科研思路与方法讲义
医学科研入门 目录 第一章 科研讲座之概论 一 为何要进行科学研究 二 科学研究的定义 三 科学研究的本质特征 四 医学科研的定义和分类 五 科学研究的一般过程 第二章 科研选题 一 科研选题的重要性和确定研究方向 二 科研选题的灵魂就是创新 1 何为创新 2 创新型人才 是选题创新的关键 3 如何实现创新 4 如何在医学科研选题中实现创新 三 科研选题的科学性和可行性问题 四 科研选题的实用性（需求性）问题 1 科研选题要符合社会需求 2 科研选题需要辨证地理解效益 五 科研选题的注意事项 六 科研选题与科 研管理模式 第三章 生物医学研究的伦理原则 一、发展简史 二、生物医学研究的伦理原则 三、涉及人的生物医学和临床研究伦理学要求 四、临床试验设计 的伦理学要求 五、临床试验与生物医学实验中应加强临床医生的道德修养和自律 六、动物实验面临的伦理问题 七、生物医学前沿中的伦理问题
第四章 科研设计 1 科研设计的三要素 2 科研设计的四项基本原则 第五章 还原论与系统生物学 一、还原论和科学假说及其形成过程 二、系统生物学及其方法 第六章 生物医学科研课题设计中的逻辑关系 一、生物医学科研课题设计中的逻辑关系 二、中国古代哲学中的逻辑关系 第七章 科研设计流程示例 第八 章 课题开题报告与研究方案的撰写方法 第九章 结果分析举例 第十章 科技成果 一、什么是科技成果 二、构成成果的要素 三、结题验收的内容 四、为什么要对成果进行管理，管理的主要内容哪些 五、科技成果奖励的类别 第十一章 标书写作举例 第十二章 科研规范和科研道德 第十三章 年轻人如何成长 附件一、示例肿瘤相关功能基因 XXX 研究课题设计 附件二、一个汇聚 4400 多种组学数据分析工具的网站：
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孔子曰：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”； 宋朝大文学家苏轼有句名言：“博观而约取，厚积而薄发”； 华罗庚的“读书要先从薄到厚，再从厚到薄”。
第一章 科研讲座之概论 一、为何要进行科学研究 1.雄狮和羚羊的故事 在辽阔的非洲大草原上，当黎明的曙光刚刚划破夜空，一只羚羊从梦中惊醒。
“赶快跑！”它想到，“如果慢了就可能被狮子吃掉！” 于是起身就跑，向着太阳飞奔而去。就在羚羊醒来时，一只狮子也醒了。
“赶快跑！”它想到，“如果慢了就可能会被饿死！” 于是，起身就跑，也向着太阳飞奔去。
一个是自然界兽中之王，一个是食草的羚羊，等级差异，实力悬殊，但面临着的是同一个问题：为了生存而奋斗！一句话，不管你是狮子，还是羚羊，从现在进入研究生这一刻开始，别无选择，只能全力奔跑到终点。
2.商业发展----利益 改变商业环境的科学研究是来自亨利•福特(Henry Ford)或沃尔特•迪士尼(Walt Disney)、史蒂夫•乔布斯(Steve Jobs)或斯泰利奥斯•哈伊楼诺爵士(Sir Stelios Haji-Ioannou)的想象力。多年来，研发记录显示制药公司在新药研究上的投入和政府在国防电子产品方面的支出，这些公司可能并非处于科技前沿，但与消费者联系密切。但是科学研究先锋通常会被竞争者排挤掉——后者的强项在市场，而不是实验室。对百代(EMI)公司的Geoffrey Houndsfield而言，他发明CT理所当然地赢得了诺贝尔奖，但扫描仪市场目前由西门子(Siemens)和通用电气(GE)两家公司分享。
3.中国的评价体系（李侠）“井冈山大学12月29日决定，对该校化学化工学院讲师、硕士钟华和工学院讲师、硕士刘涛伪造数据、制造虚假论文在国际学术期刊《晶体学报，E辑：结构报告网络版》（Acta crystallographica.Section E, Structure Reports Online）发表的学术不端行为，予以开除公职，收回科研奖励的处分决定。”（人民网，2009-12-30）
1）科学家神话的破灭 科学家（scientist）这个词，是英国科学家与哲学家惠威尔（William Whewell，1794–1866）在1833年首次提出的，它的提出只不过是顺应了科学建制化的一种大趋势而已。从广义上说，科学家就是那些从事一种系统的获得知识的活动与实践的人，他们以采用科学方法为标志。
长期以来，对于科学家的工作，公众更是信奉美国科学社会学之父默顿（1910-2003）关于科学精神气质的“四项基本原则”的说法，即普遍性、公有性、无私利性和有条理的怀疑论。市场经济背景下，科学家也是生活中的人，他从事科学除了源于本能的好奇与热爱之外，还有一部分原因是出于生计，他就无法完全遵从无私利性原则，更何况知识产权问题的约束。至于有条理的怀疑性，由于当今科学的高度专业化，除非需要，否则没有人愿意耗费时间、精力和资源去怀疑与自己无关的工作，这是科学界优先权之争的必然结果。所有这一切都说明，在后默顿时代，科学的精神气质已经发生了根本性的转变。这个事件反映出我国的学术生态已经面临退化，学术规范面临着严重的失范现象，进而也折射出我国的科研评价机制都是失败的。
2）教条主义的科技评价体制 由于科技的评价体系是一个庞大的概念系统，它涵盖了科研活动的整个流程。以SCI来衡量科技发展水平的评价体系。国内最初开始引入SCI作为科学评价指标来源于上个世纪八十年代末南京大学率先引入SCI作为评价科研人员水平的一个指标。客观地说，那个时期，我们对于科学的认识还不全面，科技事业也刚刚开始复兴，如何评价科技绩效就是当时的一个迫切需要解决的全新问题，在这种背景下试探性地引入SCI，的确有其合理性。然而，当这种做法被不加选择地扩散到全国以后，其负面作用越发严重。在短短的20年间成为中国科技发展的指挥棒，没有任何机构和个人可以撼动其地位，全国科研体系从上游到下游全都被这套概念框架所俘虏。
美国政策专家万．布什在二十世纪四、五十年代倡导科技的优先发展领域是基础研究，进而带动应用研究的线性科技发展模型，极大地影响了人们对于科学发展模式的理解，这也是导致世界范围内崇拜SCI的一个深层原因。毕竟SCI论文大多反映了基础研究的先进成果。然而，到了二十世纪九十年代，以日本为代表的新兴工业国家在经济上取得了令人瞩目的成功，而这些国家采用的科技发展模式完全不同于布什模式，这已经明确宣告布什模式不是科技发展的唯一道路，很多国家的科技发展重点并不是放在基础研究上，而主要集中在应用研究层面，而这种发展模式的成功并不以SCI论文的多少为标志，代之以实际的应用与市场的需求为导向。其实，中国的发展模式就是借鉴日本模式，即重视应用研究，而应用研究的成果是不适合以发表论文的多少为标志的。既然如此，为何还偏偏以SCI挂帅呢？这里暗含了两种可能性：其一，国家科技评价体系被某些人严重误导。其二，过分强调SCI等论文的数量，一方面是科技管理者可以通过简单的统计数据就显示出政绩的需要，另一方面也是为了掩盖科技发展中应用研究与试验发展研究中极度无效率的现实。
目前这种单一的评价模式会出现极端荒谬的场景：一个农业科技工作者，仅会写论文，而不知如何解决农业面临的实际问题，一个医生演变为制作论文的高手，却不会看病或拿不起手术刀。
4.什么样的人适合一辈子做科学研究 当随便一个什么东西，或一种人，满大街随便捡的时候，他就不值钱了。科学研究是一个职业，而不是一个宗教的呼召，也不是一个贫穷或独身的判决或者宣誓。
--约拿单 I.卡茨，物理学教授，华盛顿大学 1）一心想挣大钱、渴望尽快致富的人，不要做科研 亚里士多德就提出了科学家应具备三个条件：好奇、闲暇和自由。传统观念认为“书中自有黄金屋”，以为念书多了就理所当然地会荣华富贵。即便是在一些工业发达国家，做科研的收入仍然不如经商、公务员和在企业公司里的白领，大多数也就是中产阶级水平。在美国，即便是你含辛茹苦地拼搏到了正教授的位置，跳出圈子一看，在你的同龄人中，比你收入多的人肯定不会在少数。而真正能够将科研成果商品化、通过科研来致富的人恐怕还是凤毛麟角。“周光召说：从基金中用于支付工资的那部分钱不应超过项目课题组长3个月工资的总数，这也是许多美国研究型大学的规定”。
2）吃不了苦、耐不住寂寞的人，不要做科研 科学研究是一项十分艰苦的劳动。卡尔-马克思说过：“在科学上面从来就没有什么平坦的大路可走。只有在那崎岖小路攀登不畏劳苦的人，才有希望达到
光辉的顶点”；做研究自然是少不了冥思苦想，所以夜不能寐是常有的事儿；国外的教授在获得终身永久位置之前，许多人周末都要去加班工作。
3）智力平平、缺乏创造力的人，不要做科研 想象力和理解力是在科学领域取得成功的重要因素。科学研究的核心事件是要创新，是智力打拼，而且是没完没了。如果只是会follow别人，连起码的、举一反三的能力都没有，或许去干别的行当会更轻松愉快些，活得悠哉些。
4）对科学发现压根儿就没有什么好奇心和兴趣的人，不要做科研 科研活动的本质是探索未知世界，如果没有好奇心驱使，仅是靠来自于外界的压力，很难保持长久不衰的动力，这显然也是非人性化的。
5)教授（学术带头人）和研究成果的评价准则 分成：
4* World Leading（世界领衔）;3* Internationally Excellent（国际上优秀、杰出）;2* Internationally Recognized（国际上认可）;1* Nationally Recognized（国内认可）;很显然，人和成果的水平与档次是相互连带的。只有拥有世界一流的人才，才有可能产出世界一流的成果；也只有做出了一流的成果，才能够被认可是一流的学者、团队或研究机构。一般说来，在世界一流的大学和研究机构里，3*以上水准的人才和成果应该占据主导地位，另外包容一小部分处于向上攀升阶段（持潜力股）、2*和1*水准的年轻教授。
达到2*水准者（或团队），大致上应该有这样几个标志，1）发表的论文会受到国际同行们的关注，日后有一些引用；2）在本领域的主流学术会议上受到邀请、做特邀报告；3）受到国际上其他团队的邀请，访问讲学；4）受到邀请参与国际期刊的审稿工作。
二、科学研究的定义 1．科学研究的定义：
我国国家教育部定义是：“科学研究是指为了增进知识包括关于人类文化和社会的知识以及利用这些知识去发明新的技术而进行的系统的创造性工作 美国资源委员会对科学研究的定义是：“科学研究工作是科学领域中的检索和应用包括对已有知识的整理、统计以及对数据的搜集、编辑和分析研究工作（见《现代科学技术基础知识》第6页）科学研究是指“反复探索”的意思，英文叫“re-search”.其中前缀re是“反复”的意思，search是“探索”的意思。科学研究的内涵包含整理、继承知识和创新、发展知识两部分 这些概念或定义的内涵和外延都非常丰富，都有合理性，但概括起来不外乎是创造知识和整理知识。
创造知识———探索未知 科学研究 整理知识———已有知识的分析、鉴别和应用 2．科学研究的分类：
联合国教科文组织用“R&D”(即“研究与发展”)来表示科学研究的概念，大体上划分为以下三类。
1)基础研究：发现自然界的各种规律性，将其表述为一般化的基本原理。这类研究，从本质上来说往往没有明显的实用动机，所取得的成果虽有学术上的不同价值，却很难预料它在将来是否可以通过技术上的应用而获得某种经济利益。不过，从长远的观点来看有时或许可以期望某项基本原理能够应用于实际的技术过程。
(1)基础研究的范畴？ 以认识自然现象、揭示客观规律为目的的探索性基础研究； 以解决国民经济和社会发展以及科学自身发展中重大科学问题为目的的(应用)定向性基础研究； 对基本科学数据、资料和相关信息系统地进行考察、采集、鉴定、并进行分析、综合、探求基本规律的基础性工作。
(2)如何判别基础研究？ a.这门科学在整个自然科学分子中是否起奠基作用？ b.这门科学所阐明的原理和规律是否普遍适用？ c.这门科学是否继续处于自然科学发展前沿？(3)基础研究的作用：
哥白尼的天文学、开普勒的天体运动力学、牛顿力学-----形成了对宇宙的唯物论认识 达尔文的生物进化论，使人类开始从物质运动和变化的角度看待生物与人类的起源与进化-----形成了科学的生命观 心理学和认知科学的发展-----形成对人类自身意识认识的深化---引自路甬祥2005年8月20日发言(4)特点之一：基础研究的不确定性 科学家兴趣的不确定性 基础研究成果的不确定性 大多数诺贝尔奖获得成果都是自由探索的结果，有些成果并不是当初设计设想的，例如诺贝尔奖的部分成果: a.1895年U.C.伦琴偶然中发现X射线，此后研制出X射线机，1901年获得首届诺贝尔物理奖。
b.1928年亚里山大.弗莱明发现了青霉素，1941年以后当作抗生素投入应用，挽救了千万人的生命，1945年获得诺贝尔奖。
c.1953年詹姆斯.沃森，佛兰西斯.克里克发现DNA双螺旋结构，从此生命科学研究从细胞水平进入分子生物学水平。1963年获得诺贝尔生物学奖。
(5)特点之二：基础研究走在技术和生产之前 以前：理论落后与实践 往复式蒸汽机出现于1782年，作为蒸汽机理论的热力学原理直到十九世纪中期才建立起来 电气化发生在19世纪后半叶，麦克斯韦电动力学理论产生于20世纪以后 现在：理论走在技术和生产之前
先有量子理论，再有集成电路和计算机 先有相对论和原子核裂变原理，再形成核技术 先有分子生物学、遗传学理论，再有生物技术(6)特点之三：基础研究不断突破人类的传统认识界限 先进的仪器设备，为科研提供了条件 基础研究向更复杂、更基本的方向发展 强磁场、极低温、微重力、超高压等极端条件 基础研究正向微观世界发展 基础研究正在拓宽视野（航天飞机、水下潜艇、火星探测、网络通信）(7)特点之四：基础研究成果滞后期缩短，转化速度加快 电从发明到应用间隔300年 电磁波通信间隔30年 集成电路从理论到应用仅仅7年 激光器从发明到应用1年 计算机每5-7年速度快1倍，价格下降10倍 人类基因、超导等成果转化更快(8)特点五：学科交叉和融合 学科的交叉和融合，使创新更多地出现在交叉领域，例如：分析化学与信息学的结合、农业和生物技术的结合、遥感科学和理论物理的结合 自然科学向社会科学范畴发展（脑功能）(9)特点之六：
基础研究与经济、教育、文化、社会的关系更加紧密 全球环境变化、能源短缺、重大疾病（艾滋病、禽流感）、国家防御、信息安全（10）特点之七：更加重视基础研究队伍 注意培养高层次科学家、注意教师队伍建设、重视知识更新、研究生年青人才培养(11)特点之八：更加重视基地建设 加强实验室建设、创造学术氛围、改善研究环境、（研究条件、环境）、建设公共研究平台
（12）特点之九：基础研究作用日益明显 重大技术发明一般都来源于科学，如：
核技术源于核物理学研究 微电子技术源于光辐射的量子理论 基因控制技术源于分子生物学 计算机和网络技术源于电子物理、半导体物理等 引自路甬祥“百年科学技术回顾”（13）特点之九：基础研究作用日益明显 基础研究正在改变生活方式（衣食住行)正在改变就业和工作方式（白领多于蓝领、脑力劳动者多于体力劳动）正在改变人们收入分配方式（科技将知识转化成商品）正在改变人们的交往方式和生活半径。
（14）二十世纪科学发展四大成就 1、相对论（提出了统一的时空观，是微观世界和宇宙探索的理论基础，补充了牛顿定律，狭义相对论用于加速器、核能技术）2、原子结构和基本粒子的发现和量子理论（发现微观粒子的运动规律--量子力学）3、分子生物学，遗传物质核酸的分子结构的发现与研究（DNA，RNA）4、电子计算机的发明，1947年美国贝尔实验室发明了晶体管，1958年集成相移振荡器电路成为第一个集成电路，以后的大规模集成电路，拉开了信息革命序幕。
（15）现代基础研究的发展特征 深度和广度日益拓展（时空上的无限宏观和微观）科学分化与交叉融合并进（地球科学、生物科学）国际化和网络化（全球合作计划、数据共享、虚拟实验）先导性日益明显（20世纪的技术是“科学的技术”）科研基地凸显重要（建设大批科学研究基地）政府的导向和主动性（大科学、大专项、科学政策）投入规模越来越大（抢占制高点）
2)应用研究：有明确的 价值取向和应用动机，希望通过研究解决生产实践或其他社会实践中提出的实际问题。这类研究总是与某种特定的任务相联系，指望在规定的期限内能够实现事先设想的某一经济目标或社会目际。
3)技术开发：把基础研究或应用研究取得的成果引入技术过程，使知识成果变为能够直接获益的物质产品。这类研究不仅有非常明确的目标，而且可以直接获得经济效益，并关系到产品的市场竞争能力，因而在投资上很容易得到政府或企业部门的重视。
基础研究属于科学发展的范畴，技术开发属于技术发展的范畴，应用研究则分跨科学发展和技术发展两个范畴。另外在许多情况下三种类型的科学研究活动结合得很紧密，显现出某种一体化的倾向。
三、科学研究的本质特征 科学研究的本质是创造新的知识为社会所用，从而推动社会进步。科学研究作为一种探索性的活动，其 目标：
（1）发现重要的科学现象和未知事实；（2）解释、阐述科学规律；（3）解决科学问题。
科学研究的目的：
（1）为社会进步和经济发展服务，推动人类社会的文明进程；（2）促进科学技术自身的发展，最终促进社会的全面发展。随着经济全球化和市场经济的逐步完善，科学技术作为第一生产力，在社会发展的各个领域发挥着十分重要的作用。
总之，科学研究的本质特征是创造性与非重复性，并同时具有探索性、继承性和复杂性的特征，其表现形式为“信息”---知识产品。但创造性与非重复性是科学研究的最本质特征，这也是科研选题必须遵循的首要原则。
举例：网络公司——Google、Facebook、Twitter 对科研本 质的启示。
Google成立于1998年，目前是全球排名第一的网络搜索引擎，市值超过2000亿美元。Facebook成立于2004年，6年之间，市值增长近万倍，“2011年1月，Facebook以500亿美元估值获得高盛和DST的5亿美元投资。”Twitter资历最浅，出道才6年，Twitter就获得无数网民的追捧，将“微博”这种模式推广到全球。网络公司多如牛毛，他们凭什么脱颖而出，引领潮流？ 因为他们满足了人类的重要需求。
Google成立于网络时代的初期。英特网成立之后，网络信息呈指数递增，怎样才能在浩如烟海的网络信息中找到自己需要的信息，是每一个网络用户的切身需求。这个需求不仅广泛（人人需要），而且迫切（日日需要），因此成为网络时代的第一大需求。那么，怎样才能迅速找到自己需要的信息呢？分门别类地建立索引是一个途径，然而这种方法效率低下。第二种方法，也就是Google采取的方法：直接建立数据库，在数据库中进行检索，快速找到匹配的信息，这种方法具有第一种方法无法比拟的优点。Google还采取了特殊的算法来确定网页的重要性，保证检索到的相关网页，最重要的排在最前面。这样的技术很快被网民广为
使用，Google因此迅速发展成为数一数二的网络公司。
人是一种社会性的动物，所有社会性的动物都具有两大特点：需要关注和交流。关注，指的是希望被别人关注和喜欢关注别人（即所谓的八卦）；交流，则是关注的手段和目的。人类在情感上固然有多种需要，例如尊重、友谊、爱等，但是关注和交流是这一切需要的基础，因而也是最重要的两大心理需求。在没有网络之时，关注和交流的范围比较小，速度也比较慢。当网络横空出世之后，它提供了一个满足人类的这两大需求的捷径：通过建立网络主页，可以方便地使自己得到别人的关注，也可以方便地关注别人，并与之进行交流。总之，无论是范围还是速度都提高了几个数量级。满足了人类这两大需求的就是Facebook。
但是Facebook和博客也有缺点，这个缺点就是效率有点低。写一篇博客往往需要十几分钟甚至一两个小时，看一篇也要很久。现代社会越来越追求高效率，要节约时间。有没有一种可以高效率地关注别人和让别人关注自己的方式呢？有！这个时候，Twitter就粉墨登场了。
Twitter对于发布消息有严格的字数限制，写一篇不过一两分钟，看一篇几十秒，多么方便快捷！Twitter的出现，就是为了满足人们需要高效率地关注别人和被别人关注这个重大需求的。
所以如果想要在商业上获得成功，就不得不研究人们的需求。那么，科研上的成功是否也与需求有关呢？答案是肯定的。在科学上，因为满足了人们，包括科研人员的重要需求而获得成功的例子举不胜举。
单克隆抗体技术满足了需要识别单个蛋白的需求。科研上，需要对某一蛋白质进行研究，必须先能认出这个蛋白质。根据蛋白质分子量的大小，固然在一定程度上可以区分，但是区分能力很有限，而且不能在组织、细胞上进行原位识别。而单克隆抗体可以与特定蛋白质结合，然后被已经标记过的抗该单克隆抗体的抗体（叫二抗）结合，这个标记（例如荧光素，酶）的存在，就可以指示出需要识别的蛋白质的存在。
PCR技术满足了科研中需要检测某一DNA序列的需求。一般情况下，DNA含量很低，且目的序列与非目的序列混合在一起无法分开。而PCR技术通过指数递增的手段将目的基因大量扩增（几百万倍甚至更高），然后通过电泳显示是否存在大量的扩增片段，就可以轻易地检测出微量的目的片段。
BiFC技术满足了科研中需要研究蛋白质相互作用的需求。蛋白质相互作用的时候，一般要相互接触。把绿色荧光蛋白（GFP）切成两半。一半与蛋白质A连在一起，一半与蛋白质B连在一起，当A与B相互接触的时候，切开的GFP两半就可能重新合在一起，形成有活性的GFP，在紫外线的照射下，可以发出绿色荧光。绿色荧光的存在，就提示两个蛋白质会相互作用。
iPS技术（万能干细胞）满足了干细胞研究需要避开伦理学争论的需求。以往研究用的人类胚胎干细胞一般来自于人的受精卵，而受精卵被很多人认为是一个新的生命，将其处死后去取干细胞是不人道的。iPS技术通过插入外源性的四个基因（转录因子），从而将成熟的体细胞重新变为非常类似于胚胎干细胞的细胞，成功避开了伦理学争论，因此成为近年来生命科学的重大进展之一。
参考资料：
1.Google市值达到2000亿美元 http://dongxi.net/b09fw 2.Facebook市值6年增长近10000倍：
http://tech.weiphone.com/2011-01-12/Facebook_market_value_increased_by_nearly_10_229266.shtml
四、医学科研的定义和分类 医学科研可以概括为：是探索人体生命本质和疾病相互转化的规律，寻求防病治病和恢复健康的方法的认识活动过程。
医学科学研究的类型：
（1）以发现为主要研究内容；（2）发展新的技术，以解决已有技术无法解决的问题；（3）以阐述、解释为主要研究内容；（4）验证和检验已有的科学发现；（5）数据积累性工作－总结规律。
五、科 学研究的一般过程 1 1 ．科 学技术的发展 的 基本过程和现代科学研究的一般程序：
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（1）原创基础研究（2）延伸、修补、完善或重复验证研究（3）应用基础研究（4）技术开发研究（5）技术应用研究 从科学技术的发展过程来看，如果一个研究仅限于（1）为止，那它将毫无科学价值，所有不是伪科学的研究都必然会或快或慢地从（1）向（5）发展。从纯理论到最终的实际应用，我们无法一步到位，我们必须要经历中间的几个步骤，而且从（1）到（5），研究文章和成果数量也是呈级联方式逐级放大的，与应用越接近的研究，其数量也越大。绝大多数人都难以真正在（1）中做出成果，更多人只能在（2）－（5）中做些工作。
科学研究的本质是人类的一种认识和实践活动。从总体上说，人类的认识都遵循着“实践—认识—再实践—再认识┅┅”的发展规律，科学研究同样如此，它以科学实践作为基础、出发点和检验标准，因此，科学研究的过程是“科学实践—科学认识—科学实践—科学认识┅┅”这样一个循环往复、以至无穷的过程。
科学认识作为人类创造和生产科学知识的一种高级的、复杂的认识活动，是一个对感性认识进行加工、制作、抽象、概括，把个别认识转化为一般认识、把特殊认识转化为普遍认识、把具体认识转化为抽象认识的过程。在这个过程中，科学认识的形式经历着从感性认识上升到理性认识，再由理性认识回到实践进行第二次飞跃的过程。
科学实践作为人类以获得科学知识为目标的实践活动，是一种有意识的理性设计活动，它难以与其他按既定规程运作的物质生产实践过程一样，完全按规定的目的和计划进行，而总是在不断的“试错与改错”中取得进步，因此，“试错与改错”是科学实践最基本的特点，创造性、探索性和高风险性等是科学实践与人类其他实践活动的主要区别。
在现实的科学研究中，科学认识大多是从科学问题开始的，具体表现为提出科学问题、分析科学问题、从思维和理论上对解决科学问题的途径进行初步构想，并根据科学实践实施的结果对原来提出的有关问题的答案进行修改、修正、重构、创造、创新等的过程；科学实践则是根据科学问题的性质和研究的目的。围绕研究对象展开的有意识的实践活动，其过程具体表现为通过科学观察、科学实验或科学调查等途径和方式。在实践中通过操作解决科学问题。因此，现实的科学研究就是一个不断面临新现象、新问题的动态过程。
现实具体的科学研究是以研究对象及研究目的为导向、将科研资源转化为科研产品的过程，其一般程序包括研究项目的选题、项目的设计、项目的实施和科研产品的形成、推广、转化和评价等相互关联的几个主要环节。其中，项目的选题主要是科学认识的过程，具体表现为提出科学问题、选择科学问题、分析科学问题、在思维和理论上对解决问题的途径进行初步构想的过程；项目的设计主要是回答有关科学问题所需的全部实践研究工作的内容、方法和计划的安排，包括科学实践的具体研究内容、技术路线、研究方法等，并根据现有的工作基础和工作条件对开展实践研究的现实可能性进行评估，包括研究项目所需的各种人力、物力、信息等资源；项目的实施是指依照项目实践方案的设计具体地实现实践操作的过程；科研产品的形成、推广、转化和评价等主要是对通过科学实践实施所获得的各种数据、结果进行分析和处理，形成科研结论的过程。
2 2 ．科学研究的基本流程 1)科学问题的提出：形成和确定研究课题---选题 ；（重点介绍）2)制定研究计划---完成计划书：研究对象的选择、研究内容的选择、技术路线的选择、技术方法的选择、技术方法的建立； 3)开展研究工作---完成过程； 4)研究结果复核、验证---实验结果的产生、实验结果的总结和分析； 5)研究结果的文字表述---表达载体（论文、专利等）。
第二章 科研选题 一、科研选题的重要性和确定研究方向（一）科研选题的重要性 饶毅教授说，“同样的方法、技术和投入，因研究方向的选择，出的文章及重要性完全不一样，人的命运也不一样”。研究方向的重要性在于：前沿领域做研究的人其实不知道具体的方向在哪里，只有通过顽强的摸索和尝试，才找到一小步前进的道路，只有自己能够带头走出来的才真正重要；那些跟在后面的人，虽然知道方向在那里，却不过是在津津有味地捡别人掉下的面包屑。
科学研究工作能否成功，关键就在科研选题上，科研选题是一项严肃的研究工作，也是一种灵活的研究艺术。
爱因斯坦与他的学生费尔得合著的《物理学的进化》一书指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已。而提出新的问题，新的可能性，以新的角度去看旧的问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步”。科学学家贝尔纳也曾指出：“课题的形成和选择，无论是作为外部的经济技术要求，抑或作为科学本身的要求，都是科研工作最复杂的一个阶段。一般说来，提出课题比解决课题更困难”。这里他们都特别强调“提出问题”和“选择问题”的重要性。可见“正确地提出问题等于解决了问题的一半”的说法是有一定道理的。因此科研选题是科学研究过程中具有战略意义的首要问题和关键环节，是贯穿于全部科研工作的主题思想，是指导科学研究各项工作设计安排的主线。选题恰当与否其意义在于科研选题关系到整个科研工作的成败与成果水平的高低，关系到国家目标能否得到体现，关系到科技人员的成长与成才，关系到科研管理活动的效能，还包括人力、物力、财务的节约与浪费等。
对选题而言，科研选题是对某一科学问题在理论上和实验技术方面的概括。它集中反映了选题者基本理论与专业知识的丰富程度，实验技术与方法的熟练程度，科学思辩能力的强弱程度，知识结构的合理程度与知识面的广度。因此它体现了选题者的科学天才、智慧、经验和技巧。正如Oliver(1991)所说：“和其他事业一样，科学中的成就往往属于最懂得战略、战术的科学家，而不一定属于最有天才、最有技巧、最有知识或著作最丰富的科学家”。
选题原则主要有需要性原则、创造性原则、科学性原则和可行性原则，而且相互并列起来，基本上不分主次。
（二）确定研究方向 科研生涯中很难做到研究方向一生不变。科研方向有一个有共性的问题：频繁更换科研方向不利于高水平成果的产出；但科研方向上的抱残守缺：瞄准了某个方向以后，十年几十年不变，墨守成规，肯定也没有什么好处。在精心做好手头的题目的同时，密切关注着相关领域的发展动向，特别是应随时关注前沿性的热点问题。
例如钱学森先生一辈子改了六次行，除了在本科的机车车辆专业上无所作为以外，在每个行当上都成就卓著。1930年代，他初涉科研时，跟着冯•卡门研究高速空气动力学，提出了关于翼型计算的著名的卡门-钱公式，与郭永怀先生一起提出了关于跨音速流动的上下临界马赫数的概念；把注意力转向高超音速流动问题，提出了高超音速流动相似律，并在火箭动力学方面做出了出色的工作；在他的后半生更为我国的航天航空、两弹一星事业做出了杰出贡献。
著名的应用数学家林家翘先生，最早从事流动稳定性研究，1940年代在Caltech做博士论文时就对该领域的发展有突出贡献，以博士论文为基础写成的专著成了经典著作；此后，他做了流体力学领域的各种工作，提出了关于流体力学变分原理的林家翘准则和求解简单波问题的解析特征线法；到了1960年代，他访问了普林斯顿大学的高等研究院，敏感地发现了星系螺旋结构问题，随后把主要研究兴趣转向天体物理学，经近十年努力，完整地建立了星系密度波理论，成功地解释了一系列天文现象。相隔20年，他在流动稳定性和星系密度波这两个看来截然不同的领域里做出了第一流的工作，似乎有点匪夷所思，但是仔细阅读他的这两方面的著作，发现在研究手段上，是一脉相承的！同样进行了流体力学建模，同样运用了WKB近似，同样进行了简正模分析……。近十年来他的兴趣转向了数学生物学。其实，他在1970年代的应用数学专著里就分析了阿米巴痢疾病毒的传播问题，用的工具还是渐近分析！科研方向能抓住国民经济发展急需的问题，更新得及时，就发展迅速；反之，则停滞不前。做科研要有战略眼光，随时做正确的战略决策。转换科研方向是一件大事，正在进行的科研方向何时需要转移更新？预警信号有如下几种：
• 国内外对自己所从事的科研方向关注者减少或有减少的趋势，主流期刊上发表相关论文的数量开始减少或者已经大大减少；
• 向国内外（尤其是国外）投稿的中标率降低； • 申请重要基金项目（如国家自然科学基金项目）难度增加； • 学术会议（尤其是国际会议）上该方向无人问津，或者关心者极少； • 权威刊物上已出现权威性的大评论。
开展新方向一定要三思后行，最好从多个方面论证其可持续性；还要考虑本团队或者本单位是否有相应基础，开展后是否会加入单位主流研究方向。
二、科研选题的灵魂 就是创新 1 1 ．何为创新？ 什么叫创新？关于“创新”现在普遍的 误解：谁都没做过的事情、谁都没用过的方法。创新工作首先必须是重要的工作。“创新可以有不同的种类。最高水平的创新是一种新思想和新理论的产生，这种新思想和新理论……完全不能从已有的理论演绎而成，……另外一种不同水平的创新是指在一个已有法则范围内的新发现，而这种新发现在某个特殊领域内具有巨大的意义”(C.R.Rao的《统计与真理》（中译本，科学出版社，2004）)。爱因斯坦的相对论、牛顿和莱布尼茨建立的微积分、美国气象学家罗伦兹的“混沌理论”等就是这种最高水平的创新。绝大多数科研创新工作属于在某个特殊领域内的重大发现。任何创新工作都不是凭空出现的，即使是最高水平的创新也是要基于前人的成果，像爱因斯坦的相对论也是基于先前对光速测量的研究和Lorentz变换等数学理论的。
（1）中国科学院院长路甬祥认为：创新包括知识创新与技术创新。知识创新是指通过科学研究，获得新的基础科学和技术科学知识的过程，其目的是追求新发现，探索新规律，创立新学说，积累新知识。知识创新是技术创新的基础，是新技术、新发明的源泉，是促进科技进步和经济增长的革命力量（1）。
（2）科技部认为创新是：
第一类是原始创新。原始创新的核心在于所在研究领域中基本概念上的建立或突破、新方法的建立或在新的领域内的拓展。基础研究的工作主要属于原始创新。如诺贝尔奖80%以上都属于原始创新。
第二类是次级创新。次级创新主要表现在对现有概念、理论、方法等的补充和改良。应用基础研究和大部分应用研究多属于次级创新。又叫集成创新。
第三类是消化吸收再创新。
（3）Science认为：创新是科学成果新颖、引人注意，且该项研究看来在该领域之外也具有广泛意义，无论是一项突出发现的报道，还是某一重要问题实质性发展的第一手报告，均应使其他领域的科学家感兴趣。
（4）Nature认为：创新是指对自然或理论提出的新见解，而不是对已有研究结论的再次论证，其内容激动人心并富有启发性、具有广泛的科学兴趣。
科学家的创新和经济学家的创新
在经济学家看来，创新是个经济学词汇，而不是个技术学词汇。英文的创新，是innovation。根据熊比特（Joseph Schumpeter）的定义，创新指的是企业家所做的对生产要素的新组合，包括一种新产品、一种新工艺、打开一个新市场、开辟一个新的原料供应源、实施一个新的企业组织形式等。在经济学家看来，科学家所描述的“创新”，其实是技术发明（invention）和科学发现（discovery），而不是创新（innovation）。换句话说，只有一项发明（invention）被成功商业化了，才能称之为创新。比如，美国每年受理的专利申请中，90%以上都因为种种原因不会在商业上取的应用，那么那些专利所代表的，基本上是技术发明，而不是技术创新。另外，就算没有新技术新工艺，企业家通过整合现有的资源和改变组织形式，也能实现创新。
创新有多重要？尽管创新促进经济增长的机制仍然没有研究清楚，但已有的一些比较公认的结论，足以说明其重大意义。比如，索洛（Robert Solow）的工作，证明了美国经济的成长，80%是由创新带来的，只有20%是由劳动力和资本的增长获得的。尽管后来由于其它经济学家的努力，对上述80%的部分进行了掰开揉碎的分析，让这个比例缩水了一些，但创新是经济增长的主要力量，则是公认的。再比如，萨缪尔森（Paul Samuelson）指出，古典经济学所谓的边际效益递减，可以通过生产技术的进步来加以克服。
必须指出的是，上面说到创新的重大意义，其含义，是经济学家的创新，而不是科学家的创新。举例说明：汽车发明在德国，但汽车行业最重大的创新，一个是上个世纪初福特引进的大规模生产(Mass production)，另一个是后来日本丰田搞的精良生产（lean production）系统。尽管在科学家看来，美国人和日本人在汽车技术上算不上“创新”，但他们在经济上是获得了巨大利益的，在经济学家看来，这是不折不扣的创新。因此，一项新的技术发明，如果不能够在经济上取的成功的话，其对国民经济发展的作用，就没法体现出来，在经济学家眼里，这就不是创新，哪怕你的发明在科学上有多么重大的意义也没有用。同样，一个在科学上没有多大意义的新方法新组织形式，只要通过应用在商业上取的了成功，就是不折不扣的创新。
创新 的 三原则及其现实意义（石毓智）石毓智提出“创新三原则”，适合于各个领域，诸如科学发现、技术发明、政治改革、体制调整、服务完善、家具布置乃至日常事务处理等。
第一、简单化原则。
在解决同一问题的多种方法中，越简单的越好。历史上最伟大的科学家，诸如牛顿、爱因斯坦等，都是成功用最简单的规律来解释最复杂的现象。重大科学突破，往往是发现可以解释表面上看来极不相同现象之间的共同规律，比如电和磁所共同遵循的物理规律的发现，再比如从勾股定理所打通的代数、数论、几何等之间的“壁垒”，把这三个领域统一起来。
驱动乔布斯创新的动力之一就是他对“简单化原则”的追求。苹果公司信奉一种哲学，就是“简单蕴含着丰富”。乔布斯想方设法去掉“多余”的东西，比如键盘的按键尽量少，甚至不要开关，让电子产品具有自动进入休眠和开启的功能。他在这个路子上有时走得太极端，比如苹果曾经设计了一款电脑，没有风扇，结果这款电脑很容易发热，被讽为“乔布斯火炉”，没有进入市场就被淘汰了。
第二、人性化原则。
简单地说，人性化原则就是以人为本，让人觉得亲切、满意、舒适、容易。还有一个重要的含义是，人们可以用尽量少的准备、尽量少的付出就可以办成一件事。
今天的鼠标技术就是乔布斯对“人性化”原则追求的结果。以前鼠标只能做垂直和平行移动，使用起来极其别扭不方便。乔布斯就提议设计一种可以随心所欲移动的鼠标，任务下达给一个工程师，得到的回答是：“这是不可能的，现在的技术还无法做到这一点。”乔布斯没让他吃晚饭就把他炒了鱿鱼。乔布斯又找到另一位工程师，这位连连说：“我可以做到。”最后真的研制成功了。乔布斯的“时间胶囊”中就有一个鼠标，可见他对这项技术发明的重视。
第三、审美原则。
规律的东西往往给人以美感，同时审美中蕴含着规律。对审美的追求，往往也是对规律的探究。历史上伟大的科学家，往往也是艺术家，因为美和规律往往是相通的。
2 2 ． 创新型人才是选题创新的关键 介绍两个概念：①创新能力：敢于挑战前人未曾达到的高度； ②创新人才：具备完成复杂、艰巨工作的能力。
理想的创新型人才就具备以下条件：
1）要有广博的知识积累，这是创新的基础 首先必须充分掌握本专业的基本知识和本专业研究领域的国内外研究现状，充分了解本专业研究领域的热点、难点及存在的关键技术问题；其次还必须掌握相关研究领域的进展，了解学科内的交叉及渗透点。最便捷的方法是阅读你所在研究领域由领军人物写的的综述文章，从中了解该领域的研究现状、已有的重要工作和尚未解决的问题，然后再进一步研读那些具有原创性成果的重要文献。
2）要具有创新性的思维 在人的思维优势中，最具价值的是“发展性、创造性、突破性”思维。要实现创新，就必须重视、培养和挖掘自己的创新性思维和潜能。
3）要有丰富的想象力和敏锐的直觉 许多学生念书时都很好，但毕业后工作能力相差悬殊。其中一个重要原因就是直觉和洞察力不同。什麽是人的直觉和洞察力？简而言之,它们是指当一个人面对十分复杂的情况时,迅速地抓住问题的关键并找到出路的能力。一个好的领导人，靠直觉和洞察力可以马上找到复杂问题的关键所在和解决办法，科学家也一样。许多创新工作是把表面上不相关的现象联系在一起，是一种复杂的知识融合。爱因斯坦认为：“想象力比知识更重要，……它是知识进化的源泉。”他在纪念普朗克60岁生日的演讲中又说:“物理学家的最高使命是得到那些普遍的基本定律，由此世界体系就能用单纯的演绎法建立起来。要通向这些定律，没有逻辑推理的途径，只有通过建立在经验的同感的理解之上的那种直觉”（培养独立工作和独立思考的人，爱因斯坦（许良英译），《爱因斯坦文集》，商务印书馆，1979年）。法国著名数学家庞加莱认为：“我们靠逻辑来证明，但要靠直觉来发明”。
所谓“想象力”，就是形象思维的能力。创新理念不是来自逻辑思维，而是源于形象思维，形象思维的能力大小取决于一个人的文化素质高低。灵感也叫顿悟，它是一种近乎无意识或潜意识的非逻辑式的创造性思维活动，是对某一问题
长期思考以后突然产生的思想火花。灵感有时产生于全神贯注思考问题之际，有时却是在不经意间或意识朦胧之中。门捷列夫和元素周期表。灵感来自何处？首先，它来源于对问题的潜心研究和知识的积累。其次，灵感也来源对生活的细微的观察，来源于对不同现象的类比和联想。
一流大学最重要的是要有一流的大师或经常请到一流的大师来校讲课或作报告，让学生能经常与他们直接交流，观察他们，模仿他们，悟出自己的直觉和洞察力。
4）好奇心和兴趣 好奇心是创新人才最重要的素质。科学上最重大的原始创新大都是由好奇心推动的。众所周知，核物理学的一个重大里程碑－放射性的发现，就是因为年轻的居里夫人被一种强烈的好奇心所驱使，选择了探索贝克勒尔射线的秘密作为论文课题。她花了整整四年时间，在一个破旧的棚房中坚忍不拔地重复着繁重而又枯燥的工作，终于找到了新元素镭和钋。
5）勤奋刻苦和集中注意的能力 勤奋刻苦必须以能集中注意力为前提。注意力集中的程度决定着思维的深度和广度。科学史上思想深邃的巨人都特别能集中注意力。心理和社会的原因则比较复杂。例如，做自己很有兴趣的事最容易集中注意力；又如古人说的“宁静致远”，现在不少学校的校园里有很浓的商业气氛，青年人边读书边经商。这样一来，学生就难以静下心来，更谈不上集中注意力了。
6）要敢于突破前人的认识和质疑前人的定论 要重视借鉴前人研究工作的基础对实现科技创新的作用。科学的继承是科学发现和创新的必要前提，科学创新则是对科学知识的突破。创新的探讨是在获得的成就上找到新的生长点而发展起来的。找准突破口和新的生长点，是实现科技创新的一个重要途径，也是创新型人才应具备的素质。
7）善于抓住机遇（朱清时中国科学技术大学）“史记-淮阴侯列传”中“萧何月下追韩信”的故事是中国历史上极富戏剧性的一幕。如果萧何未追上，韩信就只有回家种田了，因为他已经在项羽和刘邦那里都试过，被拒了。那样一来，韩信的抱负和才能就无机会展现，他也就成为历史上失传的芸芸众生之一。这件事说明机遇对一个人是多么重要。
就自然科学而言，一个学科领域中大的机遇百年一遇，中等机遇可能十几年、几十年一遇，人的一生中小机遇不断。对于这点要有清醒的认识。大的机遇是历史和社会造成的，科学史上的重大突破，都与这类大机遇有关。爱因斯坦能够发现相对论也是如此。时间和空间的问题已困扰人们很多年了，他生逢其时，非欧几何已经建立，发现光速不变的迈克尔孙-莫雷实验刚完成，这些使发明相对论成为可能。不过他那个时代的物理学家也很多，他执着地考虑这个问题，有超人的天才，成功地抓住了这个重大机遇。一定要善于省时度势，看清科技发展的大趋势，有良好的洞察力去感知那里有“金矿”。不能怪父母把你生得不是时候，没有遇到机遇。
如何抓住机遇呢?善于抓住机遇的人应该具有以下基本素质：
第一，要随时做好准备。不要等机遇来的时候才临时抱佛脚。随时做好准备，包括从年青时代开始就要尽可能的获取各种各样的广博的知识，要尽可能锻炼自己的创新素质，在机遇来到的时候你才有能力抓住它。
第二，要从小事做起，认真地做好每一件事。由于机遇总是突然地、不知不觉地出现，有时你甚至一辈子也不知道哪个是机遇。只有认真地做好每一件事的人,才不会失去机遇。
第三，一旦机遇出现了，就要全力以赴，兢兢业业地抓住它。我国第一个乒乓球世界冠军容国团说过一句格言“人生能有几回搏！”...
