《科学分析方法》ppt课件

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1、第六讲 科学分析方法论,科学研究主要是一种探索未知的过程，是一种认识自然与社会的过程，而分析则是认识过程的主导方法论。 我们看事情必须要看它的本质，而把它的现象只看作入门的向导，一进了门就要抓住实质，这才是可靠的科学的分析方法（毛泽东） 将相关的分析方法依照一定的逻辑顺序组织起，形成一种科学分析的“方法链”，可以有效地解决这个问题。,概念分析,选题 最终要落实为若干个概念或术语所共同决定的研究方向和研究范围 如“凝聚态物理”，“遗传生物学”，“信息资源原理”等。 对选题所涉及的概念和术语进行分析，就构成了科学分析的第一个环节。,概念分析,概念一般是对事物的本质特征的概括 特定时期的概念反映了当

2、时人们对某事物的本质特征的认识程度 主要目的通过研究概念产生和发展的历史来揭示特定概念的实质和涵义、概念的相互作用 每个概念在特定研究领域的位置等。,概念分析,概念分析一般包括四个相互联系的阶段： 其一，是对那些与选题有关的概念进行有目的的研究； 其二，是通过词源分析搞清特定术语的来龙去脉； 其三，是将选题所涉及的一组概念联系起来进行研究； 其四，是依据前几阶段所获得的资料，对照有关假设和推测，给每个概念以准确的具体的表述。,概念分析,概念分析的结果基本上明确了研究课题的内容、实质的范围，理清了有关概念和术语的关系，为进一步研究奠定了基础。 需要指出，概念分析必然地要涉及文献分析，因为作为人类

3、认识结晶的概念与理论通常记录在各种文献载体上。,要素分析,任何一个具体的概念总是对应着特定的事物 概念分析只是科学研究的“入门向导” 在此基础上，我们必须对概念所对应的事物进行分析 要素分析科学分析的第二个环节。,要素分析,分析方法最本质的特征就是“还原性”，即分析通常要将所认识的复杂的对象还原为简单的可以把握的对象加以认识，以发现事物的多样性中所隐蔽的事物的主要的、本质的东西。 从系统论的角度来认识，任何事物都是一个系统，都是由具有一定质量和数量的要素所组成的有机整体， 对系统的分析首先可还原为对其组成要素的分析。 当然，系统和要素或整体与部分之间的关系的性质不一样，还原时要区别对待。,要素

4、分析,整体与部分的关系两种不同的性质 一是加和性 二是非加和性,要素分析,加和性： 是指一个复合体能够通过把原先分离的要素集聚起来的办法，一步一步地建立起来； 反之，复合体的特征能够完全分解为各个分离要素的特征。 如果一个系统内部的各个要素之间的相互作用比较弱，对于某种研究，可忽略不计，那么，各部分之间的关系具有线性关系 这时，整体和部分的关系具有加和性，系统是部分之和。,要素分析,非加和性： 要素之间都存在着相互作用，每一部分的性质与行为，都依赖于其它部分， 各部分之间相互影响，这种相互作用对某种研究成为不可忽略。 系统内部各要素的性质和行为，就不同于孤立状态下的性质和行为。 这种相互作用使

5、系统形成一定的结构，共同地规定整体的性质和行为，从而使系统出现了它的组成部分所不具有的新性质和新行为，出现了整体性。 这就使整体和部分之间产生了一种新的关系，即非加和性，说明系统内部各要素之间相互作用具有非线性的特征。,要素分析,侧重内容： 某一具体的(事物)是由哪些要素组成的？ 每一要素质的规定性是什么？ 每一要素量的规定性是什么？ 每一要素在系统中心地位与作用如何？等等。,要素分析,即： 暂时撇开了系统要素之间复杂的多样化联系 将每一要素作为一个独立的子系统加以研究 从而展开了研究对象具体而丰富的多样性 这种多样性正是事物本质联系的外在表现形式。,矛盾分析,任何事物(系统)都是由两个或两个

6、以上相互作用和相互联系的要素所组成的有机整体 对于科学研究对象的若干要素而言，它们在系统中的作用及重要性都不一样，其中必有两个起主导作用的要素 这两个要素的关系就构成了事物发展的主要矛盾 这两个要素与其它要素以及其它要素之间则形成了科学分析的第三个环节,矛盾分析,不同事物的矛盾又是具体的、特殊的、科学研究往往在于揭示特定事物的特殊矛盾。 譬如，数学中的正和负，微分与积分 力学中的作用与反作用 物理学中的阳电与阴电 化学中的分解与化合等 都是矛盾的表现形式,矛盾分析,矛盾分析的主要内容： 第一，事物的根本矛盾，主要矛盾和非主要矛盾； 第二，矛盾的主要方面和非主要方面； 第三，构成一事物的所有矛盾

7、所形成的统一体； 第四，由矛盾及其运动所决定的事物的因果关系； 第五，矛盾的转化及发展，等等,矛盾分析,矛盾分析有助于科研人员抓住问题的实质，以及事物的本质联系，有助于认识的深化 。,结构分析,事物所具有的全部联系的总和称之为事物的结构，对结构的分析有助于全面地了解事物的性质与行为，更完整把握事物的特征与规律 要素之间的联系， 事物要素之间的时空联系 加和性联系、非加和性联系以及各种非矛盾关系 结构分析是科学分析的第四个环节。,结构分析,系统的结构是要素之间的相互联系和相互作用的形式 要素的相互联系和相互作用，必须通过交换信息来实现。 因此，在形式上，要素之间就要发生加和性和非加和性，正反馈和

8、负反馈，以及因果等联系和作用，这种联系和作用可称之为形式结构。,结构分析,形式结构： 系统的空间结构要素在空间上的排列秩序 系统的时间结构要素在时间上前后相继的顺序,结构分析,结构分析方法包括 形式结构方法 空间结构方法 时间结构方法 空-时结构方法等几个方面。,结构分析法,形式结构分析认为： 对系统结构的研究，应撇开具体系统的特殊内容，即特殊要求的特殊联系和作用 从一般共性上，研究这种相互联系和相互作用共同形式,结构分析,形式结构分析内容 第一，加和性和非加和性分析； 第二，正反馈和负反馈分析， 对于一个系统来说，如果通过反馈活动，使系统的状态越来越来偏离目标，这种反馈就是正反馈 如果通过反

9、馈活动，使系统的状态越来越接近目标，这个反馈就是负反馈 要使系统处于稳定状态，必须保持系统的稳定结构，负反馈是保持系统稳定结构的重要机制。,结构分析,形式结构分析内容 第三，因果关系 因果关系主要有四种类型 其一是因果长链(图1),结构分析,形式结构分析内容 第三，因果关系 因果关系主要有四种类型 其二是因果链环(图2),结构分析,第三，因果关系 因果关系主要有四种类型 其三是因果网络（图3）,结构分析,第三，因果关系 因果关系主要有四种类型 其四是概率因果 原因不一定必然地引起结果，不同的原因可能导致不同的结果，也可能导致相同的结果，总之，原因和结果之间存在着概率关系,结构分析,空间结构分析

10、 主要研究系统要素在空间上相互结合时的排列、次序与分析，其范围大到宇宙间的重要结构，小到原子内部的原子结构，内容非常丰富。,结构分析,系统的空间结构三种类型 等级结构 并列结构 等级一并列结构。,结构分析,系统的空间结构三种类型 等级结构是指系统从纵向上由若干等级组成的结构。 各等级层次之间，存在着高级和低级的区分。 它们以特定的关系，构成一个整体。 如“基本粒子-原子核(电子)-原子-分子-化合物”就是一种空间等级层次结构 就一个特定研究对象而言，其基本的层次结构是由要素与要素之间的相互关系，要素与系统之间的相互联系、系统与环境的相互联系三个层次构成的。,结构分析,系统的空间结构三种类型 并

11、列结构系统在横向上由若干平行的子系统所组成的横向结构 如：人体中的神经系统、血液循环系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统等就属于并列结构。,结构分析,系统的空间结构三种类型 等级-并列结构在一个复杂的系统中，既存在着等级结构，又存在着并列结构，是等级结构和并列结构的统一 如：我国的行政组织结构就是一种等级-并列结构，它既包括中央各部委所形成的并列结构，又包括各级地方政府所形成的等级结构。 空间分析重要点研究系统要素在空间中所展示的不平衡性，并进而寻找增长点，通过增长点的发展带动全局的发展。,结构分析,时间结构分析把系统中心结构按时间上延续的顺序，划分为若干独立的部分，以揭示系统的进化进程和各相继

12、延续的稳态结构之间的相互联系和相互作用 稳定状态时，只经历着量的变化；当量变达到一个临界点时，系统就处于失衡状态，这时，量变转化为质变，系统将进入一个新的稳定状态 有先后顺序的各种稳态结构，它们反映了系统进化的周期性或节律性，反映了系统发展的规律,结构分析,结构分析方法是探求系统的性质和行为、预测系统的发展方向、宏观结构设计的一种主导方法。 由于结构决定功能，所以结构方法也是功能分析的先导。,功能分析,系统的功能是系统整体在与外部环境相互作用中表现出来的适应环境，改变环境的能力和行为 或者说，一个系统的功能是从外界对系统的输入到系统向外界输出的变换。 系统的功能是以系统的结构为基础的，为此，功

13、能分析也就构成了科学分析的第五个环节。,功能分析,系统不仅是有结构，同时还是有功能。 结构反映系统内部要素之间的关系，功能则反映系统和外部环境之间的关系，表达系统的活动与行为 功能不是一个独立的概念，它只有在系统同要素结构和环境的关系中，才能得到表现,功能分析,功能分析方法三种类型： 要素一一功能分析 结构一一功能分析 环境一一功能分析 结构一功能分析是核心,功能分析,功能分析方法三种类型： 要素一一功能分析 主要研究系统要素的数量和质量对系统功能的影响,功能分析,结构一一功能分析 依据结构决定功能的原理，通过分析系统的结构及其变化来研究系统的功能，包括 一是同构同功或异构异功 二是异构同功

14、三是同构异功,功能分析,环境一功能分析方法 主要研究环境变化对系统功能的影响以及系统功能随环境而变化的问题，包括： 一是功能适应环境， 二是环境选择功能,功能分析,依据系统的要素、结构来研究系统的功能，是以已知系统的要素和结构为前提的，当系统内部要素的结构都是未知数而且系统不能打开时 黑箱方法是一种有效的功能分析方法,功能分析,黑箱，就是内部要素和结构不知晓的系统 我们只能获得输入值和输出值，而不知其内部要素和结构 在黑箱和观察者之间建立一个耦合系统(图4),功能分析,联系输入、输出的对应和变化关系，判定系统状态的性质，推出标准表达式，并进而推导出黑箱的内部联系，明确其行为与功能,动态平衡分析

15、,功能分析要求将系统置于环境之中，在系统与环境不断的物质、能量和信息的交换过程中实施研究。 根据系统同环境的关系，可将系统划分为三类 独立系统是指同外部环境不发生物质、能量和信息交换的系统； 封闭系统是指同外部环境只发生信息交换而不发生物质和能量交换的系统， 开放系统是指同外部环境发生物质、能量和信息交换的系统。,动态平衡分析,一般来说，独立系统和封闭系统不是绝对的，它只具有相对的意义，是一种理想状态，是为了便于研究的一种简化。 绝对孤立和绝对封闭的系统，在现实世界中是不存在的 现实的系统都是开放系统。 开放系统绝不是静止的，开放系统都是一动态的系统，是一个不断地趋向新的平衡的系统，为此，对系

16、统的动态平衡分析就构成了科学分析的第六个环节,动态平衡分析,干扰 ：外界对系统的这种偶然作用 干扰消除，系统仍然回到原来的状态，就说这个系统是稳定的 反之，就是不稳定的,动态平衡分析,稳定状态有两种 一种是静止的稳定状态， 另一种是动态的稳定状态(即动态平衡)。 任何一个系统，当它处于非稳定状态时，总是要发展到稳定状态去，这种从非稳定状态到稳定状态的演化，就是系统进化的规律,动态平衡分析,系统进化的出发点和目的地都是稳定态 系统的进化： “稳态-失稳-稳态”的不断循环。 每经过一次循环、有序程度就提高一步,动态平衡分析,系统的有序结构是从无序结构中产生的。一个系统，它可以与外界进行物质，能量和信息的交换，但不需要外界的命令和组织模式，内部各要素可以自动地协调起来，自发地构成某种有序结构。这样的系统，称为自组织系统。 所谓自组织，就是系统自己从无序走向有序结构的行为。 系统的进化，主要就是自组织系统的进化。这种进化的特点，就是它的自控制，自调节和自适应,动态平衡分析,自适应的能力 不断地按照外界环境条件的变化，自动地调整系统