第2章 科技研究基本方法,2.1 研究方法分类,科技研究方法是指在研究中发现新现象\新事物,或 提出新理论\新观点,揭示事物内在规律的工具或手段,是 运用智慧进行科学思维的技巧.,包括:文献调查法\观察法\思辩法\概念分析法\比 较研究法等.不同的角度有不同的分类方法.,获取科学事实的方法,观察方法,实验方法,科学思维方法,逻辑方法:分析与综合,归纳与演绎,类比等 非逻辑方法:直觉,灵感,创造性思维 数学方法:一元回归,多元回归等,假设检验与 理论方法,逻辑分析,实践检验,证实与证伪,判决性实验; 理论构建,公理化方法,抽象到具体的方法,技术方法,技术预测:类比性预测,归纳性预测等 技术评估:效果评估法,多目标评估法,环境评估 原理构思:实验提升,自然模拟等 工程设计方法,系统科学方法,系统分析法,信息方法,反馈控制法,黑箱法, 系统规划方法,功能对比法,自组织理论方法,2.2 归纳与演绎法,推理是根据一 个或一些判断得 到另一个判断的 思维形式归纳法,演绎法,2.2.1 归纳法,（1）求同法,求同法是从不同的场合中寻求相同的因素,一、 归纳法的主要类型与特点,特点：①个别→一般； ②结果有一定的可靠依据； ③具有或然性。
左图为门捷列夫元素周期表初稿 1869年 门捷列夫将已有的数据进行归纳，于1869年确定了化学元素性质与原子量之间关系归纳概括出了化学元素的周期律门捷列夫又以这普遍规律为指导，进行演绎推理，预言了当时尚未发现的新元素Al、B、Si、Sc等元素 但在当时大多数科学家对此都进行了不同程度的批评例2-1 元素周期律,,（2）求异法,因素 对象 A、B、C → a B、C → 不 a ∴ A → a A是a的原因，有因果关系,从两种场合的差异中找出事物的因果关系,例子,钟声在空气中响能听到， 在真空中听不到 →声音是在空气中传播的3）同异并用法,把求同法和求异法两种推理形式结合起来寻求研究对象的因果关系4）剩余法,实例,居里夫人观察到沥青铀矿的放射线 要比已知铀量的放射线强许多倍经分 析推测：除铀以外，剩余的放射线强度 肯定是由于其它元素引起的经过试验 和提炼，终于又发现了镭二、 归纳法的作用与局限性,实例,归纳法具有一定的科学性：科学研究也是从积累大量 数据到概括出一般原理的过程；归纳法具有很大的创造性， 主要用于科学发现 归纳法有局限性是一种或然性的推理方法2.2.2 演绎法 一、 演绎法的作用与局限性,1）用逻辑推理方式为科学知识提供逻辑证明,2）演绎法也是解释和预见科学事实、提出科 学假说的重要方法,3）演绎推理在检验假说中也有很重要的作用,4）演绎法的局限性 结论包含在前提中→难以作出新的概括 结论可靠性受到前提制约→不绝对可靠的,归纳与演绎法领域的三位著名科学家代表：,培根,“知识就是力量”名言。
他重视实 验观察、科学方法论，偏重归纳法 但轻视演绎推理和数学方法笛卡尔,伽利略,法国哲学家、数学家、物理学家， 是唯理论代表提出了以数学为基础 的唯理论演绎法意大利物理学家.主张用观察、实验 和数学相结合的方法来研究自然世界 典型例子→ 落体定律和惯性原理人 们称他为近代实验科学之父和近代科 学方法的奠基人2.3 分析与综合法,分析法在思维方式上的特点,1、分解整体， 分别研究 三个环节： 解剖， 分析部分； 分析相互联系,2、贯穿于科 学研究的全过 程，并渗透到 所有的研究方 法中3、有局限性 容易将人们眼 光限制在片面、 狭窄的领域里 认识事物整体， →综合法综合是通向 科学发现的 重要途径,综合是技术 发明创造的 重要途径,突出典型,牛顿万有引力定律 和力学三大定律,对前人成果分析 → 创造性综合 牛顿的成果是科学综合的结果,,,,美国宇宙飞船总设计师曾说过： 今天的世界，没有什么新东西不 是通过综合而制成的,综合法在思维方式上的特点：联系部分，综合统一 综合为多样性的统一体有人分析：日本是靠三分欧洲技术和 七分美国技术的综合，→富于创造性的 日本技术现代科学发展呈现了整体化的趋势，所以只有运用综合方法才能更好地开拓新领域。
许多综合性学科、边缘学科、交叉学科、新学科的出现，都是与综合方法的运用密切相关的综合总是与分析并用的分析和综合是 互为前提、互相补充、渗透、转化2.4 类比与移植法 一、 类比法的作用,基本通式,A类对象具有a、b、c、d属性或事物或规律； B类对象具有a1、b1、c1属性或事物或规律； 其中，a1、b1、c1分别与a、b、c相同或相似 结论：B类对象可能具有d1属性或事物或规律，且d1与d相同或相似,基本类型,,例2-2 泡沫金属材料的发明,面包的多孔疏松→自身释放气体形成小气泡 因果类比：→在金属中增加了一些添加剂、改变制造工 艺，发明了泡沫金属材料,类比法 作用,（1）类比为模拟试验提供逻辑基础；,（2）不受专业、学科的界限的束缚；,（3）在技术上可做出重大发明；,（4）不同领域创新方法的移植和渗透,水利大工程模拟试验是综合类比法在模型和原型之间， 除几何尺寸成比例之外，还必须保持相似准数的一致二、 移植法的特点与作用,定义,将某学科的原理、方法或技术用于 研究分支科学或其它学科技术领域的理 论、技术或方法问题它是通过横向、 纵向联想和类比等方法进行的所以和 类比、联想法有密切联系或相似。
特点,显著的创新性和综合性,类型,① 技术移植创新法 ② 原理移植创新法； ③ 方法移植创新法； ④ 综合移植创新法例2-3 螺旋桨技术的推广 螺旋桨技术最初是为省力船而发明的推进桨轮，经过一个 多世纪，人们把这项技术移植到飞机上，成为航空推进器， 发明了螺旋桨飞机后来又将其改型后移植到吹风领域，发 明了电风扇这是技术移植创新法船用螺旋桨的桨叶尖在水中运动时描绘出一条无限延伸的螺旋状曲线，称为圆锥体螺线实际螺线与理想螺线之差称为“滑矢”，这是衡量螺旋桨效率的标准例2-4 气针的发明与移植推广,例2-5 外科医学用的消毒剂,医用注射器,活塞加压→针头→药物推入体内,方法移植 创新,气针、气筒→注射器、针头 结构类似,球类 打气,,,,法国微生物 家巴斯德发现 酒变酸和肉汤 变质是因细菌 所造成的,原理移植→ 医学领域 发明外科手 术用消毒剂,,英国外科医生 利斯特,联想： 伤口化脓,例2-6 拉链的发明与推广,拉链发明,应用广泛,衣、裤、箱、鞋、帽、包、袋等 日常生活——方法移植,美国医生以创新的方法应用于手术病人该 医生把拉链用在肚子上，随时打开拉链检查腹 腔。
这就是皮肤拉链缝合技术例2-7 美国推出镂空自行车：最结实的自行车,镂空管取代钢管镂空管是由碳纤维编织而成，并由凯夫拉尔绳捆扎，形成蜘网式结构强度胜过钢、铝和钛整车则要11995美元，它的重量只有2.75磅 ——2008.3报道,l磅= 0.454kg ，1.25kg,例2-8 现代流行服装的根源,喇叭裤,我国古代发明远在几千年前的商周时期，人们就穿着“宽松式”服装，无论裙子和裤腿，都呈一种喇叭形状数百年前传人欧洲， 被设计师吸收改造，曾 在20世纪初流行,到70年代，人们从西 方闲置不用的喇叭裤中 看到美感，风行一时,现在世界流行的宽松 式服装，实际上是把孔 夫子那衣服改一改，又 穿上罢了,《丝路花雨》歌舞剧 设计出一种优美的舞 蹈喇叭裤,,,,健美裤,把身体的曲线全部显示出来 →更有感力，更显抚媚其实，这宽上衣、紧裤子原是穿在哈姆雷特身上 的过了五百年，人们把这套衣服转而穿在女人身 上，真是不可思议筒裤,1977年日本电影《望乡》在中国放映 演员栗原小娟穿的简裤，产生了很大余 波苗条的身姿，令无数观众倾倒眨眼之间，北京便成为简裤之海可以说，任 何世界名模，都没有象栗原小娟那样给中国人留 下过如此深刻的印象和如此强大的吸引力。
蛛丝虽然细小但韧性十足蜘蛛都有属于自己的领地，所 以不能像蚕一样被人类饲养想大量获得蛛丝不是容易的事例2-9 蜘蛛丝的研究与移植,人造蛛丝,,以色列科学家,研究方法,,采用花园蜘蛛的基因来复制 人工蛛丝中所必须的蛋白质， 将能够进行基因生产的微生物 注入提取出的蜘蛛蛋白，就可 以大量生产蛛丝人造蛛丝直 径只有千分之一毫米蛛丝用途,,可用于外科手术用线，光纤 和钓鱼用具基因棉花,,巴西科学家,研究方法,研究思维更进一步，将蜘蛛基因植入棉花，以求获得纤维更加结实、柔韧性更好的棉花新品种 ——认为蜘蛛网之所以结实，是因蜘蛛有一种特殊基因2005年开始采摘首批试验棉用途,,转基因棉花可以用来制 作运动服和防弹衣,球形水上步行器,例2-10 水上步行器发明,2.5 数学与模型法 一、 数学方法及其应用,定义,揭示研究对象的本质特征和变化规律 的一种方法，是解决科学技术问题常用 的，也是最重要的方法 被人们称誉为“科学的皇后”马克思,一种科学只有在成功地运用数学时， 才能达到了真正完善的地步,爱因斯坦,科学家必须在庞杂的经验事实中抓住 某些可用精确公式表示的普遍特征，由 此探索自然界的普遍真理数学在现代 科技中应用越 来越重要,数学方法 作用,① 提供简洁精确的形式化语言； ② 提供数量分析和计算的手段与技巧； ③ 提供可靠的逻辑推理和证明的工具。
谷神星发现意大利科学家观察，高斯 计算，称为“铅笔尖” 发现的新行星例子,,,二、 模型化方法,模型化 内涵,模型决定研究对象的基本概念、方向、方法和原理 理想模型是舍去次要、突出主要特征模型建立、修改和完善科学理论发展常是模型的修正和更替 如牛顿的万有引力模型、达尔文的生物进化模型等例2-11 量子理论的创立,卢瑟福对大量原子光谱做了很多精确的唯象分析 → 提出了原子结构模型玻尔根据卢瑟福的模型和已有的 数据→创立了量子理论模型化,用适当的文字、图表和数学方程来表 述系统的结构与行为的一种科学方法,数学模型 具备条件,,1）反映原型本质特征和关系,且合理简化,2）能对问题进行理论分析，逻辑推导,3）能合理描述具体研究对象，解决问题,分类,按建立的方法有理论型，经验型； 按变量性质分类有确定性和随机性型； 按函数关系分，有线性和非线性型；等 这里简单介绍理论模型和经验模型理论模型 特点,经验模型 特点,模拟 类型,模拟也称仿真（Simulation），是模型化 的继续基本上可以分为三类： ① 几何模拟；② 数字模拟；③ 物理模拟,,,,例2-12 模拟验证伽马射线摧毁地球6成生命,科学家提出,地球上生命可能被宇宙伽马射线大爆 炸毁灭过。
→ 很难找到直接证据,美国堪萨斯大学的科学家通过计算机模拟计算，证明了 伽马射线摧毁地球6成生命模拟实验 结果,,2.6 系统与优化法 一、 系统方法的基本原则,系统方法 本质特征,整体性—整体与部分统一 → 基本依据 最优化—状态、效果最优 → 基本目的 模型化—实现优化定量化 → 基本途径,自然系统 功能优化,螳螂在1/20秒确定昆虫的速度\距离和方向 → 现代化火炮跟踪系统所望尘莫及； 海豚→ 超过现代潜艇的航速； 响尾蛇在相当远距离测到1/1000℃的变化 → 导弹红外跟踪系统难以达到二、 系统方法在科研创新中的作用,,1）系统方法具有重大创造性的功能 阿波罗登月计划成功实施，总负责韦伯博士,2）系统方法是研究各种复杂系统的有效手段 用定量化方法研究解决了大型复杂问题，建立 了系统工程理论,3）用系统方法经营事业，可以实现整体优化 综合地反复地利用自然资源，并且也要将废物 转化为产品，循环为人类服务在生产过程中 要实现无废物循环，实现可持续发展的战略,仿人体机器人，具有智能系统化功能可以仿人体做32个动作他既可以向大家介绍机器人的工作原理，也能指挥乐队为大家演奏精美。