論文の書き方と学生実験のレポート

論⽂の書き⽅と学⽣実験の レポート 公⽴⼩松⼤学 藤⽥ ⼀寿 理学出⾝の⼈⼯知能を研究している⼈が書いています．他分野の⼈と意⾒が異なる場合があります．

学⽣実験のレポートは卒業論⽂の準備？ • 学⽣実験には，実験を通し座学で学んだことを深く理解するという⽬的があり ます．さらに，研究に必要な技術や作法の習得という⽬的もあります． • 学⽣実験でレポート書くことは，研究に必要な技術の習得という観点では，研 究論⽂を書く練習と⾒なせるでしょう． • つまり，良い学⽣実験のレポートを書くためには，まず論⽂の書き⽅を知る必 要があると考えられます． • 論⽂の書き⽅を知り，実験レポートについてより深く理解し，より良い実験レ ポートを書きましょう． • さらに，この資料に書かれている論⽂の書き⽅を頭の⽚隅に⼊れておき，卒業 論⽂執筆に活かしましょう．

論⽂の書き⽅

なぜ論⽂を書く？ • 研究成果は発表されなければ意味がない． • キャベンディッシュは電気と熱⼒学に関する⾰新的な発⾒（オームの法則，クーロン の法則，シャルルの法則，ドルトンの法則など）をしたが，それ発表しなかったため ⼈類はそれらの知⾒を得るために数年から数⼗年の年⽉を必要とした． • 研究活動は得られた知⾒を論⽂として公開することで初めて⼈類に貢献できる． • • • • • キャベンディッシュは，⽔素の発⾒，⽔の合成，硝酸の⽣成（アルゴンの抽出），地球の密度の計測（重⼒加速度 の計測）など輝かしい成果を発表している． 電流計がない時代にオームの法則を発⾒している点が⾯⽩い． キャベンディッシュのクーロンの法則の実験⽅法はクーロンの実験⽅法より正確に計測できる． 化学者のデービーから「キャベンディッシュの死はニュートン以来最⼤の科学的損失」と⾔われている． (Cavendish - The Experimental Life : Max Planck Research Library for the History and Development of Knowledge) デービーは最も多く元素（6つ）を⾒つけた化学者だが，最⼤の発⾒はファラデーと⾔ったとか．

論⽂で重要なこと • 何が新しいのか？ • 論⽂は研究成果の最初の発表である． • 他の⼈が結果を再現出来るか？ • 再現性がない研究に意味は無い． • 以上を伝えるために分かりやすく簡潔で明快な⽂章を書くことが重要である．

論⽂で何を伝えたいか • なぜ研究をするのか． • これまでどんな研究がなされていたか． • 何が新しいのか． • どうやって実験したのか．どんな⼿法か． • どんな結果が出たのか． • どのような結論が出せるのか．

論⽂の構成 • 論⽂は通常次のような構成となる． • イントロダクション(Introduction) • ⼿法(Methods) • 結果(Results) • 議論(Discussion) • 参考⽂献(References) • この構造をIMRAD (Introduction, Methods, Results, And Discussion)と⾔う． • 19世紀後半から徐々に使われてきた(Day，初めての科学英語論⽂)．

イントロダクション • イントロダクションでは研究を理解する上で必要な情報を最低限提供する． • イントロダクションで書かれる内容 • 研究の背景 • 研究の意義 • 研究の問題と⽬的 • 研究の⽅法 • 研究の簡単な結果と結論

⼿法 • 研究で⽤いた⼿法を書く． • 論⽂では研究結果の再現性が最も重要であるため，⼿法は他の研究者が研究結 果を再現するための情報を⼗分詳細に提供する． • プログラミングを⽤いた研究の場合，再現性を担保するため作成したプログラ ムコードを公開することが多い．

結果 • 結果では，結論を導くために必要なデータを⽰す． • 研究を通し取得したデータをすべて載せるのではなく，必要なデータを選別して論 ⽂に載せる． • 近年は捏造問題や再現性問題に対応するため，⽣データを公開する場合も多い． • 結果を分かりやすくするため図や表を⽤いる． • ⼤量の⽣データを載せず，統計処理を⾏いデータを整理する． • 統計処理を⾏う場合は，その⼿法の意味と前提を⼗分に理解すること． • 「よく分からないが，みんなが使っているから使う」ではいけない． • 例えば平均をとる場合，我々は「なぜ平均を取るのか？」，「なぜ平均をとって良 いのか？」に答えられる必要がある． 私は平均をとることすら恐ろしい．

議論 • 結果から導出される結論を書く． • 結果に対して議論する． • 過去の研究と⽐較する． • 研究結果から予測される事柄を述べる． • 研究の波及効果を述べる． • 研究結果が他の問題を解決する可能性がある． • 研究結果が他の分野に使える． • 未解決点もくしはFuture workを述べる． • 次の研究のネタになるので述べたくない． • 当たり障りなく書くしかないか．

参考⽂献 • 論⽂と関係する研究は過不⾜なくイントロダクションや議論で話題にしている はずである． • 研究は全く0からするわけではなく，先⼈が積み重ねた知⾒から着想を得ているはず である．巨⼈の肩の上に⽴つ． • また，研究は全く独⽴であるはずはなく，関係する研究が存在するはずである． • ⼀⽅アインシュタインは特殊相対性理論の論⽂に参考⽂献を付けていない！？これ は良くない例である． • 他の研究を話題にする際，その研究が載っている雑誌や本の詳細を参考⽂献で 書く必要がある．

その他の構成要素 • タイトル • 論⽂には必ずタイトルが付けられる．タイトルは研究内容を適切に短く表現したものにす る． • 概要 • 論⽂の縮⼩版だと思って書く． • 関連研究 • イントロダクションで背景を語るとき関連研究について⾔及する． • しかし，関連研究の記述が多すぎるとイントロダクションが読みづらく研究の意義が分か りにくくなる． • それを回避するために，関連研究だけに絞った節を設けることがある． • まとめ • ⼿法の提案などの場合，結果について最後に語るとき議論というほど語らない場合はまと めとする．

学⽣実験とレポート

理想的な学⽣実験の流れ 1. 実験書を読む． 分からないところは教科書を読んで復習する． 2. 実験ノートの準備をする． 3. 実験をする． データをとるだけではなく，実験ノートを書く． 4. レポートを書く． 5. 教員にレポートを⾒てもらう． 6. 教員の指⽰に従いレポートを修正する． 実際は，実験書を事前に読み⼗分理解して実験に挑 むのは難しい．私が学⽣の頃は，実験担当の教員が 実験内容の説明を実験の前に講義していた．

なぜ実験ノートを作らなければならないのか • 実験をする際，必ず実験ノートを取らなければならない． • 実験ノートに書くこと • • • • • • ⽇時 天気，気温，湿度など 何の実験をしたか 使⽤機器 ⼿順 実験の結果 • 最終結果だけではなく，操作内容，途中結果，気づいたこと，感想，その他メモを時刻と伴に随時書 いておく． • なぜ実験ノートを作るのか？ • • • • 後で何をやったか確認するため． 失敗であっても，何が失敗か⾒つけるため． 失敗の規則性や成功したときと失敗したときの差から発⾒がある． 実験を⾏った証拠になる．

実験ノート ⽇付 天気など 実験タイトル 10:00 操作1 何か変だ 材料 ⼿順 事前に書く 実験中に書く

実験レポートの作成 • 実験が終わったら実験ノートに基づき実験レポートを作成する． • 実験レポートの構成は⼀般的に次のようになる． • 表紙 • 実施⽇，班メンバー，天気，気温，湿度，⽒名などを書く． • ⽬的 • 実験の⽬的を書く． • 原理 • 実験に関する原理を書く． • ⼿法 • 実験装置，資料，実験の⼿順を書く． • 結果 • 実験結果を書く． • 感想・考察 • 実験や実験結果で得られた感想や考察を書く．考察は難しいので感想だけも良い．

なぜ，レポートに実施⽇時，天気，気温などを書くのか • 実験結果の検討や再現のために必要 • 実験結果が予想通りか，そうでないかに関わらず，結果から新たな発⾒に繋がるかも しれない． • その実験結果を再び得るためには，同じ条件を揃える必要がある．⽇時，気象が実験 に影響を与えるのであれば，それらも合わせる必要があるだろう． • 物の性質は温度などに影響する．実験結果が温度に敏感なら気温の情報が重要になるだろう． • ⼈の気分や感じ⽅は⽇時や気象条件から影響を受ける．認知神経科学など⼈を扱う研究なら気 象の情報は重要となるかもしれない． • 施設の状況は⽇時で変わる可能性がある．実験施設の状態が年末年始が⼀番安定しているから 実験するには良いという⼈もいた．

なぜ⽬的を書くのか • 実験で何をやるか（やったか）を認識するため． • 何を理解（もしくは習得）するために実験をやっているかを理解するため．

原理・⼿法をなぜ書かせるのか • 原理を書くことで座学で習ったことを思い出すため． • 原理を書くことで，実験内容の理解を深めるため． • ⼿法を書き，実験内容と⼿順を理解するため．

なぜ図を描かねばならないのか • 器具をよく観察し，それを理解するため機器の図を描く． • 装置の配線などは図で描かないと分からないため図を描く． • 実験から得られた数多くの数値をそのまま⽰しても，その数値が何を意味して いるか分からないためグラフを描く． • 複数ある数値はグラフにし可視化することで，数値の変化の規則性や数値同⼠の関 係を⾒出す．

なぜ単位にうるさいのか • 単位がわからないと数値が何を⽰しているか分からないため． • 数値が何を⽰しているか分からないと • 実験結果を解釈できない． • 計算で数値を⽤いる際，数式に数値を代⼊できない． • 補助単位が無いだけでも正しい数値を求められない． • 単位が分からないと実験を再現できない． • 数値と単位の組み合わせの間違いや補助単位の間違いがある数値を信じ実験すると， 実験に失敗するだけではなく重⼤な事故が起こるかもしれないため． • 単位が物理法則を理解する上で重要なため． • 次元解析：物理量における，⻑さ，質量，時間，電荷などの次元から、複数の物理量の間 の関係を予測すること（wikipedia）． • 次元を解析することで，実験結果から導かれた数式の物理的意味を検証することが出来る． • 共通テストのテクニックとして使った⼈もいるかも知れない． • 選択肢の数式の次元を求め，次元が間違っている選択肢を排除する．

なぜ感想と考察が必要か • 期待する結果と実際の結果が⾷い違った場合，その原因を考えることで実験と その原理のより深い理解が得られるため． • 実験での気づきが後の学習に⽣きるため． • 感想を書くことで，実験を振り返って欲しいため． • 「〇〇が⼤変だった」，「⾯⽩かった」，「この操作は苦⼿だ」など，単なる 個⼈的な感想であっても，実験の⼤変だった部分の理解や，⾃分の興味や苦⼿ なことなどを理解することが出来るため．

実験は失敗しても良い • 研究成果は数多くの試⾏錯誤と失敗から⽣まれる． • 我々は，数多くの試⾏錯誤と失敗を経て⽣まれた美しくまとめられた結果だけを⾒て いる． • つまり，失敗は悪ではなく必要なのである． • 学⽣実験も失敗して良い． • 実験では予定通りの結果が出ることが重要ではなく，どんな結果であれ考察すること が重要である． 我々が⾒える世界 我々が⾒えない隠れた世界 教科書や論⽂から⾒える美しい世界． 理路整然と書かれ，あたかも結果が導き出されるのが当たりか のごとく書かれている． 数多くの間違い，試⾏錯誤，失敗がある泥臭い世界． 創作活動や研究活動は，死屍累々の失敗の中から輝 かしい成果が⽣まれる．選択と集中と相性が悪い． 裾野が⼩さくなれば頂上は低くなる．

おわりに

おわりに • 学⽣実験，卒業論⽂，修⼠論⽂などを書くときに，この資料の内容を思い出し ましょう． • しかし，リソースは限られているので，このスライドの内容を思い出しながら 現実と折り合いをつけ妥協して実践しましょう．