科研创新的基础：思维方式

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收藏 2014-02-27

   创新是人类社会进步的阶梯，科研创新则是一切创新的核心；但科研创新是一个艰难的过程，而思维方式的创新则是难上加难，因为懒惰的你我已经习惯了“拇指法则”式的直线思维逻辑！
   最近关于创新体制，诺贝尔奖的讨论比较多，我也同意曹聪博主关于中国得了诺贝尔奖焦虑症的结论（http://blog.sciencenet.cn/blog-45671-739378.html）（当然在世界上任何国家，发展到一定阶段，都渴望被认可，尤其是在最高端比赛上得到好成绩。）。赵斌博主给出了一个建议，在大学养成好的学习习惯和理念（http://blog.sciencenet.cn/blog-502444-739165.html），我也大体认同，但是总感觉我们缺的不是这些东西，到底是什么让我们那么急功近利，那么追逐热门？我想并不是我们的知识欠缺，因为我们可以消化所有的资料并且能够运用到产品上。但是我们却提不出好的理论、方法和系统方案。其本质的原因到底是什么呢？我想可能更深层次来自于我们没有培养起有利于创新的思维方式，没有掌握更加科学的思维方法。尽管查了一些资料，但是都觉得没有全面的分析这个问题。当然也有一些书系统的讨论，比如怀特海的《思维方式》，以及关于各种思维方式的总结。个人以为针对中国人的思维方式，我还没有见到非常深入系统的讨论。
正如百度百科中写道：“思维方式是人们大脑活动的内在程式，它对人们的言行起决定性作用。”正是我们的思维方式导致了我们的行为结果不那么理想，未来如果我们要有所突破，也一定是在思维方式上有所提高而得到更好地结果。人并不是生来就具有思维能力，思维能力是后天的学习结果，是人和外界活动以及知识互动的结果。这样一来，人的思维方式就离不开具体环境、特定的历史时期、一定的社会教育模式以及人类的总体知识水平。这是个迄今还不能完全明确的一个课题，涉及到诸多学科，包括生理学、心理学等，现在各国关于脑计划的研究风起云涌，但是这个课题在可预期的20年内恐怕不能得到充分的解决。个人以为，创新的过程是各种思维方式的综合运用，在特定的时间空间和知识体系内发挥了综合作用，从而得到了最好的效果。
   我们虽然无时无刻不在利用思维模式或者思维方法，但是我们每一个人很少在自觉地训练或者调整自己的思维方法，大多数还是属于朴素的本能的利用自己的思维能力，这就限制了我们每个人去充分的挖掘自己的潜力。下面几点关于科学研究的思维模式也许能够有所启发。
   模式一、直线思维
   直线思维是人们最常使用的思维方式，也是最简单和最本能的方式。这种思维的方式就是用直线去理解当前的状态。从当前点出发，用刚发生过的事情建立方向，用直线去预测结果。这种思维的好处是，人比较省力，用起来很简单，从人类节约自身体力角度看，这是最佳选择。但是这种直线思维有好处，也有很大的坏处。当未来趋向于变化尤其是剧烈变化的时候，直线思维的结果就产生很大的偏差。比如，农民种菜养猪种庄稼，一窝蜂，都是因为去年或者在过于的某个时期，某种产品的价格提高了，产生了很大的利润，因此，预测未来会继续高价格。从表面看，这是显然不对的命题，尤其是当大家都用类似的思维的时候，就产生了撞车现象。这种对于有众多思维集成得到的结果不适合直线思维。对于科研也是如此，热门的科研让人看到了效益，于是所有人都趋利性的追逐热门，自然也会产生撞车现象。但是直线思维也有其好处，就是不会产生对现实的过度解读。中国人很奇怪，很多很简单的事情反而想的复杂了，比如，关于人际关系构成的社会问题，中国人很少采用直线思维，而是充分挖掘历史，过度解读当前，形成了集体焦虑。对于社会关系来说，直线思维形成简单的契约社会，人和人之间没有复杂的心理暗示。因此，正确的使用直线思维就很重要。
    模式二、逆向思维
   逆向思维是讨论比较多的一种思维方式，顾名思义，就是按照当前的反方向思考。其目的是否定当前的状态，向相反的方向寻找目标。这种思维在年轻人成长的过程中都会遇到，就是我们常说的叛逆期。也许当前遇到的问题或者路线是正确的，在刻意的逆向思维上也要假设为不正确。但是，一旦人过了叛逆期，逆向思维并不能持久的保留。大多数人会发现，逆向思维的结果充满了风险，从规避风险的角度看，人的所谓成熟之后，消除了逆向思维能力，就是为了降低风险。但是对于科学研究来说，逆向思维是必不可少的。当所有人肯定或者否定一个命题的时候，就形成了一种集体意识，这种集体意识的能力可以压倒绝大多数人的判断力，从而不敢用逆向思维，生怕由此产生严重不良后果。对于科学研究来说，采用逆向思维的同时，需要提前预估好风险，在可接受的情况下，采用逆向思维的结果。这就能够解释为什么早期那些大科学家都要有一个宽裕的条件，不光是为了做实验，更多的在于能够抵抗风险。穷人经不起折腾，一点点风险都可能导致生命的结束，因此在苦难中长大的人，往往逆向思维能力较弱，就是因为对于风险带来的后果更加敏感。
   逆向思维的例子很多，去年国内中南大学有个青年才俊——刘路就是最好的例子。当绝大多数数学家试图用正向线性思维逻辑去思考问题而不得其解的时候，刘路却运用逆向思维逻辑、从反向论证了困扰国际数理逻辑界17年之久的“西塔潘猜想”。
   模式三、差异思维
   差异思维类似于逆向思维，但是有所差别。差异思维强调的是，即便当前的状态或者命题是正确的，也可以另辟蹊径，寻找不同的路线。这种思维方法对于科研是非常有意义的。我们常说条条道路通罗马，就是这个意思，通往问题最终解决的技术路线肯定不止一条。就好比，通往山顶的道路很少只有一条，而不同的道路的代价是不同的。中国的学生在差异性思维方面得到的训练是很弱的，甚至是刻意规避差异思维。因为我们的考试制度规定只能有一个标准答案，其他逻辑等价的答案可能都不给分，这就导致我们的思维故意给每一个问题都只保留一个选择。我想，这是阻碍我们进行创新的致命弱点。差异性思维对于科研方向和技术路线的选择是至关重要的。
   模式四、跳跃思维
   跳跃性思维顾名思义，并不是按部就班的思考，而是间断性的向某个方向跳起并落下。这在科研难题的突破上是非常重要的。在很多情况下，一个难题往往不能直接看到解决方案，其原因在于解决方案离当下有一个小小的鸿沟不容易跨越，如果按部就班可能就掉入了鸿沟。但是跳跃思维可以跨过小小的鸿沟，达到新的道路。但是跳跃性思维要求人具有很强的活力，也就是大脑的活动能力较高，思维过程可以跳起来，并不是每一个人都能做到的，必须保持旺盛的精力和脑力。这种能力的外在表现就是异想天开，有时候灵，有时候不灵，但是对于科研来说，没有跳跃性思维，就只能解决一些逻辑上复杂，而思路上平凡的课题。很多中国学者都属于缺少跳跃性思维，而只能帮别人解复杂问题的科学工匠。
   模式五、归纳思维
   归纳思维是一种人对外界信息处理的手段。我们经常看到很多学习很刻苦的同学，学习成绩和效果并不理想，其原因就在于不善于归纳总结。同样的错误需要犯3次以上，甚至无数次（这种学生按照孔子的说法，就是不能教，需要用棒喝手段才行）。这样的同学就是缺少归纳思维。事实上，归纳思维的恰当利用，能够在短时间内对复杂的信息建立各种模式，只要熟记几个简单的模式，就达到了对无穷多个可能的事实的掌握。这种思维也并不是每一个人都具备的。很多人能够很快的学习，就是因为归纳思维运用得当。当然归纳思维也存在误区，就是过度归纳。人的经验总是有限的，未知的总是无限的，有限的思维导致有限的模式，生搬硬套式的归纳并直接应用可能导致教条主义或者经验主义。
   模式六、跨跃思维
   跨跃思维类似于跳跃思维，但是跳跃思维具有随机性，而跨跃思维则是能够直接看到正确的方向。在王元写的《华罗庚》书中，多次提到华罗庚具有一种直接思维能力，这种直接思维不同于直线思维，而是能够绕过中间的某些障碍，好比，能够看到山后的景色。那个超级聪明的印度数学家之所以虽然年轻，就被哈代一生印象深刻，其原因也在于超强的跨跃思维能力。这种能力还不能被人真正的了解，我们只能看到有些人具备，但是如何培养，如何提高，还不得而知。不过我们总把这种具有跨跃思维能力的人称为天才。当然，我们几乎所有人都不能是天才。

续篇详见：科研创新的基础：思维方式（续）
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