科学研究的途径

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1、一. 科学研究的途径 Ideas: 用已知的事物做根据, 由此推测到另一事物的作用。其特点是: （1） 须先有一种疑惑困难的情境做起点。 （2） 须有寻思搜索的作用，要寻出新事物, 新方法和新手段来解决疑惑困难, 即寻找突破口。 1疑难问题的提出 疑问是思想的起点。科学的发展始于问题。因为: 问题导致理论的产生；问题推动科学的发展; 问题是认识活动的起点，通过构造一个解决问题的理论来回答问题。科学研究需要有怀疑精神，即对原有的知识和理论提出怀疑。提出问题的途径： （1） 由某个理论内部的逻辑矛盾而提出疑问和问题。 （2） 由理论结构不符合简单性与普遍性的要求而提出疑问和问题。 （3） 由现有理

2、论与经验事实之间的矛盾而提出疑问和问题。 （4） 对经验事实未能作出统一的理论说明而提出疑问和问题。 （5） 由理论的实际应用与现有技术条件的矛盾而提出疑问和问题。 （6） 由不同的理论体系之间的矛盾而提出疑问和问题。 是矛盾产生了问题，矛盾是科学和知识发展的“动力”。提出新理论或修正旧理论解决问题和矛盾。科研活动: 一是提出问题; 二是解决问题。问题的提出和解决需要有批判和怀疑的精神。 问题的来源: 从前人的实验、文献资料中的观点和认识；及自己的实验和经验中来。需要分析: 文献中前人做了什么?解决了什么?推进了什么? 其理论和方法的漏洞是什么? 自己和前人的认识有什么不同? 解决问题的关键在

3、于抓准实质, 分析和比较事物各个发展阶段的异同，总结出事物的规律。要求研究者具有: 好奇心, 兴趣，创造性和想象力。缺这些素质者不适合搞研究。 科研选题的原则: （1） 具有先进性和现实可能性; （2） 注意学科的交叉边缘性； （3） 对计划外的课题/问题保持敏感和警觉； （4） 不轻视目前难于应用的课题； （5） 对课题的变化要善于分析追踪。 2寻找突破口(切入点，主攻方向) 寻找突破口是科研中最重要的一步，也是最富有创造性的活动。其任务是搜集、获得、整理和加工信息，摸清问题的现状，准确判断所研究课题的切入点，从而形成自己的初步观点。寻找突破口的途径： （1） 以已有的研究做为自己的起点。注

4、意前人文献中不同的报告和特点及差别；注意前人研究的空白及不一致的地方。这实际上是在原范畴之内寻找处女地。 （2） 广泛浏览各种资料, 了解其他学科的进展，注意有无可利用的新原理、新技术，将其移植到自己的科学问题上。这实际上是在原范畴之内寻找一个出口, 与别的范畴交融，形成新领域。 要靠逻辑思维、直觉及灵感寻找突破口和提出假说。 3假说(假设，试验性理论) 科学发展是通过不断提出试探性猜想（假说，假设）或解决方案，并不断反驳(即排除猜想中的错误)而实现的。假说通常是在经验、学问上生出来的，是想象力的产物，是认识的飞跃，是科研中最困难的一步, 须付出巨大的努力。 4前验评价（假说涵义的展开） 就是

5、在观测、实验中应用假说并检验以前的评价, 通过演绎逻辑，推导出若干结论，并加以比较, 以判定理论在逻辑上的严谨性。假说+前验评价=尝试性理论。 5后验评价（实践检验, 排除错误） 从尝试性理论推导出预见, 同观测,实验和生产中的应用结果一一加以比较, 即为后验评价。如果同实际符合，假说就可以接受为理论。如为部分符合，则可附加补充条件，修正假说，直到建立新的理论, 综合解释了所有事实。排除错误需要“大胆尝试，严格检验”，用批判性思维，多找毛病。 上述方法为“自上而下”的科学研究方法，即从假说出发得到对所考察事物的描述，从而得到对特殊事例的预言（从理论/假说到实际/实验）。爱因斯坦即是用这一方法。

6、 另一个更普遍的方法，可称为“自下而上”的方法：（从实际/实验上升到理论） （1） 从现象的实际出发, 系统整理实验原始数据, 并推导出某些规律; （2） 将规律提炼成假说, 再推广为更普遍的定律； （3） 根据定律在新的领域对现象作出预言； （4） 再用实验验证预言； （5） 通过点滴积累, 得出比事实总和更深刻的理论。 “自下而上”的方法伴随着实验的进展而发展。（从实际/实验上升到理论）“自下而上”的方法是先提出技术方案，进行实验与理论论证；在后验评价中, 当技术方案被确证后, 需提炼假说/理论和一些规律性的东西。 科学研究的过程，实际上是不断产生ideas的过程。疑难问题的提出-寻找突破

7、口-假说或技术方案，这前三步主要用归纳法，是先考查眼前的特殊的事实和情形, 然后作出假说或技术方案；前验评价和后验评价，这后两步主要用演绎法。最重要的是第三步-假说或技术方案；第一、二步是引出第三步；第四、五步是演绎和验证第三步。第三步是归纳法的结果，是演绎法的开始。 科学研究的途径实际上是猜想-反驳的过程，本质上是批判/革命的动态过程。这一思想是符合辩证法的。 科学理论成立的三个条件：（也是科学理论的功能） （1） 解释：能概括,解释新发现的事实; （2） 相融: 同旧理论相融, 或使旧理论成为新理论的一个特例； （3） 预见: 做出新的科学预见, 并被实践所证实。 科学研究中创造性活动的特

8、点： （1） 科学始于问题：通过分析当时的科学背景知识而提出的问题，总是以否定的形式向当时的科学理论提出挑战，从而推动科学的进步。善于提出问题是科学工作者最重要的能力之一。 （2） 科学技术的本质在于创造。 （3） 提出假说或技术方案是创造性最强的环节。 （4） 修改理论模型和实验观察, 设计中的反复决策也是创造性很强的环节。 （5） 批判的态度应贯彻到方法论中去。 (6) 如果没有假说, 科学过程就是一大堆数据的堆积和收藏。 提出假说的方法: （1）特殊到一般法，把特殊情况下的规律概括为一般情况下的假说。 （2）类比法:； （3）移植法: 移植其他学科的原理和技术. （4）分类归纳法； （5

9、）经验公式法： （6）以事实材料为依据, 用辩证法思考； 假说的验证：演绎论证与实验的验证；假说能解释已有的事实, 能预言未来的事件。 6观察和实验是现代科学的主要方法 1609年之前，主要用推理的方法研究科学; 之后主要用观察与实验的方法。 （1）理论先于观察, 观察中渗透着理论。 （2）实验研究的目的：观察未知或未加阐明的新事实; 验证假说或理论；提供科学或工程数据。 （3）实验分为：定性实验, 定量实验, 模型实验, 析因实验, 模拟实验, 理论实验。 （4）实验是孕育概念, 思考模型的关键环节。 7推理是由已知探求未知的主要手段 由事实上升为假说或理论, 需要推理。推理有: 类比推理；

10、归纳推理（由特殊到一般）；演绎推理（由一般到特殊）。运用推理时需要注意: （1）推理的前提和根据要正确; （2）推理不能脱离实验, 并接受实验的检验。 （3）不能把事实混同于对事实的解释。 （4）推理时内插和外推的条件和限度要格外注意（如CCG率的外推）。 （5）写作是思想的表达, 但要靠语言进行推理。 8理论研究中的若干问题 一个好的理论总是和谐的, 简洁的, 并具有内在的美。任何一门自然科学全面成熟的标志就是数学化。理论是一种描述和解释物质世界发展基本规律的系统化知识。寻求的是普遍的规律。理论研究中, 提出理论模型是第一位的，但需进行必要的简化，只反应主要的和本质的联系。 数学在科学研究中

11、的作用: （1）为科学研究提供简洁精确的形式化语言; （2）为科学研究提供数量分析和计算的方法; （3）为科学研究提供推理工具和抽象能力。 但以形式化, 符号化为前提。爱因斯坦：“所有科学的目的都是调整我们的经验, 并置之于一个逻辑体系中”。“要是不相信我们世界的内在和谐，那就不可能有科学”。物理概念+符号体系=理论。 好的科学理论应是高度可检验的, 并经受住了最严峻的检验。 对现有的一切理论应持批判态度, 寻找与原有理论冲突的新事实; 需在对原有理论深刻理解和研究的基础上, 洞察出原有理论的缺陷，从而提出新概念, 创立新理论。批判的态度要与严肃认真的分析相结合。旧理论是新理论的源泉，是许多代

12、学者共同的劳动成果。 8科学研究: 先求同, 后求异。 研究中要摆脱传统与陈旧的概念, 跳出自己的框框（这个一般很难, 人们习惯于与别人保持一致, 追求与别人相同的答案，即求同思维）。而科研中更要求异。求同可使原有理论进一步系统和完善；而创造需要求异思维，但需接受理性的调控。求同与求异相结合, 先求同, 后求异。求同是看能否延伸、扩展前人的成果, 向前推进一步；求异是摆脱模仿，寻找切入点, 看能否有所突破, 做出创造性的成果来。思想方法上的僵化是科学研究最危险的敌人。 二. 技术研究的途径 （1）根据信息资料和社会需要进行预测，确定技术研究或技术开发的选题。 （2）通过大量资料调研，分析对比和

13、参考前人结果，按选题要求，确定技术途径，提出总体方案。 （3）进行方案研讨, 并根据总体设计技术指标，进行总体设计。 （4）进行必要的技术试验和考核, 以验证所选方案的合理性与可行性。 （5）试验结果与设计结果进行比较。根据技术和经济两方面的要求修改方案或设计。 （6）设计付诸实施, 成为物化技术成果。 （7）评价，检验, 鉴定, 或改进技术设计, 或推广应用。 与科学假说这一步对应的是设计合理的实施方案（具有优越性和可行性）。技术研究与科学研究的差别为: （1） 技术途径相当于科学研究中的突破口; 技术方案的选择相当于假说的提出。 （2） 用技术试验验证技术方案，并反馈修正。 （3） 科学研

14、究得到理论规律/原理，技术研究/开发主要是考察如何在技术上集成实现这一原理，并考虑经济性,实用性等。对技术原理进行改进, 可形成专利。 （4） 方案/或设计在技术研究中经历的是一个逐步具体化的过程。 技术研究中的创造性活动: （1） 技术选题既要求超越前人的结果，又受到社会需要,经济因素和试验条件的强烈制约。 （2） 技术途径和技术方案的形成是最富创造性的环节。 （3） 评价总体方案的优劣, 需要能力和创造。 科学和技术研究中, 看似工作量不大的前期工作最富创造性, 决定成果的水平和质量。科学研究分析性强，领域划分比较清楚，要求有理论思维能力; 技术研究综合性强，各技术领域的手段和成果常常共用

15、, 要求有较广的知识面和实际经验。 三. 科学思维的艺术 1解题思维（实际上就是如何提出科学问题）：科学和知识的增长永远始于问题, 终于问题-愈来愈深化的问题，愈来愈能启发新问题的问题。-波普尔。 2求异思维（就是从不同方向,不同角度思考）：凡有发散性加工或转化的地方, 都表明发生了创造性思维。 3形象思维(加工处理形象信息的思维方式，直观，生动,形象)： 把思想具体化, 在脑海中构成形象, 能激发想象力-贝费里奇。 4直觉思维(对信息材料的快速洞察、领悟, 与逻辑思维和形象思维一起构成三种思维形式，即对信息的三种不同加工方式)：逻辑思维+形象思维+直觉思维（灵感或顿悟）结合起来用于科学技术工

16、作-钱学森。 5比较、类比与隐喻思维（用一个概念类比另外一个概念进行联想）：每当理智缺乏可靠论证的思路时, 类比这个方法往往能指引我们前进-康德。 6溯因思维（根据某现象的特征推测某现象产生原因的思维方法，是基于客观现象间的因果联系。）: 理论把现象纳入体系中, 而理论则“以相反的方式”“逆推地”建立起来-汉森. 7归纳思维（从个别到一般, 即根据具体事实概括出一般结论的信息加工过程。）：真正的和合格的归纳法, 才是解释自然的真正钥匙-培根. 8演绎思维(从一般到个别的推论，从普遍原理推论到特殊事例，如从火山爆发推论出一系列的社会现象)：演绎方法是构造科学时所用的最完善的方法。它在很大程度上消除了误差和模糊不清之处, 而不会陷于无群倒退。 9数理思维(以数学方法为基础的逻辑理性思维方法)：科学家必须在庞杂的经验事实中, 抓住某些可用精密公式来表示的普遍特征，由此探求自然界的普遍原理-爱因斯坦。 10次协调思维(在矛盾中创造协调的思维)：次协调是协调与不协调之间的一种状态。 11系统思维(用系统的