从PNAS、Nature 等名刊探讨实证研究的形式逻辑

丹 阳，陈常青，肖培根*

(1. 中国医学科学院药用植物研究所《Chinese Herbal Medicines》编辑部 北京100193；2. 天津中草药杂志社《Chinese Herbal Medicines》编辑部 天津300301)

0 引 言

近年来我国科研论文质量和数量大幅提高，中国科技期刊的国际影响力也越来越大；但是，与国际先进水平期刊相比，中国的科技期刊总体还有差距，而我国本土科研论文质量也突显两级分化[1]。我们认为，其中一个重要的原因在于实证研究论文的形式逻辑方面，尚未明确归纳出一个系统简洁的论述模型，以致很多科研工作者困惑于此，从而拉开差距。因此，考察和总结国际名刊实证研究的形式逻辑，从学理上提供科研工作者一个模型，对于普遍提高中国科研水平、提高中国科技期刊的核心竞争力、缩短差距，实现共同进步不失为一个有效途径。

爱因斯坦[2]曾说：“西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础，那就是，希腊哲学家发明形式逻辑体系(在欧几里得几何学中)以及(在文艺复兴时期)发现通过系统的实验可以找出因果关系。”我们认为，“形式逻辑”可理解为一种通用的思维程序。欧几里得几何学[3]使用的“提出命题”和“证明命题”的论证形式，体现出“提问”和“解答”这项人类基本的思维程序。我国中医经典著作《黄帝内经》[4]常出现这样的表达模式“黄帝问曰......，岐伯对曰......”，同样体现了这种基本的思维方式。“通过系统的实验可以找出因果关系”则是指“实证研究(Empirical Research)”。通常认为，实证研究是指研究者亲自收集观察资料，为提出理论假设或检验理论假设而展开的研究。胡适的十字真言“大胆地假设，小心地求证”，我们认为概括了实证研究的思维特征。显然，当前多数自然科学研究论文属于实证研究的范畴。形式逻辑和实证研究在现代自然科学研究中不是彼此孤立的，而是相互融合共存于现代自然科学研究过程中。因此，我们认为实证研究的形式逻辑可视为科学研究的基本思维工具之一，算得上一项科研基本功。

“提问”和“解答”的具体思维程序又是什么？20 世纪约翰·杜威给出了“五步说”：疑难的境地；指定疑难之点究竟在什么地方；假定种种解决疑难的方法；把每种假定所涵的结果，一一想出来，看哪一个假定能够解决；证实这种解决并使人信用，或证明这种解决的谬误使人不信用[5]。基于杜威的学术思想，胡适提出“大胆假设，小心求证”，这一说法高度概括了“求解”的思维程序。进入 21 世纪，芭芭拉·明托在《金字塔原理》中提出文章引言由“背景”“冲突”“疑问”和“方案”构成[6]，这实际上明确了“提问”的思维程序，可以理解为将杜威的“五步说”采用名词术语加以概念化。这个观点是否符合自然科学实证研究论文引言，本文将进一步研究验证。同时，如何理解“使人信用或者不能使人信用”，则是前人留给后人的“谜面”。综合前人的研究以及考察通常研究论文的基本结构，我们建立了一个比较系统的实证研究的形式逻辑模型，并从PNAS、Nature、Journal of Ethnopharmacology 等国际知名期刊选取 6 篇论文进行验证。这个模型如图 1所示，分两级，其中一级层次就是“提问”与“解答”，它们各自有次级分级：“提问”分为“背景”“冲突”和“疑问”3 个组件，“解答”分为“假设”“立论依据”“方案”“方法”“结果”和“结论”6 个组件。各组件定义如图 1，对“假设”和“结论”的定义，给出了“使人信用或者不能使人信用”的基本逻辑关系，这样就弥补了前人遗留的一些“谜面”。

图1 自然科学实证研究的形式逻辑Fig.1 Formal logic of empirical research in natural science

提问 Problem：明确研究主题，精准提出异常或者困扰的过程。

解答 Reply：大胆假设，小心求证的过程。

背景 Background：有关研究主题公认的事实。

冲突 Complication：在该背景下研究主题发生的异常或者遇到的困扰，起到推动情节发展，引发读者疑问的作用。

疑问 Question：由这个“冲突”带来的疑问，而不是其他“冲突”或者与研究主题不相干的信息带来的疑问。

假设 Hypothesis：猜测性的回答，有待验证的结论，用于指导和设计“方案”。

立论依据 Rationale：“假设”不是空想，而是有一定的研究基础，由前人的研究成果推理而来。

方案 Resolution：为验证“假设”设计的一套实验，即“做什么”。

3.全员参与原则。和谐企业不是一部分的和谐，而是全体员工的和谐，企业整体的和谐。企业经营者必须充分认识到，企业和谐需要全体成员的共同参与和共同努力，才能逐步实现。因此，在构建和谐企业的过程中，经营者要向企业成员灌输全员参与原则，每位员工自身和谐、员工与员工要和谐，以及企业与外部要和谐。从和谐的本质上讲，和谐就是整个有机体的有序运行，个别地方不和谐，就会破坏整体的和谐。

方法 Methods：具体执行“方案途径”，即“怎么做”。

结果 Results/证据 evidence：通过执行方案得到一系列数据，称为“结果”，可作为“证据”支持“假设”。

结论 Conclusion：被验证的“假设”，即得到“证据”支持，则成为“结论”；显然，“结论”从“结果”推演而来。

1 对象与方法

从 PNAS、Nature、Journal of Ethnopharmacology等国际知名期刊提取了 6 篇论文(表 1)。PNAS 和Nature 是自然科学领域公认的世界名刊。Journal of Pharmacology 是传统药物学领域的知名期刊。Chinese Herbal Medicines 是中国第一份中药专业的英文学术期刊，其文本构造如表 2。PNAS 和 Nature摘要为报道式，Journal of Ethnopharmacology 和Chinese Herbal Medicines 摘要为条目式。

6 篇论文分别属于药学、植物学范畴。按照图 1给出的模型进行分析，观察整体本文结构，重点分析题目、摘要、引言。分析步骤首先确定主题，其次寻找提问和解答，再次分析鉴别9 个组件。

表1 6份实证研究论文样本Tab.1 Six text samples of empirical research

表2 4份期刊的文本结构Tab.2 Text structures of four academic journals

2 结 果

例 1[7]来自 Journal of Ethnopharmacology。摘要属于条目式摘要，分为“传统药物学相关背景”(Ethnopharmacological Relevance)、“研究目的”(Aim of the Study)、“材料与方法”(Materials and Methods)、“结果”(Results)和“结论”(Conclusion)。尽管如此，依然可按照图分析文本，结果如表 3。本例的题目就是“结论”。其摘要是一个比较标准的实证研究形式逻辑，除了“立论依据”之外，各组件清晰可现，虽然“疑问”隐含，但是可以从“冲突”中推理出来。“假设”部分性地得到验证，因此“结论”限定性地表达为“部分治愈机理在于一定程度上”。全部组件均可在正文找到，而摘要中所缺的“立论依据”位于“引言”第 2 段第 6～10 句，形成一个标准的形式逻辑模型。

例 2[8]来自 Chinese Herbal Medicines(表 4)。该刊的摘要也属于条目式摘要，分为“目的”(Objective)、“方法”(Methods)、“结果”(Results)和“结论”(Conclusion)。尽管如此，依然可按照图1分析。本例的题目就是研究主题，其摘要是一个比较典型的实证研究形式逻辑，除了缺少“假设”和“立论依据”，其他各组件清晰可现。如同例 1，虽然“疑问”隐含，但是可以从“冲突”中推理出来。由于“假设”和“结论”是“有待验证”和“得到验证”的逻辑关系，因此在摘要部分，通过“结论”可以暗示关于“假设”的一些信息。全部组件均可在正文找到，而摘要中所缺的“立论依据”位于“引言”第2 段，也是一个标准的形式逻辑模型。

表3 例1形式逻辑分析结果Tab.3 Analysis of formal logic of Sample 1

表4 例2形式逻辑分析结果Tab.4 Analysis of formal logic of Sample 2

例 4[10]也采自 PNAS(表 6)，如同例 1 和 3 题目就是“结论”。摘要各组件及其排列次序是“背景a—冲突 a—假设或立论依据—方案或方法 a—结果a—方法b—结果 b—结论a”。重要性各组件及其排序是“背景 b—冲突 b—方案或方法 c—结论 b—意义”。“背景 a”和“b”完全相同，“冲突 a”和“b”语义一致，“结论 a”和“b”一致，“方案”或“方法”得到的全部“结果”均支持“结论”(表6)。从这两个例子看，PNAS 的摘要和重要性重在表述提问和重要发现，即“结果”和“结论”，点明“立论依据”，对方案和方法的表述极简。对全文进行分析发现，虽然各组件表述次序有微调，但依然符合模型。

表5 例3形式逻辑分析结果Tab.5 Analysis of formal logic of Sample 3

表6 例4形式逻辑分析结果Tab.6 Analysis of formal logic of Sample 4

例 5[11]采自 Nature(表 7)，如同例 1、3 和 4 题目就是“结论”。摘要是报道式，各组件及其排列次序是“背景 a—冲突—假设或立论依据—结论—方法与结果 a—背景 b—方法与结果 b—意义”。与标准模型相比，本例也有所变异，表现在“背景 b”用于理解“结果 a”；“方法”与“结果”融合表述，即边介绍方法，边介绍由该方法得到的结果。本例的摘要重在表述“提问”和“重要发现”，即“结果”和“结论”，点出“立论依据”，然而对“方案”和“方法”的表述极简。本例没有引言，摘要相当于引言，因为其中标引了参考文献。虽然各组件表述次序有微调，缺乏引言，但是全文依然符合模型。

例 6[12]也采自 Nature(表 8)，如同例 1、3～5 题目就是结论。摘要各组件及其排列次序是“背景—冲突(疑问)—结论a—结果—结论b”。如同 例5，本例的摘要重在表述“提问”和“重要发现”，即“结果”和“结论”，省略了“假设”“立论依据”“方案”和“方法”。“结论 b”是对“a”的重申与补充。本例没有引言。纵观全文，依然能找到各项组件，符合模型。

表7 例5形式逻辑分析结果Tab.7 Analysis of formal logic of Sample 5

表8 例6形式逻辑分析结果Tab.8 Analysis of formal logic of Sample 6

3 讨 论

3.1 完善各组件的定义并重新整理其逻辑关系

事实上，人们很早就在使用该模型，例如《黄帝内经》[4]等经典著作，集结了众多先贤的智慧，单从思维工具的角度亦值得研习。科研工作者天天在用，只是没有系统整理出来。本模型以杜威思维五步法[5]为雏形，吸收了芭芭拉·明托《金字塔原理》[6]中的模型“背景-冲突-疑问-方案”，从人类基本思维程序出发，重新进行系统分类，将“提问”与“解答”作为初级分层，再进行二级分层，并赋予各组件定义。“背景”和“冲突”遵从《金字塔原理》基本涵义；“解答”吸收了胡适十字真言的涵义；“假设”吸收了贝弗里奇有关“假说”的内涵和作用[14]，他在《科学的艺术》中写道：“假说是研究工作者最重要的思维方法，其主要作用是提出新实验或者新观测。确实，绝大多数的实验以及许许多多的观测都是以验证假说为明确目的来进行的。假说的另一作用是帮助人们看清一个事物或事件的重要意义”[13]。这段论述隐含了这样的观点，即“假设”是有待验证的“结论”，反之，“结论”是有待验证的“假设”。本模型还吸收了期刊 Science 文本结构中的Rationale[14]，补充在“假设”之后，从逻辑上避免了“假设”成为纯思辨的“空想”。

本模型明确了“假设”和“结论”的关系，使得“解答”真正形成一个闭合通畅的环路。一个问题或者说一个“谜”，可能存在多个“解”或“解答”，由此可形成不同的研究论文。但是，每个“解”都必须自圆其说，从而使得论文自圆其说，“使人信用”。库恩的《科学结构的革命》[15]和杜威的“五步说”[5]都包含着一个问题存在多个解的观点。但是如何理解论文的“自圆其说”“使人信用”，一直没有明确的诠释。本模型从逻辑角度界定了“假设”与“结论”的含义，即“假设”是有待验证的“结论”，“结论”是被验证的“假设”，从而使得论文“自圆其说”。

3.2 需要灵活使用

本模型赋予各组件的概念和内涵是狭义的，不是广义的。文字符号虽然相同，但是内涵不一致，读者使用本模型的时候要注意区分。比如，“背景”在本模型中的涵义是有关研究主题公认的事实，而在不同情况下，文字符号虽然都是“背景”，但内涵不同，容易混淆。有的“背景”用于引发“冲突”，正如模型所定义的(例 1 和例 2)；有的用于解释“冲突”(例 3)；有的用于导出“结果”(例 5)。因此，使用中应准确区分。本模型的“结论”核心内涵是“被验证的假设”，然而很多情况下，认为“结论”就是“结语”或者“结束语”，不仅包含本模型所赋予的内涵，还包括了对“结论”所做的分析和评价。例如梁福军在《科技论文规范写作与编辑》中认为“结论”就是“结语或结束语”，包含对“结论”所做的分析和评价[16]。还有，内涵的变化会带来文字符号的变化。以“假设”为例，如果“假设”没有“立论依据”，那么就是纯思辨式的假设，属于“空想”。如果说“空想”是“假设”的前身，那么“假设”就是“假说”或者“理论”的前身。这意味着在实际使用中，“假设”的身份有可能发生质变。另外，各组件可能隐含，可能显明，可能两两合一，也可能发生次序变更，如本文举例，疑问往往隐含于冲突中；在出现次序上，除例 1 和 2 比较标准之外，其他例子均有或多或少的次序变换以及不同组件发生融合。文本构造和摘要文本构造，各期刊各论文均有自己的风格，不论怎样变化，一个组件都不缺，组件之间能相互推演，最终都能回归标准模型。

3.3 本模型与模块化摘要的关系

有关摘要的表述有两种写法：一是报道式，例如PNAS 和 Nature；二是条目式，例如，J of Ethnopharmacology 和 Chinese Herbal Medicines。被模块化的条目式摘要在很多期刊中被使用，条目式摘要依然与本模型相吻合。J of Ethnopharmacology 的摘要模块化为：Ethnopharmacological Relevance、Aim of the Study、Materials and Methods、Results 和 Conclusion。通过来自该刊的例 1 与模型比对发现，Ethnopharmacological Relevance 对应“提问”，即“背景+冲突+隐含疑问”，Aim of the Study 对应“假设+方案”，Materials and Methods 对应“方法”，Results对应“结果”，Conclusion 对应“结论”。Chinese Herbal Medicines 的摘要模块化为：Objective、Methods、Results、Conclusion。对来自该刊的例 2 与模型比对发现，Objective 对应“提问”，即“背景+冲突+隐含疑问”，Methods 对应“方案+方法”，Results 对应“结果”，Conclusion 对应“结论”。通常在摘要写作中容易丢失“提问”，采用本模型撰写摘要可避免缺失“提问”或者其他重要组件。

3.4 存在的局限性

在使用本模型之前，必须对自己的科学研究类型有一个明确判断，是不是属于实证研究。符合以下两个基本特点的文章，基本可视为实证研究论文，即关注解决“世界是什么”的问题，只信任或者关注观察实验和感知的证据，而不是纯理论和逻辑的推演。当然，实证研究论文中不排除理论和逻辑的推演，例如Rationale 是对前人研究成果进行推理建立假定的“结论”。因此，应当注意本模型的适用范围是实证研究。

本模型关注撰文的逻辑布局，不涉及研究的科学价值。虽然该模型有助于判断科学价值，但不是衡量科学价值的标准，因为科学价值重在“发现”，发现“新迷”和“新解”，即新冲突、新疑问、新证据等。虽然这些都是本模型的基本组件，缺少了这些组件，必然严重影响科学价值，但实证研究的形式逻辑重在“验证”，而不是在“发现”。因此，本文有意选择了科学价值不等但是形式逻辑较好的论文为例，以期帮助读者理解如何区分形式逻辑和科学价值。

本模型的另一个局限是不涉及“解”的质量。对于一个“解”来说，是否满足了所有证据都被使用，并发生了效力，毫无勉强地相互扣紧，其间没有空隙、没有矛盾，达到高度地“使人信用”[17]，显然本模型尚未涉及“证据”的效力以及与之密切相关的“讨论”(研究论文的一个重要组成部分)，今后有待完善。

由于作者的学科背景限制，本文仅选取药学和植物学科的范文为例，举例数量有限，也未选择其他学科，有待读者尝试在不同学科中使用、验证和完善。

4 结 语

在前人研究基础上，我们为实证研究的形式逻辑构建了一个简易的系统模型，呈现一个闭合通畅的环路，并从国际公认的科技期刊上选择了数篇实证研究论文加以验证，其中不乏中国学者。希望该模型成为科研工作者使用的有效工具之一，并在实践中不断完善。总之，一流的科研需要一流的思维工具。目前，各国科技竞争激烈，我们认为，通过研究人类历史上先贤留下的和当前的优秀作品，总结他们的思维工具，普及大众，可以培育出更多优秀的科研工作者，产出更多科技成果。