专题二科学技术观与科学技术方法论电子教案

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1、,专题二 科学技术观与科学技术方法论,一、科学与技术,1.科学、技术的概念 “科学”词义的来源: 19世纪下半叶，日本明治时代启蒙思想家福泽瑜吉首次把Science译为科学（分门别类加以研究的学问）。 1893年，康有为最早将“科学“一词引进中国。随后，梁启超在变法通议中，严复在天演论中，都使用了”科学”一词，将科学研究机构译为“格致大馆”。从此科学一词便在我国广泛使用。,科学的本质,1人类能动地认识和改造外部世界的一种探索性活动，是人类的一种特殊实践活动， 2它有其共同体、结构和建制， 3遵循一定严格的方法，具有实验性、探索性、理性和逻辑性等特征， 4完整的、不断发展的由定理、定律和理论等构

2、成的实证知识体系。,科学的本质属性,客观真理性 可检验性 系统性 主体际性： 科学知识作为社会意识形式被不同认识主体所理解，接受不同认识主体的实验检验，并在主体间畅通地讨论、交流。,2.科学与技术的关系,2.1 科学与技术的联系,2.1.1 科学与技术的研究对象都是物，都是自然界。 科学活动与技术活动都要遵守自然界的规律，都需要正确的自然观作为哲学基础。 二者的研究方法有许多相通之处。,2.1科学与技术的联系,2.1.2 二者的根本目的，都是为了满足人类利用、控制、改造、创造和保护自然的需要。 科学认识自然是技术改造自然的前提，技术改造自然是科学认识自然的最终目的。 科学为技术提供理论基础，技

3、术是科学价值的进一步实现。,2.2 科学与技术的区别,2.2.1 不同的性质和目的 科学活动是认识活动，是求知。 技术活动是实践活动，是提高效率和获得功用。,2.2 科学与技术的区别,2.2.2 不同的成果形式 科学是知识创新活动，科学创新的成果是新知识；方法也是科学成果，但最终要转化为知识。 技术是物质创新活动，技术创新的成果是新产品，新工艺也是技术成果，但最终要转化为产品。 科学知识产权的核心是“荣誉”；技术知识产权的核心是“利益” 。,2.2 科学与技术的区别,2.2.3 不同的评价标准 科学的评价标准是求真程度，包括正确度、深度和广度三维。 技术的评价标准是获利程度，包括价格、功能和操

4、作方便三维。,2.2 科学与技术的区别,2.2.4 不同的生产力形态 科学是意识形态的生产力，是潜在的、间接的生产力； 技术是物质形态的生产力，是现实的、直接的生产力。,2.2 科学与技术的区别,2.2.5 不同的更新速度和生效时间 科学知识更新的速度比较缓慢，技术更新的速度则很快。 在科学理论研究中，有一些假说长期难以验证，也很难证伪，所以不同的假说可以长期共存。 一项新技术在短时间内就可以取代旧技术。,2.2 科学与技术的区别,2.2.5 不同的竞争形式 科学竞争是学术竞争，不同观点因为难以说服对方，所以长期共存。 技术竞争是市场竞争。 科学竞争比较宽容，技术竞争则十分残酷。,2.2 科学

5、与技术的区别,2.2.6 对研究者的素质要求有所不同。 科学研究者应具有好奇心、想像力、抽象能力和逻辑思维能力。 技术研究者应具有设计能力、组织能力、管理能力、经营能力和经济头脑、市场意识。,2.3 科学技术的一体化,2.3.1 技术科学化 （1）传统技术活动日益转移到以新科学理论为基础上来。 从传统技术活动中逐步分化派生出了技术科学与工程科学，并在相关基础科学理论的指导下，形成了系统的技术知识体系。 反过来，技术科学与工程科学的完善，又推动着传统技术的进化与发展，尤其是对现代高新技术成果的吸纳。 例如，冶金技术、农业技术、运输技术等传统技术体系的当代演进。,2.3 科学技术的一体化,2.3.

6、1 技术科学化 （2）现代技术发明创造活动越来越依赖于科学研究的发展，技术进步以科学进步为先导。 例如，激光技术、核技术、基因工程技术等都是在相关科学发现与理论突破的基础上开发出来的。,2.3 科学技术的一体化,2.3.2 科学技术化 （1）科学研究工作愈来愈带有技术活动的特点。 在总体的科学研究活动中，包含着大量的技术科学研究、技术发展研究和技术应用研究的内容。 例如，要澄清生物基因结构，就必须对基因测定技术、数据处理与图谱绘制技术以及相关的计算机软件技术等进行研究。,2.3 科学技术的一体化,2.3.2 科学技术化 （2）重大科学研究活动离不开各类技术人员的合作，离不开先进、精密、昂贵的实

7、验技术设备的支持。 随着科学研究过程的复杂化与规模的扩大，科学实验技术已经发展成为一个专业化的技术领域。其中许多复杂的精密仪器设备都需要专门研制，需要专业技术人员操作。 例如，粒子加速器技术、天文观测技术、火星探测技术等。,二、科学研究的过程与方法,选题：始于科学问题； 获取科学事实：按课题的需要收集和整理事实材料； 进行思维加工：基于已有的材料，进行科学抽象，形成科学假说； 验证：对已形成的假说进行检验； 建立理论体系：形成严密的逻辑体系,（一）科学问题与科研选题,科学问题是科学研究的指向，是科研主体从事科学活动的起点；,1.科学问题,科学家在当时知识背景下提出的关于科学认识和实践中需要解决

8、而又未解决的矛盾,包含着一定的求解目标和求解范围,但尚无确定的答案。 德国数学家希尔伯特在本世纪一次国际会议上提出数学研究的23个问题，对本世纪数学研究起到了重要的推动作用。,“我们必须知道，我们必将知道。”,爱因斯坦“提出一个问题往往比解决一个问题更加重要。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，从新的角度去看待旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。” 海森堡“提出正确问题标志问题解决了一大半。”,美19名科学家提出21世纪 11 大科学难题,（1）何谓暗物质（2）暗能量的性质 （3）宇宙的起源（4）爱氏引力论是否定论 （5）中微

9、子质量（6）高能粒子束原理 （7）质子稳定性（8）高密高温下的物质新形态 （9）元素的组成细节（10）有否额外时空维度 （11）描述中子星、射线的新理论,2.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。例如，原子不可再分的理论无法解释电子的发现；光的波动理论无法统一解释光的干涉、衍射、偏振现象与光电效应现象等。 理论体系内部的矛盾:例如，微积分初创时期出现的无穷小悖论，推动了极限理论和方法的产生。,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。 燃素说与氧化说；热素说与热的分子运动论；灾变论与渐变论；

10、关于天体起源的不同假说等，这些争论都包含着需要深人探索的科学问题 学科交叉点、空白区 在各门学科之间的交叉点、空白区，会存在大量的科学问题。控制论的创始人N 维纳指出“在科学发展史上可以得到最大收获的领域是各种已经建立起来的部门之间的被忽视的无人区。” 实践需要而现有科学技术不能满足需要的矛盾 农业增产的需要、培养农作物优良品种的需要就向植物遗传学、分子生物学提出了许多需要研究的问题。,3.科学问题是科研的起点,波普尔提出科学研究应该从问题开始，他指出:“应当把科学设想为从问题到问题的不断进步，从问题到越来越深刻的问题。”科学发展的证伪模式: P1TTEEP2。 始于问题（P1）,提出试探性解

11、释的理论 （TT）,经过批判性检验排除错误（EE）,新困难导致新问题（P2）。,4.科研选题,科研选题 是对科学问题的系统思考和深入的结果，它具有明确的问题结构、研究方法的描述、研究程序的说明、研究价值和意义的展望等，是科研活动实际过程的真正起点。 作为科研启始步骤万事开头难，科研选题关系到科研方向、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。,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密切联系；） 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

12、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),（二）科学事实,所谓科学事实，是指人们通过观察和实验所获得的经验事实，是经过科学整理和鉴定的确定事实。,客观事实与科学事实,客观事实：在时空中实际存在着的事件、现象和过程。在人们的意识之外，不依赖于人们的意识而独立存在。 特点：客观性 可观察性，即可以被人们的感官或借助仪器所观察、反映和认识。,但是，客观的事件和现象会随着观察和实验过程的结束而消失，怎样才能长期保持事实，把它们纳入科学认识的系统中并在理论中加工它们呢？这就需要对事实进行陈述和判断。,科学事实：指人们对所观察到的客观事实作出的真实陈述或判断

13、。,科学事实是科学研究的基础。科学事实是形成科学概念、科学定律、科学假说、建立科学理论的基础。科学事实是对科学假说和科学理论进行评价的基本手段 。 苏联生理学家巴甫洛夫：“不管鸟翼是多么完美，但如果没有空气，它是永远不会飞翔高空的。事实就是科学家的空气。你们不凭借事实，就永远不会飞腾起来。”,科学事实一般分为两类： 事实：客体与仪器相互作用结果的表征，如观测仪器上所记录和显示的数字，图像等； 事实：对观察实验所得的结果的陈述和判断。 如，“X射线不改变铀的状态。”,科学事实满足的条件,1可重复性:科学事实应该可重现 2精确性与系统性:科学事实应该比较系统精确 3单称陈述:科学事实应当是个别存在

14、陈述。 如：“铀具有放射性”；水分子由二个氢原子和一个氧原子构成；“一只鸡吃了含农药的食物3小时以后中毒死了。” 又如：整个宇宙都在膨胀着；生物都有新陈代谢;所有微观客体都具有波粒二象性等，为普遍性陈述,应视为科学事实加工提炼之后做出的理论论断。,科学事实的获取,两种途径： 直接途径：科学观察与科学实验是获取科 学事实的最基本手段和方式； 间接途径：文献调研,（1）科学观察,科学观察是人们为了认识事物的本质和规律，通过感觉器官或辅之以仪器，有目的、有计划地对自然现象在自然发生的条件下进行考察的一种方法。,科学观察的原则,客观性原则 全面性原则 典型性原则,典型性原则： 选择有代表性的典型进行观

15、察。从1 909 年起，美国遗传学家摩尔根选择果蝇作为研究遗传学的实验材料。染色体是遗传物质的基础，果蝇的每个细胞只有四对染色体，易于观察；果蝇的生活史约为两周；果蝇的生殖力强，每对亲本可以产生上百甚至上千个后代，它们会产生许多变异；果蝇还有几十种容易观察的遗传特征。果蝇的这些特性对研究生物遗传规律是非常简明的。摩尔根正确地选定了果蝇作为实验对象，做了大量的研究，最终创立了基因学说。,（2）科学实验,科学实验是人们根据一定科研目的,用一定物质手段(科学仪器和设备),在人为控制或模拟客观对象的条件下考察对象，从而获取科学事实的一种基本方法。,与观察方法比较： 巴甫洛夫形象比喻；“实验好像把各种现

16、象拿在自己的手中，并时而把这一现象，时而把那一想象纳入实验的进程，从而在认为简化的组合中确定现象间的真实联系。换句话说，观察是搜集自然现象所提供的东西，而实验则是从自然现象中提取他所愿望的东西。,科学实验方法的特点和作用,l1）纯化和简化研究对象 伽利略设计了精密的斜面实验，观察到了在自然状态条件下所观察不到的现象，从而发现了自由落体定律；,2）强化和激化研究对象 人类在漫长的历史时期中只知道物质有固、液、气三态，但在创造了超高温极端条件下，发现还有一种“等离子体”状态；而当超高压达到一定程度时，又会出现“超密态“。 1911年荷兰物理学家卡曼林昂尼斯首先发现汞在超低温4.173K以下时失去电阻，后来又发现许多物体也都具有这种超导性，从而开创了今天的超导热研究局面。,3） 再现和重演自然过程 1953年米勒所进行的关于地球上生命起源的实验，他把发生于数十亿年前生命起源的漫长历程，仅用几天时间在限于小小的玻璃容器之中，供人们观察和研究； 为了研究地球气象变化，中国科学院大气物理研究所进行的大气环流模拟实验，可以将由地面垂直向上的几万米的整个大