科研选题的过程与思维模式
科研选题的过程与思维模式
科学研究的成功，往往始于一个好问题。那么，什么才是“好问题”？本文将从选择科研问题的重要性出发，探讨如何通过可行性与兴趣两个维度来评估科研问题，并提出帕累托前沿的概念来指导选择。此外，文章还将讨论科研过程中的两种不同模式：目标导向模式和培养模式，强调培养模式在科研中的重要性。
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2009.09.013
科学研究的成功，往往始于一个好问题。那么，什么才是“好问题”？我们经常在科学界里听到对方法和成果的讨论，但对“如何选择问题”这一点却很少有直接的交流。大部分科学家被期望通过自身的悟性和向导师学习，自己摸索出这个答案。然而，这种缺少明确指导的情况，往往导致研究者为了能在重要期刊发表而挑选课题，进而获得职位和稳定的科研岗位。
本文的初衷是，通过对如何选择科学问题进行更深入的讨论，尤其是关注其中的主观(Subjective)和情感(Emotional)因素，希望能帮助大家找到适合自己的科研方向。一个好的问题，意味着你能够胜任并从中发现新知识，并且这些探索是你感兴趣的，还能体现你个人的特点和价值。
该文章介绍一些简单的原则，希望它们可以为大家提供一些参考，让科学家们在选择研究课题时有更多的指导和方向。
1. 选择科研问题，是一种“培育”的过程
为什么要建立一个实验室(lab)？许多人会说：“为了发表更多高质量的论文。”但在作者看来，实验室的目标其实是：“为学生们提供一个培养他们潜力的环境，帮助他们成长为优秀的科学家，也成长为更好的人。”
这样的选择非常重要。因为一个实验室的核心价值观会影响到它所有的决策，无论是实验室的日常安排，还是如何对待学生的休假，甚至是我们要研究什么样的问题。一个“培育型”的实验室，选择问题的目的不仅仅是出成果，而是为了促进学生的成长和激发他们的科研动力。
2. 科研问题的两个维度
选择一个好的科研问题，可以通过两个方面来评估：可行性(feasibility)和兴趣(interest)。
可行性：指问题的难易程度，例如完成项目的预计时间。这取决于研究者的技能和实验室的技术条件。需要注意的是，看似简单的问题在现实中可能很棘手，而看似困难的问题，有时几乎无法实现。
兴趣：指项目可能带来的知识增量。更深入未知领域的研究通常更受欢迎，因为它们可能带来重要的科学突破。问题的兴趣可以根据它们与已知领域的距离以及新增的知识量来衡量。
从上图可以看出，很多当前的研究项目都是“简单但不太有趣”的，这些是容易解决但意义不大的“low-hanging fruit”。也有些项目既难又无趣，这可能是因为“越难越好”的想法误导了选择。而理想的科研问题，应该是在既可行，又非常有趣的右上角区域，这样的问题既有可能完成，也有望带来重要的科学进展。
那么如何选择最优问题？这个选择过程可以用帕累托前沿（Pareto Front）的原则来指导。如果某个问题在可行性和兴趣上都优于另一个问题，那么可以放弃后者。经过这样的筛选，只会留下那些在可行性和兴趣上都没有明显弱于其他问题的问题，它们位于帕累托前沿。
如何从帕累托前沿选择具体的问题，还要看研究者所处的职业阶段。对于刚开始的研究生来说，简单且容易完成的问题更好，因为能够带来正反馈，增强自信心。这些问题通常位于图的右下角。而对于博士后，时间有限，因此需要选择右上角区域的“既有趣又有挑战”的问题。对于新PI，长期且具有挑战性的大课题是好的选择，因为这些课题可以拆分为多个小课题，适合整个实验室的团队合作。科学家在不同职业阶段，适合的问题也不同。随着经验的积累，研究的方向可以逐渐从“简单快速”向“有趣且挑战性高”转移，寻找那些能带来更大科学进展的问题。
3. 慢慢来，别着急
选择科研问题时，一个常见的错误就是急于决定第一个想到的问题。一个典型的科研项目可能需要花费数年时间，即使在初看时似乎只需要几个月。仓促决定往往会带来很多挫折和苦涩。因此，花时间找到一个好问题，可以在后续的研究中节省数月甚至数年的时间。
在作者的实验室里，有一条规定：新加入的学生和博士后在头三个月内不允许立刻决定研究课题。在这三个月中，研究者要花时间去阅读、讨论和规划，状态更注重“思考和理解”而非“立刻开始做事”。虽然会有想马上投入工作的冲动，但规则就是规则。三个月（或更长时间）后，一旦确定了项目，就可以开始研究，并庆祝这一里程碑。
花时间选择问题并不容易，需要抵抗那种“快点出成果，别浪费时间，赶紧开始做”的压力。并不是每个人都有自由去选择自己想做的课题，也不是每个人都有充足的时间进行延长的探索，特别是在经费不足、项目截止日期临近的情况下。在这样的困境中，光是耐心是不够的，必须找到支持并尽可能改变这种状况。不过，即使面对实验室运作中的各种困难，花时间去找到合适的问题依然能够带来巨大的不同。
4. 兴趣维度的主观性
现在来看一下科研问题兴趣维度的细节。谁来决定问题的兴趣如何排序？科学中的一个基本特征是，问题的兴趣具有主观性和个人性。这种主观性使得选择变得有些混乱。因为我们会同时听到两种声音——一种是外部的声音，来自于同事、学术会议、院系等周围环境的影响；而另一种则是内心微弱的声音，在说：“这个问题对我来说很有趣。”如果更多地听从内心的声音，你更可能选择那些让自己在长期内感到满足的研究问题。
这种内心的声音可以通过有爱心的导师来引导和加强。科学家通常需要一个支持性的环境，来开始倾听内心的声音。有一个方法可以帮助倾听自己的内心，那就是问自己：“如果我是地球上唯一的人，我会选择哪个问题？”一个诚实的回答可以帮助减少妥协。
还有一个信号可以判断内心的声音，那就是那些反复在你脑海中出现数月甚至数年的想法和问题。这些问题往往比那些刚刚冒出来的想法更适合作为科研项目的基础。另一个测试是，当你向朋友描述你的研究时，每个项目的描述给你带来什么样的感觉？值得注意的是，倾听内心独特的声音，往往能带来更好的科学研究。这使得研究变得自我驱动，也让日常的科研工作更有意义。在科学研究中，你越感兴趣，越有可能吸引他人关注你的成果。
5. 自我表达
内心声音的本质是什么？一个研究者认为有趣的项目，实际上是其个人视角的表达，是他们看待世界的方式。这种视角与一套个人价值观紧密相关：什么是好的、美的、真实的，什么是坏的、丑的、虚假的。每个科学家独特的视角就是他们在科研领域所带来的个人贡献。不同风格和问题的多样性，源于科学家们各自的独特性，而这正是科研创造力和活力的基础。
因此，选择一个好的研究问题，需要反思自己的世界观。而作为导师，应该帮助学生在博士后期或博士阶段的最后阶段，增强他们的内心声音。导师可以通过倾听学生在科学、生活中的喜好，他们决定从事科学研究的那一刻，以及他们所崇敬的科学工作，来帮助他们发现自己的兴趣所在。随着对话的深入，常常会从学生的言语中看到一些模式，像是从海面上的波纹逐渐显现出深海中的礁石。这个学生更倾向于视觉美感还是抽象思维？是支持现有的理论，还是挑战主流观念？是喜欢技术，还是喜欢逻辑证明？是追求基础理论，还是偏向于应用研究？通过这些观察，导师可以帮助学生选择一个能体现他们自我表达的项目。
正如前文所提到的，当一个人在科学研究中能够实现自我表达时，工作会变得更加有活力、自我驱动，并且充满个人意义。同时，也更有可能在此过程中发现一些深刻的东西。
6. 科研路径：两种不同的模式(Schema)
在选择了科研问题之后，研究的过程会是什么样子？我们往往在脑海中对科研有一个设想，这就是所谓的科研模式(Schema)，它影响了我们如何面对研究中的挑战。
上图展示了两种截然不同的科研模式：目标导向模式和培养模式。
目标导向模式
在目标导向模式中，研究从A点（问题）出发，试图以最短路径到达B点（答案），就像写论文时描述的那样。然而，这种模式的问题在于，它很容易将学生和研究者看作达成目标的工具，任何偏离这条直线路径的情况（比如实验失败、假设不成立、情绪低落等）都会被视为不容忍的偏差，带来巨大的压力。
这种偏差之所以会让人感到沮丧，是因为它与研究者对直线路径的预期不符。在目标导向的心态下，科研变成了一种机械的任务，偏离原定计划的任何行为都会产生心理上的认知失调，进而导致不必要的焦虑。
培养模式
相比之下，培养模式更符合实际科研项目的自然进展过程。在这种模式下，科研依然从A点出发，目标是到达B点，但过程却充满了曲折和迂回。实验可能失败，假设可能被推翻，甚至有些时候一切看起来都没有意义。此时，研究者进入了一个充满不确定性的阶段，我们可以称之为“云层阶段”，图中用一团云朵表示这一过程。
但在迷茫中，研究者可能在手头的材料中发现了一个新的问题，称之为C。如果C比B更有趣或更可行，那么研究方向就会改变，朝着C前进。在几次迂回和探索之后，最终到达C点。这时候，研究者可以停下来庆祝这次阶段性的成功，然后再花时间思考下一个问题。
在这种培养模式中，科研的迂回和探索被视为工作的一部分，而不是一种麻烦。导师的任务是支持学生穿越那片“云层”，帮助他们应对这些不确定性和曲折。通过这种模式，可以给研究者更多空间去发现原本没有预料到的问题C，而这个新问题可能比原计划中的B更加值得研究。
在培养模式中，一次次航向未知领域需要巨大的勇气，而在其中发现与预期不同甚至更加丰富、奇妙的事物，则需要非凡的开放心态。
总结，在选择科研问题时，不要急于求成，要慢下来，给自己时间找到一个最适合自己的问题，而不仅仅是别人眼中的好问题。一个好的科研项目，不仅应该能展现个人的技能，还应该能让研究者通过科学实现自我表达。培养模式教会我们，科研中的迂回和探索正是它最迷人的部分，也是最能带来深刻发现的地方。
-完-
Comments：
文章的标题居然是如何选择科学问题(!)，仔细看下其实作者说的是思维模式、实验室文化。文中提到的目标导向 vs.培养模式，不小心就被我带入到了现实当中。
从现实角度来看，许多实验室的科研文化更倾向于目标导向和成果产出。无论是在发表文章、获取科研经费，还是在职业竞争方面，科研人员面临的压力往往非常大。这种环境下，“压榨学生”可能是更普遍的现象，培养模式则显得难以实现。目标导向的心态往往会在科研中的曲折和不确定性面前带来巨大的心理压力。因为与“直线到达目标”的期待不同，科研的现实通常充满了反复、失败和探索。因此，用目标导向的思维去看待这些自然的曲折，会让人感到焦虑、挫败，甚至对科研过程本身失去兴趣。
培养模式在当前的科研环境中确实是非常少见的，原因在于它强调对学生的长期支持、探索中的迂回和自主性，而这些往往与短期内发表成果的压力相矛盾。培养模式要求导师有足够的时间、资源和耐心去支持学生的探索和成长，这对实验室的经济状况和导师本人的职业发展、导师的心态都有较高要求，甚至对于个人资质、能动性、甚至家庭条件也有所要求。
很多导师也面临着经费的压力和发表的压力，有可能他们本身就是目标导向体系的产物。因此，真正有条件实施培养模式的导师很少，尤其是当学生没有表现出明显的主动性和积极性时，培养模式的实施难度更大。在这种情况下，导师可能更愿意采用严苛的手段，施加压力，以确保学生在既定时间内完成任务。
在现实的科研环境中，虽然“培养模式”是一个理想的愿景，但在实际操作中如何平衡培养和压榨，值得深入思考和尝试，比如可以考虑：
小范围内的培育实践：即使整体环境是目标导向的，导师也可以在一些小范围内尝试“培养模式”的做法。比如，在研究方向的选择上给予学生更多的主动权，在实验失败时提供心理支持，强调对过程的学习而不仅仅是结果的产出。
建立阶段性目标：对于不同学生，根据他们的特性，设置合理的阶段性目标。在追求成果的同时，也要关注他们在科研过程中的成长。对于主动性较低的学生，可以用阶段性的任务来激励他们，同时在这些目标中逐步加入一些他们感兴趣的内容，以增强他们的内在动力。
培育与目标导向的结合：完全的培养模式在现实中难以实现，但也不必完全放弃。可以在目标导向模式的基础上适当融合培养的元素，鼓励学生在达成目标的过程中找到他们的兴趣点和自我表达的机会。这种结合有助于平衡研究成果的产出和学生的长期发展。
适应学生的特点：对于那些自主性强、充满好奇心的学生，导师可以给予更多的自由和时间，鼓励他们探索和创新。而对于那些缺乏自我驱动力的学生，可能需要更严格的目标和更多的指导，让他们逐渐融入科研，建立信心和兴趣。
在当前的科研体制下，目标导向是一个现实存在的普遍现象，而“培养模式”往往只是少数理想化的场景。要实现真正的“培养型”科研文化，可能需要从体制、评价机制、资源配置以及导师的心态上做出根本的改变。