第四讲科学技术方法论

第四讲科学技术方法论第1页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学技术研究方法有三类：适用于某些学科的特殊研究方法，如光谱分析方法等；适用于各门自然科学技术的一般研究方法；适用于自然科学、社会科学、思维科学的普遍研究方法，如归纳方法等。自然辩证法的科学技术方法论主要研究第二类方法。科学技术方法论是关于自然科学技术研究中常用的一般方法的理论体系。第2页，共60页，2023年，2月20日，星期三一、科技研究的辩证思维方法辩证思维方法是哲学上所研究的思维方法。它是指理论思维方法，是以揭示事物的本质和规律为目的的、正确进行理性认识的方法。辩证思维方法本质上是在客观规律基础上依据主体需要而形成的思维规则、工具和手段。它是理论思维的工具。辩证思维方法在认识中的作用：使杂乱的感性材料有序化；对于思维的具体运行有规范作用；辩证思维方法的不同，直接影响着人们认识活动的结果。第3页，共60页，2023年，2月20日，星期三1、归纳和演绎

归纳是从个别事实中概括出一般性结论的思维方法，是一种由个别性前提过渡到一般性结论的推理形式。包括完全归纳法和不完全归纳法。S2------pS1------pS3-----pS4------pS-------pS1------pS2------p

------S-------p完全归纳不完全归纳第4页，共60页，2023年，2月20日，星期三

演绎是从一般原理走向个别结论的思维方法，是由一般性原则推导出个别结论的推理形式。它由前提、逻辑规则和结论三部分构成。

这两种方法不可分割，二者互为前提、互相补充，综合应用。S-------pM------SM--------p大前提小前提结论第5页，共60页，2023年，2月20日，星期三归纳与演绎的关系——归纳是演绎的基础；演绎是归纳的指导；二者在一定条件下可相互转化。要建立归纳和演绎相统一的思维模式。第6页，共60页，2023年，2月20日，星期三

分析就是在思维中把整体分解为各个部分、方面、要素，以便分别加以研究的思维方法。

综合是在分析的基础上，把事物的各个部分、方面、要素联系起来分别加以研究，在思维中形成对客体的整体性认识的一种思维方法。其实质是从整体出发，找出各部分和方面的内在联系。

分析与综合是辩证统一的，既相互区别，又相互依赖、相互渗透、相互转化。

2、分析和综合第7页，共60页，2023年，2月20日，星期三分析方法可以把复杂事物简化，深化对事物的认识，便于把握事物的本质。但它往往割裂事物的联系，得到的是事物的局部知识，缺乏对事物的整体认识。综合方法则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。分析是综合的前提和基础；而综合则是分析的发展和提高。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。第8页，共60页，2023年，2月20日，星期三3、抽象和具体

抽象是指在思维中把客体的某些本质属性抽取出来深入研究，而暂时舍去其他属性的一种思维方法。具体是客体的多样性的统一体，有感性具体和思维具体（理性具体）两种形态。抽象和具体是对立统一的。正确运用这一方法，得严格遵守它的内在逻辑。

第9页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学抽象——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。第10页，共60页，2023年，2月20日，星期三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。第11页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学抽象的过程一般是经过三个阶段和两次飞跃实现的。这三个阶段是：（1）感性的具体：研究对象的完整映像，即获取的科学事实；（2）抽象的规定：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：综合后的科学概念和完整的理论体系。从感性的具体到抽象的规定及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。第12页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学抽象的形式——（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13页，共60页，2023年，2月20日，星期三4、历史和逻辑的统一

历史的方法是指从事物自身的运动变化发展过程考察事物的方法，即从对象的自然过程研究考证描述对象的方法。逻辑的方法是指透过对象自然过程中种种表面的个别的暂时的现象，从纯粹的抽象概括的形态上研究和揭示对象的本质、规律的思维方法。科学理论体系的建构，最终总是运用逻辑方法完成的。辩证思维方法侧重于人与世界的整体性关系。它是方法论的前提和基础。第14页，共60页，2023年，2月20日，星期三二、科技研究的创新思维方法1、科学技术创造科技创造是运用科技知识和技能，改变、控制和调节客体，创造出前所未有的产品的活动，是科学技术研究中的创造性活动。科技创造分为科学发现和技术发明。科学发现：把被掩盖的东西揭示出来，即把已经存在但不为人知的事物找出来，或把客观存在的规律加以阐明。技术发明：创制或造出过去不曾存在的东西，即创造出世上本没有的器物、技术、方法等。

第15页，共60页，2023年，2月20日，星期三科技创造的基本过程：（1）准备阶段：问题的提出（2）酝酿阶段：问题的求解（3）显智阶段：问题的突破（4）检验阶段：问题成果的证明和检验第16页，共60页，2023年，2月20日，星期三2、类比方法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。第17页，共60页，2023年，2月20日，星期三分析方法可以把复杂事物简化，深化对事物的认识，便于把握事物的本质。但它往往割裂事物的联系，得到的是事物的局部知识，缺乏对事物的整体认识。综合方法则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。分析是综合的前提和基础；综合是分析的发展和提高。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。第18页，共60页，2023年，2月20日，星期三3、形象思维形象思维是在感性认识的基础上，通过意象进行联想和想象,以揭示对象的本质和规律的思维方法。逻辑思维的“细胞”是概念，而形象思维的“细胞”则是意象。意象是对同类事物形象的一般特征的反映。形象思维的一般思维过程：运用意象进行联想和想象。逻辑思维的一般思维过程：运用概念进行判断和推理。第19页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学直觉是指不受某种固定的逻辑规则约束而直接领悟事物本质的一种思维形式。它具有非逻辑性和自发性。科学研究中，对机遇能迅速捕捉，并能对其蕴涵的科学价值做出准确的判断，就是科学直觉能力的表现。第20页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学灵感是指探索某个问题时虽经反复探索但尚未解决；因某种偶然因素的激发，得到突发性的顿悟，思想豁然开朗，一通百通，使问题得到解决的思维过程。从灵感的发生看，它是一种突发性的创造活动；从灵感的过程看，它是一种飞跃性的创造活动；从灵感的成果看，它是一种突破性的创造活动。科学灵感是科学思维活动的必然性的偶然表现而已。它的突然性只是形式上的；实际上，它是大脑长时间准备，思维特别紧张，注意力高度集中所产生的一种必然结果。第21页，共60页，2023年，2月20日，星期三4、创造性思维方法创造性思维与常规性思维德国的韦特海姆发表的《创造性思维》（1943年）是第一部研究创造性思维的专著。创造性思维是研究者在原有的知识和经验基础上，运用与探索对象及探索过程相匹配的、独特的科学思维方法把握对象的本质和规律，从而获得新思想、新观点、新理论、新方法的思维过程。创造性思维的基本特征：独立性和自主性、多向性和联动性、综合性和超越性。第22页，共60页，2023年，2月20日，星期三（1）创造性思维发挥的生理基础思维是人脑的机能。人脑右半球的功能主要是以形象思维的形式产生创造性的设想等；人脑左半球的功能主要是以抽象思维的形式进行分析、论证等。在创造性思维活动中，人脑两个半球既各司其职，又协同工作，产生设想和分析论证两个过程相互联系、交叉进行，使创造设想很快得以完善，产生创造性的思维成果。人脑机能的充分发挥，是创造性思维发挥的生理基础。第23页，共60页，2023年，2月20日，星期三（2）创造性思维发挥的心理基础创造性思维的心理机制主要是指显意识和潜意识在创造性思维发挥中的协同作用问题。显意识是人自觉意识到并能加以控制的意识活动，包括知觉、感觉、判断、推理、情感、意志等。潜意识是人意识不到、不能自觉控制的意识活动。显意识和潜意识是人脑对客观事物反映的不同层次。创造性思维的发挥是以显意识和潜意识的协同作用为心理基础的。第24页，共60页，2023年，2月20日，星期三（3）创造性思维的发挥是发散思维与收敛思维的优化综合发散思维是指从同一个探索对象出发，思维向不同的方向发散，从不同的方向去探寻各种不同的解决途径和答案的思维方法，它具有流畅性、灵活性、独特性等特征，又称“求异思维”。收敛思维是指从同一个探索对象出发，尽可能利用已有的知识和经验，集中一个方向，探求一个正确答案的思维方法，它具有单向性，又称“求同思维”。两者相辅相成、相互配合。发散性思维要以收敛性思维为基础，而收敛性思维要以发散性思维为导向。第25页，共60页，2023年，2月20日，星期三（4）创造性思维的发挥是逻辑思维与非逻辑思维的综合应用一个足以完成科学创造过程的创造性思维方法，必定是逻辑思维与非逻辑思维的辩证统一和综合应用。逻辑思维与非逻辑思维是创造性思维得以发挥的两个翅膀、相互补充、相互协同。第26页，共60页，2023年，2月20日，星期三三、数学方法与系统思维方法

1、数学方法数学模型是指用形式化的数学语言对研究对象的本质特征或基本过程进行数量方面的描述的一种数学结构。如数学方程（组）、图、表格等。数学模型方法是通过建立和研究对象的数学模型来揭示对象的本质特征和变化规律的方法。第27页，共60页，2023年，2月20日，星期三数学模型的基本类型——确定性数学模型、随机性数学模型、突变性数学模型、模糊性数学模型。运用数学模型方法的一般步骤——抽取数量关系，建立数学模型；对数学模型求解；对模型的解做出解释和评价，形成对实际问题的判断或预见。第28页，共60页，2023年，2月20日，星期三数学实验是一种新的科学认识途径。数学实验是在计算机上对系统的数学模型进行试验，以求得对原型的规律性的认识的一种数学方法。也叫计算机仿真。数学实验与一般的实验不同，它是在真实实验与纯粹的演绎推理之间的一种认识自然规律的新方法，是用相应的数学语言对客体进行描述的“实验”。第29页，共60页，2023年，2月20日，星期三2、系统思维方法系统科学是探索系统的存在方式和运动变化规律的学科，是对系统本质的正确反映和真理性认识的知识体系。它已形成一个学科群：系统论、信息论、控制论、耗散结构理论、协同学、突变理论、超循环理论、混沌理论、非线性科学、复杂性理论等。系统思维方法是指系统论方法、控制论方法和信息论方法，以及在此基础上发展起来的自组织理论（耗散结构理论、协同学理论和超循环理论等）的方法。第30页，共60页，2023年，2月20日，星期三一般系统论是奥地利生物学家贝塔朗菲创立的，其思想源于解释生命现象的有机论观点。系统论方法是把研究对象看成系统，从系统整体出发，辩证地处理整体与部分、结构与功能、系统与环境、功能与目标之间的关系，以实现系统整体最优化的方法。系统论方法应用的原则：既使整体最优，又不使部分损失过大。系统分析与系统综合。第31页，共60页，2023年，2月20日，星期三控制论是1948年美国数学家维纳创立的。它是研究在动物和机器中通讯和控制的理论。控制论方法是以任何系统的功能行为为目标，通过功能模拟方法、黑箱方法和反馈方法的综合应用，使系统减熵增序，实现控制，以达到系统目标最优化的方法。第32页，共60页，2023年，2月20日，星期三信息论是1948年美国数学家申农人创立的。信息论方法是指运用信息的概念，把系统的运动变化过程抽象为信息的流程，通过对信息的流程的分析和处理，求得对系统规律性的认识的一种系统科学方法。它以信息的运动作为分析和处理问题的基础。第33页，共60页，2023年，2月20日，星期三耗散结构方法耗散结构理论是比利时的普利高津在1969年提出的。耗散结构方法是研究一切不同质的系统如何从无序走向有序，进而产生耗散结构，使系统具有自组织功能的方法。应用耗散结构方法的原则：开放性原则、非平衡原则、非线性原则、涨落原则。第34页，共60页，2023年，2月20日，星期三协同学方法协同学是德国的物理学家赫尔曼·哈肯在20世纪70年代初提出的。协同学方法是以定性与定量相结合的方式，从度上把握系统如何相干协同，表现自组织问题的一般方法。第35页，共60页，2023年，2月20日，星期三超循环方法超循环理论是德国的艾根于20世纪70年代初提出的。超循环：循环的循环或高等循环。在一个反应系列中，如果每一个中间物都是一个自复制单元，同时又能为下一个中间物的复制提供催化支持，便形成了一个超循环。超循环方法是指运用超循环的概念来分析和解决问题的方法。第36页，共60页，2023年，2月20日，星期三四、科学技术活动的方法一、科学认识的形成与方法二、科学理论的创立与评价三、技术认识与技术方法第37页，共60页，2023年，2月20日，星期三一、科学认识的形成与方法1、科学问题如何提出？科学研究的起点：提出科学问题科学问题是一定时代的科学认识主体在当时的知识背景下提出的关于科学认识和科学实践中需要解决而未解决的矛盾。爱因斯坦指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”第38页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学问题的主要来源——（1）从新经验事实的解释中提出；（2）从科技的空白区和结合部中提出；（3）从新事实与旧理论的冲突中提出；（4）从相互并存的多种假说中提出；（5）从科学理论内部的逻辑矛盾中提出；（6）从不同学科理论观点之间的矛盾中提出；（7）从追求理论的普适性和逻辑简单性中提出；（8）从证实假说或事实的可靠性中提出；（9）从某一学科的概念、理论和方法向其他领域移植中提出；（10）从科学理论和方法的推广和应用中提出；（11）从社会需要与生产实践中提出。第39页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学问题：常规问题和反常问题、事实问题和理论问题——常规问题是在常规科学时期提出的有待解决的疑难问题，与现有科学理论的基本概念和基本原理不发生根本性的冲突。可以作为事实问题和理论问题处理。反常问题是在科学革命时期提出的、已有理论无法解决的疑难问题，它是拒斥原有科学理论的框架而提出的，与现有科学理论的基本概念和基本原理有明显不同或尖锐对立。反常问题的解决意味着一场科学理论革命。第40页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学问题的转换——常规问题与反常问题之间的转换，事实问题与理论问题之间的转换。科学问题的逆向转换、互补转换、发散转换、立体转换等。“如何使贱金属变成贵金属？”

“能使贱金属变成贵金属吗？”“光是波还是粒子？”

“光不能既是波又是粒子吗？”“脚气病是由哪些细菌引起的？”

“为什么食用精白米的人容易得脚气病？”第41页，共60页，2023年，2月20日，星期三科研选题在科研中的作用——科研选题是形成、选择和确定科研课题的全过程。它是科学研究过程中的决定性环节。（1）定向作用；（2）制约作用；（3）关键性作用；（4）培养思维能力和独立工作能力；（5）它是科技管理工作中一个决策过程。第42页，共60页，2023年，2月20日，星期三科研选题的基本原则（1）创新性原则要求课题具有超前性、新颖性和突破性。（2）科学性原则选题要有科学事实根据和科学理论根据。（3）可能性原则选题必须根据主客观条件来确定。（4）需要性原则根据社会实践的需要和科技自身发展的需要来选择课题。第43页，共60页，2023年，2月20日，星期三2、科学事实的获取方法——科学观察、科学实验科学观察是通过感觉器官或借助于科学仪器，有目的、有计划地感知和描述客观对象，以获取科学事实的一种科学认识方法。科学观察的基本原则（1）客观性原则：首要原则（2）全面性原则（3）典型性原则（4）辩证性原则第44页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学实验是根据研究目的，利用科学仪器等手段，人为地控制、模拟或变革研究对象，以获取科学事实的一种研究方法。科学实验的基本要素：实验者、实验手段和实验对象。科学实验的基本要求——（1）确定误差范围，区分系统误差和偶然误差，并加以适当处理。（2）实验结果可重复。（3）有理论思维指导。（4）遵循客观性、全面性、辩证性、目的性等原则。第45页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学实验的一般步骤——（1）实验的构思和设计：确定实验目的、实验原理，选择实验材料，选择或研制适用的仪器设备，选择实验的类型等。（2）实验的实施：完成实验操作的各个环节，记录所有的反应、表现和数据。（3）实验结果的分析整理和理论解释：确定所获得的经验事实。讨论题：观察实验与理论的关系如何？第46页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学观察实验中的机遇——机遇是指出乎人们意料的新现象、新情况。科学机遇：观察实验者在期待A现象出现时，却意外地发现了B现象；或在采取某种操作或措施后，却得到了意想不到的结果。这个意外的B现象比期待中的那个一般只具有确认意义的A现象更有价值、更有意义。机遇的特点：意外性、偶然性。机遇的作用：先导作用、线索作用；对科学发展起加速或延缓作用。第47页，共60页，2023年，2月20日，星期三捕捉机遇的条件和能力——（1）必须具有留心机遇、重视机遇、随时准备捕捉机遇的强烈意识和穷追不舍的精神。（2）要有丰富的专门知识、合理的智能结构和长期的实践经验的储备。（3）要有敏锐的观察能力和高度的判断能力。（4）要善于独立思考，富于想象，勇于摆脱已有的观念和成见、偏见的束缚。第48页，共60页，2023年，2月20日，星期三3、科学假说的形成科学研究从科学问题出发，以科学事实为基础，经过对科学事实的整理、加工和概括，就会产生科学假说。科学假说经过实践的检验，就上升为科学理论。科学假说的形成和科学理论的建立，以及二者之间的相互转化和促进，有力地推进科学的发展。第49页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学假说是根据已知的科学事实和科学理论，对所研究的自然现象及其规律性所作的推测性的说明和假定性的理论解释。科学假说具有以下特征：（1）科学性（2）推测性（假定性）（3）易变性经验定律型假说与原理定律型假说第50页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学假说在科研中的作用——（1）科学假说是通向科学理论的桥梁；（2）科学假说能够发挥思维的能动性和创造性；（3）科学假说具有导向作用；（4）不同假说的争论有利于推动学术的繁荣。第51页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学假说形成的基本条件——（1）可解释性：假说要尽可能解释已有的科学事实；（2）一致对应性：假说不应与原有理论中经过检验的真理部分相矛盾；（3）可预测性、检验性：假说应能在观察、实验等实践基础上加以检验，从而判定其真伪。第52页，共60页，2023年，2月20日，星期三二、科学理论的创立与评价科学理论是经过实践检验的系统化的科学知识体系。它反映了事物的本质和规律，能对已知事实做出解释，对未知事实做出预见。科学理论特征:客观真理性、普遍性、系统性和逻辑性。第53页，共60页，2023年，2月20日，星期三科学理论的逻辑结构：（1）基本概念:逻辑出发点（2）判断（基本原理或定律）（3）逻辑结论（科学推论）科学理论的核心内容与辅助内容科学理论的发展形式：理论的常规发展（量变）：修补理论的辅助内容。（2）理论的创新（质变）：旧理论被新理论所代替。第54页，共60页，2023年，2月20日，星期三建立科学理论的公