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如何选择一个好的科学问题

起点：选择问题是一种培育行为

建立实验室的目标是什么？有时候很容易选择当前文化中的默认值，比如“我的实验室的目标是发表最多数量的高质量论文”。

然而，在这篇文章中，我们将以不同的方式定义实验室的目标：“实验室是一个培育环境，旨在最大化学生作为科学家和人类个体的潜力。”

这些选择至关重要。实验室中的所有决策，无论大小，都源于价值观——即使它们没有被明确地表达出来：实验室的外观、学生何时可以休假，以及我们现在将要讨论的问题选择。在培养学生的实验室环境中，我们的目标是选择一个问题（对我们自己也是一样），以促进成长和自我驱动的研究。

问题选择的两大维度

选择科学问题时，让我们从一个简单的图开始，作为讨论的起点（图 1）。我们将通过想象两个轴来比较问题。第一个是可行性——即问题的难易程度，以完成项目所需的预期时间为单位。这个轴取决于研究人员的技能和实验室的技术水平。 重要的是要记住，在纸上看起来容易的问题往往在实际中很困难，而在纸上看起来困难的问题几乎不可能在实际中实现。

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图 1. 项目选择的可行性-兴趣图

选择科学问题的两个轴：可行性和兴趣。

第二个轴心是兴趣：项目所期望的知识增长。我们通常重视那些深入未知领域的科学探索。问题可以根据它们与已知海岸的距离来排名，即它们增加可验证知识的程度。我们将称之为问题的兴趣。

在接下来的章节中，我们将讨论兴趣轴的主观性质。但首先，让我们先使用我们的图表考虑问题选择方面。

观察这个二维空间中的问题范围，可以看到当前研究中许多项目属于容易但不太有趣的问题类型，也被称为“低垂果实”。今天科学中的许多其他项目不幸既困难又缺乏兴趣，部分原因是认为困难等于好的观点。少数问题是宏伟挑战：具有显著推进理解的潜力且非常棘手的问题。 但大多数时候我们更希望问题出现在右上象限，即既可行又具有高价值，可能显著扩展我们的知识。

该图示提供了一种选择问题的方法，利用了优化理论中的帕累托前沿原则。如果问题 A 在两个轴上均优于问题 B，则可以从图中擦除问题 B。应用此标准到所有问题，最终只会留下那些在可行性和兴趣方面没有明显更好的问题的剩余问题，这些问题是帕累托前沿上的问题。

在选择前沿上的问题时，取决于我们如何权衡两个轴。例如，一名研究生新生需要一个容易的问题；这样就可以快速提供积极反馈，增强信心。这些问题位于帕累托前沿的最底端右侧。研究生的第二个问题可以沿着兴趣轴向上移动。博士后需要在右上象限的项目，因为时间有限。 初入行的 PI 们需要选择一个领域作为自己未来多年研究和培养学生的基础，他们可能会寻找一些具有挑战性的问题，这些问题可以分解成许多好的、较小的项目。因此，最优的问题会随着科学家的生命周期而变化，呈现出帕累托前沿的特征。

 慢慢来

选择问题时常见的一个错误是选择第一个想到的问题。由于典型的项目即使看似几个月内可以完成，实际上可能需要数年时间，因此快速选择会导致我们职业中的许多挫折和痛苦。找到一个好问题需要时间，选择问题的每一周都可以在以后节省数月或数年的时间。

在我的实验室里，我们为新学生和博士后制定了一条规定：在三个月的时间过去之前，不要承诺解决问题。在这三个月的时间里，新来的学生或博士后阅读、讨论和规划。心态专注于存在而非行动。开始工作的诱惑会浮现，但规矩就是规矩。三个月后（或更长时间），一场庆祝活动标志着研究阶段的开始——伴随着一个经过精心策划的项目。

花时间并不总是容易的。人们必须得到支持以抵制这种冲动：“哦，我们必须生产——让我们不要浪费时间，开始工作吧。” 我并没有幻想每个人都自由选择自己的问题，或者有足够的时间进行深入的研究。在资金不足和拨款期限临近的情况下，花时间尤其困难。在这样的困境中，培养是不够的，需要找到支持并尽一切可能进入更好的境地。 即使如此，对于我们这些处理实验室困难的人来说，花时间选择问题仍然可以产生巨大的影响。

主题性的兴趣轴心

让我们现在更详细地探讨问题兴趣轴。谁决定问题的排序方式？科学的一个基本方面是问题的兴趣是主观和个人的。然而，这种主观性使得事情变得混乱。这种混乱是由于两种声音的混合造成的——一种是我们周围人的利益的大声呼喊，在会议上、在我们的系里等等；另一种是我们内心微弱的声音，它说：“这对我很有趣。”考虑内心声音的排名问题使您更有可能选择长期满足您的的问题。

如果一个人有幸拥有关心自己的导师，内在声音可以被加强和引导。科学家通常需要一个支持性的环境来开始倾听这种声音。帮助倾听内在声音的一种方法是问自己：“如果我成为地球上唯一的人，我会解决哪些问题？”诚实的回答可以帮助最小化妥协。

另一个内在声音的好迹象是那些反复出现在你的脑海中数月或数年的想法和问题。这些想法很可能是好项目的基石，比最近几天想到的想法更有可能成为好的项目基础。另一个好的测试方法是：当我们被要求向熟人描述我们的研究时，描述每个项目的感觉如何？

令人惊讶的是，倾听我们自己独特的嗓音能带来更好的科学成果。这使得研究更具自我激励性，也让研究的日常变得更加有回报。在科学研究中，你对某个主题越感兴趣，就越有可能吸引你的听众。

 自我表达

内在声音的本质是什么？某个研究者认为有趣的项目是个人过滤器的一种表达方式，一种感知世界的方式。这个过滤器与一组价值观有关联：什么是好的、美的和真实的，以及什么是不好的、丑的和错误的。我们独特的过滤器是我们作为科学家带到桌上的东西。基于科学家的独特性而存在的风格和问题的多样性，是一个可行且富有创造力的科学的基础。

因此，选择一个好的问题需要我们反思自己的世界观。作为导师，我们可以帮助处于博士后期或博士后阶段的学生加强他们的内在声音。导师可以通过倾听学生描述他们在科学中喜欢什么、在科学之外的生活中喜欢什么、让他们决定成为科学家的一刻以及他们钦佩的科学研究来帮助他们。有时我们会开始看到学生在谈论中的模式。 出现了一张价值地图，就像海洋深处的岩石可以通过表面波浪来辨别一样。这个学生是受视觉美感还是抽象思想驱动？支持教条还是挑战普遍真理？喜欢技巧还是逻辑证明？基础理解还是应用工作？等等。这可以帮助导师选择一个项目，让学生有自我表达的潜力。 如上所述，当一个人能够在科学中实现自我表达时，工作变得充满活力、自我驱动且富有个人意义。它也可能有更好的机会发现深刻的见解。

 研究模式

在我们选择一个问题之后会发生什么？在结束之前，我想讨论一下我们持有的研究将会是什么样子的心理图景或模式（如图 2 所示）。一种常见的模式体现在论文写作的方式上：一个人从问题点 A 开始，通过最短的路径到达答案点 B。如果接受这种模式，可能会存在危险，即将学生视为达到目的的手段（即指向 B 的箭头）。 此外，对于持有这种模式的人来说，任何偏离路径的行为（实验失败、学生抑郁等）都是不可接受的。偏离会导致压力，因为现实与心理模式的认知失调。

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图 2. 研究的目标和培育模式

养育模式包括“云期”——一段基本假设瓦解的时间。

然而，人们可以采用第二种模式，这种模式更类似于大多数项目的进展过程。与之前一样，从 A 点开始向目标 B 前进。很快，事情偏离了轨道，路径蜿蜒曲折，甚至出现回路。实验不再起作用，所有假设似乎都是错误的，一切都没有意义。研究人员进入了一个与负面情绪相关的阶段，这可以被称作“云雾期”。

然后，在混乱之中，人们会感觉到手头材料中出现了一个新问题。我们称之为问题 C。如果 C 比 B 更有趣、更可行，可以选择朝着它前进。经过几次曲折之后，最终到达了 C。研究人员可以在思考下一个问题之前暂停庆祝一下。

在这个第二版方案中，研究的蜿蜒曲折被视为我们专业技能的一个不可或缺的部分，而不是一种麻烦。导师的任务是支持学生穿过似乎守护着通往未知领域入口的云层。而且，通过这个方案，我们有更多的空间看到问题 C 的存在，并且可能比继续朝着目标 B 前进更有价值。

在培养模式中，我们庆祝科学家的勇气和开放性。一次又一次地驶向未知需要勇气；看到与预期不同的东西，通常是更丰富、更奇怪的东西，需要不同寻常的开放性。

总之，花时间（回忆“三个月法则”）在可用的项目中找到最可行、对你来说最有意思的那个，而不是对别人而言。一个好的项目会利用你的技能来实现自我表达。