编者按： 

      做科学研究，首先要学习做研究工作的方法。所谓 “工欲善，必先利其器”，这句话就是讲改进和完善自己工作方法的重要性。

      作者蒋百川博士后期间，因教授Flom “世界上有多少事没人做过，你做得过来吗？这不能成为你要做这个研究的理由”的反问，开始认识到学习 “研究方法” 的重要性。之后蒋百川进行了相关课程的学习，并在实践中不断改进，逐步掌握了这方面的知识。2013年他退休后开始陆续撰文分享积累的经验、心得体会，并汇聚成一本《科学研究的方法》。《知识分子》获作者授权，将陆续为大家分享书中内容，此为该系列的第四篇。

 

撰文 | 蒋百川（美国诺瓦东南大学教授）

 

数据的采集和处理

   

    “我是学实验物理的，实验是自然科学的基础。理论如果没有实验证明，是没有意义的。当实验推翻了理论之后，才可能创建新的理论。理论是不可能推翻实验的。”

——丁肇中

    1.数据收集的方法

    必须认识到，没有一种收集数据的方法可得到100%的准确和可靠的信息。数据收集的质量决定于若干因素（这在下面讨论各种方法时会谈到）。

    作为一个研究者，你的研究技能之一是注意这些因素。一个有经验的和非专业的人员的主要差别在于他们是否懂得这一点，并能在数据收集过程中控制这些因素的影响。

    精密的测量，仔细的观察，克服主观的倾向（bias），了解测量的精度和误差，都是实验者应有的素质。

    2.实验时一些必须遵循的原则

    在进行实验时，会显示出不同的研究者的能力和效率的极大区别。部分原因是天赋，部分是来自实践，还有部分是训练的结果。

    以下提供一些一般必须遵循的原则：

    （1）实验人员必须了解仪器的工作原理、性能、和工作范围。

    （2）如果要对实验条件作一些改变，毎次只能改变一个条件，而保持其他条件如旧。这样做有利于发现实验中的问题。

    （3）预实验不仅可以测试和调整仪器，而且使实验者熟悉仪器的操作，实验程序，考虑或意识到哪里可能会出现问题，以及了解实验中的一些安全性方面的问题。

    （4）列表。列表使实验可以按步就班进行，不会遗漏测试的项目。

    （5）仪器定标。仪器定标必须由实验者亲自动手。在每次开始实验前，也要建立一套可行方法，去迅速检测仪器的工作状态有否被改变或破坏（这在仪器是公用的情况下尤为重要）。

    （6）数据处理和分析：真正有趣的实验是出现出乎意料结果的那种实验。实验者或研究工作者必须具备这种敏感性和洞察力，随时准备这种情况的出现。

    弗莱明两次在实验室里获得意外发现的故事已广为人知。

    第一次是1922年，患了感冒的弗莱明无意中对着培养细菌的器皿打喷嚏；后来他注意到，在这个培养皿中，凡沾有喷嚏黏液的地方没有一个细菌生成。随着进一步的研究，弗莱明发现了溶菌酶——在体液和身体组织中找到的一种可溶解细菌的物质。他以为这可能就是获得有效天然抗菌剂的关键。但很快他就丧失了兴趣：试验表明，这种溶菌酶只对无害的微生物起作用。

    1928年运气之神再次降临。在弗莱明外出休假的两个星期里，一只未经刷洗的废弃的培养皿中长出了一种神奇的霉菌。他又一次观察到这种霉菌的抗菌作用——细菌覆盖了器皿中没有沾染这种霉菌的所有部位。不过，这一次感染的细菌是葡萄球菌，这是一种严重的、有时是致命的感染源。经证实，这种霉菌液还能够阻碍其它多种病毒性细菌的生长。

    青霉素（弗莱明在确认这种霉菌是一种青霉菌之后选定了这个名字）是否就是他长期以来一直在寻找的天然抗菌素？它是可敷在伤口上的有效杀菌剂吗？进一步的试验表明，这种抗菌素作用缓慢，且很难大量生产。他的热情也随之凉了下来。在他转向其它研究项目之前，他在1929年发表的一篇论文中介绍了自己的上述发现，但当时这篇论文并未引起人们的重视。弗莱明在论文中提到青霉素可能是一种抗菌素，仅此而已。他没有开展观察青霉素治疗效果的系统试验。他给健康的兔子和老鼠都注射过细菌培养液的过滤液——进行青霉素的毒性试验，但从未给患病的动物注射过。如果当时他做了这方面的试验，这种“神奇药物”很可能会提早10年问世。

    （7）一定要对实验结果马上加以处理和分析，而不是做完一批结果再对数据加以处理。不然的话，如果实验条件不完全正确，会浪费做一批实验的整个时间。

    一边做实验，一边要思考实验结果。不要只会机械地收集数据。一个成功的研究者，不仅是用手和眼睛做实验，更是用心在做研究。所以，实验的过程，是测量和积累数据的过程，也是一个分析、解释你观察到的结果的过程。

    3.数据记录

    保持一个良好的工作记录是有效工作的关键之一。

    实验记录本应该是永久性的、装订起来的、足够大尺寸的、并且是编页的。每个课题应使用一个记录本（或分册）。

    数据应该是在作观察时直接记录到记录本内，不允许先记录在草稿纸或记在心里，再转记到记录本上去。

    应该使用可以持久保存的墨水记录数据。

    粗略的或定性的图形可以直接画在记录本内。详细的作图用计算机作成后，贴到（或装订到）记录本上去。

    在记录本中，应对所使用的仪器有详细记录，包括每次定标的记录。

    毎个实验应有实验时间、条件等记录。

    （现在这些规定应当被存储在电脑中的文件、图表所代替。但通常来说，必须保持将同一结果存储在至少两个磁盘内）

    在做实验记录时，对于当时尚不能完全了解的数据或现象不要忽视，要如实地记录下来。做得不成功的、或者是失败的实验，也应有完全的记录。

    数据先应该以它们最原始的形式被记录下来。例如，你最终需要两个观察结果的比值，你必须首先分别记录这两个观察结果。记录纸上应有事先准备好的表格，并注明各个数据的单位。

    如果实验记录是有关专利工作的，最好定期地请证人签字，甚至定期公证。证人不能是自己的合作者。