早早关注了这个问题,准备有空分享一下自己的经验,现在有时间了,就回答一下吧。这个回答简单地说一下 0 基础理工科论文撰写该如何入门,对于从来没有接触过论文撰写的同学,这个回答将给你建立一个最基本的概念。

因为是基于自己的经验,难免会有一些考虑不周的地方,如果有错误的话请指正。

那么我们开始吧!首先,我个人认为无从下手的原因还是因为你从来没有写过论文,或者没有系统地学习过研究方法,不知道怎么做才是对的、不知道该写什么内容、不知道整个文章的骨架该如何构建;可能只是有个题目或者实验的经过。而你摩拳擦掌地去下载了一些文献准备看下别人的结构再大干一场的时候,发现并不能看懂别人写的是什么,也不知道分了几个模块在干嘛,甚至看完感觉就是一大堆文字,我都认识它们但是连起来我就不知道在说什么了。不要担心,如果是第一次接触都是正常的现象,因为论文也有自身的特点和自身写作的套路,接下来我就分享一下我在这方面的理解:

思考一下,论文的写作和一般文章有什么区别?试着回想一下,我们在第一次开始做科研之前我们获得知识的途径是什么?是来源于前人通过实践验证的总结好的经验,我们通过这些被验证过的经验来认识这个世界以及应用在生活中,这些都是已经被验证过的知识,一般来说我们在书本上可以直接信任它们,而书本为了帮助我们理解,非常友好地举例子、打比方、由浅入深来讲解内容。而论文是为了表述新发现,默认读者有相关背景而直接客观陈述理论和发现。也就是说,我们开始做科研,开始写一篇论文的目的是总结新的经验,创造新的知识,而最终表述出来的内容可能就只是客观地详细记录已经经得起推敲的逻辑判断,同时我们用到的内容默认读者都是了解的,如果不了解读者应该也是可以找到该领域的其它文献或书籍去学习的。文章中可以不用友好地去解释本文所需的前置知识(不会循序渐进地讲解所有的内容),文章也不能主观偏题(没有不恰当的打比方、没有通俗的语言,而是力求客观描述和精确说明自己的逻辑和实验)。因此论文的行文风格和以前我们看的书以及网上写的技术分享都是完全不同的。

我们写一篇论文的目的就是向别人介绍我们新发现的现象或是知识,并通过分析和推断来解释和总结;这篇论文的终极目标就是把这些新的、从来没有被人类所发现的知识变成人类所知道的并认为是正确的知识。试想一下,你给一个不认识的人去讲你的发现,而那个人想知道你说的究竟对不对应该怎么办?会不会出现你的描述天花乱坠,让别人难以辨别真假?这种事情一定是有可能发生的!而论文的写作就是尽量从结构和规范上统一写作,能让你的同行快速找到你的思路和方法,最终通过 “批判性思考”(Critical Thinking)来验证你的逻辑正不正确,判断你发现的新知识有没有价值。

总之,当你开始写文章了,你就要建立有这样的认知:“我的文章的读者拥有这方面的知识背景,甚至就是专家;我写文章本质上是要分享我新发现的知识,我要从逻辑和内容上足够理性,把客观的发现和逻辑推论呈现给读者”。一般来说,文章大体的逻辑线是:

总结前人的不足→提出新的问题→提出解决问题的猜想→描绘论证猜想的方法→得到论证方法所得到的数据→分析论证的数据来判断猜想的正误→得出总结性的结论

而我们研究型的论文总体上来说就是围绕着上述的逻辑线来描述的。一篇典型的理工科论文的主体是分为这样一些部分的:

  • 标题 Title (题目)
  • 摘要 Abstract (梗概)
  • 引言 Introduction (总结背景,发现问题)
  • 方法论 Methodology (提出猜想,描绘论证方法)
  • 结果 Result (得到论证方法的直接结果和数据)
  • 讨论 Discussion (分析数据,判断猜想)
  • 结论 Conclusion (得出结论)
  • 参考文献 Reference (本文包含的前人理论的出处)

当然除此之外文章可能还会有作者邮箱、地区、致谢、版权信息、附录、作者介绍等等,这取决于你的文章最后用在了哪里。但是论文中不可缺少的主干就是上面这列表中列出的部分。一般来说,我们认为一篇文章最核心的主干就是:Introduction+Methodology+Result+Discussion,这四部分如果完成了,那么文章基本上就写完了 90%。当然,你的文章可以不按上面说的这样编排,章节名字也不是必须写这几章,但是上面这些章节里的内容是一篇正常的学术论文必须拥有的,尽管它可能换了名字,但是实质一定不会变!

我当年在本科第一次看到这些的时候,我是完全不知道这些是什么的,接下来我简要介绍一下它们:

标题 Title

标题不用多解释吧?大家从小写作文都有题目。标题就是这项研究的主题,如果我们的论文被发表的话,标题也是会被学术搜索引擎搜索到的主要内容之一。只要我们不要 “标题党”,不要跑题就可以了。在标题中,我们最好能从言辞中提现出我们研究的主题、用的实验方法、做出的贡献。建议大家能够用最短的、最精准的专业词汇描述清楚你的研究就可以了。一般来说英文的题目不建议超过 15 个单词。但是切记不要为了“短” 而“短”,一定要讲清楚说明白,让读者读完就大概知道你做了什么样的研究。关于题目我们可以多看看发表的好文章是怎么写的,学习论文写作最好的老师就是阅读优秀的论文并模仿他的写作思路、写作细节和逻辑分析。

摘要 Abstract (建议占全文的 1%)

摘要顾名思义,是这篇文章采出来的点,通俗说就是这篇文章的 “梗概”,一般来说在论文写作中,摘要是最后写的部分,因为如果这篇文章都没写完,自然也没用办法从全局来摘取到要点,总结出这么一段话来。而发表的论文的摘要也是会被搜索到并直接呈献给读者看。论文的摘要就是要用简练的语言说明我们这篇论文说了什么,即要回答:

  • 我们的做研究为什么重要?
  • 我们做这项研究用了什么方法,是怎么完成的?
  • 我们通过方法得到最核心的结果是什么?
  • 最终我们这篇文章解决了什么问题?做出了什么贡献?

这几个问题,并把它们用最简练的话写成一段(事实上这几个问题也就对应的是文章主体的几个部分),帮助别的研究人员通过最少的文字了解你这篇研究做的事情。

当你看别人的文章的时候,一般来说你也是直接通过阅读标题和摘要来初步得知对方的工作的。由于一篇文章一般都很长、有自己的逻辑、有复杂晦涩的理论,如果我们通读全文会很难短时间抓住重点。因此我们写作默认都要有摘要,它的目的就是为了让读者能够快速找到重点,筛选出这篇文章值不值得我更进一步阅读。

引言 Introduction (建议占全文的 12%)

我个人理解,写论文就是在讲故事,而你的故事要引人入胜,就要在开头帮助读者带入你的世界,让读者了解你的逻辑线(Introduction == 介绍)。而引言的核心就是在介绍故事发生的背景(Background)、你做这项研究的动机(Motivation)、你做的研究主要要解决的问题(Research Question)、达成的目标(Research Aim)。

一般来说,讲故事大的逻辑线是这样的:

  1. 说明事情的背景:泛泛而谈这个主题,然后描述具体这个话题具体的一些事例,说明这个领域、方向的研究为什么很重要。
  2. 话锋一转开始说目前在这个领域还存在的某种问题。
  3. 说一说从古至今别人是怎么解决这个问题的。
  4. 然而,别人已有的方案却没有考虑到 XXX(研究的空白)。
  5. 因此,本研究要解决 XXXX 的空白(阐述目标)。

以上就是引言部分大的逻辑线,我们要向对方讲一个故事,介绍我们研究的背景和存在的问题,以此来说明我们研究的重要性。向读者说明别人没有考虑到或没有解决的的研究空白(Research Gap),而由以上两点证明我们的研究是有价值的,是有意义的,这个故事不是作者瞎编的(我们做研究的动机)。

而初学者在这里最容易犯的错误我觉得就是 “内容空洞,不够严谨,不够客观,没有逻辑”。在行文表现上最典型的就是:“随着 XXX 的发展,XXX 越来越 XXX,XXX 是一个非常重要的 XXX,XXX 在 XX 的领域很有 XXXX”。在我们说明故事背景的时候,我们应该严谨且总结前人已经具体完成的事情,而不是模糊、大概地用“越来越”、“非常”、“很”、“几个”、“我认为”、“我发现” 这种词汇。我们应该直接客观地陈述前人在这里做了什么或者客观发生的现象,并给出参考文献(Cite),而自己做的事情就写“本文(In this paper)”、“本研究(In this study)”,不要写“我(I think)”。行文风格尽量客观陈述,逻辑关系要经得起推敲,要有“批判性思维”,也就是要思考事实之间的逻辑关系是否真的成立是否严谨,是否有以偏概全或是特例代替全局的现象。

例如这样:

XXXX 已成为 XXX 领域重要的研究对象,有 70% 的 XX 应用都使用了 XXXX 理论[1](参考别人的成果,泛泛而谈主题)。XXXX 理论在 XXX 的应用每年在 A 国可以创造 XXXX 元的价值[2](细化研究对象,表述重要性,这里可以写几句类似的话来表明重要性)。而 XXXX 理论在 XXX 的具体应用中,存在 XXXXX 的问题[3](继续细化,并表明这么重要的的事情居然还是不完美的)。张三的研究试图从 XXX 角度解决这个问题,然而该种方案还存在着 XXX 的问题[4](后面就开始做文献综述(Literature Review)并且开始很具体的分析了),尽管李四和王五在 XXX 方面的努力解决了张三方法中 XXX 的问题,但是他的方法没有考虑到 XXXX[5, 6] …… 目前,在 XXX 的应用中,还存在着 XXXX 的问题[7](故事剧情逐步发展,试图理清前人们在不同方向对这个问题的努力和逻辑线,并阐述即使现在也是存在问题的)。因此,本研究为了解决 XXXX 的问题,提出了一种 XXX 的解决方案,这种方案使用 XXXX 技术、XXXX 理论解决了 XXXX 的问题,并设计出 XXXXX,有效地提升了 XXXX(强烈建议在这里配一张甚至几张非常通俗易懂的图来说明你和前人做的研究的区别,最好表现出为什么你的思路先进)。本文的主要贡献有:…… 本文的结构是:……(研究的问题和目标以及指导思想是什么,最终我做了什么贡献,我文章每个部分在讨论什么)。

此外,感谢 的补充,关于文献综述(Literature Review)或相关工作(Related Work),这两部分内容有可能写在引言中构成我们故事的一部分逻辑线,也有可能分出来单独写一章。一般来说如果单独分出来写会把它写在文章的最后一章(Conclusion 后面)。这部分的内容的主要目的是交代前人对该问题的探索,为了说明你的研究不是重复的,而是发现了前人没有注意或者没有解决的问题,从而证明自己的研究确实有创新点;同时在回顾前人在该方向的努力和探索的同时,可以帮助读者找到其它相关的文献。

方法论 Methodology(建议占全文的 24%)

记得我一开始遇到的情况就是:发现论文要写 “研究方法”,“研究方法是个什么鬼?还要写一章,难道不是说明一下我研究用的什么方法几句话写出来就完事了吗?”。真让人头大!

事实上方法论或者说研究方法就是这篇论文最为核心最为核心的部分之一,也是科研务实的部分。方法论这一部分应该阐述 “我这个研究是怎么进行的?我的实验具体是怎么做的?” 也就是说要回答:你做这个研究的论证过程是怎么实现的?有什么具体操作的细节?在前人的基础上,你到底创新在了哪里?你在方法论这一章节的主要目的就是向读者呈现你的研究是通过哪些步骤,怎么得到结果的。

换句话说,我们写论文的逻辑是:总结前人→提出问题→提出猜想→论证猜想→分析论证的过程→得出结论。而提出猜想和论证猜想的部分就是 Methodology 这一章的核心内容。

如果别人要复现你的实验和研究,事实上就是照着你的方法论章节来完成的。也就是这一章就是对你原创的研究内容和实践的描述。甚至我建议你在开始一项研究的时候就应该直奔这个章节的思考,也就是最优先考虑你的方法论怎么写,甚至直接就从这一部分开始动笔。因为你准备开始写论文了,说明你肯定有一个具体的课题和初步的想法。那么假设你的研究方向没有错误(即你的想法肯定是没问题的,这样引言部分的逻辑线肯定能构建起来)。那么你肯定要从设计实验 / 设计论证方法的角度开始写,这部分有了之后才能够产生论证的结果,有了结果才能够对结果进行分析和讨论,最终得出结论,然后完成整篇论文。

从写作角度来说,方法论可能是最好写的一个章节,因为你不需要参考和分析别人的文献来构建一个逻辑,也不需要大量引用别人的描述去讨论以前发生的事情;你只要阐述你是怎么做的?这个研究你是怎么进行下来的?你的论证方法是什么?目的就是把这个过程原原本本客观地记录下来,有点像是大学里 “实验报告” 对实验步骤的描述。

例如你的研究是某种理论的研究,那么这里你就需要写你自己在这个理论上的完成贡献的实际内容,例如公示的推演、理论的推导等。如果你的研究存在实验、存在调查等,那么你在这一章节就要叙述你具体是如何做的实验,如何获得调查的结果,同时说明你最后可能得到的数据以及数据分析是如何做。这里要这样写的原因是为了让你的同行能够复现你的研究。为什么科学不同于迷信呢?就是因为科学做出的一切研究都应该是能够被复现、被验证和被推翻的。只有当你的研究方法写的足够详细,可以留下足够的细节让你的同行能够复现你的研究来验证你说的对不对时,你或者你的后来研究者才可能继续完善你的理论和研究,从而做出新的贡献。因此,如果你这里写的很混乱和模糊的话,你的研究就变成了不可复现的研究,那么这将会从可信度方面造成影响。

而在这一章节需要注意的点就是:你的方法论必须有一个清晰合理自洽的逻辑线和说明研究过程足够的细节。就和引言部分一样,引言部分是为了介绍这个故事的背景,引起读者的兴趣;而方法论里就要详细说明你是如何在故事中探索下去的;也就是和证明题一样,你现在有开头(研究领域的空白),有结果(研究达到的目标、贡献),那么方法论的逻辑线就是这中间你是如何从开头一步一步推导出的结果的?你要写清楚你的逻辑和每一步的细节。

我们都知道科研和创新之事不是一朝一夕轻易就能做出来的,也许我们在研究中走了很多弯路,我们在研究中做了一些实验证明了中间有的路走不通;当前我们不断地改进直到我们完成了研究的实践过程之后(即填补了这个领域的空白),我们撰写方法论的时候就应该把最后我们走得最正确的路按照逻辑关系写下来。也就是说你的写作中默认就把你研究正确的的方向和思路交代给读者:“我不解释为什么我选了这条路,但是我告诉你这条路是正确的,且前后逻辑关系是没问题的,看起来是一步一步包含所有细节地从理论最后得到了实验数据”。除此之外不要夹杂和这条逻辑线无关的内容。

因为方法论这一章节是你整篇论文的重中之重的部分之一,因此写完之后一定要多读几遍,最好找他人帮你再看看,力求保证你的思路逻辑是没问题的,中间的内容是可读懂没有歧义的,具体操作的步骤是足够详细可以被复现的。因为如果这部分中间的写作逻辑出现错误(例如中间 A 不能推出 B 却这样写或者有孤立的内容和你推出结果的逻辑线无关)或者描述不规范不清晰导致他人看不懂(用图内容描述不清、公式字母不知道指代、遗漏重要细节等),你这篇文章可以说就是存在硬伤的,就好比证明题中间把步骤遗漏或者写错了,所以建议大家谨慎对待。

结果 Result(建议占全文的 34%)

这一章节顾名思义,就是我们从研究方法中做法得到的结果,有时结果也会和讨论(Discussion)放在同一个章节一起写。

在这个章节中,我们要做到的就是把我们方法论中调查、实验等等方法最后获得到的数据进行展示和初步的描述。要注意,如果是纯的结果内容,就不要加入自己主观的分析,完全陈述事实就可以了,力求这部分描述实际客观发生的事情和结果。注意,这里的结果一定是要描述客观结果的内容,不要避重就轻把不利于猜想的结果隐藏掉或不做描述,要抱着实事求是的态度来完成这一章节。如果想解释不利于猜想的结果,那么解释内容应当放到讨论(Discussion)部分。

一般来说,结果中的文字描述要定量 + 定性地描述,即说明数据实际的数值是多少(定量),再总结在整个数据中整体的情况(定性)。例如你做某种优化算法速度的实验,那么你就要描述出 benchmark 测试的 A 情况、B 情况的原始结果数值是多少(定量),再描述实验中 A 情况在总体的情况是什么样的、B 情况总体对比又是怎么样的,对比起来是怎么样的(定性)。

在文字描述的同时,强烈建议增加一些图表来展示这些数据,图表的作用就是让读者一目了然地看懂你的数据结果,并加强你在结果中对比描述的视觉呈现。当然,和你全文中其他地方用到的图表一样,你需要在文中引用这些图表并且详细说明它们的内容和作用。同时清晰地在图注或是表注中表述它们是做什么用的(因为人类的天性就是喜欢看图而不是大量的问题,如果读者 / 审稿人跳跃性阅读直接看你的图的话,你需要保证没有文章上下文文字的情况下,只依靠图本身和图注就能清晰地读懂你的图)。另外你可能需要考虑图表的颜色和样式,尽量能保证论文在黑白和彩色的情况下都能区分出图表内的内容。

这部分写作可以说是方法论章节的延续,在方法论中我们阐述了我们的猜想和论证猜想的方法,在结果章节中我们就要阐述通过该方法得到了什么样的结果。就好比方法论是设计图纸,而结果就是根据图纸真实建造出来的成品。

讨论 Discussion(建议占全文的 24%)

这一章节可以说和 Methodology 同等重要,这一部分可以说是整篇论文的核心和精华,要写好实属不易。从本质上讲,这一部分是你分析 Result 的过程,你需要分析和讨论做完方法论之后得到的结果数据。一般来说你需要辩证地分析数据,尽可能地通过分析结果的过程把你得到结论的逻辑展示出来;最终不但做到分析出了结果中隐含的意义,还要分析你结果中可能不是很合乎你的猜想的数据产生的原因。也就是我们逻辑大框架中,在描绘论证方法、实践论证方法得到结果后,我们要分析得到的结果究竟和我们的猜想一不一致,一致可能是什么原因导致的;不一致可能还有什么问题;以及在这里总结和分析我们的研究可能会带来什么改变,可能有什么应用等等。除此之外,这里总结我们的研究可能存在的局限性(Limitation),并且深入讨论这些局限性有没有可能改进,这些问题会不会影响到我们得出的结论。

这部分非常考验你的 “批判性思维”,你需要把你的结果中隐含的含义汇总成一条清晰的逻辑线。而汇总出的逻辑还不能有破绽,一些异常数据的解释要清晰合理;同时和引言部分相同,这里也是着重讲故事的地方,你需要合理的运用得到的结果把你的逻辑进行升华,凸显出你研究的价值。

这部分的内容强烈建议当你已经对科研有所认识之后,阅读和思考优质论文这部分的写法,学习它们的思考方式和逻辑构建的方法。因为一篇论文及格和优秀的差别就在这里,别的章节不出错你的论文可能只能说是合格的论文,而讨论章节写的出彩才有可能把论文写成一篇好的文章。

注:这里说的 “批判性思维” 并不是很多人想的要去戴着有色眼镜批评什么,而是通过一定的客观标准来重新审视、反思、推理和求真的一种思想。其实本质上读研究生、读博士除了学习知识以外,最重要的一点就是学会怎么和知识相伴,怎么去独立思考和辩证地看问题。个人认为博士之所以是博士不是因为你学了多么渊博的知识,而是你能够通过长期和高强度的思维训练,得到和知识相伴、独立思考的技能。个人认为高等教育和初等教育最大的区别就是是否教会了学生“批判性思维”。

结论 Conclusion(建议占全文的 5%)

当我最开始涉猎科研的时候,我就没有搞明白 Conclusion 和 Result 的区别,感觉它们都是 “结果” 的意思,为什么结果还要重复两次呢?

通过学习,我的经验是:结论部分其实就是对上面方法论、结果和讨论部分的一个汇总。也就是我们大的逻辑线中在得到通过论证方法的获取的结果并对其进行分析之后,还要来总结说明我们最终得到了什么结论。它的写作方法是和引言部分相反的。考虑最开始引言部分的撰写逻辑,我们是为了引出主题,在讲一个故事,那么我们就要从大到小,从宽泛到具体,先描写一个大的领域,再慢慢细分方向,最后引出一个具体的问题,然后抛出研究的空白,这就是所谓的 “呈倒金字塔型描述”。而到结论部分,你就需要写成“正金字塔” 的形式,写出用这个具体的方法,得到了什么样的发现(即讨论部分逻辑的中段),再写通过扩展这个发现得到了什么样的结果(即讨论部分逻辑的末端),再说你这个具体的成果在这个领域有什么样的贡献(由小到大、由具体走向宽泛),最后展望一下未来(在未来的研究中,研究者应该怎么继续你的研究,让这个成果变得更重要)。当然,展望未来你可以写在 Discussion 里,也可以写在 Conclusion 里,这取决于你对你文章结构的把控。这也就是开头所说的:你的文章不一定非要按照本文所说的这样编排或者必须用这几个章节,但是里面的内容你必须要有。

总的来说,结论部分就像是整篇文章的结尾,你要把你的故事结个尾,就需要从你最具体的工作不断向外延伸,点明你这篇文章的贡献;在引言部分你的故事开头强调了:“我发现了一个非常重要的领域中存在一个没有解决的问题”。在结论部分你就要对这个故事进行结尾:“我通过这个方法解决了这个问题,因此我在这个领域有重要的贡献,这篇文章是有价值的”。

参考文献 Reference

参考文献的中文翻译实际非常有迷惑性,没有经过系统训练而刚开始接触的初学者常犯的错误就是按照字面意思理解:“我研究中参考(阅读)了哪些文献,那我就把它们列在这里就行了”。如果这么看的话,这个参考文献实际上没有什么作用,相当于是 Bibliography,和作者的一个曾经的阅读列表一样。我见过比较夸张的论文甚至直接就随便找了一些相关领域的文献和书籍扔在后面当参考文献了,里面有的文献甚至和本文没有任何关系,只是在同一领域而已,这种做法是不对的。

实际上,论文的参考文献的作用不是 Bibliography 而是 Reference,它所表述的是一个 “引用”。它的含义是:我在我的研究中引用了别人的研究成果,那么出于科学研究的道德,我应该声明版权,说明这不是我研究出来的成果,而是引用自另一位研究者的。同时,因为我对我的研究内容的真实性负责,如果我不是这个领域的开山之人,我就必然站在了别人的肩膀上,那么我要保证我基于前人的理论不是我瞎编乱造或者道听途说的。要保证前人的信息的可靠性,那么我就要注明前人理论的出处。此外,参考文献的另一个作用就是当你的读者对你文章中某个知识不熟悉或者存疑的时候,他可以通过你提供的参考文献找到这个信息更详细的来源,解答他心中的疑问。

参考文献具有很多种不同的格式,例如理工科常用的 IEEE、ACM、Harvard;商科常用的 APA,国内期刊常用的 GB7714 等等。这个格式用哪种取决于你的论文格式要求,一般来说如果是杂志社或学术会议会的话,在提交的时候会告诉你它们的文章和排版格式。

此外,参考文献的列表是可以不手动输入的,目前有很多软件可以帮助你完成这项工作,例如计算机科学排版常用的 LaTeX、用 word 写论文常用的 Zotero、Endnote 等等,你只需要在文章引用的段落处使用这些软件插入 Citation 即可自动生成该引用的 Citation 和 Reference,而一般你在各大学术站点搜索到的文献可以点击 “Cite” 按钮来下载这些软件可以识别的文件,将该文的参考文献信息插入到软件中。

一般来说,作为可信来源的外文文献都是能查到 doi 的(你可以认为是这篇文献的唯一 ID 信息),而来自诸如 arXiv 等站点的预印本一般也被认为是可信的;在参考文献中不要出现不可信来源的引用,例如普通的 web 站点、百科等。

最后,如果你的文章是要发表的话,建议你所引用绝大多数的参考文献都来源于近几年的期刊或会议,因为参考文献是你在引言中背景的支撑,一切你想说但是又不能从你口里说出来的话(你想直接总结前人结论的背景支持)都需要通过参考文献来借别人之口表达。如果你引用的文献太过于古老的话,审稿人有可能会认为你的研究脱离了时代;如果你没有拿出近几年的研究成果而是立足于更早的时期,你建立起来的逻辑就很可能已经过时了,不能作为强力的论据使用。

以上就是我个人在论文撰写方面的一些经验之谈,希望能为你带来帮助!

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