自然科學研究方法專題一科研選題及開題報告的撰寫

自然科學研究方法專題一：科研選題及開題報告的撰寫

研究是一門藝術。研究是有血有肉的，是一個感情與生命投入的過程，是有靈魂的，是需要有反省力的，是一種對話的過程，是一個嚴謹?shù)倪壿嬐评磉^程，是要建立一個尊重別人，別人也尊重你的風范的努力，是對人類福祉和命運的深切關懷的行動。WayneC.Booth，GregoryG.Colomb＆JosephM.Williams

什么是科學？古巴比倫的太陽歷公元前200年古埃及莎草紙上的關于關節(jié)炎的論文古希臘的亞里士多德古羅馬的蓋倫這些小發(fā)明是否是科學？雜交是科學么？基因克隆，是科學嗎？什么是科學？

科學是反映客觀世界（自然界、社會和思維）的本質聯(lián)系及其運動規(guī)律的知識體系。第一，“科學”這個詞來自西方，在西方文化的語境中，“科學”究竟是什么的問題，首先就不是一個簡單的問題;第二，“科學”引進中國之后，中國人以自己特有的眼光看待它、在中國特有的語境中理解它，使“科學”的形象更加模糊不清。如果我們要問這樣三個問題：第一，什么是科學？第二，科學開始于何處？第三，作為一個優(yōu)秀的科學家，他最重要的品質首先是什么？你該如何回答呢？

第一，科學是對于未知的一種遠征；第二，科學開始于好奇，科學開始于猜謎，猜謎就是假說！第三，作為一個優(yōu)秀的科學家，他最重要的品質首先是要有神圣的好奇心?？茖W家最高的獎賞，不在于獎金和贊揚，而在于他的好奇心得到了滿足?？茖W有什么用？

科學幫助我們理解，幫助我們構建我們廁身其間的宇宙的圖景，幫助我們了解我們周圍的世界。它的成果，尤其是在其發(fā)展的初期，并不常常導致直接的物質利益。

科學發(fā)展了現(xiàn)代思維方式：一種從現(xiàn)象出發(fā)，以理性為指導的思維方式；科學為我們提供的，是一種全新的認識模式，作為科學革命在科學領域之外的一個直接后續(xù)事件，啟蒙運動把人類的認識水準提高到了一個前所未有的高度偽科學之王洪成的水變油技術偽科學之江本勝的《水知道答案》什么是技術？“技術是為某一目的共同協(xié)作組成的各種工具和規(guī)則體系?！?/p>

----狄德羅技術的實質就在于依據(jù)一定的科學原理，發(fā)明或改進、創(chuàng)新某種人們需要的產(chǎn)品。因此，技術發(fā)明的一般思路，與科學發(fā)現(xiàn)就有所不同。例如，貝爾發(fā)明電話和牛頓發(fā)現(xiàn)萬有引力不同，電話在貝爾的工作之前是不存在的，因而稱為發(fā)明；而在牛頓把引力概念化并變成科學定律的形式之前，引力就客觀地存在著，不是自然界遵守引力定律，而是牛頓發(fā)現(xiàn)了自然界的引力規(guī)律?？茖W、技術與工程的區(qū)別科學的本質是發(fā)現(xiàn)（≠有用）技術的靈魂是發(fā)明（≠創(chuàng)新）工程的核心是建造（必須成功）發(fā)現(xiàn)≠發(fā)明≠建造

科學思維的方向是從實踐到理論，技術思維的方向是從理論到實踐。從總體看，技術思維“反其道而用之”。探索未知事物揭示事物發(fā)生的本質了解事物演變的規(guī)律了解事物變化的影響因素改變事物的現(xiàn)狀創(chuàng)造新生事物消滅不良事物科學研究的目的

我們常說的科研，實際上是科學技術研究，既包括了科學研究，也包括了技術發(fā)展。

選擇研究課題 查新論證 制訂研究方案準備階段

試驗的實施 數(shù)據(jù)整理 試驗結果分析實施階段

論文撰寫 課題驗收 成果鑒定 技術推廣應用總結及應用階段

科學研究是一項系統(tǒng)工程整個過程可劃分為三個階段科學研究的基本框架制定操作步驟實驗準備掌握基本技能熟悉儀器操作查閱文獻選擇實驗方法介紹選題及實驗設計要求選題完成實驗設計開題報告預備實驗正式實驗數(shù)據(jù)整理及統(tǒng)計撰寫論文及論文答辯科研選題及其步驟科研選題：形成、選擇和確定所要研究和解決的科學問題。包括兩個方面：一是確定研究方向即主攻方向；二是選擇研究課題即突破口。選題步驟：提出選題文獻調研和實際考察制定科研方案進行方案論證確定課題科學研究始于問題

證偽主義科學哲學家波普爾指出：科學研究始于問題而不是始于觀察。

善于發(fā)現(xiàn)問題是研究的起點

“提出一個問題往往比解決一個問題來得更重要”（愛因斯坦）。良好的開端是成功的一半?！癢ellbegun，halfdone.”敏銳的觀察判斷和發(fā)現(xiàn)問題的能力：弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素1928年9月的一天，細菌學家弗萊明走進實驗室，偶然發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)葡萄球菌的器皿里長了綠霉，在綠霉的周圍，培養(yǎng)基清澈明凈。他提出問題:是不是綠霉有某種作用能把它周圍的葡萄球菌殺死呢?帶著這個問題，他進行了研究，不到一年就發(fā)現(xiàn)了青霉素，并因為這個發(fā)現(xiàn)于1945年獲得了諾貝爾獎。

弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素

發(fā)現(xiàn)并確認科學問題，這是弗萊明取得科學成功的關鍵所在。

著名的微生物學家斯科特和細菌學家古在由直曾回憶說，在弗萊明以前，他們也曾在實驗室中遇到過同樣的情況，但都把它當作因為操作不慎而引起的意外事件而末加深究。斯科特和古在由直之所以忽略了這個新事實,因此他們沒能從上述情況中提出有意義的科學問題?！翱茖W問題”與簡單問題

“科學研究活動始于問題“中的”問題”應該是“科學問題”，因為沒有明確指向、沒有確定應答域的問題無從立即下手進行研究，但是堅持進行思考，這類問題也可能轉化為科學問題。

據(jù)愛因斯坦回憶，他在16歲時就思考過“假如一個人跟隨光一起跑會看到什么”的問題。但最初這一問題只能算簡單問題，只有當他把這一間題與伽利略變換、麥克斯韋電磁理論聯(lián)系起來進行思考時，這個問題才具有了科學問題的意義，并最終導致了狹義相對論的創(chuàng)立。

1.從興趣到題目我對躺在房頂上看天感興趣－－夜晚的天空為什么是黑色的？我對鳥兒的飛行感興趣－－鳥的飛行姿態(tài)是偶然的還是必然的？2.從廣泛的到明確的題目一個靜止、均勻、無限的宇宙模型會導致如下結論：黑夜與白天一樣亮。但實際上夜空卻是黑的。這是為什么？當隱鹮從奧地利飛到意大利時，為什么總是以人字形進行飛翔？3.從一個僅僅有趣的問題到這個問題的更廣泛的意義A.給你的問題命名我正在研究夜空為什么是黑色的問題。我正在研究鳥兒以人字形飛行的機理問題。B.加上一個問題我正在研究夜空為什么是黑色的問題。因為我想知道如何規(guī)避開傳統(tǒng)的理論而對它進行解釋。我正在研究鳥兒以人字形飛行的機理問題。這種飛翔方式是否有其動力學機制？C.為你的問題賦予動機我正在研究夜空為什么是黑色的問題。因為我想知道如何規(guī)避開傳統(tǒng)的理論而對它進行解釋。在傳統(tǒng)的理論無法解釋的情況下，是傳統(tǒng)理論錯了，還是我們有新的理論物理學的新解釋。我正在研究鳥兒以人字形飛行的機理問題。這種飛翔方式是否有其動力學機制？研究鳥類的飛行規(guī)則和感官調整，為飛行器的仿生學提供更多的有趣的借鑒。4.從問題到難題

對隱鹮在聚群飛行的時候以人字形方式進行觀察，利用裝備的超輕感應器探測隱鹮的振翅狀況、速度和方向，探測鳥兒之間的相互位置，進行數(shù)據(jù)分析和空氣動力學模型的理論預期，探討這種飛行姿態(tài)的好處。

通過對夜空為什么是黑色的研究，對靜態(tài)宇宙進行修正，或者顛覆。區(qū)別純理論研究和應用研究－－－KnowingorDoing問題：因為我想知道天空中有多少星星。

2.題目：我正在研究宇宙某一小區(qū)域的光線和其他電磁輻射的密度。

3.借此幫助讀者了解宇宙會永無止境的擴展，還是收縮后產(chǎn)生新的大爆炸。1.問題：因為我想知道大氣層在何種程度上會使光線和其他電輻射的測量失真。

2.題目：我正在研究從大氣層之外軌道上哈勃望遠鏡與地球表面望遠鏡對相同星星的讀數(shù)有何不同。

3.據(jù)此，天文學家可以運用地表望遠鏡測得的相關數(shù)據(jù)，更準確地測量電磁輻射的密度。

選題是研究的起始步驟，是科研重要環(huán)節(jié)，關系到研究的成效。選題的科研思路(idea)的目的性要明確，要注重實用性；要有先進性，即創(chuàng)新性，這是核心，科研的靈魂；要有科學性和可行性?？蒲羞x題科研選題的基本原則科學性創(chuàng)新性在理論技術方法上有更新符合現(xiàn)代科學理論和倫理興趣性需要性社會發(fā)展和科學理論需求忘我投入工作可行性

有可能完成需要解決科學技術問題的科學意義、應用前景目標解決目標提出的科學設想及立論、創(chuàng)新其依據(jù)

達到目標提出的設計方案與科學性、先進性技術路線完成目標資源條件(人/財/物和管理）可行性

選題時要考慮的問題

玩游戲和患結腸癌的關系。吃維生素片利于健康。穿紫色睡衣利于大腦發(fā)育。避免用科學方法證明不靠譜的觀點星期二上體育課比星期三上體育課更有利于健康。

初始想法發(fā)現(xiàn)問題，提出問題查閱文獻查閱相關領域研究進展立題提出科學假說書寫標書立題依據(jù)、研究意義、研究內容及實驗方案、創(chuàng)新點與可行性分析、預期進展、經(jīng)費預算等專家論證請專家審閱，提出修改意見選題基本程序前期工作的積累和發(fā)現(xiàn)科研協(xié)作學術交流數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡信息課題來源科研項目選題依據(jù)科技活動類型,其課題可分為三種類型:基礎研究、應用研究和應用基礎研究?？蒲羞x題的來源途徑研究生科研選題自力更生型由研究生獨立選題，導師指導;溫室花朵型由導師出若干題，研究生從中挑選目標確定型完全由導師出題、派題選題來源研究生選題要有一定理論基礎，并通過實驗進行驗證?？蒲羞x題的來源途徑科研選題的策略1、熱門選題策略

將當前本研究領域的前沿、熱點問題作為研究題目。2、自身條件選題策略

根據(jù)自己的研究背景、專業(yè)特長，在指導老師或者學術帶頭人的協(xié)助下進行選題。3、理論創(chuàng)新選題策略

不選擇別人已經(jīng)有了的研究成果，有自己的創(chuàng)新點?？蒲羞x題的策略4、實際應用技術選題策略

為解決某應用問題而進行，具有很強應用背景和目標。5、自選式選題策略

從大量閱讀的論文文獻中進行選題?？蒲羞x題的一般流程第一步：初步確定研究領域

空白領域錯誤的理論體系

誤區(qū)荒區(qū)盲區(qū)疑區(qū)

存在學術分歧難以攻克的難關

禁區(qū)科學研究 領域科學研究 領域入學前對未來可能涉及的研究領域大致了解

入學后盡 早接觸高年級研究生

閱讀經(jīng)典專著，教材，百科全書

了解該領域的基本內容第一步：初步確定研究領域入學前對未來可能涉及的研究領域大 致了解自身條件和興趣

自身的職業(yè)規(guī)劃導師的科研項目

科學技術本身的體系結構及發(fā)展趨勢

國家和社會的規(guī)劃和需要 研究基礎和條件選擇一個研究領域第一步：初步確定研究領域第二步：選擇一個研究課題總體思路

通過對初步擬定的研究領域中有關文獻資料的搜集和閱讀，在對本門學科最新進展、國內外研究現(xiàn)狀的了解中產(chǎn)生課題，了解不同學者的思路特點及研究傾向，摸清前人所作的工作及達到的水平，從中發(fā)現(xiàn)問題，提出問題和萌發(fā)個人見解，建立創(chuàng)新的基礎。第二步：選擇一個研究課題提出問題通過大量、快速閱讀相關文獻資料，在比較中來確定題目。

隨時記下資料的綱目、資料中對自己影響最深刻的觀點、論據(jù)和論證方法等。記下腦海中涌現(xiàn)的點滴體會。瀏覽排列組合

將閱讀所得內容，進行分類排列和組合，從中尋找問題和發(fā)現(xiàn)問題。

將自己在研究中的體會與資料融合，選題目標逐漸明確。對比第二步：選擇一個研究課題其他方法從學術爭論的熱點中選擇課題。運用移植方法選擇課題(借鑒他人的研究)。尋找和開辟新的研究領域和研究對象。第二步：選擇一個研究課題入學前對未來可能涉及的研究領域大 致了解應該回避的選題

1著名難題

2過于狹窄的 問題

3

大而空 不專業(yè) 經(jīng)驗化的問題怎樣才使你的選題具有科學性和創(chuàng)新性

閱讀，閱讀，再閱讀了解已有的成果，避免重復刺激產(chǎn)生新的火花精讀３-５篇以上的綜述文章精讀１０篇以上的同方向研究文章泛讀３０-５０篇同領域研究文章批判性的閱讀怎樣才使你的選題具有科學性和創(chuàng)新性

交流，交流，再交流Brainstorming三個臭皮匠，一個諸葛亮不要自我封閉，自我陶醉不要覺得你的主意可以獲得諾貝爾獎，惟恐別人盜走與導師，同事交流與國內外同行交流外行也許有獨到的見解！開展學術交流的兩個秘訣（品質）

謙虛－－謙虛是做好一切學問的前提發(fā)表論文、書籍會議報告小組討論研究生開題報告和答辯會

Open(做一個open的人）

OpenyourdoorOpenyourmindOpenyourheartAgreetodisagree怎樣才使你的選題具有可行性？

課題大小適中

工作基礎個人知識積累和理論基礎個人實驗技能相關領域的積累已取得成績，發(fā)表文章

工作條件實驗室設備野外場地經(jīng)費額度選題的步驟

與導師協(xié)商大方向

大范圍調研

總結進展

提出問題

分析課題的的科學意義并修正課題（問題）

進行前期的預備研究（小實驗，熟悉實驗材料）

再次修正課題

寫出開題報告文獻信息在科學研究中的作用了解研究歷程了解科研重點了解研究程度

了解問題主次了解發(fā)展趨勢了解研究動態(tài)文獻信息了解前人做過的工作;已有哪些成就;其優(yōu)缺點是什么;還有哪些問題或其中哪些部分尚未解決；解決的關鍵所在；前人走過哪些彎路；有什么經(jīng)驗教訓。回溯性信息啟發(fā)性信息了解國內外技術發(fā)展動態(tài)、水平、趨勢；我們的優(yōu)勢與定位；我們所存在的問題及可能的解決途徑。界定需求提出問題新信息融入個人知識庫篩選評價信息獲取信息制定檢索策略選擇信息源開題報告開題報告的核心架構

What?

Why?

How?一、課題名稱

與內容統(tǒng)一、明確具體、科學規(guī)范、醒目簡潔。1.線粒體融合分裂在胰島素抵抗的運動調控機制中的作用

2.增齡和預運動訓練在MPTP致小鼠帕金森發(fā)病中的作用3.不同物種細胞色素C的抗氧化能力與物種壽命的相關性4.大鼠心肌ATP敏感鉀通道亞基SUR2A在運動預適應心肌保護效應中表達的變化

二、課題研究國內外現(xiàn)狀文獻綜述內容的提煉和總結。重點:1.已有的結論和可靠性（研究方法、重復性、一致性、作者、單位）；

2.研究方向和研究方法的變化趨勢和更新;3.尚未回答或尚未完全回答的問題；

4.課題的針對性和先進性；

5.課題與現(xiàn)今研究狀況的聯(lián)系；

6.參考文獻。注意格式。……細胞色素c在體內還起到另一個非常重要的功能：抗氧化功能［2－5］。2003年，我們利用呼吸鏈酶系中細胞色素c的拆合和重組實驗，在世界上首次提出了“細胞色素c介導的電子漏旁路途徑”這一概念［4］，證明了細胞色素C在抗氧化體系中具有的舉足輕重的地位。……舉例1.已有的結論和可靠性4.課題的針對性和先進性；

綜上所述，本研究具有較強的理論意義和較好的可行性。將蛋白質分子結構、分子進化、細胞內氧化水平和物種的壽命整合在一起，不僅大大拓展了細胞色素C作為單個分子對整體生物學的貢獻，也為系統(tǒng)生物學的研究提供了一個新的凡例，有助于揭示生物體在進化過程中的復雜變化。我們認為，該項設想對于人體的疾病和衰老的研究也具有相當?shù)膬r值。從細胞色素C的有效結構入手，可以重組一系列具有特定活性的小分子，從而探討延緩衰老、預防老年性退行性疾病以及其他一些重大的生理病理問題。舉例6.參考文獻。注意格式?！摾碚摰闹饕C據(jù)早期來自于體外實驗，但近期在分子水平也有報道，比如秀麗隱桿線蟲（C.elegans）的壽命與體內ROS的水平息息相關[11,12],對ROS敏感的果蠅突變體可以大幅度降低突變果蠅的壽命[13,14]等。該理論可以很好的解釋壽命長的哺乳動物體內ROS水平較低的事實。Wright等人的實驗說明，由線粒體產(chǎn)生的自由基所導致的神經(jīng)退行是不同物種的壽命不同的主要因素［15］?！?/p>

12.Larsen,P.(1993)AgingandresistancetooxidativedamageinCaenorhabditiselegans,ProcNatlAcadSciUSA90,8905-890913.Helfand,S.andRogina,B.(2003)Geneticsofaginginthefruitfly,Drosophilamelanogaster，Annu.Rev.Genet.37,329-34814.Parkes,T.,Kirby,K.,Phillips,J.etal(1998)TransgenicanalysisofthecSOD-nullphenotypicsyndromeinDrosophila，Genome41,642-651三、課題研究目的和意義

課題的焦點：具體；

應用基礎研究：科學意義和應用前景；

要解決的具體問題，本課題的預定目標。四、研究方案研究內容

包括研究的對象、研究的問題。研究哪幾個方面？有哪幾個層次？檢測哪幾個指標？等等……

舉例：研究內容：（一）線粒體生物合成及融合/分裂動態(tài)平衡在高脂膳食誘導大鼠骨骼肌胰島素抵抗過程中的作用（invivo）：1.在高脂膳食誘導大鼠IR進程中，骨骼肌線粒體融合/分裂相關基因表達（mRNA和蛋白）及線粒體網(wǎng)絡化結構的變化；2.在高脂膳食誘導大鼠IR進程中，骨骼肌線粒體融合/分裂改變與氧化磷酸化功能關系。（二）有氧運動預防高脂膳食誘導大鼠胰島素抵抗的線粒體生物合成及融合/分裂動態(tài)平衡變化機制（invivo）：1.有氧運動干預過程中線粒體融合/分裂相關基因表達（mRNA和蛋白）及線粒體網(wǎng)絡化結構的變化；2.有氧運動干預過程中骨骼肌線粒體融合/分裂改變與氧化磷酸化功能關系。四、研究方案研究方法通過參考文獻，調查實驗條件選定適當?shù)脑O計方案回答“怎樣做？”原則：既具有較高的論證強度，又要切實可行；選擇恰當?shù)难芯繉ο螅辉O置合理的對照（對比研究），分組。舉例：1.實驗動物wistar雄性大鼠（120只）2.實驗動物分組實驗動物分為4個組：對照組、高脂組、運動組和高脂運動組。高脂飼料配方采用ResearchDietInc的高脂飲食配方（熱量比為：蛋白質20%，碳水化合物20%，脂肪60%）。有氧運動組采用~70％VO2max負荷運動強度，每天運動60~90min，每周訓練5天。3.在體（invivo）研究方法實驗樣本：血清、骨骼肌。骨骼肌區(qū)分I和II型肌纖維類型：1）股外側肌和比目魚肌；2）腓腸