第三章新马克思主义科技技术方法论

第三章马克思主义科学技术方法论天津大学马克思主义学院张姝艳E-mail:shuyanzh@第三章马克思主义科学技术方法论

第一节科学技术研究的辩证思维方法

一、分析和综合

二、归纳和演绎

三、从抽象到具体

四、历史和逻辑的统一

第二节科学技术研究的创新思维方法

一、思维的发散性与收敛性

二、直觉与顿悟思维

三、思维的逻辑性与非逻辑性

第三节科学技术研究的数学与系统思维方法

一、数学方法及其作用

二、系统方法及其作用

三、复杂性思维及其方法

第四节科学技术活动的方法

一、科学实践的方法

二、技术活动的方法

名人论方法：方法与研究的关系著名苏联生理学家巴甫洛夫说：方法是被移植在人们头脑中的客观规律性；方法掌握着研究的命运。毛泽东形象地说：我们不但要提出任务，而且要解决完成任务的方法问题。我们的任务是过河，但是没有桥和船就不能过。不解决桥或船的问题，过河就是一句空话。3名人论方法：近代科学方法两大特点

爱因斯坦（1879-1955）西方近代科学的两大基础：

一是以欧几里得几何学为代表的希腊哲学家发明的形式逻辑体系；二是文艺复兴时期证实的通过系统的实验有可能找出因果关系的重要结论。

——《爱因斯坦文集》第1卷，商务印书馆1977年，第574页4方法和科学研究（1）有无正确方法对科研有重要意义和作用《淮南子．说林训》：跬步不休，跛鳖千里。Ｆ．培根：跛足而不迷路能赶过虽健步如飞但误入歧途的人。良好的方法能够使得我们更好的发挥运用天赋的才能，而拙劣的方法则可能阻碍才能的发挥。科学中的创造性才华可能因方法拙劣被削弱，或被扼杀，而良好的方法则会增长、促进这种才华。5（2）方法作用随研究者和研究阶段而变化解决问题，没有一定的知识储备是不行的，有的时候，装满知识的大脑，却成为解决问题的障碍。贝尔纳：构成我们学习的最大障碍是已知的东西，而不受已有知识束缚的、轻装上阵的大脑则会解放的多。一般而言，发展着的学科，知识丰富是有利的；不再发展的学科，需要新的创造性，则少些束缚是有利的。6（3）方法对准备从事研究和刚刚踏上研究道路的人更为重要。初期研究的障碍，乃在于缺乏研究法。研究方法每前进一步，我们就提高一步。7如何获得方法？书本本身没有给我们关于方法的现成答案“知识本身并没有告诉人怎样运用它，运用它的方法乃在书本之外”（F．培根）第一，通过与导师以及其他高水平科学家的接触，体验、学习方法；一位诺贝尔奖得主说，学生与导师彼此的关系是：看看他们怎样活动，怎样思考，怎样对待事物。这是一种思考方式。肯定不是学习具体的知识。另一个得主说费米：如果你跟他一起工作，你就仿佛是一个普通的网球选手正在跟一位世界冠军打网球，你会抽出一些过去从未梦想过的好球。——引自H.朱克曼《科学界的精英》8拉比：分子束核磁共振IsidorIsaacRabi，1898.7.29-1988.1.111944年诺贝尔物理学奖得主拉比树的各个分支左：球体核和四极矩研究核磁矩实验研究电子的顺磁共振和电子自旋共振铁磁共振和反铁磁共振研究右：光学抽运的磁共振研究氢原子精细结构研究及其理论修正原子频率和微波研究非金属物质核磁共振研究分子束磁共振和放射性原子束核磁共振研究9拉比传记作者指出，“从拉比树的树干到其分支的生长，即其科学研究，都直接或者间接受到了拉比基础论文的影响。于是，这里有许多主要的分支又从其主干上直接发芽；而另一些分支又来自这些主要分支。而对形成这些主要分支做出贡献的物理学家不是拉比的学生就是他的合作者。筑巢在拉比树这些主要分支上的有20名诺贝尔奖得主。其中10位是美国人，另外4位的工作是在美国做出的”。[1]

[1]JohnS.Rigden,1987,Rabi,ScientistandCitizen,NewYork,BasicBooks,Inc.p.10.10拉比树上筑巢的诺贝尔奖得主获奖者英文名获奖者姓名生卒年代主要内容获奖年代Stern,Otto斯特恩1888-1969分子束方法和质子磁矩1943年Rabi,IsidorIsaac拉比1898-1988原子核的磁特性1944年Bloch,Felix布洛赫1905-1983核磁共振1952年Purcell,Edward珀塞尔1912-1997核磁共振1952年Lamb,W.E.Jr.兰姆1913-兰姆位移1955年Kusch,Polykarp库什1911-1993电子磁矩1955年Segrè，E.Gino西格雷1905-1989反质子的发现1959年Townes,C.H.汤斯1915-微波激光器1964年Feynman,R.P.费因曼1918-1988量子电动力学1965年Tomonaga，Sin-Itiro朝永振一郎1906-1979量子电动力学1965年Kastler,Alfred卡斯特勒1902-1984光磁共振1966年Alvarez,L.W.阿尔瓦雷斯1911-1988共振态发现1968年Bohr,Aage波尔1922-原子核理论1975年Mottelson,B.R.莫特森1926-原子核理论1975年VanVleck,J.范弗莱克1899-1980电子结构理论1977年Bloembergen,N布隆姆贝根1920-激光光谱学1981年Ramsey,N.F.拉姆齐1915-原子钟1989年Dehmelt,H.G.德默尔特1922-离子捕集技术1989年11第二，通过学习科学史学习方法；通过专门的科学方法论，阅读科学家传记等，学习科学家的方法和研究心得。第三，通过总结自身研究的经验和研究艺术，学习方法。特别要注意自己的实践过程。125.学习科学方法的意义科学意义一种思维训练；掌握好的方法可以事半功倍；哲学意义可以从中提炼哲学思想和概念，有助于哲学的发展和更新；例如，恩格斯说过，随着每一个划时代的发现，唯物主义都要改变自己的形式。13指人们通过概念、判断、推理等思维形式对客观事物辩证发展过程的正确反映，即对客观辩证法的反映。辩证思维最基本的特点是将对象作为一个整体，从其内在矛盾的运动、变化及各个方面的相互联系中进行考察，以便从本质上系统地、完整地认识对象。

第一节

科学技术研究的辩证思维方法科学方法三个层次：第一层次：各门自然科学中的一些特殊的和具体的研究方法；第二层次：适用于各门自然科学的一般研究方法，即科学方法论；第三层次：哲学方法。一、分析和综合

分析是把客观对象的整体分解为一定部分、单元、环节、要素并加以认识的思维方法。

运用分析方法，就必须把部分从总体中割裂出来，抽取出来，进行孤立地考察和研究。分析法能帮助我们深入了解事物的细节及其内在联系。正如恩格斯所说：“真正的自然科学只是从15世纪下半叶才开始，从这时起它就获得了日益迅速的进展。把自然界分解为各个部分，把自然界的各种过程和事物分成一定的门类，对有机体的内部按其多种多样的解剖形态进行研究，这是最近400年来在认识自然界方面获得巨大进展的基本条件。”分析方法是思维常用方法。亚里士多德的传统逻辑主要关注“s是p”这样的直言判断，较少顾及其他命题；现代逻辑着眼于各种逻辑形式的构造，但却没有构造出分析方法的逻辑形式。因此，逻辑学还不能解释由分析所构成的思维现象。由分析所构成的命题在日常思维和语言中都是大量存在的。例如，“一米是三尺”就是一个由分析所构成的命题。它应当解释为：一米可以分成三个一尺或一米由三个一尺构成。数学中，与之类似的如“5＝3＋2”、“6＝3×2”等也都是由分析所构成的命题。从中不难看出，数学中，加、减、乘、除、乘方、开方的运算，都是分析方法和与之相对应的综合方法的运算。

分析方法①定性分析.对象是否具有某种属性，“有没有”、“是不是”.②定量分析.对象的各种成分数量，“有多少”.③因果分析.引起某一现象变化原因，“为什么”.分析离不开综合。综合是在分析基础上把对客观对象一定部分、单元、环节、要素的认识联结起来，形成对客观对象统一整体认识的思维方法。综合是建立科学体系的重要方法。近代物理学的五次大综合：

牛顿力学体系的建立、

能量守恒与转化定律的提出、

电磁学理论体系的建立、

相对论的建立、

量子理论的建立、开普勒行星三定律（打破天体正圆、匀速运动的信条）哥白尼1543年发表《天体运行论》（地心到日心）布鲁诺之宇宙无限论（打碎天球）伽利略运动学（从思辨式的质的研究到数学化的量的研究）托勒密体系牛顿力学体系的建立分析和综合是辩证地联系在一起的。恩格斯说：“以分析为主要研究形式的化学，如果没有分析的对立的极，即综合，就什么也不是了。”分析与综合相互依存、相互渗透和相互转化，是形成科学概念、构建和发展科学理论体系的重要逻辑方法。传统的还原主义分析方法着眼点是把事物分成各个细部，找出它们是由什么组成的。在近代自然科学的发展中起了重要作用，它使研究越来越深入；同时也容易只见树木，不见森林。现代的新的系统分析方法着眼点正相反，主要是找出这些细部如何相互作用产生整体效应。这个整体是系统的、有组织的有机整体，是局部和整体、低层次和高层次的辩证统一。二、归纳和演绎归纳方法是从个别到一般原理的认识方法。归纳方法虽然是科学研究从大量经验事实中找出普遍特征的重要方法，但归纳结果往往只概括一类事物表象上的共同点，未必能确切反映事物的本质，其结论具有或然性，迄今人们还没有发现从特殊前提到一般结论的普遍适用的逻辑桥梁。

归纳原理及其问题

归纳方法的一般原理是：如果大量的A在各种各样的条件下被观察到，而且如果所有这些被观察到的A都无例外地具有性质B，那么就可以归纳出所有的A都有性质B。

问题：

大量的A，什么是“大量”？其具体数值是多少？

各种各样的条件能否罗列齐全并全部实现？

在科学观察中能不能真正实现完全的无例外？……盐酸是酸，它能使紫罗兰花瓣变红；硫酸是酸；硝酸是酸；例如：波义耳发明酸碱指示剂所以，硫酸也能使紫罗兰花瓣变红；硝酸也能使紫罗兰花瓣变红。类比归纳所以，X酸也能使紫罗兰花瓣变红。新化合出X酸所以，所有酸都能使紫罗兰花瓣变红。……（确证了n种酸）演绎例

费尔马猜想在素数分布规律的探寻过程中，人们发现如下形式的已知自然数都是素数，例如：

n=0f(0)=21+1=3n=1f(1)=22+1=5n=2f(2)=24+1=17n=3f(3)=28+1=257n=4f(4)=216+1=65537根据上述结果，费尔马归纳出一个结论：所有这类形式的自然数都是素数。但在不久之后，人们就发现当n=5时，f(5)=232+1=4294967297=641*6700417是一个合数。演绎方法是从一般到个别的认识方法。它从一般性的原理出发，对个别的或特殊的事物进行分析、推理，从而达到相应的结论。三段论是演绎方法最一般的形式。演绎方法派生出的一个重要方法是公理化方法。公理化方法是从尽可能少的基本概念、公理、公设出发，运用演绎推理规则，推导出一系列的命题和定理，从而建立整个理论体系的方法。任何公理化体系都是人类认识一个阶段的总结，都不可能是绝对严格、绝对完备的。比如毛泽东在《为人民服务》一文中有一段著名的论述：“人总是要死的，但死的意义有不同。中国古时候文学家司马迁说过：‘人固有一死，或重于泰山，或轻于鸿毛。’为人民利益而死，就比泰山还重；替法西斯卖力，替剥削人民和压迫人民的人去死，就比鸿毛还轻。张思德同志是为人民利益而死的，他的死是泰山还要重的。”这段话中就包含着一个完整的演绎论证。“为人民利益而死，就比泰山还重”，是普遍性原理，是论据，是“大前提”；“张思德同志是为人民利益而死的”，是已知的判断，是“小前提”；而“他的死是比泰山还重的”则是结论，也是论点。在柯南道尔的《福尔摩斯探案集》中，福尔摩斯用的方法之一就是演绎法。归纳和演绎的相互关系：

归纳是演绎的基础，归纳获得的结论可以成为演绎的前提；演绎是归纳的指导，演绎得出的结论可以成为进一步归纳的事实来源。

恩格斯：“归纳和演绎，正如分析和综合一样，是必然相互依赖着的。人们不应当牺牲一个而把另一个捧到天上去，应当设法把每一个都用到该用的地方，而人们要能够做到这一点，就只有注意它们的相互联系、它们的相互补充。”三、从抽象到具体

抽象与具体的方法是辩证思维的高级方法。人们的认识一般总是由感性的具体，经由抽象上升到思维中的具体。因此，掌握抽象和具体的方法，把握辩证思维运动的特点，对于我们更深刻地认识世界，具有十分重要的方法论意义。抽象过程：

完整的抽象过程包括思维运动的两次飞跃“感性的具体→抽象的规定→思维的具体”感性的具体→抽象的规定→思维的具体感性的具体：人们通过感性的认识而获得的关于事物整体的表象，是整个认识的基础抽象的规定：运用思维的抽象力，把事物分解为各个部分，逐一考察，形成简单的概念和判断思维中的具体：关于事物的各种抽象规定性的有机综合和多样性的统一科学理论的建构感性的具体是科学事实（如光波现象）抽象的规定是未经综合的概念、经验规律(如开普勒三定律)、科学假说等思维的具体是指经过辩证综合的、完整的理论体系。如牛顿力学。

例:

摩擦生热→机械能转化为热能（机械能与电能、电能与化学能等）→能量守恒与转化定律光的生动的表象→光的波动性、量子性以及光的速度等→光的波粒二象性感性的具体→抽象的规定→思维的具体抽象是人类理性思维的一个重要阶段，是形成科学概念的基础。从主体能力的角度来看，抽象是指主体思维能力的一部分，称为“抽象力”。从方法论的角度来看，抽象是作为认识世界的一种方法，也就是把事物的某一属性、关系、方面在思维中单独地抽取出来加以认识的方法。科学的抽象指的是在思维中抽取对象的各种本质属性，而舍弃一切非本质属性的逻辑方法。在科学研究中，我们把科学抽象理解为单纯提取某一特性加以认识的思维活动，科学抽象的直接起点是经验事实，抽象的过程大体是这样的：从解答问题出发，通过对

抽象各种经验事实的比较，分析，排除那些无关紧要的因素，提取研究对象的重要特性(普遍规律与因果关系)加以认识，从而为解答问题提供某种科学定律或一般原理。

伽利略时代，人们还无法用物质手段创设真空环境来从事落体实验。伽利略就依靠思维的抽象力，在思想上撇开空气阻力的因素)设想在纯粹形态下的落体运动，从而得出了自由落体定律，推翻了亚里士多德的错误结论。

科学的抽象必须建立在实践的基础之上，并遵循着辩证思维的一般规律进行。具体来说应注意以下几点：第一，要善于从已知中把握未知的东西，敏锐地捕捉到新的不寻常的东西，从看似毫无联系的东西中找出它们的本质联系。第二，在科学抽象的基础上，发现事物之间的共同特点，并从中概括出规律性的东西。第三，高层次的抽象必能演绎出低层次的抽象，而被演绎出来的理论又能为实验所验证。即，通过科学抽象得到的一般性的认识，可以通过演绎推理的形式推出较为具体的结论。认识发展的阶段感性具体知性抽象理性具体抽象综合科学抽象过程：充满着飞跃，这一过程除了要运用逻辑思维（主要是辩证思维），还特别需要形象思维和直觉思维的积极参与：既需要“思维的自由创造”，也需要直觉对经验的“共鸣”，是一种“科学研究的艺术”。科学抽象的成果：有科学概念、科学符号、思想模型等形态。广义上还包括科学判断、科学假说和理论等。框架真实系统数学模型科学抽象映射四、历史和逻辑的统一所谓历史，也就是客观事物本身发展的过程，它包含着两种含义：一是客观事物现实的历史发展过程，是事物在时间和空间上的展开过程，这一过程是现实的、历时态的，如自然史、地质史、宇宙演化史、生物进化史、人类历史等；二是认识的历史发展过程，即人类对客观事物发展过程的认识和把握，如哲学史、物理学史、数学史、化学史等等。历史的方法是通过考察对象的自然进程来揭示其内在必然性和规律性的方法。具有描述性、顺序性的特点。逻辑是指人的思维对客观事物现实的历史发展过程和对人类认识的历史过程的概括反映，逻辑是历史的东西在理论思维中的浓缩和再现，逻辑的东西表现为概念、判断、推理所构成的科学理论体系。逻辑撇开了历史发展的复杂性、多样性、曲折性和偶然性，揭示了客观事物和人的认识历史过程中的本质、必然性和规律性。逻辑的方法具有以下几个特点：第一，形式化。逻辑的方法是由一系列的逻辑定理和规则组成的，这些定理和规则都可以简化为一些由逻辑符号组成的形式系统。逻辑思维和推理过程必须遵循这些规则。第二，可操作性。运用逻辑的方法去证明问题和认识事物，就必须依据逻辑规则进行推理。逻辑的推理过程也就是运用逻辑规则进行推导而获得结论的过程，这是一个逻辑上的操作过程。第三，系统性。逻辑的方法不是一些零碎的个别的方法，而是一个形式化的系统方法。逻辑方法的作用在于：获得新知识、进行预见、论证和证明、辨析正误。逻辑与历史统一的方法是：撇开有关认识对象历史发展的具体细节的描述，而以理论形态从总体上把握认识对象历史发展过程的内在规律性。

恩格斯在论述逻辑与历史统一的方法的实质时指出：“逻辑的研究方式是唯一适用的方式。但是，实际上这种方式无非是历史的研究方式，不过摆脱了历史的形式以及起扰乱作用的偶然性而已。历史从哪里开始，思想进程也应当从哪里开始，而思想进程的进一步发展不过是历史过程在抽象的、理论上前后一贯的形式上的反映；这种反映是经过修正的，然而是按照现实的历史过程本身的规律修正的，这时，每一个要素可以在它完全成熟而具有典范形式的发展点上加以考察。”（《马克思恩格斯选集》第二卷，人民出版社1972年版，第122页。）逻辑与历史的统一包含着两种形式：一是逻辑与人类认识的发展史是一致的；二是逻辑与现实事物的发展史是一致的。前者是指一门学科的逻辑体系应反映人类对这门学科研究对象的认识发展过程，如热力学体系由三条基本定律组成，这个体系也反映了热力学发展的历史。19世纪40年代的热力学第一定律，50年代发现第二定律，20世纪初又发现第三定律，依次反映了人类对热本质认识的逐步深化。后者是指一门科学的逻辑体系应该体现这门学科研究对象的历史发展线索，例如有机化学理论体系的构建从最简单的脂肪烃化合物开始，到碳氢化合物再到它的衍生物直至生物大分子。热力学第一定律——能量不灭原理在热力学范围内的能量守恒定律。热可以转变为功，功也可以转变为热；消耗一定的功必产生一定的热，一定的热消失时，也必产生一定的功。普遍的能量转化和守恒定律在一切涉及热现象的宏观过程中的具体表现。热力学的基本定律之一。热力学第二定律

①热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体(不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化，这是按照热传导的方向来表述的)。

②不可能从单一热源取热，把它全部变为功而不产生其他任何影响(这是从能量消耗的角度说的,它说明第二类永动机是不可能实现的）。热力学第二定律是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。

热力学第三定律——对熵的论述一般当封闭系统达到稳定平衡时，熵应该为最大值，在任何过程中，熵总是增加，但理想气体如果是绝热可逆过程熵的变化为零，可是理想气体实际并不存在，所以现实物质中，即使是绝热可逆过程，系统的熵也在增加，不过增加的少。在绝对零度，任何完美晶体的熵为零；称为热力学第三定律。在统计物理学上，热力学第三定律反映了微观运动的量子化。在实际意义上，第三定律并不像第一、二定律那样明白地告诫人们放弃制造第一种永动机和第二种永动机的意图，而是鼓励人们想方设法尽可能接近绝对零度。

第二节科学技术研究的创新思维方法

科学思维是运用科学抽象的成果——概念、符号和思想模型所进行的深入的认知活动，是主体把握客体本质的认识活动和认识形式。逻辑思维、形象思维和直觉思维是科学思维的三类基础形式。科学方法的两大类别

经验认识的方法：观察和实验方法理论思维的方法：逻辑思维方法和非逻辑思维方法科学研究方法的历史演进

（1）以直观思辨方法为主的时期古代（公元前—15世纪末)

：简单、直接的观察；思辩地概括和猜测同时实验方法和数学方法开始萌芽。这一时期，科学方法的最高成就体现在亚里士多德的《工具篇》、欧几里德的《几何原本》、德谟克利特的《论逻辑》等著作中。(2)以实验和分析方法为主的时期:近代（16世纪—19世纪中叶）伽利略：倡导实验方法和数学方法；弗朗西斯·培根:创立了近代前期的实验科学方法论和近代归纳法（轻视演绎法和数学）笛卡尔：创立以数学为基础、演绎法为核心的科学方法论（轻视归纳法）（3）分析方法和综合方法并重的时期：19世纪下半叶至20世纪初）：

自然科学从分门别类的研究到阐明过程间的联系；静止地分析现成的事实到考察自然过程的变化和发展。因此，科学方法也从观察、实验方法发展为综合整理；从实验、分析方法进入在实验、分析基础上进行理论综合的时期。（4）综合、系统思维方法时期：从20世纪40年代开始观察、实验与理论思维密切结合；科学方法的相互渗透和移植，产生了跨学科的研究方法；产生了控制论、信息论、系统论、耗散结构理论、协同学、突变论等等新的理论和方法。特点：突出了理论思维的能动性，强调整体性和综合性。伴随着科学的历史发展，人类认识自然的研究方法经历了从朴素整体综合到分析再到系统整体综合的辩证发展过程。逻辑思维：主要研究——分析、综合、归纳、演绎、类比，是运用逻辑思维最重要、最常见的一些科学方法。非逻辑思维：形象思维直觉思维请列举砖头的各种可能用途。请举出包含“三角形”的各种物品。请说出一只猫与一个冰箱相似的地方。列举砖头的用途，如果说出了造工房、造烟囱、造仓库、造鸡舍、造礼堂……只能说明你的发散思维处于较低级的阶段，因为你所列举的各种用途，其实都属于同一类型：用于建筑材料。如果你还回答出打狗、赶猫、敲钉子、做家具垫脚、铺路、压东西、自卫武器等等，你的思维就具有一定的变通性。包含“三角形”的物品大致有以下几类：1、物品中所包含的正规三角形，如红领巾、三角旗、三角形铅笔等；2、物品含近似三角形，如金字塔、衣钩、山岳形积木等；3、物品中含有三角形的三个角的特点，构成主观三角形，如三脚插座、三极管、斜面等。4、立体三角形，如锥体、漏斗、衣帽架、舞蹈造型等。说出的种类越多，说明发散思维的变通性越好；每一种类中说出的物品越多，说明发散思维的流畅性越好。猫和冰箱的相似之处相当之多：两者都有放“鱼”的地方；都有“尾巴”（冰箱后部的电线犹如“尾巴”）；都有颜色等等。

一、思维的发散性与收敛性发散思维也叫扩散思维、辐射思维、放射思维。它是指以一个问题作为思维的出发点或中心，围绕某一问题沿着不同方向、不同角度、向上下左右多方位的思考方式，从多方面寻找问题的多个答案的思维方法。这种思维过程是一个流动的开放的不断发展的过程。它要探索不同的、富有特异的答案。它广泛动用信息库中的信息，产生为数众多的信息组合和重组，在思维发散过程中，不时会涌现出一些念头、一些奇想、一些灵感、一些顿悟，而这些新的观念可能成为新的起点、契机，把思维引向新的方向、新的对象和内容。

据说俄国大作家托尔斯泰设计过这样一道题：从前有个农夫，死后留下了一些牛,，他在遗书中写道：妻子得全部牛的半数加半头；长子得剩下的牛的半数加半头，正好是妻子所得的一半；次子得还剩下的牛的半数加半头，正好是长子的一半；长女分给最后剩下的半数加半头正好等于次子所得牛的一半。结果一头牛也没杀，也没剩下，问农夫总共留下多少头牛？在商业营销运作中，也常有这种情况：如做钟表生意的都喜欢说自己的表准，而一个表厂却说他们的表不够准每天会有1秒的误差，不但没有失去顾客，反而大家非常认可，踊跃购买。发散思维要求空间上的拓展与时间上的延伸。发散思维具有流畅性、变通性和独创性特征。流畅性是指在短的时间内迅速做出众多反应的能力，它要求从一个已知信息（思维基点）思考出尽可能多的思维目标。变通性又称灵活性，是指进行思维时寻找解决问题的方法能够及时从一个类别转移到另一个类别，即思维开阔，善于随机应变，能开拓新的思路，寻找新的方法。独创性是在发散思维中表现出不同寻常的、异于他人的新奇反应的能力，这一能力使创造主体的思维突破常规和经验的束缚，获得新颖独特的创造成果。发散思维能使创新主体的思维趋于广阔、灵活，不受传统观念的束缚，在思维中构成新的思维形式。发散思维不同于分析思维，分析思维是利用概念、命题、推理等各种逻辑形式对思维对象进行分析，以认识它的基本矛盾、基本性质、基本结构，要求实事求是，不允许有想像、联想、夸张等手法，发散思维虽然以分析思维为基础，但不能完全归结为分析思维，它还包括想像、联想、直觉和灵感等思维活动。分析思维的宗旨是认识，获得真理，发散思维的宗旨是创新，获得新思路。收敛思维是以某种研究对象为中心，把发散开来的不同部分、不同方面、不同来源、不同角度，将众多的思路和信息汇集于一个中心点，通过比较、筛选、组合、论证再创造性地组合为一个整体，从而得出在现有条件下解决问题的最佳方案。收敛思维的特点是聚焦性、整体性和可行性。聚焦性是指把思维发散后得到的组合集中起来，选择最佳组合，通过定向、定点的思考，使思维达到一定的深度，更具有穿透力，从而揭示出问题的实质。整体性是指将发散的思路再集中起来，着眼于系统整体的状态和功能，而不是拘泥于局部。可行性是指收敛思维是以可行性为标准选择解题方案的。收敛思维也不同于综合思维。发散思维与聚合思维都是要克服思维定式，不局限于常规的提出解决问题的新思路、新理论、新创造。二、直觉与顿悟直觉是指主体运用背景知识和经验，不受逻辑规则约束，对认知对象的属性、规律作出迅速的、直接的、整体的把握和体悟。直觉性思维是中国人传统思维方式的重要特性，中国古代喜欢运用类比、象征、比喻等方法去达到直觉交流的目的。直觉思维分为两类：一类是创新主体在自觉或不自觉地思考某一问题时，在大脑中突如其来地产生的使问题得到解决的灵感；另一类是创新主体在机遇观察中闪现出的具有独创性的顿悟，导致了未曾预料的创造。由此看来，灵感和顿悟是直觉思维中具有决定意义的成分，是创新思维中的质的飞跃。洞察力不是天生的，而是在长期实践中培养的产物。法国短篇小说家莫泊桑曾向法国作家福楼拜请教写作方法，福楼拜说，请你给我描绘一下这位坐在商店门口的人，他的姿态，他整个的身体外貌，……使我不至于把他和别人混同起来。关于这点福楼拜进一步说：“对你要表现的东西，要长时间很注意地去观察它，以便发现别人没有发现过和没有写过的特点。”直觉具有直接性、瞬时性和猜测性的特征：直接性是指直接经验是产生直觉思维的基础，它产生的机制是：直接经验——直觉（顿悟）。瞬时性是指从直接经验到直觉思维的产生是直接的，既不需要中介又无需有意识的思考，就能够洞察出事物的实质或变化的规律。猜测性是指直觉思维不像逻辑演绎思维那样，只要思维的根据真实，思维形式正确，思维的结果就必须真实。运用直觉做出的断定并非必然真实，而是具有猜测性、试探性的。顿悟思维又称为灵感思维，指的是这样一种特殊的思维现象：人在长时间思考某个问题得不到解答，而中断对它的思考后，却又会在某个场合突然对问题的解答有所领悟。

爱因斯坦在回忆狭义相对论的酝酿过程时说：“一天晚上，我躺在床上，对那个长期折磨自己的谜，心里充满了毫无希望的感觉，没有一丝光明。但是，突然黑暗里透出了光亮，答案出现了。”灵感的到来，使爱因斯坦非常振奋，他把自己关在房子里连续工作了五个星期，终于写出了《论动体的电动力学》这篇只有9000字的划时代论文。顿悟的获得是显意识和潜意识的结合。人脑储存的知识，有些是通过各种形式的学习，有意识地记忆下来的称为有意识的智能。这些知识，能够用逻辑推理等思维方式调用，这种调用过程是一种有意识的思维过程。但人脑中更多的知识，是在各种经历中无意识地获得并储存起来的，称为潜意识的智能。这种潜意识智能仅靠逻辑推理思维是调动不出来的，它的激活过程是一种潜意识的思维活动，这种潜意识的思维活动会使处于游离态的各类知识单元建立起许多潜在的暂时联系，使思维处于一触即发的状态。一旦受到某种启发，潜意识便会打开人的思路，突然产生顿悟。因此，钱学森曾提出：“要注重研究灵感”。因为，灵感能意外地抓住解决问题的契机。顿悟的获得是显意识和潜意识的结合。人脑储存的知识，有些是通过各种形式的学习，有意识地记忆下来的称为有意识的智能。这些知识，能够用逻辑推理等思维方式调用，这种调用过程是一种有意识的思维过程。但人脑中更多的知识，是在各种经历中无意识地获得并储存起来的，称为潜意识的智能。这种潜意识智能仅靠逻辑推理思维是调动不出来的，它的激活过程是一种潜意识的思维活动，这种潜意识的思维活动会使处于游离态的各类知识单元建立起许多潜在的暂时联系，使思维处于一触即发的状态。一旦受到某种启发，潜意识便会打开人的思路，突然产生顿悟。

灵感思维具有偶然性、机遇性和模糊性特征。偶然性是指客观事物发展过程中并非确定发生的，可以出现，也可以不出现；可以这样出现，也可以那样出现的不确定的趋势。机遇性是指灵感的出现常常使人们始料未及，难以预测。模糊性是指灵感带来的成果，并不都是完整成熟，精确清晰，富有价值的。相反，灵感提供的往往只是一种朦胧状态的“半成品”，其中往往粗精混杂，零碎不全，真伪并存，模糊不清。它们一般都还有待于再经过逻辑思维或形象思维的进一步加工整理。三、思维的逻辑性与非逻辑性

逻辑思维和非逻辑思维都属于创造性思维的范畴。一方面，许多科学理论的研究工作虽然基本上是逻辑思维，但在猜测目标、寻找论证方法上却运用了非逻辑思维；另一方面，许多创造性思维成果是非逻辑思维的产物，如果作为科学理论，必须补充逻辑证明或实践证明；而作为科学假说，必须补充基本假设-逻辑结构体系，否则，它就只能作为科学猜测而存在。在科学史上有两种类型的科学家：一种是逻辑型科学家，他们基础知识和经验材料丰富，属于积累型学者，其工作容易被承认，风险小，但成果意义大都一般化。另一种是非逻辑型科学家，他们的知识和资料未必详尽，但富于想象，擅长直觉，属于创新型学者，其工作不易被承认，风险大，一旦成功意义巨大。在认识史上，往往是非逻辑型科学家依靠想象、直觉、灵感、机遇取得突破，而后由逻辑型科学家慢慢完善。总之，严谨的逻辑和实践论证，与大胆的猜想、执着的直觉交替运用，是科学认识和获得创造性思维成果的最佳途径。四、移植、交叉与跨学科研究方法（一）移植方法所谓移植，即把在其他学科中已经运用的方法或研究方式移到要研究的新领域或新学科中，加以运用或加以改造后的研究方法。移植方法的创造性很高。移植方法包括：概念移植、对象移植和方法或技术移植等等。（二）学科交叉方法或跨学科方法

1.所谓学科交叉方法，就是两门以上的学科之间在面对同一研究对象时，从不同学科的角度进行对比研究的方法。借鉴其他学科的研究，思考本学科的问题和对象，融合其他学科的研究方法，以达到对研究对象的新认识。

2.所谓跨学科方法就是通过多学科的协作共同解决同一问题的方法，跨学科也是一种多学科融合的方法，也可以称为多维融贯的方法。第三节

科学技术研究的数学与系统思维方法

一、数学方法及其作用客观存在的一切事物都是质和量的统一体。事物不仅有质的规定性，而且有量的规定性，质一般要通过一定的量来表现。数学是专门研究量的科学。它撇开客观对象的其它一切特性而只抽取各种量，量的变化以及量之间的关系等等，在抽象的“纯粹”形态上进行研究，研究的成果刻划出客观世界的量的规律性，并且不断总结出种种在量之间进行推导和演算的具体方法。因此，数学必然成为人们从量的方面去认识事物的有效工具。用数学方法研究问题，就是要根据所研究对象的质的特点，分别地或综合地运用各个数学分支所提供的概念、方法和技巧，去进行数量方面的描述、计算和推导，从而对问题作出分析、判断。（一）数学方程方法方程是一种把事物的关键关系抽象出来，建立某种关于事物的数学模型的方法；例如，洛特卡-魏尔特拉方程，抽象地描述了捕食者与被捕食者的关系，让人们理解了在一定条件下，特定生态系统的运行。（二）数学建模方法模型是科学抽象的一种；模型是科学家考察和介入自然事物的中介与桥梁；数学在建模方面具有重要作用，数学模型比实物模型更能够反映事物内在属性的抽象关系。75（三）数学统计方法统计方法是人类对事物总体数量、类型及其关系的认识方法。统计方法在统计资料的基础上来研究如何搜集、整理和分析统计资料的方法。数学统计方法对于认识事物总体状况、分布状态及其相互关系有重要意义。（四）数学实验方法数学实验是把计算机技术和数学方法结合起来，在计算机上以数学方法设计实现的理想实验。数学实验方法有助于人类更加精确和在整体上认识事物内部要素和事物之间的理想关系。数学实验方法丰富了实验的概念，扩展了实验的内容，是一种理想化的数学实践。76在自然科学的研究中，数学方法作为一种不可或缺的认识手段，特别是理论思维的一种有效形式，其重要意义可概括为以下三个方面：1、为科学研究提供简洁精确的形式化语言。许多自然科学定律都可表示为简明的数学公式。在电动力学中，用一组偏微分方程——麦克斯韦方程，概括地描述了经典电磁理论的全部基本定律。进入微观物理世界，则可用泛函分析中的希尔伯特空间和算子表达量子力学的量的关系，等等。2、为科学研究提供数量分析和计算的方法。一门科学从定性的描述进入到定量的分析和计算，是这门科学达到比较成熟阶段的重要际志，而科学的这进一步与数学方法的应用是分不开的。3、为科学研究提供推理工具和抽象能力。数学中的命题、公式都要严格地从逻辑上加以证明以后才能够确立。数学的推理必须遵守形式逻辑的基本法则，以保证从某一前提出发导出的结论在逻辑上是准确无误的。所以，运用数学方法从已知的量和关系推求未知的量和关系时，就具有逻辑上的可靠性。在自然科学的理论研究中，数学方法是一种有效的进行推理和逻辑证明的工具。总之，数学方法体现为一种抽象思维的力量，日益受到人们的重视，离开了这种抽象的认识手段，理论研究是走不远的。剑桥大学的数学桥恩格斯指出：“数学：辩证的辅助工具和表现方式。”二、系统方法及其作用系统方法是指20世纪40-90年代出现的系统科学所采用的一系列方法的总和，这些方法对于从横断方面抽象认识对象的物质结构、能量流动和信息传递有重要的作用。

系统方法，就是用系统的观点来考察研究事物的方法，或根据事物本身的特性把对象放在系统的形式中加以研究的方法。（一）系统分析与综合方法

1.系统分析：把系统进行分解，对其要素进行分析，找出解决问题的可行方案的思维与思考方法。

2.系统综合：把研究、创造和发明对象看作是系统综合整体，并对这一系统综合整体及其要素、层次、结构、功能、联系方式、发展趋势等等进行辩证综合地考察，以取得创造性成果的一种思维方法。系统：相互联系、相互作用的若干要素构成的有特定功能的统一整体。系统方法要求人们把研究对象和过程视为系统来加以研究。广义系统方法：实际上是一组系统方法论形态。狭义系统方法：系统分析方法、系统规划方法。从信息论的角度：信息方法。从控制论的角度：控制论方法（多种控制方法、黑箱方法、功能模拟方法）新的系统过程方法：自组织方法系统思考系统思维方法要求从作为一个系统的整体出发，始终着眼于整体与部分、整体与外部环境的相互作用之间的关系，综合地、精确地研究对象，对系统的内外联系及其规律性加以辩证地分析，找出合乎系统目的性的最佳方案，最终达到最优化处理问题的效果。一般说来，系统方法应包括这样几个环节（即一般程序）：一是选择和确定目标；二是收集资料进行分析；三是建立若干个数学模型；四是通过比较和评价确定最优方案；五是选定的方案如果可行，则付诸实施，对实施效果进行评审，再与方案进行比较。都江堰水利工程由创建时的鱼嘴分水堤、飞沙堰溢洪道、宝瓶口引水口三大主体工程和百丈堤、人字堤等附属工程构成。科学地解决了江水自动分流、自动排沙、控制进水量等问题，消除了水患，使川西平原成为“水旱从人”的“天府之国”。两千多年来，一直发挥着防洪灌溉作用。截至1998年，都江堰灌溉范围已达40余县，灌溉面积达到66.87万公顷。例：系统工程的典范——都江堰水利工程（二）软系统方法论

软系统分析，主要运用于问题不够明确、任务范围无法完全确定的情境。软系统方法论认为，软问题是指在现实世界中的人类活动所表现出来的有关的不能精确定义无法精确说明的问题。软系统方法论采取现实与模型对应的方式直到较为满意地解决问题为止。系统分析：软分析和硬分析软分析硬分析1，开始：由改进需求引起的一个不确定性问题1，开始：要求解决一个比较确定的问题2，描述系统结构组分、过程及其相互关系，暂时确定要改进问题的状况2，确定系统及其目标以及各个层次2，对具有特定功能的系统需要反映决策目标3，确定相关系统的初始定义，建立系统概念模型3，定量模型设计系统并且进行模拟3，确认替代方案，运算进行比较4，用形式系统模型和其他系统思想改进概念系统4，利用确定的评价优化设计4，选择最佳替代方案5，概念系统与实际系统比较，寻求合理化和期望的变化5，了解变化和需求的提高状况6，实现经过变化的和改进的设计系统6，实现设计系统系统方法的步骤：首先确定系统，确定系统的办法，跳上一层：边界或界线的明确；跨界线部分；研究系统内部相互作用的状况内部相互作用要素分析；内部相互作用数目、类型分析；研究系统与环境相互作用状况系统划界两种界限：物理的和非物理的；起过滤、标准化作用：如细胞膜；如大学毕业标准和招收学生的标准；跨界限：沟通和缓冲作用。边界复杂性，即界限与跨界限的统一和交互作用。边界复杂性表现：动态性，连通性等。环境扫描系统与环境系统的一般环境系统的具体环境系统的物理环境系统的非物理环境系统动态分析：系统演化路径分析；系统演化中相互关系变化分析；系统与环境关系变动分析；系统演化终态预测系统思维的七个原则

第一原则－“整体性思维”即系统思维必须从整体出发的原则，简称为“整体性”原则。系统是作为一个整体而存在和演化的，各个要素（和元素）的独立机能和相互关系只能统一于系统整体之中，也只能通过系统整体来协调，既便系统不是集中控制的系统，如因特网，如某些跨国公司这样的系统，也会通过系统整体的某些机制或规则进行必要的协调。系统思维的整体性原则是一种总体性原则。第二原则－“相关性思维”即系统思维必须注意到系统的相关性，进行相关性思维，简称为“相关性”原则。系统各个元素之间都存在相互联系、相互依存和相互制约的关系，不过这种关系或强或弱，并且具有局域性、特定性，构成为系统内部的某种关系集群。例如，在一个公司或者一个班级里，比起跟其他人的关系来说，某甲和某丁关系更好些。这种关系（利益关系或是友谊关系）就构成所谓“物以类聚，人以群分”的聚类关系。“庖丁解牛”实际上就是要根据牛这个系统各个部分之间关联的强弱进行分解（学术语言为“解耦”），即通过解耦把一个复杂系统分解为许多相互联系的子系统。大系统的“集结”局域也可以通过结点进行进一步的简化，而这种简化本身也是以相关性为依据的。系统思维的相关性原则是一种系统的基础性原则。第三原则－“结构性思维”即系统思维应该着重考虑系统的结构性以及相应的功能，这简称为“结构性”原则。系统的结构性，是系统内部各个部分有机联系和稳定本质联系的反映，系统的稳定的和本质的联系就构成了系统结构。并不是有相同的元素就会有相同的结构，系统结构并不决定于系统的要素，而是取决于要素之间的相互关系。当系统具有相同的要素，同时具有不同的结构时，系统的功能也会不同，对外产生的效应也是不同的。因此，系统思维的重点应该放置在系统的结构上，而不是要素上，当然要素也是必须有所认识的，要素的认识是一个基础，而重点应该放置在要素构成的结构关系的分析上，这个问题我们后面还会涉及到。因此，系统思维的结构性原则是系统的重点性原则。第四原则－“动态性思维”即要用演化的观点看待对象，把系统看成为过程的集合体。也可以称为系统思维的“动态性”原则。换句话说，动态性原则，不仅意味着把系统放置在过程中理解和处理，而且还进一步意味着要按照语境的观点，把系统放置在不同的参考系中，系统在不同的参考系中会采取不同的行为和运动方式。系统动态性原则是系统变化性的反映，是过去与现在、现在与未来相互结合的思考。第五原则－“目的性思维”即系统思维和分析必须注意系统的目的，可以简称为“目的性”原则。系统的目的是一种导引性框架。系统活动一般都会具有特定的、显明的目的，系统的各个部分也是根据系统目标而协调起来的，系统整体的运动引起的输出响应实际上就是系统目的性的反映。那么，分析就必须注意系统的目的。第六原则－“环境性思维”是系统思维思考的框架性原则，即系统思维时，必须注意到系统的特定环境和一般环境对系统的影响以及系统的运动对这些环境的影响。可以把这一原则简称为“环境性”原则。任何一个实际的系统都存在于特定和一般的环境中，都与环境进行着物质、能量和信息的交换。一个系统要能够生存和发展，首先就必须适应外部环境及其变化；一个系统要能够长存活力，也必须积极影响环境，改变环境，与环境共生，与环境共变。环境性原则包括两个方面的思考：第一，要注意系统与环境的相互适应；第二，也要同时注意系统与环境的相互影响。第七原则－“路径性思维”是系统思维的路径原则，可以简称为“反馈性”原则。反馈体现了系统分析的多次反复运动过程，以及思考的路径。反馈也是一种不断循环的因果过程，不断的超越循环的过程。我们需要像系统实际过程中存在反馈环节那样对要研究的对象进行反复的思量，甚至包括从结果到原因的再思考。注意系统运行中信息流向，从而把握系统演化的信息脉络。以上七条系统思维原则可以总结如下：整体性原则，相关性原则，结构性原则，动态性原则，目的性原则，环境性原则，反馈性原则。它们各有各的用处，各把各的关卡。在系统思维过程中应该协调运用。整体性是总框，相关性是基础，结构性是重点，动态性是延展，目的性是导引，环境性是外框，路径性是馈线。

计划网络分析技术aihfgedcb华罗庚：西安聪明女工abcdefghij55555555555510555555510j3550节约15分钟

控制论方法控制论是美国数学家维纳（1894-1964）创立的。他于1948年出版的《控制论》在世界引起强烈反响。控制论是一门以数学为纽带，把研究自动调节、通信工程、计算机和计算技术以及生物科学中的神经生理学和病理学等学科共同关心的共性问题联系起来而形成的边缘学科。按照这一新的图景，一切物质存在，不管是天体、生物、机器直到人类社会以至于人的思维过程，都构成一定的"系统"，具有不同形式的控制、反馈功能。

(三)反馈与控制方法（三）反馈与控制方法1.反馈与反馈方法反馈本为控制论的基本概念，指将系统的输出返回到输入端并以某种方式改变输入，进而影响系统功能的过程。反馈可分为负反馈和正反馈。反馈方法是指运用反馈概念去分析和处理问题的方法，是一种以结果反过来影响进一步产生事物或原因的思考方法。2.控制与控制方法控制是指对事物起因、发展及结果的全过程的一种把握，是能预测和了解并决定事物的结果。控制方法有多种具体形态。控制方法的核心是一种在系统视野中如何处理好控制主体与控制客体的辩证关系。运用控制方法对复杂对象进行研究时，是对其控制流程加以综合性的考察，是以事物的系统要素、结构和功能关系的立场观察事物。控制论方法：

控制论方法运用控制论的原理和反馈调节手段，从功能行为上控制并揭示研究的对象系统变化发展的内部机制和外部效应的科学方法。控制论方法具体分为黑箱辨识法、反馈调节法和功能模拟法。

黑箱辨识法：通过考察输入与输出的信息，从外部来研究对象系统的功能和特性，探索无法直接观察到的内部结构和机理的科学方法。

黑箱辨识法的步骤是：第一，确认出一个特定的黑箱系统；第二，选定环境对黑箱的输入渠道以及黑箱对环境的输出渠道；第三，获取有关黑箱的信息或数据作为认识黑箱的依据；第四，综合整理分析所获取的输入与输出信息，以此推测黑箱内部结构状态及其过程机制，形成初步假说；第五，继续调整输入信息和分析输出信息，修正假说。

（四）

信息论方法

1948年申农（1916-2001）发表的《通讯的数学理论》一文，成为信息论诞生的标志。信息论是研究信息传输和信息处理系统中一般规律的新兴学科。核心问题是信息传输的有效性和可靠性以及两者间的关系。学科内容包括信息熵、信源编码、信道编码、信道容量、信息失真率理论、信号检测和估计等。（四）信息方法信息方法是运用信息的观点，把系统的运动过程看作信息传递和信息转换的过程，通过对信息流程的分析和处理，获得对某一复杂系统运动过程的规律性认识的一种研究方法。信息方法的优点是不割断系统的联系，通过流经系统结构的信息考察系统的结构和功能，以及变化发展，用联系的、全面的、功能化的观点去综合分析系统运动过程。

获取科学事实整理科学事实理论的应用（查阅文献、观察实验）（科学抽象、理论思维）（技术与生产实践）

输入科学事实假说、理论输出信息获取信息加工信息使用信息反馈

科研过程的信息流程图三、复杂性思维及其方法人类在迈向21世纪时，系统问题，特别是复杂系统及相应的复杂性科学问题变得日益突出。复杂性研究兴起最早可追溯到20世纪40年代贝塔朗菲的系统论开创性研究，随后以耗散结构理论的诞生为先导，协同学、超循环理论、突变论、混沌学和分形学等一系列复杂性科学的兴起及其蓬勃发展，极大地改变了世界科学图景以及当代科学家的思想方法和思维方式，使人们看到了一个更加丰富的世界。与传统经典科学相比，复杂性科学突破了机械论科学的孤立性、片面性、静止性等局限，将被经典科学的简化理性所排除的多样性、无序性、个体性因素引进科学的视野，将矢量时间、熵、不可逆性、偶然性、不稳定性、突现性、非线性等大量新概念运用到科学研究之中。复杂性科学揭示，世界从本质上讲是复杂的、非线性的，线性的相互作用和规则简单的秩序乃是一种特例，而非定则。复杂性科学揭示了线性、还原方法的局限，主张把复杂事物当作复杂事物来处理，考虑客观事物的更多因素，以一种复杂性思维来认识和把握世界。复杂性科学的发展在哲学和方法论方面引起了深刻的变革，为人们提供了认识复杂世界的一种新的思维范式。

耗散结构理论创始人——普里戈金（比利时）

首先，对于复杂的非线性系统，复杂性思维范式要求我们重视复杂系统中的各种要素及其相互关系，以一种整体思维来把握事物性质和规律。

其次，复杂性思维范式要求我们重视复杂系统中的各种要素及其相互关系，从事物不断变化的过程中，从事物与周围环境要素的关联上来考察和分析。

再次，复杂性思维范式要求我们掌握非线性的方法论，关注系统的非线性特征。非线性是复杂性的必要条件，是复杂性的数学本质。复杂性的突出特性是涌现性，而涌现性的机制是非线性的，也就是说，正是通过微观元素的非线性才可能出现整个的涌现性。复杂性科学方法

1．自组织性：强调事物的自组织演化特性，在对研究对象进行认识与控制时，注意事物的自我发展演化的特性，不过分和直接干预对象的演化。

2．多样性：注意从多个侧面认识和把握对象；注意对象的多样性关系；注意事物多样性联系。3．融贯性：把对事物的历史考察和逻辑认知统一起来，把多样性与统一性联系起来，把整体与部分统一起来，进行连贯、系统的认识。

4．整体性：首先把事物作为整体考察，力图超越还原论，从事物的整体出发，认识事物的存在、演化的复杂规律与特性。复杂性理论研究的基本框架复杂系统理论一般系统论控制论信息论协同学突变论耗散结构论超循环论一般系统科学自组织理论现代系统科学非线性科学混沌动力学分形理论孤立子理论大系统理论复杂巨系统理论灰色系统理论复杂性科学遗传编程进化策略进化编程遗传编程人工生命进化计算主体神经网络L-系统元胞自动机网络动力学搏弈论计算复杂性第四节

科学技术活动的方法

一、科学实践的方法

在现代的科学研究条件下，一个相对完整的研究过程主要包括以下环节：确定科研选题、获取科学事实、进行思维加工、实践检验论证和建立理论体系。科学观察和科学实验是科学实践的基本形式，也是获取科学事实最基本、最普遍的方法。科学观察科学观察是人们有目的、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。科学观察两个最主要的特点：感知性，目的性。科学观察分类：定性观察和定量观察，直接观察和间接观察，等等。科学实验

科学实验方法是在人工创造的条件下，在变革和控制研究对象的过程中观察客体，它比观察方法能获得更精确可靠的科学事实。

科学实验方法的主要特点：

第一，简化和纯化研究对象；

第二，强化和激化研究对象；

第三，重复或再现研究过程和结果。巴斯德在实验室研究微生物与发酵的关系，证明了细菌致病巴甫洛夫研究狗的消化腺分泌时意外发现了条件反射。他用手术在狗的腮部唾腺位置连接一导管，引出唾液，并用精密仪器记录唾液分泌的滴数。实验时给狗食物，并随时观察其唾液分泌情形。巴甫洛夫意外地发现，除食物之外，在食物出现之前的其他刺激(如送食物来的人员或其脚步声等)，也会引起狗的唾液分泌。巴甫洛夫根据谢切诺夫《脑的反射》理论，在1901年将狗对食物之外的无关刺激引起的唾液分泌现象，称之为条件反射。所谓条件反射(conditionedreflex)，是指在某种条件下，非属食物的中性刺激也与食物刺激同样引起脑神经反射的现象。从1901年起，巴甫洛夫专心从事条件反射实验研究，直到1936年逝世为止，长达35年之久。例：巴甫洛夫发现条件反射

在观察实验中，保证观察的客观性应当做到以下几点：

第一，要求实验结果可以用某种标准的方法进行重复。一般说来，观察者的主观的偶然失误都很容易在重复的实验中暴露出来，并加以消除，这就保证了实验结果的客观性。

第二，科学观察要求以正确反映客观事物本质的理论为指导。这类理论能提供正确的概念系统、推理规则和消除假象与误差的方法，从而把日常观察中模糊不清的现象变得清晰起来。

第三，使用先进的观测技术和观测仪器。仪器精度和可观测范围的扩大，就能更准确地记录客体运动的状态，提高观察的客观性。

最后，严谨的实事求是的学风。这是保证观察客观性前提，也是获得科学成果的重要条件。

观察和实验中的机遇

在获取科学事实的观察和实验过程中，由于意外的事件导致科学上的新发现，称为机遇。机遇是相对于原来预定的研究计划和目的而言的，它的最大特点就是意外性。机遇是科学发现过程中一个具有普遍意义的环节。例（德）伦琴（RöntgenWC）发现X射线，（法）贝克勒尔(BecquerelHA)发现铀的放射性。伦琴发现X射线1895年11月8日晚，伦琴陷入了深深的沉思。他以前做过一次放电实验，为了确保实验的精确性，他事先用锡纸和硬纸板把各种实验器材都包裹得严严实实，并且用一个没有安装铝窗的阴极管让阴极射线透出。可是现在，他却惊奇地发现，对着阴极射线发射的一块涂有氰亚铂酸钡的屏幕（这个屏幕用于另外一个实验）发出了光.而放电管旁边这叠原本严密封闭的底片，现在也变成了灰黑色—这说明它们已经曝光了！这个一般人很快就会忽略的现象，却引起了伦琴的注意，使他产生了浓厚的兴趣。他想：底片的变化，恰恰说明放电管放出了一种穿透力极强的新射线，它甚至能够穿透装底片的袋子。不过目前还不知道它是什么射线，于是取名“X射线”。于是，伦琴开始了对这种神秘的X射线的研究。他先把一个涂有磷光物质的屏幕放在放电管附近，结果发现屏幕马上发出了亮光。接着，他尝试着拿一些平时不透光的较轻物质—比如书本、橡皮板和木板—放到放电管和屏幕之间去挡那束看不见的神秘射线，可是谁也不能把它挡住，在屏幕上几乎看不到任何阴影，它甚至能够轻而易举地穿透15毫米厚的铝板！直到他把一块厚厚的金属板放在放电管与屏幕之间，屏幕上才出现了金属板的阴影，看来这种射线还是没有能力穿透太厚的物质。实验还发现，只有铅板和铂板才能使屏不发光，当阴极管被接通时，放在旁边的照相底片也将被感光，即使用厚厚的黑纸将底片包起来也无济于事。

接下来更为神奇的现象发生了，一天晚上伦琴很晚也没回家，他的妻子来实验室看他，于是他的妻子便成了在照相底片上留下痕迹的第一人，当时伦琴要求他的妻子用手捂住照相底片。当显影后，夫妻俩在底片上看见了手指骨头和结婚戒指的影像。

1896年1月5日，在柏林物理学会会议上展出了很多X射线的照片，同一天，维也纳《新闻报》也报道了发现X光的消息。这一伟大的发现立即引起人们的极大关注，并很快传遍全世界。在几个月的时间里，数百名科学家为此进行调查研究，一年之中就有上千篇关于X射线的论文问世。伦琴虽然发现了X射线，但当时的人们——包括他本人在内，都不知道这种射线究竟是什么东西。直到20世纪初，人们才知道X射线实质上是一种比光波更短的电磁波，它不仅在医学中用途广泛，成为人类战胜许多疾病的有力武器，而且还为今后物理学的重大变革提供了重要的证据。正因为这些原因，在1901年诺贝尔奖的颁奖仪式上，伦琴为世界上第一个荣获诺贝尔奖物理奖的人。人们为了纪念伦琴，将X(未知数）射线命名为伦琴射线。医用x射线机机遇的两种类型：一种是意外的、偶然的发现使遇到的难题迎刃而解，如固特异橡胶的发明。一种是本来为了研究某一事物，但在实践过程中却意外地发现了另一种事物，而后者又比前者具有更大的价值，如克鲁克斯1861年在用分光镜检视一种含硒化合物的残渣时，发现一种新元素——铊。两种类型机遇的区别在于，一种是加快了研究的进程达到了预期的目的；另一种是离开了原来的方向和目的。机遇产生的根源在于科学研究的目的性、探索性与自然现象的错综复杂性的矛盾。科学研究首先表现为已知和未知的对立统一，其次表现为确定性与非确定性的对立统一。

恩格斯：“在历史的发展中，偶然性起着自己的作用，而它在辩证的思维中，就像在胚胎的发展中一样概括在必然性中。”要充分利用机遇，科研工作者除了对机遇的认识态度外，还需要有及时发现问题的能力上的准备，这包括具有开放的思路、活跃的思想和广博的知识。科学实验室与人工自然实验室不仅仅是科学家的研究空间。科学实验室的实践对于科学研究有如下作用：

1．建构特定的微观人工世界。科学家通过实验室，构建了一个特定的人工简单化“世界”，从而规避了现象本性所包含的巨量的复杂性。

2．隔离和突出研究对象。它把外部的任何可能的影响隔离开来，并且把建构现象中的若干要素突出出来。

3．操纵和介入。建构这样的一个在实践上被隔离开来的微观世界的目的，是为了能够以特定的方式操纵它。科学家有意地引入一个人工微观世界，让事件在实验室里运动。在实验室里，科学家不是袖手旁观者，而是行动者、参与者和实践者。他们的科学研究方式不仅是“看”，更重要是“做”。

4．追踪微观世界。追踪实验涉及到从最初的建构到对整个实验进程实施的全程控制。通过追踪，实验室的微观世界的种种事件才能变成为可观察的现象。二、技术活动的方法（一）技术思维及其特点

1．科学思维更关注普遍性；技术思维更关注可行性；

2．科学思维更关注创造性；技术思维更关注价值性；

3．科学思维没有限制，可以任凭思维跳跃发展，技术思维是限制性思维，是在已经有了原理的基础上思考如何通过现有条件或改造条件从而实现它。

4．技术思维是联系性思维，它一方面要连通科学的理论，另一方面要联系技术的实际，是两极思维，技术思维要求“顶天立地”。案例：一个绿色设计要考虑的方面引自：李方义博士论文（二）技术活动的方法

技术方法就是指包含在人类技术研究与开发活动中的可操作性的规则、模式或程序。它集中体现了人对自然的能动作用。技术是伴随着人类的产生而萌发的，在其漫长的历史发展过程中，人类不断发明、创造了各种各样的技术方法，它们构成了一般技术方法的基础

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一般技术方法可以从不同角度来分类，根据一般技术方法的功能特点，可以分为技术决策方法和技术创造方法两大类。前者包括技术预测方法、技术评估方法，后者包括技术选题方法、技术方案构思方法、技术试验及设计方法、技术推广方法等。技术方法特点(比较科学方法)更强的实践性:技术研究的进程则是实现人类认识过程中的第二次飞跃,其最终成果主要是物质形态的东西.更强的社会性:技术两重性,技术方法受此影响,方法的选择要考虑各种社会因素.更强的综合性:工程技术的研究对象是特定的现实自然物包括人工自然物,须恢复许多在科学研究中舍弃的因素和关系；而且技术方法常常是多种自然科学原理的综合应用,还要综合社会科学的成果.工程技术方法的一般程序需求概念修订改进确证决策制造N.L.斯文森，《工程设计导论》，p.6。1．技术构思方法技术构思是指在技术研究与开发中，对思维中考虑的设计对象进行结构、功能和工艺的构思。技术构思方法包括经验方法和科学方法。2．技术发明方法技术发明是创造人工自然物的方法。技术的发明是人类在自然客体的基础上，利用自然物质、能量和信息，创造出来的原本自然没有的人工创造物。技术发明有许多种方法。3．技术试验的方法技术试验是在应用研究或技术开发中，对技术思想、技术设计、技术成果进行探索、考察、检验的实践活动。技术试验与科学实验是科学技术领域中两个不同的实践活动。两者既有共性，又有区别。4．技术预测的方法5．技术评估的方法技术评估是对技术系统、技术活动、技术环境，包括技术计划、项目、机构、人员、政策等可能产生的作用、效果和影响进行测算与评价的行为，是从总体上把握利害得失，将被评估的系列技术活动的负面影响降至最低，使其活动的正面影响达到极大，从而引导技术活动朝着有利于自然、社会和技术的和谐发展的方向前进。1423.技术试验

及其基本类型技术试验及其特点技术试验是在应用研究或技术开发中，对技术思想、技术设计、技术成果（如新的生产方法、新的工艺、新的产品等）进行探索、考察、检验的实践活动。它是实现技术构思和设计向实物对象转化的技术研究方法。科学理论和技术构思必须经过试验才能物化为技术成果；技术成果也必须经过试验才能转化为现实的生产能力。143*试验和实验试验和实验是科学技术领域中两种不同的实践活动，二者既有共性，又有区别。从认识论的一般原则看，试验和实验的共性主要表现在：首先，它们都属于认识事物的实践环节，它们都是利用科学仪器、设备等物质手段来控制环境、变革对象，在有利的条件下研究事物的方法，其次，试验和实验都是获取反映事物特性、关系的数据资料的手段；其三，它们都是检验认识的真理性的标准。试验可以验证技术思想、技术原理、技术设计等的真理性和可行性，此外，在当代一些前沿料学技术领域里，科学理论的研究和技术开发工作已经融为一体，很难把试验与实验作明确的区分。144试验和实验科学和技术毕竟是两个不同的领域，因此，实验与试验作为分属这两个领域的不同实践活动，其区别也是明显的第一，研究职能不同。从整个认识过程来看，实验是由实践上升为理论的科学认识过程，它主要承担认识世界的职能，即揭示未知的自然规律；而试验是由理论（或实践经验）转化为实践的技术创造过程，它主要承担改造世界的职能，即把科学理论、技术原理转化为技术成果、直接的生产力。第二、研究对象不同。实验的对象是自然客体，是为了探索自然过程与自然规律，而试验对象是人工自然物，是为了建立人工自然物或人工自然过程。145第三，经验的因素在实验和试验中的地位不同实验过程是在科学假说和科学理论的支配下进行的，科学家追求的是理想化、精确化和完美化。在科学探索中有时也用经验方法，但经验估计往往是不能令人满足的。而在工程试验中，由于工程问题非常复杂，受到多种因素的制约和影响。所以，它一方面可以把研究