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国家自然科学基金工程科学项目申请书书写建议(王来贵 朱旺喜)

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发表时间:2021-02-09 08:08作者:王来贵 朱旺喜来源:科学出版社

国家自然科学基金项目申请书的书写要在高度凝练的科学问题的基础上形成以解决关键科学问题为主线的有机整体。摘要是申请书的缩写;立项依据是回答为什么选择要研究的科学问题;研究内容回答对拟解决的科学问题要做什么;研究目标回答拟解决的科学问题解决后达到的科学目的;拟解决的关键科学问题回答解决科学问题中的难点、重点或瓶颈问题;研究方案回答对拟解决的科学问题具体、深入、创新性地怎么做;可行性分别回答完成拟解决的科学问题在主、客观条件和学术上的可能性;项目特色和创新之处回答拟解决的科学问题的学术特点与创新点。工程是人类有目的、有组织地改造客观世界的活动和主要方式。工程科学是以工程为研究对象,运用综合性的知识体系,反映所有工程共同特征和规律、站在诸多工程技术知识和工程管理知识之上的具有最高系统性质的知识。


国家自然科学基金工程科学项目所从事的研究主要属于应用基础研究,即针对具体实际科学目的或目标,为获得应用原理性新知识的独创性研究。对于工程科学,国家自然科学基金项目不仅要回答“知其然”,更要回答“知其所以然”。本节在探讨国家自然科学基金工程科学项目选题、科学问题、“机理”类项目研究内涵、“模型”类项目研究内涵、工程系统演化过程研究内涵、国家自然科学基金项目申请的科学假说等问题的基础上,对国家自然科学基金工程科学项目申请书的书写提出建议,以利于国家自然科学基金项目的申请、评审和研究工作。

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国家自然科学基金工程项目申请书题目


国家自然科学基金工程项目申请书题目本身应是一个科学问题,或者是从几个科学问题中凝练出的精华。在项目名称有限的字数内,让专家和基金管理者能够明白申请者具体做什么研究,或研究对象是什么,或用什么研究方法,或拟解决什么科学问题;体现出“基础研究”或“应用基础研究”的内涵,不是技术工艺、产品设计、技术应用、效果评价、规章规范、工程设计或施工工艺问题。应当准确恰当,简明具体,醒目规范,主题明了,字数适中,不应当引起歧义与误解。切忌皮大馅小,盲目拔高,词语重复,语序错乱。国家自然科学基金项目题目不可太大、空洞或太长等。国家自然科学基金工程项目申请书题目如果有新概念、新含义、限定性词语或有特指范围,甚至可能引起歧义的题目,应在立项依据中应予以说明。凝练的科学问题是整个国家自然科学基金工程科学项目申请书的灵魂,国家自然科学基金工程科学项目申请书要围绕这个主线或中心来撰写。

国家自然科学基金工程科学项目申请书题目一般由一个或一组中心词与若干个修饰词组成。中心词往往反映研究内容的主题,而修饰词则是限定主题时空范围、方法研究的特色。

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摘要


摘要是国家自然科学基金工程科学项目申请书的缩写,是一个独立完整的有机整体,包括研究背景、科学实质与科学问题、研究方法、研究内容、研究目的与应用前景,需要包含申请书主要部分的精髓。因此,摘要具体要求就是要明确项目是哪类工程问题及对应的科学问题及其研究目的;重点是突出申请者与研究方法相对应的研究内容新见解。以第三人称采用科学语言,撰写时不列举例证,不描述研究过程,不自我评价,不用不通用的缩写词或代码,不用图、表、化学结构式及数学公式等;不要与研究目标雷同。

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关键词


关键词是从国家自然科学基金工程科学项目申请书中萃取出的,表示主题内容信息,能反映申请书主题概念的条目和单词、词组或术语。一级学科名词如动物学、物理学、力学等及意义宽泛的词汇如安全、保护、表达、曲线、背景、工程等不宜作为关键词。关键词的罗列与组合就是申请书的主线与研究内容,是分派函审专家、检索申请者研究内容的一个重要依据。

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立项依据


立项依据回答为什么要选取该科学问题,可以依照以下四个方面进行论述。
1 )工程背景及对应的科学问题

以几个(或几类)与题目紧密相关、具体的、最典型、最准确、本质相同的工程技术现象、事实实例为背景,描述与选题关系度最高的这些工程技术现象、事实造成的经济损失、特殊优势或观点矛盾、争议等,衬托出所选择的问题的必要性;分析发生相应现象、事实或矛盾、争议的科学本质是什么? 以自然现象为基础,归纳、抽象、升华,对应什么基本规律,并凝练出相应的科学问题。该科学问题属于较大范围的概念,要明确、具体,不宜太空泛或太小。这一部分是对所选择科学问题的解释,当然包括说明或解释国家自然科学基金工程科学项目申请书题目中的新概念、新含义、限定性词语或有特指范围,甚至可能引起歧义的概念。
2 )研究现状评述及存在拟解决的科学问题

针对所凝练的科学问题的整体研究水平、地位、作用、效果和影响等方面问题,选用最新、最经典的国内、外文献,分门别类地对研究现状进行总结、归纳,反映最新研究成果、水平、发展趋势;分别从科学概念、科学理论、模型建立、数值模拟、实验手段及研究方法、演化机理、结果结论等学术角度进行评述,即从科学角度阐述文献在科学概念、科学理论、模型建立、数值模拟、实验手段及研究方法、演化机理、结果结论等方面解决了哪些科学问题。说明前期研究的科学问题什么内容,哪些方面、哪些子题、哪些部分还存在没有解决,或尚没研究清楚,或不深入,或存在争议,甚至有错误,直接阻止了工程实质问题的解决,是解决工程问题的瓶颈。进而凝练没有解决、但可能解决、研究内容中拟解决的科学问题。拟解决的科学问题描述中,一般应分条目列出,其中应包括关键科学问题和关键技术(特别是实验技术)问题,为国家自然科学基金工程项目申请书后半部分中选择“关键科学问题和关键技术”“学术上的可行性”“特色与创新”等论述奠定基础。
3 )选题科学意义

可从拟解决科学问题完成后产生的工程意义、社会意义谈起,进而重点阐述科学意义。工程意义可从工程稳定性、工程优化、经济实用性等方面说明;社会意义可从社会稳定、环境保护、民生、生命财产及生产安全等方面说明;科学意义须从科学概念、科学理论、模型建立、数值模拟、实验手段、演化机理、演化规律、结果结论等方面的特色和创新之处、学术影响、对学科的推动作用等方面进行说明,以衬托出工程问题和拟解决科学问题的重要性、紧迫性。
4 )项目研究设想与应用前景

在前人研究的基础上,要解决什么,如何解决拟解决的科学问题(或子题),结合项目的技术路线,简介研究内容的前后顺序、步骤及其逻辑关系等怎么开展研究工作,不要与摘要雷同。论述如果解决了拟解决科学问题(或子题)中的关键科学问题,在相关工程领域中具有广阔应用前景,体现所凝练的科学问题的高度抽象性,以及科学问题解决后在工程应用中的广泛性。
撰写立项依据时的注意事项:
(1 )研究背景要靶向明确。研究背景是有层次的,即存在大背景、中背景与小背景。研究背景要聚焦到与选题最密切相关的背景层次,避免离题太远的学术背景。只有与一定的学术背景相适应的科学问题,在逻辑上才是匹配的。
(2 )针对性要强,开门见山,直击主题。泛泛表达的语句、众所周知的科普知识及与主题无关的论述不要描述,例如,“随着我国经济迅速发展……”“随着煤炭工业的蓬勃发展……”“随着浅部煤炭资源的日益枯竭,我国很多煤矿进入到深部开采。与浅部开采相比,深部……”“煤炭作为我国的基础能源,已经并将继续为我国的经济建设做出重要贡献。我国《能源发展“十三五”规划》……”“随着互联网的迅速应用……”“随着大数据时代的到来……”“……是世界科学研究的发展趋势,……是国内研究热点”,又如,“煤炭是我国的主要能源,虽然目前一次性能源结构进行了调整,但煤炭仍然占一次性能源 70% 以上。国家《能源中长期发展规划纲要(2004~2020 )》中指出,预计到 2020 年我国将‘始终坚持以煤炭为主体、油气和新能源全面发展能源战略’。近十年来,随着经济的快速增长,煤炭的需求量也增长迅速,2003~2014 年我国煤炭产量由 16 亿吨增加到 38.7 亿吨,平均每年增长12% 左右……”等,都离题太远。
(3 )题目中可能引起歧义概念的必须要在立项依据中解释清晰。概念不能有多解,引起误解。
(4 )参考文献选择要新、要经典、要与前面科学理论、模型建立、数值模拟、实验手段、演化机理、结果结论等的分类相对应。

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研究内容


研究内容回答对拟解决的科学问题具体、深入、创新地做什么,包括:
(1 )针对拟解决的科学问题,分析系统结构组成部分、时空秩序和联系规则,相应建立结构模型;在分析系统内部环境和外部环境相互作用的基础上,建立环境模型;分析结构与环境的相互作用及其演化过程,建立演化机理模型与本构关系。
(2 )从系统的孕育开始,经历潜伏、发生、爆发、持续、衰减,直到终止的过程中每一个阶段发生的机械学(力学)、物理学、化学、生物学甚至社会学现象。如果工程承受外界静力作用和动力作用,须建立工程系统模型的静力学模型与动力学本构关系;如果工程承受外界流体作用,须建立工程系统模型的固体流体相互作用的力学本构关系;如果工程承受外界机械(力学)化学作用,须建立工程系统模型的力学化学本构关系;如果工程承受外界机械(力学)物理生物作用,则须建立工程系统模型的机械学(力学)物理学生物学本构关系。
(3 )数学模型要具体到基本假设、微分方程或积分方程还是能量方程进行描述,甚至包括本构模型及其判据、初始条件、边界条件、解法等。当然一般数学模型为非线性模型。
(4 )实验要具体到利用什么原理,具体测试什么变量;明确说明测试的量与理论分析的关系。

(5 )求解方法要具体到什么数值法、什么解析法等。
研究内容要注意:
(1 )将拟解决的科学问题进一步分解,论述具体、深入、创新性地要做什么,使研究团队可依照研究内容进行具体落实研究工作。(2 )理论(模型)研究、数值方法、实验研究,必须要有侧重,要有深度,对研究内容有深的理解和认识;处理好具体内容与保密的关系。
(3 )研究内容(强调做什么)紧扣拟解决的科学问题特别是拟解决的关键科学问题,与研究方案(强调怎么做)、技术路线(强调研究思路、步骤和顺序)逻辑上要一致,要能够实施,呼应选题。
(4 )研究内容反对“大题小做”,提倡“小题深做”“小题精做”“小题新做”;同时要具体、深入、创新,重点突出,要有学术深度。
(5 )如果研究内容中理论研究、实验研究、模型研究、方法研究等只是项目整体的部分研究内容,最终的研究内容要归题到拟解决的科学问题上。

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研究目标

申请书针对所要研究拟解决的科学问题,通过理论分析、实验研究及数值模拟等研究过程,回答:
(1 )探讨、揭示什么规律或发生机理。
(2 )提出、建立什么理论(模型、判据)。
(3 )阐明、阐述什么原理。
(4 )利用什么方法求解方程或证实什么结果。
(5 )通过什么手段,解决什么问题。
(6 )通过什么研究,达到什么科学目的。
研究目标一般是与内容对应的,一项研究内容对应一个或几个科学目标,也可能几项研究内容对应一个科学目标;避免过大或空泛或非学术目标。

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拟解决关键科学问题


拟解决关键科学问题主要是项目拟解决科学问题中范围更小、更聚焦且重要的瓶颈问题,解决后一通百通;是研究内容的难点或重点问题,或研究过程中对达预期目标有重要影响的部分研究内容或因素,或为达预期目标所必须掌握的关键技术或研究手段。
拟解决关键的科学问题是申请国家自然科学基金工程科学项目中的主要矛盾或者矛盾的主要方面。国家自然科学基金工程科学项目申请书中关键科学问题一般以条目形式书写,并分别论证为什么是关键科学问题。同时,在研究内容、研究方案、可行性及特色与创新中均要从不同角度进行具体、深入地论述。

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研究方案


研究方案回答对拟解决的科学问题怎么做,包括有关方法、技术路线、实验手段、关键技术等说明。
(1 )研究方法。一般包括采取调研与现场考察、实验研究、理论分析、数值模拟、现场应用和综合分析相结合的研究方法。各种主要方法应具体论述怎样去实现研究内容细节过程,具体的想法和思路、方法和手段,分别详细、具体论述研究方法,彰显出对拟解决科学问题已经有深入的前期思考、理解和准备。但也要注意论述的尺度和方法,不要让专家误解为拟解决的科学问题很简单或已经完成了。
(2 )技术路线。回答完成拟解决科学问题的途径、步骤、方法与内容上的逻辑性。主要回答以拟解决科学问题为主线,研究内容的流程、顺序及内在逻辑关系和步骤。强调研究思路和过程在逻辑上的先后顺序、相互协调、相互衔接、相互配合的关系。具体撰写时采用语言叙述与流程过程图相配合的方式。
(3 )实验手段。介绍实验中具有创新性的具体措施,包括实验目的、实验方法、操作步骤、实验材料、化学试剂、实验仪器、实验设备等。
(4 )关键技术。项目实施过程中特别在实验过程中至关重要的技术和措施。

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可行性


可行性回答研究内容在主观上、客观上与学术上的可行性。
(1 )主观上可行性。包括项目主持人和项目队伍结构包括知识结构、专业结构、年龄结构,前期研究基础及学术声誉、科学品格、兴趣爱好、献身精神、学术专长等。
(2 )客观上可行性。包括各种软硬件条件如文献资料、实验室条件、经费、单位支持、国际合作、已有的研究基础等。
(3 )学术上可行性。依据科学技术发展水平、研究队伍的研究能力,论述“拟解决关键科学问题”和“关键技术问题”在学术上的可行性。
(4 )如果条件不具备,补充什么条件并如何完成研究内容。可行性分析论述为什么能做,告诉专家和基金管理者为什么所研究内容合理、目标明确、研究方案切实可行。

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特色与创新之处


申请书的特色即整个项目(选题)在学术上的独到之处和与众不同,可参考国家自然科学基金项目题目中的修饰词,体现所研究科学问题的特殊性。创新之处要紧紧围绕拟解决的科学问题特别是关键科学问题或关键技术问题,在提出新概念,探讨新机理,采用新方法(理论、解析或数值方法),利用新手段,对研究内容、研究目标、研究方案或预期成果等方面体现学术上的创新性、前沿性和先进性。即发现新问题、提出新概念、采用新方法、设计新实验、论证新定理、建立新模型、验证新理论、寻求新规律、解释新现象、得到新结果等具有探索未知事物、揭示自然规律的观点和原理。应当说明为什么是“创新之处”。应当注意:

(1 )创新点要具体、明确,避免把“创新”扩大化。
(2 )不要泛泛谈多学科交叉。填补国内外空白、研究者很少、学术热点、学术前沿等均不能说是创新和特色。
(3 )不要将非线性科学、系统科学、协同学、突变理论、采矿学、地质学等学科交叉视为创新,要聚焦到一点或几点。
(4 )研究特色可参考国家自然科学基金项目申请书“题目中的修饰词”等学术上的特殊性;创新之处可参考国家自然科学基金项目申请书拟解决的“关键科学问题”和“关键技术问题”来论述,也就是说国家自然科学基金项目的“关键科学问题”和“关键技术问题”有可能是既难又新的学术问题。
(5 )特色与创新之处一般以条目形式书写,并分别论证为什么是特色与创新之处。

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研究基础


研究基础包括国家自然科学基金项目申请者及其团队与所选择科学问题相关的前期研究学术成果、学术声誉及学术影响等方面的积累和完成拟解决的科学问题及其研究内容的主客观条件。注重研究工作的学术积累的与国家自然科学基金项目申请书的相关性、典型性与时效性。

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  国家自然科学基金项目申请书的整体要求


国家自然科学基金项目申请书是一个以科学问题为主线的有机整体,要注意以下五个方面:
(1 )申请书在逻辑上要前后一致。立项依据、研究内容、科学目标、拟解决关键科学问题与创新之处、研究方案(研究方法、技术路线等)、可行性等要始终围绕工程问题所凝练的科学问题特别是拟解决的关键科学问题展开,以拟解决的关键科学问题为主线从不同角度进行论述。
(2 )对于研究特殊性或差异化的科学问题,要在国家自然科学基金项目申请书中始终体现与普遍性问题的差异,突出特殊性。例如,急倾斜与缓倾斜矿体、薄煤层与中厚煤层、深层与浅层矿体、薄基岩与厚基岩、深部与浅部开采、充水与无水边坡等分别在急倾斜、薄煤层、深层、薄煤层、深部、充水边坡系统结构、系统环境及相互作用过程(系统演化)等方面的特殊性,在研究内容、科学目标、拟解决关键科学问题、研究方案(研究方法、技术路线等)、特色与创新之处等方面始终体现差异性。
(3 )研究内容强调对拟解决的科学问题具体、深入、创新性地做什么,研究目标强调研究内容完成后所达到的科学目的,研究方案强调对研究内容怎么做,技术路线强调研究内容的顺序、步骤与逻辑关系。研究内容、科学目标、研究方案及技术路线之间密切联系,是从不同角度对拟解决的科学问题进行描述,不要混淆。
(4 )书写格式要科学规范,国家自然科学基金项目申请书中的标点符号、参考文献引用,西文字母大小写和正斜体,物理量及单位,数字的使用,数学公式、图表、化学表达式等规范书写。
(5 )语言表述要科学和规范,文字精练,避免烦琐,杜绝口语化。采用科学语言、科学数据,利用科学推理、符合逻辑。尽量少用“我们”“本文”“本项目”“该项目”“本课题”“本部分”“笔者”“首先”“其次”“再次”“接下来”“然后”“最后”等口语化用词;多余的“的”“了”“其”“本”等字应删除;正确使用“的”“地”“得”等;慎用“基于”“针对”等词语;避免用“大概”“可能”“10 余项(篇)”“一定的”“较多(少)”等在“量”的概念上不确定的词汇;在一句话后尽量少用括号进行解释;标点符号不要全角、半角混用。

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建议


1 )把握国家自然科学基金项目的基本要求,掌握基础科学的基本概念国家自然科学基金以认识自然现象,探索自然规律,获取新知识、新原理、新方法等为基本使命。一切事物运动都有自然的规律性,要采用正确的科学路线,提倡以事实为基础,运用科学的方法,由表及里,由浅入深,由简入繁,由低级到高级,由中间向两头扩展,寻求这种事物发展变化的基本规律。同时要有一个开放的学术态度,注意学科交叉融合,注重学术交流合作;要学习、掌握系统科学思维方式,掌握基础科学的基本概念、基本理论、基本方法和手段;基础科学研究要追求知其然,更要知其所以然,即掌握事物发展(演化)的来龙去脉、前因后果,寻求基础研究的规律性。

2 )选择适宜的研究领域在一个或者众多工程领域中,国家自然科学基金项目申请者要运用观察、比较、分析、归纳等科学方法,将看似没有联系、没有规律的工程现象,依据工程过程发生的本质,将要研究工程演化过程中具有共同自然规律的各种现象凝练、抽象成科学问题。该过程是对工程问题的深化与升华,并非工程本身。工程系统有其自身发生、发展的演化规律,国家自然科学基金项目申请者应注重发现、掌握这些规律,进而透过工程现象看本质,提出工程现象的原理是什么? 为什么发生? 怎样发生? 对应什么科学问题。因此,国家自然科学基金项目申请者要掌握工程形成过程中的结构、环境及其相互作用时的不同演化阶段,即从孕育到潜伏、潜伏到发生、发生到爆发、爆发到持续、持续到衰减、衰减到终止等过程。工程中系统结构内部元素之间、子系统与系统之间、系统与环境之间不同演化阶段一般具有不同的科学问题,不同科学问题具有不同的研究内容、采用不同的研究方法和研究方案并相应得到不同的研究结果。

3 )从科学的角度分类国家自然科学基金项目申请书的撰写,自始至终要分别从科学概念、科学原理、科学方法、模型建立、数值模拟、实验研究、演化机理、科学规律等科学角度进行分类,不要从工程角度、技术角度、工艺角度、地域角度、国内国外研究角度去分类。

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结语


国家自然科学基金项目的申请在选择适宜的研究领域的基础上,要有好的“点子”;要抓住这个好“点子”的主要矛盾或矛盾的主要方面即拟解决的关键科学问题和关键技术问题,达到什么科学目的、具体做什么、怎么做。并要论证拟解决的关键科学问题和关键技术问题的可行性、先进性;说明已经具备的主观条件、客观条件以及需要申请完成这个好“点子”研究所需要的经费。

本文摘编自《国家自然科学基金项目申请之路——认识现象·探索规律》一书,内容有删减,标题为编者所加。
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