内容提纲
  • 科学期刊 vs. 大众媒体
  • 科学期刊：专业化程度
  • 科学论文的标准格式
  • 阅读一手文献
  • 累积知识并促进讨论
你知道么？
你知道么，最早的科学文献出现在公元前六世纪。对比伊萨克牛顿1672年的科学论文里写了棱镜给他带来的乐趣，科学论文随历史发展有了改变，但基本点没有变。发表后的研究成为科学知识档案里的一部分，其他科学家能够在此基础上继续研究。
关键概念
  • 科学家通过在科学期刊发表，让科学共同体能够接触到自己的研究。
  • 科学论文中，科学家解释他们正在进行的研究，他们的研究方法、数据、数据分析技术、对数据的解读。
  • 理解如何阅读科学论文，是科学家和科学专业学生的关键技能。
我们或许都读到过类似的新闻：“外星人绑架新泽西学校老师”或“99 岁老妇生下四胞胎：内含独家照片”。像《国家询问报》（National Enquirer）这样的杂志，通过发布耸人听闻的头条新闻来销售，大多数读者只相信印刷内容的一小部分。有些人对新闻比八卦更感兴趣，他们会购买《时代》、《新闻周刊》、《发现》。这些杂志发布有关当前新闻和事件的信息，包括最新的科学进展。不过这些并不是科学研究的一手报告。大多数故事都包含这样的语句：“一群科学家最近发表了他们的发现......”那么科学家到底是在哪里发表他们的发现呢？
科学家在科学期刊上发表他们的原创研究。与新闻杂志非常不同，科学期刊上的文章不是记者写的，而是科学家写的。科学论文不是为了通过惊人发现来娱乐读者，因此往往不是耸人听闻的故事；科学论文不是对最近科学事件总结的新闻报道，也不是对每一次成功和不成功的研究冒险的记录。科学家撰写论文，是为了以清晰的方式向科学共同体描述他们的发现。
科学期刊与大众媒体
科学论文中，科学家提出他们的研究问题、解决问题的方法、使用这些方法取得的结果。此外，他们还展示对数据的分析，并描述对工作的解释及工作的含义。由于这些论文是对新工作的首次报道，因此被称为一手文献。相比之下，评论或报道其他地方已经发表的科学研究的文章或新闻报道是二手。
科学期刊上的文章不同于新闻文章，它们必须经过一个称为“同行评审”的过程，其中其他科学家（作者的专业同行）在建议是否应该发表之前，评估这份研究的质量和优缺点（请参阅“同行评审”模块）。比起新闻机构里的编辑和事实核查，这个过程更长、更严格。同行进行彻底评估，因为一篇科学文章不只是简单记录科学家某个时间所做的研究，而是将成为全球科学知识档案，即科学文献的一部分。每篇文章在发表后，都会扩大所有科学家可用的科学文献库，并为科学学科的整体知识库做出贡献。
【考考自己】科学文献里发表的论文被称为“一手”文献，因为
a.它们是新研究的首次报告
b.它们比报纸上发表的文章更重要

科学期刊：专业化程度
图 1：《自然》：科学期刊的示例。
发表研究论文的科学期刊数以千计。这些期刊多种多样，可以根据其专业领域进行区分。其中目标最广泛、竞争最激烈的是《细胞》（Cell）、《新英格兰医学杂志》(NEJM)、《自然》（Nature）、《科学》（Science）等期刊，它们都发表了各种各样的研究文章（示例见图 1）。《细胞》关注生物学的所有领域，《新英格兰医学杂志》关注医学，《科学》和《自然》发表所有科学领域的文章。如果科学家认为自己的工作值得最广泛的读者来阅读，他们向这些期刊投稿。
就其影响范围而言，仅次于这些期刊的是顶级学科期刊，如《分析化学》、《应用地球化学》、《神经元》、《地球物理研究》等等。这些期刊往往发表专注于特定学科的广泛研究，例如化学、地质学、神经学、核物理学等。
接下来是高度专业化的期刊，例如《美国马铃薯研究》、《草和饲料科学》、《贝类研究》、《神经肽》、《古湖沼学》等等。虽然在所描述的科学的质量或严谨性方面，各种期刊上发表的研究没有差异，但期刊的专业化程度确实有所不同：这些期刊往往更专业，因此吸引的受众更有限。
所有这些期刊，在科学进步和信息传播方面都发挥着至关重要的作用（有关更多信息，请参阅“利用科学文献”模块）。然而，要了解科学如何通过这些期刊传播，必须首先了解论文本身的格式、它们包含哪些信息。虽然不同期刊甚至同一期刊上的文章之间的格式细节有所不同，但所有科学期刊文章都具有共同特征。
【考考自己】《美国马铃薯研究》这类的期刊非常聚焦，不会推动科学。
a.对
b.错
期刊论文的标准格式
2005年6月，《科学》发表了一篇关于象牙嘴啄木鸟目击事件的研究报告，这种鸟类长期以来被认为在北美已经灭绝（Fitzpatrick 等，2005）。这项工作意义重大，吸引广泛的兴趣，因此被展示在封面上（图 2），还在期刊的一篇社论中着重强调（Kennedy，2005）。作者意识到，他们的发现可能会引起争议，因此他们特别努力地让自己写得明了。尽管这篇论文的正文中不带章节标题，但我们可以把它轻松分为几个部分：
图2 2005年6月3日《科学》期刊封面
标题和作者：科学论文的标题应简洁、准确地总结研究内容。这里使用的标题是“象牙嘴啄木鸟（Campephilusprincipalis）在北美持续存在”。虽然标题的目的是吸引注意力，但科学期刊避免让标题引起误导或过于耸人听闻（想象小报可能会使用这个标题：“死去已久的巨鸟攻击独木舟人！”）。所有科学贡献者的姓名紧随标题后列为作者。你可能习惯于在一本书或报纸文章中看到一个或两个作者，但这篇文章有十七个作者！这十七位作者不太可能坐在一个房间里一起撰写手稿。相反，除了写作之外，作者身份还反映了研究工作量和责任的分配。按照惯例，完成论文中描述的大部分工作的科学家被列在最前面，并且第一作者很可能完成了大部分写作。其他作者也有不同的贡献；例如，吉恩·斯帕林（Gene Sparling）最初在阿肯色州发现了这种鸟，随后康奈尔大学鸟类学实验室的科学家联系了他。在某些情况下（在啄木鸟论文中），最后列出的作者是该项目的高级研究员，或者该项目源自其实验室的科学家。越来越多的期刊要求作者详细说明他们对与特定研究相关的研究和写作的具体贡献。
摘要：摘要是文章的第一部分，出现在作者列表之后。作者简要描述研究问题、一般方法、这项工作的主要发现及其意义。在论文开头提供摘要，有两个目的：首先，它让读者可以判断论文是否讨论了自己感兴趣的研究；其次，它被输入文献数据库，作为提供更多信息的手段，为进行科学文献检索的人们提供信息。出于这两个目的，简短且完整地呈现研究非常重要。在这篇论文中，所有关键信息（研究时间、收集的数据类型、研究结果的可能解释）用四句话简单表达，如下所示：
长期以来被怀疑已经灭绝的象牙嘴啄木鸟（Campephilusprincipalis）在阿肯色州东部的大森林地区被重新发现。2004年和2005年期间的目击事件、对2004年4月一段视频片段的分析，证实至少存在一只雄性。该地区还听到了与象牙嘴啄木鸟的鼓点声一致的声学特征。远离主要遭遇地点的搜寻，未获成功，但分布稀疏的源种群的潜在栖息地是巨大的（超过220000公顷）。
引言：引言中介绍了中心研究问题和重要的背景信息。由于科学是一个建立在先前发现基础上的过程，因此本节中引用了相关且已确立的科学知识，然后在论文末尾的参考文献部分中列出。许多论文，标题用于将本节和后续部分分开，但在啄木鸟文章中，引言由前三段组成，其中引用了啄木鸟衰落的历史、以前的研究。引言旨在引导读者理解作者的假说及其验证方法。此外，引言为作者提供了一个机会，表明他们了解之前的工作，他们的结果，明确地建立在现有知识的基础上，有多符合。
材料和方法：在本节中，作者描述了他们使用的研究方法（有关这些方法的更多信息，请参阅“科学实践”模块）。所有程序、设备、测量参数等均被详细描述，足以供其他研究人员评估和/或重现研究。此外，作者还解释了误差来源以及用于减少和测量数据不确定性的程序（请参阅“不确定性、误差、置信区间：对自然变异与人为误差的表征”模块）。此处给出的详细信息，让其他科学家得以评估所收集数据的质量。这一部分根据所做研究的类型而有很大差异。在实验研究中，将详细描述实验设置和程序，包括变量、对照、实验。啄木鸟研究采用描述研究，材料和方法部分相当简短，包括最初发现啄木鸟（在皮划艇旅行中）以及后来拍照和录像的方式。
结果：研究过程中，收集的数据以书面形式、表格、图表图形的形式呈现在本节中（请参阅“在科学中运用图表与可视化数据”模块）。此外，还介绍了所使用的所有统计和数据分析技术（请参阅“科学中的统计：描述统计与推论统计的起源”模块）。重要的是，数据的呈现应与作者的解释分开。将数据与解释分开有两个目的：首先，它使其他科学家有机会评估实际数据的质量；其次，它允许其他人根据他们的背景知识和经验对研究结果进行自己的解释。在啄木鸟文章中，数据主要由照片和视频组成（示例见图 3）。作者包括原始数据（照片）和分析（测量树干和推断栖息在树干上的鸟的长度）。照片右侧的鸟的草图也是一种分析形式，作者简化了照片以突出感兴趣的特征。保留原始数据（以照片的形式）便于其他科学家进行重新分析：2006年初，美国鸟类学家戴维·西布利（David Sibley）的研究小组重新分析了图3中的照片，得出的结论是，它不是象牙嘴啄木鸟（Sibley et al, 2006）。
图3：象牙嘴啄木鸟文章中提供的数据示例
讨论和结论：在本节中，作者提出了他们对数据的解释，通常包括他们认为最能解释其结果的模型或观点。他们还介绍了他们工作的优势和意义。这是科学研究文章中最主观的部分，因为它提供的是解释，而不是严格的方法和数据。但这不是作者的推测，而是作者结合经验、背景知识、创造力来解释数据，并使用数据作为解释的证据（请参阅“数据分析与数据解释：揭示并解释趋势”模块）。通常，讨论部分包括对数据的几种可能的解释或解释；然后作者可以描述为什么他们支持一种特定的解释而不是其他的。这不是一个两面下注的过程——科学家是在向同行说明，他们已经做了功课，并且有不止一种可能的解释。例如，在啄木鸟文章中，作者竭尽全力描述了为什么他们相信他们看到的鸟是象牙嘴啄木鸟，而不是更常见的有毛啄木鸟的变种，因为他们知道这可能是对他们的观点的潜在反驳。初步调查结果。结论的最后一部分涉及通过讨论工作的含义，将当前的工作放回到更大的背景中。例如，啄木鸟论文的作者讨论啄木鸟栖息地的性质、如何更好地保护它。
在许多文章中，结果和讨论部分是结合在一起的，但数据都会在一开始呈现，不含解释。
参考文献：科学进步需要建立在现有知识的基础上，以前的发现会在新工作中被直接引用。引文收集成一个列表，通常称为“参考文献”，尽管每种期刊的精确格式差异很大。参考文献列表看起来像是实际上没有阅读的内容，但实际上它可以提供大量信息，说明作者是否引用了其领域的最新工作，或者他们在引用中是否对某些机构或作者存在偏见。此外，参考部分为文章的读者提供了有关所讨论的特定研究主题的更多信息。啄木鸟文章的参考列表包括各种来源，包括书籍、其他期刊文章、观鸟的个人记录。
支持性材料：期刊越来越多地在网上提供支持材料，例如大量数据表、方法的详细描述、图表、动画。作者拍摄的视频片段以及其他一些资源，可以在线获取。
【考考自己】想要复现特定研究的科学家会特别留意论文的部分是___。
a.材料与方法
b.讨论
阅读主要文献
与许多其他内容相比，科学论文的格式可能看起来过于结构化，但它们的目的，是提供原始文献，在此基础上可以构建科学研究档案。尽管这份档案可以追溯到公元前 600 年（请参阅“ 科学研究中的描述：观察与多个有效假说”中的巴比伦石板），但首份发表的科学期刊是《伦敦皇家学会哲学汇刊》，由亨利·奥尔登堡为英国皇家学会（成立于1666年）编辑（请参阅“科学机构与科学圈”模块）。这些早期的科学著作包含上列所有组成部分，但写作风格与现代期刊文章惊人迥异。例如，艾萨克·牛顿 (Isaac Newton) 在他1672年的论文《关于光和颜色的新理论》中这样开头：
无需进一步的仪式，我就可以告诉您，在1666年初……我买了一个三角玻璃棱镜，用它来尝试著名的颜色现象。在百叶窗上打一个小洞，为了使我的房间变暗并让适量的太阳光进入，我将棱镜放在洞的入口，这样光线就可以折射到对面的墙上。起初，观看由此产生的生动而强烈的色彩令人非常愉快。过了一会儿，我更加仔细地考虑它们，我惊讶地发现它们是长方形的。根据公认的折射定律，我预计它应该是圆形的。（Newtown，1672）
图4：艾萨克·牛顿将棱镜产生的彩虹描述为“令人愉悦的消遣”。

牛顿在前几句话中描述了“材料和方法”（“......我的百叶窗上打一个小洞”），描述了他的“结果”（“是长方形的”），提到了之前的工作（“ 公认的折射定律”），并强调了他的结果与他的预期有何不同。然而，今天，牛顿关于所产生的“颜色”是一种“非常令人愉悦的娱乐”的说法在科学文章中已经不合适了（图 4）。更典型的是，现代科学论文以客观的语气撰写，通常不发表个人观点，以避免在解释其结果时出现任何偏见。然而，这种语气经常导致过度使用被动语态，比如“一个三角玻璃棱镜被采购”，而不是牛顿选择的措辞：“我采购了一个三角玻璃棱镜。” 论文中完全删除第一人称，强化了一种误解：科学是客观的、枯燥的、缺乏创造力的，缺乏牛顿所描述的乐趣和惊喜。如果研究涉及许多作者，语气有时可能会产生误导，导致不清楚谁做了什么工作。最好的科学作家既能够以客观的语气展示他们的作品，又能够清晰地表达自己的贡献。
科学论文中的学术词汇，可能是阅读原始文献的另一个障碍。材料和方法部分通常技术性很强，如果不熟悉正在进行的研究类型，可能会感到困惑。然而，所有这些词汇都是有原因的：对材料和方法的明确的技术描述为其他科学家提供了一种评估所提供数据质量的方法，并且通常可以为科学家提供有关如何复制或扩展研究的见解。
现代科学论文的语气和专业词汇可能会使阅读变得困难，但了解每个部分的目的和要求可以帮助解读主要文献。阅读科学文章是一项技能，与任何其他技能一样，它需要练习和经验才能掌握。这并不是一项不可能完成的任务。
说来有点怪，阅读一篇新文章的最有效方法可能是零碎地读，阅读部分而非全部，而且不一定按照它们出现的顺序。例如，一篇论文的摘要会总结其要点，但这一部分往往会很密集且难以理解。有时从论文结尾开始阅读可能更佳。许多情况下，作者在最后一部分中提出了一个适合其数据的模型。讨论部分可能会强调一些将故事联系在一起的主题或想法，为读者从头开始阅读论文提供一些基础。即使是经验丰富的科学家也会以这种方式阅读论文——也许先浏览一下图表，或者阅读“讨论”，然后再回到“结果”。通常，科学家需要多次阅读才能真正理解作者的工作，并将其纳入他们的个人知识库，以巩固这些知识。
【考考自己】1672 年，艾萨克·牛顿发表了他关于光和颜色的研究。他写道棱镜是多么有趣。牛顿的工作
a. 可以被认为不科学。
b.包含科学写作的基本组成部分。
积累知识并促进讨论
科学进程并不随着科学论文中研究结果的发表而停止。事实上，从某些方面来说，发表只是一个开始。科学期刊还为其他科学家提供了一种回应他们发表的作品的方式；与许多报纸和杂志一样，大多数科学期刊都会发表“读者来信”。
然而，与报纸上常见的“给编辑的信”不同，科学期刊中的信通常是对研究作者的批评性回应，其中概述了其他解释。当期刊编辑收到这样的信件时，通常会将其交给原始作者，以便他们能够回复，并且信件和回复都会一起发表。在啄木鸟文章最初发表九个月后，《科学》发表了一封来自戴维·西布利和他的三位同事的信（称为“评论”），他们重新解释了菲茨帕特里克团队的数据，并得出结论认为，所讨论的鸟是一种更常见的有毛啄木鸟 ，不是象牙嘴啄木鸟（Sibley et al., 2006）。康奈尔实验室的团队写了一份回复，支持他们的初步结论，西布利的团队随后于2007年做出了自己的回复（Fitzpatrick等，2006；Sibley等，2007）。正如预期的那样，这项研究引起了重大的科学争议，此外还引起了公众的关注，并将争议的故事传播到大众媒体上。
资料来源：
Anthony Carpi, Ph.D., Anne E. Egger, Ph.D., Natalie H. Kuldell “Understanding Scientific Journals and Articles” Visionlearning Vol. POS-1 (9), 2008.
https://www.visionlearning.com/en/library/process-of-science/49/understanding-scientific-journals-and-articles/158
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References
  • Fitzpatrick, J. W., Lammertink, M., Luneau, M. D., Jr., Gallagher, T. W., Harrison, B. R., Sparling, G. M., . . . Zollner, D. (2005). Ivory-billed woodpecker (Campephilus principalis) persists in continental North America. Science, 308(5727), 1460-1462.
  • Fitzpatrick, J. W., Lammertink, M., Luneau, M. D., Jr., Gallagher, T. W., & Rosenberg, K. V. (2006). Response to comment on "Ivory-billed woodpecker (Campephilus principalis) persists in continental North America." Science, 311(5767), 1555b-.
  • Kennedy, D. (2005). The ivory-bill returns. Science, 308(5727), 1377.
  • Newton, I. (1672). New theory about light and colors. Philosophical Transactions, 6, 3075-3087.
  • Sibley, D. A., Bevier, L. R., & Patten, M. A. (2007). Ivory-billed or pileated woodpecker? Science, 315(5818), 1495.
  • Sibley, D. A., Bevier, L. R., Patten, M. A., & Elphick, C. S. (2006). Comment on "Ivory-billed woodpecker (Campephilus principalis) persists in continental North America." Science, 311(5767), 1555a-.
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