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(shí)驗(yàn)了呢？好像還有不行，從《STEM項(xiàng)目學(xué)生研究手冊》（以下簡稱《研究手冊》）你會(huì)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(jì)組織一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(gè)可操作的實(shí)施方案中的3個(gè)重要環(huán)節(jié)。只有經(jīng)過這3個(gè)步驟之后，科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù)和信息，經(jīng)過統(tǒng)計(jì)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(shí)到什么樣的假設(shè)是一個(gè)“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(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)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?！堆芯渴謨浴分薪o出了一個(gè)假設(shè)草稿修改了4次才成為一個(gè)科學(xué)假設(shè)的實(shí)例，這個(gè)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(shí)，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(huì)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(shí)施的一條主線，將一直貫穿到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析等很多環(huán)節(jié)。

@寫一個(gè)像“菜譜秘籍”一樣的研究方案

學(xué)生動(dòng)手?jǐn)M寫研究方案時(shí)，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(shí)驗(yàn)。打個(gè)不太準(zhǔn)確的比喻，研究方案像一個(gè)菜譜，別人要能按照設(shè)計(jì)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(gè)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(shí)需要進(jìn)行一些預(yù)試驗(yàn)。撰寫一份研究方案的過程其實(shí)也是一個(gè)研究的過程，研究的目的就是要提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的可操作性，增加正式實(shí)驗(yàn)研究的成功幾率。采用預(yù)試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟細(xì)節(jié)的問題，并且可以讓學(xué)生修正、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)步驟。例如，預(yù)試驗(yàn)?zāi)茏寣W(xué)生找到更好的實(shí)驗(yàn)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(gè)實(shí)驗(yàn)組要測試幾次”。實(shí)際上，對這個(gè)問題的回答能考查學(xué)生是否理解了研究實(shí)驗(yàn)的核心。只有做了很充分的背景文獻(xiàn)研究和預(yù)試驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)實(shí)施的條件，將可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)開始后以及分析結(jié)果時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重問題，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)不能繼續(xù)、數(shù)據(jù)不足以滿足假設(shè)驗(yàn)證的需要或者存在無效數(shù)據(jù)而干擾結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)方法是研究方案中最重要的部分，而數(shù)據(jù)收集是實(shí)驗(yàn)方法的關(guān)鍵?！堆芯渴謨浴分刑岢隽艘幌盗嘘P(guān)于數(shù)據(jù)收集的問題，在實(shí)驗(yàn)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(jì)得足夠詳盡，基本可以滿足檢驗(yàn)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?！堆芯渴謨浴穼萍佳芯课恼轮械恼Z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(jià)值。

管理實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)

研究方案有了，并且足夠清晰，那么能開始實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)記錄本設(shè)計(jì)和組織的描述讓我們看到，這里還有諸多工作需要在實(shí)驗(yàn)開始前籌劃好。在一些學(xué)生的科研項(xiàng)目展示和比賽里，我們會(huì)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(shí)驗(yàn)記錄本時(shí)，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(huì)使用實(shí)驗(yàn)記錄本這個(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)記錄本是研究項(xiàng)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(shí)驗(yàn)過程中的思考和推斷，是一個(gè)研究中關(guān)于實(shí)驗(yàn)的自我對話日志。在設(shè)計(jì)并建立一個(gè)實(shí)驗(yàn)記錄本的時(shí)候，《研究手冊》提醒學(xué)生記錄本的設(shè)計(jì)應(yīng)能保障原始數(shù)據(jù)的真實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)記錄提供了便利。

在實(shí)驗(yàn)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(huì)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(jì)一個(gè)小組實(shí)驗(yàn)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(huì)議討論，意見達(dá)成一致后，每個(gè)組員要簽署一個(gè)研究工作合作協(xié)議，附在實(shí)驗(yàn)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(xiàng)目中并不多見。但這看起來是個(gè)非常不錯(cuò)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(shí)驗(yàn)過程中可以提醒每個(gè)人隨時(shí)注意自己和別人的任務(wù)角色是什么，同時(shí)也便于指導(dǎo)教師了解和跟進(jìn)每個(gè)組員的工作進(jìn)度。

《研究手冊》還介紹了實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)記錄本里有一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(xiàng)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(shí)驗(yàn)研究過程中每個(gè)與實(shí)驗(yàn)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(diǎn)都被記錄下來。如果在實(shí)驗(yàn)過程中遇到了沒有預(yù)期到的問題，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行調(diào)整時(shí)，調(diào)整的原因和過程也應(yīng)被如實(shí)記錄。

關(guān)于實(shí)驗(yàn)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(jì)的建議。即使在研究方案中關(guān)于實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)記錄本上花時(shí)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?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中收集的數(shù)據(jù)類型不同，可能需要設(shè)計(jì)不同的數(shù)據(jù)表格，為后面的統(tǒng)計(jì)分析打下良好的基礎(chǔ)?！堆芯渴謨浴穼Υ私o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(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)記錄本的實(shí)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(gè)步驟學(xué)生都考慮周詳，并且充分準(zhǔn)備好之后，實(shí)驗(yàn)研究工作就可以開始了。這3個(gè)步驟的學(xué)習(xí)實(shí)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(jì)轉(zhuǎn)變成可實(shí)施的研究活動(dòng)的能力。