自然科学基础1.2自然科学研究方法

自然科学研究方法第二节拉普拉斯(Pierre-SimonLaplace,1749－1827)Research——“反复探究”一位天才的研究方法，对科学的进步，甚至对他本人的荣誉，并不比发现本身更少用处。科学研究的一般方法历史上著名的科学研究方法现代自然科学的研究方法科学态度和科学精神宏观一、科学研究的一般方法1、在进行科学研究时，应当首先认识到问题的存在。2、要把问题的非本质方面找出来，加以剔除。3、要把你能够找到的、同这个问题有关的全部数据都收集起来。4、有了这些数据，就可以作出某种初步的概括，以便尽可能简明地对它们加以说明，用扼要的语言或数学关系式加以概括。假说5、有了假说以后，你就可以对尚未进行的实验的结果作出推测。下一步，你便可以着手进行这些实验，看看你的假说是否成立。6、如果实验获得了预期的结果，那么你的假说便得到了强有力的事实依据，并可能成为一种理论，甚至成为一条自然定律。当然任何理论或自然定律都不是最后定论。这一过程需不断地重复下去。牛顿因苹果掉落发现万有引力笛卡尔凝视蛛网建立坐标系凯库勒打瞌睡领悟到苯的化学结构直觉、洞察力甚至机遇这一类因素常起到重要作用。但这样的“好运气”只属于那些勤奋的探索者。只能建立在渊博的知识和丰富的实践经验的基础上。二、历史上著名的科学研究方法（一）培根创立的实验归纳法弗朗西斯·培根他是归纳科学方法的创始人。他认为，新科学方法只要大量搜集事实，提出假说，进行实验，归纳概括，就可以在事实的基础上建立起科学理论的金字塔，这就是归纳法。他强调，运用归纳法必须记住两条原则：一是放弃所有先入为主的概念重新开始；二是暂时不要企图上升到一般的结论或接近它们。（二）笛卡尔创立的数学演绎法他认为，作为演绎法出发点的命题与数学公理相类似，是直观的、可靠的真理。他要求演绎法遵守这样一些原则：1、只把清楚明白、无法怀疑的放入判断之中。在科学方法上，笛卡尔倡导唯理论的演绎法。2、把难题分解为细小的部分，直到可以圆满解决为止。3、从最简单的对象开始，一点点上升到复杂的对象。4、把一切尽量列举出来，普遍审视，确保没有遗漏。（三）伽利略的数学与实验相结合方法数学与实验相结合的方法是在观察实验的基础上，进过推理和计算对现象提出假定性说明和定量描写，并用数学公式表示出来，然后再用实验方法去检验推理的结果是否正确。这是近代科学研究中的一般程序和经典方法。伽利略还使用了理想实验方法，将研究对象的本质属性和基本过程以最纯粹的形式甚至极限的形式表现出来。

历史上他首先在科学实验的基础上融汇贯通了数学、物理学和天文学三门知识，扩大、加深并改变了人类对物质运动和宇宙的认识

。伽利略从实验中总结出自由落体定律、惯性定律和伽利略相对性原理等。从而推翻了亚里士多德物理学的许多臆断，奠定了经典力学的基础，反驳了托勒密的地心体系，有力地支持了哥白尼的日心学说。（四）牛顿的科学研究方法牛顿发展了从经验事实概括出自然科学原理的方法。他指出，在自然科学里，应该像在数学里一样，在研究困难的事物时，总是应当先用分析的方法，然后才用综合的方法。这种分析包括做实验和观察，用归纳法从中得到普遍结论。分析法：从结果论证到原因，从特殊原因论证到普遍原因，一直论证到最普遍的原因。综合法：假定原因已找到，并且已把它们立为原理，再用这些原理去解释由它们发生的现象，并证明这些解释的正确性。三、现代自然科学研究方法简介（一）科学实验法科学实验生产实践社会实践人类三大实践活动科学实验是自然科学理论的源泉和检验标准。实践不仅是理论的源泉，而且也是检验理论正确与否的唯一标准。（二）数学方法撇开研究对象的其他一切特性，只抽取各种量、量的变化及各量之间的关系，也就是在符合客观的前提下，使科学概念或原理符号化、公式化，利用数学语言对符号进行逻辑推导、演算和量的分析，以形成对研究对象的数学解释和预测，从而从量的方面揭示研究对象的规律性。——数学方法由于计算机的广泛应用，许多过去无法进行定量研究研究的问题，现在一般都可以通过数学建模进行定量研究。一种科学只有当它达到了能够运用数学时，才算真正发展了。（三）系统科学方法系统科学是关于系统及其演化规律的科学。产生于20世纪上半叶，现已成为一个包括众多分支的科学领域。它包括一般系统论、控制论、信息论、系统工程、大系统理论、系统动力学、运筹学、博弈论、耗散结构理论、协同学等分支。利用系统科学的原理，研究各种系统的结构、功能及其进化的规律的方法，成为系统科学方法。生态系统经济管理系统（四）信息方法信息来源于物质，通过物质载体传输和存储，信息的获取、传输和利用都需要消耗能量，但信息本身不是能量。在生命世界中，信息普遍存在，人类的知识都是对获取的信息加工整理构成的。因此可以说，信息是重要的资源，也是人类的精神营养。利用信息认识和改造事物的方法称为信息方法。（五）复杂性科学研究方法科学在20世纪得到了空前的发展，量子力学为我们打开了神秘的微观世界之门，相对论把我们的视野引导浩瀚的宇宙空间，另一场新的科学革命在20世纪末到来——复杂性科学革命。复杂性科学革命研究的是人类面对的大千世界中最复杂的体系中最复杂的问题。诸如生命起源、智慧的演进、天气的变化以及社会经济发展中的众多问题，它们都具有极大的复杂性。由于复杂性问题的研究本身就蕴含着众多的困难因素，这就造成了复杂性科学诞生晚、发展缓慢。复杂性科学是一个由众多分支组成的群体性科学。其中，每个分支都在探索复杂性这个方向上齐头并进，同时又各具特色。普里高津耗散结构理论协同学艾根超循环理论四、科学态度和科学精神科学态度是通过对科学知识的正确理解和科学发展的整体把握而形成的科学信念与科学习惯。（一）科学态度科学既是真实可信的，又是不断发展的。它之所以可信，是因为科学来自于经验，经过了实验的检验，具有重复性。科学又是发展的，而且发展性才是科学的本质。任何科学真理都是相对的，任何科学知识都是要被新的知识所取代的。科学态度的基本要求是严肃认真、一丝不苟、客观公正、实事求是。科学精神是在探索科学真理的过程中，在对科学本质的认识不断深化的过程中，孕育起来的推动科学进步的价值观和心理取向。（二）科学精神科学精神是彻底的唯物主义精神，它的要点可以概括如下：

1、科学要求认识客观世界的运动规律，因此客观、求实是科学精神的首要要求。

2、科学认为世界的发展、变化是无穷无尽的，认识的任务也是无穷无尽的，因此不断追求也是科学精神的要求

3、科学要求追求真理，科学需要怀疑和批判精神，不盲从潮流，不迷信权威，不把偶然性当做必然性，不把局部看做整体。倡导运用严谨的科学方法反复实验证明和严谨的科学推理，不轻易相信所谓的新发型。

4、创新精神是科学精神的重要组成部分，科学认为具体的真理都是相对真理，都有试用的条件和范围，因而是可以突破的，新