科学发现的底层思维模型：如何透过现象看本质.docx

作为老师，你教的是科学“知识”，还是科学“思维”？科学知识与科学思维不同。科学思维是一套做科学研究的认知模型，它并非科学知识本身,而是产生科学知识的“生产线”。很多老师做科研、写论文比较困难，本质上是没有理解和掌握科学研究的认知模型，以及缺乏相应的能力。无论是做科学研究、写论文，还是复盘总结、个人成长，其核心问题都是：如何从数量庞杂的大量数据、事实、经验和表面现象中，发现内在的本质规律？以下介绍一个在科学研究领域被普遍采纳和推崇的“科学发现的底层思维模型”：1 .无规律的碎片化信息的积累2 .寻找这些碎片的内在关联性3 .试图归纳和建构一个能够整合所有已知发现的框架模型4 .依据框架模型反过来指导人们发现新事物、解决新问题首先，无规律的碎片化信息的积累，积累的“素材”越多，越容易提炼内在规律比如：新化学元素的不断发明，为元素周期表提供了“素材”，如果只有3、5、10种元素，再天才的人也不可能找到其内在的规律；再比如：如果没有第谷穷其一生所做的大量天文观测数据作为基础，就不可能有开普勒的“行星三定律”。在物理、化学的发展中，这主要体现在大量的“实验现象”与“实验数据”（比如，摩擦起电现象、炼金术）在自然地理中，大量新地区、新地形、新气候条件的发现，在生物学中，大量新物种的发现，在初期都是相当“碎片化”的。其次，寻找这些碎片的内在关联性：比如：1829年，当化学元素达到54种时，就有人发现了锂钠钾、钙锢钢、磷碎锦、氯澳碘等15种元素,他们每3个一组、具有相同的性质，被称为“三元素组”。当1865年，当化学元素达到61种时,就有人发现每隔7种元素就会出现性质相似的元素，如同音乐中的音阶一样，因此称为元素“八音律”。再比如：开普勒从第谷的大量天文数据中，提出了“行星三定律”。1609先找到了两个较为简单、明显的“定律”：第一定律（椭圆律，行星都绕着太阳转、且太阳为焦点）和第二定律（面积率，相同时间扫过面积相同），10年后又通过大量数学计算得出第三定律（周期率，a3T2=k）可想而知，在大量的数据、信息中，想发现关联性，有些表面上的关联是比较容易的，只需要总结、归纳即可一一比如化学中的“三元素组”，生物中的界门纲目的划分，地理中地形的划分，主要是根据表层现象的总结、归纳、分类而成。有些却是极难的，比如物理、化学的微观世界中，微观构成、以及内部运转机理是不能直接感知的，当然也就无法总结与归纳，只能依靠大胆“猜想”、甚至“创造”（编造）。比如：摩擦起“电”，电子至今也看不到、也“测不准”，这个概念当初就是凭空被“创造”出来；化学“键”，真的存在一个“键”把两个原子连起来吗？一一这就是猜想+联想+类比的结果，只要能成功解释现象就好，至于事情的真相是不是真的是这样，谁知道呢