第7课 科学技术活动的方法 • 一、科学认识的形成与方法 • 二、科学理论的创立与评价 • 三、技术思维与技术活动方法 一、科学认识的形成与方法 • 1、科学问题如何提出？ • 科学研究的起点：提出科学问题 • 现代神经心理学：在人的大脑中有一个驱动 人们提出问题并进行探索的系统，即乳状体 （mammillary bodies）、海马体（ hippocamps）和林麦克（limic）系统 • 科学问题是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科学实 践中需要解决而未解决的矛盾 • 爱因斯坦指出：“提出一个问题往往比解决一 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 • 例子—— • 法国数学家帕斯卡观察到气压计的水银柱随 着海拔高度的升高而下降，便提出为什么水 银柱离海平面越高它越下降的问题，从而引 导到大气压力的发现 • 科学问题的主要来源—— （1）从新经验事实的解释中提出； （2）从科技的空白区和结合部中提出； （3）从新事实与旧理论的冲突中提出； （4）从相互并存的多种假说中提出； （5）从科学理论内部的逻辑矛盾中提出； （6）从不同学科理论观点之间的矛盾中提出； （7）从追求理论的普适性和逻辑简单性中提出； （8）从证实假说或事实的可靠性中提出； （9）从某一学科的概念、理论和方法向其他领域移植 中提出； （10）从科学理论和方法的推广和应用中提出； （11）从社会需要与生产实践中提出。
• 科学问题：常规问题和反常问题、事实问题 和理论问题—— • 常规问题是在常规科学时期提出的有待解决 的疑难问题，与现有科学理论的基本概念和 基本原理不发生根本性的冲突可作为事实 问题和理论问题处理 • 反常问题是在科学革命时期提出的、已有理 论无法解决的疑难问题，它是拒斥原有科学 理论的框架而提出的，与现有科学理论的基 本概念和基本原理有明显不同或尖锐对立 • 反常问题的解决意味着一场科学理论革命 • 科学问题的转换—— • 常规问题与反常问题之间的转换，事实问题 与理论问题之间的转换 • 科学问题的逆向转换、互补转换、发散转换 、立体转换等 • “如何使贱金属变成贵金属？” “能使 贱金属变成贵金属吗？” • “光是波还是粒子？” “光不能既是波 又是粒子吗？” • “脚气病是由哪些细菌引起的？” “为什 么食用精白米的人容易得脚气病？” • 科研选题在科研中的作用—— • 科研选题是形成、选择和确定科研课题 的全过程它是科学研究过程中的决定 性环节 • （1）定向作用； • （2）制约作用； • （3）关键性作用； • （4）培养思维能力和独立工作能力； • （5）它是科技管理工作中一个决策过程 。
科研选题的基本原则 • （1）创新性原则 • 要求课题具有超前性、新颖性和突破性 • （2）科学性原则 • 选题要有科学事实根据和科学理论根据 • （3）可能性原则 • 选题必须根据主客观条件来确定 • （4）需要性原则 • 根据社会实践的需要和科技自身发展的需要来 选择课题 • 2、科学事实的获取方法——科学观 察、科学实验 • 科学观察是通过感觉器官或借助于科学仪器 ，有目的、有计划地感知和描述客观对象， 以获取科学事实的一种科学认识方法 • 科学观察的基本原则 • （1）客观性原则：首要原则 • （2）全面性原则 • （3）典型性原则 • （4）辩证性原则 • 科学实验是根据研究目的，利用科学仪器等手 段，人为地控制、模拟或变革研究对象，以获取 科学事实的一种研究方法 • 科学实验的基本要素：实验者、实验手段和实验 对象 • 科学实验的基本要求—— • （1）确定误差范围，区分系统误差和偶然误差 ，并加以适当处理 • （2）实验结果可重复 • （3）有理论思维指导 • （4）遵循客观性、全面性、辩证性、目的性等 原则 • 科学实验的一般步骤—— • （1）实验的构思和设计：确定实验目的、实验原理 ，选择实验材料，选择或研制适用的仪器设备，选 择实验的类型等。
• （2）实验的实施：完成实验操作的各个环节，记录 所有的反应、表现和数据 • （3）实验结果的分析整理和理论解释：确定所获得 的经验事实 • 科学仪器的作用： • 讨论题： • 科学观察实验与理论的关系如何？双向相互 作用 • “观察渗透理论” • 科学观察实验中的机遇—— • 机遇是指出乎人们意料的新现象、新情况 • 科学机遇：观察实验者在期待A现象出现时， 却意外地发现了B现象；或在采取某种操作或 措施后，却得到了意想不到的结果 • 这个意外的B现象比期待中的那个一般只具有 确认意义的A现象更有价值、更有意义 • 机遇的特点：意外性、偶然性 • 机遇的作用：先导作用、线索作用；对科学 发展起加速或延缓作用 • 例子—— • 德国的伦琴在实验室里偶然观察到密封 得很好的照片底片被感光，从而提出了 是什么射线引起底片感光的问题，最后 发现了X射线 • 在伦琴发现X射线之前，美国费城的古德 斯和英国的克鲁克斯都观察到密封底片 被感光的现象 • 可以说，他们是最早拍摄到X光照片的人 ，但他们都没有进一步去探究下去 • 捕捉机遇的条件和能力—— • （1）必须具有留心机遇、重视机遇、随时准 备捕捉机遇的强烈意识和穷追不舍的精神。
• （2）要有丰富的专门知识、合理的智能结构 和长期的实践经验的储备 • （3）要有敏锐的观察能力和高度的判断能力 • （4）要善于独立思考，富于想象，勇于摆脱 已有的观念和成见、偏见的束缚 • 3、科学假说的形成 • 恩格斯：只要自然科学在思维着，它的发展 形式就是假说 • 科学研究从科学问题出发，以科学事实为基 础，经过对科学事实的整理、加工和概括， 就会产生科学假说 • 科学假说经过实践的检验，就上升为科学理 论 • 科学假说的形成和科学理论的建立，以及二 者之间的相互转化和促进，有力地推进科学 的发展 • 科学假说是根据已知的科学事实和科学 理论，对所研究的自然现象及其规律性 所作的推测性的说明和假定性的理论解 释 • 科学假说具有以下特征： • （1）科学性 • （2）假定性 • （3）易变性 • 经验定律型假说与原理定律型假说 • 科学假说在科研中的作用—— • （1）科学假说是通向科学理论的桥梁； • （2）科学假说能够发挥思维的能动性和 创造性； • （3）科学假说具有导向作用； • （4）不同假说的争论有利于推动学术的 繁荣 • 科学假说形成的基本条件—— • （1）可解释性：假说要尽可能解释已有的科 学事实； • （2）一致对应性：假说不应与原有理论中经 过检验的真理部分相矛盾； • （3）逻辑简单性：假说应具有逻上的简单性 ，在假说体系中所包含的彼此独立的假设或公 理最少。
• （4）可预测性、检验性：假说原则上应能在 观察、实验等实践基础上加以检验，从而判定 其是否具有真理性 • 科学假说只是科学理论的可能方案，科学假说 向科学理论的转化是一个复杂的认识过程 • 科学假说向科学理论转化的基本条件是看其能 否经受得住科学实践的检验 二、科学理论的创立与评价 • 科学理论是经过科学实践检验的系 统化的科学知识体系 • 它反映了事物的本质和规律，能对 已知事实做出解释，对未知事实做 出预见 • 科学理论特征：客观真理性、普遍 性、系统性和逻辑性 • 科学理论的基本要素（逻辑结构）： • （1）基本概念（逻辑出发点） • （2）基本原理或定律（判断） • （3）科学推论（逻辑结论） • 科学理论的核心内容与辅助内容 • 科学理论的发展形式： • ①理论的常规发展（量变）：修补理论的辅助 内容 • ②理论的创新（质变）：旧理论被新理论所代 替 • 爱因斯坦：物理学理论可区分为构造性理论和 原理性理论 • 构造性理论是“从比较简单的形式体系出发， 并以此为材料，对比较复杂的现象构造出一幅 图像”，如气体分子运动就是这样 • 原理性理论“使用的是分析方法，而不是综合 方法。
形成它们的基础和出发点的要素不是假 说构造出来的，而是在经验这里发现到的，它 们是自然过程的普遍特征，即原理，这些原理 给出了各个过程或者它们的理论表述所必须满 足的数学形式的判据”，如热力学和相对论就 是如此 • 科学理论形成的两种基本模式—— • 归纳模式：在观察、实验的基础上得到一些单称命题， 然后运用归纳方法推导出理论的全称命题通过归纳 模式形成科学理论） • 科学理论的形成不能完全从科学事实开始 • 假说—演绎模式：首先构想一种假说或理论，再通过科 学事实对其进行检验通过假说—演绎模式获得科学 理论） • 科学的发现是在经验的基础上由科学家提出试探性的假 设而开始 • 自然科学就是沿着“经验事实——理论——新经验事实 ——新理论‥‥‥”的道路不断发展的 • 假说——演绎模式实际上是利用公理化方法建立科学理 论的 • 爱因斯坦的狭义相对论—— • 根据从科学事实中抽象形成的两条基本 假定：相对性原理和光速不变原理，推 演出时间具有相对性、质速关系、质能 关系以及“钟慢尺缩”等科学推论 • 时间的相对性：不存在与惯性系关系的 绝对的时间，在一个惯性系中同时发生 的两个时间，在另一个相对前一个惯性 系运动的惯性系中可以不同时发生。
建立科学理论的公理化方法 • 公理化方法是从尽可能少的基本概念、公理、公 设出发，运用演绎推理规则，推导出一系列命题 和定理，从而建立一个完整的逻辑体系的方法 • 其目的是把一门学科建立为一个演绎理论体系 • 古希腊欧几里得《几何原本》的几何学体系是最 早运用公理化方法建立的理论体系 • 构建公理化体系的条件：无矛盾性、完备性和独 立性 公理化方法在科研中的作用和局限性 • ①公理化方法是概括和整理已有的科学知识 ，建立和发展科学理论体系的有效手段； • ②公理化方法是在理论上探索事物发展的逻 辑规律，做出新的发现和预言的重要方法； • ③公理化方法为人工智能的开发和利用创造 了有利条件 • 但公理化体系的完备性和无矛盾性在本体系 内无法证明； • 公理化体系的真理性程度有赖于其它科学理 论或实践的证实和检验 • 科学理论的评价：主体对理论的一种主 观评判—— • （1）科学理论的评价：对理论的真理性 和价值性的评价 • （2）理论评价的标准与评价的复杂性 • 理论与经验事实是否一致； • 理论的逻辑评价（相容性、自洽性、简 单性）； • 理论的预见性 • 科学理论的实践检验：确证、否证、判 决性检验。
• 爱因斯坦1946年提出评价科学理论的两个标准： • 一是理论不应当同经验事实相矛盾，所涉及的是 用现成经验事实来证实理论基础； • 二是涉及的不是关于科学理论同观察材料的关系 问题，而是关于理论本身的前提问题 • 爱因斯坦分别把这两个标准称为“外部的确认”和 “内部的完美”，而且认为内部标准在选择和评价 各种科学理论时起着重要的作用 • 评价科学理论的外部标准是最高标准，“一个希 望收到应有信任的理论必须建立在有普遍意义的 事实之上” 三、技术思维与技术活动方法 • 1、技术思维 • 技术思维是工程师进行技术活动的思维 • 技术思维的特点： • 技术思维更关注可行性，而科学思维更关注普遍 性； • 技术思维更关注价值性，而科学思维更关注创造 性； • 技术思维是限制性思维、联系性思维，而科学思 维没有限制 • 2、技术活动的方法 • 技术认识的基本程序：课题规划阶段，方案构思阶 段，试验和实施阶段 • 技术活动方法是人类在技术活动中使用的各种方法 、程序、规则、技巧的总称，它是改造自然的方法 • （1）技术构思方法：对技术思维中考虑的设计对象 进行结构、功能和工艺的构思的方法，包括经验方。