如何閱讀科學論文(How to Read a Scientific Paper ?) by黃顯宗老師
什麼是科學論文？
什麼是 Paper？
這裡的 paper 並不是指紙張，也不是指報紙（newspaper），而是指研究論文的發表--Research Paper，或者是科學的論文 Scientific Paper。究竟甚麼是科學論文呢？
(1) 首次發佈原創的研究結果(First publication of original research results-first disclosure)：也就是指第一次發表，每個人的研究結果只能在書面期刊中發表一次。這份文章的數據等不能在別的期刊中當作為研究論文地發表。當然 可以把裡面的內容等整理成為回顧的文章發表，不過那已經不是 Research paper了。
(2) 可以讓其他研究人員去重複或驗證實驗結果(Others can repeat and test the conclusions)：研究論文的結果是可以讓其他的科學家進行相同的實驗得到相同的結果(可重複的)，所以我們對於研究的結果需要多做重複試驗，以 確保數據的可靠性。假如驗證結果數據並不可靠，對於知識累積也就無意義。
科學論文的文字特色
(1) 邏輯的 Logic
科學的文章講究邏輯，無論是段落安排、文字的內容都是要講究合乎邏輯。
(2) 清晰的 Clarity
科學文章不是文學，科學文章要傳達的訊息要準確地傳遞到，所以文章常常使用簡單的句子，清楚的定義，文章結構上也合乎清晰表達的要求。
(3) 準確的 Precision
科學文章先要求數據的精確整理，然後以精確的文字表達出數據的含意。
科學論文的書面發表形式
(1) 研究報告Research paper (primary)：Full paper 或 Research Notes。
(2) 綜論、回顧文獻(Review paper)：在期刊、回顧型的期刊或專屬於回顧的連續性出版品。
(3) 書籍或者書中的章節(Books and chapters)：因為知識日益累積後，寫書可能就需要集眾人的智慧，這樣就會有編輯者（editor）和作者（author）的分別，有些系列叢書每集有主編、叢書也有叢書的編輯。
(4) 會議的論文(Conferences report and meeting abstract)：大多數的會議都僅有簡單的摘要，經過不算很嚴格的審查，所以一般而言比較合適發表初步有意義的研究成果。發表的方式也可分成口頭的 （oral presentation）或海報發表（poster presentation）。
發表的目的
所謂『發 表』，其實包含書面的出版（Publication）和會議的發表（Presentation）等兩種方式。在目前網路發達後，一些電子期刊版使得更快 速、便利地流通。會議的發表也有口頭報告和海報發表等不同的方式。無論何種形式，發表的目的為：學術交流，接受批評，藉以改進、學習新知，貢獻研究成果， 佔領領先發表地位。
閱讀科學論文
一篇科學論文(scientific paper)主要的目的是要報告一些新的結果(new results)，通常是新的實驗發現，也就是對累積知識是有貢獻的。科學論文的另一個重要功能就是提供一個科學家們彼此交流的管道。為了要了解如何閱讀 科學論文，首先需要一些基本認識，另外也列出一些問題提供你進行了解(understand)並評估(evaluate)一篇論文內容的依據。下文將會一 下列架構做說明：
1.如何組織一篇論文？----論文的架構(Organization of a paper)
2.我應該如何準備來讀懂科學論文，特別是那些我不熟悉的領域或內容？
3.我可能會遭遇那些困難？
4.我如何了解和評估論文的內容？
一、論文的架構(Organization of a paper)
在大部分的科學期刊(scientific journals)都有標準的格式，可分為下列幾個段落(sections)，每一個段落都有其科學目的。雖然說常有標準格式，但是不同的期刊還是會有一些差異，稍後會提到。
首 先，一篇科學論文會有短的摘要(Summary or Abstract)，概要的描述論文的主要發現，以及該領域的相關發現。在摘要中你將可以看到作者們的邏輯順序(logical order)，通常全文便會依循這個邏輯順序陳述。論文的全文第一部分昰”前言”(Introduction)，有些期刊並不會特別標示出” Introduction”這字眼，但總昰在文章的最前段。此段落會提供讀者一些相關的背景知識，讓讀者了解爲什麼此篇論文內容超越了目前已知的研究，也 就是此篇論文有哪些”最新”的發現。通常Introduction陳述目前已知的知識(能被大多數科學家所接受的知識)，由一個或一連串的先前的實驗發現 (作者自己的發現或其他人的發現)而引發此實驗的想法（即實驗動機），通常會特別著重在一個特定的研究範疇。如果作者要證明一個假說 (hypothesis)，作者應清楚的交代假說的建立，實驗發現是否支持假說並提出預測看法(predictions)。有些論文會在 Introduction段落最後提及一個或數個重要的結論，讓讀者明白實驗結果是否能夠回答作者們所提出的問題。
第二部份就是材料與方 法(Materials and Methods)段落，（註：人體實驗則為受試者和方法(Subjects and Methods)）。也有些期刊將”材料與方法”放在整篇論文的最後段落。此段落只要描述論文所使用的實驗材料與方法。基本上，這些敘述應該很詳細讓其他 的研究人員可以遵循並重複實驗。但是實際上，作者常會省略這些詳細的實驗步驟，反而僅列出作者自己以前發表的論文，或許藉此引用自己的論文，增加論文的引 用次數增加自己論文的影響力(影響力的說明於第7頁)。接下來是結果(Results)，此段落描述實驗結果和進行實驗的原因。通常Results此段落 的邏輯順序(logical order)是遵循Introduction段落所述。有些論文在Results段落並沒有過度的討論，將討論的內容保留至下一段落 (Discussion)中陳述。有些論文會表示出該論文的實驗結果，然後佐以其他論文的發現先做討論，然後依據這些討論衍生出下一個實驗設計與結果。
第 四部份討論(Discussion)，此段落有幾個目的：(1)解釋實驗數據，這些說明必須是可信的，也就是要清楚區分「事實」和「推測」。(2) 比較該論文的發現和同領域其他論文的發現，該論文的發現是否增加新知(knowledge)或糾正過去發表其他論文的錯誤。最後的部份是致謝 (Acknowledgements)，此段落很短，主要是感謝參與實驗工作但未名列作者的人，還有提供研究經費單位。還有參考文獻 (Reference)，列出文章中所引用的已發表的其他論文。當然論文還包括了圖(Figures)和表格(Tables)。論文內容也會提及在圖和表 的數據(data)。圖和表分別都有「說明」 (legends)，Legends應該要詳細描述實驗結果讓讀者能夠清楚的明瞭實驗數據。
其他不同的論文架構(Variations on the organization of a paper)
有 些論文是將結果和討論(Results and Discussion)並列在一起，適用於當實驗數據並不需要很多解釋的情況，讓讀者可以遵循著作者們的邏輯順序。有些期刊在Materials and Methods之後接著Discussion段落。甚至在早期的期刊中，Summary是在文章的最末段。另外Science, Nature這兩本期刊的編排方式就不是如同上述的順序，這兩期刊擁有眾多的讀者，而作者們也很希望在此期刊發表文章，所以論文的篇幅就會有所限制，論文 內容就會精簡沒有冗言。除了有短的摘要和參考文獻，論文內容並無分段。實驗步驟則列在最末段（例如Science），或列在圖表的說明（legends） 中（例如Nature）。很多期刊也有論文篇幅長度的限制，例如Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)限制6頁，Cell要求簡潔的摘要。
可能為了因應編輯的壓力和希望論文內容簡潔，很多作者便濃縮內容，甚 至省略邏輯連結（logical connections），然而邏輯連結才能讓文章的順序（flow）更容易被理解。或者作者們省略了背景資料（background）的介紹，所以讀者 可能就必須再去閱讀其他的回顧文獻或其他論文，才能夠瞭解論文的前言段落內容。有些論文為了符合篇幅頁數的規定，而將方法列在圖表的說明 （legends）中，且用較小的字體排版。
二、閱讀科學論文(Reading a scientific paper)
雖 然你可以如同一般文章從頭依序看完，但你可以更有效率的閱讀科學論文。首先看標題和摘要（Title and Abstract），此時你約略可以評估你自己對此類議題（topic）的熟悉與瞭解程度，評估是否具有足夠的背景知識以閱讀此論文。如果評估自己知識不 足時，應該去閱讀教科書(textbook)相關內容或其他的相關論文，如此會喚醒你的相關知識記憶。自我學習（self-education）是一件非 常重要的事，不論你處在人生或事業的任一階段。
如果你對此議題相當熟悉，你可以省略或不看Introduction段落。當然很多論文的 邏輯順序（logical flow）是從Introduction 到 Results。但如果你實在對內容相當陌生，而且對實驗方法所知實在有限，又無法做足自我學習（self-education）的功課時，建議你先看 Title and Abstract Introduction段落，之後先看Materials and Methods的標題，約略知道實驗測定的項目（暫時不需仔細的看詳細實驗步驟）。接著看圖(Figures)和表格(Tables)和說明 (legends)，再看Results的敘述並配合著圖、表的數據，以瞭解作者們想表達的實驗新知。這時，你還是得去尋找資料才能瞭解各段落的內容，但 是你可以擷取教科書等相關內容作選擇性的閱讀，才不致於毫無頭緒不知如何自我學習。經過這些知識加強的過程，你將能更順利的閱讀科學論文，此時再依序從頭 將論文看完。
大學階段的學生，閱讀科學文獻（尤其英文文獻）時，學生可能面臨專業英文名詞(terminology)、生物統計、甚至該 領域專業知識的不足，而使得閱讀科學論文變成是一件很困難的事，甚至是困擾的事情。由於上述知識的不足，可能連論文的Title都無法瞭解，遑論閱讀整篇 科學論文。所以請耐心以對，分段完成，經過補強知識後，用心的讀完一篇論文，便能更輕鬆的閱讀相關領域的文獻了。
密語（Codewords）
許 多論文有一些用字可稱為密語(codewords)，因為它們有隱含用意。例如有些論文並不把實驗數據列出但有結果，所以用「數據未列」(data not shown)來表達，這可能是因為論文篇幅的限制或之前已發表論文曾出現的數據。另外常見的密語(codewords)如「未發表的數據」 （unpublished data）和「預試驗」 (preliminary data)。unpublished data常是未達發表水準的數據（publishable quality）或是另一個大實驗的其中一小部份。而preliminary data的解釋就因人而異了，可能此實驗只做過一次（未證明具有可重複性）。
三、閱讀時可能遭遇的困難(Difficulties in reading a paper)
讀者可能面臨很多的閱讀困難，特別是對於那些不熟悉的領域。不管是否一篇寫得很好（well written）的論文，你都必須依上述方法提昇自己的知識，才能順利輕鬆的閱讀。你無法順利讀懂論文，其實常常是作者的錯！！
One major problem is that many papers are poorly written. Some scientists are poor writers.
造 成讀者的閱讀困難，一個主要的問題就是文章寫得不好（poorly written），一些科學家並不是一個好的作家。因為很多科學家無法享受寫作的樂趣，或是不想花太多時間以確定文章是清晰和合乎邏輯的。也有可能是因為 這些科學家們對於該領域相當熟悉，所以他們忽略了非浸淫此領域的讀者需要花很多的時間與準備才能讀懂文章。一篇糟糕的寫作，常會遺漏邏輯的連結，僅簡略的 描述實驗，而沒有交代為甚麼要作此實驗與實驗的起因、想法。其次，文章中常夾雜著難懂的字（jargon），作者們並沒有提供一個清楚的脈絡（road- map），旁生枝節造成讀者無法找到邏輯的連貫。
另一個造成讀者的閱讀困難就是作者沒有清楚交代實驗，常以先前的論文作為參考文獻，而且 有時引用方式必須往前幾篇文獻，才能找到實驗方法。有時所引用文獻的內容也沒有清楚描述，所以造成讀者無法瞭解其實驗內容。另外有些作者並不多加以評判 （uncritical）自己本身的實驗結果，所以就不能夠廣納意見而接受其他的可能性。尤其如果作者們堅信某種模式，那麼就不會試驗其他的可能性，也不 會在Discussion段落提及其他的可能性，尤其與自己實驗結果相悖的其他可能理論。還有作者常未清楚描述事實(fact)和假設 (speculation)，以至於讓讀者無法區別哪些內容是屬於「公認發現」（well-established finding）的事實(fact)，哪些內容只是作者的假設。
最後的問題是緣於「學術」這一行的現實考量，因為在學術象牙塔的作者們希 望能在期刊發表文章，所以有時就誇大（overstate）他們發現的重要性，就把假設（speculation）作為標題（title），希望藉此讓論 文看起來像「公認發現」（well-established finding）。例如使用”肯定結果的標題”（"Assertive Sentence Title"）：將論文的主要結論當作宣示性的標題。例如「甲對乙的影響」的標題就沒有直接宣示，而作者為了讓論文看起來更有重要性，所以就用該實驗結 論，下了「甲降低乙的濃度」的標題。這就是在論文內容未廣被接受時，就已經用肯定的字眼。然而這種情形儼然已成趨勢，雖然不是完全不好。但如果過多的「武 斷的標題」，有時會誤導性急的讀者以為這些內容都已是「公認發現」（well-established finding）。而且有時會誤導初學者，混淆了事實和假設。【註：但也有人認為能被接受的論文，可視為”知識”】。所以小心的評估文章內容是必要的事， 如何評估一篇文章在下文討論。
四、我如何了解和評估論文的內容？
期刊水準的評定
評定期刊或論文水準是一 件很困難的事，所以人們就發展一套認為”客觀”判斷準則來評估科學論文，但很可惜的並不見得能夠真實反映所有論文的品質。很難有絕對的標準來評定論文，只 有概括性與相對性的評估。索引工具引用的多寡，可以知道期刊被蒐錄的情形，間接知道在科學社群中容易被閱覽的情形。由美國 Institute for Scientific Information（ISI）公司所製作的Science citation index評鑑，作為評估論文品質的參考。
何謂Institute for Scientific Information (ISI)？
ISI 是 Eugene Garfield 先生於1958年以五百美元所創辦的公司，開始時只是發行Current Contents R (CCR)，一份以化學、生物、醫藥等為主，蒐集兩百家期刊的資訊摘要刊物。 1961年接受美國國家衛生院（National Institute of Health）的委託進行跨領域的索引工作，開始發行 Science citation index（SCI）。1972年將發展出社會科學的 Social Science citation index（SSCI）。繼續引進電腦網路於摘要資訊的發行上，並在 1992起陸續併購了 Research Information Systems, Inc.和 Personal Bibliographic Software, Inc，這些都是參考文獻管理資訊公司，使得 ISI 變成全面性的參考資訊公司。它評估了個人、論文、期刊、雜誌，甚至國家的科技的成就也都在它評估之列。
評估期刊的工具：
1、影響力指數（impact factor; IF）：是將兩年來所發表的論文在本年度引用數（current citations）除以兩年來發表論文的總數。
2、立即引用指數（ immediacy index）：是將本年度所獲得的引用數除以本年度發表論文的總數。可以知道期刊的立即影響力。
3、引用半生期（cited half-life）：是從本年度起，回算多少年獲得所有引用的半數。這樣可以協助瞭解期刊的文章被引用的年代，說明影響力的久遠程度。
ISI公司的Journal Citation Reports
期 刊品質評量所使用的工具如上述，不過為了方便瞭解評量的結果，ISI 公司發行了光碟和網路版本的 ISIR Journal Citation Reports (JCRR) 。該產品可以橫跨不同的領域，反映期刊的品質，涵蓋了五千種國際的科學期刊，社會科學部分涵蓋一千六百種國際期刊。JCRR依照前述工具進行評量，蒐集期 刊的各種客觀資訊以供使用者參考。使用者可以選擇不同領域進行篩選，例如可以選擇 Microbiology或Food Science and Technology....等不同領域，這樣可以單獨把不同領域的期刊資料列出，也可以依照 Impact factor 排列期刊的高下（每年各期刊的IF會有變動）。不過期刊在不同領域中排名高低極可能不一樣，例如 International Journal of Food Microbiology在微生物學(Microbiology)的期刊中排名不高，但是在食品科技(Food Science and Technology)期刊中卻有極高的排名。
評估論文內容(Evaluating a paper)
要評估論文內容，你需先問下列幾個問題：
(1)論文提出了甚麼問題（questions）？
(2)論文的主要結論（conclusions）？
(3)有哪些證據（evidence）支持結論？
(4)這些數據（data）真的能夠支持（support）結論？
(5)這些證據的品質（quality）如何？
(6)這些結論為甚麼是重要的(important)？
（一）論文提出了甚麼問題（questions）？
提出問題時，先瞭解不同形式的研究
研究形式 要問的問題
敘述性的研究（Descriptive research） What is there? What do we see?
比較性的研究（Comparative） How does it compare to other organisms? Are our findings general?
分析性的研究（Analytical） How does it work? What is the mechanism?
敘 述性的研究通常是我對一個系統（學問）瞭解的初期，因為我們還不清楚整個機制或相關性（interconnections）。在分子生物學的典型之敘述性 研究如同DNA序列（sequencing）和DNA microarray的研究。在生化學，x-ray crystallography可稱為敘述性研究。
比較性的研究(Comparative research)用於探討某發現的共通性（general），某現象僅存於特定的組織或具廣泛性。例如比較某基因在兩物種的基因序列，即為比較性的研 究，舉例：人類和酵母菌的actin基因具89% identical and 96% similar。
分析性的研究 (Analytical research)用於我們已有既有知識基礎或了解欲探討的問題彼此間的聯接和因果關係。此類實驗常設計兩種(或以上)的可能假設，去驗證哪一種假設是對 的。這些假設都是建立在已知的知識上，有一連串實驗以釐清這些假設。在生化(分生)實驗，例如Meselson-Stahl experiment證明了DNA複製是半保留式的複製(Semiconservative replication)。
當然有許多論文 是包含上述的研究形式。舉例而言，作者研究某生物的基因序列，然後比較其他物種之homologous genes基因序列，並以此比較的結果提出此基因產物的生物功能的假說，然後繼續探討此基因如何影響基因產物phenotype或其生化功能。一篇好的文 章(well-written paper)會在Introduction段落中，引導讀者了解該專題的背景知識，然後有系統的提出問題架構。當然，有時會因實驗結果而衍生其他的問題。 而所有的問題都會成為Results段落的發現(evident)。
(二)論文的主要結論（conclusions）是什麼？
一篇論文的主要結論雖然通常在摘要(Abstract)段落就已先聲明了，但是由於摘要篇幅的限制，作者可能只列出他們認為的重點，所以你仍然需要看完內文，歸納出開論文的結論。
(三)有哪些證據（evidence）可以支持結論？
你 可以從Results段落獲得相關資訊，圖和表格也會有實驗數據。如果僅有一個實驗結果來驗證一個觀點或理論，這種情形就較容易辨別：哪些證據可以支持結 論。但是有些論文常是幾個不同的實驗去探討驗證一個觀點或理論，例如由第一個實驗結果衍生出幾個可能的解釋，又繼續以另外的實驗來驗證那些可能性。如此會 造成讀者的閱讀困難。如果在Discussion段落一開始就以清楚的格式：『本實驗有3個證據來支持本實驗的結論，第1個證據為…..，第2個證據 為…..，第3個證據為…..。』來表達，是一個較理想的表達方式。但很多論文表達得不清楚，反而需要你自己去組織。另外你必須確定自己能夠了解資料 (data)和結論(conclusion)之間的相關性，才能判斷「有哪些證據可以支持結論？」。
(四)這些數據（data）是否真的能夠支持（support）結論？
問 這個問題可以幫助你去評估論文的結論是否正確。有時即使資料(data)是可信的，但仍有可能並不足以完全支持結論。因為可能出現兩種情形：(1)資料 (data)和解釋(interpretation)間的邏輯連結是錯誤的，(2)其他的解釋才是與資料(data)相符。你可以看看：作者們是否做了很 多的試驗來回答一個問題？他們是否從不同方向得到不同的觀察結果，來支持他們的結論？如果只有一個發現，是否可以有不同的解釋方式，有多項的試驗讓結論更 具說服力。另外你也可以觀察，作者們在解釋他們的實驗資料時，是否有忽略或故意隱藏了其他可能假設。當然上述這些觀察是不容易的，除非你非常熟悉該領域的 知識，才能夠做出上述的判斷。
(五)這些證據(evidence)的品質（quality）如何？
不論是初學者或老手， 這應該是最難回答的問題了。但這對於年輕的科學家，正是最重要的學習項目，這是一個從被動的接受知識到成為一個主動的創造者甚至評論者的學習過程。這並不 容易，或許要幾年的訓練才能夠去評估論文的實驗結果的品質。對一個剛接觸科學研究的人而言，認為要去評估論文實驗品質是一件不可思議的事，因為心想：「我 是誰呀？能夠去質疑那些權威嗎？」，「在一個頂尖期刊所發表的文章，想必作者們一定有相當的學術地位，這些實驗結果通過專家的審核、期刊編審制度」。但是 很不幸的，並非所有的論文都是如此。所以培養能力才能去評估論文內容。
你如何評估那些證據？How can you evaluate the evidence?
首 先你必須非常了解作者們所使用的實驗方法。有時論文並沒有清楚的交代，實驗細節常被省略，作者們認為讀者都很熟悉該領域的一般知識(例如 immunoblotting, cloning, genetic methods或DNase I footprinting等)。如果你缺乏這些背景知識時，你必須先盡力的去了解這些基本方法等知識(basic methodology)。有時你必須去圖書館或實驗室，或是尋找先前的期刊（可利用電子期刊資料庫）去了解那些實驗細節，尤其是一些重要的實驗。其次， 你必須要了解那些實驗方法的限制或解釋的極限(limitations)。每一種方法都有其極限，所以如果用了不恰當的實驗方法，當然無法得到正確的結果 與結論。
舉例來說，immunoblot並不是一個很恰當的定量方法。當蛋白質表現量落在線性關係時，immunoblot結果還可以反 應出蛋白質表現程度，但超過此範圍時則呈飽和。所以利用immunoblot定量時需先做檢量曲線(standard curve)，以確定線性範圍才能做定量用。有時作者們並沒有做standard curve，如果忽略此點當然就沒有正確的實驗結果，也就沒有好的論文。再者你必須分辨實驗數據(data)和作者們所說的內容是否相符。例如，論文中敘 述某發現用這樣的句子「在圖X的數據顯示……」（"the data in Fig. x show that ...".），你會用相同的方式來表達此結果嗎？你必須小心的看數據，以確定與作者所言是否相符？當然在你非常熟悉該領域的實驗方法和其極限，你便能很快 的完成評估論文。還有看論文的紙本原稿或電子版論文，圖形較清晰，如gels的圖片或 autoradiograms結果。如果影印本可能會模糊，而影響結果的判讀。另外你也要注意論文是否有適當的控制組，如果沒有控制組，那麼論文的數據就 不可信了。
(六)這些結論為甚麼是重要的(important)？
這些結論的確比目前的知識有明顯的進步嗎？這些結論的 確引導出新的見解或甚至是新的研究方向嗎？在本文末提醒你，你必須能夠對該領域的知識有相當的認識，你才能夠回答上述(一)~(六)問題去評估一篇論文的 優劣。所以初學者並不容易去評估論文內容，多閱讀、尋求協助可幫助你評估論文內容，以尋找適合你用來作為書報討論的論文。
參考資料：
John W. Little and Roy Parker--University of Arizona (http://www.biochem.arizona.edu/classes/bioc568/papers.htm)
黃顯宗---東吳大學(生命科學學術期刊簡介http://microbiology.scu.edu.tw/wong/courses/inform/jou01.htm )
延伸閱讀:
Ann McNeal, School of Natural Science, Hampshire College, Amherst MA 01002. (1989)
How to Read a Scientific Research Paper--a four-step guide for students and for faculty. 
