科学观与科学方法论.ppt

.科学技术学的性质与特征 是从总体上研究科学与技术的性质、特征、历史发展、社会作用及其相互关系 特征 1：宏观考察科学与技术总体 2：是科技体系的“本体”性、务实性考察 3：可统摄多门二级、三级学科 4：既是理论建设又是学科建设 内容与结构,科 学 技 术 学,本 质 论,价 值 论,社会学,发展论,本质与特征 关联与建构,双刃剑现象 伦理学诘难,发展战略 人类解放,精神与理性 成就与观念,政治功能 经济功能,历史发展 当代趋势,军事因素 社会形态,发展模式 发展规律,第二篇 科学观与科学方法论,从自然物质向上演化的分支中进化出人以后，作为主体的人便同作为客体的自然界发生了认识关系和变革关系。人类为了达到认识、改造自然的目的，必须运用一定的手段和方法。本篇依据自然观、认识论和方法论相一致的原理，从科学问题和科学事实入手，研究经过科学抽象和科学思维，建立科学假说和科学理论，直到将科学理论再物化为技术的一般方法。也就是选题方法、感性方法、理性方法等。这些一般方法构成了科学技术方法论的基本研究内容。,人类通过科学来认识自然界，本篇依据自然观、认识论和方法论相一致的原理，围绕科学认识的形成与发展，以科学问题为起点，研究通过观察和实验获取科学事实的经验方法，研究经由科学抽象、运用各种科学思维形式建立假说和检验假说的方法，在此基础上进一步探讨科学理论发展的多元模式和创造性思维的激发机制。,科学的本质和科学的认识过程 科学认识的形成 科学思维方法 科学理论的评价和检验 科学理论的发展,第 一 章 科学的本质,一、科学,科学是什么？,了解科学的本质特征，科学的组成要素，掌握科学和非科学、伪科学的分界标准；正确认识科学的价值。,1、,科学的概念,1.科学是指如实反映客观事物固有规 律的系统知识以及人们追求这种知识 的活动。,科学是人们对客观世界的认识，是反 映客观事实和规律的知识。 科学是反映客观事实和规律的知识体 系。 科学是一种追求知识的活动，是一项 社会事业。,2、科学划界的标准,逻辑经验主义：经验事实加以证明 批判理性主义：证伪波普尔 历史主义：,非科学,伪科学,科学,库恩、拉卡托斯,费耶阿本德,第二节 科学知识的构成,一、科学事实 二、科学定律 三、科学假说 四、科学理论,第三节 科学价值,科学价值：现实的人同满足其某种需要的科学的属性之间的一种关系。 科学的内在价值 科学的社会价值 西方的科学价值观 科学精神：科学研究的过程和成果中所显示出来的科学本身所独有的一种精神气质，以及与之相应的科学思想、科学方法。,科学价值中立说,科学负荷价值说,二、对科学技术的态度,唯科技主义,反科技主义: 有机械者必有其事，有机事者必有机心。机心 存于胸中，则纯白不备；纯白不备，则神生不 定；神生不定者，道之所不载也。,技术专家治国论,技术决定论,科技万能,案例分析,科学研究中的伦理问题 科技成果应用中的伦理问题 科学发展的评判,三、科技伦理,第二章 科学认识的形成,教学要求 了解科学理论形成过程中的一般方法：首先是提出问题与明确问题；其次是掌握科学理论构成要素的获取方法，即科学事实的获取方法；科学假说形成的途径；科学理论形成过程中应用的思维方法，如演绎、归纳、类比、模型等方法。,第一节 科学问题与科学事实,教学要求：了解科学问题的来源、分类及其在科学研究中的地位；明确正确选题的原则；掌握获取科学事实的方法 科学问题 问题在科学研究中的地位 简述X射线的发现过程。（见备注）,科研选题一般步骤,文献调研和实际考察； 提出选题； 初步论证； 评议和确定课题。 实际上是一个不断反馈调节的过程，常常需要反复调研和多次论证。,、选题程序及评价 程序 调查研究资料准备筛选处理 开题报告：课题的目的， 意义，价值； 问题的起因 ，来源； 理论依据 ， 实验数据； 国内外研究现状 ，水平， 症结 ，进展； 课题要点 ， 核心 ，技术路线 ，关键问题 ； 前期研究 ，已有准备, 课题主客观条件； 预期进行 ，最终成果； 阶段性成果及最终成果的形式 ，提交时间； 专家意见； 成员极其分工协作； 总体规划 ，基本部署，主要步骤； 设备，经费； 申请要求与希望；,第二节 科学事实的获取,一、观察与实验是获取科学事实的基本方法,第三节 科学抽象和科学思维 教学要求：了解科学思维的基本形式、逻辑方法、创造性思维方法、数方 法、理想模型方法及其在科学认识中的地位和作用；明确在学 技术研究中正确运用科学思维方法的重要性。 一 科学抽象和科学思维的基本形式 1 科学抽象 （1）科学抽象的含义与作用,所谓科学抽象，就是透过现象，提取本质的思维过程和方法（即去粗取精，去伪存真，由此及彼，由表及里）只有通过科学抽象，我们才能立足于事物的内部联系，对现象作出统一的科学说明。具体地说，科学抽象有如下作用：,（2）科学抽象的一般过程和成果 从总体上看，科学抽象包括着互相联系和区别的两个阶段：从个别到一般，即由具体到抽象；然后，再从一般到个别，即从抽象到具体。这个完整的思维过程就是具体抽象具体的过程。,（3）科学思维的基本形式 至今人们发现大脑进行科学思维主要有三种基本形式；逻辑思维、形象思维、灵感与直觉思维。将这三种基本思维方式进行组合、应用，就产生了常见的所谓逻辑方法、创造性思维方法、理想化方法、数学方法等。,逻辑思维抽象思维：专业术语 形象思维表象的运动 直觉思维顿悟,还应指出曾流行过的一种误解，即认为科学家用抽象思维，文学家、艺术家用形象思维。这是不对的。 二 逻辑方法 归纳与演绎 关于基本的归纳、演绎方法，在前面已多次涉及到，这里不拟赘述。仅指出：在从一般到个别与从个别到一般的反复思考中，不断交替使用上述两种方法，最终要实现正确处理一般与个别之间的辩证关系。下面着重介绍一下Mill五法。即求同法、差异法、求同差异共用法、共变法、剩余法。其推理模式如下：,以上说明客观因果联系是非常复杂的，想用几种归纳程式解决一切问题是不可能的。 到20世纪，逻辑经验主义者已看到，要想通过归纳法获得逻辑上必然结论是不可能了。于是他们就向概率退却。 分析与综合 分析与综合也是通过逻辑思维进行科学抽象的基本方法。它与归纳、演绎方法并不是相互平行，彼此完全独立的，而是互相渗透 3 逻辑与历史 （1）概述,（2）逻辑与客观事物发展的历史统一 普通化学在阐述自已的研究对象时都是从化学元素开始的，然后才转入元素 的化合物。阐述化学元素时一般又遵循元素周期表的顺序，从最简单的氢元素开始，结束于最复杂的铀元素。这一逻辑行程与宇宙中元素起源与演化的历史是基本一致的。 肖莱马是首先主动根据逻辑与历史相统一的原则，编写有机化学教科书的化学家,由简单有机物到生物大分子的化学进化过程总趋势是一致的。所以这部书在西方和世界化学历上影响都很大。 在生物学中，系统地叙述动植物界也是如此。 （3）逻辑与人类认识发展历史的统一,（4）统一性的灵活性,创造性思维方法 创造性思维方法及其特征 这是指人们在依据一定的经验和知识对对象进行研究和思考时，不受已有的经验、知识和固定逻辑规则的约束，而灵活地进行发散性和收敛性探索，以寻求对象本质的思维方式。据说Archimedes发现浮体定律就是通过这一思维方式实现的。 Einstein是进行创造性思维的典型科学大师，就是凭借这种非凡的思维创造力为人类构画了一幅全新的科学世界图景。,A,公理体系,导出命题,S,S,S,直接经验(感觉)的各种体现,创造性思维方法种种 （1）联想： 联想又可分四种类型： 1）接近联想。 2）相似联想。 3）逆向思维。 4）侧向思维。,（2）想象： 想象主要可分以下几种类型： 1）再造性想象和创造性想象。 2）随意想象和不随意想象。 （3）直觉： 美国化学家Platt和Baker曾调查了很多化学家，结果33%的人说经常出现直觉，50%的人说偶然出现，只有17%的人说从未出现过直觉。,（4）灵感： 灵感大致可分以下几种类型： 1）思想点化。 2）原型启示。 3）情境感发。 4）创造性梦幻。 5）无意识遐想。 （5）类比：,寻求直觉和捕捉灵感的方法 （1）对问题和资料进行长时间的思考，直至达思想饱和，这是最重要的条件。 （2）摆脱分散注意力的其它事情，特别是有关私生活的烦恼，也是一项重要条件 （3）另一有利条件是不受中断，甚至无中断之虞，使思维能在迷恋状态中连续工作下去。,（）与同事接触，如与同事或与一个外行进行讨论，对思维活动有积极的促进作用。这是因为： ）别人可能提出有益的建议； ）一个新设想可能由两三个人集中他们的知识或智慧而产生； ）讨论是披露谬误的宝贵方法； ）讨论和交流可以使人振作，起激发思维的作用； ）可以帮助摆脱无成效的思想习惯。,（）还应注意一点，就是要养成随身携带纸笔的习惯，随时记下闪过脑际的有独到之处的念头。,（）多数人发现：在紧张工作一段时间以后，悠游闲适和适时放下工作的期间，更容易产生直觉。,理想模型与理想实验 理想模型及其在科学研究中的作用 理想模型有下列两特征： （1）作为理想化的现实物质形态，都是现实世界中找不到的东西。 （2）但它又是不可捉摸的东西，是以客观存在为原型的。 在科学研究中，理想模型主要有以下三种作用： 1 2 3,理想实验及其在科学研究中的作用 运用理想模型在思想中进行逻辑推理、数学运演，就形成了理想化的思想过程，通过它做推理或理论研究，一般称为“理想实验”，也可称“假想实验”，“思想上的实验”。实际上它并非是实验。因为： （1） （2） 但是，它作为一种抽象思维的方法，可以使人们对实际科学实验有更深刻的理解，可以进一步揭示客观对象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出实际实验无法得到的重要结论。故这种科学抽象成了现代科学技术研究中的一个重要特征。,数学方法 数学方法及其作用 数学是研究客观世界数量关系和空间形式的科学。数学方法是运用数学工具进行科学研究的方法。由于数学方法具有高度的抽象性、严密的精确性和广泛的普适性，在科学技术既高度分化又高度综合的今天，数学方法不仅成为现代科学的得力武器，而且是衡量科学现代化水平的重要标志。科学的数学化正成为当代科学技术发展的趋势之一。 数学方法的作用：,2 数学模型方法和类型（Mathematical Modeling Method） 前已述及，模型主要有物理模型和数学模型。这里就谈数学模型方法。粗略地说，数学模型乃是针对或参照某种事物系统的特征或数量相依关系，采用形式化数学语言，概括地或近似地表述出来的一种数学结构。 结合前面的“七桥问题”，我们可将通过数学模型方法的解题过程分成如下3步：（1）建模；（2）求数学解；（3）解释、评价与判断。整个过程、步骤可略如下图所示：,（1）建模,（2）求数学解,（3）解释、评价与判断,现实问题 (七桥问题),数学模型 (一笔画问题),现实问题无解(一次过七桥,又不重复是不可能的),数学解(一笔画出上述图形不可能),求解,建立模型的过程，就是对实际问题进行深入了解、研究的过程。再好的数学模型，如果不能反映客观问题的本质，结果只能以失败告终。根据自然现象质的区别，可分为必然现象、或然现、模糊现象和突变现象。与此相应的数学理论已有：经典数学、随机数学、模糊数学和突变数学。所以总体上也有4类数学模型。 （1）确定性现象的数学模型,（2）或然性现象的数学模型,（3）模糊现象的数学模型,（4）突变(Catastrophe)现象的数学模型,公理化方法 （1）概说 公理化方法是从尽量少的原始概念和不证自明的原始命题（公理、公设）出发，运用逻辑推理建立理论体系的一种数学方法。 大约公元前3世纪,Aristotle总结了前人的逻辑知识，创立了三段论法的演绎推理，提出了第一个成文的公理化体系。,（2）公理化方法的作用,（3）公理化方法的条件与局限,第四节 科学假说的形成,科学假说和科学理论,教学要求：了解科学假和科学理论的含义、基本特点及其在科学研究中的重要作用 ；掌握建立假说的方法论原则及检验假说的方法；明确假说形成及向理 理转化的途径和方法；弄清理论物化为科技成果的方法论问题。 科学假说 科学假说的含义、特点和作用,科学假说有两个最基本的特点： 1）科学性。 2）假定性。,2 科学假说的建立 （1）建立科学假说的一般过程,（2）建立假说的方法论原则,3 科学假说向理论的转化 为什么实践标准具有不确定性呢？,假说向理论转化的主要形式 由上可见，假说向理论的转化是一个复杂的过程，一般有以下几种形式： 1）新的观察事实与假说的基本观点一致，但在某些具体观点上有矛盾。修正一些具体观点，从而发展为理论。如 2）新的观察事实与假说的基本观点相矛盾。 如“氧化说”代替“燃素说”。 3）两个对立的假说各有部分真理，两者相互渗透，最后发展为一个新的更完善的理论 4）由于发现前所未知的事实，丰富了原有假说，甚至建立新假说来发展原有假说。如,这几种形式告诉我们，要用辩证思维的头脑对待假说： 1）对假说不能肯定一切或否定一切 2）要正确对待不同假说的纷争,2）科学理论 1 科学理论的特征 科学理论是经过实践检验的客观真理，是对某种自然现象本质的系统说明，是由科学概念、原理、论证组成的知识体系。因此，它一般具有真理性、全面性、系统性、逻辑性和预见性的特征。 （1）真理性和全面性 （2）系统性和逻辑性 （3）解释性和预见性 2 科学理论的评价（略）,构造科学理论的基本法则 构造科学理论有多种模式和原则，而且仁者见仁，智者见智，说法不一。实际上，在具体的构造理论活动中，并没有绝对固定的程式。一般要具体问题具体分析。但也有三条基本法则是指导构造理论的基本原理，也是应当遵循的： （1）从抽象上升到具体的法则 （2）逻辑与历史相统一的法则 （3）公理化法则 以上三者在科学抽象、数学方法等部分已作了比较详细的介绍，则不再重复。 科学理论的物化 工程技术活动的特点与原则,（1）考虑问题的方向不同 （2）工程技术活动必须全面把握自身的自然属性和社会属性,（3）工程技术活动具有综合性特征 （4）可行性分析是工程技术活动的重要内容 制约工程技术能否实施的条件大致有这样四类： 1）技术本身的已有条件，如材料、动力、工艺和控制等； 2）社会经济条件，如资金、成本、市场、劳力和经济效益等； 3）环境约束条件，如资源、地理和污染等； 4）法律、道德、安全条件。,2 技术预测方法 （1）技术预测概说 技术预测这一概念，是美国的R.Lenz在1959年发表的一篇关于技术进步定量预测的论文中首先 提出的。是指人们在技领域利用已有的理论、方法和技术革新手段，,（2）技术预测的方法论原则 a、惯性原则(以事物发展的稳定性为前提,如服装设计) b、类推原则(以两事物的相似性为前提,如彩电与计算机产业) c、统计原则(针对大量随机事件) 3、技术创造方法 （1）技术原理构思的一般方法 a、原理推演法(热力学化工热力学) b、实验提升法(电磁感应现象发电机设计) c、自然模拟法(蝇眼式照相机、蛛网纺织器 人造式喷头) d、移植法(人痘接种牛痘接种) e、回采法(螺旋桨式飞机) f 、组合法(计算机兼容机) g 、要素置换法(活塞透屏汽轮机) （2）创造技法简介 a、发散型发明方法 智力激励法(brain storming)(野外电话线挂霜) 集体启发法(群辩法) 联想发明法(相似联想:火柴 打火机、接近联想:水上舰艇水 下潜艇、逆向联想:火锅冰冷西瓜),b、收敛型发明方法(检核表法) 表格问题: 现有成就能否用于其它方面 (照明灯红外灯、紫外灯) 解决某一问题有多种方法（外科手术手术刀切除、激光刀切除、微爆破） c、综摄法（synetcics） 是发散思维和收敛思维综合起来，交叉使用的一种方法。如：目标词法（见下图）,传播,远距离,低能耗,微波,光信号,声信号,自然卫星反射,反馈优化,电缆,中继站,人造卫星反射,电信号,集成电路,晶体管,电子管,但我们可通过收集现成的技术情报资料，参照技术发展史上的优秀成果，稳妥地作一些小改小革，逐步提高设计水平，故可靠性比较大。 b、功能设计法 功能设计法又称为功能价值分析法，其特点是把技术客体的功能因素和经济因素紧密结合起来进行考察，以求得最佳设计方案的一种设计方法。 满足功能要求是工程技术设计的第一要素，任何设计都要首先着眼于人造物的功能，即目的。一般分为两步： 首先，确定产品的基本功能，同时构思出为实现基本功能所需的各种基本辅助功能；并对基本功能与辅助功能进行分类整理，弄清各种功能在产品中的地位、关系和作用机制。 其次，对各种功能进行成本分析，计算使用价值和成本的关系，即V=F/C，式中F为功能，C为成本，V为价值。功能设计就是要尽量提高V这个比值。 c、工效学设计 功效设计法也称人体工程学设计法。它是依据人的生理特征和心理特征的心理因素来进行工程技术设计的方法。工程设计的对象，不论是用于生产的机器设备，还是用于生活的消费品，绝大多数都是直接为人服务的。这样就构成了人-机系统。功效学设计要充分考虑人的因素，协调人-机关系，注意人的生理和精神特征。使设计出来的机器能安全、高效的操作而不致引起过度疲劳；使设计出来的生活用品能安全有效的作用，给人以方便和舒适。主要包括操作空间设计（人体测量学）、操作机构设计（生物力学）仪器仪表设计（人的感觉能力） 、工作环境设计（人的生理心理特点）。,d、现代系统设计 指运用系统方法和系统工程原理进行工程设计的方法。特别是用于因素众多、结构复杂的设计对象，如石油化工联合企业。基本思想是把设计对象看作相互作用的若干要素的复合体，用系统方法处理整体和部分的关系，以求得整体最优的设计方案。一般要经过三个逻辑步骤： 第一，系统分析，就是把设计对象分解为若干要素或子系统，然后根据不同功能做技术分析，从而确定各功能部分的设计性质和设计参数； 第二，系统综合，与系统分析相反，根据系统分析阶段所获得的各部分的技术参数，相互作用，以及其它约束条件，逐层进行综合，先求出局部最优解，最后求得整体最优解； 第三，系统评价，对系统综合所获得的技术设计方案，作全面的、综合的评价，从而做出最后的方案决策。这里的评价是系统的，而不是单向的。要对设计对象的技术性能、经济效益、安全性、可靠性等进行全面的评价。,5、技术评估 （1）技术评估的含义 由于技术所造成的物质变化，会产生预期和非预期的两种结果，后者通常称为技术的副作用。故相对于人类的价值标准，便有利弊之分。因此，必须对新技术及其产生的社会后果做出估价和评判，以解决社会技术发展的方向问题。内容主要涉及物质经济、社会政治、生态环境、科技水平等诸方面。 （2）技术评估的标准 技术评估有两条标准：技术合理性和社会合意性。前者主要是就科学技术的可行性而言的，后者主要是就自然生态、社会文化、法律法规、伦理道德而言的。（超短裙、 安乐死、 精子库、 试管婴儿） （3）技术评估的特点 a、整体性：综合评价技术在政治、社会、心理、生态、环境等方面的全面影响。 b、中立性：以科学分析为依据，以总体利益为目标，作出客观公正的结论。（克服个人情感、 局部利益、 片面的价值观的影响） c、批判性：本质上不是辩护性的，而是批判性的。,科学理论的评价和检验,一、逻辑评价 二、实践检验,