学术论文中应如何精准且高效地绘制图表？

在科研论文撰写以及学术成果展示的过程中，图表的绘制起着举足轻重的作用。它绝非简单的图形堆砌，而是一门需要精心雕琢的艺术，直接关系到研究成果能否被准确、清晰地传达。那么，究竟该如何精准且高效地绘制图表呢？

图表在科研论证中的核心地位

图表应当成为论证的坚实“骨架”，而非仅仅作为“装饰”存在。在科研领域，每一个研究问题都犹如一座复杂的迷宫，而图与表则是我们探索这座迷宫的精准地图。它们应深度融入科研问题的剖析与解答过程，发挥核心论证的关键作用。

以生物学研究为例，当探讨某种基因对细胞生长的影响时，通过绘制细胞生长曲线图，可以直观地展示出在不同基因表达水平下，细胞数量随时间的变化趋势。这种直观的呈现方式，远比单纯的文字描述更能让人快速理解基因与细胞生长之间的复杂关系。

在设计图表时，必须从论文结构构思的初始阶段就将其纳入考量。这就像建造一座大厦，图表是支撑大厦的重要支柱，需要与整体建筑风格（论文主线逻辑）相协调，使之成为论文主线逻辑的“直观可视化呈现”。例如，在撰写一篇关于新材料性能研究的论文时，从引言部分提出研究问题，到实验方法部分介绍测试手段，再到结果与讨论部分分析数据，每一个环节都可以通过相应的图表来辅助说明，使整个论文的逻辑更加清晰、连贯。

若干顶级期刊对图表的要求概览（部分）

多数顶级期刊均将图表质量视为评估稿件专业性、可读性以及审稿效率的关键指标之一。这些期刊对图表的要求不仅严格，而且细致入微，旨在确保读者能够准确、快速地理解研究成果。以下为部分代表性要求的摘录：

表9-1 若干顶级期刊对图表的要求

基本要求与共同点

基本要求

• 清晰（Clear）：数据结构、变量含义、视觉层级需一目了然。例如，在绘制柱状图时，柱子的高度应准确反映数据的大小，不同类别的柱子应使用不同的颜色或图案进行区分，使读者能够轻松理解图表所展示的数据关系。

• 有用（Informative）：支撑结论，服务论证，避免冗余信息。图表中的每一个元素都应与研究的结论相关，不能出现无关的信息。例如，在展示实验结果的图表中，只需呈现与实验假设相关的数据，而不需要包含一些无关的背景数据。

• 独立（Stand alone）：图注完整，可独立阅读，不依赖正文解释。这意味着读者即使不阅读论文的正文部分，也能通过图表和图注理解研究的主要内容和发现。例如，图注中应包含所有必要的变量定义、实验条件等信息。

共同点

• 图注应包含完整的变量定义、测试条件及趋势说明。这是确保读者能够准确理解图表信息的关键。例如，在展示温度对材料性能影响的图表中，图注应明确说明温度的测量方法、范围以及材料性能的变化趋势。

• 表格应信息清晰，突出对比与结论支撑。表格中的数据应按照一定的逻辑进行排列，便于读者进行比较和分析。例如，在对比不同材料的性能时，可以将各种性能指标列成表格，使读者能够一目了然地看出不同材料之间的差异。

• 色彩、线型、符号需符合通用科学可视化规范。不同的颜色、线型和符号在科学图表中具有特定的含义，应遵循统一的规范，以免造成读者的误解。例如，红色通常表示危险或重要，蓝色表示稳定或冷静，在图表中使用时应保持一致性。

明确图表的功能定位

每一幅图或表都应具备明确的目标，就像每一把钥匙都有其对应的锁一样。它是用于“展示关系”？“对比性能”？还是“揭示机理”？目标不同，所选图表形式亦不同。

功能类型与建议图表形式

顶级期刊要求示例

Nature与Science均要求图必须包含完整标签、单位及图例，图注需清楚说明变量定义与实验条件。这是为了确保读者能够准确理解图表所展示的信息，避免因信息不完整而产生的误解。例如，在展示物理实验结果的图表中，必须明确标注各个物理量的单位，如长度用米（m），时间用秒（s）等。

Acta Materialia明确指出：“图表应独立表达，具备支撑研究结论的信息密度。”这意味着图表应包含足够的信息，使读者能够在不阅读正文的情况下理解研究的主要发现和结论。例如，在展示材料性能测试结果的图表中，应包含测试方法、样品信息、测试条件等详细信息，以便读者对研究结果进行评估和验证。

遵循视觉信息基本规则

图表的阅读路径应自然且连贯，就像一条顺畅的道路，引导读者轻松地获取信息。为了实现这一目标，应遵循以下几点：

变量顺序与论文逻辑保持一致

横轴优先展示“控制变量”，纵轴展示“响应变量”。在科学研究中，控制变量是影响实验结果的因素，而响应变量则是我们关注的实验结果。例如，在研究温度对化学反应速率的影响时，温度是控制变量，应放在横轴上；化学反应速率是响应变量，应放在纵轴上。这样排列可以使读者更加清晰地理解变量之间的关系。

图例颜色需具备区分性，且考虑色盲因素

不同的颜色在图表中代表不同的类别或数据系列，因此颜色的选择应具有区分性，以便读者能够准确识别。同时，还应考虑色盲因素，选择对色盲患者也友好的颜色组合。例如，可以使用不同的色调或亮度来区分颜色，避免使用红色和绿色等色盲患者难以区分的颜色组合。

避免使用3D图、无意义渐变色及无单位坐标

3D图虽然看起来更加立体和美观，但在科学图表中往往会分散读者的注意力，影响数据的准确传达。无意义渐变色会使图表显得杂乱无章，无法突出重点信息。无单位坐标则会使读者无法准确理解数据的大小和范围。例如，在展示长度数据时，坐标轴上必须标注单位，如米（m）、厘米（cm）等。

图表排列需有结构，编号命名统一（如Fig.1a, Fig.1b）

在论文中，多个图表应按照一定的逻辑顺序进行排列，例如按照实验步骤、研究问题的层次等进行排列。同时，图表的编号命名应统一，方便读者查找和引用。例如，在讨论多个相关图表时，可以使用Fig.1a, Fig.1b等编号方式进行区分。

典型错误示例

在材料拉伸测试中，有学生将“应力 - 应变曲线”绘制为柱状图，仅显示峰值应力，却忽略了“屈服段、强化段、断裂段”等重要特征，无法准确反映材料力学行为的本质。应力 - 应变曲线是描述材料力学性能的重要图表，它能够展示材料在不同应力作用下的应变情况，包括弹性阶段、屈服阶段、强化阶段和断裂阶段等。将这样的曲线绘制为柱状图，会丢失大量的关键信息，使读者无法全面了解材料的力学性能。

完善图注（caption）与标签

图注需完整、独立，并提供必要信息，就像给图表配上了一把精准的钥匙，帮助读者打开理解图表的大门。具体如下：

描述测量对象、实验条件及变量含义

在图注中，应详细描述测量对象是什么，例如是某种材料的物理性质、生物样本的生理指标等。同时，要说明实验条件，如温度、压力、时间等。还要明确变量的含义，例如速度、浓度、频率等。例如，在展示植物生长高度的图表中，图注可以写为：“本图展示了在不同光照条件下，番茄植株的生长高度随时间的变化情况。实验条件为温度25℃±1℃，湿度60%±5%，光照强度分别为1000lx、2000lx和3000lx。纵轴表示番茄植株的生长高度（单位：cm），横轴表示时间（单位：天）。”

明确数据来源或方法背景

图注中应说明数据的来源，例如是实验测量数据、模拟计算数据还是文献引用数据。如果是实验测量数据，要说明实验方法和设备；如果是模拟计算数据，要说明模拟模型和参数；如果是文献引用数据，要注明文献出处。例如，在展示某种化学反应速率的数据图表中，图注可以写为：“本图中的数据为实验测量所得，采用气相色谱法测定反应产物的浓度，进而计算出反应速率。实验在恒温恒压条件下进行，反应温度为50℃，压力为1atm。”

可简要说明图中关键观察点

图注中可以简要提及图中的关键观察点，引导读者关注重要的信息。例如，在展示温度对材料强度影响的图表中，图注可以写为：“随温度升高，材料强度显著降低。当温度从20℃升高到100℃时，材料强度下降了约30%。”

譬如，JMPS（Journal of the Mechanics and Physics of Solids）特别强调图注的完整性，评审意见常指出：“图注不应仅是图的‘标题’，而应具备自独立（Stand alone）的信息量。”这意味着图注应提供足够的信息，使读者能够在不阅读正文的情况下理解图表的主要内容和发现。

图表设计检查清单

在完成图表设计后，应按照以下检查清单进行仔细检查，确保图表的质量和准确性。

1. 每张图是否回答了一个明确的问题？：图表应围绕一个明确的研究问题或假设进行设计，能够直接回答该问题或验证该假设。例如，如果研究问题是“某种药物对血压的影响”，那么图表应清晰地展示药物使用前后血压的变化情况。

2. 坐标轴是否完整、单位是否正确？：坐标轴应包含必要的标签、刻度和单位，确保读者能够准确理解数据的大小和范围。例如，在展示长度数据时，坐标轴上应标注单位“cm”或“m”。

3. 图例、图注是否能自洽地表达含义？：图例和图注应准确、清晰地解释图表中的各个元素，避免出现歧义或误解。例如，图例中的颜色和符号应与图表中的实际元素相对应。

4. 图表之间是否存在重复？信息能否进行整合？：在论文中，多个图表之间应避免重复展示相同的信息，可以将相关的信息进行整合，提高论文的简洁性和可读性。例如，如果多个图表都展示了某种材料的性能数据，可以将这些数据整合在一个图表中。

5. 图中是否存在可读性差的问题（如线太细、颜色太淡、标签遮挡）？：图表中的线条、文字和符号应具有足够的清晰度和对比度，避免出现可读性差的问题。例如，线条应足够粗，颜色应鲜艳，标签应避免被其他元素遮挡。

6. 图表风格是否统一？编号是否一致（如Fig.1a, 1b等）？：论文中的所有图表应保持统一的风格，包括颜色、字体、线条样式等。同时，图表的编号应一致，方便读者查找和引用。

总 结

图和表并非论文的“附属文件”，而是承载科研结论的最可信语言。在科研领域，文字描述往往具有一定的局限性，而图表则能够以直观、形象的方式展示复杂的数据和关系。一张图的质量，往往胜过一段文字的解释。正如一位审稿人曾写道：“如果你不能用三幅图讲清楚你的论文，那可能你还没有真正理解你的结果。”这句话深刻地揭示了图表在科研论文中的重要性。

一句话总结：设计图表，不仅仅是为了展示，更是为了“说服”。图越清晰，逻辑越自洽，论文就越有力量。通过精心设计的图表，我们能够更加有效地传达研究成果，吸引读者的注意力，提高论文的影响力和可信度。

2个图修改实例

例 - 1

以下是一篇论文中的图（此处为Fig.3）及其标注。显然，这种标注过于简单，核心信息不全。例如，没有说明微球的光学质量如何判断，也没有提及微球的偏心度对作为球形谐振器的影响。为此，需对该图的标注进行修改，补充必需的信息。修改后的Caption如下。新的Caption满足上述要求。

Fig. 3. Microscope images depicting arsenic triselenide microspheres fabricated through a three - step process. The absence of distortions in the reflected light indicates that these microspheres possess surfaces of high optical quality. This high optical quality is crucial for their application in optical devices, as it ensures minimal light scattering and high - efficiency light transmission. The microspheres exhibit low fiber - axis eccentricity (e = 0.086), ensuring they will function as spherical resonators when coupled to a waveguide perpendicular to this axis. The low eccentricity reduces the energy loss during the coupling process and improves the stability of the resonator. The process enables the fabrication of a wide range of microsphere sizes: (a) 55 µm, (b) 270 µm, and (c) 384 µm.

例 - 2

以下为一篇论文中的其中一个图，存在诸多问题。下面给出两次修改过程。

对于此图，存在一些严重问题，例如，坐标轴无标签，读者无法知道横轴和纵轴分别代表什么物理量；图表未充分利用空间，数据点过于集中，导致图表显得拥挤；散点图中使用的数据过多，且没有进行合理的筛选和分类，使读者难以从中提取有用的信息。

经过第一次改进后，

即便对于此修改后的图，仍存在一些问题：坐标轴范围设置不当，部分数据点超出了坐标轴的范围，影响了数据的完整展示；底部坐标轴对于小于1,000的数字使用科学计数法，而这些数字均在一个数量级内，这使得刻度难以阅读，进而难以解读；文字过小，读者难以看清图中的标注和说明；且字体选择不一致，影响了图表的整体美观。

经过第二次改进后，

此图已颇具吸引力！改进后的图表坐标轴标签清晰，范围设置合理，数据点分布均匀，文字大小适中，字体统一，能够准确地传达数据信息，使读者能够轻松理解图表所展示的内容。