前车之鉴（科技史）：科研不应为精确性牺牲实用性
精选
已有 2341 次阅读 2011-12-5 06:03 |个人分类:科技史|系统分类:观点评述|关键词:科技史 美国道路局BPR
看了武夷山老师发布的几篇中国最新论文生产情况的统计（国内http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=1557&do=blog&id=514108 国际http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=1557&do=blog&id=514104），我是喜忧参半。喜的是中国科研的进步，忧的是这些科研成果在向实际生产力转化的过程中，是否都有意义。
什么意思呢？我还是讲个故事吧。这是Bruce E. Seely的一篇SHOT（美国技术史协会）的得奖文章——“工科的科学光环：1918年—1940年美国公共道路局(BPR)的高速公路研究3104623.pdf”
20到40年代的高速公路研究的冲击试验是一个业界一直认为很成功的案例。但是实际上，冲击试验的每一次的报告，二十年如一日的，均未能完成自己制定的科研目标，缺乏实际意义的可操作成果，都以“需要更多的科研”结尾。Seely用了皇帝的新衣来比喻整个事情荒谬：“有一个小孩子（就是Seely自己——作者按）突然发现，周围的人竟然都不曾留心，这个皇帝（公共道路局的冲击试验——作者按）其实没有穿衣服。”
这是个怎么样的故事呢？话说一战时期，美国的军用物资运输由于冻土造成道路承载力问题受到了阻断。所以一战一结束阿，美国的政客们发现认为道路建设马虎不得。所以公共道路局的工程师们战战兢兢，认为原来那些经验图表不够好（类似于经验观测百年一遇洪水多高这种），我们需要定量，需要考量所有的因子，需要精确预测道路承载力。计算承载力涉及一个非常复杂的系统，受到诸多因素的影响，比如不同的轮胎，不同的土壤，不同的道路铺装类型、厚度等等。其中土壤就是一个相当复杂的变量，有粘土、沙和淤泥的比例（这就是后来BPR发明了我们现在常用的土壤三角），延展性，孔隙度等等。数量上说，少说也有几千几万种。为了研究的便利，他们最开始的试验只选择了一种土壤。
他们不断改进专门的测量仪器，花了5年时间（1918-1923）发表了Arlington报告。他们能够精确指出，在该土壤地基下，多少重量的车，用什么样子的轮胎，在什么样的路面下，什么时候道路会被压坏。非常precise非常量化的科学解释。但是实用性呢？该研究甚至不能验证一战时期压坏掉的道路问题——因为他们测量的多种路面中，不包括出问题的厚边平板铺装路面。而且即使他们选了该路面，他们的仪器也放不下这么边缘那么厚的路面板（作为科学家，他们没想过边缘应力最大，更容易开裂，所以边缘需要设计更厚一点这一简单的工程原理）。那对于以后的道路设计有没有什么实际价值呢？微乎其微。因为他们在成千上百种土壤中，只选了一种土壤。这个有点像Big Bang Theory 里面Leonard那个关于鸡蛋的冷笑话——研究成果只对正圆形的鸡蛋适用——只可惜我们太难找到这正圆形的鸡蛋了。即使这么一个相当局限的研究成果，严谨的科学家们还迟迟不愿发布，因为他们觉得"method of selection is not very scientific and can only be considered as preliminary step." 可爱的科学家脑子里面只有精确性，完全没考虑过其实用性——比如早点影响几个道路设计之类的。想想如果一种土壤就要这么费力，我们勤奋的BPR要猴年狗月才能把所有土壤的试验都做完！！再想想，如果就轮胎，土壤，道路铺装3个变量，每个选8种（这个已经非常局限了），那也8^3=512种条件！
科研不应该是一件用暴力穷举所有可能性的简单机械工作。
不管怎么样，可爱的BPR们开始花气力研究土壤。不过倒真是无心插柳柳成荫，发明了我们现在用的土壤三角（我助教的课上也用它）。
1924年以后，BPR不断改进其测量工具并复杂其研究环境——他们只关心其精确性，对于其缺乏实用性完全无视，导致其研究进一步泥足深陷：“他们之后15年的报告，一而再再而三的重复1923年的结论——需要“进一步研究”，并不断扩大研究规模，不断引入更复杂的机器模拟。These new studies not only took up the call for further research issued by the federal test concluded in 1923 (a litany that ran through the next fifteen years of BPR annual reports); they also continued the trend of replacing full-scale field studies with complicated mechanical simulators" (p.814).
在我前年与Seely老先生的私人通信中，他这么写道：“在我见过的对于道路局这段研究历史的反思，工程师们无一例外的认为BPR当时的研究路线很正确，甚至可以作为范式推广。” 可悲，可叹，可恨！
“我们怎能期待那些研究复杂自然现象的科学家给出扼要的实用信息？部分高速公路研究计划的支持者也发现这是个很好的研究课题，但没有人发现这是个实际问题！！实际上，由于科学研究必将带来技术进步的这一思维定势被广泛接受，许多工程师都把BPR的冲击试验奉为学习范例 (How can scientists intrigued with the intricate puzzles of nature be kept working on paths that lead to useful information? Yet few promoters of highway research perceived that this was a question, and no one recognize a problem! Indeed, because of the widespread acceptance of the formula that any scientific research eventually produced gains in technical capability, many engineers regarded the impact studies as a model for emulation )"( p.820)
关于科研、实践和工程的故事，我还有不下百个，其中不乏更有意思的，呵呵，下次再继续聊。
相关文章：
科学与技术：反思Hindsight Project （国防部60年代的研究发现科学研究只能促进更多科学研究，而技术发明有赖于更多的技术发明）
http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=502764&do=blog&id=479270
前车之鉴（科技史）：科研不应为精确性牺牲实用性
精选
已有 2341 次阅读 2011-12-5 06:03 |个人分类:科技史|系统分类:观点评述|关键词:科技史 美国道路局BPR
看了武夷山老师发布的几篇中国最新论文生产情况的统计（国内http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=1557&do=blog&id=514108 国际http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=1557&do=blog&id=514104），我是喜忧参半。喜的是中国科研的进步，忧的是这些科研成果在向实际生产力转化的过程中，是否都有意义。
什么意思呢？我还是讲个故事吧。这是Bruce E. Seely的一篇SHOT（美国技术史协会）的得奖文章——“工科的科学光环：1918年—1940年美国公共道路局(BPR)的高速公路研究3104623.pdf”
20到40年代的高速公路研究的冲击试验是一个业界一直认为很成功的案例。但是实际上，冲击试验的每一次的报告，二十年如一日的，均未能完成自己制定的科研目标，缺乏实际意义的可操作成果，都以“需要更多的科研”结尾。Seely用了皇帝的新衣来比喻整个事情荒谬：“有一个小孩子（就是Seely自己——作者按）突然发现，周围的人竟然都不曾留心，这个皇帝（公共道路局的冲击试验——作者按）其实没有穿衣服。”
这是个怎么样的故事呢？话说一战时期，美国的军用物资运输由于冻土造成道路承载力问题受到了阻断。所以一战一结束阿，美国的政客们发现认为道路建设马虎不得。所以公共道路局的工程师们战战兢兢，认为原来那些经验图表不够好（类似于经验观测百年一遇洪水多高这种），我们需要定量，需要考量所有的因子，需要精确预测道路承载力。计算承载力涉及一个非常复杂的系统，受到诸多因素的影响，比如不同的轮胎，不同的土壤，不同的道路铺装类型、厚度等等。其中土壤就是一个相当复杂的变量，有粘土、沙和淤泥的比例（这就是后来BPR发明了我们现在常用的土壤三角），延展性，孔隙度等等。数量上说，少说也有几千几万种。为了研究的便利，他们最开始的试验只选择了一种土壤。
他们不断改进专门的测量仪器，花了5年时间（1918-1923）发表了Arlington报告。他们能够精确指出，在该土壤地基下，多少重量的车，用什么样子的轮胎，在什么样的路面下，什么时候道路会被压坏。非常precise非常量化的科学解释。但是实用性呢？该研究甚至不能验证一战时期压坏掉的道路问题——因为他们测量的多种路面中，不包括出问题的厚边平板铺装路面。而且即使他们选了该路面，他们的仪器也放不下这么边缘那么厚的路面板（作为科学家，他们没想过边缘应力最大，更容易开裂，所以边缘需要设计更厚一点这一简单的工程原理）。那对于以后的道路设计有没有什么实际价值呢？微乎其微。因为他们在成千上百种土壤中，只选了一种土壤。这个有点像Big Bang Theory 里面Leonard那个关于鸡蛋的冷笑话——研究成果只对正圆形的鸡蛋适用——只可惜我们太难找到这正圆形的鸡蛋了。即使这么一个相当局限的研究成果，严谨的科学家们还迟迟不愿发布，因为他们觉得"method of selection is not very scientific and can only be considered as preliminary step." 可爱的科学家脑子里面只有精确性，完全没考虑过其实用性——比如早点影响几个道路设计之类的。想想如果一种土壤就要这么费力，我们勤奋的BPR要猴年狗月才能把所有土壤的试验都做完！！再想想，如果就轮胎，土壤，道路铺装3个变量，每个选8种（这个已经非常局限了），那也8^3=512种条件！
科研不应该是一件用暴力穷举所有可能性的简单机械工作。
不管怎么样，可爱的BPR们开始花气力研究土壤。不过倒真是无心插柳柳成荫，发明了我们现在用的土壤三角（我助教的课上也用它）。
1924年以后，BPR不断改进其测量工具并复杂其研究环境——他们只关心其精确性，对于其缺乏实用性完全无视，导致其研究进一步泥足深陷：“他们之后15年的报告，一而再再而三的重复1923年的结论——需要“进一步研究”，并不断扩大研究规模，不断引入更复杂的机器模拟。These new studies not only took up the call for further research issued by the federal test concluded in 1923 (a litany that ran through the next fifteen years of BPR annual reports); they also continued the trend of replacing full-scale field studies with complicated mechanical simulators" (p.814).
在我前年与Seely老先生的私人通信中，他这么写道：“在我见过的对于道路局这段研究历史的反思，工程师们无一例外的认为BPR当时的研究路线很正确，甚至可以作为范式推广。” 可悲，可叹，可恨！
“我们怎能期待那些研究复杂自然现象的科学家给出扼要的实用信息？部分高速公路研究计划的支持者也发现这是个很好的研究课题，但没有人发现这是个实际问题！！实际上，由于科学研究必将带来技术进步的这一思维定势被广泛接受，许多工程师都把BPR的冲击试验奉为学习范例 (How can scientists intrigued with the intricate puzzles of nature be kept working on paths that lead to useful information? Yet few promoters of highway research perceived that this was a question, and no one recognize a problem! Indeed, because of the widespread acceptance of the formula that any scientific research eventually produced gains in technical capability, many engineers regarded the impact studies as a model for emulation )"( p.820)
关于科研、实践和工程的故事，我还有不下百个，其中不乏更有意思的，呵呵，下次再继续聊。
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科学与技术：反思Hindsight Project （国防部60年代的研究发现科学研究只能促进更多科学研究，而技术发明有赖于更多的技术发明）
http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=502764&do=blog&id=479270