如何提出研究問題和研究假設? 科學研究的方法(二)

圖片來自Pixabay

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

●　●　●

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。這就像我們去海邊遊泳時，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，也就是打算幹三、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量的問題；

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量。當一個概念（concept）可以用數值來量度時，這個數值就稱之為變量（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）再到變量。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量則是，（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。

關於變量的種類大扺有：

a.  從因果關係的角度：分自變量、因變量、外部變量（或稱中介變量）；

b.  從研究設計的角度，自變量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量的例子（而反應值則是因變量）。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量，也會有兩種途徑劃分變量種類：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量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，有敘述變量之關係式及敘述變量之差別（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裡再作詳述。

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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