如何提出研究問題和研究假設? | 科學研究的方法(二)
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編者按: 做科學研究,首先要學習做研究工作的方法。所謂 「工欲善,必先利其器」,這句話就是講改進和完善自己工作方法的重要性。 作者蔣百川博士後期間,因教授Flom 「世界上有多少事沒人做過,你做得過來嗎?這不能成為你要做這個研究的理由」的反問,開始認識到學習 「研究方法」 的重要性。之後蔣百川進行了相關課程的學習,並在實踐中不斷改進,逐步掌握了這方面的知識。2013年他退休後開始陸續撰文分享積累的經驗、心得體會,並匯聚成一本《科學研究的方法》。《知識分子》獲作者授權,將陸續為大家分享書中內容,此為該系列的第二篇。
撰文 | 蔣百川(美國諾瓦東南大學教授)
責編 | 鄧志英
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3.
如何提出研究問題和研究假設?
(1、2節請見本系列第一篇)
在上節中(閱讀文獻與綜述的寫作),我講到對於剛進入研究領域的科學工作者,首先是需要進行閱讀文獻與寫作綜述。這就像我們去海邊游泳時,先沿著海灘走走,看看水面的情況,有時候還用手捧起一點海水抹抹身體,活動一下,這都是 「下水」 之前的準備工作。
在文獻看得差不多了,綜述的寫作也開始後,就應該想一下,怎樣著手我自己的研究工作。這時候首先要問自己,我的總的研究方向是什麼,也就是打算干三、五年,甚至一輩子想要研究的東西。譬如拿我來說,從做博士論文開始就把方向定在研究近視眼,因為一是感到有社會需要,二是自己有興趣。直到七十歲退休,主要的研究工作都是圍繞在這個領域。確定了總的研究方向以後,便要考慮現在從哪一點著手。這就是要提出你當前要著手研究的問題是什麼?我主張是從大處著眼、小處著手。研究方向要定得長遠,研究問題要定得具體。
研究問題(Research Question)究竟是指什麼?
a. 首先必須是你有興趣去研究的一個問題;
b. 是具有挑戰性的吸引人的問題;
c. 是與已有知識密切有關的問題,通過研究這個問題,其答案可以加深或擴大我們原有的認識;
d. 是一個簡單而直接的問題,應該避免抽象而不具體的問題以及有太多變數的問題;
e. 研究問題必須有可行性,也就是通過實驗、觀察、調查等可以找到答案的問題。
對於剛剛起步的研究工作者,開始時要把研究問題定得簡單一點。但是簡單並不等於沒有深度和難度,不等於不能有重大發現。切記:「Garbage in, garbage out」,好的研究結果來自於提出好的研究問題。科學工作和成果是要逐步積累的,這就像打仗一樣(雖然我沒有打過仗,但很喜歡看描寫戰爭的歷史小說),總的目標是消滅一個集團軍或攻下一座城市,但真正打起來,還是要以每次消滅一個連、一個營,攻佔一個據點為一次行動的目標。一個成功的科學家就應該像一個將軍,他會在一個領域發表一系列的文章。起初時候旁人不知他的最終目的,但在一個階段之後,你會發現原來他是有步驟有計劃地解決了一個大問題。
在確立自己的研究問題時,關鍵是學會將一般問題轉化成一個可以研究的問題。記住,不是所有的問題都可以轉化為研究問題。例如,我們經常有很多 『想法』,這可能是潛在的研究問題,但是將它們轉化成真正有意義的研究問題不總是很容易的。
我認識一位資深教授,毎天上班,他都會給他的學生帶去很多奇思妙想,然後讓他們作為課題去研究研究。我以為其實他還不懂將他的這種想法轉換成研究問題的重要性,這樣的風格也害苦了他的研究生,他們有時候不知道如何著手,有時候是浪費時間和財力,只做出一些垃圾的東西。
此外,形成一個研究問題,需要你在相應領域有豐富的知識,熟悉有關的研究方法,還需要你長期的用心思考,特別是在閱讀與掌握已有文獻之後,要能找到在現在的研究結果的基礎上再深入下去的突破口,對於初學者來講,這方面是會有困難的。所以在開始時應多求得導師的指導和幫助,多與同學討論,並且每次做研究時要有目的地學習如何才能形成一個好的研究問題。
在形成研究問題時,關鍵在於概念的應用及假設的提出。此時,必須將概念轉化為可以量度的變數。當一個概念(concept)可以用數值來量度時,這個數值就稱之為變數(variable)。
下面用具體的例子說明無法量化的和可以量化的概念,例如:這個菜很好吃、睡得不香、不喜歡這個電影、他是一個好人,這些都是屬於無法量化的概念;這個程序很有效、這個醫院對病人有高質量的服務、這項工作很浪費時間、在這個單位有歧視婦女的情況,則屬於可以量化的概念。
有時候,需要先從概念到指標(index)再到變數。例如:富有,學術成就是兩個概念。與它們相對應的指標有,(富有)收入、固定資產,(學術成就)學位、業績、職位等級、研究成果、學界地位等。與這些指標相對應的變數則是,(富有)年收入、房產、汽車、存款、投資、其他財產,(學術成就)學士/碩士/博士、所教課程、講師/副教授/教授、發表文章數量/雜誌影響因子/文獻引用次數、學會/專業雜誌中職務等等。
關於變數的種類大扺有:
a. 從因果關係的角度:分自變數、因變數、外部變數(或稱中介變數);
b. 從研究設計的角度,自變數有主動型和屬性型兩種;主動型是可以被操作、變化或控制。如在一種刺激/反應關係的測量中刺激值就是主動型自變數的例子(而反應值則是因變數)。屬性型是不能變化或控制,例如受試者(物)的特徵,如年令、性別、教育程度等。
c. 從測量角度來看待變數,也會有兩種途徑劃分變數種類:即測量單位是離散型的(命名的或序數的)或連續型的,以及測量單位是定性的或定量的。
以下舉一個例子來說明上述的步驟:某社會學工作者對酒精中毒這個危害社會與個人的問題很感興趣。他把這個問題細分為如下方面:酒精中毒的特徵、形成過程、對家庭的影響、社會對酒精中毒的態度、對酒精中毒者的處理模式及有效性等等。然後他選擇其中之一,以 「酒精中毒對家庭影響」 作為研究工作的首要方面。據此提出如下研究問題:
酒精中毒對婚姻關係的影響;
酒精中毒如何影響兒童的生活;
酒精中毒如何影響家庭的經濟。
進一步他需要檢查一下,為實現這些研究目的,
所需的工作量,
他的時間,
他的財力,
他或他的導師在這方面的技術專長。
最後再重複思考一下:
是否對此問題的研究真正有興趣,
是否同意這個研究目的,
他可利用的資源(如受試者、時間、財力),
自己的專長能否勝任這項研究。
在這幾點上都得到肯定之後,他便可以確立這項研究工作的研究問題。
在形成研究問題的基礎上,可以進一步提出研究假設(hypothesis)。「假設」是研究者對於實驗結果的一種嘗試性的猜測,它的正確與否還是末知的,大部分情形是在討論兩個或多個變數之間的一種特殊關係。通常,一個假設可用實驗或觀察加以支持或否定。一個假設證錯容易,但要證對不易。
一般來講,研究假設有如下的特徵:
a. 假設必須是簡單和單一的;
b. 假設必須是可以被驗證的;
c. 假設必須是與已知的知識有聯繫的;
d. 假設必須是可操作的。
研究假設的形式,從推演角度來看,分歸納式或演繹式,從表達角度來分,有敘述變數之關係式及敘述變數之差別(Null hypothesis,零假設)式。
下面再用一個實驗設計來說明怎樣形成的不同研究假設。
有一個研究的目的是:母子保健服務(MCH),營養品免費供應(NS)和嬰兒死亡率的關係。在研究中,研究者將所有被考察與跟蹤的嬰兒分為四種情況:
1)同時享有免費營養品及母子保健服務(MCH+NS),
2)僅享有母子保健服務(MCH),
3)僅享有免費營養品(NS),
4)均不享有母子保健服務及免費營養品(對照組)。
於是,可以有好幾種方式來形成研究的假設:
1)不同的處理方式不會影響死亡率 (零假設),
2)MCH+NS 組相對於其他三組有較低死亡率 (差別假設),
3)嬰兒死亡率在MCH 組在五年內將被控制在3%的水平 (患病率假設),
4)嬰兒死亡率在五年內在MCH 組比NS 組低3 倍 (關聯假設)。
本文大致上介紹了在科學研究開始階段,研究者必須思考並明確提出研究問題,並進一步對研究結果提出假設。只有好的可行的問題,才會有好的研究結果。研究者經過自己不斷地探索、艱苦地工作,通過驗證一個個假設,才可能上升到建立理論,甚至確立為定律。
現在有些人往往把理論與應用對立起來。我的兩位導師(美國),他們在退休前寫的最後一篇論文,都不約而同地總結了自己多年從事科學研究的體會,他們的結論是,好的理論工作必然來源於實際問題,實際問題的真正解決又靠理論上的突破,兩者相輔相存,交叉地發展和前進。這一點我將會在今後的文章里再作詳述。
下一篇,將講述《科學研究的方法》中「實驗的設計」。
作者簡介
蔣百川
美國NOVA東南大學教授,國際級眼視光學專家、美國視光研究院研究員,衛生部近視眼研究所外方所長。
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