如何进行研究方法创新

    写过SCI论文的同学都知道，英文的科技论文的格式中，都有一节“Data and Method”。不要小看这一节，这是一篇文章的关键所在。我经常审一些中文的论文，但是，许多中文论文中就没有这一节。从这一点就可以看出，有些国内的学者并不清楚研究方法的重要性。研究方法对于一个创新性的结果是至关重要的。可以讲，没有创新的方法，就没有创新的结果。为什么这样说？做研究，首先是要有科学问题，但是，如何解决科学问题，研究的方法非常关键。有的科学问题之所以解决不了，根本原因是没有找到合适的研究方法。我曾经听数学家王元讲哥德巴赫猜想，陈景润是发展了一种证明的方法，才导致了他成功证明了“1+2”，至于最后的“1+1”猜想，除非能够找到合适的方法，不然就无法解决。在这里，我们就可以感觉到研究方法的重要性。在物理学领域，其重要性则更加突出。可以讲许多物质粒子的发现，都是研究方法创新的结果，更正确地讲是实验方法的创新导致许多新的发现。而有些已经被理论预言的现象或结果，至今没有得到实验或实践的证实，很大程度是研究方法的限制。包括宇宙中的反物质存在与否。爱因斯坦用了四十年的时间，试图把粒子之间的相互作用力（弱相互作用力、强相互作用力）、电磁力和引力统一起来，但是，最终没有成功。说明这个问题获得解决的方法尚未发现，时机尚未成熟。

    在生物学领域，实验的方法同样非常重要。稍微有一些条件不一样的实验，会导致许多绝然不同的结果。譬如蓝藻水华的培养实验，我们都知道，在实验室里很难培养出类似野外的水华。不管你用的培养基氮磷浓度有多高，也不管你是否加入浮游动物的捕食。但是，你用野外湖水来培养，添加氮磷就很容易培养出水华。虽然二者看起来很相似，但是，实际上实验条件有了很大的不同。用培养基，其中的营养盐成分是人工配好的，而用天然湖水，里面成分较人工配制的培养基复杂得多，包括矿物质和微生物。问题的根本还是在实验的方法上。许多植物生长培养实验，在我看来实验方法是有问题的。因为，放在开敞的环境下，经过数月的时间，实验中的底泥、上覆水、营养盐、微生物、及物理化学环境如氧化还原电位都发生了很大的变化，最终的实验结果很难说与当初的环境条件有多少联系。这样的实验既不可控，也不可重复。因此，对于这样的生态学实验，实验方法的设计必须非常慎重仔细。但恰恰是生态学本身，对于水生动物和植物与影响其生长的环境条件的关系尚有许多不清楚，这就导致了在生态学层次上来进行这些实验具有较大的风险。美国在1990’s开展的生物圈（I号和II号）实验就是一个生态学层次上失败的实验。

传统的地学科学，包括地质学和地理学，都是以考察和调查为主的研究方法。这样的研究方法，常常是从现实存在的现象中去寻找科学问题，寻找其产生的原因。研究方法的传统和单一，使得人们往往会忽视其方法论。在面对过程和机理的研究时，这样的研究方法也常常显得不足。譬如，风浪过程会导致底泥的悬浮，使得沉积物中的营养盐得到释放。虽然研究的方法是抓住风浪过程进行详细的观察，没有脱离传统的调查方法，但是，已经需要对调查方案作出精细的设计。而进一步需要揭示蓝藻水华爆发的机理时，再靠调查的方法已经无法实现了。原因是我们不知道在野外进行调查时，需要调查哪些因子，因为我们不清楚哪些因子对蓝藻水华爆发起决定性作用。这时就需要实验室的实验来完成，但是前提是实验必须是可控的，不然，你即使培养出了蓝藻水华，你仍然不清楚是什么原因促使的。现在有许多搞地学背景的学者转到了湿地、湖泊与海洋等领域，开始接触植物、动物、营养盐等与地学交叉的领域，也开始进行一些与生物相关的实验。这是一件好事，可以促进生态学的发展。因为生态学本质上是生物与环境关系的科学。我们现在许多生态学现象的机制解决不了，是因为生物学与环境科学结合得不够，是与生物环境有关的研究不足所导致的，再典型的例子就是富营养化湖泊中出现的蓝藻水华现象。问题的实质是研究方法受限制。譬如湿地生态系统中氮磷的循环过程，微生物的降解矿化是非常关键的一环，但是，现阶段，我们有90%的微生物是无知的，更无法了解其生理特征和功能特点。你无法拿着显微镜去水底原位观察微生物吧？现阶段，至多你只能冷冻后带回实验室做做种群的基因分析，至于如何通过改变环境条件来影响微生物种群，最后调控污染物的降解矿化，那就差得更远了。

从野外调查转入到实验室实验，是研究方法的一种飞跃。可以通过微观的实验，解释宏观的现象。但一定要明白，实验的各项环境要素是可控的，结果是可重复的。这种研究方法的创新是推动学科发展的关键。

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