《自然辩证法概》PPT课件.ppt

自然辩证法概论,丁堃,大连理工大学公共管理与法学学院,Email：dingk,2010年9月,课程简介,本门课程是全国理工农医管类硕士研究生必修的一门马克思主义理论课授课学时：32学时考核方式：开卷（平时成绩20分+期末成绩80分）参考教材和参考资料：1自然辩证法概论新编，陈昌曙主编，东北大学出版社2公开出版的其它同类教材和相关教材3科学时报、科技日报以及自然辩证法研究等媒体、期刊对科学技术的相关报道,绪论,一、自然辩证法的由来自然辩证法一词，最初是恩格斯为其自然科学哲学著作部分手稿写的一个归类标题。1873年5月底，恩格斯在致马克思的信中提出一整套“关于自然科学的辩证思想”，形成了自然辩证法的第一个提纲。1925年，俄共中央马克思与恩格斯研究院出版马克思与恩格斯文库时又把它作为恩格斯的自然科学哲学著作的书名：自然辩证法。19世纪末在中国传播。,二、自然辩证法的概念,自然辩证法是马克思主义哲学的一个分支学科，是人们借以认识自然界和改造自然界的辩证思维方式，是关于自然界和科学技术发展的一般规律以及人们认识自然和改造自然的一般方法的科学。,要点：认识自然改造自然界的辩证思维方式认识自然改造自然的一般方法关于自然界和科学技术发展的一般规律,三、自然辩证法的研究对象和内容,1、自然辩证法的研究对象自然界本体发展的一般规律，即自然界的辩证法；科学技术本身发展的一般规律，即科学技术的辩证法；人类认识自然、改造自然的一般方法，即科学技术创造的辩证法。,2、自然辩证法的研究内容：自然观，即辩证唯物主义自然观，是关于自然界的总图景和总观点；方法论，即科学技术研究的认识论和方法论。科技观，即关于科学技术的总看法，包括科学技术的发展规律，科学技术与社会的互动关系等；,四、自然辩证法的学科性质,1、不属于各门具体学科，带有整体性和一般性。不专门研究某种特定物质运动规律，如物理、化学、生命运动规律。所研究的对象是带有整体性和一般性的特征。例如，研究自然界发展的一般规律，科学技术发展的一般规律和人类认识与改造自然界的一般方法。显然，它与各门具体学科之间的关系，是一般与特殊的关系。,2、哲学的一个分支学科,自然辩证法研究的是一般规律和一般方法，它应属于哲学层次，具有哲学性质。但是，它所研究的一般规律和一般方法又并非具有哲学的最高度的普遍性。马克思主义哲学研究的是自然界、人类社会和人类思维的最普遍的规律，而自然辩证法研究的是马克思主义哲学中的一个领域，即自然科学领域。,自然辩证法与马克思主义哲学的关系是：前者是辩证唯物主义普遍原理在自然领域中的具体体现和在科技领域中的具体应用。哲学门类下的一级学科：马克思主义哲学；中国哲学；西方哲学；美学；逻辑学；伦理学；宗教学；科学技术哲学（自然辩证法）,3科学技术、自然辩证法与马克思主义哲学的关系,抽象性和普适性,自然辩证法,桥梁和纽带,具体科学技术,基础性和具体性,马克思主义哲学,五、学习自然辩证法的意义,1、改善知识结构。2、培养和提高科学的理论思维能力和科技实践能力。3、提高贯彻执行科技政策的自觉性，使科研活动更加有的放矢，有助于执行和修正政策、评价技术后果等。4、有助于增强哲学素养。,科学发展的历程,一、自然哲学阶段古希腊和古罗马是奴隶社会科学技术的高峰所在。学者的自然知识通常与哲学观点交织在一起，他们既是哲学家，又是自然科学家。自然科学没有从哲学中分化出来。古希腊数学成熟的最早，天文学和力学也很发达。泰勒斯（前624前547）：万物起源于水，并复归于水。意义：他用自然事物来解释自然界，驱逐了超自然的鬼神观念，标志着人类自然观的一次巨大进步；开创了唯物主义精神之追求的先河；奠定了人类理论科学发展的基础。,毕达格拉斯（前580-前500）：万物皆数，数是万物的本原。宇宙中“数的和谐”思想，开创了西方自然科学定量研究的传统，是最初的唯心主义学派的代表。德谟克利特（前460-前370）：提出原子论，原子是最小不可分割的，坚硬的，不可入的，永不停息的物质微粒，原子的性质相同，大小形状多种多样。,欧几里德（约前330-前275）：几何原本，把有关直线和圆的知识系统化，形成了严密的演绎论证体系。10个公设公理推出467个命题。阿波罗尼乌斯（约前262前205）:圆锥曲线亚里士多德（前384-前322）：古希腊自然哲学集大成者。提出以地球为中心的同心球模型。提出“四元素说”火、气、土、水（月亮以下），人的基本感觉有四种：火+土=干土+水=冷水+气=湿气+火=热；月亮以上为圣洁元素“以太”，以太组成了各种天体，以太性质稳定，不会发生任何变化，天体也不会发生任何变化。著作涉及哲学、逻辑学、天文学、气象学、生物学、博物学、修辞学和文学，建立了以“三段论”为中心的形式演绎体系。,托勒密（90168）：发展了该模型，引入数学方法，建立“地球中心说”。阿基米德（前287-前212）：在静力学方面做出了奠基性工作，提出杠杆原理、求物体重心的方法，浮力定律，开创了物理学从猜测到实验、从定性到定量的研究方法，被西方称为“物理学之父”。,恩培多克勒（前490-前430）：心脏是人体的中心，血液从心脏流出又流进，皮肤可以呼吸。希波克拉底：用观察实验方法研究疾病；提出“希波克拉底宣言”。被称为“医学之父”。阿纳克西曼德：提出人是由鱼变来的思想。赫拉克利特：提出万物流动的思想，被列宁称为“自然辩证法的奠基人”。“人不能两次踏进同一条河流”。,希波克拉底誓言医神阿波罗、埃斯克雷彼斯及天地诸神作证，我希波克拉底发誓：我愿以自身判断力所及，遵守这一誓约。凡教给我医术的人，我应像尊敬自己的父母一样，尊敬他。作为终身尊重的对象及朋友，授给我医术的恩师一旦发生危急情况，我一定接济他。把恩师的儿女当成我希波克拉底的兄弟姐妹；如果恩师的儿女愿意从医，我一定无条件地传授，更不收取任何费用。对于我所拥有的医术，无论是能以口头表达的还是可书写的，都要传授给我的儿女，传授给恩师的儿女和发誓遵守本誓言的学生；除此三种情况外，不再传给别人。我愿在我的判断力所及的范围内，尽我的能力，遵守为病人谋利益的道德原则，并杜绝一切堕落及害人的行为。我不得将有害的药品给予他人，也不指导他人服用有害药品，更不答应他人使用有害药物的请求。尤其不施行给妇女堕胎的手术。我志愿以纯洁与神圣的精神终身行医。因我没有治疗结石病的专长，不宜承担此项手术，有需要治疗的，我就将他介绍给治疗结石的专家。无论到了什么地方，也无论需诊治的病人是男是女、是自由民是奴婢，对他们我一视同仁，为他们谋幸福是我惟一的目的。我要检点自己的行为举止，不做各种害人的劣行，尤其不做诱奸女病人或病人眷属的缺德事。在治病过程中，凡我所见所闻，不论与行医业务有否直接关系，凡我认为要保密的事项坚决不予泄漏。我遵守以上誓言，目的在于让医神阿波罗、埃斯克雷彼斯及天地诸神赐给我生命与医术上的无上光荣；一旦我违背了自己的誓言，请求天地诸神给我最严厉的惩罚！,特点a)直观性：从某种有形的、直观的东西去寻求自然现象多样性的统一。b)辩证性：把自然界看成一幅由种种联系和过程相互交织起来的画面。C）思辩性：用猜测和想象去说明自然现象。,二、经院哲学（中世纪）（5-15世纪）中世纪欧洲，宗教神学居于主宰地位，国王与教皇合流，政教合一。圣经被看作全部知识的来源。除了数学、医学略有发展外，几乎无可以称道的科学成就。教皇宣扬：“不学无术是真正虔诚的母亲”基督教奥古斯汀说：“在家里坐着的时候，与其将注意力被蜥蜴抓住苍蝇，或者蜘蛛用网套住苍蝇着些小事吸引过去，莫如不要忘记赞美无所不能的创造出万物的神。”罗吉尔.培根（1214-1294）：英国学者，牛津大学僧侣，懂多国语言，从事炼金活动、光学实验，推崇实验，反对经院哲学把亚里士多德神圣化，因此遭禁闭，在教会牢狱中14年，但是他的思想在13、14影响不是很大。中国这一时期出现了学术上的百家争鸣的局面。宋代完成了具有世界意义的三大发明指南针、印刷术和火药。,沈括：主持制定奉元历，写出了被称之为“中国科学史上的坐标”的百科全书式的著作梦溪笔谈。明清代：宋应星：18卷的天工开物，是世界上第一部有关手工业和农业生产技术的百科全书。徐光启：60卷农政全书李时珍：52卷本草纲目欧洲：11世纪开始有了大学，如意大利的波伦亚大学、萨列诺大学，法国的巴黎大学，英国的牛津、剑桥大学。,三、近代自然科学前期,（15世纪下半叶18世纪）自然科学有了相对独立系统的发展。资本主义生产方式的出现和地理大发现是近代自然科学产生的社会历史动因，文艺复兴和宗教改革是近代自然科学兴起的文化前提和思想基础。,哥白尼（1473-1543）：波兰人，从学习托勒密的地球中心说开始其天文学研究，临终时出版了天体运行论，将颠倒的日地关系重新颠倒过来，不仅超出了天文学学科范畴，而且有冲破宗教神学和科学革命的意义。该书于1835年才被取消禁令。,伽利略（1564-1642）：意大利人，1632年出版关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话，明确支持日心说。发现落体定律，抛物体运动规律，惯性运动，运动的合成、发明望远镜。推崇科学试验与数学相结合，被称为近代自然科学之父。开普勒（1571-1630）:德国人。发现行星运动三定律：行星运行的轨道是椭圆，太阳位于一个焦点上；在相等的时间内，行星和太阳的连线所扫过的面积相等；太阳系的行星周期平方与长轴立方之比为定值。第谷：丹麦人。宫廷天文学家，一生以观测天象著称，目的是制定星表，被誉为星学之王。,牛顿(1642-1727):英国人，建立牛顿三定律：惯性定律，a=F/M,作用力与反作用力关系。发现万有引力定律：F=GMm/R2,实现物理学（科学史）的第一次大综合。1687年出版自然哲学的数学原理。,塞尔维特（1511-1553）：西班牙人，主张人的血液经过肺部在两心室形成循环（小循环），他的见解为教会不容被判死刑。哈维（1578-1657）：英国人，完成了血液在整个人体内不断循环的理论（大循环）。该理论与日心说互相照应，是近代科学中的耀眼明珠。弗朗西斯培根（1561-1626）：英国人，知识就是力量，推崇归纳和经验。霍布斯（1588-1679）：认为惟有自然科学和数学才能促进生活福利的增长,特点：实证性以观察实验为基础，以经验归纳和数学演绎为主要方法，分门别类。局限性：a)形而上学性。用孤立的静止的观点看待自然。b)机械论。用力的概念和机械运动解释一切自然现象。拉美利特认为人是机器。c)对社会历史现象作唯心主义的解释。把社会历史变迁的基础归结为“人类理性”、“目的意志”等因素。,近代后期自然科学（18世纪后叶-19世纪末）,天文学领域：星云假说：康德-拉普拉斯假说太阳系是又弥漫尘粒通过吸引和排斥逐步形成的。蕴含自然界演化的观点。1755康德自然通史与天体论1796拉普拉斯宇宙体系论地质学领域：地质演化说：灾变论居维叶（法国）,渐变论赖尔（1797-1875）(英国)地质学原理整个地球是自然力作用和演变的结果。对达尔文生物进化论有很大影响。生物学领域细胞假说：德国植物学家施莱登（1804-1881）于1838年发表关于论植物起源的资料，动物学家施旺（1810-1882）于1839年发表关于动植物的结构和生长的一致性的显微研究，指出动植物都是由细胞组成，按同样的规律形成和生长。生物进化论：拉马克（1744-1829）（法国）动物学哲学用尽废退法则。,化学领域：道尔顿（1766-1844）（英国）科学原子论，测定许多元素的原子量阿弗加德罗（1776-1856）（意大利）区分了原子和分子门捷列夫（1834-1907）（俄国）元素周期律“应用黑格尔的量转化为质的规律，完成了科学上的一个勋业”（恩格斯）维勒（1800-1882）（德国）1828年氰、氰酸银、氰酸铝、氨水、氯化铵等无机物合成了尿素，在无机界和有机界之间架起了桥梁。,物理学领域：迈尔（德国）、焦耳（英国）能量转化与守恒定律1786年，伽伐尼发现电流1820年，丹麦人奥斯特发现电流的磁效应1831年，英国人法拉第提出电磁感应定律,1865年，麦克斯韦电磁理论电磁学通论，物理学第二次大综合，他14岁在英国爱丁堡皇家学会报发表数学论文。电磁感应理论引入位移电流概念：DE/DT赫兹实验验证电磁波的存在,这一时期，基于自然科学得成就，在德国古典哲学中出现了辩证思维的观点，康德、谢林用引力和斥力的对立统一来说明自然界，黑格尔在唯心主义体系中论证了辩证法的一系列范畴。,系统研究并建立自然辩证法主要是由恩格斯进行的，1873年恩格斯在致马克思的信中提出了一整套“关于自然科学的辩证思想”，形成了自然辩证法的第一个提纲。1883年3月14日马克思逝世，打乱写作计划，1895年恩格斯逝世，未能完成自然辩证法一书。1925年，俄共马克思恩格斯研究院出版马克思恩格斯文库时，把恩格斯关于自然科学哲学著作的部分手稿归类，标题即为自然辩证法。20世纪30年代传入中国。,5现代自然科学（20世纪初）,两朵乌云：以太漂移：1876年-18879年间，美国物理学家迈克尔逊和莫雷进行了搜索以太风的实验。他们设想，如果地球有相对于以太的运动而以太又是光的传播介质，那么光顺着以太的方向运动到一定距离在沿逆着以太方向运动导原点的时间，必然会大于光垂直与以太运动方向往返同样距离的时间，就好像游泳时顺流逆流各游相等距离的时间必然大与等距离往返对岸的时间。多次实验并没有找到以太风或地球相对于以太的相对运动。,黑体辐射：维恩公式在短波部分与实验结果负荷，瑞利-金斯公式在长波部分与实验吻合，在短波部分，得出荒谬的结论,即当辐射的波长无限小时可以获得无限大的能量，后来被称为“紫外灾难”。,三大发现：电子的发现：英国汤姆生1897年X射线：德国人伦琴研究阴极射线，意外发现放在距离放电关2米远的铂氰化钡的屏上发出了荧光。放射性现象：法国人贝克勒尔研究X射线产生的原因时，1896年，发现铀盐会自动发出具有穿透力很强的射线。两大成就：相对论：1905年狭义，1936年广义量子力学：德布罗意(法国）薛定谔（奥地利）-波动力学；波恩（德）-矩阵力学，海森堡（德），狄拉克（英），泡利（奥地利）等人。,洛伦兹：“在今天，人们提出了与昨天所说的截然相反的主张。这样一来，已经没有真理的标准了，也不知道科学是什么了。我真后悔我未能在这些矛盾出现前五年死去。”,现代自然科学全面发展,粒子世界中的发现：原子核，正电子，子，子，中微子等。夸克悠禁。地球物理和天体物理的进展：大陆漂移说，地幔对流说，海底扩张说，板块说；大爆炸宇宙说。分子生物学建立：1953年沃森和克利克发现DNA分子双螺旋结构。系统科学、非线、非线性科学和复杂性科学的兴起：新技术革命的兴起,沃森和克里克:DNA双螺旋结构,分子生物学的大生命观,克隆技术与生命设计,12生肖克隆一半,沃森和克里克:DNA双螺旋结构,分子生物学的大生命观,克隆技术与生命设计,12生肖克隆一半,第一章科学技术的基本特征,第一节科学的一般性质古代西方，科学一词来源于古拉丁语Scientia，它的最初的含义是“知识”和学问。中国古代的礼记、大学中有“格物致知”的说法，意为穷究事物的原理而获得知识。清代末年，人们就把声、光、电、化等自然科学称为“格致学”。,“科学”词义的来源:,19世纪下半叶，日本明治时代启蒙思想家福泽瑜吉首次把Science译为科学（分门别类加以研究的学问）。1893年，康有为最早将“科学“一词引进中国。随后，梁启超在变法通议中，严复在天演论中，都使用了”科学”一词，从此科学一词便在我国广泛使用。,一、什么是科学,科学概念的三个内涵：1、科学是关于自然、社会和思维的知识体系（辞海，上海辞书出版社，1980年版，第1746页）科学是以范畴、定理形式反映现实世界各种现象的本质和运动规律的知识体系。（中国大百科全书哲学卷，1987年出版，第404页）,2、科学不只是知识体系，还是产生知识体系的认识活动。科学是一个不断发现未知事实和规律，并使知识体系演化的过程。在这个过程中，科学思想、方法、态度、实践是密切结合的。3、科学是一种“社会建制”，即现代化的社会事业。科学的社会功能日益显著；科学成为一项国家事业。,二、自然科学的特征,理性和实证性自然科学必须有实证材料和数据，必须反映客观真理，经过实践检验。探索性和创造性揭示新属性，提出新观点；创造新的物质成果。通用性和共享性自然科学不同于社会意识形态，科学无国界一般生产力并可以转化为直接生产力,科学的划界标准,逻辑经验主义：有意义的命题才是科学命题，意义标准语可证实性相联系；后来用可检验性或可验证性代替可证实性。批判理性主义：波普尔认为科学理论只能被经验证伪。历史主义：科学与科学之间不存在绝对分明的界限。一派以库恩、拉卡托斯为代表，认为科学渗透着社会心理因素；一派以费耶阿本德为代表，认为科学与非科学没有绝对界限。科学实在主义：邦格的多元论认为不满足12个条件的知识领域都是非科学。,第二节技术的特征,一、什么是技术西方：技术一词来源于古希腊语，意为技艺、手艺、技能、本领。中国古代：技术泛指“百工”，成书于战国时期的考工记指出，“天有时，地有气，材有美，工有巧，合此四者然后可以为良”，天、地、材为自然界和物质的特征。工有巧工匠的技术。,18世纪末法国哲学家狄德罗在他主编的百科全书中把技术（Art）定义成“为完成特定目标而协调动作的方法、手段和规则相结合的体系”。当代对技术本质的认识：人类活动的行为方式，做事或制作的方法。劳动手段的总和对自然规律有意识的运用，是科学的物化。,何谓“技术”?,人类为满足自己的物质生产、精神生产以及其他非生产活动的需要，运用自然和社会规律所创造的一切物质手段及方法的总和。（哲学大词典1992年版779页）,二、技术的基本特征,1、技术是人类社会需要与自然物质运动相结合的产物（即自然属性与社会属性的统一）2、技术是主体要素与客体要素的统一。主体要素：知识、经验、技能客体要素：工具、机器、设备3、技术本身有一个从潜在形态到现实形态的发展过程。科技论文、发明是技术活动中的一个环节。4、技术是生产力的构成要素，是生产力性质和水平的标志。,第三节科学与技术的相互关系,一、科学与技术的区别科学与技术的共同性：有关人与自然界的关系科学与技术的区别：1、从目的和任务看：科学认识自然界，回答“是什么”，“为什么”。技术利用和改造自然，回答“做什么”，“怎么做”。2、从活动过程看：科学从实践到认识，物质精神。特点：探索性和不确定性强。技术从认识到实践，精神物质。特点：计划性强。,3、形态：科学一元性的东西，即排他性。技术多元性，把某一种科学认识转化为多种工艺方法，从相同原理去作出多种类型的设计方案。4、评价标准：科学是非，讲真理性标准。技术合理性，讲效用性标准。5、与社会的相关程度：科学较远离现实经济法律、政策资源。技术则注重可靠性、安全性、宜人性及经济、法律、伦理、资源、环境等因素。,二、科学与技术的联系,1、技术的发展为科学研究提出课题并提供了必要的物质手段。恩格斯在论及近代工业技术与科学发展的关系时就指出：“从十字军东征以来，工业有了巨大的发展，并产生了许多力学上的（纺织、钟表制造、磨坊），化学上的（染色、冶金、酿酒）以及物理学上的（眼镜）新事实，这些不但提供了大量可供观察的材料，而且使新的工具成为可能，可以说，真正有系统的实验科学才第一次成为可能。”,2、科学研究和科学成果可以指导技术发展，科学可以成为技术的先导并转化为技术。例如：19世纪电磁理论第二次技术革命；光受激辐射理论，微波波谱学激光技术；原子物理学核工业技术分子生物学基因工程技术计算机科学计算机技术,科学与技术的区别,第一篇自然观,自然观：自然观是人们关于自然界以及人与自然关系的总看法、总观点。,第二章自然界的系统层次观,物质联系的系统方式自然界的物质性主要回答存在着的“是什么”的问题；“如何存在”由系统方式和运动形式来回答。物质普遍联系的基本形式系统何为系统?贝塔朗菲：处于一定的相互关系中并与环境发生关系的各组成部分（要素）的总体。钱学森：由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体，且此系统本身又是它所从属更大系统的组成部分。恩格斯：我们面对着的整个世界形成一个体系，即各种物体相互联系的总体。,系统:由相互联系、相互作用的元素（要素）按照一定的结构组成的有特定功能的有机整体。要点：1）任何系统必须有两个以上的要素构成。2)系统诸要素之间、要素与系统整体之间的相互联系、作用，形成了特定的结构。3）要素彼此之间联系性成为一个统一的有机整体。4）系统作为一个整体对环境表现出特定的功能。,结构：要素在系统内部恒定的分布和排列。空间结构：材料的晶体结构、DNA双螺旋结构、建筑物的力学结构等时间结构：地球自转公转、潮汐、电谐振、生物钟、心脏的脉动等时空结构：树木的年轮等功能：系统与外界（环境）作用产生影响和效力的能力。功能以结构为基础，功能是结构的表现；功能对结构由反作用，功能的发挥会损耗结构。,系统的基本特点,1整体性加和性（量的加和，无新质）非加和性（新质）黑格尔：“一只手，如果从身体上割下来，按照名称虽仍然可叫做手，但按照实质来说，已不是手了。”2层次性指系统与环境中其他系统相互作用，构成较高一级系统，而本身则成为较高一级系统的要素或子系统。按照质量和尺度的相对大小：渺观、微观（小于10-15千克、10-6厘米）宏观、宇观、胀观（比宇观大1019个数量级，典型尺度为1016亿光年）按系统的组织性和复杂性大小：简单系统（要素少、作用简单）简单巨系统（要素多、作用简单、在同一等级）复杂巨系统：（要素多、同一等级的要素已经分成若干等级的子系统。例如细胞-器官-系统-动物体）特殊复杂巨系统：社会系统,系统层次之间的关系高层次系统包含低层次系统，两者是整体与部分之间的关系。层次和系统复杂性有对应关系。层次越高，复杂性越大（牛顿力学体系一个层次质点，热力学系统两个层次宏观微观，生物体包含多个层次）层次的分化和子系统的中心化。（太阳）系统结合力与层次高地成反比。3有序性指系统各部分在空间、时间上分布规则性、组织性和确定性。4动态性,系统的种类,孤立系统系统与环境之间无物质、能量、信息交换。封闭系统系统只与环境交换能量而不交换物质。开放系统系统与环境交换物质、能量、信息。,第三章自然界的进化历史观,自然界演化的科学图景（观看宇宙与人写观后感）宇宙的起源生命的起源人类的起源智力的起源,千百年来，科学家们一直在探寻宇宙是什么时候、如何形成的。直到今天,科学家们才确信,宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的。在爆炸发生之前,宇宙内的所存物质和能量都聚集到了一起,并浓缩成很小的体积,温度极高,密度极大,后发生了大爆炸。大爆炸使物质四散出击,宇宙空间不断膨胀,温度也相应下降,后来相继出现在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命,都是在这种不断膨胀冷却的过程中逐渐形成的。然而,大爆炸而产生宇宙的理论尚不能确切地解释,“在所存物质和能量聚集在一点上”之前到底存在着什么东西？“大爆炸理论”是伽莫夫于1946年创建的。,从宇宙大爆炸到人类诞生,从宏观到微观,宇宙是由大约150亿年前发生的一次大爆炸形成的,宇宙的实际年龄为137亿年,星系与恒星的形成,根据弥漫说的理论，恒星形成可分为两个阶段，开始时先由极其稀薄的物质凝聚成星云并进一步收缩成原恒星，然后原恒星才发展成为恒星。右下图:宇宙边缘的恒星状球体,恒星世界:从年青、炽热到死亡,新星和超新星,蟹状星云:1054年超新星爆炸遗迹,银河系的诞生,太阳系的形成,太阳、行星与地球,地球形成与地壳运动,大陆漂移说海底扩张说板块构造说,时间之矢,人们关于时间的观念经历了几次重大的变革。20世纪前，人们相信经典物理学的时间概念，时间与物质运动的性质没有内在联系，时间仅仅是从外部描述运动的任何一个几何参量，与参考系无关。时间是对称的，它没有方向，没有箭头，可正可负，未来与过去等价。20世纪初，相对论彻底否定了牛顿的绝对时空观。爱因斯坦指出，时间和空间都是相对的，时间和空间并非与物质及其运动无关，时间和空间随着物体运动速度的变化而变化，时间不再是系统演化的外部因素，而是内部因素。但是爱因斯坦仍然认为时间时可逆的，它没有方向，没有箭头。20世纪70年代，英国宇宙学家霍金试图统一引力理论和量子力学时，引入了“虚时间”的概念，虚时间是时间乘以负一的平方根。时间类似于一个空间维，而不仅仅是实时间。“虚时间和空间的方向是不能互相分辨的。一人能在虚时间中向前走，也能转身向后走，这意味着在虚时间向前和向后的方向上不能有重要的不同。”,但是人们看到的时间，向前向后有很大不同，自然界中的实际发生的过程都是不可逆的，有时间箭头。不可逆过程是无条件的、绝对的。至少有以下几种时间之矢热力学、统计物理学的时间之矢：熵增加的方向。生物学的时间之矢：生物进化的时间方向。由低级向高级、由简单到复杂的进化图景。这是一个复杂性不断增加的不可逆过程，与热力学演化的时间箭头相反。电磁学的时间之矢：以电磁振荡所产生的电磁波的传播方向来表征时间的单方向性。实验表明，点源辐射球状电磁波只能向无限远传去，称为“推迟波”。量子力学的时间之矢：原子的自发辐射的时间方向。原子内部，电子从高激发能级自发跃迁到低能级，而不能自发从低能级跃迁到高能级，除非从外界吸收能量，这是不可逆过程。宇宙学的时间之矢：即自大爆炸起的宇宙不断膨胀的方向。反映宇宙起源与大爆炸的宇宙学是有时间方向性的。美国天文学家累泽尔等人认为，以宇宙膨胀的的运动方向作为时间箭头应该是更普遍的。,第四章人与自然界的持续发展观,第一节人与自然界的关系一、人对自然界的依赖关系1.依赖自然界构成自己的生命机体。氫、氮、碳、氧等四种元素占人体总重量的96；钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁等7种元素占3；氟、鉻、锰、锌占1。2.从大自然的生物界吸取营养以维持自己的生命、生长、发育和生育后代。3.人类活动离不开大自然的物质、能量和信息。人类活动；生产活动：物质生产，精神生产：非生产，军事医疗,二、人对自然界的能动作用,1.能动性及其表现人与动物的重要区别在于意识活动的广度和深度，但更重要的是人具有对自然界的能动作用，即人不单依赖于自然，顺应自然，还能通过有目的的活动变革自然，改造自然，表现出人对自然的能动性。2.受动性及其表现受动性是指作为主体的人必然要受到客体的制约。即人在实践活动过程中表现出来的任何一种特定的能动性都必须以某种特定的受动性为依据，必须适应自然。受动性的表现：1）人在其活动中受自然条件和自然规律制约2）许多自然因素的作用仍然是人们不可抗拒和不可控制的，如地震、火山爆发、太阳黑子、风灾、洪水、干旱等。,第二节天然自然与人工自然,一、天然自然与人工自然1.天然自然：人类尚未认识到的那部分自然（宇观世界和微观领域，尚未探明规律和特征）和人类观测所及的那部分自然。2.人工自然：人类实践所及从而改变了的那部分自然界。二、人工自然与天然自然的区别与联系联系：天然自然是人工自然的基础，人工自然是从天然自然中转化而来的。区别：从存在的形式看，天然自然独立于人的意识之外，而人工自然独立于人的意识之外，又有依赖与人的意识的方面。从遵循的规律看，天然自然只服从自然规律，人工自然服从自然规律，却不听任何自然规律起作用。从演化的速度看，天然自然演化速度缓慢，人工自然变化快。,第三节人与自然协调发展与可持续发展战略,一、发展的困惑：人类发展历程的再认识人类社会从最早的远古时代发展到现在，从掌握和控制自然力的角度讲，人与自然相互关系的演变大约经历了三个不同的历史时期：原始社会的发展；农业文明的发展；工业文明的发展；在这一漫长的历史发展进程中，人越来越强大，人类所创造的工具越来越先进、神奇，人类利用控制自然力的范围也日益扩大。,1.原始社会：人类后世一切发展的源头,（摇篮期、始源地）漫长、迟滞的发展时期，人顺从自然规律的支配（若往前推算人类社会一百万年，99.4千年处于原始社会时期）2.农业文明：发展是缓慢的，具备一定变革自然的能力，对大自然的人为危害也是很小的。3.工业文明：发展是迅猛的，对大自然的破坏也是非常严重的。4.现代后工业化时代：人类掌握自然力进一步提高，同时给自然界的发展演化带来了很多问题。如：生态失调、环境恶化、资源匮乏、耕地减少、陆地沙漠化、江河湖海污染、大气污染、温室效应、酸雨侵蚀等。,二、可持续发展观形成的社会背景,1、起因全球问题对工业化道路的反思确立全新的发展观2、对可持续发展观的酝酿、形成起到关键作用的工作经济学家对传统经济增长方式和传统经济理论的反思:（美）肯尼斯.鲍而丁一门科学生态经济学，指出经济发展中必须考虑生态问题。（60年代）（美）MIT丹尼斯.麦多斯等17人小组增长的极限，主张“零增长”（1972年）。（英）哥尔德.史密斯生存的蓝图（1972年）（德）梅萨洛维克等人类在转折关头,科学家们对“生态危机”的研究及发出的警告（美）海洋生物学家卡逊寂静的春天沃德和杜博斯等只有一个地球该书是受联合国人类环境会议秘书长的委托，为1972年6月在斯德歌尔摩召开的联合国人类环境大会而准备的非官方的背景材料。为保证书的准确性和权威性组成了由58个国家152位专家构成的通讯委员会。工业化国家的群众性生态活动和环保主义思潮,三、可持续发展理论与战略的酝酿与框架,1、可持续发展战略的酝酿与形成1972年6月人类环境宣言，瑞典斯德歌尔摩，联合国人类环境会议，使环境问题成为热门话题1983年联合国第38届大会通过决议：成立世界环境与发展委员会，由挪威首相布伦特兰夫人任主席，该委员会集中专家用900天到世界各地考察，写成一份名为我们共同的未来于1987年42届联大通过。,2.可持续发展的概念及要点,可持续发展的定义：持续发展是既满足当代人的需要，又不对后代人人满足其需要的能力构成危害的发展。（载我们共同的未来）要点：（1）发展是必需的，否则就无法满足当代人的需要。（2）自然环境必需保护，否则就会危害后代人满足其需要能力。（3）保护环境和发展经济是同一个问题的两个方面。正像布伦特兰夫人所说：“环境”是我们大家生活的地方；发展是在这个环境中为改变我们的命运，我们大家应做的事情。两者不可分割。（4）可持续发展是人类进入21世纪的头号大问题，是人类走向未来美好生活的正确选择。,3.与可持续发展战略相关的重要国际性文件,（1992年6月，在巴西里约热内卢，召开了联合国环境与发展大会。178个联合国成员国，102个国家元首出席了这次大会，这次会议被称为环境与发展历史上的一次盛会。通过和签署了五个重要文件。）关于环境与发展的里约宣言21世纪议程关于森林问题的原则声明联合国气候变化框架公约生物多样性公约,21世纪议程的特点1.21世纪议程的层次结构:,2.21世纪议程把经济、社会、资源与环境视为密不可分的整体,看作可持续发展的大系统,揭示了可持续发展战略的实质是由经济、社会与生态(包括资源和环境)三个子系统所组成的大系统,是物质再生产、人力再生产和自然再生产相互依存、相互促进又相互制约的统一体。它追求建设一个经济繁荣、社会公平和环境安全的美好未来。由此构筑了一个综合的、长期的、渐进的可持续发展战略的基本框架。,3.21世纪议程提出了建立“新的全球伙伴关系”以保证人类拥有一个繁荣、公平和安全的美好未来。它呼吁各国要制定自已的可持续发展战略,要加强国家与地方之间、国家与国家之间、国家与国际组织之间广泛合作,促进可持续发展。它还指出了在全球环境问题上,发展中国家和发达国家所应有的“共同但有区别”的责任。发达国家应当起更大的作用,要从资金、技术、能力建设等方面帮助发展中国家实现可持续发展。,生态系统资源与环境,社会系统,经济系统,自然再生产,人力再生产,物质再生产,科技,21世纪议程揭示了可持续发展战略的实质,4.2002年可持续发展世界首脑会议,2002年9月2日在南非首都约翰内斯堡召开，包括104个国家元首和政府首脑在内的192个国家代表一致通过可持续发展世界首脑会议执行计划草案和约翰内斯堡可持续发展承诺。会议主题：生物多样性、农业、能源、水与公共卫生以及健康与环境。“草案”对1992年“里约会议”所确定的原则给与了重新确认，要求世界各国全面执行“21世纪议程”和1992年后联合国会议确定的各项目标。草案认为：贫困是当今世界所面临的最大挑战。确立到2015年全世界每天收入不足1美元的人口数量应维持在现有水平不继续增加，全世界用水困难和无法活的安全水源的人口应维持现有水平不在增加，到2020年，全世界应至少有100万贫困人口的生活水平得到明显改善。增加可再生能源的使用，通过采用新技术改善目前矿物能源的有害物质排放，到2020年，化学品的生产和使用对环境和人类健康为还应有效的降低到最低水平。要求在全世界范围内保护自然资源，减少温室气体排放，维持地球气候。增加全球农业产量，减缓沙漠化进程，保护森林资源，维持全球生物多样性。对于全球化：意味着新的贸易机会和新技术的应用，对全球经济的发展和改善人俩生存条件发挥着重要作用，但对于发展中国家同时也是一个严峻的挑战。对于健康问题：到2005年，艾滋病高法国加15-24岁人群的发病率应降低25%，到2010年，全球1524岁人群的发病率降低25%。此外，“草案”对岛国、非洲大陆的可持续发展和执行途径也提出了相应的方案。,5.可持续发展理论的基本框架,可持续发展理论与战略包括如下三个基本分支领域：生态可持续发展经济可持续发展社会可持续发展,生态可持续发展,保护大气层土地资源管理森林保护克服沙漠化保护水资源（海洋、河流、湖泊）保护生物多样性和生物资源废弃物的环境无害化处理防治自然灾害等,经济可持续发展,改变不可持续的生产和消费方式农业和农村的可持续发展工业及城市交通、能源的可持续发展促进发展中国家的经济增长国际经贸合作与援助用于环保的资金与资金机制等,社会可持续发展,人口控制克服贫困促进和保护人类健康促进可持续的人类居住区推动可持续发展的社会群体和组织社会公正、社会稳定与法治科学技术促进可持续发展教育与培训、提高公众的环境意识等,爱护我们人类共同的家园-地球!,第五章科学认识与科学问题,第一节科学认识第二节科学方法的性质和发展第三节科学问题第四节科研选题,第二篇科学技术方法论,第一节科学认识一、科学认识系统的构成认识主体中介认识客体,科学家（个体）、科学共同体（群体），即具备从事某种科学活动所必须的特殊规定性,仪器设备等硬手段理论、知识语言、符号、逻辑规则等软件。,进入主体特定的认识领域中的物质系统，是主体所要理解和认识的对象,中介的特点：相对独立性，有其自身的发展规律,二科学认识的过程,1.人类一般认识过程人类的认识过程应遵循“实践认识再实践再认识”的发展规律。但是科学认识有其特殊性：科学认识科学实验和观测（获取科学事实和检验假说的基本手段）2.科学认识基本过程：问题假说实验与观察理论的证实或证伪新的问题,第二节科学方法的性质和发展,一科学方法的重要性1.科学方法的概念科学方法是认识主体在科学研究活动中为了探索未知事物的属性和规律，为了有所发现和知识创造而采取的实践方式和思维方式，是为了解决科学问题而采取的途径、程序和手段。要点：方法：认识主体的方法目的：探索事物的属性和规律目标：发现和创造实质：实践方式和思维方式,2.科学方法的特点：目的性：满足主体认识上的需要合规律性：与客体对象性质相匹配，与主体的认识规律相适应3.科学方法的重要性关系到科学研究成功与否，成就大小，进程快慢，效率高低。例如：伽利略落体定律和惯性定律数学方法与实验方法相结合爱因斯坦相对论思想实验,二科学方法的层次,1.自然科学各门学科所特有的专门研究方法2.适用于各门学科的一般研究方法如，实验方法、观察方法、模型方法、假说方法3.适用于自然科学、社会科学、思维科学的最普遍的方法。如矛盾分析法、从抽象上升到具体的方法，历史与逻辑统一的方法,三者的关系：第一层次是基础；第二层次是总结和提炼；第三层次是最高的概括。,三科学方法论的历史发展1.古代科学方法的主要特点学科：天文学、力学和数学方法：试验的方法（数学则是运用常量数学方法和公理化方法）特点：自然科学与哲学没有分开，对自然事物的认识主要还是总体性、直观性和思辩性运用简单的逻辑方法毕达哥拉斯数学和谐思想欧几里德公理化方法（以23个定义和5个公设和5个定理为前提，推演出467个数学命题）亚里士多德形式逻辑，倡导归纳法和演绎法。,2.近代的科学研究方法及特点近代前期（15世纪下半叶18世纪中叶）：实验方法和归纳法近代实验方法的开山祖师是伽利略等人，而从哲学方法进行概括和总结的，则是英国哲学家弗朗西斯.培根。他强调用观察实验为主要手段，探求事物之间的因果联系，认为科学认识来源于实验和观察，认为只有归纳法才能加工和整理科学事实，提出了从个别特殊上升到一般的原理。逻辑演绎方法论的代表人物笛卡儿强调演绎法和数学方法的作用，认为科学知识是由逻辑和数学手段而推导出来的知识体系，认为演绎是科学知识包括发现和证明的唯一方法。总结：虽然演绎方法、数学方法得到了发展，但是实验方法和归纳法仍然是经验自然科学的主要研究方法。,近代后期（18世纪中叶19世纪下半叶）科学领域：天文学，康德，1755年宇宙发展史概论拉普拉斯，1755年宇宙体系论提出太阳系天体起源的星云假说假说方法地学：莱伊尔1803年出版地质学原理，论述地球缓慢变化的渐进论思想物理学：能量守恒和转化定律，把无机界的各种物质运动形式统一起来了，证明过去认为无机物之间没有联系的观点是错误的。化学：道尔顿科学原子论维勒：从人工无机物合成了有机物尿素门捷列夫，化学元素周期律（把化学元素、无机物和有机物统一起来了）生物：施莱登、施旺，细胞学说；达尔文，生物进化论，表达了了物种可变，进化是有规律的观点。,科学成果：证明了整个自然界是一个不断发展变化的、相互联系的有机整体，宇宙各种事物都有自身演化和发展的历史。科学方法：运用历史的、发展的、联系的和对立统一的观点分析事物，客观上要求人们用唯物辩证法思维方法和研究方法去揭示自然事物的性质及其规律性。与此相适应，自然科学的研究方法又有了新的发展，逻辑方法出现了新的内容，科学假说成了一种重要的研究方法。,3.现代科学研究方法（20世纪初）,自然科学发展的特点对自然奥秘的认识由宏观低速领域深入到微观高速，以及宇观领域。代表理论：相对论和量子力学自然科学从分化为主的阶段进入既高度分化又高度综合，而以综合为主的新阶段。自然科学各学科之间相互渗透、相互交叉，出现了一些新的边缘学科。自然科学由个体研究为主已经转变为集体研究为主。出现了一些新的学科如系统论、信息论、控制论等等。自然科学研究方法的特点传统的方法有了进一步的发展，同时产生了一些前所未有的新的方法如，概念创造方法、系统科学方法等。,第三节科学问题,一科学问题及其分类1.科学问题的概念：科学问题泛指科学研究中主体与客体的矛盾，已知与未知的矛盾。2.科学问题的结构：问题的指向；研究目标；求解的应答域。应答域：指在问题的论述中所确定的域限，并假定所提出问题的解必定在这个域限之内。3.科学问题的分类：根据内容、性质和角度不同分类陈述性、过程性和因果性问题（what,how,why）真问题和假问题待解问题和无知问题常规问题和非常规问题,二科学问题的来源,科学问题归根结底来源于社会生产实践与科学实践。但是由于科学理论发展的相对独立性与自主性，科学问题还可以有别的来源。1.从科学实践与科学理论的矛盾中产生问题。2.从科学理论内部的矛盾中产生问题。3.从不同学派理论之间的矛盾中产生问题。4.从社会需要同现有的生产技术手段不能满足这种需要的矛盾中生产问题。,三科学问题的意义,1.规定着研究内容、方法、途径和手段2.决定科学研究的结果和价值。爱因斯坦说：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。因为解决一个问题也许仅仅是一个数学上的或实验上的技能而已。而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而标志着科学的真正进步。”德国数学家希尔伯特在本世纪一次国际会议上提出数学研究的23个问题，对本世纪数学研究起到了重要的推动作用。,第四节科研选题,一、科研选题及其步骤1.科研选题就是形成、选择和确定所要研究和解决的课题。2.科研选题的重要性：关系到科学研究的方向、目标和内容，直接影响科研的途径和方法，决定着科研成果的水平、价值和发展前途。3.选题步骤：文献调研和实际考察；提出选题；初步论证；评议和确定课题。二、选题的基本原则1.需要性原则2.创造性原则3.科学性原则4可行性原则“学林探路贵涉远，无人迹处有奇观”,第六章获取和整理科学事实的方法,第一节获取科学事实的方法一经验事实、客观事实与科学事实二科学观察方法三科学实验方法四观察和实验中的机遇第二节整理科学事实的逻辑方法一比较与分类二归纳与统计三演绎与类比四分析与综合,第一节获取科学事实的方法,一、经验事实、客观事实与科学事实1.客观事实：在时空中实际存在着的事件、现象和过程。在人们的意识之外，不依赖于人们的意识而独立存在。特点：客观性可观察性，即可以被人们的感官或借助仪器所观察、反映和认识。2.经验事实：是指用某种语言或文字对观察的事实所作出的陈述性判断。特点：可错性3.科学事实：指人们对所观察到的客观存在的事件、现象和过程作出的真实描述。特点：内容是客观的形式是主观的,4.科学事实与客观事实、经验事实的区别：（1）它是关于个别存在的陈述“镭具有放射性”“氦具有惰性”等均是科学事实，而“所有微观客体都具有波粒二象性”“生物都有新陈代谢”“一切物质都是可分的”等普遍陈述，则不能是为科学事实，而应视为科学事实加工提炼之后做出的理论论断。（2）它应可复核、可重现科学研究中“任何一个实验事实，至少也应被另一位研究者重复实验，否则不能确定。”（3）正确性,二科学观察方法,1.观察及其结构按国际上权威的韦氏辞典的解释，观察一词作动词时其意义为“受引导地、仔细地、分析地专注于察看与感知”“观察”概念强调二点：一是看的动作，即用人的感官特别是眼睛去感知；二是看的动作带有目的性或者说这一动作是受到预先设定和控制的。观察的结构：感觉、关注和知觉观察的工具：望远镜、显微镜和千分仪等。其功能是延伸目力所及距离，拓展目力分辨能力。,2.观察方法的类型及其特点,观察方法：人们在一定理论思维指导下，通过感或借助科学仪器，在自然发生的条件下有目的、有计划地感知研究对象，从而获得科学事实的一种研究方法。观察方法的类型：直接观察用感觉器官间接观察借助科学仪器应用领域和适用性：天文学、地理学、气象学、动植物分类、社会科学领域等。,3.观察的基本原则,1)客观性要求观察者按研究对象的本来面目去观察它和反映它。首先要避免把某种假定或预想凝固化、僵化；其次要注意排除假象和错觉的干扰。2)全面性要求在观察中，尽可能地观察研究对象的各个方面、各种因素、各种关系和各种规定，力求获得丰富而完整的科学事实，客观地反映事物的全貌。3)典型性注意选择具有代表性的对象和干扰比较小的观察环境时非常必要的。,4.观察方法的作用和局限性,1)形成科研选题的重要途径青年船医迈尔，通过观察发现了船员的血液颜色在赤道附近比在北欧时更鲜红，确立了有关能量守恒和转化定律方面的科研选题；印度科学家拉曼通过对海水呈现深蓝色的观察与研究中，才确立了有关光的折射这一选题；现代仿生学众多科研课题，是通过运用观察方法来确定的（马家军）。2)是建立科学假说的先决条件一般来说，天文学、地学、气象学、动植物学等学科不可能从事精确的实验研究，故这些学科的知识大都以假说的形式建立起来的，而这些科学家假说得以建立的先决条件就是观察。魏格尔大陆漂移学说；竺可祯中国近五千年气候变迁的初步研究一书；德国刻普勒没有第谷的观察，无法提出行星运动三定律。,3)是验证科学认识真理性的基本手段英国物理学家爱丁顿的日食观测。1916年，爱因斯坦提出广义相对论学说，根据这一学说，他预言光线在引力场中将会发生弯曲效应。天文计算表明，1919年5月29日将发生全食，此时，金牛座中的毕宿星团刚好在太阳附近，若天气好，至少可拍摄13颗亮星。爱丁顿抓住了这个机会，就在该年5月，组织了一个探险队，奔赴非洲普林西比岛，利用日全食来测定星光的弯曲效应。结果，所测得的恒星偏离角度值（1.61+0.30s），恰好与爱因斯坦预言值（1.7s）相符，从而验证了广义相对论的正确性。一夜间爱因斯坦变成了举世周知的最著名的伟大科学家了。局限性：观察范围、精确度、速度,三、实验方法,1.实验方法是实验者根据科研选题规定的目的，运用一定的物质手段（科学仪器、设备等），在人为地变革、控制或模拟客观事实的条件下去获取科学事实（也包括验证科学假说、科学理论）的一种研究方法。与观察方法比较：1）更能发挥人的主观能动性。其最大特点是在变革自然中认识自然。巴甫洛夫形象比喻；“实验好像把各种现象拿在自己的手中，并时而把这一现象，时而把那一想象纳入实验的进程，从而在认为简化的组合中确定现象间的真实联系。换句话说，观察是搜集自然现象所提供的东西，而实验则是从自然现象中提取他所愿望的东西。2）更能获得大量、精确和可靠的科学事实，更能深刻地揭示事物的本质和规律。,2.实验方法的特点和作用,1）纯化和简化研究对象（减法实验）：与隔离有关伽利略设计了精密的斜面实验，观察到了在自然状态条件下所观察不到的现象，从而发现了自由落体定律；美国在空间实验室中进行锑化铟圆柱体的融化凝固实验，获得成功，得到了几乎没有晶格却显得非常均匀的单晶体。,2）强化和激化研究对象（加法实验）自然界的大多数事物往往处于某种稳定的常规状态。超高温、超低温、超高压、超强磁场、超纯度、超导电等极端条件，有助于研究对象的变化过程向指定的方向实现。如，人类在漫长的历史时期中只知道物质有固、液、气三态，但在创造了超高温极端条件下，发现还有一种“等离子体”状态；而当超高压达到一定程度时，又会出现“超密态“。1911年荷兰物理学家卡曼林昂尼斯首先发现汞在超低温4.173K以下时失去电阻，后来又发现许多物体也都具有这种超导性，从而开创了今天的超导热研究局面。,3再现和重演自然过程（过程模拟实验，乘法实验）1953年米勒所进行的关于地球上生命起源的实验，他把发生于数十亿年前生命起源的漫长历程，仅用几天时间在限于小小的剥离容器之中，供人们观察和研究；为了研究地球气象变化，中国科学院大气物理研究所进行的大气环流模拟实验，可以将由地面垂直向上的几万米的整个大气层的运动，在实验室里再现出来，大气环流模拟的转台，没办分钟左右转一圈，就能模拟一天的气候变化，三个小时可以模拟一年的气候变化。,4）替代物理过程和数学关系（结构模拟实验，乘法实验2）科学研究过程中，处于安全原因或因耗资巨大（如水库、电力系统），往往很难直接进行实验。通常通过建立模型（指与原型有相似的物理过程或数学关系的样品，包括物理模型和数学模型）来模拟和替代物理过程或来反映其数学关系。如制造飞机、火箭、导弹、飞船等，必须掌握气流和飞行器之间的相互作用的各种数据，如果我们对制造的各种飞行器发射到空中进行实地实验测定，既费时又费钱，实际上又难以把握，甚至有危险，所以人们采用模拟大气流的“风洞实验”的方法来进行，这是结构模拟实验。,实验方法的作用,实验是检验在科学认识中得到理论原理真实性的标准，是证明科学知识