自然辩证法5课件：三讲科学研究方法和思维方法.ppt

第三讲科学研究方法与科学思维方法,本讲主要内容,科学方法与方法论科学问题与科研选题科学认识的感性方法科学中的基本逻辑思维方法非逻辑思维方法科学理论的建构机遇与一个人的成功,1.科学方法与方法论,方法与科学方法科学研究方法的两大类别科学方法论,方法（Methodos）:人们为达到某种目的而采取的途径、手段或策略。Methodos，大约相当于接近某物或达到目标的途径。在解决理论的和实际的问题时，根据手段和目的有计划地运用技术技能科学活动不同学科的规定性以其特殊的方法为标志。例如：天文学：观测方法等物理学：实验数学方法等生物学：分类法等科学方法:人们为达到认识客观世界这一基本目的而采取的各种手段和途径。,科学方法的三个层次第一个层次是各门自然科学中的特殊研究方法。第二个层次是整个自然科学的认识和方法。第三个层次是自然科学、社会科学和思维科学普适的方法。,科学研究的一般程序科研选题获取科学事实（观察、实验）进行思维加工建立理论体系（提出假说判决性试验）。,科学研究方法的两大类别,经验认识的方法（经验层次的方法）理论思维的方法（理论层次的方法）,方法论：即对方法本身进行的元研究，也就是研究方法的理论。科学方法论：即对科学研究方法本身进行的元研究。例如：（1）古希腊的理智主义传统（泰勒斯的致思、毕达格拉斯的精算、）（2）中世纪时期的理性精神（3）近代唯科学主义,古希腊的理智主义传统泰勒斯的致思、毕达格拉斯的精算、亚里斯多德的物理学之后哲学始于泰勒斯美国当代哲学家理查罗蒂曾说：“自希腊时代以来，西方思想家们一直在寻求一套统一的观念，这种想法似乎是合情合理的；这套观念可被用于证明或批评个人行为和生活以及社会习俗和制度，还可为人们提供一个进行个人道德思考和社会政治思考的框架。哲学(爱智)就是希腊人赋予这样一套映现现实结构的观念的名称。”,德国哲学家HG伽达默尔曾深刻地指出：“科学这个概念是本身变化的希腊精神的发现。随着这种发现，我们所说的西方文化就诞生了。然而，如果我们把它同伟大的亚洲文化相比较，就会看到，西方文化中间，既有它的优越之处，同时也存在着它的厄运。科学对于希腊，本质上是由数学代表的，它是一种特有的、唯一的理性科学。数学处理的是不变的东西；只要存在不变的东西，人们就能认识它，而不必再去观看新的东西。为了使自己能被人理解为科学，近代科学在某种意义上同样必须坚持这种原理。不变的自然规律取代了受数学启示的希腊智慧、毕达哥拉斯派关于数和星宿的学说所曾占据的地位。显然，在这种模式中，人类的事务很少能为认识提供补充的东西。道德和政治，以及人所设定的法律、人类赖以生存的价值、人所设立的组织机构、遵从的习俗，所有这一切都不能要求有不变性。从而也就不能提出真正的认知可能性，即不具有可知性。”,在这个漫长的思维历程中，希腊哲学和欧洲近代哲学的确为人类提供了真知灼见。但是，也许为这种真理和智慧的光环所遮蔽，理智主义或唯科学主义的致思倾向更具有隐蔽性、欺骗性。,然而，稍后一段时期，哲学视域从自然扩展到人、扩展到政治领域。黑格尔曾经指出：智者派的“文化的一个主要方面是把爱利亚派的思想方式加以普遍化，并推广到知识和行为的全部内容上去”；“正是智者们现在把作为思想的简单概念(在爱利亚学派中，芝诺已经开始转到思想的纯粹摹本)转到运动上去了，一般地应用到社会对象上去，并且使它深入到一切人事关系中去”。,苏格拉底哲学是从怀疑人自己、肯定人的有限性开始的。他认为，认识自己一无所知，就是人们改善心灵，培养道德的第一步。他借用德尔菲太阳神庙的一句题辞“认识你自己”来作为自己哲学的格言。伽达默尔曾经指出：“这意味着(你要)知道你是一个人，不是神，即使对处于科学时代的人来说，这一点依然是正确的。这句名言对所有控制和支配的幻想无疑是一种警告。自由不仅受到各种统治者的威胁，而且更多地受着一切我们认为我们所控制的东西的支配和对其依赖性的威胁；能够解脱、获得自由的方式只能是自我认识。”,到了亚里士多德，人类真正步入了理性动物的历史。在这里，智慧被视同为形而上学，或是“第一哲学”，是一种纯粹理论而客观的学科。现在西方人所说的科学也已经奠下了基础，理智已经和神话、宗教、诗歌等非理智的知识和价值领域完全分家。,中世纪时期的理性精神中世纪后期，已经出现了一大批高度系统化、专门化的知识或学科，如神学、罗马法和宗教法规、医学、数学、天文学和占星术、逻辑学和自然哲学，以及语法和修辞学等等。第一，此时知识的扩大已超出古代“七艺”的狭隘局限“七艺”，全称“七种自由艺术”。欧洲中世纪早期对古代希腊、罗马学校中所设立的一般文化课程的称呼，包括文法、修辞、辩证法(即逻辑)、算术、几何、音乐、天文七科。前三科又被称之为“三艺”，后四科被称之为“四艺”。第二，大量翻译复兴古希腊文化。第三，法、英和意大利普遍出现了大学这种高级教育的形式和机构。在大学，人们从古代七艺这种百科全书式的知识中解放出来，专家们以培养专家为目标，用新获得的原文为基础，采用一种新的方法讲授专门化的学科。这种方法包括课堂讲课和争论，这些讲课和争论引据标准的权威，使用固定的术语，采取非常成熟的、规则严谨的推理和系统论证的逻辑方法。,近代科学这一时期被称为“牛顿时代”。牛顿的成就远不止表现在物理学方面，不止完成了对物理世界的伟大综合，对近代哲学也作了杰出的总结和统一。亚沃尔夫指出：“近代科学先驱者的哲学思想大都在牛顿那里重现。但是，各种思潮的真正汇合，必需某种程度的相互适应。牛顿正是完成了这个工作，而且他的贡献还不止于使不同的哲学倾向相互适应。”作为“历来运用数学方法的大师之一”，牛顿依据数学发现了现在世人皆知的“牛顿”三大定律。但是，他的科学精神更倾向于培根、波义耳和洛克的经验精神。在科学研究中，他不仅仅依赖于数学演绎，而且还总是诉诸经验证实。他把这两种哲学倾向结合起来，形成了实验证实的方法，即“四条哲学推理的法则”。,即（1）除那些真实而已足够说明其现象者外，不必去寻求自然界事物的其他原因；（2）对于自然界中同一类结果，必须尽可能归之于同一种原因；（3）物体的属性，凡既不能增强也不能减弱者，又为我们实验所能及的范围内的一切物体所具有者，就应视为所有物体的基本属性；（4）在实验哲学中，我们必须把那些从各种现象中运用一般归纳而导出的命题看作是完全正确的，或者是非常接近于正确的；虽然可以想象出任何与之相反的假说，但是没有出现其他现象足以使之更为正确或者出现例外以前，仍然应当如此对待。,2.科学问题与科研选题,科学研究始于问题科学问题的类型及其产生源泉科研选题的基本原则和步骤,科学研究方法的大致框架可以用基础科学研究程序来概括出五个环节：,科研选题,建立理论体系,假说验证,对材料加工,获取科学事实,2.1科学研究始于问题,什么是科学研究的逻辑起点？A“科学始于观察”（古代）亚里士多德的观点(个别事实-归纳解释性理论-演绎出关于个别事实的知识)（近代）培根为代表的古典归纳主义学派（观察实验-感性认识理性认识）B“科学始于问题”（现代）爱因斯坦的观点（现代）波普尔的观点,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，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”,波普尔认为，首先要回答what、why、how,其中总是要渗透理论、伴随假设，总是要有所选择。四段图式：P1TTEEP2科学研究从问题(P1)开始，经过试探性理论(TT)，又经过批判性检验、排除错误(EE)，进而提出新的问题(P2)。,小题大做92年，台湾清华大学80周年校庆时，杨振宁有关做大题目小题目问题时说：“多半的时间应该做小题目，大题目不是不能做，只是成功的机会较小，若能透过做小题目的训练，则更能掌握解大题目的精神。”,杨振宁的话：,“把天线放长，多方浏览，不只是浏览本学科狭窄范围的文献，更要随时留意其他的学科，透过广泛的接触，才能这找出这个领域的大方向。选择科目与方向是很难决定的，中间有很多是靠机会的。要有广博的知识，不要只念自己本身科目的东西，不管有无相关，都要尽量吸收”。,“科学始于问题”与“认识以实践为基础”前者着眼于科学研究的程序，后者着眼于认识的来源；作为认识的一般过程，实践是认识的基础，认识过程的每一个阶段既是已有的实践和认识的终点，又是新的认识和实践的起点；科学问题这种认识形式既包含先前实践和认识的成果，也预示着进一步实践和认识的方向。,2.2科学问题的类型及其来源,广义上的问题是指“某个给定的智能活动过程的当前状态与智能主体所要求的目标状态之间的差距”。科学问题与广义上的问题不同A、科学问题的设置，与科学家个体的“当前状态”有关，还与科学共同体的“当前状态”有关。B、科学问题蕴涵着问题的指向、研究的目标和求解的应答域。,科学问题是以三种方式向客体进行发问的。即（1）“是什么？”这是有关识别或判定认识对象观念时发问形式；（2）“为什么？”这是要求回答现象的原因或行为目的时的发问形式；（3）“怎么样？”这是要求描述认识对象的状态或过程时的发问形式。,科学问题的来源何在呢？从总体上理解，科学问题是来源于社会生产实践与科学实践。但由于科学理论发展的相对独立性与自主性，科学问题还可以有以下别的来源。,科学问题的来源第一、科学实践与科学理论的矛盾。例如：原子不可分的理论无法解释电子的发现，光的波动说无法解释光的干涉、衍射、偏振以及光电效应等。这表明，传统的科学理论不能解释科学实践中出现的新现象、新事实；传统理论无法对同一事物的多种观察和实验结果进行统一解释。第二，科学理论体系本身的内在矛盾。任何科学理论都可能存在某些缺陷或矛盾。悖论是从某一理论出发，推出两个自相矛盾的命题，或者从某一理论中推出的命题与已知的科学理论产生逻辑矛盾。佯谬是从一个理论中推出自身不能成立的结论。微积分初创时期的无穷小悖论，推动了极限理论和方法的产生；天文学的光度佯谬，推动了天文学的发展，相继出现了等级式结构模型和大爆炸宇宙模型。,第三，不同科学学派和科学理论之间的矛盾。例如：燃素说与氧化说、热素说与热的分子运动论、灾变论与渐变论、自生说与种生说、水成说与火成说、关于天体起源的不同假说等，都包含着需要深入探索的科学问题。第四，学科之间的交叉点、空白区。维纳说：“在科学发展上可以得到最大收获的领域是各种已经建立起来的部门之间的被忽视的无人区”。第五，社会需求与生产实践提出的问题。在社会生产、社会生活、环境保护、军备与战争等实践活动中都会提出大量的、需要探索的实际问题，它们经过抽象、转变、提升，均可成为科学问题。,发现科学问题的一般有如下的途径：（1）寻求一定范围内的经验事实的联系；(2)新事实和旧理论之间的冲突；（3）交叉学科的结合点；（4）科学体系内部的逻辑矛盾；（5）相互对立的假说或理论；（6）对理论的普遍性和逻辑简单性的追求；（7）各学科之间的概念、理论、方法的相互移植和扩展。,2.3科研选题的基本原则和步骤,科研选题科研选题就是依据选题原则和主客观条件，从众多科学问题中选择和确定符合一定要求的问题作为科研课题的活动。科研选题不仅决定着科研工作的主攻方向和目标，而且规定了科学研究应采取的方法和途径。,科研选题的重要性科研选题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。爱因斯坦指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看待旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步”,科学选题中要把握如下的基本原则：（1）需要性原则（目的）（2）创造性原则（价值）即选出的课题应是前人没有解决或没有完全解决的疑难问题，并预期能从中产生创造性的科学技术成果。（3）科学性原则（根据）即选出的课题要有一定的科学理论和科学事实作为根据，以唯物主义的基本原理为指导，按照客观规律选择课题，把课题置于当时的科学技术背景下，并使之成为科学上可以成立和可以探讨的问题。（4）可行性原则（条件）即选择的课题应与自己的主、客观条件相适应，这些条件是已经具备或经过努力可以具备的条件进行选题。,科研选题的基本步骤A、课题的前期调研B、课题的构思和论证C、课题的提出和评审,怎样形成一个有科学价值的问题？应该包括这样几个方面：对构成该问题的各项事物和现象作一番透彻的分析；对反映这些事物的科学概念与名词术语有明确认识；对问题展开的步骤预先做一番构思和论证。,科学方法及其分类1、科学方法的含义及其意义所谓方法是对客观规律的运用。人们把这种运用表现在为实现预期目的而使用的手段上或行为方式上，就是方法。所谓科学方法是认识世界和改造世界的工具，它是通过科学认识主体的活动而表现出来的，它是主体把握客体的主观手段。其特征是：运用理性的方法，即借助于逻辑理性、数学理性和经验理性的结合而成的。,2、科学方法的层次和分类科学技术方法按其作用范围和普遍性程度，大体可以区分为三个层次：其一、是适用于某些学科的特殊研究方法，如光谱分析方法；如物理学中求物体运动在某一时刻的瞬时速度的方法；天文学利用谱线红移测定天体背行运动的方法等；这一层次的方法是各门学科研究的内容，不在自然科学方法论的研究之列。,其二、是适用于各门自然科学或技术科学的一般研究方法，如观察实验方法、系统方法、数学方法等，它们是各门自然科学通用的方法。又可细分为三个小层次：1、科学认为的感性方法，主要指观察、实验、模拟等方法，它们是科学研究中获取感性材料的基本方法；2、科学认为的理性方法，它是整理材料，提出假说，形成科学要领建立科学理论的基本方法；3、综合性的横向科学方法，即系统科学方法。此层次又分为科学研究方法、技术研究与开发方法。,其三、是适用于自然科学、社会科学、思维科学的普遍研究方法，也称哲学方法。如归纳方法、演绎方法、矛盾分析方法等。自然辩证法学科主要研究第二类方法。,3科学认识的感性方法,科学事实及其获取途径科学观察方法科学实验方法,什么是科学事实？汉森认为，科学事实不是一成不变的，因人而异。科普宁认为，科学事实是可靠的，不变的，事实胜于雄辩。,一、科学事实的规定性客观事实：客观存在的事件的现象和过程；经验事实1：物质客体与科学仪器相互作用结果的表征。经验事实2：对表征的陈述与判断。,二、科学事实的可错性科学事实与物质客体的本性有关科学事实与人所设置的认识条件有关科学事实与人采纳的概念系统有关所以，科学事实属于认识论的范畴，存在着可错性！,科学事实及其获取途径,科学事实是指通过观察和实验所获得的、经过科学整理和鉴定的经验事实。经验事实的分类事实，指客体与仪器相互作用结果的表征；事实，指对观察实验所得结果的陈述和判断。我们所说的科学事实就是经验事实II,科学事实的性质A科学事实是个别存在陈述B科学事实应该可复核、可重现C科学事实应该比较精确、系统,获取科学事实的基本途径获取科学事实的直接途径获取科学事实的间接途径文献调研的基本操作规范A、文献的分类：印刷型；缩微型；计算机存储型；声像型B、三次文献的划分法：一次文献：原始文献二次文献：检索类出版物三次文献：分析综合而编写出来的文献,科学观察方法,科学观察：人们在一定的理论指导下，有目的、有计划、有步骤地通过自己的感官去反映自然界各种事物现象的活动。科学观察的特点典型性客观性全面性科学观察的分类定性观察和定量观察直接观察和间接观察,观察方法的作用A、启示性观察有助于研究课题的形成B、探索性观察有助于科学假说的建立C、检验性观察验证或否证科学理论观察方法的局限性A、只能直接发现对象的现象，而不能直接发现对象的本质；B、不能直接观察到所有研究的现象；C、只能直接观察到具体特殊事物的性质和特点，而不能直接观察到事物普遍的共性。,观察方法的作用：搜集科学事实证明或反驳科学假说,光线通过大质量天体附近时被弯曲的示意图,1915年已在柏林普鲁士科学院任职的爱因斯坦把太阳边缘星光的偏折度修正为1.74角秒。1919年5月29日发生日全食时进行检验光线弯曲的观测。英国人为那次日食组织了两个观测远征队，一队到巴西北部的索布拉尔（Sobral）；另一队到非洲几内亚海湾的普林西比岛（Principe）。爱丁顿参加了后一队。1919年11月两支观测队的结果被归算出来：索布拉尔观测队的结果是1.980.12；普林西比队的结果是1.610.30。1919年11月6日，英国人宣布光线按照爱因斯坦所预言的方式发生偏折。,还有一个故事也广泛流传，说的是当光线弯曲预言被英国人的日食观测证实的消息传来时，爱因斯坦正在上课，一位学生问他，假如他的预言被证明是错的，他会怎么办？爱因斯坦回答说：“那么我会为亲爱的上帝觉得难过，毕竟我的理论是正确的。”,科学观察的原则客观性原则全面性原则典型性原则,科学实验方法,科学实验方法即人们根据一定的科学研究目的，运用科学仪器、设备等物质手段，在人为控制或模拟研究对象的条件下，使自然过程以纯粹、典型的形式表现出来，以便进行观察、研究，从而获取科学事实的方法。,实验方法的特点：简化和纯化研究对象强化研究对象加速或延缓自然过程模拟或重演自然过程,1957年吴健雄所做的Co60实验证明，这与自然现象是不符合的。吴健雄实验的原理其实非常简单。假定有一面镜子，镜子两边各有一个Co60原子。然后每个Co60原子各放在一个与镜面垂直的电流圈的中心。这两个电流圈除电流方向相反外其他完全相同。因此，在这镜子两边的系统(Co60加电流圈)的初态，除左右相反外，其他也完全一样。这两个Co60都衰变出电子。照通常想法，出来的电子数目向左右对称的方向应该一样多。但结果完全不是这样。,科学实验方法的类型（1）按照研究目的，可以分为探索性实验、验证性实验和判断性实验；（2）根据研究对象的质与量可以分为定性实验、定量实验、定性定量实验；（3）根据理论与应用的关系可以分为纯粹实验和中间实验；（4）根据实验的认识作用可以分为析因实验、对照实验、结构分析实验、功能分析实验；（5）根据实验的对象和手段可以分为直接实验和模拟实验。,科学实验方法的过程A、准备B、实施C、结果处理,观察和实验中的认识论问题,观察与理论的关系逻辑经验主义者：“纯粹中性观察说”科学历史主义者：“观察渗透理论说”“观察渗透理论说”的合理性观察不仅是接收信息的过程，同时也是加工信息的过程；任何观察陈述都是用科学语言表达出来的，而科学语言总与特定的科学理论联系着。,实验对象与测量仪器的相互作用A、必须坚持微观客体的客观实在性；B、必须认识到主体不可能离开测量仪器去研究客体性质；C、在判定从客体所获得的信息时，必须充分考虑测量仪器与客体相互作用的因素。,观察实验中的伦理,人们对自然科学领域中实验研究的伦理约束问题相当重视，因为它的不良研究对人类社会的危害极大。例如：核能实验、人类基因克隆以及日本731部队的人体活体实验等。社会科学领域中的观察实验未必会出现这样的棘手问题，但是社会科学研究可能涉及把人放进人为设计的社会情景之中，操作受试者的感觉或行为，如果实验方式不当，也会给受试者带来很大的身心危害，因此社会实验研究同样要受到伦理标准的限制，如果研究者要把受试者放入有生命危险、令人困窘或会导致焦虑的情境时，必须非常小心谨慎，不得使受试者受到伤害。,在自然科学研究时，要求实验者如实记录相关实验数据，如果为了一定目的篡改实验数据，必然被视为科学上的欺骗行为，“巴尔的摩事件”就是科学上的赝品。社会实验研究中同样存在着欺骗，只是方式不同。,科学思维与科学中的基本逻辑思维方法,科学思维,人们对自然事物的认识一般经过两个阶段：第一阶段是关于事物表面的、零散的感性认识，第二阶段才能达到对事物本质和规律性的认识。,认识两阶段及其关系,感觉对客观世界表面、个别特征的反映1、感性认识阶段知觉神经对外界各种感觉进行分析和综合而获得的整个对象的印象表象人们离开当前事物后，被感知的对象在意识中保留下来并通过回忆可再现出来的具体印象感性具体科学事实（科学抽象）抽象规定概念要素（或概念、经验定律）思维具体概念（理论体系）概念反映事物本质属性和内部联系的思维形式2、理性认识阶段判断是人们运用概念对事物及其属性作出肯定或否定论述的一种思维形式推理由一些判断推出新判断的思维形式,一、科学抽象科学抽象就是透过表面现象，深入事物的里层，抽取本质和规律性的思维过程和方法。,二、科学抽象的基本过程感性的具体抽象的规定思维中的具体感性的具体，是人们在实践中得到的关于客观对象、具体事物的感性直观。抽象的规定，是通过思维的分析活动，把整体分解成各个部分，从中去掉那些偶然的、非本质的东西，抽出那些必然的、本质的东西，对具体事物各方面的本质加以规定。思维中的具体，是许多抽象规定的综合，因而是多样性的统一。,科学中的逻辑思维方法,逻辑思维是在感性认识的基础上，运用概念、判断、推理等思维形式，间接而概括地反映客观对象的一种思维形式。,比较与分类归纳与演绎分析与综合,比较与分类方法比较方法是指在不同事物之间或在同类事物之间找出它们的差异点和共同点的逻辑方法。比较方法在科学研究中的作用：揭示不易直接观察到的事物的运动和变化。例如：恒星的运动在短时间内是难以直接观察到的，因而长期以来被人们看作是永恒不动的星体。1718年，哈雷将他自己在圣赫勒那岛所作的观测，同一千年前古希腊天文学家希帕恰斯与托勒密所作的观测相比较，看到四颗恒星（毕宿五、天狼、大角、参宿四）的位置有明显的差异，因而发现了恒星运动状况。运用比较方法，可以追溯事物发展的历史渊源和确定事物发展的历史顺序。,对事物进行定性的鉴别和定量的分析。例如：化学上确定被测物质含量的比色分析法；地质学上鉴定地层相对地质年代的化石分析法。对科学理论的真理性进行验证。例如：1609年，开普勒在大量观测的基础上，设想出了行星运动可能采取的各种形式，然后，他将每一种行星运动的形式同所观测的事实材料进行比较。他发现只有椭圆轨道的行星运动与观测事实最符合，因而发现了行星运动第一定律，推翻了天体是沿着正圆形轨道运动的观念。,分类方法是指在比较基础上根据一定的标准对各种事物进行类别划分的逻辑方法。分类方法的运用现象分类（人为分类）本质分类（自然分类）例如：生物分类学的三个发展阶段：搜集和初步整理材料建立生物的自然性质的分类系统种群分类学研究,分类方法在科学研究中的作用使各种繁杂的材料条理化、系统化。便于把握同类事物的共性，提高认识效率。为人们寻找某一具体事物起到向导作用。分类方法运用中应注意的一些问题每一种分类必须根据同一个标准。分类必须完整。分类必须按照一定的程序逐级进行。根据事物的本质而不是现象进行分类。,归纳和演绎方法归纳方法是指从个别事物的现象的研究中概括出一般原理或结论的逻辑思维方法。归纳方法的类型根据归纳的前提是否完全，可分为完全归纳法和不完全归纳法；在不完全归纳法中，根据其运用因果联系的程度，又区分为简单枚举法和科学归纳法。,穆勒五法科学归纳法求同法（MethodofAgreement）求异法（MethodofDifference）求同求异并用法（MAD）共变法（MethodofConcomitantVariation）剩余法（MethodofResidues）结论一般比较可靠，在科学研究中常用于进行对照实验和析因实验的实验设计，主要适用于线性的、简单的和确定性的因果关系的研究,例如：1960年，英国某农场十万只火鸡和小鸭吃了发霉的花生，在几个月内得癌症死了。后来，用这种花生喂羊、猫、鸽子等动物，又发生了同样的结果。1963年，有人又用发了霉的花生喂大白鼠、鱼和雪貂，也都纷纷得癌而死，上述各种动物患癌症的前提条件中，对象、时间、环境都不同，唯一共同的因素就是吃了发霉的花生。于是，人们推断：吃了发霉的花生可能是这些动物得癌死亡的原因。后来通过化验证明，发霉的花生内含黄曲霉素，黄曲霉素是致癌物质。这个推断就是通过契合法得出的。求同法就是考察几个出现某一被研究现象的不同场合，如果各个不同场合除一个条件相同外，其他条件都不同，那么，这个相同条件就是某被研究现象的原因。这种方法是异中求同。求同法可用下列公式表示：场合先行情况被研究现象ABCaADEaAFGa所以A是a的原因,例如：一百多年前，一艘远洋帆船载着五个中国人和几个外国人由中国开往欧洲。途中，除五个中国人外，全病得奄奄一息。经诊断，都患有坏血病。同乘一只船，同样是人，一样是风餐露宿，受苦挨饿，漂洋过海，为什么中国人和外国人却判若异类呢？原来这五个中国人都有喝茶的嗜好，而外国人却没有。于是得出结论：喝茶是这五位中国人不得坏血病的原因。这个结论就是用差异法得出的。,例如：某医疗队为了了解地方病甲状腺肿的原因，先到这种病流行的几个地区巡回调查。发现这些地区地理环境、经济水平都各不相同，有一点是共同的，即居民常用食物和饮用水中缺碘。医疗队又到一些不流行该病的地区去调查。发现这些地区地理环境、经济水平也各不相同，但有一点是共同的，即居民常用食物和饮用水中不缺碘。医疗队综合上述调查情况后，认为缺碘是产生甲状腺肿的原因。后来对病人进行补碘治疗，果然疗效甚佳。这一结论就是通过并用法而得出来的。,共变法的案例（1）一定压力下的一定量气体，温度升高，体积增大，温度降低，体积缩小。气体体积与温度之间的共变关系，说明气体温度的改变是其体积改变的原因。（2）资本害怕没有利润或利润太少，就想自然界害怕真空一样。一旦有适当的利润，资本就胆大起来。如果有10%的利润，它就保证到处被使用，有20%的利润，它就活跃起来；有50%的利润，它就铤而走险；为了100%的利润，它就敢践踏一切人间法律；有300%的利润，它就敢犯任何罪行，甚至冒绞首的危险。,例如：有一次居里夫人和她的丈夫为了弄清一批沥青铀矿样品中是否含有值得提炼的铀，对其含铀量进行了测定。令他们惊讶的是，有几块样品的放射性甚至比纯铀的还要大。这就意味着，在这些沥青铀矿中一定含有别的放射性元素。同时，这些未知的放射性元素只能是非常少量的，因为用普通的化学分析法不能测出它们来。量小放射性又那样强，说明该元素的放射性要远远高于铀。1898年7月，他们终于分离出放射性比铀强400倍的钋。该元素的发现，应用的是剩余法。,归纳方法的作用从事实材料中得出普遍规律或结论。发现科学事实、提出科学理论的重要方法。从经验事实上升到一般原理的方法归纳方法的局限性归纳法不能保证一定能获得必然真理。归纳方法多是根据对事物现象的归纳来获得结论的，所以它缺乏内在的必然性。,关于演绎方法(Deduction)演绎方法是从一般到个别的推理方法，即用已知的一般原理考察某一特殊的对象，推演出有关这个对象的结论的方法。演绎推理的主要形式是“三段论”，由大前提、小前提和结论三部分组成。凡人皆有死大前提苏格拉底是人小前提因此，苏格拉底终有死结论,演绎推理是一种必然性的推理方法：假如正确遵守逻辑规则，只要前提为真，结论就不会错。演绎方法在科学研究中的作用。为科学知识的合理性提供严密的逻辑证明。使人们的原有知识得到扩展和深化。提出科学假说和检验科学假说的重要方法。还应该看到：结论中不会含有比前提中更多的信息，因而缺乏创造性，主要用于逻辑证明，而不是科学发现。因此，演绎方法的局限性：它只适合于已有理论的证明和推演。演绎法本身不能保证其结论的可靠性。推出的新知识其可靠性未必能得到保证。,分析即把一个完整的对象分解为不同的方面和部分，把复杂的对象分解为各个简单的要素，并把这些部分或要素分别进行研究的一种思维方法。分析方法的三个环节：对事物整体加以“解剖”，把它的各个部分从整体中“分割”开来，“分离”出来；深入分析各个部分的性质和特点；把各部分在认识上组织起来联系起来，以获得对事物的完整把握。,分析方法的运用根据事物存在的性质进行分析从对象存在空间结构进行分析从对象运动变化的时间结构进行分析根据对象的功能结构进行分析分析方法的作用近代自然科学得以产生和发展的重要方法认识事物的必要手段综合方法运用的前提分析方法的局限性“只见树木，不见森林”,综合方法即寻求研究对象的各个部分、侧面、因素的内在联系，把对象的各个部分联系起来作为一个整体来加以研究的思维方法。综合方法的运用可以根据对象的性质从空间和时间两个方面或横向和纵向两个方面来加以开展。综合方法的作用（1）人类认识事物的重要方法和目的（2）可对对象零乱的认识组织成系统的认识。（3）可避免对对象认识的片面性和狭隘性。综合方法的局限性“只见森林，不见树木”,理想化方法,理想化方法，就是人们运用理性思维的能力，完全排除次要因素的干扰，使研究对象处于理想的纯化的状态下进行研究的方法。,一、理想模型理想模型是人们为了科学研究的需要而建立的一种既具有高度抽象性具有某种极限特征的理想客体。例如：“质点”，只有一定质量而没有一定形状和大小的点。“刚体”，是在任何外力作用下都不会发生形变的物体。,理想模型的作用简化作用，引入“理想模型”概念，可以使问题的处理大为简化而又不会发生大的偏差。预见功能，能够超越现有条件，指示研究方向，形成科学预见。,二、理想实验理想实验就是人们在思想中利用理想模型塑造的理想过程，并进行严密推理的一种思维活动。也称思想实验和假想实验。,理想实验与科学实验的比较,理想实验对象理想模型手段逻辑推理性质思维活动理想实验的结构与形式同科学实验的结构和形式非常相似，它需要在思维中设想,科学实验物质客体物质手段实践活动与科学实验相似的实验条件、实验过程、实验材料等。,理想实验的作用理想实验可以克服科学实验中无法摆脱的物质条件的限制，是科学发现的重要手段。自伽俐略之后，理想实验逐渐成为科学发现的重要方法。爱因斯坦在物理学进化一书中，阐述了20多个理想实验。,数学方法,所谓数学方法，就是根据研究对象质的特点，借助于数学所提供的概念、理论、形式、方法和技巧，对研究对象进行量的分析、描述、推导和计算，从而达到揭示事物本质和规律的一种研究方法。,一、数学方法的特点,1、高度的抽象性：撇开事物的具体内容，从纯粹形态上研究数和形的关系，使研究对象变成了一种完全脱离自己内容的抽象的符号形式系统。Y=1/2aX2S=1/2gt2E=1/2mv2A=1/2r2,2、严密的逻辑性：一切数学结论都是由严密的逻辑推理导出，因而具有逻辑上的必然性和量的确定性。例：求证三角形三个内角之和等于180A同学，使用量角器、直尺，认认真真画了三个不同类型的三角形，然后，一一测量，得到了结果。B同学，只用一支笔，十分随意地画了一个三角形，然后，通过演绎法，推理证明。,3、普遍的适用性：数学及其方法原则上可以普遍适用于一切科学。19世纪，生物学的数学应用是零？,二、数学方法的应用,1、数学模型方法，就是通过建立和研究客观对象数学模型来揭示对象本质特征和变化规律的方法。建立数学模型的一般过程现实原型数学抽象数学模型解释评价数学分析运算数学模型的解,哥茨尼堡七桥,数学模型应用举例,ABDC,数学模型的种类,确定性数学模型确定性的自然现象随机性数学模型随机性自然现象模糊性数学模型模糊性自然现象突变性数学模型突变性自然现象,2、公理化方法公理化方法就是从尽可能少的几个原始概念和不证自明的公理出发，应用演绎推理规律，通过逻辑推理建立整个理论体系的方法。,欧几里德像,第一个古典的公理化体系,公理化方法首先产生于数学，欧几里德几何学体系是第一个古典的公理化体系。他在几何原本中以23个定义、5条公设和5条公理作为出发点，推演出467个数学命题，将古代关于几何学的知识系统化为一个逻辑上完美、严密的体系。几何原本不仅奠定了几何学的基础，而且提供了公理化方法的范例。,一个严格的公理化体系需要满足下列的条件:,无矛盾性,独立性,完备性,公理化方法建立的一般原则,无矛盾性。在公理化体系中，要求逻辑上首尾一致，不允许出现相互矛盾的命题。完备性。即所选择的公理应当是足够的，从它们能推出有关本学科的全部定理、定律；若减少其中任何一条公理，有些定理、定律就会推导不出来。独立性。即所有公理彼此是独立的，其中任何一个公理都不可能从其它公理中推导出来，这样就可使公理的数目减少到最低限度。,哥德尔不完备性定理,1962年，哥德尔提出不完备性定理，任何一个公理化体系不可能既是完备的，又是无矛盾的。因为，任何公理化体系都是人类在一定历史时期、一定认识水平下的认识成果，不可能是绝对严格、绝对完备的。,思考：哥德尔对不完备性定理对公理化方法的挑战？(哥德尔及哥德尔定理：哥德尔，曾被时代杂志评选为20世纪100个最伟大的人物之一。在1931年，他证明了“存在着可被看作真但却不可能被证明为真的数学命题”。说明了一个公理体系不可能既是完备的，又是不矛盾的。(建议阅读：逻辑人生-哥德尔传约翰.卡斯蒂著上海科技教育出版社。),5.非逻辑思维方法,科学社会学家巴伯在科学与社会秩序中说，强调科学发现过程中逻辑的作用这样一个惯例漏掉了科学中大量最重要的东西，漏掉了所有可能的错误，漏掉了科学发现者的所有丰富想象力，也漏掉了所有对已有发现成果的思考，漏掉了所有对周围世界的认真探索的思路和方法。生理学家莱恩杜波斯在路易巴斯德中写道：“构成科学的原材料不仅是科学家的观察、实验、计算，而且还有他们的冲动、梦想和愚蠢。”,非逻辑思维的特点非逻辑思维的基本形式直觉与灵感形象思维与科学想象非逻辑思维与逻辑思维的关系,非逻辑思维的特点,非逻辑方法即运用潜意识、直觉、灵感、想象、形象思维于科学研究所产生的方法。非逻辑思维方法的特点非逻辑思维不受或少受思想束缚，常常超越思想常规、摆脱成见、构筑新意，并有想象力参与，以达到科学研究上产生突破的一种思维活动。,非逻辑思维经历的三个境界：第一境界：昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路；悬想第二境界：衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴；苦思第三境界：众里寻她千百度，蓦然回首，那人却在灯火阑珊处；顿悟,对创造主体的“内醒报告”的研究：法国数学家J阿达玛1945年对全美杰出数学家进行的问卷调查中的一个问题是在创造活动中使用的是什么类型的思维，以及这种思维形式与意识状态之间的关系。根据调查结果，他指出：“实际上，几乎所有的人不仅在思维过程中避免使用语言，甚至还避免使用代数符号或者任何其它有固定符号。他们也和我一样，总是运用模糊的意象思维”。,非逻辑思维的基本形式,潜意识直觉灵感想象形象思维,关于科学直觉的内醒报告,“我摆脱了有关这个问题的一切思绪，快步走到街上，突然，在街上的一个地方我至今还能指出这个地方一个想法仿佛从天而降，出现在我的脑中，其清晰明确犹如一个声音在大声喊叫。”“我决心放下工作，放下有关工作的一切思想。第二天，我在做一件性质完全不同的事情，好象电光一闪，突然在头脑中出现了一个思想，这就是解决的办法简单到使我奇怪怎么先前竞然没有想到。”“然后是几个月专注的思考，相要找出零散的观测现象那种令人不解的混乱究竟意味着什么。突然有一天如雷掣电闪，统统变得清晰明白长时间耐心的研究之后突然诞生的概括，使我茅塞顿开，豁然开朗，这时的快乐是人生很少快事所能比拟的。”邦格：没有漫长而且有耐心的演绎推理就没有丰富的直觉,直觉与灵感,直觉和灵感的基本特征：认识发生的突发性认识过程的突变性认识成果的突破性直觉和灵感的方法论意义它们是非逻辑思维的重要形式，也是发挥科学认识主体思维能动性的突出表现。,形象思维与科学想象,形象思维即人脑借助于形象进行创造性想象的思维活动。在形象思维过程中，一是运用形象；二是依靠想象力；三是无一定程式束缚的创造性思维活动。,科学想象是根据过去贮存在大脑中的知识、经验、方法及其在大脑中已经形成的暂时联系，进行重新组合的思维活动，包括对已经形成的暂时联系的重新建构。,5.5非逻辑思维与逻辑思维的关系,二者的区别表现在：A、特点不同B、作用不同C、所属的层次不同二者的联系表现在：A、逻辑思维也具有创造性的内容；B、非逻辑思维方法的运用，也渗透着逻辑方法。C、创造过程基本上都经历逻辑思维非逻辑思维逻辑思维这样的阶段。,6科学理论的建构,科学理论始于假说科学假说的检验科学理论建构的原则和程序构建科学理论体系的方法,6.1科学理论始于假说,只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。恩格斯假说即指在已有知识和事实基础上，对事物的本质和规律所作出的一种推测性说明。例如：光的本质的“微粒说”和“波动说”；元素之间联系的“三元素族”、“八音律表”和“元素周期表”；关于地质变化的“灾变论”和“渐变论”；关于地质构造的各种学说；数学中的各种猜想等等。,科学假说与科学理论,所谓科学假说就是在根据已知的科学事实和科学原理，对所研究的自然现象及其规律或原因提出的一种假定性推测和说明，是自然科学理论思维的一种重要形式。科学假说的基本特点是：,科学性,假定性,易变的性质,科学假说的特点合理性：假说虽然是对事物本质和规律的一种推测性说明，但是它并不是纯粹的主观臆断，而是依据已有的知识，在一定事实材料基础上提出的。例如“地心说”（2世纪）假定性：假说是基于不够充分的事实材料而对事物本质和规律作出的假定性说明。例如海王星的发现。易变性：科学理论在其发展过程中也有变化，如概念的扩张、原理的增加、理论体系的丰富等。但其内核和本质是不变的。但是，假说可能演变成理论，也可能因其错误而被淘汰，变化趋势和程度相当大。例如，哥白尼的“日心说”被开普勒修正。,建立假说的方法论原则,解释性原则,可检验性原则,对应原则,可预见性原则,逻辑简单性原则,18世纪中叶，天文学家发现，天王星理论上计算的轨道与通过实际观测数据描绘的轨道不一致。天王星轨道偏差成为天文学史上的“百年难题”。1845年法国业余天文学家勒维烈和英国业余天文学家亚当斯各自提出存在第三种可能的推测：在天王星附近有一颗尚未发现的行星起摄动作用，使天王星轨道出现异动。于是，他们分别用数学方法，从万有引力定律出发，借助行星轨道计算公式，计算出了这颗未知行星在天空中的位置。勒维烈为其取名“海王星”。1846年9月23日，德国柏林天文台助理员加勒按照勒维烈制作的海王星运行表，果然发现了它。在加勒实际发现之前，勒维烈和亚当斯的预言，不过是一种推测。,由此可见，科学假说是科学研究活动的基本程序之一，也是科学理论建立的必需的思维形式和科学方法；科学假说为科学抽查提供了不可缺少的桥梁作用，是科学认识活动过程中必需的重要环节。科学假说通常由以下基本因素构成：事实基础、背景理论（包括推理规则）、对对象本质的猜测、由猜测推演出的预言和预见。例如：大爆炸学说就是以谱线红移等事实为基础，以广义相对论和高能粒子物理学等理论为背景，以超高密、超高温状态下由某种机制引起的原始火球的急剧膨胀为基础预测，以“氦丰度”和“3K背景辐射”等为语言而构成的一个认识体系。,6.2科学假说的检验,对假说的理论检验假说的逻辑完备性；假说的逻辑简单性；假说的解释和预见能力。对假说的实践检验直接检验：观察实验直接观测科学假说所指称的内容；间接检验：观察实验来检验由假说的基本命题所推出的个别结论或预言。,判决性实验:是指在对立的两个假说之间，设计一个或一组观测或实验来证实哪一个具备预见性，或者更确切地说，证实哪一个不具有预见性。例如：（1）傅科实验（1850）（2）19世纪末麦克尔逊莫雷实验（3）1919年，物理学家爱丁顿对日全食的观测结果与牛顿力学的推论相悖，而与广义相对论的预言一致，而被称为是对广义相对论的验证。,一般而言，判决性试验可以用来作为推翻某一种解说的手段，但不可能在推翻一个假说的同时完全证明与之相对的另一个假说。例如：（1）巴斯德实验推翻了自生说，但并没有证明生命永恒假说。（2）原来被确定无疑的光的波动说，由于光电效应研究和实验对光子存在的确证而被否证。,一般来讲，判决性试验有三个基本要素：第一，判决性实验必定与一组相互竞争的假说有关；第二，该组相互竞争的假说可推出相互矛盾的预言；第三，其预言结果可以在实验中得到实际检验。,在科学发现史上，德布罗意提出物质波假说就是比较显著的类比推理的科学案例：他在对力学和光学理论的比较研究中，发现有许多深刻的相似之处。通过比较，因而他认为这两门科学实际上是相通的。而当光学中的新发现光的量子性（波粒二象性）得到证明之后，引起他的类比联想和推理：物质（粒子）的波动性是否也是可以设想成立的。由此，他提出物质波的假说，而且进一步通过类比提出物质波的定量显示德布罗意关系式。后来，在电子衍射等实验中得到了验证，从而为量子力学的创立奠定了坚实的理论基础。,6.3科学理论建构的原则和程序,逻辑完备性原则概念明确、判断恰当、推理正确和表述严密；概括地展现研究对象的整体；所有概念、范畴和规律是依次推导出来的；整个体系都具有演绎性、无矛盾性和完备性。全面系统性原则历史继承性原则,科学理论建构的一般程序A、提出科学概念B、建立科学命题C、建立科学命题系统,6.4构建理论体系的方法,从抽象上升到具体的方法作为从抽象上升到具体的科学理论体系的建构过程，通常都是将最基本、最常见的概念和命题作为逻辑起点，通过逻辑中介逐渐展开，一步步引申出越来越具体的概念、命题、定律、定理，直至完整的知识系统。,逻辑与历史相统一的方法在构建理论体系时，要坚持由概念、原理和推理所组成的逻辑结构与客观的历史发展过程或人类对它的认识发展过程相一致。它包括两种情况：第一种情况，科学理论的建构要使逻辑进程与自然史（自然事物本身的演化）相一致；第二种情况，科学理论体系的构建要使逻辑进程与认识史（科学认识的历史发展）相一致。,公理化方法公理化方法是指从尽可能少的原始概念和不加证明的原始命题（即公理、公设）出发，按照逻辑规则推导出其他命题，建立起一个演绎系统的方法。其基本规则为：A、依据该学科所提供的基本认识成果和理论材料，通过深入的分析，寻找其间的逻辑联系；B、从中抽取少数最基本的概念和命题作为原始的定义、公理和公设；C、以此作为出发点，运用逻辑规则进行推理和论证，导出其他一系列命题，最终建立起逻辑演绎的理论体系。,以牛顿创立力学体系为例：第一步，提出一个公理系统。公理系统是通过演绎组织起来的公理、定义和定理体系。牛顿力学体系就是以三定律为公理的公理体系，其中用公设的形式规定了诸如“匀速直线运动”、“运动变化”、“外力”、“作用”、“反作用”等术语之间的恒常关系。这个公理体系时自洽的，全部定理都必须由公理逻辑地推导出来，而公理本身均为初始的基本假说。第二步，规定一个把公理体系的命题与观测结果相连接的程序。牛顿区分了公理体系与它在经验中的应用，并强调抽象的体系在具体场合必须获得恰当的物理解释，这就要求将公理体系与物理世界中的事件联系起来。通过这种“对应规则”，牛顿把绝对空间时间间隔的陈述转换为受测空间时间间隔的陈述。,最后，确证用经验解释的公理体系中的演绎结果。牛顿曾经以月球绕地球旋转的向心力等于月球与地球之间的万有引力这一理论预测在精密观测条件下得到确证为例，证明天体系统和地球上的物理系统都是与牛顿力学体系（即公理体系）相联系的物理世界，它们可以看作是牛顿力学体系的经验解释。事实上，牛顿力学正是由于与这些可观测的现象存在着密切的现实联系，才成为经典科学的。,7机遇与一个人的成功,观察实验中的机遇所谓机遇，就是科学实践中由于意外的偶然事件而导致科学上的新发现。同向机遇：意外的偶然发现使遇到的难题迎刃而解，从而加快科研进程，达到预期的目的。异向机遇：本来为了探索某一现象，但在实验过程中，偏离了原来的方向和目的，意外地得到了新的发现。机遇的表现形式是偶然性，但是这种偶然性是内在必然性的表现。,机遇是成功的重要因素如何抓住机遇如何创造机遇成功的人要具备三个素质：“有肚量去容忍那些不能改变的事，有勇气去改变那些可能改变的事，有智慧去区别上述两类事。”,主要参考文献,1、贝弗里奇：科学研究的艺术2、王树恩，陈士俊主编：科学技术论与科学技术创新方法论，南开大学出版社，2001年。3、自然辩证法概论，高教出版社，2004,思考题1有人说科学认识起始于问题，有人说科学认识起源于观察，试评述这两种说法。2举例说明科学问题的来源。3.结合所学专业，谈谈怎样正确对待和运用科研选题的四个原则?4.如何看待观察和实验中的机遇？,