如何选择一个好的科学问题

作者：Uri Alon（原载《Mol. Cell》2009年）

选对问题，是成为优秀科学家的关键。那么，什么是好问题，又该如何选择呢？在我们的专业领域内，这个话题通常不会被明确讨论。大家默认科学家应该足够聪明，能够自己领悟，并通过观察导师来掌握这门艺术。这种缺乏明确探讨的状况留下了一个真空，导致一些人倾向于选择那些能产出足以在重要期刊上发表成果的问题，以此获得职位和终身教职。

本文的前提是，对我们的主题进行一次更充分的讨论——包括其主观和情感层面——能够丰富我们的科学事业，提升我们的幸福感。一个好的选择意味着，你能够有能力发现那些让你着迷并能让你实现自我表达的新知识。

我们将讨论一些选择科学问题的简单原则，这些原则对我和我的学生以及许多同行科学家都有所帮助。它们或可成为向科学家们普遍传授此课题的一个基础。

起点：选择问题是培育行为

建立实验室的目标是什么？有时我们很容易接受当前文化中一种默认的价值观，例如“我实验室的目标是发表最多数量的高质量论文”。

然而，在本文中，我们将以不同的方式界定目标：“实验室是一个培育环境，旨在最大化学生作为科学家和作为人的潜能。”

像这样的选择十分重要。价值观——即使未被有意识地阐明——决定了实验室里所有大大小小的决策：从实验室的面貌，到学生何时可以休假，以及（正如我们现在要讨论的）选择什么问题。在培育型的实验室里，我们为学生（也为我们自己）选择问题，是为了促进成长和自主驱动的研究。

问题选择的两个维度

要选择一个科学问题，我们从一个简单的图表开始，作为讨论的起点（图1）。我们通过设想两个轴来比较问题。第一个是可行性——即一个问题在预期完成项目所需时间等单位上是难还是易。这个轴是研究者技能和实验室技术的函数。重要的是记住，纸上谈兵容易的问题现实中往往很难，而纸上谈兵都很难的问题现实中几乎不可能。

第二个轴是兴趣度：即项目预期能带来的知识增长。我们通常看重那些深入未知领域的科学。可以根据问题离“已知海岸”的距离，即其能增加可验证知识的量级来排序。我们称之为问题的兴趣度。

在接下来的部分，我们会讨论兴趣轴的主观性。但首先，让我们用图表来探讨问题选择的各个方面。

观察这个二维空间中的问题范围，你会发现当前研究中的许多项目属于容易但趣味性不高的一类，也就是所谓的“低垂的果实”。不幸的是，如今科学中还有许多项目既困难又兴趣度低，部分源于一种“困难即优秀”的观点。少数问题是宏大挑战：难度大但有潜力显著推动理解的问题。但大多数时候，我们希望问题位于右上方象限，既可行又具有高兴趣度，很可能显著扩展我们的知识。

图表提出了一种在问题间做选择的方法，即使用优化理论中的帕累托前沿原则。如果问题A在两个轴上都优于问题B，那么就可以将B从图中抹去。将此标准应用于所有问题后，剩下的就是那些在可行性和兴趣度上没有明显更优选项的问题。这些剩余的问题就构成了帕累托前沿。

要决定在前沿上选择哪个问题，取决于我们如何权衡这两个轴。例如，一名刚入学的研究生需要一个容易的问题；这样可以快速获得积极反馈，增强信心。这些问题位于帕累托前沿的右下端。研究生阶段的第二个问题则可以沿着兴趣轴向上移动。博士后由于时间有限，需要右上象限的项目。刚开始独立领导课题组的首席研究员，需要选择一个能投入多年时间并用以培养学生的领域，可能会寻找一个能被分解成多个优秀小项目的宏大挑战。因此，最优问题会沿着帕累托前沿移动，这取决于科学家所处的职业阶段。

从容不迫

选择问题时常犯的一个错误是抓住脑海中浮现的第一个问题。因为一个典型的项目即使看起来几个月能完成，实际也需要数年时间，仓促选择会导致我们行业里大量的挫败感和痛苦。找到一个好问题需要时间，花在选择上的每一周都可能为将来节省数月或数年的光阴。

在我的实验室，我们对新学生和博士后有一条规则：未满3个月，不要承诺研究某个问题。在这3个月里，新成员阅读、讨论和规划。心态集中在“存在”而非“行动”上。开始工作的诱惑会出现，但规则就是规则。3个月（或更久）后，一场庆祝活动标志着研究阶段的开始——带着一个精心规划的项目。

从容不迫并不总是容易的。必须抵制这种冲动：“哦，我们必须出成果——别浪费时间，开始工作吧。”我并非幻想每个人都能自由选择自己的问题，或者有足够时间进行广泛搜寻。当资金不足或基金申请截止日期临近时，从容选择尤其困难。在这种困境下，仅靠培育是不够的，你需要寻求支持，尽一切努力改善处境。即便如此，对我们许多需要应对实验室运行困难的人来说，花时间选择问题能带来天壤之别。

兴趣轴的主观性

现在让我们更详细地审视问题兴趣度这个轴。谁来决定如何对问题的兴趣度进行排名？科学的一个基本方面在于，问题的兴趣度是主观的、个人的。然而，这种主观性会带来困惑。困惑源于两种声音的混合——一种是我们周围人群（会议、系里等）兴趣的喧哗声；另一种是我们胸中微弱的声音，它说：“这对我很有趣。”考虑到内心声音来对问题排序，你更有可能选择那些能长期让你满足的问题。

如果一个人幸运地拥有关怀备至的导师，这内心的声音可以得到加强和引导。科学家通常需要一个支持性的环境才能开始倾听这个声音。帮助倾听内心声音的一个方法是自问：“如果我是地球上唯一的人，我会研究这些问题中的哪一个？”一个诚实的答案有助于最小化妥协。

内心声音的另一个好迹象是那些在你脑海中反复出现数月或数年的想法和问题。这些想法更有可能成为好项目的基础，远胜于近期才冒出来的念头。还有一个好的测试方法：当你被要求向一位熟人描述你的研究时，描述每个项目的感觉如何？值得注意的是，倾听我们自己独特的声音能带来更好的科学。它使研究成为自我驱动，让科研的日常routine更有回报。在科学中，你越是让自己感兴趣，让你观众感兴趣的概率就越大。

自我表达

内心声音的本质是什么？一个特定研究者觉得有趣的项目，是其个人过滤器的一种表达，是感知世界的一种方式。这个过滤器与一套价值观相关联：即关于何为好、美、真，何为坏、丑、假的信念。我们独特的过滤器正是我们作为科学家所能带来的独特贡献。基于科学家的独特性而产生的风格和问题的多样性，是科学生生不息并富有创造力的基础。

因此，要选择一个好问题，我们需要反思自己的世界观。并且，作为导师，我们可以帮助博士生后期或博士后阶段的学生强化他们内心的声音。导师可以通过倾听学生描述他们喜欢科学中的什么、科学生活之外的什么、哪个瞬间让他们决定成为科学家、以及他们钦佩哪些科学工作来提供帮助。有时我们能从学生的讲述中看到一些模式。一幅价值观的地图会浮现出来，如同海洋深处的岩石能通过其在海面引起的波浪被辨认。这名学生的动力是来自视觉美感还是抽象概念？是支持主流观点还是颠覆普遍认知的真理？喜欢技术操作还是逻辑证明？是基础理解还是应用工作？诸如此类。

这能帮助导师选择一个学生有潜力在其中实现自我表达的项目。如前所述，当一个人能在科学中实现自我表达时，工作会变得充满活力、自我驱动并富有个人意义。它也可能有更好的机会去发现一些深刻的东西。

研究的图式

选择了问题之后会发生什么？在结束之前，我想讨论一下我们对研究将如何展开所持有的心理图式或模式（图2）。一种常见的图式体现在论文的写作方式上：从A点（问题）开始，沿着最短路径推进到B点（答案）。如果接受这种图式，危险在于将学生视为达到目的的手段（一支射向B的箭）。此外，对于那些持有这种图式的人，任何偏离路径的情况（实验不成功、学生情绪低落等）都是无法容忍的。偏离会引发压力，因为现实与心理图式之间产生了认知失调。

然而，我们可以采纳第二种图式，它更符合大多数项目的实际进程。和之前一样，从A点开始，向目标B点进发。但很快，事情就偏离了航道，路径变得蜿蜒曲折，甚至绕回。实验进行不下去，所有假设似乎都错了，一切毫无意义。研究者进入了一个与负面情绪相关的阶段，或可称之为“迷雾区”。然后，在混乱之中，研究者从手头的材料中察觉到一个新的问题，我们称之为C点。如果C比B更有趣、更可行，就可以选择转向它。再经历几次迂回后，到达了C点。研究者可以暂停庆祝，然后花时间思考下一个问题。

在这第二种图式中，研究的曲折迂回被视为我们技艺不可或缺的一部分，而非麻烦。导师的任务是支持学生度过那看似守卫着通往未知领域入口的迷雾区。并且，有了这种图式，我们有更多空间去发现C点的存在，它可能比继续艰难地走向B点更值得。

在培育的图式中，我们赞颂科学家的勇气和开放性。一次次驶入未知需要勇气；在那里看到与预期不同、且通常更丰富和奇异的东西，则需要非凡的开放性。

总结，请从容不迫（回想一下三个月规则），从可选问题中找出对你个人（而非他人）最可行、最有趣的那个。一个好的项目能调动你的技能，并最终实现自我表达。

参考文献：Alon U. How to choose a good scientific problem[J]. Molecular cell, 2009, 35(6): 726-728.