第六讲科学抽象与科学思维

第六讲科学抽象与科学思维第一页，共五十八页，编辑于2023年，星期一科学抽象第二页，共五十八页，编辑于2023年，星期一单是事实的收集，哪怕收集得非常广泛；单是事实的积累，哪怕积累得毫无遗漏，都不能使你获得掌握科学的方法，不能向你提供进一步成功的保证，甚至还不能使你有权按照科学这个名词的高级意义来把它叫做科学。

——门捷列夫第三页，共五十八页，编辑于2023年，星期一一、科学抽象的涵义指在思维中对同类事物去除其现象的、次要的方面，抽取其共同的、主要的方面，从而做到从个别中把握一般，从现象中把握本质的认知过程和思维方法。第四页，共五十八页，编辑于2023年，星期一二、科学抽象的基本成果（一）科学概念（二）科学符号（三）思想模型第五页，共五十八页，编辑于2023年，星期一（一）科学概念1、科学概念的含义是对科学事实进行理性加工的产物，反映了事物的本质属性和内在联系，是思维结构的基本单位。2、科学概念的作用

1)预示科学理论的形成；

2)形成科学理论的基础；如：普朗克－“量子”概念－量子力学

3)进行科学思维的工具。列宁：“自然科学的成果是概念”。

第六页，共五十八页，编辑于2023年，星期一（二）科学符号1、科学符号的含义符号就是对象的人工指称物。罗素：“如果A引起关于B的‘观念’，A正是B的符号”。2、科学符号的作用使思想清晰化，方便人们之间的交流和沟通。自然语言系统：不精确，语法结构不严格。科学语言系统：单义性、确定性、方便性。第七页，共五十八页，编辑于2023年，星期一（三）思想模型1、天然模型作为模型的事物是天然物，自然界中所具有的。如，动物实验2、人工模型作为模型的是人工物，是人们根据需要设计制造出来的。如，针灸铜人3、思想模型科学研究中建立的对原型高度抽象化的思想客体。如，直线、质点、原子模型、DNA双螺旋结构模型。

第八页，共五十八页，编辑于2023年，星期一科学思维方法第九页，共五十八页，编辑于2023年，星期一科学研究中的思维方法：科学思维方法逻辑思维方法三段论直言推理模态推理关系推理复合判断推进完全不完全5种比较、分类和类比归纳简单枚举法科学归纳法法演绎分析与综合联言选言假言二维非逻辑思维方法形象思维、联想思维、发散式思维灵感思维、直觉思维、收敛式思维第十页，共五十八页，编辑于2023年，星期一逻辑思维方法第十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期一一、比较和分类第十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期一（一）比较方法1、比较方法

在不同事物之间或同类事物之间找出它们的共同点和差异点的逻辑方法。2.比较方法种类

a.性质比较：事物间各种属性的比较。

b.量的比较：事物间数量上的比较。

c.状态比较：事物间各处于什么状态。

d.结构比较：事物间在空间构成上的比较。

e.功能比较：事物间在作用和能力上比较。

f.历史比较：事物发展过程中各个阶段或两种事物发展过程中同一历史阶段的比较。

g.理论与实践的比较：新的实践所获取的科学事实与原有理论的比较。第十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期一3、比较应遵循的原则1）应在同一关系上进行比较比较必须使两类事物有某种联系或种属关系，即必须具有可比性。2）必须坚持在同一标准条件下进行比较必须保证两组对象之间，除被试因素不同外，其它条件必须相同。3）应抓住被研究对象的本质属性进行比较第十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期一（二）分类方法1、分类方法指在比较的基础上，根据事物之间的共同点和差异点，将事物区别为不同种类或不同等级系统的一种逻辑方法。2、分类的划分方法

1）客观分类法（又叫本质分类法）按照客观事物的本质特征和内部联系

2）主观分类法（又叫人为分类法）按照人们的主观意图。

第十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期一3、分类应遵循的原则1）每次分类必须按同一标准进行，否则就是犯“分类重迭”的错误。例如：

按年龄不同和生理特点进行分类更年期疾病儿童性疾病老年性疾病

按致病因子分类传染性疾病胶原性疾病免疫性疾病遗传性疾病第十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期一2）分类的子项应当互不相容，否则就要犯“子项相

容”的错误。

例如：维生物脂溶性维生物水溶性维生物还原性维生物非还原性维生物脂溶性维生物(E)水溶性维生物(C)3）各子项之和必须穷尽母项

例如：生物动物植物微生物（不可漏）第十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期一4）分类必须逐级进行，否则就是犯“跳级分类”错误。

例如：自然界动物界植物界矿物界微生物界

应是：自然界无机界无机化合物矿物界地质界有机界动物界植物界微生物界第十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期一4、分类在科研究中的作用1）分类是整理文献资料的重要手段和方法。

2）分类有利于科研人员确定自己的专业和研究方向，分类研究有利于从更深层次上认识自然、改造自然。

3）科学的分类能够反映事物内部规律性的联系，为人们有目的地去探索新事物提供向导。第十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期一每当理智缺乏可靠论证的思路时，类比这种方法

往往能指引我们前进。

——康德第二十页，共五十八页，编辑于2023年，星期一二、类比方法1、类比的含义类比是在比较和分类的基础上，根据两个或两类对象之间在某些属性方面相同或相似，从而推出它们在其它方面也可能相同或相似的一种逻辑方法。类比方法也叫类比推理。公式：如果对象A有属性a.b.c.d.

前提

对象B有属性a.b.c.

结论：那么对象B也可能有属性d.

第二十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期一2、类比法的结论是或然的第二十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期一2、类比方法在科研中的作用1）可以激发人们的想象力，打破传统思想的束缚，明确新的方向。2）类比方法是提出科学假说的重要途径。

如，细胞学说的建立、DNA模型的建立3）类比方法是医学研究中模拟实验的逻辑基础。如，18世纪中叶，奥地利医生奥恩布鲁格将人体胸腔积液与装在桶内酒相类比，根据其父由叩击酒桶的声音推知酒量的多少，首创了叩击人的胸腔部位推知胸腔积液的情况，从而发明了叩诊法。第二十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期一3、使用类比方法必须遵循原则1）尽量扩大类比的范围：已知相同或相似的属性越多，得出来的结论就越可靠。

如，疫苗应用于临床前，要先在其他动物身上做试验，由于猴子与人的相同属性比小白鼠与人的相同属性更多一些。因此，在猴子身上做试验就比在小白鼠身上做试验更可靠。

2）要类比两个或两个对象的本质属性，否则就是犯“表面类比”的错误3）要注意寻找有点无结论相矛盾的属性即，与甲对象相类比的乙对象，不能有与被推出的属性,

不相容的属性。如果乙对象有与推出属性不相容的属性,

无论甲、乙对象之间有多少相同属性，结论也不能成立.第二十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期一三、归纳与演绎方法第二十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期一（一）归纳法（1）1、亚里士多德的归纳法亚里士多德是古代归纳法的创始人，他在《工具论》中提出了三种归纳法：简单枚举法、源于归纳的三段论、知觉归纳法2、培根的科学归纳法在1620年出版的《新工具》著作中对归纳法作了重要发展，成为近代科学归纳主义的奠基人。培根归纳法的程序：第一步是收集材料以“服役于感官”第二步是整理材料以“服役于记忆”第三步是对材料进行归纳概括以“服役与心或理性”第四步是得到“初步收获”第二十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期一（一）归纳法（2）通过对大量个别事实的考察，从而概括出一般原理的一种逻辑推理方法。它是从个别到一般的逻辑推理方法。根据归纳推理是否考察了某类事物的全部对象：1、完全归纳法通过考察某类事物的每一个对象（即全部对象）具有（或不具有）某种属性，从而推出某类事物具有（或不具有）某种属性的一般性原理的结论。特点：完全归纳法的结论没有超出前提所断定的范围，因而结论是必然的、可靠的，但它并没有提供新知识。第二十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期一2、不完全归纳法通过考察某类事物的部分对象具有（或不具有）某种属性从而得出该类事物的所有对象具有（或不具有）某种属性的一般性原理的结论。根据是否找到了事物现象之间内在的因果联系，不完全归纳分为简单枚举法和科学归纳法。1）简单枚举法通过考察某类事物的部分对象具有（或不具有）某种属性，根据所考察过的对象中并没有遇到与这种属性相矛盾的情况，从而作出关于该类事物具有（或不具有）某种属性的一般性知识的结论。例如：肺结核病人有低烧、盗汗的症状淋巴结核病人有低烧、盗汗的症状骨结核病人有低烧、盗汗的症状肾结核病人有低烧、盗汗的症状腹腔结核病人有低烧、盗汗的症状∴凡患结核菌感染的所有患者都有低烧、盗汗的症状第二十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期一

2）科学归纳法简单枚举法的结论具有一定或然性，其结论缺乏科学论证，没有找到事物现象之间的内在的因果联系。所以在实验中，一旦发现有与原结论相反的事实，就应考虑修改或否定原结论。该法也可称为“经验法”。科学归纳法是通过考察某类事物的部分对象，分析并找出这些对象之所以具有某种属性的原因，以研究对象内部的因果联系作根据，从而作出关于某类事物的全部对象都具有某种属性的一般性知识的结论。第二十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期一例1：铁受热体积膨胀；铜受热体积膨胀；铝受热体积膨胀；锡受热体积膨胀；铁、铜、铝、锡是金属部分对象，受热后分子凝聚力减弱，分子运动加快，分子彼此间距离增大，因而引起体积膨胀。

∴所有金属受热体积膨胀。第三十页，共五十八页，编辑于2023年，星期一例2：高温高压可以杀死葡萄球菌；高温高压可以杀死沙门氏菌；高温高压可以杀死杆菌；高温高压可以杀死霉菌；高温高压可以杀死嗜盐菌；葡萄球菌、沙门氏菌、杆菌、霉菌、嗜盐菌是所有菌类的部分对象，经高压高温后均可被杀死，其原因是：通过高温高压后，细菌中的蛋白质结构会发生热凝变，从而使细菌内部蛋白质结构受到破坏，导致细菌死亡。∴高温高压可以杀死所有细菌。第三十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期一穆勒五法科学归纳法的特点：找出了事物现象之间的内在的因果联系，结论超出了前提所断定的范围。但结论是必然的，在科研中被广泛使用。穆勒五法：在科学归纳法中，为了探索事物现象之间的因果关系，常用的逻辑方法有如下五种——求同法、求异法、求同求异法、共变法、剩余法，这五种方法也叫“穆勒五法”。第三十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期一（二）演绎方法从一般到个别，从普遍到特殊的一种逻辑推理方法。它是以一般原理为前提，推出个别事实的结论的一种逻辑推理方法。前提与结论之间具有必然联系。特点：前提真，结论必真，结论假，前提必假，这是演绎推理的基本特点。例1凡绞窄性肠梗阻需要手术治疗（大前提）李某患了绞窄性肠梗阻（小前提）∴李某应立即手术（结论）例2凡癌症均为不治之症（大前提）乳腺癌是癌症（小前提）∴乳腺癌为不治之症（结论）

第三十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期一四、分析与综合方法（一）分析方法

1、分析的定义

把研究对象的整体分解成为多个部分、多个方面、多个层次、多个要素,或者把一个复杂的事物过程分解为多个阶段,分别加以考察的一种逻辑思维方法。第三十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期一2、分析的类型

1）定性分析为了确定事物具有哪些成分和属性以及各种成分和各种属性之间的关系。

2）定量分析为了确定事物中各种成分的数量的多少以及各种成分之间的数量关系，并求出各种数量之间的数学式。3）因果分析即已知结果，寻找引起结果的原因，并把有因果联系的现象与没有因果联系的现象区别开来。4）系统分析即分析一个事物多个要素之间，要素与系统之间，要素与外部事物之间，系统与外部事物之间的联系。第三十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期一3、分析在科研中的作用1）把复杂的事物简单化，便于着手进行研究；2）运用分析方法进行研究，使认识易于深化，易于揭示事物的本质和规律。

第三十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期一天空的”立法者“1601年，开普勒开始分析第谷获得的资料，他研究水星、金星、地球、水星、火星、木星、土星六大行星与太阳的距离（用D表示），计算各个行星绕日公转的周期（用T表示）。见下表：行星DT水星0.3870.24金星0.7320.615地球1.001.00火星1.5241.88木星5.2011.86土星9.53929.46这些杂乱无章的数字有规律可循吗?第三十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期一29.469.539土星11.865.20木星1.881.524火星1.001.00地球0.6150.732金星0.240.387水星TD行星870.2868.3141.66140.663.5343.5121.001.000.3780.3770.0580.058T2D3开普勒行星运动第三规律:行星到太阳间距离的立方与行星运动周期的平方基本相等.第三十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期一分析方法是近四百年来人类认识自然界方面获得巨大进展的基本条件。

---恩格斯第三十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期一（二）综合方法1、综合方法的定义

把研究对象的各个部分、各个方面、各个层次、各个要素或各个阶段结合成为一个统一的整体加以考察，以形成对研究对象统一整体认识的思维方法。第四十页，共五十八页，编辑于2023年，星期一（三）分析与综合的辨证关系1）分析是综合的基础只有对事物各个方面、各个部分、各个要素，各个阶段进行分析，才能为综合提供一定的材料依据，打下良好的综合基础。2）综合是分析的结果分析可以使我们更深入细致的了解和把握事物的各个方面、部分或阶段，但要从整体上把握事物的本质和规律，还必须通过综合方法来实现。因为对于一个事物的认识，往往分析是一种手段，科学研究的目的就是要在整体上把握和认识研究对象的本质和规律。第四十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期一光的干涉、衍射现象光的直线传播，反射、折射光是微粒光是波关于光的认识光具有波粒二象性分析综合指导基础分析与综合的关系第四十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期一科学研究中的非逻辑思维方法

思维过程中还有一种直接简单的不取概念、判断、推理形式，不遵循逻辑规则的思维方法非逻辑思维方法，如：形象思维、灵感思维、发散式思维、收敛式思维及逆向思维等。这种非逻辑思维方法常常出现在逻辑思维过程中或逻辑思维中断的时候。所以，我们说，在科学研究的整个思维过程中实际上是逻辑思维和非逻辑思维同时在起作用的一个过程。第四十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期一一、形象思维1、形象思维的含义是对感知过（记忆、印象、表象等）的客观事物的形象在头脑中进行加工改造，重新组合出新形象，用直观的形式展现研究对象的特征、结构和关系，以揭示研究对象的本质和规律的一种非逻辑思维方法。第四十四页，共五十八页，编辑于2023年，星期一2、形象思维的特点

1）直感性；2）创造性；3）概括性；4）间接性；3、形象思维在科研中的作用

1）形象思维可以激发人们想象力的发挥。

2）形象思维可打开人们的新思路。当抽象思维中断或难以进行下去的时候，形象思维可以其生动、具体、直观的特点打开新思路。

3）形象思维可以帮助理解和捉摸最抽象的假说和理论。

由于形象思维具有直感性的特点，把深奥难懂的科学假说或理论以图形、表格、坐标、曲线、模型等形象来表示出来，帮助人们对理论、假说的理解。

4）形象思维可以激发人们的灵感。

在一定意义上讲，想象的形象是灵感的源泉，灵感是想象的结果。灵感的诱发因素常常是由于看到或联想到或想象到某种形象而产生的。第四十五页，共五十八页，编辑于2023年，星期一二、顿悟—直觉与灵感心理学领域首先研究顿悟这种现象的，主要是格式塔心理学派，有所谓“顿悟说”。柯勒最初从事的是动物学习的研究，经过约4年的黑猩猩实验，发现了动物心理学的顿悟现象。科学顿悟可以划分为两大类型：直觉和灵感。区别：前者是在探索过程中径情直遂的顿悟；而后者是思路受阻后的顿悟。一个是酣畅淋漓犹如顺流直下；一个是山穷水尽而柳暗花明。一个着重强调的是未经渐进的精细演绎推理而对规律性的快捷洞察；一个是着重强调的是百思不得其解时顿悟现象间的规律性的奇效。第四十六页，共五十八页，编辑于2023年，星期一（一）直觉思维直觉思维就是直接领悟的思维，是人的一种心理机能，具体说就是人脑对于突然出现在其面前的新事物、新现象、新问题及其关系的一种迅速的识别，敏锐而深入的洞察，直接的本质的理解和综合的整体判断。直觉是一种非逻辑思维形式，对其所得出的结论，没有明确的思考步骤，主体对其思维过程没有清晰的意识.美国化学家普拉特和贝克曾对许多化学家进行填表调查，在收回的232张调查表中，有33%的人说在解决重大问题时有直觉出现。有50%的人说偶尔有直觉出现。只有17%的人说没有这种现象。物理诺贝尔奖获得者玻恩：“实验物理的全部伟大发现，都是来源于一些人的‘直觉’。”第四十七页，共五十八页，编辑于2023年，星期一直觉思维特征1、直观性直觉是对具体对象的直观，从整体上把握对象。没有直观的对象，是难以产生直觉的。它既不同于灵感，也不同于逻辑思维。

2、豁然性与快速性直觉凭以往的经验、知识，直接猜度问题的精要。是用敏捷的观察力、迅速的判断力对问题做出试探性的回答，结论不一定十分可靠，必须再用经验思维、理论思维进一步证明。

3、跳跃性直觉产生的形式是突发的和跳跃式的。直觉思维的出现是在大脑的功能处于最佳状态的时候。第四十八页，共五十八页，编辑于2023年，星期一直觉能力的培养1、要有广博而坚实的基础知识直觉判断不是凭主观意愿，而是凭知识、规律。2、要有丰富的生活经验产生直觉仅凭书本知识是不够的，直觉思维迅速、灵活、机智，需要有较多的经历，经历过困难，解决过各种复杂的问题。3、要有敏锐的观察力要有审查全面的能力，较快地看清全貌。第四十九页，共五十八页，编辑于2023年，星期一（二）灵感思维1、灵感的含义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。例如，爱因斯坦在回忆1905年写作《论动体的电动力学》（关于狭义相对论的第一篇论文）的情景时曾经说过，他为了解决光速不变与力学中的加法定律的矛盾，白白用了近一年的时间试图修改洛仑兹理论。他从与贝索的讨论中受到了启发，不过问题尚未解决。有一天晚上，他躺在床上，又在思考那个折磨他的难题，一下子答案出现了。五个星期后，他的论文写成。（讲演节选）第五十页，共五十八页，编辑于2023年，星期一2、灵感发生的条件1）研究者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，这是产生灵感的最基本的前提条件。2）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、梦中。（凯勒、杨振宁）3）阅读科学论文、交流学术观点，寻找激发条件。4）乐观的情绪、安静的心灵，利于灵感的产生。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。医学中有“清心凝神，一会即觉”。5）养成随时记录思想火花的习惯。第五十一页，共五十八页，编辑于2023年，星期一科学家网上撰文揭开大脑“顿悟”之谜

科学家们在4月号网络学术刊物《公共科学图书馆生物学》上介绍，他们让18名研究对象玩一种字谜游戏，内容是找出一个单词，使它能与列出的其他3个不同英文单词搭配，分别重新组合成三个有意义的新词。每名研究对象在解题过程中都需要报告他们经历过的“顿悟”般时刻。利用功能磁共振成像和脑电图技术对研究对象大脑活动和脑电波的监测显示，“顿悟”的出现与大脑右半球颞叶中的前上颞回区域有密切关系。当研究对象“顿悟”出答案时，这一区域活动明显增强，并在“顿悟”前0.3秒左右突然产生出高频脑电波。通过常规方式获得答案的研究对象则没有这些情况出现。科学家们由此得出结论认为，“顿悟”的产生有赖于大脑神经中枢独特的活动机制，这一机制为大脑“顿悟”时的独特认知过程提供了支持。他们推断，前上颞回区域能促进大脑将看似不相关的信息进行集成，使人们在其中找到早先没有发现的联系，从而“顿悟”出答案。第五十二页，共五十八页，编辑于2023年，星期一数学方法第五十三页，共五十八页，编辑于2023年，星期一一、数学方法及其特点

1、数学方法指以数学为工具进行科学研究的方法，即用