科研方法与论文写作

第1章 论文的选题 硕士研究生是科研的主力，保障其培养质量尤为重要。科研选题是硕士研究生进行科研的**步，而科研方法的学习是硕士研究生主要的学习任务。恰当的选题是科研成功的一半，但很多研究生常常会出现选题过大、选题过偏、选题过陈旧等问题。因此，对硕士研究生科研选题进行指导非常有必要。 科研选题包含了资料收集、整理、分析等一系列工作。选题一般程序为：文献调研、提出多个备选题目、确定选题。其中，文献调研*常用的是基于网络文献数据库的方法，通过使用网络文献数据库，研究生可以快速了解本领域的国内外研究现状。已有学者总结了硕士研究生应该怎样提出科研问题，即从事实之间的联系、理论与事实之间的矛盾、理论内部关系、不同理论之间的关系，以及社会需求五个方面提出问题 [1-2]。确定选题需要遵循一定的选题原则，*终的选题必须实用、可行、有价值。 对于初入学的硕士研究生而言，由于缺乏理论知识和科研经验，面对选题时常常表现得手足无措。因此，本章从研究生和导师的现状出发，从科研选题的途径、科研选题的原则、获取选题有效信息的渠道等方面展开讨论，指导硕士研究生进行科研选题，解决硕士研究生科研选题方面的典型问题。 1.1 研究生培养的不足之处 国内的研究生教育与国外不同，随着我国硕士研究生的逐年扩招，不同特点的导师在研究生培养过程中有时会存在一些不足之处。目前电子信息类的研究生导师主要分为以下几类。 (1)中青年导师。这类导师大多数在学校工作的时间较长，具备一定的教学经验，课题资源也比较丰富。但作为学校的教学、科研主力，他们有时工作压力大，对每个学生进行指导的时间并不充足。 (2)刚毕业的博士生。这类导师的研究课题一般比较新，能够让学生接触到比较前沿的知识，但是他们中有的教学经验相对缺乏，在与学生的沟通上有时会出现问题。面对这类导师，学生应该积极主动地跟导师交流，在交流中要避免与导师发生冲突，要充分尊重导师。 (3)行政职位类导师。这类导师有的人脉较广、资源较多，但是由于行政事务繁忙，指导学生的时间不够充足。有的导师让副导师辅助指导研究生，但副导师一方面需要与正导师沟通，另一方面需要与学生沟通，哪一方面沟通不畅都会对指导产生不利影响。面对这类导师，学生应该积极主动开展科研，尽快找到自己的科研方向，并充分借助导师的资源推进项目。 (4)教研型导师。这类导师的特点是拥有丰富的教学经验，并且学生报考率较高。他们有时会让学生帮忙做一些与教研相关的课题，但缺点是教研类的课题不能够用来完成相关学位论文。所以面对这类导师，学生应该学会自己找研究方向。 (5)工程型导师。这类导师的特点是大多都承担企业课题或拥有自己的企业，科研经费充足，能给学生提供很好的科研条件，并且他们的学生可以在公司一边实习、一边开展研究。但缺点是有些工程项目类研究课题很难提炼创新点。 以上就是五类研究生导师各自的特点。为了填补一些导师在指导上面的不足，硕士研究生在科研选题过程中应该充分与导师交流，充分借助学校和导师的资源，从而选择出适合自己的课题。对硕士研究生而言，在校开展科研的时间仅有两到三年，因此要尽早做规划，避免浪费时间。 1.2 科研论文的种类 (1)“提出问题”类论文。在掌握研究领域内一定知识的基础上，通过自己的认真思考和观察，提出新的研究问题、开辟新的研究方向，用心去发现身边有哪些问题可以使用本研究领域的方法解决。 举例：数字图像处理是利用计算机对图像采集设备获取的数字图像进行各种操作的研究领域。例如，图像去噪、图像去模糊都是一些老问题，但是清华大学的一位博士首次提出了利用传统的数字图像处理方法去除雨天图像中的雨，提高雨天图像中的景物清晰度。 案例分析：这个问题是以前人们没有研究过的，只要**次把它提出并使用一定的方法解决，就可以称为创新。在寻找解决问题的办法时，不用非得找一个复杂的、技术含量高的方法，有时简单有效的方法就可以作为解决该问题的方法。后续其他学者进行该研究时，可以将该方法作为基础。在科研过程中，只要抛出了一个新问题，其作者就有机会成为这个问题领域的“开山鼻祖”，后续的人们如果跟着这个话题继续研究，在论文中就不得不提到“开山鼻祖”的论文，该论文的引用率自然比较高。实际生活中的科学问题纷繁复杂，这也代表着成为“开山鼻祖”的机会很多，研究生应该拥有一颗能够观察生活现象并发现问题的心，学会*大限度地将所学知识联系实际。 “提出问题”类论文可以称为“一流的科研”。正如爱因斯坦所说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅是一个数学上或实验室上的技能而已，而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，都需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。 ”这句话解释了在科研中“提出问题”的前提是拥有善于观察现象的眼睛和创造性的思维模式，当然不是每个人都能拥有这样的科研境界，但从科学研究发展的角度讲，这应该是每个科研工作者的*高追求。 (2)“解决问题”类论文。在提出问题的前提下，通过研究别人已经提出的问题，自己找到更好的解决问题的方法。可以是**次提出一个能有效解决问题的方法或数学模型，该方法使实验结果在性能上获得很大进步；也可以是**次引入一个已有的方法，解决了一个已有问题。 举例：为了减轻或消除航天遥感相机成像过程中图像退化造成的模糊，将高斯拟合的点扩散函数用于遥感图像恢复，减轻了图像模糊，使图像细节更清晰，更容易辨别。 案例分析：遥感图像的清晰化是一个老问题，但引入点扩散函数后就能够使清晰化效果变好，这就用已有的方法解决了一个已有的问题。想要在别人方法的基础上提出新的解决问题的方法，需要先深入理解别人算法的细节，发现别人的不足之处。有一些论文可能存在“报喜不报忧”的情况，在文章中只展示好的实验结果。只要调试、精读程序，就有可能会发现作者在方法细节上的一些问题，并在此基础上提出新算法或对该算法进行“打补丁”，弥补其不足之处。 与“提出问题”相比，“解决问题”类论文可能在创新力度上略逊一筹，但至少也要对相关领域内的知识有一定的积累，否则很难提出好的问题解决方案。对许多经典模型，要先充分了解后才能够使用，对模型越熟悉，使用起来越游刃有余。除此之外，还要具备一定的数学基础才能对模型进行推导。在实验过程中，通常需要不断的尝试才能找到有效的方法。要在足够多的数据库上实验，才能够发现在不同环境中、不同数据上的实验效果如何。对实验结果进行分析，寻找更好的方法。 (3)“算法改进”类论文。在重现别人实验的过程中，对别人算法进行适当改进，以达到更好的实验效果，如可以在别人的算法上加约束条件、将几个人的算法拼合起来、把别人的模块拼成另一个产品、将别人的程序模块拼成一个功能等。需要注意的是，在改进算法的时候要确保所做的工作是有价值的，即思考是否兼顾了效率和效果、是否能够通过实验现象对理论进行合理解释、是否能够推广到其他研究领域等。 举例：在一篇关于图像处理的论文中，作者提出了一个新的图像重建的算法，但他在实验中用到的是建筑图像。若将此算法应用到人脸图像上，发现图像的重建效果并不理想。但某学者将此算法进行略微改进后再应用到人脸图像上，其效果比原作者的算法效果更好。 案例分析：这类在别人的基础上进行改进的创新与前两种相比力度较小，但是比较适合初入科研的研究生们进行尝试。并且，通过这类创新，可以让研究生了解科研过程、掌握科研方法，为今后培养良好科研习惯和从事科研工作打下基础。 (4)“调整参数”类论文。调整参数是指在调试别人程序的过程中，改变了程序中某一小步或者某个函数里面的参数，并得到了更好的实验效果。有些时候，参数的调整对实验结果并没有太大的影响，但是节省了某方面成本(如时间复杂度和存储空间)。对于一些初入科研且基础不够好的同学，可以选择“参数调整”类课题。通过对参数的不断调整，提高对程序的理解，逐步夯实基础。 举例：使用卷积神经网络进行数据处理。调试卷积神经网络用于机器学习任务，有的人用 10层卷积，而有的人用 13层卷积后性能变得更好了；有的人卷积完了之后没有归一化，有的人卷积完加了一层归一化性能变好了；有的人某个地方用的参数为 3，另一些人将此参数调成 5后发现结果更好了等。 案例分析：在调整参数过程中，可能得到了比较好的实验结果，但解释不了原因，这也是这类文章的不足之处。调整参数的论文在这几类论文中是属于水平较低的，也正是这个原因，这类文章通常不能够在期刊上发表。但调整参数的前提是能够看懂别人的算法，至少要能够读懂有参数部分的代码。所以，调整参数常常作为一个入门级科研人员的训练方法，调整参数类论文也可用于锻炼硕士研究生的论文写作能力。 以上四种方法对应不同类型的研究生，能写**类论文的同学需要有能观察能思考的头脑；能写第二类论文的同学需要进行刻苦钻研，在该领域内掌握一定范围和一定深度的数理知识和编程技能；能写第三类论文的同学属于研究生中的大多数科研平庸者，这一部分同学尽管在撰写这类论文过程中没能达到较高的科研层次，但是在掌握了一部分科研技巧和方法后，能够为将来的科研打下基础；仅仅能够完成第四类科研写作的同学属于研究生中的不合格者。从科研的角度出发，希望硕士研究生能朝着**种和第二种的方向发展，能够拥有良好的数学和编程基础，阅读大量文献，研究出自己的成果。 1.3 研究生选题的原则 选题在研究生论文写作过程中至关重要，在选题之前我们需要清楚选题的大致原则。在选择自己研究课题的时候将一些可能出现的问题先排除，这样有助于后面科研的顺利开展。 原则一：要跟导师的研究方向尽量贴近。 在 1.1节中谈到了导师分为 5种，但是不管什么类型的导师都有一个自己的研究方向。在选题的时候要尽量选择跟导师研究方向相近的。例如，导师的研究课题是做散打过程中的力量检测系统，就可以考虑在散打这方面有没有什么科研问题需要解决，从而确定自己的选题。 选择跟导师相近的课题有什么好处呢？**，方便获取资源。众所周知，硕士论文写作需要用大量的材料作为支撑。导师有多年的科研经验，积累了很多的课题相关资料以及一些自己发表的文章，学生在写论文的时候可以拿来当作参考资料。导师在自己的研究方向上拥有比研究生更多的知识经验，即便是新课题，导师由于知识储备更丰富，查找资料的渠道也会更多。第二，得到较全面的指导。导师在自己领域内具有丰富的科研经验，在研究方面能给学生提供较全面的指导。第三，拥有更好的交流机会。导师的人脉会比学生多，例如，导师可以派学生出去参加学术会议，在会议上会有与其他学者交流的机会，可能在交流过程中别人的方法能够启发自己的创新思维。研究生应该珍惜这样的机会，多将自己的想法和问题与别人交流，在各种想法的碰撞之中寻找科研灵感。 原则二：要做可以进行实际应用的课题。 对于工科研究生来说，所选课题*好考虑其应用价值。与理科研究生不同，工科研究生不应该将研究仅仅停留在公式推导上面，工科研究生应尽力把数学理论及公式推广到实际应用上。例如，爱因斯坦提出了质能转换方程，若没有奥本海姆将该公式实际应用到原子弹的制造上，它仅仅是写在纸上的一个公式。所以，学习工科的同学有责任去挖掘理论研究成果的实际应用价值。 原则三：要做可行的课题。 选择课题的时候，为了之后能将课题顺利进行下去，应该充分考虑课题的可行性。例如，某同学计划训练一个 1000层的神经网络，可能需要将整栋楼腾出来放工作站，这样才能训练得出来，这个同学的实验条件根本不具备。因此能不能将实验进行下去，自己的实验条件、人员和时间是否允许是选题时需要考虑的原则。所以，我们在选课题的时候，不能完全按照自己一些不切实际的想法，要充分考虑课题的可行性。 看一个研究课题是否是可行的，