科学研究与科学论文写作

蔡 曙 山

在大学或研究机构的科研和教学活动中，有两个最基本的也是最重要的环节，它们不仅关系到一所大学或科研机构的水平，也关系到整个国家的科研水平和教育水平。这两个环节就是：如何做科学研究，如何写科学论文。因此，科学研究和论文写作是大学教育和研究生教育的重要一环。(1)本文所说的科学研究，包括自然科学研究和社会科学研究，相应的论文称为科学论文。人文艺术学科的研究，一般称为学术研究，相应的论文称为学术论文。20世纪中期以来，学科交叉和综合趋势明显，由此诞生一个新兴交叉学科——认知科学。认知科学是一门经验性的实验科学。它所涉及的相关学科如哲学、语言学、心理学、人类学、计算机科学、神经科学和教育学，除了哲学(其中逻辑学是例外)不是实验科学，其余都是实验科学或实证科学。科学研究的实验方法和实证方法，日益渗透到人文与艺术学科之中。因此，本文所说的科学研究和科学论文写作，其原理亦实用于学术研究与学术论文写作。

科学研究以问题为中心，以问题为导向，这是毋庸置疑的。没有问题便没有科学研究，也就不会有科学创新，人类社会也就不可能发展和进步。因此，问题意识是维系科学机体的生命线，也是科学研究的生命线。

以问题为中心和导向，科学研究分三个阶段进行，可称为“科学研究三部曲”，这就是：发现问题，研究问题，解决问题。

科学论文写作以科学研究为基础，科学研究的规范性决定了科学论文的规范性，因此，科学研究的进程决定了科学论文的结构。两者的关系如表1所示。

表1 科学研究进程与科学论文结构关系

从上表我们看出，一篇规范的科学论文由文献综述、问题提出、实验研究、结论和讨论四个部分构成。科学研究的“发现问题”这一进程，由科学论文的前两部分“文献综述”和“问题提出”来表达；“研究问题”这一进程，由论文的核心部分“实验研究或实证研究”来表达；“解决问题”这一进程，则由论文的最后一部分“结论和讨论”来表达。下面我们分别加以展开论述。

一、文献综述

从表1看出，文献综述是与科学研究第一进程“发现问题”对应的论文写作步骤，分为“文献综述”和“问题提出”两个部分。

好的科学研究永远都是从一个好的想法(idea)开始。牛顿从苹果落地想到地球引力(牛顿定律)，并推广到万有引力；阿基米德洗澡时看到水从澡盆溢出想到浮力(阿基米德定律)；莱特兄弟看到飞翔的小鸟想到制造飞机；瓦特看到烧水的蒸汽想到了蒸汽机；魏格纳看到大西洋两岸的轮廓极为相似而提出大陆漂移学说等等，都是从一个好的想法开始科学探索和科学研究的生动例子。

为什么同样的现象千百万人看到也不会产生同样的想法呢？皮尔斯的回答是“新奇”。所谓“新奇”，指“被观察到的令人惊异的事件”(the surprising fact observed)[1]，这样的事件或事实可能每天都出现，早已被千百万人观察到，但却没有引起他们的兴趣，不觉得有任何“新奇”之处，更引不起他们的“惊异”。如苹果落地、洗澡、烧开水、看小鸟、看地图……，这些屡见不鲜的事件，一般人不会觉得惊异，也不会产生任何新奇的想法。然而，对于有准备的头脑就完全不同了。

所以，好奇心和有准备的头脑是科学发现的两个必不可少的条件。

然而，一个好的想法并不一定是一个好的科学问题，两者之间还有很大距离。

首先我们要认识到：科学研究不是诗歌和文学创作，不是凭空设想和编撰出来的。任何科学研究都是在前人工作的基础上向前推进。科学研究不可能是无源之水、无本之木，而是在以往的科学研究的沃土中生长出来的新苗。那么，如何把最初的一个“新奇想法”变成一个科学问题呢？那当然需要了解在这个问题上，别人都做过什么研究。这样，我们就进入科学论文写作的第一步，文献阅读和文献综述。

现在我们来看与“发现问题”对应的文献综述部分。

(一)什么是文献综述

文献综述指为研究某一科学或学术问题，对相关的文献进行查找、阅读、整理、分析、评述的过程。文献综述又分为两步。

第一步是文献阅读。根据与最初的想法相关的5个关键词(keywords)，查询并大量阅读相关文献。

一篇科学论文写作阅读和引用的文献数量，对学者而言，并无确定的要求，阅读文献的多少与科学论文的性质相关。最多的文献阅读和引用可达数十篇，最少的也许几篇就已经充分够用。文献综述性或跟随性研究的科学论文，其阅读和引用文献的数量可能会更多，而原创性较强的科学论文，其阅读和引用的文献数量可能会较少。

对初学科研的本科生和研究生而言，一篇科学论文或学术论文的文献阅读和引用数量应该有一定之规。这是因为，在开始学习科研的阶段，学生的学术积累不够，因此应该要求广泛阅读相关领域的文献，所以规范的文献阅读和引用要求是必须的。根据笔者在清华大学和贵州民族大学多年指导学生论文的经验，对科学论文和学术论文写作文献阅读量的要求是：本科生20篇以上，硕士研究生50篇以上，博士研究生100篇以上。以上文献均指实引文献。

第二步是对文献的分析和评述。通过文献阅读和分析评述，找出已有研究中存在的问题，提出自己要研究的新问题。

(二)为什么要做文献综述

科学/学术研究不同于艺术创作，不能凭空设想和臆造。

科学研究和学术研究一定是在前人研究的基础上，作进一步的深化或拓展，绝对没有凭空产生的科学问题。因此，科学研究和学术研究一定要先做研究背景的交代和文献综述。

一篇科学论文的四重结构，第一部分文献综述是必不可少的。其他三个部分问题提出、实验研究和结论与讨论相对而言倒是未必需要的。优秀的文献综述可以单独成文，可以独立发表。

(三)怎样做文献综述

第一步，查找和阅读文献。

前面说过，一项科学研究和一篇科学论文往往从一个“想法”开始。根据这个最初的想法，产生5个左右关键词，按照这些关键词去查找文献，并认真阅读文献。

查找和阅读文献，讲究的是“做足功夫”四个字。这又有两点要求：一是文献阅读的面一定要广，二是重要的文献不能遗漏。如果你要做一项句法学的研究，写一篇句法研究的文章，乔姆斯基(1957)的经典文献《句法结构》(syntactical structure)缺失，那将是不可想象的。

在过去的非数字化非网络化时代，查找和阅读文献那真是要“做足功夫”：第一你要跑图书馆，除了本校的图书馆、本地的图书馆，可能还要跑其他城市甚至其他国家的图书馆。第二你要泡图书馆，这可能要耗去你数月、数年甚至几十年的时间和精力。有一个中国人熟知的故事，说马克思为了写《资本论》，三十年如一日在大英图书馆查找和阅读文献，并进行写作。(2)直到2006年9月23日，中央电视台的《人物》栏目还在继续讲述着这个故事。国内学者如清华大学刘兵教授等人对此进行过实地考察求证。文见：“马克思在大英图书馆脚印的真相”https://www.douban.com/group/topic/8391406/。

著名历史学家陈寅恪先生做文献资料以及做学问的功夫尽人皆知。陈寅恪历10年所著80余万言的《柳如是别传》(原名《钱柳因缘诗释证稿》)，发明“以诗证史”“亦文亦史”的研究方法，以释证钱柳因缘之诗，以反映明清之际的历史和社会政治状况。因“诗以记事”“诗以言志”，故诗有证史之功能。——此乃寅恪先生之发明。寅恪先生说：“自来诂释诗章，可别为二。一为考证本事，一为解释辞句。质言之，前者乃考信典，即当时之事实。后者乃释古典，即旧典之出处。”[2]7而钱牧斋诗与柳如是(河东君)诗考释难度差异极大。他又说：“牧斋事迹具载明清两朝国史及私家著述，固有阙误，然尚可多考。至于河东君本末，则不仅散在明清间人著述，以列入乾隆朝违碍书目之故，多已亡失不可得见，即诸家诗文笔记之有关河东君，而不在禁毁书籍之内者，亦大抵简略错误，抄袭雷同。纵使出于同时作者，亦多有意讳饰诋诬，更加以后代人无知之虚妄揣测。故世所传河东君之事迹，多非真实，殊有待发之覆。今撰此书，专考证河东君之本末，而取牧斋事迹之有关者附之，以免喧宾夺主之嫌。”[2]4仅本书第二章《河东君最初姓名之推测及其问题》(约14千字)中，对传主柳如是最初姓名之考证，引用文献52篇，诗文70篇，可谓“字字皆有出处”，令人敬佩！读寅恪先生之书，如嚼橄榄，必须细细品读，方能得其味道。寅恪先生“书读万卷”的功夫，真是无人能及！由此始知“学问”二字，非儿戏尔。

在当今的数字化网络化时代，查找和阅读文献可以说是“手到擒来”，方便之至，至于是否还能“做足功夫”，那就难说了。所以，我们对数字信息和网络信息应该有清醒的认识。数字化和网络化时代带来的文献资料查找和阅读问题主要有：

第一，数字化信息是否涵盖所有的信息资料？

对数字化信息的依赖，可能已经达到某种“迷信”的程度。过度依赖数字化信息，恰恰可能带来文献资料的缺失。以《中国知网》为例，它是国家知识基础设施(ChinaNational Knowledge Infrastructure，CNKI)的网上搜索平台，目前已经收录期刊11 188种，学术期刊8 673种，网络首发期刊969种，并提供全文检索和下载。期刊论文，可谓“一网打尽”！此外，CNKI还收录了硕博士论文、会议论文、报纸、年鉴、专利及部分图书信息等资料。

但是，数字化信息，永远不可能涵盖所有文献资料。因为，有些文献资料是永远不可能数字化的。例如，一位《红楼梦》研究者(胡适认为这也是一种科学研究，所谓“实验主义”(3)胡适：“实际主义(pragmatism)(今译为“实用主义”——笔者注)注重实际效果；实验主义(experimentalism)虽然也注重实际效果，但他更能点出这种哲学所最注意的是实验的方法。实验的方法就是科学家在试验室(今称为“实验室”——笔者注)里用的方法。”原载1919年4月15日《新青年》第6卷第4号，又收入1919年北京大学学术讲演会编印的学术讲演录《实验主义》，见《胡适文存》第一卷，北京：华文出版社，2013年，第202页。、“大胆地假设，小心地求证”(4)胡适：“科学的方法，说来其实很简单，只不过‘尊重事实，尊重证据’。在应用上，科学的方法只不过‘大胆地假设，小心地求证’。”原载1928年11月10日《新月》第1卷第9号，又载1929年1月《小说月报》第20卷第1期。见《胡适文存》第三卷，北京：华文出版社，2013年，第80页。)，他对脂评本各种不同版本的研究和对勘，目前在网络上是不可能实现的。又例如，屠呦呦从中国古代浩瀚的医学典籍中查到葛洪的《肘后备急方》这个关键文献，依靠的不是电子文档和数字信息，而是古代遗传至今的刻本和抄本(详见后文)。

第二，数字化信息是否可靠？

2019年2月16日，英国广播公司网站报道，休斯敦赖斯大学的热内薇拉·阿朗博士说，越来越多使用这种“数据分析和机器学习”系统正在导致“科学危机”。她警告说，如果科学家们不改进技术，就会既浪费时间又浪费金钱，而且还会导致错误的结果，因为软件识别的是只存在于数据集中而非真实世界中的模式，科学家很容易找到他们希望看到的结果。阿朗说，机器学习系统和大数据集的使用加速了这种危机，因为机器学习算法是专门为在数据集当中寻找有趣的东西而开发的。她的研究成果提交给了华盛顿的美国科学促进会。2月18日，新华社新媒体专电对此进行了相关报道，称“数以千计的科学家用来分析数据的机器学习技术正在产生具有误导性且常常是完全错误的结果。”[3]

第三，是否认真阅读？能否由此及彼？

如此庞大的数字资料，使用“关键词”查找，几乎无一遗漏。但正是这种“现代化”的手段，可能对研究者造成危害。查找结果准确定位，可能造成研究者只读这段文字，而不旁及其他文字，更遑论整篇文献、整本著作和所有文献。像陈寅恪先生那样的文献功夫，在数字化时代再难有人能够做到。据说，现在很多学者都不看书，不上图书馆了。因为他们坐在家里，就能方便地查找到所需的文献资料。须知，数字化信息的获取和阅读，永远不可能代替传统的书籍和文本资料的阅读。也许，在查找和阅读期刊信息方面，数字化资料有它不可比拟的及时性和广泛性。但在书籍的阅读方面，你仍然无法用电子资源来取代图书馆。试想，你在历史悠久的大英图书馆(The British Library)(5)大英图书馆是英国国家图书馆，前身是1753年成立的大英博院图书馆，拥有超过一亿五千万件馆藏，包括期刊、报纸、剧本、专利、图画等，既有最近出版的，也有古老至公元前二千年的古籍手抄本。和金碧辉煌的哈佛大学怀德纳纪念图书馆(Harry Elins Widener Memorial Library)(6)哈佛大学图书馆是美国最古老的图书馆，也是世界上藏书最多、规模最大的大学图书馆，共拥有馆藏1 500万卷，包括90多个不同专业的学术分馆，分别设立在波士顿地区、华盛顿特区、意大利的佛罗伦萨市及世界其他一些城市，仅在哈佛大学校本部就有49所分馆。其中怀德纳纪念图书馆是哈佛大学校本部最大的图书馆，拥有10层藏书库的馆舍，宏伟壮观。读书的感觉，是你坐在电脑前查找阅读文献所无法得到的。就本人而言，我在阅读电子文档时，不可能产生在阅读书籍时的自由驰骋的联想和掩卷沉思。就笔者本人而言，我自己的万卷(册)藏书才是自己的研究工作和论文写作的第一文献来源。

第二步，写出文献综述。

通过查找和阅读文献，要围绕自己最初的“想法”去分析文献，从已有他人的研究中发现问题，提出问题。写作文献综述要注意以下几个方面：

第一，文献综述要尽量完备。文献综述要尽量完备，历时性上应包括古今的研究，共时性上应包括中外的研究。对已有的研究，特别是相关性强的、经典的研究，要尽量涵盖。

一项重要的科学研究，其文献综述往往花费大量时间，甚至多年的文献挖掘，阅读资料，才能做好。有的学者为做好一个选题，花费多年时间去做文献综述，做大量笔记和资料卡片。

第二，文献综述要有述有评。哪些问题已经得到解决，还有哪些问题未解决？解决这些问题的突破口在哪里？解决问题的方法是什么？

第三，肯定已有的贡献，找出未解决的问题。文献综述的对象是“别人的研究”，而非自己的研究，但它是做好自己研究的必要前提。所以，文献综述要肯定前人已有的贡献，找出前人未解决的问题。

前面说过，一篇科学论文的四重结构，第一部分文献综述是必不可少的。优秀的文献综述可以单独成文，可以独立发表。

例如，笔者发表于《科学通报》英文版(ChineseScienceBulletin)的特邀综述(invited reviews)“综合的时代：从认知科学到聚合科学及其后的发展”，对21世纪科学技术的纲领性文献《聚合四大科技，提高人类能力》(ConvergingTechnologiesforImprovingHumanPerformance:Nanotechnology,Biotechnology,InformationTechnologyandCognitiveScience)进行了综述和评价。指出21世纪是综合的时代，学科交叉综合是21世纪的发展趋势；改变思维方式，促进理论创新；推动教育改革，培养21世纪全面发展的人才。[4]

二、问题的提出

科学研究第一进程“发现问题”对应的论文写作有两个层次：“文献综述”和“问题提出”。这两者有什么区别呢？

“文献综述”是别人的研究，“问题提出”是从已有的、别人的研究中发现问题，提出问题，准备过渡到自己的研究。

提出问题后，经过周密的设计，就进入到论文写作的第三个部分“实验研究”或“实证研究”。由此可见，问题提出是从别人的研究进入自己研究的关键一环：把最初的“想法”变成可以实证的科学问题。能否提出正确的、有理论意义或实际应用价值的科学问题，是科学研究和论文写作的关键环节。

如何发现问题和提出问题？关键是要出现一个让研究主体感到惊异的事件。美国百科全书式的学者、符号学的创始人、美国科学通才、逻辑学家、数学家、科学哲学家、方法论、知识论和形而上学领域的改革者皮尔斯(C, S. Peirce)。皮尔斯说：

如果我们观察到一个令人惊讶的事实C，而如果A是真的，则A可能引起C，这时我们就可以推理，猜测A可能是真的。

令人惊异的事件可以分为两类。一类事件可能使所有人都感到惊异。例如，一个不明飞行物(UFO)忽然出现在天边。这必然会引起研究者的兴趣。本文不涉及这类事件。另一类事件对大多数人可以说是“屡见不鲜”，也不可能引起他们的兴趣，但却能够引起某个“有准备的头脑”的兴趣。例如，苹果成熟后从树上掉地下。千百年来，不知多少人看到过这个现象，但他们并不觉得惊异，据说只有牛顿(Isaac Newton，1643-1727)觉得惊异，并由此提出“万有引力”假说。 1687年牛顿发表论文《自然定律》，对万有引力和三大运动定律进行了描述，建立了经典力学。这些理论奠定了此后三个世纪里物理世界的科学观点。

所以，好奇心是科学发现的主观因素，是科学家应当具备的重要素质。另外，观察力也是科学家的重要素质和科学研究的重要因素。

牛顿具备这两个重要的素质。在中学时代他爱好读书，对自然现象有好奇心，例如颜色、日影四季的移动，尤其是几何学、哥白尼的日心说等等。他还分门别类地记读书笔记，又喜欢别出心裁地做些小工具、小技巧、小发明、小试验。这些都为他日后发现问题，创立科学理论奠定了基础。

在“问题提出”这一部分，应该按照以下几个层次来写作。

(一)提出问题

衔接第一部分文献综述，在前人研究工作的基础上，发现问题，并提出自己研究的新问题。何谓“新问题”？简单说就是研究问题要有新意。

1969年，屠呦呦率领的中国中医研究院团队(屠任科技组组长)受命研制抗疟药。她查阅了上百份中国古代医学典籍，有2 000多个关于疟疾的药方，需要一一实验排查。她对其中200多种中草药进行了研究，但却颗粒无收。当她继续查阅古籍时，无意间读到晋代葛洪的《肘后备急方》，其中“治疟疾方又方”说：“青蒿一握以水二升渍绞取汁尽服之”。但此前已经有人按此方做过实验却未成功。她突然产生一个灵感：莫非之前的实验在提取青蒿素过程中温度太高，破坏了药性？她决定尝试用低沸点溶剂来提取，以获得古方效果。结果发现，提取物对疟疾抑制率高达100%！——实验成功了！屠呦呦发明的药物拯救了数百万人的生命。她因此获得2015年诺贝尔生理学或医学奖。在这个例子中，中国古代浩瀚的医学典籍是她的文献资料，葛洪的《肘后备急方》是关键文献，青蒿方是众多治疟药方中的一种，低温萃取是最后制胜的灵光一闪。

所以，在科学研究中，如何把最初的想法变成一个科学问题，乃是核心所在。提出一个问题比解决问题更重要；能否正确地提出问题则是成功的关键。

(二)研究目的、内容和方法

科学研究的目的是：发现问题，解决问题。例如，笔者于1987年撰写的硕士学位论文《一个与卢卡西维兹不同的亚里士多德三段论形式系统》，明确指出：“改进卢卡西维兹的工作，建立原来意义的亚氏三段论形式系统，以便我们能更好地用现代逻辑的方法来研究亚氏三段论的系统特征，研究亚氏三段论与其他逻辑理论(例如命题逻辑和谓词逻辑)之间的关系，正确、客观地评价亚氏三段论的理论成就及其在逻辑史上的地位，这就是我们写作本文的目的。”[5]本文的缩写本(10千字)发表于1988年《哲学研究》，读者可以参阅。

一篇有价值的科学论文，应该在已有研究的基础上，深化和拓展本领域的研究，有所发展，有所创新。

如果是一篇学位论文，应该列出本研究的具体内容，一般要求列出本文的章节标题(具体到三级标题)。

一篇科学论文或学术论文，无外乎实验研究和实证研究两种方法。实验研究是传统的科学研究方法，包括实验室的方法和思想实验的方法，为自然科学研究广泛采用。社会科学和文史哲艺术等人文学科，更多采用的是逻辑论证、社会调查、案例研究等研究方法，我们在下文展开阐述。

(三)研究工作的意义

研究工作的意义分为理论意义和现实意义(应用价值)两个方面，理论意义主要是指理论的创新和发展。现实意义指本研究可能的实际应用和价值，例如，有的研究结果可以成为决策的依据，这就是它的实际应用价值。

三、实证研究和实验研究

对于科学研究，仅有好奇心和观察能力，能够发现问题是不够的，这些只是建立科学理论的必要条件，充分条件是严格认真的科学研究。

科学研究的基本方法是逻辑推理和科学实验，这两种方法本质上都是实证的。就是说，科学研究必须以逻辑推导和实验室证据来证明你在第一阶段即问题发现阶段提出的假说。

(一)逻辑证明

我们先来看逻辑证明。

古今中外，人类脑与心智进化所形成的推理能力只有四种，这就是演绎推理、归纳推理、类比推理和溯因推理。四种推理之间的关系如表2所示：

表2 四种推理之间的关系

皮尔斯对推理的分类与此略有不同，他首先将推理按照结论是否超出前提这个标准分为“解释前提的推理”(即分析方法或演绎推理)以及扩展前提的或综合的推理(即综合方法或结论超出前提的推理)；进一步，他将第二类的推理再分为溯因推理归纳推理。他对推理的分类如图1。[6]7

图1 皮尔斯的推理分分类图

很显然，皮尔斯的分类缺少了很重要的一类推理：类比推理。

虽说四种基本的推理是全人类共同的，但在所擅长的推理类型上，存在巨大的民族、种族和人群的偏差。由于脑进化产生的偏侧性和东西方进化的差异性，西方人是左脑优势群体，在推理上擅长于分析和演绎，在文化上则擅长于进攻。与之对照，东方人是右脑优势的群体，在推理上擅长于综合和三种经验推理：归纳、类比和溯因，在文化上则擅长于防守。

两千多年来，由于生存需要和食物匮乏等原因，人类一直被左脑所统治，这是西方思维和文化盛行、演绎和分析方法受到推崇、归纳和综合方法受到忽视的根本原因，也是皮尔斯分类缺失类比推理的原因。

本文作者蔡曙山曾在《科学发现的心理逻辑模型》一文中证明，在科学发现中，假说的提出使用的逻辑方法是归纳、类比和溯因，演绎对科学假说的提出没有贡献，但可以用来验证假说。[7]科学发现的心理逻辑模型如图2所示。

科学发现的三种主要逻辑方法归纳、类比和溯因都是经验方法，这说明科学是一种经验的活动，当然它也需要经验的参与，例如用演绎推理来验证假设和建立科学理论体系。这也说明科学活动不必然是西方的思维和文化所主导的理性的(分析和演绎的)活动，而是需要经验、直觉等心理因素的参与。在业已发生认知科学经验转向的今天，科学活动中的综合的和经验的方法应该更加受到重视。这项研究意义重大，创新性强。它说明在认知科学发生经验转向的背景下，中国人擅长的归纳、类比和溯因推理将在科学发现中扮演重要角色。认知科学诞生了，中国人的世纪到了！

图2 科学发现的心理逻辑模型[7]

(二)科学实验

再来看科学实验。

提出假说之后，科学研究的一项重要任务就是用实验方法对假说进行验证。实验验证有两种可能的结果，一种是证明假说成立，这时假说就成为一种有解释力的科学理论。另一种是推翻假说，这时我们就需要提出新的假说,并重复实验证明。下面我们各举一个例子。

(1)沃森选择任务实验

沃森选择任务实验(Wason selection task)是肯定性结果的实验，即实验结果证实了实验假设。

人们在做逻辑推理时，是严格按照逻辑学家建立的理想模型呢，还是会受到心理因素的干扰？1966年，英国著名的认知心理学家沃森(P. C. Wason, 1924-2003)设计了一个堪称完美的行为实验来验证他的假设。

实验假设：人们在做逻辑推理时，会发生心理偏差，即受心理因素的影响。

被试：沃森实验选择的被试是未系统学习过逻辑学的大学生，这些大学生能够正常思维，但却未受到逻辑理论的干扰。很显然，他所要测试的是这些大学生的逻辑能力而非逻辑知识。

实验材料：他采用的是人们日常思维中使用最多的充分条件假言推理，它是一种最常用的演绎推理。充分条件假言推理有4种可能的形式(模型)，逻辑学证明，其中只有肯定前件式(Modus Ponens, MP)和否定后件式(Modus Tollens, MT)是正确的推理，而其他两种即否定前件式(DA)和肯定后件式(AC)不是正确的推理形式。在经典逻辑的框架下，这四种推理形式的有效性可以得到证明。充分条件假言推理4种模型列表如下(表3)：

表3 充分条件假言推理4种模型的有效性

实验设计：先来看简单的沃森实验。实验材料用4张纸牌，例如：

A B 4 7

指导语和实验任务：在您的面前有4张纸牌，每一张纸牌的一面是数字而另一面是大写英文字母。请您翻开这些纸牌以检验下面的规则：

R：如果一张纸牌的正面是A，则它的背面是4。

请选择翻开4张纸牌中的一张或几张，以证明或推翻规则R。

再来看大样本的沃森实验。为了实验结果的可靠性，改进的沃森实验采用了多组纸牌和上千名被试来完成选择任务实验。多组纸牌如下：

A B 4 7

S 3 A 2

E K 6 9

指导语中的规则改为：

R：如果一张纸牌的正面是元音，则它的背面是偶数。

前面我们给出充分条件假言推理有4种模型及有效性(表3)，那么，沃森实验的结果是否支持实验假设呢？

实验结果：大样本(n>1 000)沃森实验结果如下(表4)：

表4 沃森选择任务实验结果(逻辑有效性与心理偏差对照)

数据分析：沃森实验的结果，逻辑有效性与心理偏差非常明显(图3)。以下对实验结果的心理效应加以分析。

图3 沃森实验结果统计图

先来看两种在逻辑学上有效的推理形式：肯定前件式(MP)和否定后件式(MT)。

肯定前件式(MP)有100%的支持率，心理学家们提出两条理由来进行解释：一是人们习惯于肯定式的推理；二是“A”或“元音”在规则R中出现，对被试产生了心理启动效应。但这两种解释仅仅提供了这种推理模型100%支持率的部分原因，而且只是次要原因。合理的解释必须考虑这样一个因素，被试是未系统学习过逻辑学的大学生，并不具备逻辑学知识，为何竟然有100%的被试都懂得使用这种推理呢？前面的两条理由显然不足以解释100%的支持率。2007年，笔者提出“先天逻辑能力”来进行解释。所谓“先天逻辑能力”(Innate Logic Faculty, ILF)就是在头脑里预装的、不需要学习并且通过遗传获得的能力。[8]427-442人类一出生，甚至在出生之前，就具备这种逻辑能力，否则我们将无法解释婴儿的很多(甚至全部)行为。事实上，非人类动物的刺激反映(Stimulus Response,SR)也是MP这种先天逻辑能力的表现。

否定后件式(MT)也逻辑学上有效的推理形式，在沃森实验中却只有50%的支持率，仅仅是同样在逻辑上正确的MP的一半！对于如此大的偏差又应该作何解释呢？心理学家也提出了两条理由，一是这种推理是否定式的推理，是人们不习惯使用的；二是这种推理使用了两次否定，增加了推理的难度，是人们在直觉上难以把握的，这就增加了错误率。笔者认为，这两条理由也不足以解释为何同样正确的MT的支持率只有MP的一半。我们认为，主要原因是MT不是先天遗传的能力，而是需要经过后天学习才能掌握的逻辑知识和通过训练才能掌握的逻辑能力。这样看来，MT和MP两者的差异之大也就不足为怪了。

再来看两种在逻辑学上无效的推理形式：否定前件式(DA)和肯定后件式(AC)。我们按照支持率的高低进行分析。

肯定后件式(AC)在逻辑学上无效，但它竟然有33%的支持率，注意这种错误的推理形式与正确的推理形式MT的差异甚至比两种同样正确的推理形式MP和MT之间的差异还要小，这究竟是为什么？心理学家也提出两条理由加以解释：一是AC也是肯定式推理；二是它的后件“4”或“偶数”也在规则R中出现了。两条理由竟然与MP的解释一样，岂非怪事？笔者认为，主要的原因是肯定后件式的推理模式是人们日常生活中广泛使用的溯因推理的逻辑形式！这种推理虽然在逻辑学上无效，在日常生活中却是行之有效并且广泛使用的一种推理形式，也是前面所说皮尔斯最看重的一种推理形式。如果下雨路面就会湿，现在路面湿了，虽然我们不能推出是天下了雨，但却可以把天下雨看作是一种可能。溯因推理也是一种后天习得的逻辑知识或经验能力，在沃森实验中，这种经验的能力发挥了作用，从而使这种逻辑学上错误的推理形式获得了非常高的支持率！如果这个解释是正确的，那么，不同人群的沃森实验在肯定后件式的支持率上会表现出明显的差异性，因为溯因推理作为一种后天习得的经验式推理，其结果具有显著的人群差异性特征。例如，侦探、医生、管理者等是善于使用溯因推理的人群，应该在肯定后件式上有更好的成绩。笔者在清华大学的教学中，曾对公司管理者人群和普通大学生人群做了沃森实验的对比实验，结果发现，未系统学习过逻辑学的公司管理者群体对比同样未系统学习过逻辑学的大学生群体，其肯定后件式AC的支持率是难以想象的高。大学生对照组的各项指标基本符合沃森实验大样本统计结果，而管理者实验组的肯定后件式AC支持率竟然高达难以想象的70%以上，其后天习得的否定后件式MT的支持率却仅有30%左右。这说明同样是后天习得的逻辑能力，经验在其中发挥了重大的作用，以至于错误推理的支持率竟然大大高于正确推理的支持率！这充分证明了沃森实验的假设：人们在做逻辑推理时，会发生心理偏差，即受心理因素的影响。在有的推理模型中，如在肯定后件式即溯因推理中，心理因素的影响甚至会非常之大！

否定前件式(DA)也是逻辑学上无效的推理，尽管它的支持率最低，但也不为零，而是高达21%，这又是为什么呢？例如：如果他给你干活，你就得给他钱。现在他没给你干活，请问你会给他钱吗？你一定会毫不犹豫地回答：不会。这个推理有问题吗？从形式上看，这是一个否定前件式的推理，如果假言前提是充分条件，推理是无效的；如果假言前提是充要条件，则否定前件式(从否定前件到否定后件)却是正确的。由于“他给你干活”和“你给他钱”是充要条件，所以，这个推理是正确的。这就是否定前件式得到21%支持率的原因：人们常常用否定前件式来做充要条件推理，并且不理会假言前提究竟是充分条件还是充要条件。

经过以上数据分析，我们看出，沃森实验解决了自弗雷格(F. L. G.Frege,1848-1925)以来100多年困扰逻辑学家和心理学家的一个重大理论问题：逻辑学应该排斥心理因素的干扰吗？实验证明，弗雷格及后来的逻辑主义者试图从逻辑学中清除心理因素的干扰是徒劳的，因为在人们的日常思维中，左脑主导的逻辑加工方式会受到右脑主导的心理加工方式的影响。在人们的认知过程中，逻辑认知与心理认知是密切关联的。因此，逻辑学与心理学也应该是密切关联的，而不是相互排斥的。

(2)迈克尔逊-莫雷实验

迈克尔逊-莫雷实验(Michelson-Morley experiment)是否定性结果的实验，即实验结果推翻了实验假设。

太阳光是如何传播到地球的？这是地球人最容易产生的一个想法。专业地说就是：光线是如何传播的？接下来是一个逻辑的推导：既然水波的传播需要介质，那么，光线的传播也一定存在一种介质。这是一个人人都会的类比推理。这种从推理中得出应该存在的介质，人们称之为“以太”(aether)。

实验假设：如果存在以太，则当地球穿过以太绕太阳公转时，在地球通过以太运动的方向测量的光速(当我们对光源运动时)应该大于在与运动垂直方向测量的光速(当我们不对光源运动时)。

1881年，迈克尔逊(Albert A. Michelson)首次实验在德国波茨坦进行，虽然实验仪器比较粗糙，但测量方法的基本设想和仪器装置的基本构思已经确定。

1887年，阿尔贝特·麦克尔逊和爱德华·莫雷(Edward Williams Morley)在美国克里夫兰进行了非常仔细的实验，目的是测量地球在以太中的速度(即以太风的速度)。

此后，科学家们不断改进实验装置、实验条件、实验规模，一再重复这个实验，实验结果如下(表5)。

实验结果：从1881年到1930年先后有11位科学家的15项准确记录，实验结果始终是否定的，即没有观察到如果以太确实存在的应该产生的干涉条纹。

表5 1881-1930与迈克尔逊-莫雷实验相关的实验结果

这一否定结果引起物理学界的震惊，人们不得不承认“以太风”根本不存在。实验的结果证明光速在不同惯性系和不同方向上都是相同的，由此确定了光速不变原理，而此原理成为爱因斯坦相对论的理论前提之一。麦克尔逊-莫雷实验在物理学发展史上占有十分重要的地位。

迈克尔逊和莫雷测定“以太漂移速度”的实验虽然“失败”了，但却创造了一种精密度的测长仪器。迈克尔逊因在“精密光学仪器和用这些仪器进行光谱学的基本量度”研究工作中的卓著成绩，荣获1907年诺贝尔物理学奖。

结论：以太存在且光速满足伽利略速度叠加的前提是错误的。因此，要么是以太不存在，光速相对于任何参考系的速度都一样，因此旋转迈克尔逊干涉仪时光线1和2不存在时间差；要么是以太存在但是光速不满足伽利略速度叠加。

在1887年到1905年之间，人们曾经好几次企图去解释麦克尔逊——莫雷实验。最著名者为荷兰物理学家亨得利克·洛伦兹，他是依据以太存在，但是伽利略速度叠加原理需要修改，从而引进了洛伦兹变变换。然而，一位当时还不知名的瑞士专利局的职员阿尔贝特·爱因斯坦，在1905年发表的一篇著名的论文中指出，只要人们愿意抛弃绝对时间的观念的话，整个以太的观念就是多余的。光速不变性和坐标平权性(即不存在绝对坐标)成为爱因斯坦相对论的两个基本前提。

四、结论和讨论

“解决问题”是科学研究三部曲的最后一章，对应的是论文第四部分“结论与讨论”。作为一篇科学论文，虽然实验部分有每个实验的结论，但全文应该有总的结论和讨论。结论和讨论将全文收住。

我们熟悉的文学、艺术和哲学也都有一个相同或类似的结构。例如：《红楼梦》开篇是“甄士隐梦幻识通灵”，结尾是“贾雨村归结红楼梦”。单乐章交响乐在呈现部(Exposition)到展开部(Development)和再现部(Recapitulation)之后，最后会有一个结尾部(Coda)。黑格尔“正反合”最后是合题，八股文“起承转合”最后部分也是合题。(7)“八股文”也称“八比文”，每文内涵八个排比对偶句(八股)，按“起承转合”四段结构作文，是中国明清两朝600年行之有效的取士制度科举考试的文体和写作规范。2014年，浙江省杭州市高级中学以明朝王鏊的殿试之作《民既富于下，君自富于上》、著名心学大师王阳明的《志士仁人，无求生以害仁，有杀身以成仁》和曾国藩的《与诸弟书》三篇八股文入选高中课本，引起学者热议。黄强认为，“起承转合”篇章结构是中国古代文学作品喜欢顺序描写和叙述的文化传统，是文学作品中社会生活矛盾冲突呈现的发生、发展、转折、收结并循环往复的逻辑进程的反映。(文见《光明网》http://theory.gmw.cn/2016-07/04/content_20818984. htm)事实上，近代很多学者认为，八股文是在中国语言文字、思维和文化基础上产生的，作为明清两朝取士制度科举考试的规范文体，有其合理性和必然性。邓云乡先生说，清代的八股文与古文、八股文与诗、八股文与小说、八股文与数学和逻辑思维，都是一脉上相通的。他说：“清初大诗人如吴梅村、王渔洋，后来的如袁枚，清末的王湘绮、陈散原等无一不是少年科第、八股出身。”所谓“骚坛之卓卓者”，皆“台阁之铮铮者”(邓云乡：《清代八股文》，中华书局，2015年，第175页)。周知堂说，八股文是中国文体之极致，在技巧上可说是无以复加的(同上，第170页)。这说明，在中国传统文化中，语言和思维都是讲结构，讲规则的。[9]

一篇科学论文，最后的总结论一般为2-4个。对引出的结论，应该分别进行简单的讨论。

本文也得出几点结论并简单讨论。

1.科学论文写作以科学研究为基础，科学研究的规范性决定了科学论文的规范性，因此，科学研究的进程决定了科学论文的结构。

以问题为中心和导向，科学研究分三个阶段进行，可称为“科学研究三部曲”，这就是：发现问题，研究问题，解决问题。

一篇规范的科学论文由文献综述、问题提出、实验研究、结论和讨论四个部份构成，分别与科学研究各个进程相对应。换句话说，科学研究的各进程由论文结构的相应部分来表达。科学研究的“发现问题”进程由论文的前两部份“文献综述”和“问题提出”来表达；科学研究的“研究问题”进程由论文的核心部分“实验研究或实证研究”来表达；科学研究的“解决问题”进程由论文的最后一部份“结论和讨论”来表达。

2.科学论文的表述方式是丰富多彩的，但其逻辑结构一定是如此。

一篇规范的科学论文或学术论文，其各部分哪怕不用“文献综述”“问题提出”“实验研究”和“结论与讨论”这样的标题，其结构一定会体现这样的逻辑层次，这是科学研究的三阶段决定的。

查阅笔者本人30多年前即1988年发表于《哲学研究》的论文《一个与卢卡西维兹不同的亚里士多德三段论形式系统》(本文为硕士学位论文的缩写)，文章的一级标题仅用中文数字一、二、三、四标出，无标题，但仍然看出“文献综述”“问题提出”“实验研究”和“结论与讨论”明显的逻辑结构。当年并无任何老师指导过科学论文和学术论文应该如何写作，但为何自己能够掌握并运用这样的论文结构呢？答案只能是：科学研究的结构决定了科学论文的结构。

3.提倡规范的科学论文写作有无必要？必要性何在？

20世纪中叶以来，推动科学研究和哲学研究最重要的概念和方法莫过于“结构”(structure)和结构主义(structuralism)。结构主义由瑞士语言学家索绪尔创立，经过维特根斯坦、让·皮亚杰、克洛德·列维-斯特劳斯、乔姆斯基、福柯和德里达等人的发展与批判，成为当代世界的重要思潮。

从逻辑上说，一个结构S是一个二元组S=，其中，D是论域，R是关系。一篇科学论文，其研究对象的集合构成它的论域。这篇论文的一级标题、二级标题、三级标题将论域中的元素关联起来，形成一些关系。这样，这篇论文的论域及其上的关系就形成该论文的结构。一个结构经过赋值和解释，就成为一个模型，就产生了语义。一个命题(判断)在这个模型解释下便有了真假。由此可见，一个结构是否合理，将对其上的解释和意义产生影响。不仅写作论文如此，人类的其他一切活动亦复如此。

例如，一个职业运动员要想取得好成绩，必须经过专业训练。如何训练呢？教练员会把各种基本动作(元素)关联起来，形成一定的关系。这就是这种运动的结构。一个短跑运动员，教练会按照起跑、加速、冲刺、碰线等基本结构对运动员进行规范训练。一名优秀的短跑运动员，哪怕要提高百分之一秒的成绩，也必须进行反复严格规范的训练。同样，一个学者或学生，特别是对于刚刚开始学习科研的大学生、研究生，要想写出高质量的科学论文或学术论文，学习和掌握论文写作规范，并进行相应的训练，是完全必要的。