數據的采集和處理 | 科學研究的方法（四）－IT工程師數位筆記本

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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。

作者蔣百川博士后期間，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。之后蔣百川進行了相關課程的學習，并在實踐中不斷改進，逐步掌握了這方面的知識。2013年他退休后開始陸續撰文分享積累的經驗、心得體會，并匯聚成一本《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，此為該系列的第四篇。

撰文 | 蔣百川（美國諾瓦東南大學教授）

責編 | 鄧志英

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數據的采集和處理

（1、2節請見本系列第一篇）

（3節請見本系列第二篇）

（4節請見本系列第三篇）

“我是學實驗物理的，實驗是自然科學的基礎。理論如果沒有實驗證明，是沒有意義的。當實驗推翻了理論之后，才可能創建新的理論。理論是不可能推翻實驗的。”

——丁肇中

1. 數據收集的方法

必須認識到，沒有一種收集數據的方法可得到100%的準確和可靠的信息。數據收集的質量決定于若干因素（這在下面討論各種方法時會談到）。

作為一個研究者，你的研究技能之一是注意這些因素。一個有經驗的和非專業的人員的主要差別在于他們是否懂得這一點，并能在數據收集過程中控制這些因素的影響。

精密的測量，仔細的觀察，克服主觀的傾向（bias），了解測量的精度和誤差，都是實驗者應有的素質。

2. 實驗時一些必須遵循的原則

在進行實驗時，會顯示出不同的研究者的能力和效率的極大區別。部分原因是天賦，部分是來自實踐，還有部分是訓練的結果。

以下提供一些一般必須遵循的原則：

1）實驗人員必須了解儀器的工作原理、性能、和工作范圍。

2）如果要對實驗條件作一些改變，毎次只能改變一個條件，而保持其他條件如舊。這樣做有利于發現實驗中的問題。

3）預實驗不僅可以測試和調整儀器，而且使實驗者熟悉儀器的操作，實驗程序，考慮或意識到哪里可能會出現問題，以及了解實驗中的一些安全性方面的問題。

4）列表。列表使實驗可以按步就班進行，不會遺漏測試的項目。

5）儀器定標。儀器定標必須由實驗者親自動手。在每次開始實驗前，也要建立一套可行方法，去迅速檢測儀器的工作狀態有否被改變或破壞（這在儀器是公用的情況下尤為重要）。

6）數據處理和分析：真正有趣的實驗是出現出乎意料結果的那種實驗。實驗者或研究工作者必須具備這種敏感性和洞察力，隨時準備這種情況的出現。

弗萊明兩次在實驗室里獲得意外發現的故事已廣為人知。

第一次是1922年，患了感冒的弗萊明無意中對著培養細菌的器皿打噴嚏；后來他注意到，在這個培養皿中，凡沾有噴嚏黏液的地方沒有一個細菌生成。隨著進一步的研究，弗萊明發現了溶菌酶——在體液和身體組織中找到的一種可溶解細菌的物質。他以為這可能就是獲得有效天然抗菌劑的關鍵。但很快他就喪失了興趣：試驗表明，這種溶菌酶只對無害的微生物起作用。

1928年運氣之神再次降臨。在弗萊明外出休假的兩個星期里，一只未經刷洗的廢棄的培養皿中長出了一種神奇的霉菌。他又一次觀察到這種霉菌的抗菌作用——細菌覆蓋了器皿中沒有沾染這種霉菌的所有部位。不過，這一次感染的細菌是葡萄球菌，這是一種嚴重的、有時是致命的感染源。經證實，這種霉菌液還能夠阻礙其它多種病毒性細菌的生長。

青霉素（弗萊明在確認這種霉菌是一種青霉菌之后選定了這個名字）是否就是他長期以來一直在尋找的天然抗菌素？它是可敷在傷口上的有效殺菌劑嗎？進一步的試驗表明，這種抗菌素作用緩慢，且很難大量生產。他的熱情也隨之涼了下來。在他轉向其它研究項目之前，他在1929年發表的一篇論文中介紹了自己的上述發現，但當時這篇論文并未引起人們的重視。弗萊明在論文中提到青霉素可能是一種抗菌素，僅此而已。他沒有開展觀察青霉素治療效果的系統試驗。他給健康的兔子和老鼠都注射過細菌培養液的過濾液——進行青霉素的毒性試驗，但從未給患病的動物注射過。如果當時他做了這方面的試驗，這種“神奇藥物”很可能會提早10年問世。