,他会指出我们对于这篇论文理解的误区和不足。导师会问我们:到底是什么物理上的原理,使得电流随着电压的增大而增大呢?

然后我们为了解答这个问题,我们去查阅了别的论文,还有教科书。终于我们找到了一个解释:由于电阻本身的物理特性没有发生任何变化,我们给这块电阻增加多少电压,相应的电流就会增加少。

这时候,我们可能会想:如果我们改变了这个电阻的物理特性呢?是不是电压和电流就不成正比了?那么,有什么因素可以改变电阻的物理特性呢?是不是温度?因为当温度变化了的时候,原子的动能会变化,原子里面的电子和质子的活跃程度也会变,那么相应地,电阻的导电性也会发生变化。

这样一来,是不是我们发现了一个神奇的insight:我们通过测量电流和电压,可以推导出电阻,从而可以推算出这一时刻的温度。也就是说,我们通过这么简单的测量,就可以制造出一个温度计!这个温度计可不得了啊。普普通通的室内温度计,是靠着液体膨胀来推算温度的,而当温度过低的时候,也体会被冻住,温度过高的话,也体会蒸发。因此,普通的温度计,其测量温度的范围一定很有限。现在我们这个靠着电流和电压测量温度的温度计,就可以大大地扩大温度计的测量范围了。没准经过我们的设计,可以测量-200度~+2000度。

大家明白了吧,如果我们有了适当的引导,我们的逻辑思维可以潜移默化的从学习基础知识的过程中得到提升。从而我们可以发现新的规律,扩建自己的知识体系,最终产生出idea,产生出创新!

可惜,现实是残酷的

我们没有那么多幸运的同学遇到这么好的导师。

很多同学做不出来论文,就会误以为自己不够努力,然后就会更加刻苦的读论文。殊不知,如果逻辑思维能力没有得到相应地提升的话,知识体系的天平就会变得极其不平衡:

而这个时候,由于逻辑思维能力没有跟进,同学们会觉得我是不是读的论文还是太少了?我是不是需要花钱上网学习一些新的软件和工具?我是不是应该花钱报名学习一些机器学习的培训课程?

这些事情如果你都做过,那我只能很抱歉地告诉你,你的行为加重了知识体系天平的不平衡。因为你的这些不理智的行为,只是在增加你的基础知识。由于你只是一味地提高自己的基础知识,而逻辑思维能力没有跟进,你的基础知识也只是在增加广度,而不是深度!这样的话,由于你的思考的深度不足,你就算学了再多的基础知识,你依然做不出来创新!

所以,大家现在一定要意识到逻辑思维的重要性。只有在学习论文的同时,也注意逻辑思维的提升,我们的基础知识的深度才得以提高:

怎么做才能扭转局面?

很多陷入误区的同学,往往都做了很多尝试。只可惜,这些尝试并没有他们带来新的成果。日复一日的挫折,使得他们丧失了对待科研的兴趣,也丧失了对于生活的热爱。于是他们开始自我批评:我其实没有想象的那么聪明,我只不过是应试教育的一个产物罢了,我其实没有想象的那么厉害。

然而,这些“自我批评”并没有能让自己的科研变好,反而给了自己一个道德出口:那就是,我并不厉害,所以我做不好科研很正常,科研也不是谁都能做的好的。

在这里,我一定要告诉大家:这不是你的错误!你不是应试教育的产物!你是我们现行的硕士博士培养体系的受害者!

一个学生从一个新手,到经验丰富,这是需要时间的积累的。在现行的高校的晋升体系下,导师们的科研压力处于一个不正常的状态。高校指定的超过自身能力的考核标准,使得大部分的年轻导师,背负了过大的压力。这种情况下,一个年轻的导师,是没有时间去等待自己的学生一点点成长起来的。

好一点的老师,直接把idea给了学生,让学生去做做实验,最后论文也是导师帮着写。这样一来,经过几年的学习,学生手里会有一些好的论文。可是到头来,学生是无法独立做科研的。因为这样的学生除了会当导师的傀儡以外,真的是没有训练自己的逻辑思维能力,没有训练自己的写作能力,没有训练自己提出新idea的能力,也就没有独立做科研的能力了。

差一点的导师,干脆就“散养”学生了。导师也不指望学生能做好,于是导师自己去外边拉项目来满足考核标准。这样的话,学生们就学不到什么能力了。久而久之,这些被散养的学生们就会处于一种怀疑人生的状态。

这种情况下,我只能说:请大家要意识到自己逻辑思维的不足,尽力提高自己的逻辑。我很抱歉,我之前弄的逻辑思维训练课程,由于我最近太忙了,实在没时间去维护。下周应该有时间把之前大家的写作都看一遍,然后带着大家继续做逻辑的训练。加油吧!

—————————————————-END———————————————————–

我们建立了一个微信公众号:“分享科研经验的科学家”。我们会同步分享科研经验到这个公众号。在微信里,我们的文章可以更加自由地排版。文章也会更加适合阅读和传播。我们相信,经过大家的不懈努力,一定会帮助到越来越多的同学们。请大家关注我们的公众号,并且把这个传播给因为科研而痛苦的同学们。除了扫描二维码,大家还可以通过在微信上搜索“分享科研经验的科学家”来添加我们的公众号 :

Written on September 19, 2021