再說「做科研就是舉著罐罐看來看去」，我可真要勸退了

科研工作者工作時都在想什麼？

Luyao Zou，光譜學 / 物理化學 / 文理疊加態 / 別再邀請我回答高中化學了

我來寫一個並不那麼戲劇化的正經回答。

「你哭著對我說，廣告里都是騙人的」，真正的科研活動當然不是舉著試管看來看去。不過，科學研究的領域廣闊無邊，每一個方向、每一個課題組的日常都可能千差萬別。這裡，我嘗試將這些具體的科研活動作一個抽象化、一般化的描述。

任何科學研究活動，都包含「發現問題——背景調查——設計方案——執行方案——分析結果——發布結果」的基本思維過程。科研工作者的日常工作其實就是這個思維過程的具體化。然而對於處在不同成長階段的科研工作者，其工作的重點可能有所不同。

在發現問題和背景調查階段，科研工作者需要尋找一個當前尚未被解決的問題。作為科研活動主力的研究生和博士後，可能自身不需要提出問題：問題直接由項目負責人（PI，俗稱老闆）分配。而當成長到更高級的階段，比如 PI 和部分優秀的博士後，則需要花費更多的精力去思考新的研究問題。

「還沒有人做過」只是有價值的科學問題的必要條件。科研工作者提出的問題要滿足此條件，這就需要花費相當多的精力去做背景調研：通常這就是在各學術期刊上查閱已發表的文獻，包括閱讀各種綜述、雜誌論文、博士 / 碩士論文、學術會議報告等等……其次，還可以通過和同行的交流來獲取靈感。事實上，很多科研問題的最初靈感，都是科研工作者藉助學術會議和學術訪問的機會，相互交流而產生的。然而，僅僅「還沒有人做過」並不夠，科研工作者還需要思考這些問題是否有足夠的科學價值，是否能夠改變人們的認識，是否能夠推動學科的發展，簡言之，是否足夠「有趣」。這需要科研工作者有很高的學術眼光，能夠敏銳地察覺到學科發展的動向，具有良好的「品味」——事實上，要做到這一點非常困難。這也是為什麼現在科研工作者越來越多，但是「灌水」論文也越來越多的原因：很多人的研究品味其實不怎麼地。

確定了研究課題，了解了背景之後，就需要設計切實可行的方案來解決提出的課題。這個階段仍舊非常考驗腦力。科學工作者需要彙集自身所學的所有知識經驗，來設計切實可行的方案。對實驗科學來說，需要考慮使用何種儀器設備，觀測哪些變數，信號能夠有多強，如何處理和解讀這些信號；對理論科學來說，需要考慮使用何種模型，如何建模，如何計算；對於統計科學來說，需要考慮使用何種手段獲取樣本和數據，使用何種統計模型，如何設置對照，如何排除或修正干擾因素……這個列表可以無限制的羅列下去，但是核心思想都一樣，就是在實施方案之前，盡最大的可能去預測方案的成功幾率，簡言之，「靠不靠譜」。

之後就是實施方案。這是科學工作者將頭腦中的想法變成實際工作的階段。從想法到實物，考驗的是人的執行力。實驗科學家需要大量的動手工作（bench work）：有機化學需要製備原料、開反應、分離提純產物等等；生命科學需要養細胞、做切片、解剖動物等等；物理科學需要擰螺絲、搭光路、編寫儀器控制代碼等等；理論科學需要編寫並調試各種程序代碼等等……這個列表也可以無限制的羅列下去。這些工作的主力軍通常是研究生、博士後、專職技術人員，以及對科學研究感興趣的本科生。而大課題的項目負責人（PI）親手做實驗的時間則因人而異。有一些 PI 哪怕其它事務再繁忙，也會盡量抽時間親自在實驗室動手；而另一些 PI 則選擇遠離實驗室，專註於申請實驗經費和其他教學和行政事務。哪一種 PI 的工作方式更好呢？每個人都有自己的選擇和判斷。我本人傾向於仍舊投身實驗室一線的 PI，因為只有這樣 PI 才能真正了解實驗室真切的運行狀態，而且 PI 通過言傳身教，也能夠讓學生學到更多「只可意會、不可言傳」的動手技術。

設計方案——實施方案是一個迭代過程。很少有人能夠第一遍實驗就大獲成功——科研從來不可能如此簡單。即使是再直白（straightforward）的實驗設計，實施過程中也會遇到各種意想不到的問題。這時候，科研工作者就需要從方案的實施結果中分析失敗原因，不斷改進設計。這個過程可能是耗時最長，也是最容易令人沮喪的過程：99% 的失敗才能換來 1% 的成功（百分比是比喻，沒有確切統計數據）。但是這也是訓練一個學生科學思維的最佳過程：如何發現問題、分析線索、找到解決方案，這既需要腦力，也需要動手能力。

最終實驗成功之後，科研工作者就需要解讀獲得的數據和結果。很多時候，實驗數據並不能顯然地推出結論。甚至，如果採用了錯誤的數據處理和解讀方式，可能獲得錯誤的結論。這一點在天文觀測和統計科學中最為明顯。不正確的校正和處理方法，會導致徹底誤讀望遠鏡的觀測數據。最近比較有名的一個例子就是 2014 年發布的宇宙微波背景輻射 B- 偏振模式。在普朗克望遠鏡的後續跟進研究中，科學家發現 2014 年的論文使用了不恰當的數據校正方式，把星際塵埃產生的信號錯當成了微波背景輻射。

圖：2014 年發現的宇宙微波背景輻射 B- 偏振模式，後來被確認為大部分來自星際塵埃。

一切都處理妥當之後，科學工作者需要將自己的研究發布給同行和公眾。這基本就是撰寫學術論文。但是也有一些情況，科學工作者會選擇首先在重大學術會議上率先發布結果（通常都是大新聞，為了搶時間）。這就涉及大量的學術寫作工作。

科學工作者的日常研究生活，通常就是進行上述幾項活動中的任意組合。除此之外，還有許多日常事務需要處理：比如處理各種電子郵件，購買儀器設備，報銷各種花費，參加委員會的日常管理會議，參加課題組和院系組織的日常交流會議，保持和同行的聯繫。高級別的研究人員還要擔任更多學術機構和學術共同體的事務，比如擔任各種機構的委員會成員，審閱同行的論文和研究基金、組織籌備學術會議、撰寫翻譯學術著作、向大眾普及研究工作等等。研究生可能要擔任助教任務，PI 可能要擔任教學任務——這些任務意味著科學工作者也要抽出大量的時間授課、演示實驗、批改作業、和低年級的學生互動交流。科學工作者也是凡人。科學工作者也有家庭、也有朋友，也需要承擔一個伴侶、一個家庭成員、一個朋友需要承擔的社會角色。洗衣做飯、柴米油鹽不能少，傾聽與陪伴也不能少。

可以看到，和大部分社會上的專職職業相比，科學研究特別需求一個人的綜合能力。科學工作者，尤其是高級別的科學工作者，可以說，不僅要具有極高的專業學識和思維水平，而且還需要准專業的寫作能力、公眾演講能力、領導組織能力、財務和人員管理能力、教學能力。這的確不是一個容易的職業。

Boise State University 的 John Ziker 聯合了他的幾個同事發起了一個研究教授工作時間分配的項目，TAWKS。在這篇研究（How professors use their time: faculty time allocation）中，他調查了本校的 30 位教授，給出了他們按任務類型分類的工作時間統計數據。這個樣本當然遠遠不夠覆蓋所有的高級別研究者群體，但是仍然可以給出一些有意思的信息。教授每周通常工作時間都在 60 小時以上。而且，直接從事科學研究的時間通常只有三成。其他大量的時間都被用於教學、指導學生、以及各項行政事務。

圖：大學教授每天的工作任務時間分配。（我不明白 multiple 指代什麼意思）

圖：大學教授每周平均工作時間分配

如何平衡工作、生活、家庭、興趣，是每一個科學工作者面臨的難題。一個人的精力有限，也許必須要從中做出艱難的取捨。另外，保持良好的時間管理和高效地工作方式，則顯得格外重要。尤其是對於跨度非常長的研究項目，比如那些持續數年甚至數十年的農學研究、田野調查、跟蹤訪問，都要求良好的計劃和強大的執行力。

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