從PNAS、Nature 等名刊探討實證研究的形式邏輯

丹 陽，陳常青，肖培根*

(1. 中國醫學科學院藥用植物研究所《Chinese Herbal Medicines》編輯部 北京100193；2. 天津中草藥雜志社《Chinese Herbal Medicines》編輯部 天津300301)

0 引 言

近年來我國科研論文質量和數量大幅提高，中國科技期刊的國際影響力也越來越大；但是，與國際先進水平期刊相比，中國的科技期刊總體還有差距，而我國本土科研論文質量也突顯兩級分化[1]。我們認為，其中一個重要的原因在于實證研究論文的形式邏輯方面，尚未明確歸納出一個系統簡潔的論述模型，以致很多科研工作者困惑于此，從而拉開差距。因此，考察和總結國際名刊實證研究的形式邏輯，從學理上提供科研工作者一個模型，對于普遍提高中國科研水平、提高中國科技期刊的核心競爭力、縮短差距，實現共同進步不失為一個有效途徑。

愛因斯坦[2]曾說：“西方科學的發展是以兩個偉大的成就為基礎，那就是，希臘哲學家發明形式邏輯體系(在歐幾里得幾何學中)以及(在文藝復興時期)發現通過系統的實驗可以找出因果關系。”我們認為，“形式邏輯”可理解為一種通用的思維程序。歐幾里得幾何學[3]使用的“提出命題”和“證明命題”的論證形式，體現出“提問”和“解答”這項人類基本的思維程序。我國中醫經典著作《黃帝內經》[4]常出現這樣的表達模式“黃帝問曰......，岐伯對曰......”，同樣體現了這種基本的思維方式。“通過系統的實驗可以找出因果關系”則是指“實證研究(Empirical Research)”。通常認為，實證研究是指研究者親自收集觀察資料，為提出理論假設或檢驗理論假設而展開的研究。胡適的十字真言“大膽地假設，小心地求證”，我們認為概括了實證研究的思維特征。顯然，當前多數自然科學研究論文屬于實證研究的范疇。形式邏輯和實證研究在現代自然科學研究中不是彼此孤立的，而是相互融合共存于現代自然科學研究過程中。因此，我們認為實證研究的形式邏輯可視為科學研究的基本思維工具之一，算得上一項科研基本功。

“提問”和“解答”的具體思維程序又是什么？20 世紀約翰·杜威給出了“五步說”：疑難的境地；指定疑難之點究竟在什么地方；假定種種解決疑難的方法；把每種假定所涵的結果，一一想出來，看哪一個假定能夠解決；證實這種解決并使人信用，或證明這種解決的謬誤使人不信用[5]。基于杜威的學術思想，胡適提出“大膽假設，小心求證”，這一說法高度概括了“求解”的思維程序。進入 21 世紀，芭芭拉·明托在《金字塔原理》中提出文章引言由“背景”“沖突”“疑問”和“方案”構成[6]，這實際上明確了“提問”的思維程序，可以理解為將杜威的“五步說”采用名詞術語加以概念化。這個觀點是否符合自然科學實證研究論文引言，本文將進一步研究驗證。同時，如何理解“使人信用或者不能使人信用”，則是前人留給后人的“謎面”。綜合前人的研究以及考察通常研究論文的基本結構，我們建立了一個比較系統的實證研究的形式邏輯模型，并從PNAS、Nature、Journal of Ethnopharmacology 等國際知名期刊選取 6 篇論文進行驗證。這個模型如圖 1所示，分兩級，其中一級層次就是“提問”與“解答”，它們各自有次級分級：“提問”分為“背景”“沖突”和“疑問”3 個組件，“解答”分為“假設”“立論依據”“方案”“方法”“結果”和“結論”6 個組件。各組件定義如圖 1，對“假設”和“結論”的定義，給出了“使人信用或者不能使人信用”的基本邏輯關系，這樣就彌補了前人遺留的一些“謎面”。

圖1 自然科學實證研究的形式邏輯Fig.1 Formal logic of empirical research in natural science

提問 Problem：明確研究主題，精準提出異常或者困擾的過程。

解答 Reply：大膽假設，小心求證的過程。

背景 Background：有關研究主題公認的事實。

沖突 Complication：在該背景下研究主題發生的異常或者遇到的困擾，起到推動情節發展，引發讀者疑問的作用。

疑問 Question：由這個“沖突”帶來的疑問，而不是其他“沖突”或者與研究主題不相干的信息帶來的疑問。

假設 Hypothesis：猜測性的回答，有待驗證的結論，用于指導和設計“方案”。

立論依據 Rationale：“假設”不是空想，而是有一定的研究基礎，由前人的研究成果推理而來。

方案 Resolution：為驗證“假設”設計的一套實驗，即“做什么”。

3.全員參與原則。和諧企業不是一部分的和諧，而是全體員工的和諧，企業整體的和諧。企業經營者必須充分認識到，企業和諧需要全體成員的共同參與和共同努力，才能逐步實現。因此，在構建和諧企業的過程中，經營者要向企業成員灌輸全員參與原則，每位員工自身和諧、員工與員工要和諧，以及企業與外部要和諧。從和諧的本質上講，和諧就是整個有機體的有序運行，個別地方不和諧，就會破壞整體的和諧。

方法 Methods：具體執行“方案途徑”，即“怎么做”。

結果 Results/證據 evidence：通過執行方案得到一系列數據，稱為“結果”，可作為“證據”支持“假設”。

結論 Conclusion：被驗證的“假設”，即得到“證據”支持，則成為“結論”；顯然，“結論”從“結果”推演而來。

1 對象與方法

從 PNAS、Nature、Journal of Ethnopharmacology等國際知名期刊提取了 6 篇論文(表 1)。PNAS 和Nature 是自然科學領域公認的世界名刊。Journal of Pharmacology 是傳統藥物學領域的知名期刊。Chinese Herbal Medicines 是中國第一份中藥專業的英文學術期刊，其文本構造如表 2。PNAS 和 Nature摘要為報道式，Journal of Ethnopharmacology 和Chinese Herbal Medicines 摘要為條目式。

6 篇論文分別屬于藥學、植物學范疇。按照圖 1給出的模型進行分析，觀察整體本文結構，重點分析題目、摘要、引言。分析步驟首先確定主題，其次尋找提問和解答，再次分析鑒別9 個組件。

表1 6份實證研究論文樣本Tab.1 Six text samples of empirical research

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

2 結 果

例 1[7]來自 Journal of Ethnopharmacology。摘要屬于條目式摘要，分為“傳統藥物學相關背景”(Ethnopharmacological Relevance)、“研究目的”(Aim of the Study)、“材料與方法”(Materials and Methods)、“結果”(Results)和“結論”(Conclusion)。盡管如此，依然可按照圖分析文本，結果如表 3。本例的題目就是“結論”。其摘要是一個比較標準的實證研究形式邏輯，除了“立論依據”之外，各組件清晰可現，雖然“疑問”隱含，但是可以從“沖突”中推理出來。“假設”部分性地得到驗證，因此“結論”限定性地表達為“部分治愈機理在于一定程度上”。全部組件均可在正文找到，而摘要中所缺的“立論依據”位于“引言”第 2 段第 6～10 句，形成一個標準的形式邏輯模型。

例 2[8]來自 Chinese Herbal Medicines(表 4)。該刊的摘要也屬于條目式摘要，分為“目的”(Objective)、“方法”(Methods)、“結果”(Results)和“結論”(Conclusion)。盡管如此，依然可按照圖1分析。本例的題目就是研究主題，其摘要是一個比較典型的實證研究形式邏輯，除了缺少“假設”和“立論依據”，其他各組件清晰可現。如同例 1，雖然“疑問”隱含，但是可以從“沖突”中推理出來。由于“假設”和“結論”是“有待驗證”和“得到驗證”的邏輯關系，因此在摘要部分，通過“結論”可以暗示關于“假設”的一些信息。全部組件均可在正文找到，而摘要中所缺的“立論依據”位于“引言”第2 段，也是一個標準的形式邏輯模型。

表3 例1形式邏輯分析結果Tab.3 Analysis of formal logic of Sample 1

表4 例2形式邏輯分析結果Tab.4 Analysis of formal logic of Sample 2

例 4[10]也采自 PNAS(表 6)，如同例 1 和 3 題目就是“結論”。摘要各組件及其排列次序是“背景a—沖突 a—假設或立論依據—方案或方法 a—結果a—方法b—結果 b—結論a”。重要性各組件及其排序是“背景 b—沖突 b—方案或方法 c—結論 b—意義”。“背景 a”和“b”完全相同，“沖突 a”和“b”語義一致，“結論 a”和“b”一致，“方案”或“方法”得到的全部“結果”均支持“結論”(表6)。從這兩個例子看，PNAS 的摘要和重要性重在表述提問和重要發現，即“結果”和“結論”，點明“立論依據”，對方案和方法的表述極簡。對全文進行分析發現，雖然各組件表述次序有微調，但依然符合模型。

表5 例3形式邏輯分析結果Tab.5 Analysis of formal logic of Sample 3

表6 例4形式邏輯分析結果Tab.6 Analysis of formal logic of Sample 4

例 5[11]采自 Nature(表 7)，如同例 1、3 和 4 題目就是“結論”。摘要是報道式，各組件及其排列次序是“背景 a—沖突—假設或立論依據—結論—方法與結果 a—背景 b—方法與結果 b—意義”。與標準模型相比，本例也有所變異，表現在“背景 b”用于理解“結果 a”；“方法”與“結果”融合表述，即邊介紹方法，邊介紹由該方法得到的結果。本例的摘要重在表述“提問”和“重要發現”，即“結果”和“結論”，點出“立論依據”，然而對“方案”和“方法”的表述極簡。本例沒有引言，摘要相當于引言，因為其中標引了參考文獻。雖然各組件表述次序有微調，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 題目就是結論。摘要各組件及其排列次序是“背景—沖突(疑問)—結論a—結果—結論b”。如同 例5，本例的摘要重在表述“提問”和“重要發現”，即“結果”和“結論”，省略了“假設”“立論依據”“方案”和“方法”。“結論 b”是對“a”的重申與補充。本例沒有引言。縱觀全文，依然能找到各項組件，符合模型。

表7 例5形式邏輯分析結果Tab.7 Analysis of formal logic of Sample 5

表8 例6形式邏輯分析結果Tab.8 Analysis of formal logic of Sample 6

3 討 論

3.1 完善各組件的定義并重新整理其邏輯關系

事實上，人們很早就在使用該模型，例如《黃帝內經》[4]等經典著作，集結了眾多先賢的智慧，單從思維工具的角度亦值得研習。科研工作者天天在用，只是沒有系統整理出來。本模型以杜威思維五步法[5]為雛形，吸收了芭芭拉·明托《金字塔原理》[6]中的模型“背景-沖突-疑問-方案”，從人類基本思維程序出發，重新進行系統分類，將“提問”與“解答”作為初級分層，再進行二級分層，并賦予各組件定義。“背景”和“沖突”遵從《金字塔原理》基本涵義；“解答”吸收了胡適十字真言的涵義；“假設”吸收了貝弗里奇有關“假說”的內涵和作用[14]，他在《科學的藝術》中寫道：“假說是研究工作者最重要的思維方法，其主要作用是提出新實驗或者新觀測。確實，絕大多數的實驗以及許許多多的觀測都是以驗證假說為明確目的來進行的。假說的另一作用是幫助人們看清一個事物或事件的重要意義”[13]。這段論述隱含了這樣的觀點，即“假設”是有待驗證的“結論”，反之，“結論”是有待驗證的“假設”。本模型還吸收了期刊 Science 文本結構中的Rationale[14]，補充在“假設”之后，從邏輯上避免了“假設”成為純思辨的“空想”。

本模型明確了“假設”和“結論”的關系，使得“解答”真正形成一個閉合通暢的環路。一個問題或者說一個“謎”，可能存在多個“解”或“解答”，由此可形成不同的研究論文。但是，每個“解”都必須自圓其說，從而使得論文自圓其說，“使人信用”。庫恩的《科學結構的革命》[15]和杜威的“五步說”[5]都包含著一個問題存在多個解的觀點。但是如何理解論文的“自圓其說”“使人信用”，一直沒有明確的詮釋。本模型從邏輯角度界定了“假設”與“結論”的含義，即“假設”是有待驗證的“結論”，“結論”是被驗證的“假設”，從而使得論文“自圓其說”。

3.2 需要靈活使用

本模型賦予各組件的概念和內涵是狹義的，不是廣義的。文字符號雖然相同，但是內涵不一致，讀者使用本模型的時候要注意區分。比如，“背景”在本模型中的涵義是有關研究主題公認的事實，而在不同情況下，文字符號雖然都是“背景”，但內涵不同，容易混淆。有的“背景”用于引發“沖突”，正如模型所定義的(例 1 和例 2)；有的用于解釋“沖突”(例 3)；有的用于導出“結果”(例 5)。因此，使用中應準確區分。本模型的“結論”核心內涵是“被驗證的假設”，然而很多情況下，認為“結論”就是“結語”或者“結束語”，不僅包含本模型所賦予的內涵，還包括了對“結論”所做的分析和評價。例如梁福軍在《科技論文規范寫作與編輯》中認為“結論”就是“結語或結束語”，包含對“結論”所做的分析和評價[16]。還有，內涵的變化會帶來文字符號的變化。以“假設”為例，如果“假設”沒有“立論依據”，那么就是純思辨式的假設，屬于“空想”。如果說“空想”是“假設”的前身，那么“假設”就是“假說”或者“理論”的前身。這意味著在實際使用中，“假設”的身份有可能發生質變。另外，各組件可能隱含，可能顯明，可能兩兩合一，也可能發生次序變更，如本文舉例，疑問往往隱含于沖突中；在出現次序上，除例 1 和 2 比較標準之外，其他例子均有或多或少的次序變換以及不同組件發生融合。文本構造和摘要文本構造，各期刊各論文均有自己的風格，不論怎樣變化，一個組件都不缺，組件之間能相互推演，最終都能回歸標準模型。

3.3 本模型與模塊化摘要的關系

有關摘要的表述有兩種寫法：一是報道式，例如PNAS 和 Nature；二是條目式，例如，J of Ethnopharmacology 和 Chinese Herbal Medicines。被模塊化的條目式摘要在很多期刊中被使用，條目式摘要依然與本模型相吻合。J of Ethnopharmacology 的摘要模塊化為：Ethnopharmacological Relevance、Aim of the Study、Materials and Methods、Results 和 Conclusion。通過來自該刊的例 1 與模型比對發現，Ethnopharmacological Relevance 對應“提問”，即“背景+沖突+隱含疑問”，Aim of the Study 對應“假設+方案”，Materials and Methods 對應“方法”，Results對應“結果”，Conclusion 對應“結論”。Chinese Herbal Medicines 的摘要模塊化為：Objective、Methods、Results、Conclusion。對來自該刊的例 2 與模型比對發現，Objective 對應“提問”，即“背景+沖突+隱含疑問”，Methods 對應“方案+方法”，Results 對應“結果”，Conclusion 對應“結論”。通常在摘要寫作中容易丟失“提問”，采用本模型撰寫摘要可避免缺失“提問”或者其他重要組件。

3.4 存在的局限性

在使用本模型之前，必須對自己的科學研究類型有一個明確判斷，是不是屬于實證研究。符合以下兩個基本特點的文章，基本可視為實證研究論文，即關注解決“世界是什么”的問題，只信任或者關注觀察實驗和感知的證據，而不是純理論和邏輯的推演。當然，實證研究論文中不排除理論和邏輯的推演，例如Rationale 是對前人研究成果進行推理建立假定的“結論”。因此，應當注意本模型的適用范圍是實證研究。

本模型關注撰文的邏輯布局，不涉及研究的科學價值。雖然該模型有助于判斷科學價值，但不是衡量科學價值的標準，因為科學價值重在“發現”，發現“新迷”和“新解”，即新沖突、新疑問、新證據等。雖然這些都是本模型的基本組件，缺少了這些組件，必然嚴重影響科學價值，但實證研究的形式邏輯重在“驗證”，而不是在“發現”。因此，本文有意選擇了科學價值不等但是形式邏輯較好的論文為例，以期幫助讀者理解如何區分形式邏輯和科學價值。

本模型的另一個局限是不涉及“解”的質量。對于一個“解”來說，是否滿足了所有證據都被使用，并發生了效力，毫無勉強地相互扣緊，其間沒有空隙、沒有矛盾，達到高度地“使人信用”[17]，顯然本模型尚未涉及“證據”的效力以及與之密切相關的“討論”(研究論文的一個重要組成部分)，今后有待完善。

由于作者的學科背景限制，本文僅選取藥學和植物學科的范文為例，舉例數量有限，也未選擇其他學科，有待讀者嘗試在不同學科中使用、驗證和完善。

4 結 語

在前人研究基礎上，我們為實證研究的形式邏輯構建了一個簡易的系統模型，呈現一個閉合通暢的環路，并從國際公認的科技期刊上選擇了數篇實證研究論文加以驗證，其中不乏中國學者。希望該模型成為科研工作者使用的有效工具之一，并在實踐中不斷完善。總之，一流的科研需要一流的思維工具。目前，各國科技競爭激烈，我們認為，通過研究人類歷史上先賢留下的和當前的優秀作品，總結他們的思維工具，普及大眾，可以培育出更多優秀的科研工作者，產出更多科技成果。