科学研究方法|科研选题-李惠教授

日期:20160310

自然科学与工程科学

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自然科学--探索自然存在的规律,认识世界;
工程科学--探索人造物的自身原理和应用,改造世界。

科学家解决为什么的问题,工程师解决怎么做的问题。如冯·卡门所说:

Scientists study what it is, while Engineers create what never was.

工程科学的构成与研究体系:

构成 资助计划 实施单位
基础理论 自然科学基金,973计划 大学,研究院所
技术研发 863计划 公司企业
工程应用 科技支撑计划 公司企业

任何研究的选题都会涉及上述三个方面,但是研究重点不同。

基础研究的重要性

高水平的理论研究(数学、物理)可以应用于非常广泛的领域,而专业领域的工程科学应用范围很有限。
基础研究应当非功利化,不以有没有用作为评价指标。
工程科学处于自然科学的下端,基础研究的不足限制了工程学科的长足发展(中国的现状)。

延伸阅读:

  • 《为纯科学而呼吁》

如何做研究

科研过程可以分为:

  • 选题,做什么
  • 研究,怎么做

在硕士研究入门阶段,怎么做做什么更重要。由于导师已经确定,选题的大致方向已经明确,因此最重要的是,在既定的方向做出高水平研究成果,锻炼深度研究的能力。

工程科学研究的战略要点是--努力在基础理论层面做出创新。有理论深度的研究才能具有持久的生命力。例如结构的研究如果只局限于具体参数的试件(给定尺寸和边界条件的梁柱抗震实验),那么实际问题的参数一旦发生变化,研究成果就失去价值。这种研究方式为case study,层次很低。

高一级的研究应该提出力学模型,提出相关的特征参数,以及无量纲化参数。
更高级的研究,应当寻求数学层面的进步。

科研选题的要点

  • 追踪学术前沿;
  • 结合兴趣;
  • 发挥特长;

学术前沿

土木工程学科本身非常成熟,逐渐成为夕阳学科。朝阳的学科,如人工智能集成了多学科的前沿:

  • 脑科学
  • 应用数学
  • 材料
  • 机械
  • 自动化

土木工程的研究,应当主动追踪多学科的前沿(Nature,Science),与朝阳学科结合。

科研的第一步要追踪前沿热点做研究,先学会怎么做。下一阶段,自主提出问题,引发新的学术前沿,带着别人做。

兴趣

研究与学习的区别:

  • 研究,探索未知的知识,
  • 学习,了解掌握已知的知识;

因此,研究遇到困难很正常,有足够的兴趣才能面对困难,克服困难。

特长

不同的人有不同的特长,有些人擅长理论研究,有人擅长技术研发(如我)。
科研选题尽可能发挥出自己的长项,不要死拼短板。

其他

  • 土木工程中,材料和岩土的研究价值很大;

  • 好的研究题目应当集中多种矛盾,如海洋平台(结构、风、浪、冰的共同作用);

  • 科学研究必须创新,只有第一没有第二;

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