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谈谈研究生教育的基本道理

很多学生其实不知道导师应该是怎样的。我来讲讲这个道理。在这里,我只讲道理,不讲实际。因为实际情况知乎上很多人能吹得很溜,但是叫他们讲讲道理应该是怎样,我看他们未必能讲清楚。

我不知道中科院系统怎么样,但是研究生教育是高等学校老师的职责,受教育部管理。进行科学研究也是他们的职责,这是由于他们申请了研究经费。原则上来说一个老师可以自由决定申请不申请、申请哪些经费。但是,研究生培养的方式是通过研究一项课题来培养。如果没有经费,老师无法完成研究生培养的职责。因此保持经费充足也成了高校老师的份内事。但是老师自己申请的经费,都是以具体待研究的科学问题为内容。研究生培养只是一个研究项目附带的成果。所以,老师申请了项目,不光要培养研究生,还要把该项目的研究做好,才能给这个项目交差。所以不能随意为研究生设立不相关的研究课题。当然,科学研究的过程是不完全可控可预测,基金项目也允许在项目实施期间研究问题发生转化的情况。但上述的总体道理决定了,导师给研究生提出什么研究课题需满足各方面的责任。学生在跟导师讨论自己的研究课题时只能在这个共同的基础上找空间。

当然,高等学校也负有研究生培养的责任,而且是主要责任。如果你的研究生学籍需要交学费,这钱也是学校收的。所以,确实另有常规的、不规定具体研究问题的纯教学经费。例如“985”、“211”这些工程,就是中央财政选择一批高校针对高水平办学的目标来批经费给他们。其他高校也能从地方财政拿钱。高校拿到这些钱会以各种形式分下去。导师除了自己申请的基金外,往往也会有来自这些中央财政的钱可以用。学校和学院公共的科研软硬件很大部分也是用这些钱搭的,不会是叫导师们从自己申请的基金去凑。因此很多小型的实验室、刚起步的老师,可以利用学校和学院建设的资源完成自己的研究同时进行研究生培养。这是其实是研究生培养中学校负责的部分。但是,光靠部分钱,老师甚至无法维持实验室正常运转,就算完全不做实验,也要交水电费、房间使用费、自然损耗造成的仪器耗材和维修费用、规定内需发放的研究生生活费等。所以,一定要再靠老师自己申请的项目,才能有足够维持研究生培养的经费。

我上面的介绍,都是本着一个老师完全不考虑自己的研究事业,不考虑发论文冲头衔,一心扑在研究生培养上这个前提的。也就是说,就算一个老师只想培养和成就研究生,他都不能不进行具体的科学研究,不能不申请经费。其实,科研经费本身也包括了研究生培养。培养了硕士研究生多少名,博士研究生多少名,也是申请时要写的计划、结题是要汇报的数目。一个四年几十万的普通面上经费,在申请时也不能只有申请人一个人做。因为你为了拿这些钱所写的研究内容已经必然是无法一个人完成的。所以必须有若干个参与者,负责不同的研究内容,这些人多半是研究生。

经费管理门看重的是研究成果。这是资助一个具体研究项目本身的目的。论文当然是成果的重要载体,哪怕它不是唯一载体。不仅论文上要挂基金号,老师在学术会议上的报告,也要明确感谢支持的基金项目。原则上,在任何地方公开报道自己的研究成果,包括在新闻媒体上报道,都要同时说明这项研究受谁支持。虽说论文只是科学研究的附产物,你可以在任何你觉得成熟的时机,以你认为恰当的形式去发表你的成果,在人类认识自然的长河中的作用都是不变的。但当你的科学研究是以他人的经费资助的时候,论文就是一个必须的产出,因为你要在有限的时间内向他人交差。而由于前面讲到的原因,研究生培养要求老师不断地要申请经费。因此,一个老师要维持研究成果的产出效率,以便申请新的一笔科研经费时,评阅人在参考申请人过往研究成果时不会得出负面的评价。所以,你的老师需要发表论文,而且还有一定数量上的压力。

上一段的介绍,仍然是本着一个老师完全不考虑自己的研究事业,不考虑冲头衔,一心扑在研究生培养上这个前提的。也就是说,就算一个老师只想培养和成就研究生,他都要维持一定的发文章的节奏。

既然要发文章,从学术圈公认的伦理,导师和学生分别是通讯和第一作者。这方面的道理,知乎上倒是有很多人讲过了,我就不展开了。

从量上讲,到底要发多少论文,才够维持研究生培养(即维持一个不太负面的记录以便能不断申请到经费);这个问题是没有原则的,因此就不能讲道理了,必须讲实际情况。

我只以我所在的领域为例,一个普通高校教师(硕导),只每次申请一个国基面上(4年),只有一间实验室(没有自己的办公室)。一个面上的钱,把实验室的水电费交完,学生补助发完,剩下的钱并不多。如果实验室房间数量多几个,那就没有钱去做实际的科学研究了。一个普通老师,每年有一个招生名额,如果连续招生且保持正常毕业,那么同一时间这个老师需要同时指导和资助3名研究生。以我对面上基金的行情认识,一个申请人对一个项目在论文数上的交差,应该是每年两到三篇普通档次的论文(SCI领域内Top2~3,当然你如果发了Nature那你四年只有这篇都OK,依此类推)。实现这个数量的难度,是跟研究方面有关的。材料类有很多可以水论文的研究方向,所以对很多老师来说,实现上述的这个标准并不太难。真正难的是真的保证申请到基金。因为基金项目的评审远不止看你论文数,而且上述的这些论文数只是及格水平。如果你本人水平平庸,申请书写得又很平庸,论文数量和质量又平平无奇,那铁定被刷掉。为了保证拿到钱,你在圈子内的辨识度、论文质量和数量、申请书撰写质量、运气这几个因素,不仅不能都没有,还不能只有一、两个。所以,一个老师还需要努力在前三件事上面进行耕耘(我作为唯物主义者就不在第四件事上耕耘了,但也不排除有其他老师会)。

就算每次保证都能申请到,同时只有一个面上,还是抓襟见肘。最好同时有两个。那么所有上述的耕耘就需要翻倍。就算如此,由于面上项目本身的设置原则,一般不预算超过五万的大仪。一些重要的仪器动辄几十万,光靠拿面上是永远买不起的。更不用说要找房间放,你占用的房间数量必须增加,你的房间使用费、水电费也要加倍。没有这些仪器,你不光申请基金时陈述申请人研究条件时就很尴尬(如果都说实话),实际研究过程总是要蹭其他实验室的仪器或者去排学院和学校公共条件的队。

能跳出这个困难圈的一个方式就是升级,申请重点、重大项目。很显然,这些项目的申请人,需要有一些人才头衔来证明自己的实力。

到现在为止,我都是在讲:假设一个老师完全不考虑自己事业目标,完全只为培养研究生。前面都一直只讲道理,但到了申请经费这一部分突然讲实际了,结果就导致,这个老师必须拿头衔。

更不用说一个老师还要养家糊口,甚至老师也有欲望,想去马尔代夫。但是这些讨论网上已经比较多,都是那些陈辞滥调。庸俗是所有人都很在行了,我就不展开了。

现在我谈一下,一个想要获得道理上的研究生教育的学生应该怎么想。

道理上的研究生教育,是要给你什么?

首先应该是给你十分初步的研究一个具体问题的体验。光从一句科学问题,你如何思考和分析、如何开展文献调查、如何设计技术路线去验证假设,从而得到答案。你通过完成你的课题,需要尽可能从中提炼出一般方法,从而使得你有能力更独立地完成其他不同领域的、不同规模的课题。你经过研究生培养,成为一个能独立做这件事的人。当然,还包括在此过程中增长的理论知识,但是在研究生阶段,理论知识是随课题需要来补充的,它是你做课题经历积累。你是因为做过哪方面的课题所以有相关的理论知识,而不是因为你专门自学过相关的理论知识。什么时候都是先谈你做过哪些课题。重要的已经不是你懂哪些理论,而是你的研究能力,这既包括你理论的积累,也更包括你随着问题的需要快速学习新理论并运用到解决问题上的能力。总之这就是研究生培养的目标,不多不少。

那么,成为一个这样的人有什么用?社会需要吗?哪里需要?需要的程度如何(给发多少钱)?这些都决定了你是否愿意接受一个道理上的研究生培养。

举个例子,如果你其实将来想去企业打工,而企业根本不需要这样的人,那你干嘛还读研?是不是其实只是受人才市场不正常的学历崇拜所裹挟?那你理应后果自负。一个理想上的导师,也只负责在你身上实现道理上的研究生培养目标。实际上,当然有少数企业需要这样的人。它们恰好都是实力雄厚的企业,只是,需要多少?在哪些岗位上需要?何时招聘?这都仍然需要了解清楚。

又例如,你十分清楚何谓研究生培养,也十分清楚你实现了受培养目标之后能进入的行业和岗位等信息之后,才决定读研,希望获得理想中的研究生培养。那么,现实的扭曲是不是已经严重到造成你无研可读了?如果是,那你放弃此想法即是,说自己生不逢时也好怎么都好 。但很多人不是十分清楚前面的所有这些事情,仅仅是因为自己出来的结果不符合当初道听途说从众时的想象,就怨声载道,这不就是典型的巨婴吗?

事实上你远不至于因此而无研可读。全球这么多达国家这么多高校,研究生教育各有风格。哪个导师如何,都能了解清楚。哪怕是一些非常不恰当的诸如“不要找奋斗逼”、“不要找亚非拉”、甚至是“不要在国内读”,假设其原因是“得不到理想中的研究生培养”,都考虑上了你还是有选择。一个明显就是论文工厂的实验室,你为什么去?你原本觉得你能从那里获得什么?你对研究生教育是否只有个人想像?你的失败到底是别人造成的还是你自己巨婴造成的?

大致的道理我已经讲完了。最后我谈谈为什么要谈理想,因为很多人认为成长为成年人应该少谈理想。首先,正如我这篇文章所显示的那样,理想是讲道理,不是指空想,不是所谓“我要投身XX事业”这种简单口号。有很多你们想像中的理想,例如关于“导师应该如何”的问题,在道理上都不存在,何谈实际?其次,正是因为实际情况往往有很多违反道理的地方,甚至整个现实形成了一个逼人不按道理做事的怪圈,你才更需要对“道理上是怎样”十分清楚,以便你就算被裹挟,也至少十分清晰你哪些事情被谁如何裹挟着,同时在一些能脱离这个怪圈哪怕一刻的那一瞬抓住机会,回归道理上做一些事,同时继续不断向未成年人传递理想中的道理。这才是合格的成年人。

你作的选择,谁会理你?独立生存在世上,你只有求仁得仁。没有人能保证什么,一切都靠自己先解清楚,一切都靠预先观察现实与理想的差距。既要确认你是求仁,又要确认你能得仁,都靠自己。

而之所以要了解现实并没有在运行着的道理,是因为现实永远是自相矛盾,甚至充满个体偶然性的。你如果想仅从现实总结出什么能适用于你这一个个体上的规律,必定徒劳。而道理by definition是冲着自洽去设计的。现代文明社会,是通过把道理讲好,然后提倡大家都按道理去做,来尽可能避免现实自相矛盾坑爹的程度。这里面还有很多经济学问题和社会学问题,有很多人致力于这方面,在为这个目标努力。你作为一个非巨婴的普通现代公民,就应该至少有上述自觉,使得你在“求仁得仁”这件事上面,变得稍微轻易一些。

科研新人培训:7. 现代科学测量、科学计算与科学作图

7. 现代科学测量、科学计算与科学作图

这其实是三个题目混在了一起讲,而且这三个题目本身都可以是独立的学术研究方向。我只准备讲一些实验物理领域经常需要的一些基本知识和能力。其实这个题目具体介绍什么内容是次要的。

关于“科学测量”(scientific measurement),我想还是值得“吹嘘”一下其重要性。我在本系列第1部分“科学研究简介”的PPT开篇就讲到,科学这个词的词源是“测量之学”。人类从有文字记载开始就已经思考如何“可靠地”测量(当时还没有现代科学,无法形容为“科学地测量”),今天我们可以去定义什么样的测量才“可靠”,才“科学”。作

介绍完科学测量的重要性,就要涉及到测量的具体问题。首先就是准确度、精确度、系统误差、人为误差、有效数字、量纲分析等实验物理的基本问题。这些知识应该是由本科《大学物理》课程完成的,但不知道是不是本科教学这方面还是不够严格,总有相当一部分研究生在这方面出错,表现出没有学过的样子。

其次就是现代仪器带来的新问题。其实仪器的大量应用本身不是一个新现象了。但是测量仪器带来的新的注意事项,长期没有在我们的本科和中学教育体系中获得更新。关于这方面的感想我之前已经有文章抒发过,就不在这里重复了。

还有一个科学测量相关的议题虽然有点“超纲”,但我认为还是有必要介绍的,就是测量仪器的设计。实验物理研究当中如果只依赖商用仪器,并用只用这些仪器中固化的功能,我想是很难有创新的。真正的创新研究工作是跟方法和手段的创新分不开的。很多成功的实验物理研究生其实都在不同程度上具备简易仪器DIY的能力。那么,到底一共需要了解一些什么知识(同是不需要了解什么更多更深的知识),就可以跨过这个门槛呢?我也想基于我有限的经验来介绍一下,内容大致会包括:一个概念上的测量仪器必备的哪些功能模块;从《信号与系统》的基础知识出发如何实际估计一个设计方案的静、动态特性和信噪比是否满足要求;放大器和滤波器;微机原理;以及DSP、FPGA等高级议题。以上内容,我都不是去介绍原理——这些原理等哪个学生在研究中真的有需要时完全可以自己找书学习。我只就上述这些方面介绍怎么最快速地能够上手实现。其实最简单的入门就是上淘宝买一个arduino学习套装来玩玩。arduino也有一个很庞大的爱好者社区和丰富的网络资料。而且,NI、Linear Technology都有很多从傻瓜到专业的仿真软件可以帮助不同水平的人进行设计。就算是FPGA,也可以买一个DE-2开发板来捣鼓一番做个带触发的hello world就入门了。科学仪器本身作为一个研究领域,也有相关的学术期刊,例如IOP的Meas. Sci. Technol.、AIP的Rev. Sci. Instrum.等,多浏览里面的论文,可以了解到更多的“奇技淫巧”,进一步开扩仪器设计上的思维,在科学研究上就能获得更大的自由。总之,我的演讲还是主要以提高重视、开扩眼界、打消恐惧为主,留待学生自学相关具体内容。

科学计算(scientific computing)为什么本身就是一个研究领域已经无庸赘述。其实我介绍的内容主要是数值方法在实验物理中的应用,结合MATLAB编程来讲述。由于数值方法和程序设计对外行来说有一定门槛,市面上的教材跟科研应用又有一定距离,因此是需要一个有针对性的讲座来帮学生打消这个门槛的。所兴在MATLAB的教材往往会带有数值方法的简介,这方面有很好的教材。首先MATLAB网站上的这一网页的资料就很好。有一本经典教材叫《通过MATLAB进行数值计算》。

科学作图这方面的介绍也是针对我在研究生中看到的一些问题的。学生从本科学习阶段就已经从课本上看到很多图表,更不用说到了研究生阶段从论文中看到更多类型的图表了。所以一般来说面对自己测得的数据(data),学生凭直觉能够选择正确的图表类型去展示(illustrate),或者用近年来特别流行的词——可视化(visualize)。事实上data visualization也是一个学术研究领域。很多科学作图软件的功能是融入了很多新的研究成果的。

回到学生的问题上,首先是有些时候学生选择了不恰当的类型的图来展示自己的数据。那么如何跳出具体的错误案例?能否一般性地告诉学生选择正确类型图表的原则?事实上很多人没有意识到的是,数据、图的本质是函数。无论是数据表也好、图也好,你要告诉读者的总是一个函数关系。那么,你这个函数,是标量函数还是矢量函数?是标量场还是矢量场?是多少维空间的?这是首先需要明确的。然后就可以向学生罗列,不同类型的函数都可以有什么相应类型的可视化方法。这样就不会乱选乃至选错类型了。其次,学生经常漏掉或者错误地处理图中的各个元素(座标轴标签、图例、单位等等)。第三就是如何使图更简明美观的问题,这并非是一个美术问题,而是有很多研究的,例如color schemes、font families/weights等方面给读者产生的效应以及相应的原则。很多学生不注意这些方面,图很“丑”。

最后,未来几年的一个可能的趋势是交互性的数据图,一些期刊出版商已经鼓励投稿人支持这样的功能,所以也可以作些介绍。

科研新人培训:6. 怎样撰写论文

6. 怎样撰写论文

第6点到第12点的内容,我准备的具体资料很少,只能谈一下我的想法。

我在第4部分“提高英语水平”中已经介绍过写作能力如何提高,那里面所介绍的资料已经是针对academic writing的。撰写论文的能力当然包括语言表达能力,是跟第4部分重复的,在这里就不讲了。除了语言能力之外,撰写论文还有其他需要了解的常识。哪怕是这些常识,网上也长期有着大量的经验分享。所以在这个题目下我只想挑选一些我觉得有必要给国内的研究生介绍,又在各类经验分享中比较少见的几个小主题。

  • 英语文章的排版常识

我不知道现在学生上的英语课情况,我10年前的英语课是跟“打字”(typing)脱勾的。英语课只负责教你手写(handwriting),所以英语标点、排版和格式(puctuation/typography/style)方面的问题比较陌生。我也不是这方面专家,我希望做到的是提醒大家这方面的知识也有系统性的资料可以参考(而不是光靠点滴片面的“积累”)。我以前自己学习时有一些资料,但我还没有全面地在网上查过,暂时就不急着作过多推荐了。但有几个我相信绝不会错的资料,那就是出版商给出的Style Guides。例如ACS Style GuideStyle and Notation Guide for Physical Review/Physical Review Letters。虽然这些主要是供人在投稿前参考的,但我认为这些资料的经典性值得当作教材或范本来预先学习,并应用于除了向这两个出版社投的稿之外的一切学术写作中。

  • 学术论文体裁分类、各章节的功能和相互逻辑关系

这方面的知识,其实大多数研究生通过自己阅读大量论文本来应该能够学到。我只是感觉近年来“论文市场”有一个变化,越来越多的论文并不是这方面的好榜样了。所以还是值得把这些问题抽出来专门地讲讲原则性问题,求乎其上,得乎其中。其实,关于“各章节功能和逻辑关系”,也不是只需要直白的介绍就够的。了解这些的目的其实是解决很多实际困惑。例如,我现在做了很多实验,得到了很多数据,也感觉知道了一些知识。那么,应该报道什么呢,哪些数据可以拿来发表呢?如果你知道,一篇论文合不合格,跟你所做的研究好不好是两回事;知道一篇论文的数据(Results)必须是一起支持这篇论文的结论(Conclusions)的,那你就会知道为什么常常提倡先从确定和撰写结论部分入手去撰写一篇文章。甚至,当你十分清楚论文的逻辑要求时,你在设想你的研究的最初阶段,就会很有意识地采用这样的思维模式:你问的问题是什么?会有哪几种答案?每种答案若要成立,必须看到哪些证据?使得你的实验工作不走弯路,每个花了时间做的实验都必然能够证实或证伪同一个核心假说。我目前推荐D. Weitz组网站上提供的一篇小指南