把科學(xué)研究的問題和想法變成一份規(guī)范的專業(yè)研究方案

學(xué)生產(chǎn)生了研究的問題、對研究課題有了構(gòu)想并且作了大量的背景研究梳理，是否可以真正開始做實驗了呢？好像還有不行，從《STEM項目學(xué)生研究手冊》（以下簡稱《研究手冊》）你會發(fā)現(xiàn)，還有很多細(xì)致周密的工作要做：撰寫假設(shè)、撰寫研究方案，以及設(shè)計組織一個實驗記錄本，這是學(xué)生把對問題的想法和研究構(gòu)思按照科學(xué)研究的方法形成一個可操作的實施方案中的3個重要環(huán)節(jié)。只有經(jīng)過這3個步驟之后，科學(xué)研究實驗才能正式開始，或者說才能真正開始收集用于得出研究結(jié)論的數(shù)據(jù)。

@字斟句酌的假設(shè)

先說假設(shè)。很多指導(dǎo)教師和學(xué)生也許都知道科學(xué)研究的過程中要針對研究問題提出假設(shè)，并通過科學(xué)實驗收集數(shù)據(jù)和信息，經(jīng)過統(tǒng)計分析判斷假設(shè)是否被研究所支持，從而解釋或回答提出的研究問題。但學(xué)生是否能認(rèn)識到什么樣的假設(shè)是一個“科學(xué)假設(shè)”？科學(xué)研究中的假設(shè)應(yīng)如何措辭？學(xué)生和老師是否做到了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙Υ僭O(shè)？在整個研究的過程中，往往只有一句話長的假設(shè)陳述看似簡單，但要寫得科學(xué)規(guī)范則需要謹(jǐn)慎地斟酌措辭。一個合格的“科學(xué)假設(shè)”的陳述必須是可測的，也就是說假設(shè)中的文字措辭必須清晰地說明如何進(jìn)行實驗才能讓自變量與因變量關(guān)聯(lián)起來。否則，不可測的假設(shè)將直接影響后續(xù)研究的順利進(jìn)行。《研究手冊》中給出了一個假設(shè)草稿修改了4次才成為一個科學(xué)假設(shè)的實例，這個過程就是從“簡單草率”到“科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)”的發(fā)展演變。學(xué)生只有在做了較充分的背景文獻(xiàn)研究分析，掌握了一定的科學(xué)事實，并經(jīng)過認(rèn)真思考后，才能夠?qū)懗隹茖W(xué)的假設(shè)。假設(shè)一旦設(shè)定，學(xué)生也許會發(fā)現(xiàn)他們還需要進(jìn)一步深入文獻(xiàn)資料研究。假設(shè)是學(xué)生在提出研究問題、完成基本的背景研究之后，統(tǒng)領(lǐng)研究實施的一條主線，將一直貫穿到實驗結(jié)果的統(tǒng)計分析等很多環(huán)節(jié)。

@寫一個像“菜譜秘籍”一樣的研究方案

學(xué)生動手?jǐn)M寫研究方案時，教師可以給出一些規(guī)范的研究方案的格式體例，以便他們可以依葫蘆畫瓢仿寫，確保包含基本的研究方案格式和內(nèi)容。撰寫研究方案遇到的最大問題是學(xué)生是否真的理解他們打算做什么，這份方案是否足夠詳細(xì)，別人是否能夠依據(jù)研究方案重復(fù)實驗。打個不太準(zhǔn)確的比喻，研究方案像一個菜譜，別人要能按照設(shè)計的菜譜制作出同樣味道的菜肴才可以。為了讓研究方案能達(dá)到這個目標(biāo)，《研究手冊》給出了很好的建議，這些建議也許是常常被學(xué)生忽視或者誤解的。

首先，撰寫研究方案時需要進(jìn)行一些預(yù)試驗。撰寫一份研究方案的過程其實也是一個研究的過程，研究的目的就是要提高實驗設(shè)計的可操作性，增加正式實驗研究的成功幾率。采用預(yù)試驗的方法可以讓學(xué)生解決無法在研究方案里寫出如何確定實驗步驟細(xì)節(jié)的問題，并且可以讓學(xué)生修正、改進(jìn)實驗步驟。例如，預(yù)試驗?zāi)茏寣W(xué)生找到更好的實驗材料，進(jìn)行測量工具的使用訓(xùn)練，篩選出最優(yōu)測量方法，修改完善調(diào)查工具等。

其次，方案中一定要確定數(shù)據(jù)收集的頻次并描述數(shù)據(jù)收集的過程。數(shù)據(jù)收集頻次也就是“多久記錄一次數(shù)據(jù)”或“每個實驗組要測試幾次”。實際上，對這個問題的回答能考查學(xué)生是否理解了研究實驗的核心。只有做了很充分的背景文獻(xiàn)研究和預(yù)試驗，對研究對象和測試方法有了充分了解的學(xué)生才有可能確定數(shù)據(jù)收集的頻次。如果對于數(shù)據(jù)收集的過程描述不清晰，不能明確如何維持進(jìn)行實驗實施的條件，將可能導(dǎo)致實驗開始后以及分析結(jié)果時出現(xiàn)嚴(yán)重問題，導(dǎo)致實驗不能繼續(xù)、數(shù)據(jù)不足以滿足假設(shè)驗證的需要或者存在無效數(shù)據(jù)而干擾結(jié)果分析。實驗方法是研究方案中最重要的部分，而數(shù)據(jù)收集是實驗方法的關(guān)鍵。《研究手冊》中提出了一系列關(guān)于數(shù)據(jù)收集的問題，在實驗方法闡述部分，學(xué)生如果能逐一回答這些問題，就可以保證研究方案在方法部分設(shè)計得足夠詳盡，基本可以滿足檢驗研究假設(shè)的需要。

此外，學(xué)生還要很好地思考用什么樣的文字表述研究方案，這涉及科技寫作的問題。優(yōu)秀的科技寫作應(yīng)該簡練而準(zhǔn)確，語句不能繁冗，語氣不能浮夸。《研究手冊》對科技研究文章中的語態(tài)和人稱代詞的使用進(jìn)行了比較分析，并介紹了目前科技寫作風(fēng)格的偏好和分歧，這對于初學(xué)者很有參考價值。

管理實驗原始數(shù)據(jù)

研究方案有了，并且足夠清晰，那么能開始實驗了嗎？一般認(rèn)為似乎應(yīng)該可以了。但是，《研究手冊》中關(guān)于實驗記錄本設(shè)計和組織的描述讓我們看到，這里還有諸多工作需要在實驗開始前籌劃好。在一些學(xué)生的科研項目展示和比賽里，我們會看到有的學(xué)生能夠做出非常漂亮的展板及酷炫的PPT展示。當(dāng)真正的內(nèi)行查看他們的實驗記錄本時，看到的卻往往是令人遺憾的業(yè)余且簡陋的研究記錄。這說明學(xué)生沒有學(xué)會使用實驗記錄本這個非常重要的組織工具管理他們的原始數(shù)據(jù)。也許他們認(rèn)為只有研究方案和論文才需要正式和規(guī)范，原始數(shù)據(jù)就是個人的“工作草稿”。

《研究手冊》首先就明確了記錄原始數(shù)據(jù)的實驗記錄本是研究項目中非常重要的正式的研究工具。特別是除了數(shù)據(jù)之外，它還需記錄研究者在實驗過程中的思考和推斷，是一個研究中關(guān)于實驗的自我對話日志。在設(shè)計并建立一個實驗記錄本的時候，《研究手冊》提醒學(xué)生記錄本的設(shè)計應(yīng)能保障原始數(shù)據(jù)的真實性和可靠性，避免隨意刪改不理想數(shù)據(jù)的可能性。一旦研究事實被寫入記錄本，就不能被修改或刪除，在這方面書中還給出了很多具體的實用方法。此外，《研究手冊》介紹了基于互聯(lián)網(wǎng)使用現(xiàn)代科技手段建立在線實驗記錄本的方法。這種方法不僅可以提供數(shù)據(jù)建立的歷史記錄功能，即在文件和網(wǎng)頁上所做的包括日期和修改人在內(nèi)的任何修改、增刪都能被記錄下來，而且為小組多人合作進(jìn)行實驗記錄提供了便利。

在實驗數(shù)據(jù)收集記錄的過程中，對以小組為單位開展的研究會遇到的問題，《研究手冊》中進(jìn)行了分析，給出了解決分工和設(shè)計一個小組實驗記錄本的建議。書中提出，小組研究的角色分工應(yīng)該有一次正式的會議討論，意見達(dá)成一致后，每個組員要簽署一個研究工作合作協(xié)議，附在實驗記錄本內(nèi)，并抄送給指導(dǎo)教師。這樣的方法在國內(nèi)的學(xué)生研究項目中并不多見。但這看起來是個非常不錯的研究工作組織方法，可以讓所有參與者公平地分配任務(wù)，在實驗過程中可以提醒每個人隨時注意自己和別人的任務(wù)角色是什么，同時也便于指導(dǎo)教師了解和跟進(jìn)每個組員的工作進(jìn)度。

《研究手冊》還介紹了實驗記錄本的內(nèi)容和格式規(guī)范，其對準(zhǔn)確性和細(xì)節(jié)的要求程度比之研究方案和研究論文的寫作有過之而無不及。需要特別指出的是，實驗記錄本里有一個部分專門記錄在研究的過程中研究者與他人的通信和溝通。例如，在實驗過程中指導(dǎo)教師給出的反饋意見；小組研究過程中對成員角色和任務(wù)分工的討論；以及影響到研究的所有小組討論內(nèi)容等。記錄內(nèi)容既包括書面郵件，也包括面對面討論交流達(dá)成的結(jié)果。這部分記錄是研究項目中除了研究數(shù)據(jù)外的另一類歷史檔案，能記錄下在實驗研究過程中每個與實驗有關(guān)的人都做了什么、說了什么、發(fā)生了什么，研究過程中研究者的想法和觀點都被記錄下來。如果在實驗過程中遇到了沒有預(yù)期到的問題，實驗設(shè)計需要進(jìn)行調(diào)整時，調(diào)整的原因和過程也應(yīng)被如實記錄。

關(guān)于實驗記錄本的核心——數(shù)據(jù)表，《研究手冊》給出了一些如何組織設(shè)計的建議。即使在研究方案中關(guān)于實驗方法的部分對于數(shù)據(jù)收集的過程有足夠充分的描述，學(xué)生仍然要在實驗記錄本上花時間仔細(xì)想想如何用合適的表格把定性或定量的數(shù)據(jù)很好地呈現(xiàn)出來。因為實驗設(shè)計中收集的數(shù)據(jù)類型不同，可能需要設(shè)計不同的數(shù)據(jù)表格，為后面的統(tǒng)計分析打下良好的基礎(chǔ)。《研究手冊》對此給出了很具體的指導(dǎo)建議，例如定性數(shù)據(jù)和推論表、定量數(shù)據(jù)表，以及其他變量影響數(shù)據(jù)表等。學(xué)生通過組織設(shè)計一個實驗記錄本的實踐，可以深刻理解在科學(xué)研究過程中，如何有組織地收錄、展示數(shù)據(jù)比選擇用什么方法記錄數(shù)據(jù)更重要。

磨刀不誤砍柴工，當(dāng)上述3個步驟學(xué)生都考慮周詳，并且充分準(zhǔn)備好之后，實驗研究工作就可以開始了。這3個步驟的學(xué)習(xí)實踐可以更好地培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，掌握專業(yè)的研究方法，以及提高把研究想法和基本設(shè)計轉(zhuǎn)變成可實施的研究活動的能力。