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科学思维与科学方法 大学生创新创业实践基地陈吉明 李约瑟难题 如果我的中国朋友们在智力上和我完全一样 那为什么像伽利略 托里拆利 史蒂文 牛顿这样的伟大人物都是欧洲人 而不是中国人或印度人呢 为什么近代科学和科学革命只产生在欧洲呢 为什么直到中世纪中国还比欧洲先进 后来却会让欧洲人着了先鞭呢 怎么会产生这样的转变呢 陈吉明办公室 西9 310工程训练中心Email cxsj538900040 电话 2419639手机 13658111071 恩格斯在 自然辩证法导言 中指出 思维着的精神 是地球上最美丽的花朵 一个民族想要站在科学的最高峰 就一刻也不能没有理论思维 恩格斯 有了良好的方法 即使是没有多大才干的人也能作出许多成就 如果方法不好 即使有天才的人也将一事无成 俄国著名的生理学家巴甫洛夫 教材 科学思维方法论 刘冠军 山东人民出版社参考书 科学思维与科学方法论 王晓燕 华南理工大学出版社参考网站 第一章绪论第二章科学问题思维方法第三章科学思维的逻辑方法第四章创造性思维方法第五章观察与实验方法第六章数学思维方法第七章科学思维的系统科学方法 第一章绪论 一 基本概念1 科学 Science 分科之学 格物致知 意思是接触事物而后了解事物的本质 形成知识 1893年 康有为引进并使用 科学 二字 科学就是整理事实 从中发现规律 做出结论 达尔文1888年 科学 运用范畴 定理 定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质的规律的知识体系 辞海 1999年版 科学定义 科学是一定历史时代的科学实践活动和科学理论的统称 2 思维思维是 人脑对客观事物的本质属性和事物之间内在联系的规律性所作出的能动地 间接地和概括地反映 思维的特点 间接性和概括性 3 科学思维的定义 科学思维就是建立在科学知识基础之上的思维 是科学劳动者或科学认识主体思维的科学化或最优化 4 科学方法 工欲善其事 必先利其器 最有价值的知识 是关于方法的知识 笛卡尔 人类历史上最有价值的知识是关于方法的知识 笛卡尔 科学发明需要创造方法 庞加 据统计 从1901年诺贝尔奖设立以来 大约有60 70 是由于科学观念 思维 方法和手段上的创新而取得的 科学方法的创新是取得科技重大进步的必由之路 近代以来 科学方法的创新与科技进步间的关系更加密切 人类基因组测序方法及其效率 科学的进步在很大程度是被科学仪器的发明所推动的 科学工具的创新是开展科学研究和实现发明创造的必要手段 2007年三月 王大珩等三位老科学家向温总理写信 提出 自主创新 方法先行 自主创新 方法先行 国家级创新方法研究会在北京隆重成立 创新方法研究会科学思维专业委员会科学方法专业委员会 科学的方法 TheScientificMethods 是指符合客观事物发展规律的 具有科学性的 在实践活动中行之有效的方法 被称之为广义的科学方法 科学研究中的方法 TheMethodsinScientificResearch 主要指科学研究领域中的方法 它包括自然科学研究方法和工程技术的研究方法 因而 被称之为狭义的科学方法 科学思维方法定义 科学思维方法是指在科学认识过程中科学劳动者进行科学思维活动的规则 途径 形式和手段的总和 二 中国传统思维的特征 1 中国传统思维方法表现出很强的伦理学倾向 热衷于社会人伦关系的追索 重人事而轻自然 淡漠对物质客体的探索 西方人注重对自然研究导致了逻辑和理性 西方思维总体趋向是外向的 强调对自然外界的认识 致力于世界物质结构和本源的认识 东方人注重对人的研究导致了伦理和道德 孔子创立的儒家学说以仁义为中心 讲的主要是 克己 礼乐 忠恕 等伦理纲常 强调关于人与人之间伦理关系的认识 孔子在 论语 中 讲 仁 的有100次 谈 知 作为智能 聪明的含义只有25次 即使讲到 知 强调的也是关于人与人之间伦理关系的认识 两小儿辩日 孔子东游 见两小儿辩斗 问其故 一儿曰 我以日始初时去人近 而日中时远也 一儿以日初出远 而日中时近也 一儿曰 日初出大如车盖 及日中则如盘盂 此不为远者小而近者大乎 一儿曰 日初出沧沧凉凉 及其日中如探汤 此不为近者热而远者凉乎 孔子不能决也 两小儿笑曰 孰为汝多知乎 列子 汤问 两小儿辩日 中国的知识分子越来越远离自然对象 而益发深陷于空洞的玄思或纯粹的文学追求 当孟子在对人性的内在美德进行理论探讨时 欧几里德正在完善几何学 正在奠定欧洲自然科学的基础 胡适 2 中国传统的思维方式是经验型思维 取象模拟 直观外推 抽象化程度不够高 偏重于经验的归纳 而缺乏概念的逻辑推理 技术传统 工匠传统 实用和功利以天 算 农 医为主体的中国古代科学技术 形成了以善于解决实际问题见长的特点和传统 科学知识大多是经验性的和描述性的 极少作理论和逻辑分析 更未形成一种严密的和完整的理论体系 3 中国传统思维的直观性和模糊性 言有尽而意无穷 道 可道 非常道 名 可名 非常名 无 名天地之始 有 名万物之母 故常无 欲以观其妙 常有 欲以观其徼 此两者 同出而异名 同谓之玄 玄之又玄 众妙之门 老子 道德经 4 单一化 和谐统一性 天人合一 与 和谐 罢黜百家 独尊儒术 探讨万物的始基 阿那克西曼德认为是水 赫拉克利特认为是火 毕达哥拉斯认为是数 德漠克利特认为是原子 三 学习科学思维的意义 1 有助于人们将掌握的知识转化为科学思维方法 甚至创造出新的科学思维方法 2 科学思维方法是科学认识主体和客体的结合部 是把主体和客体联系起来的中介和纽带 因此学习科学思维有助于科学认识主体与科学认识客体的结合 这也是科学思维方法的最重要的作用 3 有助于人们自觉地 科学地进行思维 进而从自发 朴素的思维方式中摆脱出来 4 有助于人们通向真理 获得真理性认识 体现能力导向的教育 教育是能够导致学习的交流活动 劳尔 重要的不是获取知识 而是发展思维费希特 教育必须培养人的自我决定能力 而不是培养人们去适应传统世界 教育重要的不是着眼于实用性 传播知识和技能 而是要唤醒学生的力量 培养其自我性 主动性 抽象的归纳力和理解力可持续发展 创新 需要坚实的基础 但基础并不仅仅是 知识 发扬知识基础扎实的优势 强化受教育者的基本能力培养 探索未知学习已知培养能力传授知识 体现能力导向的教育 高等教育三方面 知识 能力 素质 夯实知识基础 强化能力基础 培养能力传授知识 策略 做法 可持续发展 知识运用的综合性 灵活性 探索性 有效解决实际问题 基础 是载体 是表现形式 探索未知学习已知 华盛顿协议 WashingtonAccord 能力要求 在系统 工艺和机器的设计 操作和改进过程中 能够应用数学 科学和工程技术知识 发现并解决复杂工程问题 了解并解决环境 经济和社会与工程相关的问题 具有有效沟通能力 能够接受终身学习并促进职业发展 遵守工程职业道德 能够在当今社会中发挥作用 ABETEC2000 应用数学 科学及工程知识的能力设计与执行实验以及分析与解释数据的能力设计系统 零部件或制造程序以满足特定需求能力在跨领域团队中发挥作用的能力发掘 推导以及解决工程问题的能力对专业与道德责任的领悟有效沟通的能力全球与社会性环境下了解工程解决方案产生的冲击所需之广博教育认知终身学习的必要性以及将之实践的能力认知当代议题相关的知识执行工程业务所需要的技术 技能以及现代工程工具的运用能力 第二章问题思维方法 人类走向文明的历程是不断发现问题 提出问题 解决问题的过程 我们生存的世界是思考问题的结果 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像力 而且标志着科学的真正进步 爱因斯坦 第一节什么是问题 一 问题的定义问题 ProblemQueryIssueQuestion 问题是矛盾 是疑问 问题可以用来指错误 是需要研究解决的疑难和矛盾 是关键 重点 是意外事故 是指困难 是研究的课题 1 语义角度分析 问题的定义 2 从方法论 哲学 自然辩证法角度分析是一个智力上的愿望 问题 解释的理想 目前的能力 是背景知识中固有的预期与所提出的观察或某种假说等新发现之间的冲突和矛盾 是基于一定的科学知识的完成 积累 为解决某种任务而提出的任务 是社会的需要对科学提出任务 通过科学工作者理解转变为科学 问题的定义 3 逻辑学角度分析 疑问说 即偏重于揭示 问题 疑问的属性 回答 说 偏重于要求回答的属性 回答 说 即 疑问 和 回答 并重的属性 如 问题 是一种提出疑问 要求回答的思维形式 二 问题的特征1 问题的普遍多样性2 问题的客观存在性特征3 问题的主观性特征4 问题的互联性特征 三 问题分类1 闭合问题和开放问题2 基本问题和非基本问题3 单域问题和跨域问题4 科学问题与日常问题5 常规问题和非常规问题 闭合问题 在野外 在没有火柴 打火机等引火工具的情况下 在下列东西中 你认为应当用什么来引火 A保龄球 B铁锹 C一瓶矿泉水 D自来水笔 E洋葱答案是C 因为矿泉水瓶可用作聚焦日光的透镜 实例 埃及阿斯旺水电站的建设 科学问题定义 科学问题是科技人员在科技研究和科学思维过程中 在一定的已知背景知识条件下 想要达到而未能达到的科技认知的范畴 是科学认识主体对科学认识客体的已知背景知识和未知内容之间的差距的主观反映 其客观内容是科学认识主体关于科学认识客体的未知内容的欲知部分 其主观形式是用疑问句 陈述句等来表述的 科学问题要求给予概括的 客观的 准确的和批判性的解答 其结论要求有普适性 可检验性 可重复性 科学问题的特征 1 科学问题的客观性特征2 科学问题的主观性特征3 科学问题的中立性特征4 科学问题的探索性特征5 科学问题的时代性特征6 科学问题的复杂多样性特征 四 认准问题 1 认准问题的意义 培根 跛足而不迷路 能超过虽健步如飞但误入歧途的人 实例 耐高温 和 可被被气化 问题 寻找耐高温的材料 在返回大气层时不被瓦解 问题转换 寻找 可被气化 的材料 2 伪命题和错误命题伪命题 是指其隐含判断是虚幻判断的问题 例如 怎么样制造永动机 错误命题 是指其 隐含判断 事实上是错误的 例如 脚气病是有什么病毒引起的 3 认准问题的方法 1 找出问题是从哪里来的 案例 水和农作物 2 仔细查看问题 认明所有可用的信息学习有关的定理和基本原理收集遗漏的信息简化陈述问题想象目前情况下可能存在的问题头脑风暴 猜答案回忆过去或有关问题和经验描述或定性地勾画解法 或勾画出解题的方向收集更多的数据信息重新陈述问题 3 确认 现在状态 和 期望状态 的完全吻合 现在状态 是解题者对目前所遇到问题的描述 期望状态 是对解题目标的描述 实例 击中问题 4 对认准的问题给予评估核实表 你确实了解该问题的所有部分吗 你将该问题的所有有用信息都熟于心吗 你确定没有遗漏有用信息吗 有他人的意见左右你的判断力吗 第二节解决问题的方法和技巧 一 解决问题的方法论原则1 方法与问题相适应原则包括两层含义 其一是方法与问题的类型相适应 如 书生放牛 的故事所述 其二是方法与解决问题的发展过程和水平相适应 2 方法与思维对象和思维内容相适应原则要求根据思维对象和思维内容的特点选择思维方法 在已有的方法不适用时 及时转换方法 或者创立新的方法 3 方法互补性原则充分发挥每一种思维形式和方法的作用 掌握多种思维形式和方法 根据实际情况和所面临的问题及时调整思维形式和方法 变换思维角色 二 解决问题的模式1 王国维三重境界论王国维先生在 人间词话 中提出了名为 三重境界 的解题模式 这三重境界或三个阶段分别是 静思冥想 类比为 昨夜西风凋碧树 独上高楼 望断天涯路 坚持苦索 类比为 衣带渐宽终不悔 为伊消得人憔悴 突然顿悟 类比为 众里寻他千百度 蓦然回首 那人正在灯火阑珊处 2 G 华莱士四阶段模式准备阶段 酝酿或孕育阶段 明朗阶段 验证阶段 三 解决问题的技巧找问题的薄弱点化繁为简观念创新模仿成功的经验善于集思广益做 智慧型 解题者学会逆向思维不妨横向思考 5W2H 提问法 1 What 是什么 目的是什么 做什么工作 2 Who 谁 由谁来承担 谁来完成 谁负责 3 Why 为什么 为什么要这么做 理由何在 原因是什么 造成这样的结果为什么 4 When 何时 什么时间完成 什么时机最适宜 5 Where 何处 在哪里做 从哪里入手 6 How 怎么做 如何提高效率 如何实施 方法怎样 7 Howmuch 多少 做到什么程度 数量如何 质量水平如何 费用产出如何 奥斯本的检核表 能否他用 枪 作为武器功能已有很多品种 如步枪 手枪 冲锋枪 机枪 信号枪 无声枪等 破除功能固定论后 通过提问 是否有其它用途 如救生枪 这是一种潜水员用的抢险 救难的工具 可以修补船体 或给失事潜艇供气 注射枪 用来给猛兽打针 种植枪 加拿大研制成了种树枪 在塑料子弹里装有营养土和种子 这样植树每天可种二千棵 且成活率高 而美国则创造了 机枪播种法气把播种机枪 装在飞机上 向大片土地扫射 便大功告成了 建筑装修用的射钉枪可以方便快捷地在木头 水泥上钉钉 能否借用 泌尿科医生引入微爆破技术消除肾结石 亚历山大 塞缪尔森莲步裙型可口可乐瓶1915年取得专利 弹力技术公司首席工程师马内什与他发明的无气轮胎 第三章科学思维的逻辑方法 一 比较 分类和类比二 分析和综合三 归纳和演绎四 抽象和具体 111211211111221下一行是 一 比较 分类和类比 1 比较比较是确定事物之间共同点和差异点的逻辑思维方法 比较是区别 鉴别事物的一种基本方法 比较的可比性 主要表现在比较的方面 标准 条件以及三者之间的关系上 比较的类型 质的比较与量的比较 静态比较与动态比较 现象比较与本质比较 比较在科学研究中的作用 1 能够对客观事物进行定性鉴别和定量分析 2 通过历史比较的方法 从动态的角度研究事物的变化 揭示物质运动的变化历史和发展规律 3 比较方法可以帮助我们去揭示理论与实验的矛盾 理论与理论之间的矛盾 实验与实验以及实验与事实之间的矛盾 从而发现问题 找到突破口 揭示自然的内在规律 比较方法在科学研究中的作用 知识不能单从经验中得出 而只能从理智的发现同观察到的事实两者的比较中得出 爱因斯坦 比较 分类和类比 2 分类 1 概念 分类是根据研究对象的共同点和差异点 将其区分为不同种类的逻辑思维方法 通过比较区别出事物之间的共同点和差异点 按共同点将研究对象归为较大的类 按差异点将研究对象区分为不同的较小的类 分类必须相应相称 即分类所得的相互排斥的各子项之和必须等于母项 同一种分类必须采用同一个标准 分类必须按一定的层次和等级 逐级进行 分类方法的重要意义 1 分类方法能使观察实验得到的大量繁杂的感性材料系统化 条理化 在科学研究对象之间建立起立体的从属关系 2 分类方法通过科学和系统的分类 揭示事物内部的规律性 并能作出科学的预见 比较 分类和类比 3 类比类比是根据两个或两类事物在某些属性的相似或相同 推出它们在其他属性也可能相似或相同的一种逻辑思维方法 类比方法在科研中具有启发思路 提供线索 举一反三 触类旁通的作用 类比是提出科学假说的重要途径 是设计实验的逻辑基础 类比具有一定的局限性 应扩大类比的范围 增强已知属性与未知属性之间的相关性 提高其可靠性 类比类型 1 简单共存类比 2 因果类比 3 对称类比 4 协变类比 5 综合类比 类比在科学认识中的作用 类比是提出科学假说的重要手段 类比在用已知领域的研究手段去探索未知领域的科学奥秘中有重要作用 类比方法为技术发明提供了逻辑基础 类比还常常可以推动科学研究中新的理论概括 二 分析和综合 1 分析分析是在思维中把研究对象分解为各个组成部分或各种组成要素 并分别加以研究的逻辑思维方法 常见的分析方法有 定性分析法 定量分析法 因果分析法 结构分析法 比较分析法 分类分析法 数学分析法 系统分析法等 分析方法把复杂事物简单化 深化对事物的认识 便于把握事物的本质 但它割裂了事物的联系 得到的只是事物的局部知识 缺乏对事物的整体认识 分析方法在科学认识中重要作用 第一 把复杂事物简单化 为下一步研究提供便利条件 第二 使人们对事物的认识易于深化 易于揭示事物的本质和规律 分析方法的局限 一方面 由于它割裂事物的联系 着眼于局部的研究 这就容易使人的思维限制在狭小的范围内 养成一种孤立 静止 片面地看问题的习惯 另一方面 分析的结果 只能得到关于事物各个部分或因素的局部知识 这就容易使人只见树木不见森林 缺乏对事物的整体认识 2 综合 综合是在分析的基础上把客观对象的各个部分或各种要素在思维中内在地联系起来 形成对客观对象的整体认识的逻辑思维方法 常见的综合方法有 对称法 移植法 系统综合法等 综合方法克服了分析方法的局限性 能揭示事物在分割状态下不曾显现的特性 从整体上全面把握事物的本质 综合在科学认识过程中重要作用 第一 综合是通向科学发现的重要途径 第二 综合是一种重要的技术发明方法 第三 现代科学技术的发展愈来愈广泛地应用综合方法 分析是综合的前提和基础 综合是分析的发展和提高 应建立分析和综合相统一的思维模式 3 分析与综合的关系 第一 分析和综合是相互依存的 分析是综合的前提和基础 综合是分析的发展和提高 第二 分析和综合是相互渗透的 第三 分析和综合的地位和作用在一定的条件下是相互转化的 科学认识总是从分析到综合 又在综合的基础上进行新的分析 再到新的综合 应建立分析和综合相统一的思维模式 三 归纳和演绎 1 归纳归纳方法是从对个别事物的认识中概括出一般原理的一种逻辑思维方法 归纳法分类 求同法差异法求同差异共用法共变法剩余法 科学归纳法 不完全归纳法 简单枚举法 完全归纳法 简单枚举法 简单枚举法是根据某一属性在一些同类对象不断重复而没有遇到矛盾的情况下 对该类做出一般性结论的推理方法 科学归纳法科学归纳推理是根据某类事物部分对象中的内在本质联系 推出该类事物的一般性结论的推理方法 包括求同法 差异法 求同差异共用法 共变法 剩余法 这五种方法也叫 穆勒五法 求同法 求同法就是从不同的场合里找出相同的因素结果相同 因子相异 异中求同 契合求解 差异法 差异法是从两种场合所存在的差异中找出因果联系结果相异 因子类同 同中求异 差异求解 求同差异 求同差异共用法是把求同差异两种方法结合起来去求解因果关系 两批实验 情况相反 两相比较 差异求真 共变法 共变法从某种现象的变化引起另一现象的变化 找出两种现象变化的因果联系 剩余法 剩余法是在一组复杂的现象中把其中知道的因果关系减去 而求出其它未知的原因 分析结果 因果对应 果有剩余 必有隐因 科学归纳推理的优点在于 由于它把因果规律作为逻辑推理的客观根据 并且以观察 实验的结果为基础和前提 因而结论一般是可靠的 在科学研究中 常用它进行对照实验和析因实验的实验设计 以及用于整理和加工有关的观察 实验资料等 归纳法在科学认识中的作用 第一 归纳法是从个别性的经验知识中寻找和发现普遍性理论原理的重要方法 第二 运用归纳法可以启发思路 提出假说或猜想 促进科学研究的深入发展 第三 归纳法是以个别性的经验知识论证和评价普遍性理论原理的重要方法 归纳法在科学认识中的局限性 首先 归纳法是一种或然性的推理方法 在推理前提为真的情况下 结论仍可能是假的 其次 科学认识的发展是一个复杂的过程 需要多种方法的密切配合 而归纳法只在其中一个方面发挥作用 在科学认识中归纳法必须与其它方法相配合 尤其是与演绎法相结合 2 演绎 演绎是从一般推演出个别的思维方法 是用已知的一般原理考察某一个别的对象 推演出这一对象的有关结论的思维方法 演绎的主要形式是三段论 由大前提 小前提和结论三部分组成 例 大前提 自然界中一切物质都是可分的 小前提 基本粒子是自然界中的一种物质 结论 基本粒子是可分的 试题 甲说乙说谎 乙说丙说谎 丙说甲乙都说谎 以下正确的说法是 A 甲和乙诚实 丙是说谎者 B 甲和丙说谎 乙是诚实者 C 乙和丙说谎 甲是诚实者 D 乙和丙诚实 甲是说谎者 答案 B 演绎法在科学认识中主要作用 第一 演绎法是进行逻辑证明的一种重要思维工具 第二 演绎法是在理论上解释和预言科学事实的手段 第三 演绎法是发展科学假说和科学理论的一个必要环节 试题 已知 只要甲录取 乙就不能被录取 只要乙不被录取 甲就被录取 甲就被录取 已知这三个判断只有一个真 两个假 则推出 A 甲乙都被录取 B 甲乙都未被录取 C 甲被录取 乙未被录取 D 乙被录取 甲未被录取 答案 甲 乙 丙三人中 只有一个会游泳 甲说 我会 乙说 我不会 丙说 甲不会 如果三句话只有一句是真的 那么会游泳的是 A 甲 B 乙 C 丙 D 无法判断 答案 B 3 归纳与演绎的关系 归纳是演绎的基础 演绎是归纳的指导 二者在一定条件下相互转化 要建立归纳和演绎相统一的思维模式 英国 自然 杂志公布了2007年度科学研究十大突破之一是 通过对人和大鼠的研究 科学家提出 记忆力和想象力均根植于人类大脑的海马区 该区是大脑重要的记忆中心 由此推断 A大脑的记忆也许能重新梳理过去的记忆 B大脑的记忆也许能产生关于未来的想象 C科学发现人类大脑的重要记忆中心 D科学发现挑战人类智力的记忆程序 四 抽象和具体 科学抽象是在感性材料的基础上 对感性材料进行去伪存真 去粗取精 由表及里和由此及彼等一系列的整理 加工 改造和制作的过程 也是概念 规律的抽象形成的过程 因此 科学抽象对于我们认识自然界客观事物的本质和规律 具有重大的作用 1 科学抽象及其作用抽象是透过现象抽取本质的思维过程和方法 科学抽象是在科学研究过程中运用理性思维 排除研究对象的非本质的 表面的 偶然的因素 抽取其本质的 内在的 必然的东西 以达到对研究对象的本质和规律性认识的一种理性思维方法 科学抽象 科学抽象在科研中的作用 鉴别真象与假象 去伪存真 区别主要因素与次要因素 纯化研究对象 识别基础属性与派生属性 抽取研究对象的基础属性 综合研究对象的各种属性和关系 抽象出其本质 2 科学抽象的一般过程 科学抽象是对科学事实的抽象 而科学事实是通过科学观察 实验和调查等实践活动获得的 所以 科学抽象必须以实践为基础 科学抽象的过程一般是经过三个阶段和两次飞跃实现的 三个阶段是 1 感性的具体 指研究对象的完整映像 即获取的科学事实 2 抽象的规定 指经过分析各种科学事实后所形成的未综合的科学概念 包括规律 原理 3 思维中的具体 指综合后的科学概念和完整的理论体系 两次飞跃 从感性的具体到抽象的规定 从抽象的规定上升到思维中的具体 这两次飞跃 构成了一个完整的科学抽象过程 3 科学抽象的形式 1 科学符号 被研究和认识的某种客观事物的替代物 它具有物质性 可感知性 2 科学概念 反映事物本质属性的思维形式 是理性思维的三种基本形式之一 3 思想模型 通过科学抽象建立起来的关于事物原型的思想客体 4 理想实验 经过科学抽象 把实验条件抽象到理想化程度 在思维中模仿真实实验的结构和形式 借助于科学想象和逻辑推理而进行的实验 第四章创造性思维方法 案例 圆珠笔漏油问题的解决第一种 堵的方法第二种 釜底抽薪的方法 一 创造性思维的涵义和特征 涵义 创造性思维是指人们在的复杂的思维活动中适时地改变思维方向 思维过程 思维方式和思维方法 以产生具有独特性 新颖性 和价值性结果的思维 创造性思维的特征 转换 或者 改变 二 创造性思维的品质 一 突破性 二 结果的新颖性 三 思维方向的多向性1发散思维与聚合思维互补2正向思维与逆向思维对立统一3横向思维与纵向思维的有机结合 四 结果的多样性 五 深刻性 六 独立性 七 意外性 八 敏捷性 九 风险性 十 逻辑思维和非逻辑思维互补 西南科技大学工程技术中心 逻辑思维在创造中的作用 1 正面积极作用 可以发现问题 有时能够创造性地解决问题 在更高层次上总结创造性思维结果 2020 2 19 西南科技大学工程技术中心 138 逻辑思维在创造中的作用 1 正面积极作用 发现问题 有时能够创造性地解决问题 在更高层次上总结创造性思维结果 A 通过逻辑检查定义发现创造问题B 通过逻辑检查因果关系发现问题C 通过逻辑规律发现问题D 通过严密逻辑推理发现问题如伽利略落体定律 门捷列夫元素周期表推理出新元素等 如缺点列举法和希望点列举法 西南科技大学工程技术中心 139 逻辑思维训练 一天一夜的时间里 时针和分针一共要重合多少次 答案 22次 西南科技大学工程技术中心 140 逻辑思维训练 阿良为庆祝岳父的生日买了一个大蛋糕 可是被人偷吃了阿良非常生气 有四个人其一偷吃了蛋糕 他问了四个可疑人 A B C D 四个人中只有一个说了真话 其余的人都在撒谎四个人的回答如下 你能找出是那一个人偷吃了蛋糕 A说 是B偷吃的 B说 是D偷吃的 C说 我没偷吃 D说 B在说谎 答案 C 四逻辑思维在创造中的作用 2 逻辑思维在创造中的负面局限性 不能突破原有框框 在原有知识的基础上重复 很难越出思维定势 从而难以产生新思想 逻辑思维主要借助语言表达 由于语言本身的不严密性造成表达不清 常常引起人们的误解和影响人们的创造 如 脑筋急转弯 测试题 就是其中一种 逻辑思维本身只是一种符合逻辑规律的思维 而符合逻辑规律与符合事实并不完全是一回事 如逻辑学中的 悖论 就是符合逻辑规律但不符合事实的典型 这些都不利于人们的创造 空着肚子能否吃下两个煮熟的鸡蛋 朋友值千金 金钱如粪土 三 创造性思维的方式 一 想象思维 二 发散思维 三 直观思维 四 灵感思维 一 想象思维方法 想象是人在头脑中塑造过去未曾感触过的事物的形象 或者将来才有可能实现的事物的形象的思维方式 案例 想象导致 随身听 的诞生 爱因斯坦 想像力比知识更为重要 因为知识更新是有限的 而想像力概括着世界上的一切 推动着进步 并且是知识进化的源泉 严格地说 想像力是科学研究中的实在因素 1 想象的创造功用 1 想象 幻想激励人们创造欲望 激发人们做出新的创造案例 1849年 俄国科学家齐奥柯夫斯基通过大胆地想象 提出了未来宇宙航行的十五步幻想 2 想象产生科学假说和设想案例 爱因斯坦相对论的诞生 3 想象是创造问题的源泉 幻想 未来宇宙航行的十五步设想 1849年俄国科学家齐奥柯夫斯基 1 制造带翅膀的和一般操纵机构的火箭式飞机 2 以后飞机的翅膀略有缩小 牵引力和速度增加 3 穿入稀薄大气层 4 飞至大气层外及滑翔降落 5 建立大气层外的活动站 人造地球卫星 6 宇宙飞行员用太阳能解决呼吸 饮食及其他日常生活目的 7 登月 8 制造太空衣 以便完全地从火箭进入太空 9 在地球周围建立宽广的居民点 10 太阳能不仅用于饮食和生活舒适 而且用于绕整个太阳系移动的动力 11 在小行星带上和太阳系里其他不大的天体上建立移民区 12 在宇宙中发展工业 宇宙站的数目增加 13 达到大小和社会的理想 14 太阳系居民比目前地球居民多一千万倍 已达饱和点 之后就要住到整个银河上去 15 太阳开始熄灭 太阳系的残存居民转至别的 太阳 149 2 幻想思维形式 缺乏幻想的学者只能是一个好的流动图书馆和活的参考书 他只会掌握知识但不会创造 德国启蒙思想家莱辛 法国启蒙思想家狄德罗 D Diderot 说得更实际 没有幻想 一个人既不能成为诗人 也不能成为哲学家 有机智的人 有理性的生物 他也就不成其为人 3 联想思维形式 联想思维 就是人们通过一件事情的触发而迁移 想 到另一些事情上的思维 联想能够克服两个不同概念在意义上的差距 并在另一种意义上将二者联结起来 由此常产生一些新颖的思想 根据联想物与触发物之间的关系 联想思维可划分为三种形式 相似联想对比联想相近联想 联想思维方法的实例 圆盘锯的发明 相似联想1821年的一天 美国一位叫泰比达巴碧的家庭主妇 到丈夫工作的水磨坊看工人们干活 注意到不停转动的磨盘而受到启发 想到如果把长条形锯片改为圆盘状 不就可以借助水力推动进行锯切吗 由此发明了圆盘锯 成为电动圆盘锯的雏形 加气混凝土钢筋混凝土的发明 相似联想在合成树脂 塑料 中加入发泡剂 使合成树脂布满无数微小细孔 这样的泡沫塑料 海绵 既省料 质量又轻 并有良好的隔热和隔音性能 日本一个叫铃木的人联想到在水泥中加入一种发泡剂 使水泥也变得既轻又具隔热和隔音的性能 结果发明了气泡混凝土 即现代的加气混凝土 自行车胎的发明 相似联想自行车刚发明时 英国苏格兰医生邓禄普看到儿子在卵石路面上骑自行车颠簸很厉害 想要开发一种减震的装置 有一天 他用橡胶水管浇花时无意间捏住管口 水管一下子由软变硬 弹性十足 使他联想到可用此原理作轮胎 结果就用像胶管制成了世界上第一个弹性较好的轮胎 薄钢板的分离 相近联想轧制钢板时 粘在一起的薄钢板很难一张张地分开 联想到磁铁同极相互排斥的现象 设计一个电磁铁 生产时将整摞钢板的一端磁化 使钢板相互排斥 就可以将钢板分开了 波斯猫 司令部 擦皮鞋的联想 一个擦皮鞋的小孩对擦皮鞋做了一连串的联想 皮鞋光亮 衣冠楚楚 风度翩翩 参加舞会 约会 黄昏 于是他下午早早收摊 在傍晚出来擦皮鞋 结果他的生意比别人做得好 火箭式打井机或打桩机 对比联想由火箭和大炮向上发射想联想到向下发射 发明了火箭式打桩机 反三轮电动车 二 发散思维 一发散思维问题 用六根火柴摆出四个正三角形 案例 自由女神像维修垃圾变废为宝发散思维 又叫做思维的扩散性或开放性 其思维表现形式是从某一点出发 既无一定方向也无一定范围地任意进行思考 发散思维的属性 1 思维发散的流畅性 丰富性是指在同一方向上能够产生大量念头的一种属性 2 思维发散的灵活性 变通性指改变思维方向的一种属性 3 思维发散的独特性 新颖性指能够产生不寻常的新念头的属性 发散思维强化训练 1 功能发散2 材料发散3 属性发散4 组合发散5 结构发散6 方法发散7 因果发散8 关系发散 发散思维方法 智力激励法BrainStorming头脑风暴法简称 BS法 Alex Osborn1939创立 发散性训练 1 一笔连结九个点 你能有多少种连法 请具体描述连结方法 不允许后退 重叠 2 请尽可能多的写出曲别针的用途 奥斯本的检核表 亚历山大 塞缪尔森莲步裙型可口可乐瓶1915年取得专利 三 直观思维形式 爱迪生确定鱼雷形状英国人怀特黑德于1866年发明鱼雷后 在第一世界大战1914 1918期间 德国传统鱼雷共击沉总吨位1200万吨的协约国商船 当时美国的鱼雷速度不高 德国的军舰只需改变方向就能避开 命中率极低 想不出改进的方法 爱迪生知道后 未作任何调查也未作任何计算 立即提出一种意想不到的办法 要研究人员做一块和鱼雷一样大的一块肥皂 由军舰在海中拖行若干天 水的阻力使肥皂变成了流线形 按肥皂的形状建造鱼雷 果然收到奇效 直观思维 就是人们不经过逐步分析而迅速对问题的答案做出合理的猜测 设想或顿悟的一种跃进式思维 是一种重要的创造性思维形式 爱因斯坦 直觉是人性中最有价值的因素 我相信直觉和第六感觉 四 灵感思维 灵感思维是人们的创造活动达到高潮后出现的一种最富有创造性的飞跃思维 灵感思维常常以 一闪念 的形式出现 使思维由量变到质变 1 灵感及其普遍性灵感思维是指人们在思考某一问题时 经过长期思考 反复探索 而百思不得其解 由于受外界某一因素的激发和启示 使问题一下子得到澄清的 顿悟 这一 顿悟 被称之为灵感 2 灵感的发生是潜意识和显意识相互作用的结果显意识是一种显现的 自觉的 随意的 可控制的反映形式 潜意识则是一种未显现的 潜在的 非自觉的 不随意的反映形式 例如 睡梦 梦游 呓语 无意识的感知 记忆 注意 防范 体验等 现代心理学和神经生理学的实验和测定表明 人脑中的潜意识和显意识都是客观存在的 都是主体对客体的反映 显意识的功能主要在大脑的左半球 潜意识的功能主要在大脑的右半球 一种特定内容的灵感发生 首先是由显意识对某一问题进行长期思考和反复探索 因百思不得其解作为指令性信息传递给潜意识后才开始的 这时在潜意识中 使新输入的知觉信息与已有的知识或经验信息的同构活动加快 经过加工 改造和组合 推出新信息或新图形 再反馈到显意识进行分析 综合和鉴别 如果不符合要求 则又把这一信息或图形作为指令性信息再传递给潜意识进行蕴育和组合 经过这种反复过程 一旦潜意识推出符合目的的结果 便涌向显意识 形成一种豁然开朗的快感 则表明灵感的发生 潜意识向显意识反馈的这一飞跃的实现 一般要有一种激发因素 要么由于外界某一启示物的激发 要么是某种联想所引起 要么是其它思维的触类旁通而实现的 总之 灵感蕴育在潜意识 发生在显意识 机理过程可用下图表示 不符合要求NO输送 显意识 潜意识 显意识 指令性信息 新信息或新图形 长期思考 反复探索使思想达到饱和态 进行新 旧信息的同构活动 加工 处理 组合新旧信息 并推出新信息或新图形 受外界某一因素的激发 启示物 联想 触类旁通 灵感产生 符合要求 Yes 分析 综合 签别 从神经生理学角度讲 人脑有1千亿个神经细胞 神经单元 每个神经单元具有接收 加工 储存 传递信息的功能 一旦外界有什么刺激 神经单元就会放电 产生神经脉冲 沿神经纤维传递下去 灵感思维属性 思维的饱和性 引发的随机性 突发性 瞬时性 模糊性 结果的新颖性 独创性 1 思维的饱和性这是指显意识必须长期思考 反复探索 目标的专一 专注 使其思想达到饱和态 才能使显意识输送给潜意识足够的信息量 才能使潜意识内部的信息同构活动加快 也才能使潜意识转化为显意识的活动加快 如醉如痴癫狂 2 引发的随机性 3 突发性这是指当潜意识蕴育成熟 并把结果反馈到显意识时 人的思想就会象闪电一般 茅塞顿开 豁然开朗 一切都变得那么清晰明白 突发性在时间上指突如其来 在效果上指意想不到 4 模糊性灵感的形成主要是在潜意识内进行的 灵感往往出现在人们醒与睡之间的一种中间状态之下 或出现于显意识与潜意识的交叉过渡之中 这便决定了灵感思维的模糊性 所谓灵感的模糊性 是指灵感所产生的新线索 新结论 新想法往往并不很清晰 尚有待于进一步清理 因此 灵感产生后还需要对其进行认真思索和逻辑思考 才能进一步获得明确的结果 这是创造过程中极为重要的一环 总之 饱和性是指显意识为向潜意识转化创造的条件 模糊性是指在潜意识范围内蕴育灵感的过程 突发性是指潜意识推论的结果向显意识的跃迁 脑中要有一个待解决的中心问题 要有足够的知识和经验积累 过量思考 适当搁置 引发 诱导 灵感的产生 灵感产生的条件和过程 第一 研究者必须具有必要的实践经验和知识储备 并掌握一定的方法要领 对所研究的问题产生浓厚的兴趣 进行长期的思考 直至思想达到饱和状态 是产生灵感的最基本的前提条件 第二 紧张的工作之后的精神松弛阶段是产生灵感的良好时机 一般说来 要调节大脑由紧张抑制阶段转入轻松 自在阶段 主要通过听音乐 观赏花鸟 散步 闲谈 卧床休息 临睡前 起床后 或者住院养病阶段 睡梦之中 第三 阅读科学论文 交流学术观点 寻找激发条件 第四 乐观的情绪 安静的心灵 利于灵感的产生 因为只有当一个人情绪高涨 精神饱满 信心百信时 想象力才最丰富 思维最敏捷 精力最集中 受益于灵感的机会越多 灵感从来不会产生在精神秃丧 烦燥不安的人身上 祖国医学有 清心凝神 一会即觉 说的就是这个道理 第五 养成随时记录思想火花的习惯 灵感的加工 灵感是一把解决问题的 金钥匙 但是扑捉到灵感不等于一蹴而就地解决了所有问题 还必须对灵感进行再加工 爱因斯坦说 直觉之后还要用逻辑经验 钱学森说 在灵感内现之后 应很快回到逻辑思维方式中 使之上升到一个新的理性认识阶段 巩固和发展 灵感客人 悄悄给你送来的精美礼物 托兰斯创造力测量量表 根据自己相符合的情况 在每项后面的括号力打上 1 办事情 观察事物或听人说话时能专心致志 2 说话 作文时经常用类比的方法 3 能全神贯注地读书 书写和绘画 4 完成老师布置的作业后 总有一种兴奋感 5 敢于向权威挑战 6 习惯于寻找事物的各种原因 7 能仔细地观察事物 8 能从别人谈话中发现问题 9 在进行创造性思维活动时 经常忘记时间 10 能主动发现问题 并能找出与之有关的各种关系 11 除日常生活外 平时大部分时间都在读书学习 12 对周围事物总持有好奇心 13 对某一问题有新发现时 精神上总感到异常兴奋 14 通常能预测事物结果 并能正确地验证这一结果 15 即使遇到困难和挫折 也不气馁 16 经常思考事物的新答案和新结果 17 具有敏锐的观察力以及提出问题的能力 18 在学习中 有自己选定的独特研究课题 并能采取自己独有的发现方法和研究方法 19 遇到问题时 常能从多方面探索可能性 而不是固定在一种思路或局限在某一方面 20 总有新设想在脑子里涌现 即使在游玩时也能产生新设想 大作业 1 哥白尼的 天体运行论 是科学吗 试论述之 2 中国人的传统思维有什么特征 在科技创造活动中如何扬弃 3 举例说明什么是创造性思维 它有哪些特征 在科技创造活动中有何作用 如何提高自己的创造性思维能力 4 联系实际 阐明学习科学思维方法的意义 第五章观察与实验方法 第六章数学思维方法 第七章系统科学的思维方法