怎样写好博士论文的第1章绪论.docx

1、怎样写好博士论文的第1章绪论怎样写好博士论文的第1章“绪论”1 一般要求要写好“绪论”这一章,第一要务是做好文献搜索、收集和研究。有了文献工作扎实的基础,就有了对课题的清楚了解,就有了追赶课题最高水平的明确目标, 就可以掌握开展研究的各种工具和手段。从本质上说,第1章是作者文献工作的成果。也就是说,第1章也是研究,不研究完不成第1章的写作。文献工作的任务,一是为了清楚地了解研究课题的背景和意义,二是为了调查研究课题的历史和现状, 了解本课题的当前水平, 三是了为决定博士论文研究中需要展开的内容和执行的研究。与此相应,博士论文的第1章,一要写好研究背景和意义,二要写好课题的历史和现状,三要说明博

2、士论文的主要研究内容。2 历史和现状的调查不论作什么样的研究题目,动手研究的第一个任务,就是调查清楚这个项目的历史和现状。2.1 调查要有提纲,以下是这个提纲的可能的内容。(1) 近几年已经做了哪些工作? 现在正在做着什么?(2) 哪些问题已经解决了? 怎样解决的? 还有什么问题?(3) 这些没有解决的问题的症结在哪里? 关键是什么?(4) 已经得出了哪些结论? 这些结论可靠吗?(5) 已有的研究工作有什么经验和教训?(6) 别人用了什么样的研究手段、设备、方法和技术路线? 做了什么样的实验? 需要哪些仪器、设备、装置、样品?(7) 在已知问题中,哪些属于现象性的、或者是方法不合理和设备不准确

3、所至?哪些是事物的本质所决定的?(8) 已有的实验揭示了什么新的事实和现象? 解释合理不合理?2.2 调查的范围、对象和方式文献工作的原则是穷尽不漏。文献工作的最大益处是从文献开始交同行朋友。“千里难寻是朋友，朋友多了路好走”。与自己课题一样的同行是谁呢? 这就属于文献工作的范围。系统地了解和熟悉以下内容是十分有益的：(1) 最近一年里有多少文献与这个课题有关? 最近二年、最近五年、最近若干年呢? 本课题最初一年的文献收集了吗? 最早的文献是哪篇? 里程碑式的文献有哪些? 标志性文献有哪些? 基础性文献有哪些?(2) 这个课题现在有哪些研究者, 叫什么名字? 这些研究者的相关文献收集全了吗?

4、这中间, 谁是一般研究者? 谁是学术带头人(课题负责人,博士生指导教师)?(3) 这些研究者属于哪些机构? 这些机构的相关工作和文献收集全了吗? 哪些是一般机构? 哪些是重点和著名机构? 高等院校有哪些? 研究院所有哪些? 企事业研究机构有哪些?(4) 这些机构分布在哪些国家? 这些国家相关机构的工作收集全了吗?文献工作不仅仅是找一些期刊上的学术论文,尽管我们经常是这么做的。这就涉及到了文献工作的对象。一般说来,文献调查要全面, 以下几类文献都要去查一查。(1) 学术期刊上的学术论文(2) 学术专著、编著及其他相关著作(3) 专利文献(4) 科技报告(5) 学术会议论文集(6) 产品说明书、技

5、术标准、工艺图纸和流程等企业文献如果对后几类文献不熟,你就应该补一补“文献课”或借阅文献检索的教材看一看。从收集到的文献, 动手整理整理, 是文献研究的重要任务。从一开始，就准备在最后要整理若干份清单或名单，是一个很优秀的想法。文献调研的核心任务是要做好课题历史、现状、进展、水平的归纳、分类和整理工作。也就是要产生这些清单。清单的初稿应该及时与老师商量。在写到第1章中去时，一般说，要用到表格形式。以下内容是你的清单要解决的问题。 (1) 经常刊登本课题的学术期刊有哪些? 哪些是一般刊物? 哪些是影响大的刊物?(2) 经典的学术专著是哪些? 作者是谁? 作者是一般科学家? 还是著名科学家?(3)

6、 有参考价值的综述性文献有哪些? (4) 本课题涉及的专利文献的类目是什么? 同一类目的专利文献都收集了吗? 专利文献的检索刊物查阅了吗？(5) 有哪些科技报告体系与本课题有关? 是什么机构编发的? 同类科技报告查全了吗?(6) 本课题已经召开过的学术会议有哪些? 谁组织的? 哪些是系列学术会议? 下一届在哪里召开?搞清楚这些问题的答案, 是为了提高研究水平、启发攻关思路、了解发展趋势。注意, 在回答以上问题时, 重要的是克服“时间陷阱”，养成马上整理相应的清单或名单的习惯。有许多博士生觉得三年的时间很长，“时间多得很”，可以肯定，这种意识将使你的研究水平一再打折扣。有一个问题值得强调,即“用

7、什么方式作文献调查工作呢？”有几个原则如下。(1) 不能完全靠检索光盘数据库查找文献。对某些课题，用电子手段查阅文献在目前大约只能查到用手工方式获得文献的三分之一左右。(2) 请教本专业有经验的专家、老师给以指导,了解哪些期刊杂志或文献种类对自己最为重要。(3) 充分利用文献索引、文摘和书目等检索期刊。科学引文索引(SCI)是查找相关文献最好的检索性期刊。其他有EI、ISTP、CA以及美国政府四大报告(AD报告、PB报告、NASA报告、DOE报告)。(4) 通过阅读已经收集到的资料,再进一步有选择地收集每一篇论文中所引用的参考资料。如此积累，好象“滚雪球”。(5) 如果你进入课题以前, 导师及

8、课题组已经进行了若干年的研究，从导师及学科组已发表的学术论文和完成的学位论文开始文献调研是最明智的。有意义的是自己动手总结出一份这些文献的清单。(本文附件一给出了一个例子)。(6) 要做好文献卡片。想一想, 即使将来自己博士论文有300篇参考文献, 三年时间中, 也只是平均三天做一张文献卡片, 工作量是很小的。文献卡片的好处是便于作纵向、横向各种统计, 既可以长期反复使用，又方便到图书馆借阅自己手中没有的图书资料。 注意事项收集相关文献, 是为了博士论文研究。认真阅读,反复阅读,充分熟悉文献的背景、方法、结果、目标、路线、手段等内容才会有利于开展研究。(1) 往往谁最有思想,谁手中的文献最破、

9、最旧、最烂。(2) 博士生应该把查阅文献,如同每天看报纸一样,养成习惯。越是勤奋研究的人，越重视最新的文献。(3) 时常“居安思危”。越是充满追求的人，越体会到这样的“风险”：即使漏掉一篇论文,也可能使自己的研究浪费很多时间。(4) 写好第1章的每一句话,特别是导引性的话。(5) 反映当前研究水平时,少用看起来“简明扼要”的报纸式的时政式的语言,多用科学语言。科学语言就是符号、公式、概念、定义、规律、定理、表格、曲线、照片等。(6) 参考文献要多用权威的文献,经典的文献,最近几年的文献,被引用多的文献,少用教材,少用随意和无意中得到的或没有经过筛选的文献。(7) 少用、不用“第二手文献”,要用

10、自己经常参考的,手边放不下的,研究中最有用的文献。“第二手文献”是指自己没有复印，或者没有看过读过，只是从文献上看到的“参考”文献。实际上，这种文献你根本就没有“参考”过,你仅仅了解了这个文献的存在。想一想，为什么不去找一找这个文献？(8) 要养成一种习惯,就是随时带着思想,做“有心人”。一遇到有价值的资料,就立刻记下来。即使已经完成了研究工作,在撰写论文草稿之间,也不要忘记一件事: 到图书馆查一查最新文献。在撰写第1章以前,要动手再次作近期文献的收集补充工作。(9) 文献综述的主要对象, 应该是近年的, 特别是近一、二年的。文献综述的根本任务之一，是搞清楚最有发展价值的研究工作和方向。(10

11、) 文献综述中要介绍自己学科组的先期工作。有了这些, 工作才算有基础。有了这些,才能使学科组的工作得以继承和发展。4 第1章各节以及典型内容的举例4.1 第1章的各节第1章一般有3节, 标题往往十分简明，下面是常用的标题举例。(1) 研究背景与意义(2) 本课题的历史与现状(3) 本文主要研究内容第1节要突出“背景”与“意义”。有两种写法。极大多数博士生会按惯例，特别是按文献上的做法，在叙述之中，反映出想要说的“背景”与“意义”，逻辑清楚，语言活泼。另一种方法就是用归纳式的语言，一条一条数“背景”和“意义”，体现博士论文的总结能力和归纳能力。无论哪种写法，基本要求是“背景与意义”内容要全，不丢

12、不漏，分析要科学、准确。第2节要突出本课题的研究进展,以及当前的科学和技术水平。也正因为如此，有些论文此处的标题是“本课题的研究进展”。围绕历史与现状，突出进展与水平，是这一节的基本写法。如果把博士论文全文称为第一层次，把各章的内容称为第二层次，那么博士论文的写作，不能仅仅反映第一层次的历史与现状，第二层次上的“历史与现状”写得好，是“学问大”、“功夫深”的重要标志。有些论文把第二层次的历史与现状放到各章去阐述。4.2 举例 例1 本例给出关于“化学振荡和混沌的若干研究”的两段综述(引自:曾庆轩, 化学振荡和混沌的若干研究, 博士学位论文,北京理工大学, 1993)，第一段引自原文1.1节,

13、第二段引自原文的4.5.4节。1.1 本课题的背景及研究的发展情况简述本论文研究非平衡非线性宏观化学反应动力学中的非线性现象, 特别地本论文要研究化学振荡以及化学混沌的问题。在历史上,热力学的出现及“熵”概念的提出是对19世纪科学思想的非常重大的贡献, 它是将复杂对象作为整体研究的开端,在解释复杂体系自发趋于平衡和无序方面已经取得了巨大成功1,2。由于热力学的巨大成功, 化学平衡态一直被认为是一种通常的情况而被科学界极大多数人所接受。然而事实上, 趋于平衡和无序并不是自然界的一切。大量的事实可以说明这一点。例如, 生命现象越来越复杂, 然而越来越有序; 许多生化反应中反应物浓度是周期性变化的(

14、如糖酵解反应中酶的浓度的振荡)3; 无机界中岩石中规则的花纹4; 流体力学中的Bernard花纹5,6; 生命群体数量的周期性变化, 等等。所有这些有序结构是热力学不能解释的。尤其是实验室中发现的Liesegng环7, BZ (Belousov- Zhabotinsky)反应8-10更令人难理解。为解释这些现象, 必须从传统思想中解放出来。在这种情况下, 非线性非平衡态热力学应运而生。在这个领域的研究中, 化学振荡和化学混沌的研究吸引了许多人的注意力。原因十分简单, 在传统科学无能为力的大量自然现象中, 化学振荡和混沌恰恰是一条迈向新学科的希望之路。对化学振荡的研究, 不仅可以用来解释化学反应

15、系统中出现的时空有序结构, 而且可以用来解释其它学科中出现的类似现象。同时, 化学振荡还有巨大的潜在的应用价值, 例如在催化反应中, 强迫性的浓度振荡可以大幅度地提高反应速率及选择性11-15; 生物学家发现人体中至少有150种反应属化学振荡反应16; 最近有消息表明, 已有学者利用化学振荡原理设计了计算机元件16。在此基础上, 化学计算机如果能建立起来, 它将能更好地模拟人体中的生化过程及神经传输。在有化学振荡出现的化学反应中, 会涉及到各种形式的非线性反馈, 主要的两种反馈形式是热反馈和化学反馈。热反馈起因于反应动力学中的Arrhenius定律, 在一定条件下, 会导致爆炸和燃烧。由热反馈

16、导致的非线性现象, 已经得到了很好的研究, 形成了成熟的理论热爆炸理论17。化学反馈是指这样一种情况: 反应中间产物既是反应物, 又是催化剂, 反应过程中出现自催化现象,从而导致复杂的非线性的化学动力学现象。在耗散结构理论中, 对化学反馈的若干经典例子进行了深刻的总结。现在已经知道, 化学振荡正是由化学动力学的非线性反馈造成的。化学振荡反应的典型例子是Belousov及Zhabotinsky发现的BZ反应。BZ反应是指以溴酸盐为氧化物, Mn2+Fe2+等为催化剂, 丙二酸等有机酸为还原物质的一类反应, 最早是1951年由Belousov发现的8 ,后来Zhabotinsky又进一步研究, 1

17、964年得到确认。同时引起了科学界的注意。这个反应体系比起生物振荡体系来说虽然远为简单, 却可以呈现出丰富多彩的和生物自组织现象很类似的时空有序现象(化学振荡、空间结构、化学波等)。1972年Oregon大学的R. M. Noyes, Monyana大学的R. J. Field, 及E. Koros 提出了解释BZ现象的FKN机理18。并被科学界称呼为Oregonator19, 意思是说这个体系是一个特定的振荡器。机理的公式表示如下:A+YX+PX+Y2PA+X2X+Z2XA+PZfY其中X=HBrO2, Y=Br Z=Ce4+, A=BrO3, P=HBr。f是个适当的化学计量系数。上述机理

18、对解释BZ类反应起了巨大的作用。1978年, Koros等人发现了没食子酸溴酸钾硫酸体系在无金属离子催化的条件下, 也可以发生振荡反应, 经过实验, 不仅证实了非催化类振荡反应的存在, 而且找出了发生非催化振荡反应的一些规律20。但FKN机理并不能很好解释非催化类振荡反应, 为此Orban等人在FKN机理的基础上, 提出了非催化振荡反应的基本模型, 即OKN机理21。除BZ类振荡反应以外, 人们逐渐发现并深入研究了Bray-Liebhafsky反应, Briggs-Rauscher反应及苯的自氧化反应22。八十年代, I. R. Epstein等人经过多年的努力, 发现了另一类由亚氯酸盐, 碘

19、酸盐组成的振荡反应23-24, pH值作为控制参数的振荡反应也得到了研究25。1977年Texas大学的Schmitz等人首次报道了在CSTR (Continuous Stirred Tank Reactor)中的BZ反应出现的非周期行为26, 后经多人持续不断的努力27-32, 1986年H. Swinney等提出了解释非周期振荡的模型33, 确定BZ反应会出现化学混沌。在化学振荡的研究中, CSTR技术的引入, 发挥了积极的作用,它使人们观察到了许多前所未见的复杂现象, 如多定态, 双稳态, 拟周期及混沌等34。以上是对化学振荡实验发展的简述。表1.1和1.2中给出了比较重要的研究工作发展

20、。表1.1 CSTR中BZ反应研究简史(实验)351964Zhabotinsky, Vavilin Zaikin1973Zhabotinsky, Vavilin Zaikin1974Srensen1975Marek and Svobodova, Marek and Stuechl1976De Kepper et al1976-81Graziani, Hudson, Schmitz et al1978Rossler and Wegmann1980Mzselko1980-2Bordeaux-11981-3Texas/Roux1985Hourai et al1985-7Bordeaux-21986M

21、aselko and Swinney表1.2 BZ反应机理及计算研究简史1972FKN机理1974Field and NoyesOregonator1975Fieldreversible Oregonator1975-9Edelson et al1978SNBE ComputationRossler and Wegmannmapping1980Janz et alP feed back1983Dekepper and BarEli1985Richetti and Arneodo1987Barkley et al1988BarEli and Noyes1988-9Field and Gyogyi

22、1987年Luis. F. Razon发表了关于反应多态及反应不稳定性的综述文章36, 对化学反应的非线性现象进行了综述。 1990年R. M. Noyes 发表了关于化学振荡器类型及BZ反应机理方面研究的两篇综述文章22,37。总之, BZ反应是人们研究最多, 认识最深的一类反应。当然现在仍然不能说已经完全弄清了其反应机理。除了实验研究外, 反应模型的研究也是理解化学振荡的一种重要手段, 现在已有的重要模型有Brusselator38-39, Oregonator, Lokta-Votterrs40, Gray-Scott41-43等模型。这些模型对非线性化学动力学的研究起了巨大推动作用。化

23、学反应在远离平衡的情况下会出现一些复杂现象: 多重定态(Multiple Steady State), 松驰振荡(Relaxation Oscillation), 近正弦振荡(Near-Sinasoidal Oscillations), 具有大小尖峰的振荡, 高频振荡及破缺, 倍周期, 准周期及混沌等, 数学模型的建立为研究这些现象出现的机制提供了条件。为处理这些模型, 涉及到研究方程组的解, 解的稳定性, 周期解, 周期解的稳定性, 系统的稳定性等。本论文将提供一些先进的计算方法及程序软件。4.5.4 多态(多定态)和变量的个数多态现象(又叫多重定态现象)是指在一定的控制条件下体系会面对可能

24、的多个定态。在某些情况下, 还可能会发生不同定态间的突然跃迁(例如点火、熄火), 这种跃迁现象无疑对于象化工过程等等工业过程的安全问题和稳定性问题是极为重要的。若体系有自动调节控制参数的能力, 这种不同定态间的相互跃迁还有可能赋于体系某种适应外界环境的功能。现在已经清楚, 要得到多态(多解)性, 要导致点火或熄火, 只需要反应模型中出现一个变量。要得到等温化学振荡, 就需要在反应模型中出现二个变量。要得到化学混沌性质, 至少要有三个变量。本文研究中所发现的混沌图象, 有力地表明文中提出的化学模型十分适合进一步的研究和应用。对化学开放系统的多态(multiple stationary state

25、), 早在1913年由J. Taffanel及C. leFloch, 在1918年由Liljenroth就已经提出来了。1928年 N. N. Semenov (苏联诺贝尔奖获得者) 把这些概念用于封闭系统的点火86, 1938年, D. A. Frank-Kamenetskii则用于解释多相燃烧的点火和熄火87。1941年, Zeldovich在研究绝热开放系统(CSTR)的定态88、Zeldovich等人在研究非绝热CSTR时发现了“孤立圈”、“蘑菇”曲线。其他研究的历史回顾在下面作一简述。等温自催化化学反馈的CSTR: 1941年, Zeldovich发现只有立方催化机理, 才有可能导致

26、多态88。40年代K. G. Denbigh考虑了CSTR中非简单反应动力学89。60年代, 在国外教科书中开始出现等温CSTR中酶的反应多态。1976年, B. F. Gray等人发表了综述文章90。70年代初, 出现了Schlogl模型。70年代末, K. F. Lin 提出了CSTR中的nA+mB(m+n)B反应91。80年代, P.Gray和S. K. Scott提出并确立了“立方催化”模型, 并相继报导了它们的多定态、点火、熄火和化学振荡等性质。非等温自催化化学反馈的CSTR: 1941年, Zeldovich88首次研究了绝热情况, 包括多定态、点火、熄火。同时间, 他和Y. A.

27、 Zysin首次研究了非绝热情况, 报导了“孤立圈”和“蘑菇”形状的定态曲线花样。1954年, L. A. Vulis发表了第一本专著92, 但内容较复杂。1967年, T. Furusama等人重新独立提出了孤立圈和蘑菇状图样的可能性93。70年代初, V. Hlavace又独立地发现了孤立圈, 并一直为以后的研究所利用94。1974年和1976年, W. H. Ray发表两篇里程碑式的文章95,96。80年代初, 研究者们发现了更丰富的信息97。本文第三章和第四章研究了在开放流动系统中进行的具有自催化或交叉(双重)催化机制的简单化学反应模型, 并从初步的研究得到该模型定态的一些性质。在第五

28、章和第六章中, 我们将研究具体的振荡反应, 以便把第二、三、四章的理论, 运用到实际问题之中。(注意: 以上引文因为写于1993年, 某些写法并不符合博士论文格式与要求的规定*, 请不要采用,比如参考文献的标注等)* 注:博士论文格式与要求一文可上乌玛网站WWW查阅。例2 本例给出关于“热点火研究”的一段综述(引自:杜志明, 有限空间内化学放热系统的热点火, 博士学位论文, 北京理工大学, 1994)。1.1 热爆炸与热点火化学反应过程涉及能量的变化。对于大多数放热化学反应, 反应速率与温度的关系通常遵循Arrhenius定律。也就是说, 即使是在常温下产生放热化学反应的系统在一定的条件下也会

29、导致热量的积累, 使系统内温度升高, 而温度升高又会进一步加剧化学反应的进行, 使系统内的温度变得更高。这就是非线性化学动力学中所称的“热反馈”,若能量不损失, 热反馈继续进行的结果, 使系统出现失控的状态, 导致自动点火或发生化学热爆炸(简称热爆炸)。发生化学热爆炸的本质是化学反应进行过程中“自发”出现的热积累和热反馈。这是一个系统内部的过程。倘若从环境中增加了促进这一过程的条件, 那么, 化学热爆炸就会加快出现。这类问题称为热点火。本文主要研究热点火问题。要求具有潜在化学反应能力的系统在短时间内能迅速激起激烈的化学反应, 而后又快速达到燃烧或爆炸状态是工程实践中的重要课题。为了达到这个目的

30、, 需要在系统自身热量积累的基础上对系统提供附加的能量以激发或促成系统自身的快速反应。在工程中这种情况被称为“点火”。由于它起因于热, 又称为热点火。由于激发能有各种各样的形式, 热点火问题在实践中是多种多样的, 例如由光能、电能、冲击能、高温表面或热气流等提供热能均可引起点火。热点火问题是燃烧、爆炸、安全等领域的重要课题,也是兵器、航空、宇航以及国民经济许多部门中最重要的工程问题之一。热爆炸与热点火的基本区别在于, 前者出现时不存在外界初始激发能对系统的作用, 而后者则必须有外界提供的相应的激发能量。所以, 这两种过程在本质上有许多共同之处。但在细节上, 各有特色。本文从理论和实践两个方面提

31、供了热点火问题丰富的细节。从本质上说, 热爆炸与热点火都与系统内部热量的释放与耗散的相互竞争密切相关。由于热反馈机理在其中扮演了最重要的角色, 爆炸与点火前就都有热积累的过程和相应的延滞时间等。它们的作用机理是非线性机理。正因为如此, 热点火与热爆炸研究是密切相关的, 有时候, 两者之间又没有严格的界限。本文的研究反映了这一特色。举例来说, 热爆炸的一个主要特征是化学热爆炸发生在系统内散热最不利的地方, 即系统的中心。而点火的特征则是点火常发生在初始能量激发的边界点(层)附近。但随着点火初始激发能的降低, 点火点将从表面向中心推移。所以, 对于临界点火问题, 点火点也可能出现在系统的中心。1.2 热点火研究简史由于热点火理论是在和热爆炸研究相互交叉的基础上发展起来的, 首先对热爆炸研究作一简单回顾是有益的。文献中一般认为, 对热爆炸现象的早期的定性的认识可追溯到1884年, 当时J. H. Vant Hoff指出了点火与系统的热失衡有关1。热爆炸近代理论的初始形态见于法国, C. Taffanel和J. le. Floch在1913年就给出了清晰的现在被称为热图的曲线。这些早期结果被原苏联著名科学家N. N. Semenov在1928年重新独立地发现了。Semenov的重大贡