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如何撰寫研究計畫

20230329
撰寫研究計畫通常是研究生最先遇上的學術寫作問題，即使可以想到非常創新的想法與架構，如果沒能寫出足以表達其重要性的研究計畫，那麼這篇文章依舊不會被重視。因此，如何撰寫一篇好的研究計畫，便成了所有研究生該學的一課。今天，我打算透過自己撰寫碩士論文、計劃書及期刊論文的經驗，還有修過學術寫作課程的心得來分享一下如何建構一篇好的研究計畫。

—A researcher cannot perform significant research without first understanding the literature in the field (Boote and Beile, 2005).

架構前言

一篇論文的構成，大致上分成 (1) 摘要；(2) 前言；(3) 文獻回顧；(4) 材料與方法；(5) 結果與討論；(6) 結論。其中摘要、結果與討論、結論都是等到實驗做完之後才有辦法完成，而材料與方法則依據每個人的研究有所不同，因此研究計畫中最主要可以學習的地方就是前言以及文獻回顧，本文會針對這兩個段落的寫法提供說明。

前言是論文真正主體 (前言、文獻回顧、材料與方法、結果與討論、結論) 當中最先看到的內容，撇除只看摘要的人，大部分要認真了解研究的人都必須要從前言開始看起。因此，前言的目的，是為論文提供指引，在較短的篇幅內告訴別人「為何要做這個研究？」、「這個研究哪裡重要？」、「你打算怎麼進行這個研究？」。

換句話說，如果讀者看完前言之後，仍舊沒辦法回答前述的三個核心問題，那麼這就不能算是一段成功的前言，在撰寫前言時不妨將這三個問題納入自己的架構中，即使文字不夠成熟，只要能將這三個問題融入並且完整回答，這篇前言就能成功超過70分。

讀到這裡，可以回頭看這則網誌的第一段，便可以發現我刻意的將這三個問題融入，並且解釋「為何要寫這篇網誌？」、「這篇網誌為何重要」以及「我打算怎麼寫這篇網誌」。

前言的篇幅不宜過長，限縮在2-3頁左右即可，也可以適度搭配研究架構圖，在整篇論文中，前言是最能當作小說在寫的部分 (當然我指的是架構，而不是文筆)。為什麼呢？因為前言要掌握的第一個重點就是「起承轉合」四個技巧，可以想像我們要閱讀有關「你的論文」的冒險故事，這個冒險為何要開始？是怎樣的理由讓你踏上這個萬劫不復的碩士旅程？

以下，以我的論文前言為例 (完整解說請參考此pdf檔，網誌中我會適度刪除參考文獻以及英文)，當然我的前言也不是完美，不一定要按照這樣的架構撰寫，但這樣能夠更加理解所謂前言組成的架構以及目的，斜體為我的碩論內容。

起：使用土壤近端感測技術來測量土壤性質，並以精準施肥灌溉策略是智慧農業發展的方向，由於能以非破壞性且快速的量測土壤性質，極具發展潛力。其中手持式X射線螢光儀及可見-近紅外光譜輻射儀能分別測量土壤中的元素濃度與分子振動光譜，並在機器學習的協助下建立儀器訊號與土壤性質間的連結。

—我最習慣的就是以定義來開啟一段文章，這個起頭的目的就是要帶給讀者第一印象，前面說過，前言的目的是讓讀者能夠回答三個核心的問題，而這樣的回答，必須建立在讀者能夠「理解」這段文字，在我們的研究中，常會有許多較為新穎的概念或儀器，此時透過第一段落來建構讀者的理解就是一個相當好的方法。

承：傳統上對於土壤性質的量測，例如pH值、質地、有機碳及陽離子交換容量等，多有耗時及使用大量藥品問題，若要測定各種元素的濃度則需使用原子吸收光譜儀或感應耦合電漿放射光譜儀等破壞性分析儀器。相對的，近端感測的目標在於提供一個低成本、高準確且快速偵測土壤性質的方法，在精準農業的框架下獲取土壤的資訊以提供土壤管理上的建議。

—承接第一段提出的定義，第二段我進一步的敘述了這個技術所帶來的革新，適當的延續第一段，而我也應用了對比性的定義，比較傳統以及現代的差異。此時出現了撰寫學術文章的第二個重點：General to Specific，即是從較為普遍大眾所知的內容講到相當專精且較少人知道的狹窄領域，也就是你的niche。
生態學上niche稱為棲位，代表一個物種所處的環境以及其習性，在學術寫作中就代表著你這則研究所具有的獨特地位，這個地位沒有高低，但有「獨特性」。學術寫作中你的描寫必須從General開始，可能是敘述一個大概念或是大問題，逐漸將問題限縮至一個較為清晰明瞭的狀況或是可以被解決的條件，此時你便提出了一個屬於你的niche，那也是我的下一段要做的事情。

轉：近年來已有文獻以pXRF與Vis-NIR搭配機器學習來預測土壤性質，且發展方向朝向結合兩種儀器所獲得的資訊來進行更為精準的預測。然而，一味的以增加變數數目、提高資料數或使用高度複雜的演算法並非唯一的發展方向，言明需設法選取具意義的變數，並使演算法的預測不再如黑盒子一般神秘。因此，如何提高模型的可解釋性便成為一項重要的工作，越為複雜的演算法就有越多的解釋空間，此時需回歸到最為基礎的土壤化育作為出發點，藉由土壤化育的現象解釋近端感測的訊號與土壤性質之間的連結。

—在這段中，我將問題拉了出來，並且創造了一個轉折，藉由這個步驟我提出了一個niche，那就是藉由土壤化育來解釋如同黑盒子一般的演算法。前段所敘述的故事雖然美好，但背後潛藏著尚未被解決的問題，此時我們將故事拉到了高潮，「怎麼辦」、「該怎麼解決」、「應該要有人來研究這件事情吧」，若是能讓讀者有這樣的共鳴，這個前言就完成了一半，因為這樣就能讓讀者有繼續看下去的動力。但是提出niche還沒有完整，真正重要的事情是要佔據這個niche。

承接定義與轉折：使用pXRF可測得土壤中的元素濃度，因此適合用於觀察具有強烈洗出-洗入現象或氧化還原特徵的土壤，並可將此等物質移動現象，從元素含量、分子光譜對應到其他土壤性質，例如黏粒洗入與黏粒膜的形成。使用Vis-NIR可測定土壤中分子振動能階，不同礦物與有機質的官能基都具有此段光譜中的吸收峰，然而此段光譜受到不同能階的倍頻與合頻影響，使直接的測定較為困難，不過利用統計上的迴歸分析，可將不同光譜特徵連結到土壤顏色、pH值及質地等，但這些統計顯著性若不能與土壤理化性質作直接的連結，將難以區分所偵測到的變異所代表的意義。

—此段進一步闡述定義並且回扣問題，目的在於強化niche的重要性。

承接問題：要從土壤化育上建立pXRF、Vis-NIR和土壤性質之間的關聯，可觀察具有強烈淋洗作用、物質移動現象的土壤，亦即具良好分層化現象的土壤，而淋澱土便是具備金屬元素與有機物質移動、分層化明顯的土綱。淋澱土具有機質與鐵、鋁共同洗入B層移動的特性，且在臺灣亞高山地區亦曾發現過黏粒洗入伴隨淋澱化作用的土壤。淋澱土的診斷特徵是淋澱層的存在與否，而吳森博 (2005) 將臺灣中高海拔山區具淋澱化特徵之土壤大致分為四種，即淋澱土、極育土、弱育土及具薄膠層之弱育土，對於如此多樣化的淋澱化土壤，若可依據近端感測建立快速的判定方式，便是一個可行的數位化土壤繪圖方式。

—這段內容的目的是提出本研究解決方法的論點，也就是讓英雄出場的時刻，前面讓人了解這個問題重要，現在要讓人了解你的解決方法重要。首先利用讀者會傾向認真閱讀第一句這個特點，在一開始就講出本文章欲用於解決問題的手段，然後簡單地闡述文章的材料或是方法。雖然回頭來看覺得自己這段寫的不夠精闢，但重要的事情是如何在這裡提出「相信我可以解決」，到這裡前言應該要能回答前述的三個核心問題，將整個研究帶到高潮。

合：(A) 現行的機器學習著重於討論數學模型上的變數相關性，尋找以儀器訊號預測土壤性質的方法，並以統計上的顯著性視為預測的依據，然而此種連結卻缺少了土壤化育、土壤化學與岩石、礦物學上的直接證據。(B) 若以傳統土壤化育觀點為出發點，建立近端感測訊號與土壤性質上的直接連結，將會增加機器學習演算法的解釋性，而選用具有明顯有機質-金屬共同洗入的淋澱化土壤，即有利於觀察較顯著的變異，(C) 因此本研究主要目的為：(1) 以pXRF與Vis-NIR探討淋澱土化育過程中之形態特徵、理化性質、礦物組成與土壤分類；(2) 探討以pXRF與Vis-NIR預測土壤基礎性質並與過往文獻比對；與 (3) 分析土壤基礎性質並探討與pXRF及Vis-NIR訊號間的關係。

—這裡我將文章區分成 (A)、(B)、(C) 三個段落，(A) 我再重新講了一次問題，(B) 我重新講了一次解法，(C) 則是最重要的用數段話概括自己的研究目的。

總結來說，前言的目的在於讓讀者對文章感到興趣，而且透過層層疊架的內容讓讀者能夠回答「為何要做這個研究？」、「這個研究哪裡重要？」、「你打算怎麼進行這個研究？」這三個問題，請在撰寫前言時認真的思考這些問題。

文獻收集

如果說前言的目的是要讓讀者對文章感興趣並且回答三個核心問題，那麼文獻回顧的用意就是要展現你已經做過充足的考究，用以支持你在前言所展現出的企圖心。以客觀、精準的方式將與論文主題相關的文獻內容整理並安排呈現，總結過去、強調未解難題，最終證明你的研究將如何填補目前知識的空缺。前面說過，前言的內容不宜過長，因此我們不會在前言中塞入過多技術性的細節，但是文獻回顧就不一樣，可以將與主題相關的資料串連起來，建構一個完整的文獻網絡。因此，第一步並不是開始寫，而是收集文獻。

收集文獻並不是撿垃圾，不是只要有關係就一定要納入，而是要有目的性、系統性的收集。請再次回想前面提到的三個核心問題，在建構出一個完整研究的過程當中，所需要的文獻不外乎要為了這幾個目標而努力：「前人做過什麼？」、「前人 (review型文章) 提到了什麼問題？」、「為何看過文獻會認為你的做法可行？」。記得將看過的文獻整理起來，然後規劃不同的章節標題，以下是我的各段標題：

這些標題遵守著相同的原則，那就是General to Specific，我從2.1數位化土壤繪圖中的2.1.3土壤近端感測，銜接到後續的兩個儀器 (2.2及2.3)，而每個儀器都從原理開始並進階到在土壤科學上的應用，然後再拉到兩者的光譜結合與機器學習，而最後的淋澱土則是算額外講這則研究的材料特別之處。

在撰寫文獻回顧時還有一個重要的事情，那就是找出幾個與研究高度相關的「關鍵文獻」並且重點闡述他們的重要性。沒錯，文獻們不是平等的，本來就有跟主題極為相關，甚至可作為借鑑般的文獻，但也有只是提供數據或是方法引用這樣只會出現一次的文獻，在引用時可以想清楚這篇文章對研究起到的作用有多大。撰寫文獻回顧時有一個較為通用的格式，讓我們看一下我碩論中的這幾段：

這三個段落中，我都以相同的寫法來引用文獻，那就是：
「做了什麼事情」+「得到什麼結果」+「為什麼會有這個結果」
其實這也代表了每個文獻最少要帶給你的知識量，我們當然沒有時間每篇論文都詳讀，但若能每篇論文都理解這些部分，就達到足夠的文獻回顧了。但當然，不能每段都這樣寫，應該要嘗試以起承轉合的順序去拼湊文獻回顧，並掌握General to Specific的要點。

參考文獻

不知道為什麼，很多人還是對參考文獻感到疑惑，希望我的解釋能讓這件事情更容易理解。對我而言，參考文獻其實是一個寫詩的過程，大家一定有印象在高中時背過詩的格律，包含絕句/律詩，五言/七言，還有分平仄要填入不同的字但如果你是李白的話就都不用管。寫參考文獻就是這樣的過程，而且還去除了寫詩需要靈感部分，沒有什麼困難的地方，也沒有什麼要思考的地方，就是按照規則填進去而已，至於這個規則從哪來？不同期刊有不同的規定，例如哪裡用句號哪裡用逗號，都要看期刊規定，但是！！最重要的是通篇引用格式都要用一樣的。

底下是一個引用格式的範例：
Huang, Y. C., Chen, Z. S., Hsu, J. Y., Chiu, C. M., & Hseu, Z. Y. (2022). Differentiation of fine-textured podzolic soils controlled by climate and landscape in Taiwan. Geoderma, 428, 116155.
一般的引用格式都遵照著這樣的順序：作者+年分+文章標題+期刊+期刊期數+頁碼 (有的是文章編號)，只是又因為期刊本身的規則有所不同

總之，這大致上就是撰寫參考文獻的方法，雖然不太容易，但並不需要太傷腦筋，就是將所有資訊依照格式填入就好，此外要注意的是書籍會跟期刊有不一樣的參考格式。