进入21世纪，综合国力的竞争，主要是人才的竞争；而人才的竞争，主要是具有创新能力的人才竞争。大学作为人才培养的主要基地，尤其是“211”大学，责无旁贷地必须承担创新人才的培养重任。许多大学已经采取了多种方法，加强人才创新能力的培养。本书是从科学研究与技术发明、技术革新及推广应用的角度，探索它们的规律，寻求它们的方法，启迪学生的创新思维和加强创新人才的培养。
科学研究与技术发明有没有规律？有没有方法可循？
尽管历史上的科学发现与技术发明具有很大的偶然性，但是建筑在现代科学基础上的新科学发现与技术发明，已经不完全是随机的，无章可循的。庞大的研发队伍每年承担了大量的科研项目，我国在2005年的专业技术人才约有5400万，2015年达到8800万［1］。2008年自然基金项目仅面上就达到9000项［2］。如此庞大的科技队伍从事如此众多的科研项目研究，日复一日，年复一年，必将呈现出一定的规律性，依照此规律也能够找到一定的创新方法。
显然，科学发现与技术发明的规律，既不可能像物理定律那样确定，也不可能像数学计算那样准确。我们不可能发明一种机器或者编制一个算法，使得科学发现与技术发明如同母鸡下蛋一样，一天一个。但是，从前人的科研经历中总结一定的规律，借鉴他们的经验，避免重复他们的弯路，对于同学们成为创新人才仍然有一定的指导意义。
谈到科学发现与技术发明的规律，不能离开具体的研究对象。我们这门课程的目的，就是以物理学以及其中的光学与光学技术、生物学与生物技术、材料科学与材料制作加工技术等不同类型的学科分支与技术门类作为研究科学发现与技术发明规律的载体，研究一下这些学科门类发展进程中的一些规律，探索相关的研究方法，从而达到启迪学生的创新思维、提高学生创新能力的目的。虽然本书是结合上述几个学科进行的，但是书中所介绍的原理与方法对于其他学科领域也有举一反三的作用，其应用并不局限于这些学科。
另一个值得注意的问题是，人们的科学与技术的研究活动，可以分为整个社会的科学活动和以个人或者一个研究组的科技研究活动两个层面，前者可以称为宏观科技研究，后者称为微观科技研究活动。二者虽然有紧密的联系，但是在方法上存在一定的区别。宏观的科技研究规律，并不一定适合于微观的科研活动。
本书共分4章，第1章为预备知识，就是在讲授具体的科学发现与技术发明的方法之前，首先对于科学发现与技术发明的一些基础知识做一些简要的介绍，以备为今后的学习打下一定的知识基础，其中包括：①按照知识体系构造的科学与技术的概念；②详细探讨了科学与技术的相互促进作用，包括科学对于技术的推动作用、新技术手段对于科学发展的推动作用等；③结合国家中长期科技发展规划纲要，从宏观的层面介绍科学与技术的选题，尤其是光学与光信息科学的选题；④这一章的最后3节，分别介绍了光学与光学技术以及光信息科学与技术、生物科学与生物技术、材料科学与材料制作加工技术的发展史略。学习这些科学与技术的发展史，其目的在于使学生能够对该学科发展中的科学与技术问题有一个初步了解，从中可以体会到研究规律与研究方法的端倪，以便为学生学习科学与技术的研究方法打好基础。
本书的第2章讲述以上述四门学科为例的自然科学的主要研究方法。其内容包括：
①科学研究的归纳法——从实验到假说到证实；②用于科学预言的演绎法，主要讲述如何运用理性思维对一些尚不能够被验证的结果进行科学预言与演绎；③利用计算机等现代化技术、运用数值计算方法以及物理/数学建模方法等手段，对于复杂性的科学问题进行计算机仿真分析，并找出相关的科学规律。鉴于生物学研究的特殊性，本章对于生物学的研究方法单独列为一节。
第3章讲述以上述三类技术为例的技术所涉及的技术研究与开发方法。其内容包括以下6个方面。①演绎法：主要是在已有的科研成果上拓展，将科学研究的成果应用到其他领域中去；②移植法：将其他学科的成果移植到本学科中的一种方法。由于光信息技术与电子信息技术有异曲同工之妙，光信息技术借鉴或者移植电子信息技术的成果，往往是一种比较易于获得成果的方法。③交叉法：与不同学科的新技术进行交叉融合，形成新的学科增长点。④螺旋上升法：又称波浪式前进法，对过去已有成果利用新技术进行翻新改造，使得沉寂了的技术重新焕发青春。⑤逆向思维法：有很多科学研究虽然没有达到它最初的直接目的，但在研究过程中发现了很多负面效应，将这些负面效应应用到新的领域，使坏事变好事，寻找新用途。⑥仿真研究与数字化研究方法：利用计算机等现代化手段，对于技术方案等进行仿真研究。当然，技术研究的方法还有很多，本书不可能一一都讲到。而且在实际的研发过程中，各种方法可以综合应用，并不局限于一种方法。
需要指出的是，在第2章与第3章中介绍的各种方法，目前还没有明确的界限，同一个研究活动，从不同角度看可以分属于不同的方法；另一方面，研究者在自己的科研活动中，大都不是自觉地使用这些方法。因此，建议学生结合自己的研究活动有意识地混合采用这些方法。
第4章讲述这些科学技术的未来发展，介绍未来的研究领域与课题，包括：①光学与光学技术的未来研究领域；②未来生物技术；③材料科学与技术发展前景等知识。讲述这些知识的目的，在于启发学生对于未来科学技术的研究兴趣，能够有意识地将这些方法与未来的研究与探索结合起来。
本门课程是一门研究“科学与技术研究规律”的课程，并不讲述具体的知识，因此主要对于科学研究与技术开发有一定的感性认识，这样才不至于空洞乏味。本书面临的最大问题就是学生完全没有科学研究的亲身经历，因此，对于习惯于获得现成知识的学生来说，这门课程就太空洞、太抽象了。学生在学习时会感到味如嚼蜡，缺少兴趣。
解决这个难题的方法是依靠研究性教学，尽量发挥学生学习的主动性。具体来说，就是对于本书的每一个观点，由学生自己去寻找一些案例，然后加以分析与充实，再进行讨论。鉴于研究人员并不是在一个确定的研究方法指导下进行科研，所以，已经获得的实际科技成果是多种方法共同作用的结果，它并不是简单地服从哪一条规律或者哪一个研究方法。因此对于同一个科技研发的成果，学生得出不同的判断是很正常的。为此，同学们在课前应仔细地阅读本书，同时搜寻相关的案例，进行精心准备。不要等待在课上吃现成饭。课上应该尽量让不同的观点都能够得到发表，各抒己见，明辨是非。
这样就可以加深理解，形成比较深刻的印象，获得比较好的效果。
同时，也希望正在从事研究的硕士、博士研究生能够读一下本书，或许能够得到一些启发，从而克服前进道路上的障碍。
