3、科学方法Word

　　第5章

　　科学认识的形成 与科学理论的创立

　　感性认识到理性认识 选题→获取科学事实(材料)→对材料进行加工 (思维)→最终获得理性认识的成果(假说→理论)

　　第1节 科学问题的提出一、科学问题 二、科研选题

　　一、科学问题

　　1.科学研究从问题开始(地位) 2.科学问题的含义 3.科学问题的来源

　　一、科学问题 1.科学研究从问题开始 波普：“科学研究始于问题” 理论依据： 总体看，旧理论的终点， 新理论的起点。 具体过程看，问题的框 架，问题驱动和引导研究。

　　波 普

　　一、科学问题2.科学问题的含义“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 学认识和实践中需要解 决而又未解决的矛盾， 它包含着一定的求解目 标和应答域，而尚无确 定的答案。”

　　一、科学问题2.科学问题的含义一定历史时代的产物。 与科学认识主体的“欲求” 以及智能状况相联系。 科学问题是有结构的

　　2.科学问题的含义 一定历史时代的产物。 “以整个时代的科

　　学技术发展水平来衡量” 时代背景还决定着 科学问题的内涵深度和 解决途径。希尔波特

　　2.科学问题的含义 与科学认识主体“欲求”及智能状况相联 系 “自然界本身不存在问题”、 “需要研究者去认识、提出”

　　2.科学问题的含义科学问题是有结构的“问题的指向、 研究的目标 和求解的应答域”。

　　丁肇中

　　3.科学问题的来源“来源于科学实践和生产实践” 由科学理论和科学实践的矛盾能产生 由科学理论体系自身的内在矛盾产生 由科学理论之间的矛盾产生 经验事实累积到一定时候产生 社会需求

　　二、科研选题 “形成、选择和确定所要研究和解决的 课题”。

　　选题的意义； 选题的步骤； 选题的基本原则

　　二、科研选题1.选题的意义 “提出一个问题往往比解决一 个问题更重要。因为解决一个问题 也许仅是一个数学上的或实验上的 技能而已，而提出新的问题、新的 可能性、从新的角度去看旧的问题， 却需要创造性的想象力，而且标志 着科学的真正的进步。” 爱因斯坦

　　二、科研选题 1.选题的意义 如果你从肯定开始， 必将以问题告终；如 果从问题开始，则将 以肯定结束。 培 根

　　二、科研选题2.科研选题的步骤 文献调研和实际考察； 提出选题； 初步论证； 评议和确定课题。

　　2.科研选题的步骤 文献调研和实际考察 文献调研 准、新、全 实际考察

　　2.科研选题的步骤 提出选题 文献综述； 研究意义； 研究的核心问 题； 研究路线； 研究步骤

　　2.科研选题的步骤 初步论证 立题依据 -

　　合理性分析 实施条件 -可行性分析 预期效果 -可用性分析

　　2、科研选题的步骤 评议和确定课题 综合评价有 限 资 源 的 合 理 分 配

　　多 轮 、 匿 名

　　特尔斐古都

　　二、科研选题3.科研选题的基本原则 需要性原则 创造性原则 科学性原则 可行性原则

　　3.科研选题的基本原则 需要性原则 科研选题必须满足 社会需要和科学自身 发展的需要。

　　王

　　选

　　3.科研选题的基本原则 创造性原则 选出的课题应是前 人未曾提出或没有解 决的问题。

　　3.科研选题的基本原则 科学性原则 科研选题应以一 定的科学理论或科 学事实为依据，把 课题置于当时的科 学背景之下。

　　3.科研选题的基本原则 可行性原则 所选择的课题 要与自己的主客 观条件相适应， 即根据自己已经 具备的或经过努 力可以具备的条 件进行选择。

　　第2节 科学事实的获取 科学观察 科学实验 观察和实验中的若干认识论问题

　　科学事实1)含义：

　　“通过观察和实验获得的经验事实”。 “对客观事实的感知、描述和记录，结果反映到人们的 意识中”。2)本质 认识论范畴，“客观事物在科学认识主体中的记忆和判断”。 “内容客观，形式主观”,存在可错性。 3)性质 直接的单称陈述， 直接、个别 可重复、可再现 应比较精确，系统、全面反映客观事实。

　　——既是认识的来源，又是对认识成果的评价标准。

　　一、科学观察“在自然发生的状态下，对所要研究的 对象进行有目的的、有计划、有选择的感知 活动”。感知性；目的性 作用： -有助于研究课题的形成； -有助于科学假说的建立； -可以为检验科学假说和科 学理论提供事实依据。

　　二、科学实验“人们根据一定的科学研究目的，运用科学 仪器或设备等物质手段，在人为控制或模拟研究 对象的条件下，获得科学事实的过程”。 特点： -简化和纯化研究对象；

　　-强化研究对象； -再现、加速、延缓或模拟研究对象； -经济可靠。

　　二、科学实验 作用 -检验原理真理性 的标准； -获得新假说、新 理论的直接来源，发展 科学知识的手段，

　　居里夫人

　　二、科学实验 科学实验的规划

　　“除了假说的创造 者，谁也不相信假 说；除了实验的设 计者，谁都相信实 验。”密立根

　　三、观察和实验中的若干认识论问题 观察和实验与科学理论的 关系 实验对象与测量仪器的相 互作用 观察的客观性 观察与实验过程中的机遇

　　拉瓦锡

　　三、观察和实验中的若干认识论问题 观察和实验与科学理论的关系“观察渗透理论” a.有目的的感知活动，事先规划设计， b.不仅是

　　接收信息，同时也是加工信息。 c.陈述语言与特定的科学理论相联系 结论： 把客观事物描述为科学事实时，理论框架一直在背后起 作用。 “定向”,有选择的接收外界信息。 “加工改造”,理解到观察到的到底是什么。

　　爱因斯坦认为: “是理论决定我们能够观察到的东西”, “只有理论，即只有关于自然规律的知 识，才能使我们从感觉印象推出基本现 象”。

　　三、观察和实验中的若干认识论问题 实验对象与测量仪器的相互作用实验者、实验对象、测量系统 -坚持微观客体的客观实在性。 -主体不可能离开测量仪器去研究 客体的性质。 -判定“信息”时，必须充分考虑测 量仪器与客体相互作 用的因素。海森堡

　　三、观察和实验中的若干认识论问题 观察的客观性客体性： 不依赖于我们的意识而 存在的客观世界，它独立 于主体，科学观察无法达 到。 客观性： 客观世界在认识主体中 的正确反映，在一定的科 学认识条件下的客观结果， 科学观察能够达到。孟德尔豌豆实验

　　3、观察的客观性(1) 以正确的理论为指导(指导思想)消除自然界中的假象，“眼见不一定为实”

　　3、观察的客观性(2)尽可能使用 先进的科学仪器 (物质基础)纠正人感官在生理 上的局限性造成的错 觉

　　斯坦福直线加速器

　　3、观察的客观性(3)使实验结果用标 准的方法重演防止偶然的失误或故 意的弄虚作假

　　黄禹锡和干细胞风波

　　3、观察的客观性

　　巴斯德主张传染病是由微生物引起的

　　(4)保持严谨的实事求是的学风谨防先入为主与偏见

　　3、观察的客观性我要做的是使我的愿 望符合事实，而不是试图 让事实与我的愿望调和。 我们要像一个小学生那样 坐在事实面前，准备放弃 一切先入之见，恭恭敬敬 的照着大自然指的路走， 否则，就将一事无成。 赫胥黎

　　三、观察和实验中的若干认识论问题 观察与实验过程中的机遇 -机遇的含义 -机遇产生的客观机制 -如何正确对待机遇

　　4、观察与实验过程中的机遇 机遇的含义 “在科学实践过程中由于意外的出现导致科 学上的新发现的现象” 完全意外机遇 部分意外机遇

　　4、观察与实验过程中的机遇 机遇产生的客观根据

　　自然界本身是偶然性 和必然性的统一

　　4、观察与实验过程中的机遇 如何正确对待机遇

　　-辩证的理解必然性和偶 然性的关系 -认识主体识别机遇、把 握机遇的能力

　　李比希

　　第3节 科学抽象与科学思维 科学抽象及其成果 逻辑思维方法 非逻辑思维方法 数学方法

　　一、科学抽象及其成果“在思维中对同类事物去除现象的、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过程。” 感性的具体 抽象的规定 思维的具体 科学概念 科学符号 思想模型

　　1、科学概念“科学思维的细胞；科学思维结构的基本 单位；反映对象本质的思维形式。” - 逻辑的可确定性 - 实践上的可检验性 - 流动性

　　2、科学符号“一定可感知的物质对象，它在贮存、传递 另一对象的信息方面、充当另一对象的代替物。” 具体含义、物质性、可感知性 “人类符号系统中的 一个子系统。” 自然语言符号系统 人工语言符号系统 -科学行话 -形式化语言

　　3、思想模型 思想模型“人们为了从事科学研究而建 立的对原型高度抽象化了的思 想客体或思想事物。”

　　理想模型“既高度抽象又具有某种极限 特征的理想客体或理想事物。”

　　理想实验

　　理想实验方法“运用理想模型在思想中塑造理想 过程，并进行严密逻辑推理的一种 思维方法” 特点： 思维活动；具有真实实验 特征、结构模式；理想化 理想实验的设计 - 以真实科学实验为根据； - 充分发挥思维的能动作用 注意： 结果或然；结论还需实验判定正误

　　科学思维方法 抽象思维：逻辑思维 (概念、推理、判断；归纳、演绎、类比)

　　形象思维 直觉思维 ：非逻辑思维 (直觉、灵感)一、科学思维的逻辑方法 二、科学思维的非逻辑方法钱学森

　　二、逻辑思维方法 “在感性认识的基础上，运用概念、判断、

　　推理等形式对客观世界的间接的、概括的反 映过程。” 形式逻辑、辩证逻辑 归纳、演绎、类比

　　二、逻辑思维方法 归纳方法 从大量个别或特殊的事物 概括出共同本质或一般原 理的逻辑思维方法。 通过现象达到本质；通过 特殊揭示一般

　　“被观察的大量A都有性质 B,则所有A均有B。”

　　二、逻辑思维方法 演绎方法 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。 是从一般到个别的认识方法所有的： S→P, 有： M→S 所以： M→P 大前提、小前提、结论

　　二、逻辑思维方法 类比方法 根据两类对象之间某方 面的类似或同一，推断 他们在其他方面也可能 类似或同一的逻辑思维 方法。A: B: 则： B: a a’ b b’ c c’ d ? d’

　　二、逻辑思维方法

　　三类方法的比较类型 归纳 演绎 类比 思维机制 个别或特殊到 一般 一般回到个别 或特殊 个别到个别 一般到一般 可靠性 较差 强 更差 创造性 强 一般 很强

　　三、非逻辑思维方法 不受固定的逻辑规则约束

　　直觉 灵感

　　阿基米德发现浮力定律

　　三、非逻辑思维方法 直觉 对事物的本质的直接领悟。

　　“经验的共

　　鸣”

　　三、非逻辑思维方法 灵感 新意象、新感觉、新思想在思维过程中突 然涌现出来的现象。

　　“我相信直觉和灵感” 爱因斯坦

　　三、非逻辑思维方法 特征 认识发生的突发性 认识过程的突变性 认识成果的突破性

　　苯的环状结构

　　三、非逻辑思维方法 关于创造性思维能力的培养 不仅着眼精英创造，部 分领域创造，更要着眼 大众创造，各个领域创 造，努力实践陶行之所 说的： “处处是创造之地，时 时是创造之时，人人是 创造之人。”

　　四 、数学方法 特点 作用 应用(建模及应注 意的问题)

　　吴文俊

　　四、数学方法“ 对研究对象加

　　以量化然后进行定 量处理的方法。即 用数学的语言表达 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。”华罗庚

　　四、数学方法1、数学方法的特点 高度的抽象性 精确性(逻辑的严密 性及结论的确定性) 应用的普遍性

　　陈景润的夫人由昆女 士看着陈景润的铜像

　　四、数学方法2、数学方法的作用 为科学技术研究提供简洁 精确的形式化语言(抽象 性决定) 为科学技术研究提供了逻 辑工具(逻辑性决定) 为科学技术研究提供数量 分析、计算的方法(精确 性决定)

　　祖冲之

　　四、数学方法3、数学方法的应用--数学模型方法 “把所研究的和考察的 实际问题或理论问题抽象为 数学问题，构造出相应的数 学模型，然后通过对数学模 型的研究得出原问题的解的 方法。”

　　四、数学方法3、数学方法的应用 数学模型的基本含义及类型丘成桐

　　“针对或参照某种事物系统的主要特征或数量相互关 系，采用形式化语言，概括或近似的表达出来的一种数学 结构。” 广义：一切数学概念，原理和数学理论体系。 狭义：特定问题或特定的具体事物系统的数学关系结构。 类型 由问题抽象出来的数学模型能纳入已知数学模型。 由问题抽象出来的数学模型不能纳入到已知的数学模型。 “需要创造新模型”

　　四、数学方法3、数学方法的应用建立数学模型的步骤 建模——求解——解释评价原型 刘 徽 最重要的是“建模”。 掌握实际问题的背景。与有关的资料数据。 抓住问题的本质特征，进行化简并提出假说。 进行数学抽象，建立相应的数学模型。

　　四、数学方法3、数学方法的应用建立数学模型应注意的问题(补充) (1)模型类型的选择要建立在认识对象性质的基 础上 一般分为四种情况： 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 苏步青先生在书房

　　数学方法的应用 确定性数学模型

　　数学方法的应用 随机性数学模型

　　数学方法的应用 突变性数学模型

　　数学方法的应用 模糊性数学模型

　　查 德

　　四、数学方法3、数学方法的应用 建模时要注意基本量的选择 既不能过简，也不能过繁。

　　朱熹平

　　曹怀东

　　第四节 科学假说的形成与科学理论的建立 科学假说的形成 科学理论的创立

　　偶像化之后的爱因斯坦也成了很多后辈 学者眼中赶超的目标。此漫画中，爱因 斯坦被吸入了自己理论的黑洞之中。 光速可变，现行宇宙模型将失效

　　科学假说1)含义 “根据已知的科学事实和科学原理，对所研究的自然 现象及其规律性提出的假定性的猜测和说明，是自然科 学理论思维的一种重要形式。” 2)结构 事实基础、背景理论、对现象本质的猜测 推演出的预见和预言

　　3)特点 科学性、猜测性(假定性)、 试探性

　　3、科学假说方法论意义 -科学观察和实验的先导 -发挥思维能动性的有效方法 -形成和发展科学理论的必经途径 “只要自然科学在思维着，它的发展形式就 是假说” 恩格斯

　　一、科学假说的形成两种情况： 在研究工作开始就通过直 觉提出假说，作为研究工 作的基本框架 在经验事实尚不充分的情 况下，通过科学抽象并运 用类比、想象等非逻辑思 维形式建立的假定性的说 明

　　一、科学假说的形成 科学假说形成的方式 形成科学假说的 方法论原则

　　1、科学假说形成的方式 通过类比和模型形成科学假说 通过溯因推理形成科学假说

　　齐奥尔科夫斯基

　　1、科学假说形成的方式 通过类比和模型形成科学假说

　　根据所研究对象与已知的事 物之间的相似性，将未知的对象 与已知事物进行比较，在对已知 事物的深刻认识基础上通过联想 推断未知的对象的性质或规律， 已知事物成为研究所依据的模型。

　　1、科学假说形成的方式 通过溯因推理形成科学假说 “一种从有待解释的观察事 实出发，利用背景知识和试探性 构思，追本溯源寻求和选择最有 可能成立的假说的一种方法。” 相关的经验定律 L 如果设定的假说H为真,则L可被解释 为合理的 ——————————————— 所以有理由认为H为真。魏格纳

　　2、形成科学假说的方法论原则 解释性原则 对应性原则 可检验性原则