科学思维方法与科学理论第1讲

Haga clic para modificar el estilo de ttulo del patrn,Haga clic para modificar los estilos de texto del patrn,Segundo nivel,Tercer nivel,Cuarto nivel,Quinto nivel,*,1 一级标题,二级,三级,四级,*,标题,科学与工程思维方法,模块三 科学思维方法与科学理论,1,内容简介,第一讲,科学思维的理性思维方式,第二讲,经典科学思维方法导学,第三讲,现代科学思维方法与科学创新,2,内容简介,第一讲,科学思维的理性思维方式,一、科学思维的哲学基础与理性特征,二、科学思维的理性思维方式,三、科学理论的基本结构、建立和评价,3,一、科学思维的哲学基础与理性特征,理性主义,勒内,笛卡尔,（,Rene Descartes,，,1596-1650,，法国哲学家、科学家和数学家。近现代理性主义奠基人， “欧陆理性主义”的开拓者。,代表作：,方法论,、,形而上学的沉思,和,哲学原理,核心思想,永不接受任何自己不清楚的“真理”,怀疑一切；,复杂问题可分成若干小问题分别解决；,按先简后繁原则解决已分解的小问题；,对已解决的所有小问题进行综合检验。,4,科学思维的理性特征,客体独立于思维主体而存在，且一定有着不以人意志为转移的内在规律和本质,人们总是可以认识和把握这些本质和规律,承认以上观点就是理性的、唯物的和科学的！,一、科学思维的哲学基础与理性特征,5,二、科学思维的理性思维方式,科学观察,（,1,）直接观察,通过人体感官直接与研究对象建立信息联系,优点,：,直观、生动、具体、避免了其他中间环节带来的影响。,缺点：,作用和能力范围有一定局限,视觉,占感觉信息的,90%,以上。只能看到可见光（,400760nm,），有视觉错觉,听觉,2020000Hz,两神经刺激间的反映周期,1/50,秒,6,二、科学思维的理性思维方式,（,2,）间接观察,通过科学仪器和设备观察客体,基本特点：,客观化、精确化、高速化、自动化,优点,：,部分排除感官错觉和主观因素干扰。,局限：,作为主客体间的中介，不同人对观察数据的理解和处理不同会影响感性认识的客观性、中立性 。,7,科学实验,自由落体实验（,纯化、简化自然现象,）,二、科学思维的理性思维方式,随着玻璃管中空气的较少，不同物体下落速度逐渐接近。,极限情况：,真空中不同物体的下落速度相等。,8,声音传播实验,空气是传声媒介,二、科学思维的理性思维方式,1602,1686,盖里克,(Guericke),德国物理学家，设计著名的马德堡半球实验和,真空响铃实验,随着密闭容器中空气的逐渐较少，铃声减弱,。,9,人造金刚石,（,强化和再现自然现象,）,二、科学思维的理性思维方式,10,二、科学思维的理性思维方式,生命起源实验,（,加速自然过程）,米勒正在重复他在,1953,年研,究生命起源时所做的试验,11,问题：,猫从高处落下，即便肚皮朝天，落地瞬间也总是四脚着地毫无损伤！,为什么？,曾在,100,年中难倒了无数科学家！,法国的,Guyon,根据动量矩守恒 ,四肢开合论,前苏联的洛强斯基 ,猫尾转动理论,20,世纪,60,年代，美国,Stanford,大学的,Kane,教 授受兔子下落弯腰翻身的启发,双轴转动理论,高速摄影探究“,猫旋之谜,”,（,延缓自然过程）,二、科学思维的理性思维方式,12,高速摄影,猫落地前的瞬间动作,（姿态改变仅需,1/8,秒）,二、科学思维的理性思维方式,双轴转动理论,13,研究结果,Kane,方程,-,多体系统动力学基本方程！,二、科学思维的理性思维方式,14,科学抽象,基本过程,A.,感性的具体,抽象的规定,二、科学思维的理性思维方式,抽象规定,1,光具有波动性,抽象规定,2,光具有粒子性,15,B.,抽象的规定,思维的具体,二、科学思维的理性思维方式,思维的具体,光具有波粒二象性,16,科学抽象的结果,概念,科学概念,“,帮助我们认识和掌握自然现象之网的网上纽结,”,列宁,哲学笔记,概念：内涵,+,外延,二、科学思维的理性思维方式,概念,“,太阳系的行星”,内涵：,环绕太阳运行的天体,外延：,九大行星等,17,科学抽象的理想化方法,A.,理想模型,为揭示事物特殊性质建立的高度抽象的,理想对象,，是,高层次概念,，是在思维中把事物的某些属性引导到极限的结果。,“,质点,”,：仅有质量而无体积形状的几何点,“,理想气体,”,：,无粘滞性，不可压缩的气体,“,恒压源,”,：内阻为零的理想电压源,作用：,突出主要矛盾，揭示事物的特殊性质；简化分析运算。,二、科学思维的理性思维方式,18,B.,理想实验（思想实验）,运用理想模型，使其在理想条件下运行，并经逻辑推理，以呈现事物本质的,思想实验,。,伽利略,“,斜面实验,”,二、科学思维的理性思维方式,19,短路法求电源内阻,二、科学思维的理性思维方式,思想实验或设定条件下的原理验证性实验,通常不能作为实际工程方法,测电源内阻的工程方法,电压半值法,R,s,U,o,E,S,R,L,20,三、科学理论的基本结构、建立和评价,“理论是我们撒出去抓住世界的网，使得世界合理化，说明它，并且支配它。我们尽力使得这个网的网眼越来越小。”,卡尔,波普尔,科学发现的逻辑,21,三、科学理论的基本结构、建立和评价,科学理论的基本结构,概念、假设（或公理、公设）,基本原理、定理,逻辑推理结果,性质、定理和推论,22,三、科学理论的基本结构、建立和评价,【,牛顿力学,】,基本概念：,惯性、质量、位移、速度,（理想模型：质点、刚体,）,基本定律：,牛顿三定律,逻辑推理结果：,动量定理、角动量定理、质点组动量定理、简谐振动的动力学性质、波动方程,23,三、科学理论的基本结构、建立和评价,科学理论的基本特征,有限性,人类经验范围和认识能力有局限,客观性,真实反映事物本质及规律,普遍性,揭示某一领域的共同本质且普遍适用于该领域,系统性,根据自然界的有机联系，由知识单元按系统性原则组成有内在性联系的知识体系,逻辑性,理论概念明确、判断恰当、推理正确、论证严密,24,三、科学理论的基本结构、建立和评价,理论构建的基本方法,公理化方法,要求,无矛盾性,逻辑上首尾一致,完备性,所选择的公理应当足够,独立性,所有的公理彼此独立，任何一个公理都不可能从其它公理中推出,25,三、科学理论的基本结构、建立和评价,【,欧式几何,】,公理（公设）,任意两个点可通过一条直线连接,任意线段能无限延伸成一条直线,给定任意线段，可以其一个端点为圆心，该线段作为半径作一个圆,所有直角都全等,若两条直线都与第三条直线相交，且同一边的内角和小于两个直角，则这两条直线在这一边必定相交（著名的平行公设）,26,三、科学理论的基本结构、建立和评价,27,三、科学理论的基本结构、建立和评价,逻辑与历史相统一的方法,历史,指事物发展过程或人的认识过程,逻辑与历史的一致,指人们的逻辑思维过程（表现为知识的逻辑体系）是事物发展过程或认识发展过程的反映,方法,1,逻辑与自然史一致,有机化学：碳氢化合物脂肪烃化合物生物大分子,方法,2,逻辑与认识史一致,热力学：,1940,年代，热力学第一定律；,1850,年代，热力学第二定律；,20,世纪初，热力学第三定律,28,三、科学理论的基本结构、建立和评价,科学理论的评价,逻辑实证主义,代表：,费格尔（维也纳学派）,主体间的可检验性,公开，可重复,可靠性,检验结果为真,精确性,定量表述自然规律,系统性,理论之间彼此关联,广泛性,能最大程度说明自然现象,29,三、科学理论的基本结构、建立和评价,证伪主义,代表：卡尔,波普尔（,1902-1994,）,理论不能证实只能证伪,多次验证不能保证普遍陈述的证实,证伪是找出理论的一个反例，从而否定理论，使其不能证实,科学与非科学的分界标准,从逻辑、可能性上不能被证明的理论,非科学,如果一个理论列举了所有的可能性,非科学,30,三、科学理论的基本结构、建立和评价,科学理论的一般评价标准,与经验事实一致,真理性和客观性。,内在逻辑完备,理论内部自洽且与公认的有关理论也应具有一致性。,简单,体系中包含的彼此独立的基本概念和基本定律最少。,有预见性,理论揭示的自然规律越深刻、越普遍，预见性越强，预见的现象越多。,31,重点阅读书籍,1,鲍健强,.,科学思维与科学方法,.,贵州科技出版社, 2002,年,.,2,王小燕,.,科学思维与科学方法论,.,华南理工大学出版社, 2003,年,.,3,K. R.,波普尔,.,科学发现的逻辑,.,科学出版社, 1986,年,.,32,