第三章 综合与概括

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1、第三章综合与概括第一节综合的概述综合就是将已有的关于研究对象各个部分、方面、因素和层次的认识联结起来，形成对 研究对象的统一整体的认识。比如，1911年，英籍新西兰物理学家卢瑟福提出原子结构的 行星模型，就采用了综合的方法。卢瑟福当时并没有借助于各种实验设备去观察原子内部结 构，更没有拍下原子结构的照片，他是在思维中综合a粒子轰击金簿铂出现散射现象等事实 后提出的。大多数a粒子会穿过金簿铂，这是卢瑟福意料之中的，因为原子中电子质量很小， 它是无法阻止a粒子的。根据汤姆生模型，原子内部带正电荷的部分，虽然质量几乎同原子 相等，由于它的均匀分布，因此，也不能阻止!粒子的穿过。但是，使卢瑟福大吃一惊

2、的是 极少数a粒子不能穿过金簿铂，而是向两旁散射。他测出a粒子撞回的几率约1 / 8000。他 就对上述事实进行综合。认为，大多数a粒子可以自由穿过，这说明原子内部非常空，而 1/8000的a粒子被撞回，这说明有东西能阻止它前进。是什么东西呢？只能认为原子内部存 在着一个带正电荷的体积很小、质量很集中的部分，由于a粒子带正电荷，同性排斥，故a 粒子遇到这部分就被撞回。同时，卢瑟福又受到哥白尼的太阳中心说的启发，于是就合成一 个原子结构的行星模型，认为原子内部存在一个体积小、质量集中、带正电荷的原子核，而 电子则绕着原子核旋转。综合是在分析的基础上进行的，它的基本特点就是探求研究对象的各个部分、

3、方面、因 素和层次之间相互联系的方式，即结构的机理与功能，由此而形成一种新的整体性的认识。 所以，综合不是关于对象各个构成要素的认识的简单相加，综合后的整体性认识具有新的关 于对象的机理和功能的知识。综合的成果往往导致科学上的新发现。科学研究活动的综合是指一种科学思维活动，它不同于感觉活动中的综合。所谓感觉活 动的综合，是指人们通过自己的感觉器官，以不同的感觉直接反映事物的某一表面特性，并 在大脑中综合成为关于对象的完整的知觉表象。科学思维中的综合不是指感觉的综合。科学 思维已经不是停留在对事物的表面特性的感知阶段，而是上升到认识事物的结构原理以及运 动规律的理论阶段了。而且由于理论的深度不同

4、，综合的水平也不同。初步的理论综合是静态的，它是探求研究对象在相对静止、相对稳定的状态下的整体性 结构。随着研究工作的进一步发展，更高水平构理论综合是动态的，它把对象的各部分，各 要素之间看成是一个多变量的关系，把这个结构整体看成是运动的和变化的，从运动和变化 中来把握这个结构整体。例如，现代环境科学认为，生态系统就是一个非常复杂的动态结构 系统，是在一定的时间和空间内，生物和非生物通过不断的物质循环和能量流动而相互作用 的统一整体。因此，“生态系统”这个概念已经不是抽象的和静止的概念了，而是对活生生 的整个生态系统的综合认识了。在生态系统中，没有孤立不变的因素，其中生物种类、种群 数量、种的

5、水平和垂直空间配置、种的发育和季相的时间变化等都是运动发展的。科学知识的发展过程是一种从低级到高级的螺旋上升的“综合分析综合”的周 期性运动。人们是在原有综合知识的指导下，对研究对象的各个方面、部分、环节和因素作 出分析，在此基础上，人们又从事新的综合。当人们由前一次综合进入到后一次综合的时候， 人们的科学知识就由不甚深刻的认识深入到更深刻的认识。人们对现实的认识是不可穷尽 的，因此，“综合一一分析一一综合”的周期运动也是没有止境的。例如，生态系统20世纪 以来建立的新学科。这门学科的建立，标志着人们对自然界生态系统的第一次科学综合的认 识。1935年，英国植物群落学家谭士理(Tansleg)

6、就强调了有机体与环境不可分割的观点， 而且把物理学上的“系统概念引用到生物学中，认为生态系统包括有机复合体，而且也包 括形成环境的整个物理因子复合体。谭士理的理论和思想又进一步为林得曼(R, L. Lindeman)在1940年代作了创造性的发展。以后，人们又以这种综合的认识为指导， 由理论概念的研究进入了新的实验研究时期，积累各种新的资料和数据，建立各种经验定律， 弄清了生态系统的营养问题。I960年代以后，人们对生态系统的研究，又进入到了新的综 合，主要是为了解决实际的问题而进行理论上的新探索。为了综合认识这个极其复杂的。多 要素，多变量的生态系统引进了系统分析的理论与方法，从整体上研究生

7、态系统的结功能的 关系，生态系统的演进，生态系统的多样性与稳定生态系统对干扰的恢复能力和自我调节控 制能力，人对环境的影响以及森林、牧场、农田等生态系统的科学管理等。在研究中建立了 各种物理模型和数学模型，进行定量描述，从而作出科学的预言。当然，这种新的综合也不 是对生态系统研究的终极。经验自然科学的研究活动一点也离不开综合的方法，随着近代自然科学的发展，综合在 科学发现中的作用越来越重要。科学的新概念，新范畴是综合的认识成果。大家都知道，在 法拉第之前，人们用引力的超距作用来解释电磁运动，认为电磁作用也是超距的，但这样解 释是有困难的。1837年，英国科学家法拉第对电磁现象进行分析与综合，他

8、发现了电磁作 用是通过使周围空间的介质极化来实现的，电与磁的周围都有一种贯穿整个空间的力线。这 样就提出了 “场”这个概念，它是人们对电磁作用空间关系的综合认识。当代自然科学一方面高度分化，另一方面又高度综合，但其根本特点在于综合。科学 的综合一般说来分为两类，一种是多种学科的综合，产生一种综合性的边缘学科。如物理、 化学、生物学三者相互渗透，成为综合性的物理化学生物学科。另一类是科学内的综合。如 当前的许多物理学家都致力于研究四种自然力(引力、电磁力、强力、弱力)的统一理论。 这种统一理论一旦建立起来，就标志物理学实现了第五次更大的飞跃。自然科学综合化的趋 势，更加表明了综合在现代自然科学的

9、认识中起到了越来越重要的作用。第二节 综合的类型和合理性原则综合可依据不同的标准作出不同的划分。本书将从模型的角度对综合进行分类。模型是 关于对象的整体的认识，因此，模型的建立是科学综合的认识成果。科学综合的完成标志从 理论上建立这样的或那样的模型。模型有物质模型和思想模型两种。科学综合所建立的模型自然是思想模型，而不是物质 模型。人们之所以能通过综合建立各种模型，这是因为思想模型是现实原型的近似反映。现实 原型是建立思想模型的客观基础，思思想模型是研究客体的结构、功能以及相关因素的规 律性，从而综合出来的观念心态。思想模型来源于现实原型，但又不同于现实原型。一切 科学理论模型都排除原型中偶然

10、的、非本质的、次要的因素，而只是对原型中必然的、本质 的、主要的属性、关系及其整体联系的综合认识。不仅如此，科学理论模型不过是对现实原 型的近似的和简化的综合认识。一切综合构成的科学理论模型都是相对的。随着科学知识的 进步，人们将绦合出新的理论模型去取代原有的理论模型。综合的方式不同，作为其研究成果的模型的性质也就不同。不同性质的模型标志着不同 的综合方式。按模型的性质不同，可以看出综合的主要类型有如下这些：1. 直观模型的综合所谓直观模型的综合，是指人们用经验中比较熟悉的、可观察的图象来表示对象的整体、 结构的一种综合。即用直观的素材综合成一幅对象的整体图象。比如关于日食、月食的直观 模型的

11、综合是教学上经常使用的。直观模型的综合有其独特的优点，它使理论知识具体化，也使科学解释的逻辑过程简化。 这对于激发人们的思维创造力和直觉力具有重大的意义.尤其是现代科学进入宇观世界和微 观世界以后，人们不能直接感知宇观世界与微观世界的结构，迫切需要应用直观模型的综合 手段，以构思研究对象的整体图象。比如，关于原子结构的图象，依据法拉第的电解定律。 电荷是不连续的。1904年，汤姆生又发现这种不连续电荷的最小单位是电子，他在此基础 上形象地综合出“布丁模型”。他想象原子结构如同葡萄那样是嵌在原子的带正电的主体上。 以后，卢瑟福等人通过对a粒子（氦核）散射的实验，又综合出原子结构的“太阳一行星模型

12、”。 他们设想，原子核极小，它由质子组成，电子绕原子核运动o 1932年查德威克发现了中子， 海森堡提出原子核由质子和中子组成的观点以后，人们又综合出一些直观模型来描述原子核 的结构。1936年，玻尔提出了 “液滴模型”，把原子核描绘成一个外表均匀的实体，在这个 实体中，不存在任何有规则的结构。单个的核粒子即核液分子在液滴内处于经常的不规则的 运动中。有的学者又综合出“壳层模型”认为原子核和原子相似，原子核也是分为壳层的， 其中质子和中子也分别占据一些壳层和支壳层。此外，还综合了一些其他直观模型，如“a 粒子模型”、“集体模型”和“超导模型”等。直观模型的综合一方面具有形象的特点，能帮助人们简

13、洁明了地从整体上把握对象；另 一方面，也正由于直观、形象和过分简化，所以它们关于对象的综合认识是粗糙的、不精确 的，也是不甚深刻的。直观模型的综合必须进一步发展到原理模型的综合和数学模型的综合。2. 原理模型的综合所谓原理模型的综合，是指在抽象化和理想化的条件下，以反映对象的特性和规律的概 念系统来描述对象的整体结构的一种综合。原理模型的建立，反映了综合已达到科学思维的 高度抽象阶段。在现代科学思维中，原理模型往往与直观模型是相对应的，两者都是关于对 象整体的综合认识。原理模型深化直观模型的认识，给直观模型以理论说明，而直观模型也 给原理模型以简明的、形象的说明。比如，在化学理论中，对于综合完

14、成一个认识分子整体的原理模型来说，必须从概念上 明确：首先，分子是由哪些性质不同的原子或原子团和多少原子组成?其次，原子或原子团 间以什么方式相互联系和相互作用?原子或原子团的空间排列顺序、方向、角度和距离如何？ 再次，分子在整体上属于什么结构式?把这些问题的基本概念弄清楚了，一个分子的整体结 构的原理模型也就综合完成了。下面，我们以CnH2n+2的烷烃系列来看，最简单的甲烷分 子也决不是1个碳原子和4个氢原子的简单相加，而是一个具有复杂结构的整体。其中碳原 子的核外电子排布不是最低和最稳定状态的1S2,2S2, 2P1x，2Ply的轨道，而是彼此间发生 剧烈的相互作用和相互影响，1个2S电子

15、获得能量跃迁至2Pz轨道上。I T I T I 跃迁*I T I T I T |2Px 2Py2Px 2Py 2Pzine2S2S这样，就发生了一个S轨道与三个P轨道的杂化重迭作用，形成了四个具有新质的SP3杂化 轨道。四个SP3杂化轨道的轴在空间的取向即相当于从正四面体的中心伸向四个顶点的方 向，键角为109.5o，然后，氢原子的1S轨道又与SP3杂化轨道相重迭，这样，甲烷分子的 结构就是一个正四面体的整体结构了。与此相应的甲烷CH4直观模型如下：甲烷CH4的立体结构模型3. 数学模型的综合所谓数学模型的绦合，是指用数学方程式从整体上描述对象的特性，关系及其规律的一 种综合。数学模型与原理模

16、型有相同之处，数学模型也是在纯粹条件下，对对象近似的、简 化的反映和摹写。数学模型与原理模型又有不同之处，数学模型是以其更为抽象的数量关系 式来揭示对象的各种特性及其间的规律。数学模型与原理模型的密切联系之处，在于人们综 台构成一个原理模型时，又往往要求建立数学模型来深化原理模型的认识。因此，一个原理 模型往往有着相对应的数学模型。正因为二者的紧密联系，数学模型的综合就可以作为综合 的一种类型。数学模型极为多样和普遍，有的比较简单。例如，在物理学中，由万有引力原理模型进 一步给予数学抽象。设M1与M2为两个物体的质量，R为两物体之间的距离，G为引力常 数，F为两个物体间的引力。那么，以下面的数学方程式综合表示上述几项之间的关系：F=G*MM2修这就是关于两个物体间引力的数学模型。有的数学模型是综合地反映了不同对象之间的内在联系，反映了它们之间的统一。列宁 曾经深刻地指出：“自然界的统一性显示在关于各种现象领域的微分方程式的惊人的类