自然辩证法-科学技术方法论(北大)PPT文件格式下载.ppt

1、它非消极地等待客观对象“暴露”其自身规律,而是积极地探索自然的奥秘,积极地进行着合乎规律的发明创造。这就集中表现为提出问题和解决问题。3.正确提出问题对于科研有重要意义爱因斯坦:提出一个问题比解决一个问题更重要。因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已,而提出新的问题,新的可能性,从新的角度看待旧的问题,却需要有创造性的想象力,而且标志着科学的真正的进步。海森伯:提出一个问题比解决问题更为重要。但是，科学问题的提出是非常复杂的过程。,8,4.科学问题的来源,实践与理论的矛盾:原理论难解释新现象；同一事实进行多方面观察、实验，其结果无法给予统一解释。理论内部的矛盾:理论的推论中证明了两

2、个矛盾命题理论中有悖论；从理论中能推出它不能成立的结论佯谬。不同理论、学派之间的矛盾:不同学派运用不同理论；不同学科领域的不同理论解释。社会需要而现有技术不能满足需要的矛盾。,9,5.科学问题的分类,常规问题和反常问题常规问题（检验理论:理论应用:理论系统化和表达）；反常问题（对已有理论质疑）。如果说常规问题的解决是原有的理论获得新的发展,那么反常问题的解决就是新理论的发现。再如：为什么研究并回答对象内部机理和规律性；是什么研究并回答对象的识别、判定类型、性质；怎么样研究并回答对象的运动状态及运动转化过程。,10,6.科研选题,（1）科研选题：为了实现某个特定目标所需要研究的一个或一组科学问题

3、。作为科研启始步骤万事开头难，关系到科研方向、目标和内容，影响科研途径、方法，决定成果水平、价值和发展前途。（2）科学研究中的战略和战术战略：“凡属带有要照顾各方面、各阶段性质的、研究全局的规律性的意图、计划，就是战略。”战术:“凡属只具有一个方面、一个阶段、研究局部的规律性的意图、计划，就是战术”。战略与战术的既相互区别也相互联系，在不同层次、不同类型、不同时期发生着转化。,11,（3）科研选题一般步骤文献调研和实际考察；提出选题；初步论证；评议和确定课题。不断反馈调节的过程,常常需要反复调研、多次论证。,12,7.科研选题的基本原则,需要性（与社会、经济发展密切联系,或是与学科发展本身需要

4、密切联系；对于基础研究、发展研究和试验应用要区别对待创造性（科研是探索性工作,本质上要求创新,其生命在于创新）科学性（有一定的科学理论、事实的依据,把选题置于当时背景条件下,使之成为科学上可成立和探索的问题）可行性（与主客观条件适应,据已有条件或努力创造条件,取得预期或一定成果）注意，科研具有不确定性，不确定性由大到小的一般顺序：基础研究、应用研究和试验发展。,13,二.科学事实和观察实验,科学事实是科学研究的基础,科学观察和科学实验是获取科学事实的基本手段1.科学事实（1）通过观察和实验获得的并经过整理和鉴定了的经验事实,是科学研究的基础。事实:客体与仪器相互作用结果的表征,如观测仪器上记录

5、和显示的数据、图象等。与客体性质有关,也与人所设的认识条件有关。同一客体事件在不同仪器上的显示可以不同。事实,对观察实验所得结果的陈述和判断。与客体性质有关,又与人用以描述事实的概念系统有关。同一事件在不同概念系统中可能有不同描述。,14,属于认识论范畴,体现客观实践在科学认识主体中的记述和判断。内容客观,形式主观。经验事实存在着可错性。同一客观事实,受测量条件的制约；同一客观事实的描述,受理论系统的制约。科学事实应是个别存在陈述；应具可重复性；应具精确系统性。（2）在科学认识过程中的作用是形成新概念、新理论的基础。是对科学假说和科学理论进行评价的基本手段和基本依据。,15,2.科学观察,人们

6、有目的、有计划地感知和描述处于自然状态下的客观事物、获取感性材料的基本手段。特点：一种感性活动；一种有目的、有计划的活动；对于自然状态下客体的感知和描述。直接观察：通过感官直接考察客体。直观、生动；局限性，如：人的感官的阈值。间接观察：通过仪器（作为中介物）进行的观察。极大地克服了感官的局限。观察者、观察仪器和观察对象之间的三项关系。,16,3.观察和理论的关系,传统上:观察中性,理论依赖观察,而不受理论制约。现代发现：观察渗透着理论。因为观察不仅是接受信息的过程,也是加工信息的过程,所以必然与观察者的知识背景乃至生活经验、心理定势相联系,不同的观察者对同一过程可能会得出不同的结论。观察,就其

7、是对被观察对象的反映,无疑具有客观性。但观察不可能绝对中立,又没有纯粹的客观性。但是,科学家渗透在观察之中的理论,主要是指经过实践检验过的理论,它反映着客观世界的规律。这与猜想和假说有区别。因此,重视观察渗透理论,与强调观察实验对于科学认识的形成和发展起基础性作用,本质上是一致的。,17,4.科学实验,据一定科研目的,用一定物质手段（科学仪器和设备）,在人为控制或变革客观事物的条件获得科学事实的基本方法。三项：实验者；实验对象；实验手段。一般地,也属于观察,是对于客体进行积极干预下进行的观察。可以纯化和简化观察对象可以强化对象及其条件具有可重复性可以模拟研究对象的属性及其变化过程一种经济可靠的

8、认识和变革自然的方法,18,5.实验的种类,依测量手段：定性实验（发现对象某种属性）；定量实验（精确测量属性的量值）。依实验手段：直接实验（在实验仪器干预对象条件下观测对象所输出的信息）；模拟实验（间接实验,设计出反映对象属性的模型,再用实验手段作用于模型,通过模型实验了解原型即对象性质、变化规律）。,19,6.模型和模拟实验,有学者指出：模型是科学方法的核心。孙小礼.自然辩证法通论.高等教育出版社.第六章物理模型、模拟，根据相似理论，构造出与对象相似的物理模型，通过模型实验了解原型变化的物理过程。数学模型、模拟，在原型与模型具有数学相似性的基础上，通过计算机求解来研究对象性质的一种模拟方法。

9、功能模型、模拟，以控制论为理论基础，以功能相似为目标的模拟实验，已经在现代科学技术中起着重要的作用。思想模型和思想试验（参见后面）,20,7.实验规划和设计的要点,实验规划：确定控制变量，尽量减少不确定性变量的干扰。确定变量的测定方法。尽量相对测量，较容易。选择适当试样，在各种实验中都十分重要。尽可能进行对比实验。注意消除实验者的心理定势的影响。特别是要考虑实验应该具有可重复性。实验设计：拟定实验的方案步骤，选择实验仪器、设备和材料，然后进入实验实施阶段和结果处理阶段。,21,8.观察实验中的机遇,科学研究中由于意外事件导致科学上的新发现，称为机遇。（相对于原来预定的目标而言）科学研究中，机遇

10、、“偶然发现”，是大量存在的。能否发现并抓住机遇，从认识论上讲有一个辩证地理解必然性与偶然性的关系，同时也涉及到科学认识主体的科研敏锐性，或者是（新的）实验手段揭示了新的现象，等等。无论如何，正如巴斯德所言：“在观察的领域里，机遇只偏爱那种有准备的头脑。”,22,三.科学抽象,1.科学抽象思维中对同类事物去除其现象的、次要的方面,抽取共同的、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。科学抽象是科学认识从感性阶段向理性阶段飞跃的决定性环节。完整过程包括两次飞跃：感性的具体抽象的规定思维的具体。例：科学概念的制作:感性的具体指科学事实;抽象的规定指概念（或模型）的各个要素;

11、思维的具体指这些要素辩证综合所形成的完整概念（或思想模型）。科学理论的建构:感性的具体是科学事实,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。,23,科学抽象的成果：包括科学概念、科学符号、思想模型等狭义形态，也包括科学判断、科学假说和理论等广义形态。2.科学概念（1）科学认识中反映事物本质的思维形式。是科学思维的“细胞”,思维结构的基本单位；是认识之网的钮结，科学通过概念之间的关系来反映事物的本质和规律。概念的外延和内涵。外延:概念所涉及的类的总合。内涵:概念中所思考的属性、关系和本质特征的总和。两者既相互联系又相互区别。

12、,24,（2）科学概念的特征可确定性。指概念在逻辑上的可确定性,可接收性。因此,概念的制作中是允许科学猜想和假设成份的。可检验性。不仅要有逻辑上的可确定性,而且必须要有实践上的可检验性。包括直接检验和间接检验。可变动性。科学概念的生命力在于随着认识的发展而深化、变化,甚至更新。,25,（3）科学概念的制作（通过抽象法）,抽取共同点:本质总是通过共同点而表现出来的,所以抽象首先要抽取共同点.限制思路,深入抽取本质:共同点不等于本质,需经过辩证分析,有选择地重点深入,着重把握共同点中的本质的东西.理想地复现对象:处理丰富内涵的概念,要对概念的要素进行辩证综合,或进一步理想化,在思维中理想地复现对象

13、（如质点、刚性等）.,26,2.科学符号,（认识论角度）符号是一定的可感知的物质对象,在贮存、传递另一对象的信息方面充当另一对象的代表物。（物质性、可感知性、含义）自然语言符号系统。社会中历史地形成,交流、沟通,知识保存、传播。多义性、歧义性、语法结构不严格和统一。人工语言符号系统（科学语言系统）。科学行话。各学科的专门科学术语,如元素符号。形式化语言。以数学、数理逻辑符号语言为蓝本的科学语言,如计算机语言。人工语言符号系统建立在自然语言符号系统的基础之上。,27,3.思想模型,（1）思想模型 科研中建立的对原型高度抽象化了的思想客体或思想事物（如原子模型、NDA双螺旋模型等）。它以最纯粹形式

14、甚至某种极限状态体现对象本质属性和基础过程。广义上包括数学模型。（2）理想模型 思想模型的特殊类型,既具有高度抽象性,又具某种极限特征的理想客体或理想事物（如数学点,线,面；质点,刚体；理想黑体,卡诺循环）。思想模型的提出，得益于逻辑方法和非逻辑方法的综合利用,是创造性思维的结果。,28,（3）科学认识过程中的作用,科学理论与现实原型之间的必要中介，成为理论研究的直接对象。科学规律只有在相应的思想模型中才有严格精确的体现。其认识功能：解释功能:对原型的摹写、样本,应与其实验基础相符,能借此对原型、观测和实验的结果做出科学解释。判据功能:以实践为基础建立的思想模型,可间接地起到关于原型知识真实性

15、的判据作用。预见功能。对客体绝对化纯粹化后的产物,往往可以超越现实条件,揭示研究对象在理想条件下可能出现的情况。也是一个不断完善、修正,乃至被抛弃的过程。,29,（4）理想实验,运用理想模型在思想中塑造理论过程,并进行严密逻辑推理的一种思维方法。理想模型方法表现为科学认识主体对理想模型进行思想的操作,所以理想实验也是一种理想模型方法。具有一般实验的结构模式,但又具有假想的性质。如：伽利略理想惯性运动实验；反驳亚里士多德落体定律的逻辑推演；爱因斯坦关于同时的相对性实验；关于惯性质量和引力质量等效的理想实验。,30,四.科学思维,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

16、动,是主体把握客体本质的认识活动和认识形式。科学思维的三类基本形式：逻辑思维，研究得比较多,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。形象思维 非逻辑思维直觉思维,31,创造性思维广义：创造过程中发挥作用的种种思维活动总称狭义：提出创新思想的思维活动，也就是“明朗期”直接起作用的思维活动。过程：准备期;酝酿期;明朗期;验证期。形态和特征：以非逻辑思维形式为主（想象、直觉、灵感）以逻辑思维形式为主一些共同的特征：逻辑思维与非逻辑思维的辩证统一；发散思维和收敛思维的优化综合。,32,五.逻辑思维方法,1.分析,综合（1）分析方法 将被研究对象整体分为各部分、方面、因

17、素和层次等,并分别加以考察的认识方法.定性分析:对象是否具有某种属性;有没有？是不是？定量分析:对象的各种成分数量;有多少？因果分析:引起某一现象变化原因;为什么？分析是对一定综合体的分析,分析离不开综合。辩证的分析是剖析事物矛盾的思维方法。,33,（2）综合方法,将已有的关于研究对象各个部分、方面、因素和层次的认识联系起来，形成对研究对象整体性认识的认识方法。综合以分析为基础，探索研究对象的各个部分、方面、因素和层次之间的相互联系的方式，即结构的机理与功能，由此形成一种新的整体性认识。正如分析离不开综合，综合也离不开分析。辩证的综合不是各个要素的简单加和,它导致关于研究对象的新的知识。因此本

18、质上是一种在分析基础上的创造,也导致科学上的新发现.,34,2.系统方法 20世纪系统科学和技术的发展，促进了科学的系统自然观和系统方法的形成。（参阅自然辩证法概论pp.27-47“第二节”、“第三节”;pp.224-253“第八章”）（1）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.（关于系统的定义多种多样，而且在特定的学科、理论中往往有特定角度的定义；这里采取一种非常一般的定义。）,35,（2）系统方法即把研究对象和过程视为系统来加以研究，包括：广义上：实际上是一组系统方法论形态。狭义上：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

19、种控制方法、黑箱方法、功能模拟方法）从系统动力学角度，等等。也可以说，系统方法就是系统科学的方法，是关于一般系统理论、控制论、信息论以及耗散结构理论、协同学和超循环理论等系统理论所形成的系统科学的一般方法论。,36,（3）系统科学方法原则,整体性:将对象看作有机整体，强调局部与全局、个别与一般、分析与综合的协调。动态性:将对象看作动态的活系统，联系其历史、现状与发展趋势，注意阶段性与连续性的结合.优化原则:统筹兼顾，大力协同，“多利相衡取其重，多害相衡取其轻”进行综合优化和系统筛选。模型化:把真实系统抽象为模型，通过模拟实验、仿真实验，求得优化的结果。,37,（4）系统方法的作用和特点世界本来

20、是复杂的，系统方法为人们提供了新的思维方式，是认识、调控、改造、创造复杂系统的有效手段。世界是一个具有统一性的整体，系统方法突破了传统的学科界限，从系统性角度探讨种种客观研究对象的共性，从而对助于促进学科间的交叉，有利于建立起统一的世界图景和文化图景。系统方法吸取了整体论从整体上看问题的长处，以及原子论、还原论深入分析的优点，注意克服它们各自的片面之处，试图将两者整合起来，在新的高度体现着部分和整体、分析和综合相结合的辩证法。,38,3.比较和类比,（1）比较 比较是认识对象之间的相同点或相异点的逻辑思维方法.比较可以在异类对象之间进行,也可以在同类对象之间进行,还可以在同一对象的不同方面、不

21、同部分之间进行.相同对象比较：同中求异不同对象比较：异中求同同异综合比较：求同求异,39,运用比较方法时的一些原则要点比较必须在同一关系下进行：对象是否具有可比性：但可比性也是一个历史范畴。选择与制定精确的、稳定的比较标准；定量比较的基础；也是定性比较所必需。在越是不同的对象中探求相同点,或在越是相同的对象中探求不同点,对于科学发现的意义就越大。,40,（2）类比,根据两类对象之间在某些方面的类似或同一,推断它们在其它方面也可能类似或同一的逻辑思维方法,逻辑学上又叫做类比推理.A有属性a、b、c,以及dB有属性a、b、c则B可能有属性d基本类型：质料类比:据性质类似，比较结果具较大或然性。形式

22、类比:据因果关系或规律性，可靠性大为提高。综合类比:据综合模型之间的相似性，以数学模型的相似性为基础。,41,类比的结论具有或然性.因此，应注意到：类比所根据的相似属性越多,类比的应用也就越为有效.类比所根据的相似属性之间越是相关联,类比的应用也就越为有效.类比所根据的相似数学模型越精确,类比的应用也就越有成效.类比推理思维过程,基本环节是联想和比较.首先，选取何种类比对象的联想和比较；其次，对研究对象在形态、属性、结构、功能方面,理论的原则、形式、方法、内容方面的联想和比较,从已知事物的判断过渡到未知事物的判断.,42,4.归纳和演绎,科学认识是从个别到一般，又由一般再到个别的过程。通过个别

23、认识一般的主要思维方法是归纳，由一般认识个别的主要思维方法是演绎。（1）归纳从个别或特殊事物概括出共同本质或一般原理的逻辑思维方法，在逻辑上叫做归纳推理。亚里士多德：简单枚举法和直觉归纳。培根，改进：提出要考虑各种条件和环境的归纳。穆勒，因果关系的归纳五法求同、求异、求同求异共用法、剩余法、共变法。,43,归纳原理如果在各种各样的条件下观察过大量的S类对象,所有这些被观察到的S都毫无例外地有性质P,那么就可以断定所有S类对象都具有性质P。归纳法以归纳原理为根据。归纳问题古典归纳主义：只要把事实材料（观察陈述）放进这部归纳法“机器”中,就会创造出科学理论。科学始于观察；通过归纳建立理论；科学知识

24、积累增长。但是，休谟对归纳合理性提出了质疑。,44,归纳原理不能在逻辑上得到证明：在时间t1观察到天鹅x1是白色的,在时间t2观察到天鹅x2是白色的,在时间tn观察到天鹅xn是白色的,所以,一切天鹅都是白色的。归纳原理也不能从经验上证明：在x1场合运用归纳原理是有效的,在x2场合运用归纳原理是有效的,在xn场合运用归纳原理是有效的,所以,在任何场合运用归纳原理总是有效的。这说明，休谟的质疑具有合理性，暴露归纳法的局限性。决不能因此就否认归纳法的作用，许多低层次经验定律,大都是受归纳法启示而总结出来的。,45,（2）演绎,演绎是从一般原理推论出个别或特殊事物及其结论的过程。演绎主义：科学的基础是

25、公理（天赋、直观、不证自明）,公理是所有科学理论的原始前提,由此通过演绎方法可以导出整个科学理论系统。所以,科学的方法就是演绎法。古代开始,欧氏几何就是演绎系统的典范。近代科学,将时空的绝对性看作也是一种显而易见、不证自明的公理。演绎的三段论：大前提，小前提，结论。（凡人皆会死，张三是人，张三也会死。）,46,对演绎法的责难：公理系统并不唯一（可有等价命题系统）挑选某公理系统时,也可能是其他因素实践、教学甚至美学方面因素的在起作用。演绎法从一般到个别,不可能使人们的视野开阔到更一般的普遍认识上。演绎法的科研中的作用：论证理论:对某理论命题作出演绎证明，从而对理论（假说）作出某种评价，促使其逻辑

26、严密性。解释事实或预见事实:从理论命题推导出事实命题，或解释已知事实，或是预见未知事实。对于发现疑难问题：如果H而且C，那么E;非E 所以，非H或者非C.,47,（3）公理化方法：一般程序：选择只作公设的概念为基本概念；选择一类自明的陈述作为公理，无须证明而置入系统；制定推理（推导）规则；依据规则从原初概念推导出新的概念，从公理演绎出新的陈述；遵循同样规则，和步骤，从导出的陈述和公理中进一步推导出其他陈述。公理化方法有其局限性。系统本身应该具有一致性、无矛盾性。哥德尔“不完全性定理”表明数学公理系统的无矛盾性和完全性是相斥的。,48,六.非逻辑思维方法,1.形象思维：在形象地反映客体的具体形状

27、或姿态的感性认识基础上,通过意象、联想和想象来揭示对象的本质及其规律的思维方式.形象思维与逻辑思维的区别,前者是利用意象进行联想和想象,后者是运用概念进行判断和推理.,49,意象：对同类事物形象的一般特征的反映,通过印象、表象这些还处于感性阶段的关于对象的生动形象或“内心图画”。联想:广义指从一事物想到另一事物的思维活动.（非形象联想,形象联想）想象:在联想基础上加工原有意象而创造出新意象的思维活动.在原有意象的基础上,经过联想,加工已有意象以创造出新意象,也要使用形象分析、形象综合等思维方式.仿造想象:模仿引发物,设想出类似的创造物。跳跃想象:引发物诱发下,创造地推测出原理或定律（假说）,构

28、想出与引发物不同类的创造物。复合想象:仿造想象和跳跃想象的综合运用。,50,2.想象在作出科学发现中具有重要的意义,爱因斯坦：想象力比知识更重要,因为知识是有限的，而想象力概括了世界上的一切,推动着进步，而且是知识进化的源泉，严格说，想象力是科学研究中的实在因素。,51,3.科学想象中应注意两条原则,科学想象提出的理论必须能够解释事实。意外的事实使C被观察到假设H就能解释C所以，有理由想象H实际是溯因法推理形式，想象某个理论必须遵循。想象提出的理论必须是可检验的。意外的事实C被观察到假设H就能够解释C假设H能够推测C意外的事实CC为可观察的事实所以，有理由想象H 即不仅要解释已考察过的事实，还

29、要能演绎出更多有关实际事实的新结论。,52,七.数学方法和科学计算,1.数学方法 指以数学为工具进行科学研究的方法，即用数学语言表达事物的状态、关系和过程，经推导、演算和分析，以形成解释、判断和预言的方法。（1）数学方法的基本特征高度的抽象性。逻辑的严格性和结论的确定性,即精确性。应用的普遍性。,53,（2）数学模型方法数学模型方法:通过建立和研究客观对象的数学模型来揭示对象本质特征和变化规律的方法。建立数学模型的过程，就是对实际问题进行具体分析的科学抽象过程。（3）数学方法在科学认识中的作用为科学技术研究提供简洁精确的形式化语言，提供了一种抽象思维的工具。为科学技术研究提供数量分析和计算的方法。为科学技术研究提供逻辑推理的方法。,54,2.科学计算：第三种科学方法,是把所要研究问题的数学模型，转换为能输入计算机进行数值运算的形式，或直接建立计算机仿真模型，在计算机上通过系统地变换参数作大量数值计算，经过分析比较从而作出某种结论或科学发现。随着计算机技术发展，“科学计算”在科学和工程研究中的越来越重要。还有“计算机实验”、“数学实验”等不同说法。有学者指出：科学计算已经成为与观察实验、数学并列的第三种基本的科学方法。石钟慈.第三种科学方法:计算机时代的科学计