博士生科研方法简介(1).ppt

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1、博士生科研方法简介,张 志刚,部分取材于张路、马宗华教材,动 机,为什么要读博士？科研兴趣与取向？更高工资？在将来的竞争中取得优势地位？潮流裹挟？博士与硕士的不同：硕士：career training 职业训练博士：professional training for research 研究取向将来做scientists or Engineers?(Or management officers),中国暂不需要诺贝尔奖获得者 杨振宁,日前，著名物理学家、诺贝尔奖获得者杨振宁在广州作了一场名为“怎样评价中国高等教育”的学术报告，他提出创新可以分为爱因斯坦、杜甫、比尔盖茨和任天堂四种体系，以中国目前的

2、国情来看，最需要的是盖茨和任天堂这类会赚钱的人才和企业，暂时拿一两个诺贝尔奖并没有什么用处。一名同学在现场表示：很多学生毕业后从事和自己兴趣无关的工作；学校里老师不重视培养学生发展自己的兴趣；以及我国高校的学风存在不正不良倾向。这三点导致了我国的人才普遍缺乏创造性。杨教授对这一观点表示赞同，补充：创造性不够，最重要的因素是制度问题,内容提要,关于科研的几个概念性问题科学与技术：科技的相互关系当代科研发展规律科研方法概论方向选题研究路线科研项目与科研话题主要科研课题来源规划自己的科研控制科研中的风险博士生开题报告,一、关于科研的几个概念性问题,（一）科学Science 学问、知识 数理化天地生医

3、格物致知 实践出真知在中国，“物理”原称“格致”。“物理”是日本词,一、关于科研的几个概念性问题,科学是以物质为基础的知识。威廉科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律和结论。达尔文关于自然、社会和思维的知识系，是实践经验的结晶。辞海,一、关于科研的几个概念性问题,（二）技术Technique 熟练，技巧、工艺“熟能生巧”Technology 完美而实用的技艺整体,一、关于科研的几个概念性问题,为某一目的共同协作组成的各种工具和规则的体系。狄德罗技术是解决社会上发生的实际问题而发展起来的劳动手段体系。达尼雪夫斯基技术是怀着明确的目的，利用自然科学知识，对自然进行控制。江崎铃于奈,技术,一、关于

4、科研的几个概念性问题,（三）科学技术的关系和区别关系：互相依存，共同发展区别：科学 探索知识，认识世界 是什么？为什么？技术 用于实践，改造世界 做什么？怎么做？,没有高科学“High-Science”；科学没有“高低”之分只有“高技术 High-Tech”；所谓“高科技”提法没有依据。,一、关于科研的几个概念性问题,（四）科学研究一种探索知识和应用知识的活动。科学研究特点：创新发现新的事实阐明新的规律发明新的技术对于物理类研究创造极端的物理条件，“破纪录型”例如纳米科学、超快科学、超高能量密度科学等,一、关于科研的几个概念性问题,科学研究分类：基础研究揭示客观事物的本质和规律，提出新的理论。

5、应用研究为实际需要而探索新方法、新工艺等。开发研究利用已有的知识（成果）进行技术改造、工艺革新等。,一、关于科研的几个概念性问题,（五）当代科学研究发展趋势研究领域不断扩大，学科不断分化渗透研究难度加大，成本增高科研规模宏大，参加人员众多强调科研的应用性,一、关于科研的几个概念性问题,科研发展趋势带来的思考：要拓宽知识面，注意多学科的渗透，不要孤军作战要有耐心，持之以恒，不要轻易放弃要重视应用研究和开发研究，不要对此不屑一顾,二、科研方法,从歪曲的、片面的、错误的前提出发，循着错误的、弯曲的、不可靠的途径进行，往往当真理碰上鼻尖上的时候，还是没有得到真理。恩格斯自然辩证法 科研就是做Proje

6、ct。国外的孩子从小就做project。,二、科研方法,科研一般遵循以下程序：选题立项科研设计观察或实验资料整理和数据处理作出结论其中选题立项至为重要！,二、科研方法,（一）定方向 实际工作中存在的关键性问题 本学科基础理论或技术的探索 世界科学技术发展的新方向 通过实践，慎重考虑 专心致志，长期坚持,二、科研方法,（二）定项目 1 选题的意义 选题是确定本项科研的目的和对象。是科研工作从预备阶段转入主要阶段的关键步骤，是一个项目开展研究工作的起点。,二、科研方法,2 选题的原则有新意和时代感 符合学科发展的需要与个人的研究方向有较密切的关系 符合科研工作者自身的兴趣 有可行性,二、科研方法,

7、3 项目的来源（后面还要细讲）国家下达科研计划时所争取的项目（纵向项目）受有关部门的委托进行的项目（横向项目）从学科发展的需要自行提出的项目（自选项目）,二、科研方法,4 怎样选题明确目的寻找突破大小并重慎重确定,二、科研方法,（三）项目名称的确定（1）意义准确（2）突出主题（3）简单明了基础型：xxxx的研究应用型：,二、科研方法,（四）选题后研究计划的制订 项目概要；选题根据、目的和意义；有关本项目的国内外研究现状，已有成就及存在问题；要解决问题的大体内容、指标要求及预期结果；,二、科研方法,研究方案和技术路线；预定开始和完成的时间，各个工作阶段的时间和进度；经费来源和预算；负责人及参加人

8、员姓名，各人分工内容；协作单位及其承担的任务；其他。,科研项目的类型（1）,以问题为目标的科研研究的问题比较集中大规模科研两弹一星973863重大项目重点项目小规模科研自然科学基金面上基金技术问题的研究,科研项目的类型（2）,以领域为目标的科研研究的问题比较分散，一般规模较大典型课题：纳米科技以工程为目标的科研问题研究与工程开发并重典型课题：两弹一星,项 目“链”,基金 973 863 攻关和科技能力建设（主体计划）星火、火炬、农转资金、国际合作等（政策性引导计划）,十一五规划与重大专项,一、序言二、指导方针、发展目标和总体部署三、重点领域及其优先主题四、重大专项五、前沿技术,六、基础研究七、

9、科技体制改革与国家创新体系建设八、若干重要政策和措施九、科技投入与科技基础条件平台十、人才队伍建设,纳米材料与微机电系统重大专项,筛选的基本原则:（1）具有明确的纳米效应；（2）鼓励原创性技术、有产业化前景的终端产品及其相关技术的研究和开发；（3）承担单位具有原型器件或产业化的前期工作基础；重点研究方向:（1）纳米光电子和电子材料体系、器件构造及集成技术；（2）重大疾病早期诊断和治疗用纳米材料及器件；（3）具有国家重大战略需求的纳米材料及相关技术。,信息领域高性能计算机及其核心软件专项课题,研究内容及主要指标：根据应用领域特点，基于专项研究与开发的网格软件，开发所属领域基于网格技术的大型应用系

10、统，实现应用层面的互联互通、资源共享和协同工作，显著提高资源利用率和应用水平。以2005年底应用网格投入生产性运行为主要目标，开展下列研究工作：构造应用网格和领域应用框架，移植与集成现有领域应用系统，最终用户可配置的、可即时组合的网格应用 在专项网格软件的基础上开发网格应用软件，应用软件在网格上的部署、使用和维护，网格环境下领域应用的生产性运行。,自然科学基金章程,第一条为规范和加强国家自然科学基金项目（以下简称基金项目）管理，营造良好环境，激励创新，凝聚和培养科技人才，促进科学技术进步和经济社会发展，制定本规定。第二条国家自然科学基金面向全国，是国家创新体系的重要组成部分，主要资助自然科学基

11、础研究和部分应用研究，重点支持具有良好研究条件、研究实力的高等院校中和科研机构中的研究人员，由国家自然科学基金委员会（以下简称自然科学基金委）负责实施与管理。第三条基金项目是指国家自然科学基金资助的各类项目，包括面上项目、重点项目、重大项目、国家杰出青年科学基金项目、专项项目和国际合作与交流项目等。自然科学基金委可根据需要对项目类型进行调整。第四条基金项目的立项、遴选和管理工作须遵循依靠专家、发扬民主、择优支持、公正合理的原则和平等竞争、科学民主、激励创新的运行机制，执行回避和保密的有关规定，接受科技界和社会的监督。第五条基金项目实行课题制管理，根据项目类型、规模以及管理工作的实际需要，实行成

12、本补偿式和定额补助式两种资助方式。项目资助经费的管理和使用必须符合国家和自然科学基金委的有关财政、财务制度。第六条各类基金项目的管理须执行本规定并依照本规定的基本原则进一步制定相应的管理办法。,973计划,二、目标、任务战略目标：加强原始性创新，在更深的层面和更广泛的领域解决国家经济与社会发展中的重大科学问题，以提高我国自主创新能力和解决重大问题的能力，为国家未来发展提供科学支撑。主要任务：一是紧紧围绕农业、能源、信息、资源环境、人口与健康、材料等领域国民经济、社会发展和科技自身发展的重大科学问题，开展多学科综合性研究，提供解决问题的理论依据和科学基础；二是部署相关的、重要的、探索性强的前沿基

13、础研究；三是培养和造就适应21世纪发展需要的高科学素质、有创新能力的优秀人才；四是重点建设一批高水平、能承担国家重点科技任务的科学研究基地，并形成若干跨学科的综合科学研究中心。三、定位973计划的组织实施，以国家目标为宏观导向确定工作总体部署，形成合理布局，体现为技术创新提供动力和源泉，为经济、社会的可持续发展提供支撑的要求。在973计划项目的安排过程中，我们加强对于国家重大需求的分析和战略研究，围绕国民经济产业结构调整与高新技术产业发展、经济和社会信息化、提高人民生活质量和健康水平、自然资源及其有效利用、生态、环境与社会协调发展、西部大开发等国家重大需求，面向未来，面向科学前沿，开展重大关键

14、科学问题的研究。,863计划,分为A、B两类一类为前沿探索研究（A类），以技术创新和跨越为主要目标。另一类为面向应用研究类（B类），以解决产业化关键技术，实现规模生产为目标。B类课题必须以企业为主申请或有企业联合申请，要求有研究、生产、应用相结合的组织形式，对863经费要有产业资金匹配、具有可落实的自筹资金渠道和计划、以及规模化生产的保障条件。B类课题申请要求提供专利查新报告及对策分析，并作为课题申请的必要条件。,2006年973指南,重要科学前沿领域重点支持以下方面的研究：经过自然科学基金等前期培育、可望在国家更高强度支持下取得重大突破的科学前沿研究；根据国家的战略需求需要重点部署的前瞻性基

15、础研究；基于国家重大科学工程开展的前沿研究；基于重大国际合作计划开展的基础科学前沿研究。,材料领域重要支持方向(例),1发展高新技术产业的材料科学基础半导体光电功能材料的基础研究。针对信息技术发展对半导体光电功能材料的需求，围绕功能集成、低维结构（量子结构）等相关基础科学问题开展研究，为下一代信息技术的发展提供理论基础和技术储备。,中长期规划20个专题（1）,中长期规划20个专题（2）,北大参加中长期规划名单,8 人口与健康 重大疾病防治组：张岱 精卫所副所长 纪力农 人民医院 基础医学组：马大龙10 生态建设、环境保护与循环经济 唐孝炎11 城镇化与城市发展 周一星 13 战略高技术与高新技

16、术产业化 何新贵 吴全德 徐至展14 基础科学 组长 陈佳洱 副组长 陈运泰 研究人员:严纯华*昌增益*薛增泉 张恭庆 肖佐 甘子钊15 科技条件平台与基础设施建设(3)科技文献资源服务系统建设问题研究课题组:刘绿茵信管系(6)研究实验支撑体系与基地建设问题研究课题组:刘波19 创新文化与科学普及 副组长：林建华 常务副校长 成员：哲学系 刘华杰 吴国盛20 区域科技发展 副组长：王缉慈 区域产业集群和高新区发展研究 骨干人员：李国平 华北区研究,16个重大专项(1),1.核心电子器件、高端适用芯片及基础软件产品2.极大规模集成电路制造装备及成套工艺3.新一代宽带无线移动通信网4.高档数控机床

17、与基础制造装备5.大型油气田及煤层气开发6.大型先进压水堆及高温气冷堆核电站7.水体污染的控制与治理,8.转基因生物新品种培育9.重大新药创制10.艾滋病和病毒性肝炎等重大传染病防治11.大型飞机12.中国第二代卫星导航系统13.高分辨率对地观测系统14.载人航天与探月工程15.高超声速飞行器科技工程16.惯性约束核聚变点火,16个重大专项(2),科研项目与科研话题,整个科研项目围绕一个科研话题例如重大专项一个科研项目包含多个科研话题通常科研话题是在项目进展中挖掘出来的,博士生在科研项目中的角色,参与别人（导师）的研究（居多）按部就班，风险小即使是导师课题，仍然需要创新（发明）自选课题（对导师

18、指定课题不感兴趣，或者导师没有合适课题）困难较大，研究条件具备与否常规的工作（80%）+创造性的工作（20%）常规工作（不宜发表）创造性工作（可发表）,发明型科研的基本过程,发现问题（好奇心）,现实世界,分析问题,现实问题,解决问题,检验解决方案,抽象问题,解决方案,研究 vs 学习,学习对象前人创造，并已经过反复总结的知识目的为以后学习和研究打基础,研究对象未知或大家仍未理解透彻的领域目的创造新的理论或方法,研究 vs.解题,解题关注寻找解决方案，研究关注“发现问题分析问题解决问题检验解决方案”的全过程。,发现问题（1）,从切实的需求出发方法从自己工作中的需求挖掘，尽管有时可能是routin

19、e work偶然中发现必然（这种事例俯拾皆是）困难问题可能会过于困难需要长期保持对问题的敏感度,发现问题（2）,从自己的经历中寻找方法在目前进行的项目（on going project)中寻找技术难点少年时代的梦想、未解之谜（例如Newton,Einstein）困难论证研究话题的意义比较困难（你认为重要但是不一定重要，或者已经解决，需要论证）,发现问题（3）,从文献里寻找方法在文献中寻找正在研究但还未研究透彻的话题（戏称“论文缝里找论文”）历史遗留问题（xxxx猜想）困难问题可能会过于困难研究的意义可能比较小！以研究生自身的经验很难判断,策 略,由小到大通常从文献里找问题比较容易，但意义往往也

20、比较小由“自由寻找”到“命题作文”自由寻找比较容易，对项目的贡献也比较小，多个问题间的关联度也比较小命题作文是导师出题，导师一般心中有数。但是创新可能性也小最佳境界：你骄傲地对别人说：“我搞的东西，我的导师根本不懂！”,分析问题,找出问题的根源：谁最早提出的？解决到什么程度了？还有什么问题遗留？有无意义？为什么解决不了分析问题的本质提出解决问题的办法,风险控制（1）,高风险往往意味着高回报风险大的科研如果成功收获往往也大关注时效博士生在科研中应该树立风险意识风险要适当注意循序渐进,风险控制（2）,控制科研周期是控制风险的一个主要手段通常周期越长，风险越大尽早估计出以后的科研活动的时间是风险控制

21、的关键,风险控制（3）,控制不确定因素也是控制风险的一个主要手段多人的参与、大规模的实验等都可能带来不确定因素,风险控制（4）,发现问题和分析问题在选择科研话题时尽可能考虑是否容易提出相应解决方案，甚至是否容易收集证据减小风险选择以前研究过的话题，但采用不同解决方案从核心研究人员擅长的技术出发，寻找适合该技术解决的问题利用以前的实验设施效果好坏有直观的评价标准,风险控制（5）,提出解决方案提出解决方案时应该考虑方案是否容易实现以及是否容易收集证据越简单的方案风险越小越自动化的方案风险越小,风险控制（6）,证据的收集减小风险尽可能采用实验的方式收集，便于控制尽可能减少人的参与实验结果的分析尽可能

22、可以用计算机完成,实验验证（1）,解决方案的提出并不是研究的结束，更重要的是需要有证据支持，典型的证据包括：与已被证实的理论吻合有成功的应用实例支持有实验数据支持与类似方法相比有明显优势,实验验证（2）,有目的地获取证据精心设计并完成实验，获取数据在实际中应用，并观察效果寻找理论支持,实验验证（3）,一般一个方法或理论有多方面的特性，因此通常需要在多个方面收集证据通常需要在确定研究话题时就设想一下以后如何收集证据,深入发掘主题,深入发掘，穷尽各种可能的科学和应用意义。例如牛顿的F=ma可导出三大定律以及整个经典力学。,评价标准,效果好坏需要通过一定标准来判定对于某些问题，对问题的研究与对效果的

23、评价标准的研究是同步发展的对于某些问题，有直观的评价标准不同的评价标准可能得出不同的结论,量化证据,通常而言，量化证据比非量化证据更有说服力（数字化比较）不要盲目追求量化证据（或者说趋势）,关于创新的中国式定义,原始创新集成创新引进吸收再创新,关于创新,研究内容不同（完全不同的研究）目的不同（应用领域不同）技术路线不同（更简便、有效）结果不同（更好）意义不同（理解角度不同）,嫁接式研究,把一个技术应用到另一个领域，从而开创新的研究课题，例子俯拾皆是。,博士生开题报告,每个研究生在文献检索后课题开始之前要做开题报告，相当于一个合同开题报告内容(类似一个课题申请):Introduction研究背景

24、Statement of the problem要解决的关键问题 Approach to the problem研究方法与技术路线Prior work 自己以前的工作Proposed research 计划研究内容Time table 完成时间表References 参考文献,a MIT supervision agreement,开题报告例,开题报告例,开题报告例,开题报告例,Schedule table,The following table summarizes the schedule for the proposed research from January 2006 to Nov

25、ember 2006.,作 业：小论文，3页。Due：4月21日,列出你知道的2005年至少3个学术不端案件(造假、抄袭、一稿多投、垃圾论文等)。写出你对其中一个学术不端案件的看法。分析国内一般学术不端行为产生的原因（考核制度、个人道德品质、学术水平低下等）学校该不该对研究生毕业有发表论文(数量和质量)要求？在特定情况下，你会不会造假？,今天的课到此结束谢谢同学们听讲,中国高等学校自然科学学报编排规范,（2004年7月修订版）中的相关条文 2.4 作者署名和工作单位 3）英文摘要中的中国人名和地名应采用中国人名汉语拼音字母拼写法的有关规定：人名姓前名后分写，姓、名的首字母大写，名字中间不加连字

26、符；地名中的专名和通名分写，每分写部分的首字母大写。2.12.1 著录原则和方法 4）建议采用顺序编码制，其著录要求如下。d.参考文献表中，文献的作者不超过3位时，全部列出；超过3位时，只列前3位，后面加“等”字或相应的外文；作者姓名之间不用“和”或“and”，而用“，”分开；中国人和外国人的姓名一律采用姓前名后著录法。西文作者的名字部分可缩写，并省略缩写点“”。,提高人民生活质量的材料科学基础,2 提高人民生活质量的材料科学基础高效、清洁能量转换材料与环境净化材料。开拓清洁能量转换材料的新体系、提高能量转换效率。发展具有安全长效功能的环境净化材料和抗菌材料的基础研究。材料的环境行为及服役性能

27、的基础研究。研究材料和材料体系服役过程中与环境之间的交互作用机理和规律，现场检测原理、方法和技术，失效的诊断和评估，为重要关键材料体系的安全应用提供科学依据,材料科学自身发展的学科基础,材料的设计与应用。研究微观结构与宏观性能的关系，面向材料应用性能，通过设计、集成，获得所需材料，缩短材料生产周期，降低材料制备成本。先进材料合成、制备、加工成型的基础研究。研究和发展先进的材料合成、制备与加工成形新原理新方法，发展材料的短流程制备与成形加工技术，实现对材料组织和缺陷的控制，促进传统材料产业技术进步和高性能新材料发展。,十五国家科技重大专项（12个）,超大规模集成电路和软件 信息安全与电子政务及电

28、子金融 功能基因组和生物芯片 电动汽车 高速磁悬浮交通技术研究 创新药物与中药现代化 主要农产品深加工 奶业发展 食品安全 节水农业 水污染治理 重大技术标准研究,重大专项的实施,整体不进入任何现有的计划。财政部批一项，科技部即启动一项，分三类：已经比较成熟，能够在“十一五”取得重大成就的，可全面启动；能取得部分突破性成就的，在“十一五”部分启动；目前条件还不成熟的，“十一五”可开展一些预研。,三、科研材料,1 材料的来源 2 材料的整理3 注意事项,分析问题（1）,把问题看作如何从输入信息到输出信息进行自动转换（输入问题输出答案）适用问题过程中基本不需要人的参与过程分析输入信息和输出信息确定

29、输入和输出的格式,分析问题（2）,把问题看作如何辅助人进行处理适用问题过程中人的参与是不可替代的过程分析人决策时需要的信息确定如何执行人的操作,分析问题（3）,把大问题看作一串小问题适用问题过于复杂的问题过程Divide and conquer,提出解决方案（1）,从输入信息到输出信息进行自动转换解决方案通常是一个算法可以考虑应用相关领域的成果在软件工程中利用information retrieval,fuzzy sets,data mining,linear programming,提出解决方案（2）,把问题看作如何辅助人进行处理解决方案通常是一个计算机辅助工具可以考虑计算机可视化技术,分析问题,找到了问题，要分析问题（与文献检索结合）问题的根源，从源头到现实有无中期解决的可能性，有无自己的切入点,提出解决方案（3）,把大问题看作一串小问题解决方案通常是一个过程模型或结构模型，模型表示了各个小问题间以及小问题与大问题间的关系,