科学思维与科学方法论

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1、不登高山，不知天之高也；不登高山，不知天之高也；不临深海，不知地之厚也不临深海，不知地之厚也不解思维之奥秘，不解思维之奥秘，不知方法之妙也！不知方法之妙也！ -鲍健强鲍健强（一） 科学思维李永红李永红 浙江工业大学浙江工业大学从思维中收获成果从思维中收获成果从自然中得到自由从自然中得到自由（二）思思维是有规律的维是有规律的 1 1、思维既是、思维既是“大宇宙大宇宙”又是又是“小宇宙小宇宙” 中国古代的圣哲曾经说过：中国古代的圣哲曾经说过：“至大无外，至小无内至大无外，至小无内”。用它来描述人类的思维是太确切不过了。用它来描述人类的思维是太确切不过了。 （1 1）谓之）谓之“大大”， 就是就是“

2、大大”在思维的对象包容了以现实的无限时间和空间形在思维的对象包容了以现实的无限时间和空间形式存在的物质世界，甚至包括超现实的意念世界、梦幻世界；式存在的物质世界，甚至包括超现实的意念世界、梦幻世界； （2 2）谓之）谓之“小小”， 就是就是“小小”在思维的物质基础都是落实在具体个人的大脑，在思维的物质基础都是落实在具体个人的大脑，人脑冲其量也就大约人脑冲其量也就大约13501350克。克。科学家的思维都离不开大脑的思维和创造 1 1、古希腊：、古希腊：亚里斯多德亚里斯多德 2 2、近代：、近代：牛顿牛顿 3 3、现代：、现代：爱因斯坦爱因斯坦 4 4、当代：、当代：霍金霍金 尽尽管管人人类类对

3、对思思维维的的奥奥秘秘至至今今仍仍然然不不得得其其解解，但但解解迷迷的的工工具具仍仍然然是是思思维维本本身身。人人类类是是在在解解读读思思维维内内在在规规律律的的过过程程中中，推推动动思思维维的的进进步。步。 从从物物质质的的角角度度看看，每每个个个个体体存存在在的的人人脑脑是是一一个个非非常常窄窄小小的的有有限限空空间间。不不论论是是亚亚里里斯斯多多德德、牛牛顿顿，还还是是爱爱因因斯斯坦坦、霍霍金金，再再杰杰出出的的科学家的思维都离不开自身大脑的思维和创造。科学家的思维都离不开自身大脑的思维和创造。 小宇宙的秘密小宇宙的秘密E=MC2四维空间（时间维）牛顿牛顿(1642年一年一1727年年)

4、英国物理学英国物理学家家F=ma三维空间当代最伟大的科学家-霍金（宇宙大爆炸理论）提出：11维空间亚里斯多德亚里斯多德是被马恩格斯称为是被马恩格斯称为是被马恩格斯称为是被马恩格斯称为“ “古希腊最伟大的思想古希腊最伟大的思想古希腊最伟大的思想古希腊最伟大的思想家，最博学的人家，最博学的人家，最博学的人家，最博学的人” ”。揭秘：镜头下那些不可思议奇妙的小宇宙奇妙的小宇宙1.1.两根香蕉可支撑大脑两根香蕉可支撑大脑一天一天2.2.频繁倒时差会损坏记频繁倒时差会损坏记忆忆3.3.大脑难辨噪音中的来大脑难辨噪音中的来电电 4.4.电子枪战游戏有益大电子枪战游戏有益大脑脑 5.5.大脑有个大脑有个“笑

5、话中心笑话中心” 6.6.大脑对序列情有独钟大脑对序列情有独钟 7.7.大脑误会让人见光喷大脑误会让人见光喷嚏嚏 8.8.人不能自己挠痒自己人不能自己挠痒自己笑笑 9.9.打哈欠让大脑变得清打哈欠让大脑变得清醒醒 10.10.高度能让大脑产生幻高度能让大脑产生幻觉觉 20世纪思维科学研究的四个发展方向 （1 1）对思维的物质基础）对思维的物质基础大脑大脑进行了深度研究进行了深度研究 裂脑研究裂脑研究 （2 2）对认识发生过程的研究）对认识发生过程的研究 发生科学认识论发生科学认识论 （3 3）对思维的外在形式）对思维的外在形式语言和符号语言和符号的研究的研究 语言哲学语言哲学 （4 4）对思维

6、过程的形式花、定量化和思维模拟研究）对思维过程的形式花、定量化和思维模拟研究 人工智能人工智能2、 发散性思维与收敛性思维 当我们问一个问题：砖除了造房子还有什么用途时，当我们问一个问题：砖除了造房子还有什么用途时， 发散性思维：是一个发散性思维：是一个创造性思维过程创造性思维过程 收敛性思维：是一个理性思维的过程收敛性思维：是一个理性思维的过程 砖的特性：砖的特性：1 1）重量；）重量；2 2）形状；）形状；3 3）强度。）强度。 思思维维定定势势（长长期期的的经经验验积积累累所所形形成成的的传传统统思思维维与与逻逻辑辑思思维维）打破思维定势变是创造打破思维定势变是创造砖分割出形状和大小一样

7、的图形2347打破思维定势，没有什么是不可能的 思维定势类型思维定势类型 心理心理 经验经验 书本书本 避免霍布森选择！避免霍布森选择！思维的变通性避免霍布森选择！避免霍布森选择！3、工科思维与文科思维 清华：厚德载物，自强不息清华：厚德载物，自强不息 北大：兼容并包北大：兼容并包 浙大：求是浙大：求是 工大：厚德健行工大：厚德健行 清华与北大（工科与文科）清华与北大（工科与文科） 浙大与杭大（特点不同，思维方法也不同）浙大与杭大（特点不同，思维方法也不同） 科学素养与人文素养。科学素养与人文素养。 右脑革命与开发右半脑的潜能右脑革命与开发右半脑的潜能开发右半脑的潜能4、科学思维与一般思维 两

8、者有共性，也个性，特殊性。两者有共性，也个性，特殊性。 共性表现在：共性表现在： （1 1）思思维维是是物物质质运运动动的的最最高高形形式式。恩恩格格斯斯是是把把一一切切物物质运动分成五种类型：质运动分成五种类型： 机机械械运运动动、物物理理运运动动、化化学学运运动动、生生物物运运动动、社社会会运运动。随后，又把思维运动作为物质运动的最高形式。动。随后，又把思维运动作为物质运动的最高形式。 思思维维不不仅仅能能把把握握五五种种物物质质运运动动和和规规律律，而而且且能能认认识识人人的的思思维维运运动动本本身身。显显然然，思思维维运运动动是是最最复复杂杂、最最高高级级的运动形式。的运动形式。 （2

9、）思维是以人脑作为运动的物质基础 作作为为思思维维的的物物质质基基础础-人人脑脑是是自自然然界界和和宇宇宙宙间间最最复复杂和系统。杂和系统。 A A）从从结结构构上上看看，人人脑脑有有100100亿亿10001000亿亿个个神神经经元元，每每个神经元都具有极其复杂的物理、化学和生理结构。个神经元都具有极其复杂的物理、化学和生理结构。 B B）从从功功能能上上看看，它它不不仅仅具具有有逻逻辑辑思思维维和和理理性性思思维维的的特特征，而且还有意志、信念、情感和精神等思维形态。征，而且还有意志、信念、情感和精神等思维形态。 实践证明：只有人脑具有思维有机能和属性，才有可实践证明：只有人脑具有思维有机

10、能和属性，才有可能产生思维，如果某个人脑发育不健全或遭到损害，能产生思维，如果某个人脑发育不健全或遭到损害，失去人脑的机能和属性，思维便无从谈起。失去人脑的机能和属性，思维便无从谈起。（3）思维是人脑对客观事物的反映。 1 1、思维不是一种超物质的独立存在的实体，离开了思、思维不是一种超物质的独立存在的实体，离开了思维的客观物质对象，思维就失去了存在的依据。维的客观物质对象，思维就失去了存在的依据。（形（形象地说，当一个人生活在一个封闭的系统中，大脑及象地说，当一个人生活在一个封闭的系统中，大脑及思维就会封闭，进化就会停顿。）思维就会封闭，进化就会停顿。） 2 2、作为人脑的产物的思维同外部客

11、观世界的对象的关、作为人脑的产物的思维同外部客观世界的对象的关系，是反映与被反映、主观与客观的关系。系，是反映与被反映、主观与客观的关系。 3 3、人脑能以概念、形象、观念、思想等形式反映、再、人脑能以概念、形象、观念、思想等形式反映、再现外部客观世界对象，其结果则是在人脑中形成作为现外部客观世界对象，其结果则是在人脑中形成作为体现思维的形式和内容相统一的思维成果。体现思维的形式和内容相统一的思维成果。 （4）思维是人类认识的高级阶段 1 1、人类对客观事物的认识有两个阶段：、人类对客观事物的认识有两个阶段： 一是低级的、感性的、直观的认识阶段；一是低级的、感性的、直观的认识阶段； 二是高级的

12、、理性的、思维的认识阶段。二是高级的、理性的、思维的认识阶段。 2 2、在具体的、实际的认识过程中，生动的感性直观与、在具体的、实际的认识过程中，生动的感性直观与抽象的理性思维是相互联系、相互依赖和相互渗透的。抽象的理性思维是相互联系、相互依赖和相互渗透的。 （1 1）一方面，思维作为认识的高级阶段，本质上是一一方面，思维作为认识的高级阶段，本质上是一个加工处理客观认识对象信息的过程，同时又依赖于个加工处理客观认识对象信息的过程，同时又依赖于感性直观才能获得思维的信息和内容。感性直观才能获得思维的信息和内容。 （2 2）另一方面，感性直观接收信息的广度、深度及信另一方面，感性直观接收信息的广度

13、、深度及信息的选择，又都受思维的指导和制约。息的选择，又都受思维的指导和制约。 科学思维的特点 科学思维有自己的思维方式。科学思维有自己的思维方式。 1 1、科学有自身独特的思维工具和科学范式。、科学有自身独特的思维工具和科学范式。 2 2、没没有有受受过过科科学学的的教教育育和和训训练练，没没有有学学习习和和掌掌握握科科学学的的语语言言系系统统，科科学学思思维维将将无无法法进进行行。例例如如，一一个个人人没没有有掌掌握握数数学学工工具具，学学会会数数学学推推导导，对对许许多多物物理理现现象象就就无无法法用用数数学学方方法法进进行行定定量量分分析析和和描描述述，就就不不能能建建立立数数学的思维

14、方式来解决实际问题。学的思维方式来解决实际问题。 科学有自身的信念和追求科学有自身的信念和追求 科学思维方法具有多种表现形式。科学思维方法具有多种表现形式。 逻辑思维、形象思维、创造思维逻辑思维、形象思维、创造思维逻辑思维、形象思维、创造思维逻辑思维、形象思维、创造思维（二） 科学方法论李永红李永红 浙江工业大学浙江工业大学 “方方法法”一一词词起起源源于于希希腊腊文文, ,意意思思是是 沿沿着着正正确确的的道道路路运运动动,从从词词意意上上讲讲“方方法法论论”就就是是关关于于方法的理论和学问方法的理论和学问. . (1)(1)思思考考问问题题有有思思想想方方法法, ,思思维维方方法法, ,（

15、全全球球视视野野、世世界界格局）格局） (2)(2)实施领导就有领导方法实施领导就有领导方法, (3)(3)从事管理就有管理方法从事管理就有管理方法; ; (4)(4)进行教学就有教学方法进行教学就有教学方法. . (5)(5)从事科学研究，就有科学研究方法。从事科学研究，就有科学研究方法。 方法得当事半功倍，方法不当事倍功半方法得当事半功倍，方法不当事倍功半方法得当事半功倍，方法不当事倍功半方法得当事半功倍，方法不当事倍功半1方法的定义：广义科学方法论和狭义科学方法论广义科学方法论和狭义科学方法论 A A） 广广义义科科学学方方法法论论 (Scientific(ScientificMetho

16、dology)Methodology) 科科学学意意义义上上的的方方法法，它它是是符符合合自自然然、社社会会、思思维维规规律律的的，实实践践证证明明是是卓卓有有成成效效的的。如如科科学学的的思思维维方方法法，这这个个方方法是科学的，那个方法不科学。法是科学的，那个方法不科学。 B B） 狭狭义义科科学学方方法法论论（MethodologyMethodologyininScienceScience）科科学学研研究究中中的的方方法法，如如实实验验方方法法，观观察察方方法法，数数学学方方法法，分分析析方方法法，系系统统方方法法等等。通通过过科科学学技技术术的的历历史史演演变变过过程程，来来介介绍绍科

17、科学学思思维维方方法法是是如如何何变变化化发发展展的的。以以史史带带论。论。2.2. 科学思维与科学方法科学思维与科学方法A A A A） 方法是驾驭知识，驾驭思维。方法是驾驭知识，驾驭思维。方法是驾驭知识，驾驭思维。方法是驾驭知识，驾驭思维。B B B B） 而思维是以大脑作为物质基础。而思维是以大脑作为物质基础。而思维是以大脑作为物质基础。而思维是以大脑作为物质基础。 学学习习有有学学习习的的方方法法。小小学学有有小小学学的的学学习习方方法法，中中学学有有中学的学习方法。中学的学习方法。 大学有大学的学习方法，研究生有研究生的学习方法。大学有大学的学习方法，研究生有研究生的学习方法。 大大

18、学学里里自自学学方方法法的的培培养养很很重重要要，不不会会游游泳泳就就把把你你扔扔到到海里去。这也是一种方法。海里去。这也是一种方法。 工工工工欲欲欲欲善善善善其其其其事事事事, , , ,必必必必先先先先利利利利其其其其器器器器,我我我我们们们们说说说说 必必必必先先先先明明明明其其其其道道道道 道道道道是是是是一种思维方法一种思维方法一种思维方法一种思维方法. . . .3、哲学方法与具体方法哲学方法科学方法具体方法哲学方法两种途径1、悟道2、学习高屋建瓴独树一帜形而之上谓之道，形而之下谓之器什么是哲学？哲学的误区： 1 1） 哲学是政治智慧哲学是政治智慧 忠与孝忠与孝 朕让臣死臣不得不死

19、，父让子亡子不得不亡。朕让臣死臣不得不死，父让子亡子不得不亡。 2 2） 哲学是诡辨理念哲学是诡辨理念 少林功夫学三年打遍天下，再学三年寸步难行少林功夫学三年打遍天下，再学三年寸步难行 3 3） 哲学没有用价值哲学没有用价值 好象什么都讲了，又好像什么也没讲好象什么都讲了，又好像什么也没讲 哲学只提出问题，但不解决问题（培养思维的弹性和哲学只提出问题，但不解决问题（培养思维的弹性和力度）力度）科学方法论意义 1 1、提高理论思维的能力提高理论思维的能力 2 2、改善知识结构、改善知识结构 3 3、培养创新能力和素质、培养创新能力和素质 中国的中国的学位阶梯：学士学位阶梯：学士硕士硕士博士博士

20、博士后博士后 （单身汉（单身汉船长船长医生的过程）医生的过程） 何谓何谓“博博”？ 古人曰古人曰“通古今之变，明天地之理通古今之变，明天地之理” （博古通今博古通今 学贯中西学贯中西） 理论思维的核心是哲学素养理论思维的核心是哲学素养 （大家）（大家）国学大师季羡林国学大师季羡林 360360行行 行行有行行有“ “大家大家” ” 他们工作在不同的行业里，但他们都在各自的他们工作在不同的行业里，但他们都在各自的行业里做出了杰出的贡献。行业里做出了杰出的贡献。哲学素养的基础是哲学史的了解哲学素养的基础是哲学史的了解 1 1、西方哲学发展的脉络、西方哲学发展的脉络古希腊自然哲学思辨哲学实证科学德国

21、古典哲学三大哲学思潮：1、马克思主义哲学2、科学主义哲学思潮3、人文主义哲学思潮(科学素养与人文素养)黑格尔哲学1、唯心主义2、辩证法(2)改善知识结构的方法和途径知识增长的规律时间T0T1T2入门专业研究数、理、化、天、地、生力学光学声学电学磁学. . .结构力学材料力学理论力学液体力学弹性力学断裂力学. . .树状结构球状结构已知未知1、交叉学科、交叉学科2、边缘学科、边缘学科3、横断学科、横断学科物理化学物理化学生物化学生物化学计算化学计算化学海洋化学海洋化学地质化学地质化学环境化学环境化学材料化学材料化学材料材料物物 理理化化 学学结结 构构表征技术表征技术实验实验分析技术分析技术多学

22、科会聚、多技术集成多学科会聚、多技术集成学科导向问题导向目标导向（功能材料）学科导向问题导向目标导向（功能材料）方法：方法：无时不在，无处不在无时不在，无处不在（三）科学方法李永红李永红 浙江工业大学浙江工业大学具体方法 理性思维方法 逻辑思维方法 数学思维方法 辩证思维方法 系统思维方法 形象思维方法 抽象思维方法 创造性思维方法。理性思维方法 感性认识与理性认识 理性与非理性 非理性主义的表现 理性与逻辑感性认识的两种方式感性认识的两种方式 科学观察与科学实验科学观察与科学实验科学观察与科学实验科学观察与科学实验 观察方法与实验方法观察方法与实验方法观察方法与实验方法观察方法与实验方法 观

23、察方法的局限性观察方法的局限性观察方法的局限性观察方法的局限性-“错觉解析错觉解析” 观察方法的作用观察方法的作用观察方法的作用观察方法的作用 判决性实验判决性实验判决性实验判决性实验 实验方法的作用实验方法的作用实验方法的作用实验方法的作用 观察实验中的机遇问题观察实验中的机遇问题观察实验中的机遇问题观察实验中的机遇问题 案例：开普勒行星运动理论案例：开普勒行星运动理论案例：开普勒行星运动理论案例：开普勒行星运动理论 案例：爱丁顿观察日食的实验案例：爱丁顿观察日食的实验案例：爱丁顿观察日食的实验案例：爱丁顿观察日食的实验科学观察认识主体认识客体中介（仪器）直接观察间接观察观察方法及分类观察是

24、人们有目的、有计划地通过自己的感官或借助仪器去反映事物现象从而获得科学事实的一种科学方法。直接观察：凭借感官直接进行的观察感知范围极有限（可见光390750纳米波，可闻声2020000赫兹频率）精度低观察速度受限：高速或低速变化人无法感知感官错觉：温水实验间接观察：引入仪器光学望远境哈勃望远境射电望远镜观察的含义1、一种有目的、有计划的活动2、在一定理论指导下进行的，不存在纯观察3、对感知到的有关客体信息的理解和陈述（认知格式塔）第谷与开普勒观察方法基本原则 可观察原则 客观性原则目的性原则 全面系统性原则 典型性原则错觉解析长度与透视：线ab和线cd长度完全相等，虽然它们看起来相差很大。比大

25、小面积错视方和圆扭曲错视内克尔立方体空间错视鲁宾之杯图底反转青蛙和鱼图底反转似花似美女正负反转矛盾的空间不可能的事奇妙的灰色无法控制的事“弗雷泽螺旋”是最有影响的幻觉图形之一。你所看到的好像是个螺旋，但其实它是一系列完好的同心圆！这幅图形如此巧妙，以至于会促使你的手指沿着错误的方向追寻它的轨迹。【解析】每一个小圆的“缠绕感”通过大圆传递出去产生了螺旋效应。遮住插图的一半，幻觉将不再起作用。1906年英国心理学家詹姆斯弗雷泽创造了以整个系列的缠绕线幻觉图片。闪烁的网格：当你的眼睛环顾图像时，连接处的圆片将会一闪一闪。【解析】德国视觉科学家迈克尔施若夫和e.r.威斯特于1997年发现勒索闪烁的网格

26、幻觉。这种幻觉产生的原因目前还不十分清楚。埃斯切尔的不可能的盒子：比利时艺术家马瑟黑梅克，从荷兰平面造型艺术家m.c.的一幅画中吸取灵感，创造了一个不可能存在的盒子的实物模型。疯狂的螺帽：你知道直钢棒是怎样神奇地穿过这两个看似乎成直角的螺帽孔的吗？【解析】两个螺帽实际是中空的，虽然它们看起来是凸面的，所以两个螺帽并不互相垂直。螺帽被下方光源照到（一般光线应来自上方），这给人们判断他们的真实三维形状提供了错误信息。美国魔术世界里安德鲁斯创造了这个精彩的幻觉作品。曲线幻觉：竖线似乎是弯曲的，但其实他们是笔直而相互平行的。【解析】当你的视网膜把边缘和轮廓译成密码，幻觉就偶然地现在视觉系统发生。这就是

27、曲线幻觉。曲折的悖论：这是一个奇妙的不可能成立的曲折体，由匈牙利艺术家托马斯伐克期创作。曲线正方形：这些是完全的正方形吗？【解析】正方形看起来是变形了，但其实它们的边线都是笔直而彼此平行的。比尔切斯塞尔创作了这个曲线幻觉的视觉艺术版本。实验方法实验是根据科学目的，运用科学仪器和设备等物质手段，人为地控制或模拟所研究的自然现象，以便在有利的条件下进行观察的一种经验方法。居维叶：“观察者听命于自然界，而实验者则质问自然界，并迫使自然界坦露她的奥秘”。实验方法的特点简化和纯化自然现象强化和再现自然现象延缓或加速自然过程使人类认识自然更经济、可靠、便捷实验可以利用各种手段，把所研究的对象从复杂的联系中

28、分离出来，排除次要的、偶然的和附属的因素，使事物现象的发展变化以简化的、纯粹状态显现出来。为检验电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用统一的假说，温伯格、格拉肖、萨拉姆等人在美国克利夫兰市以东40公里的一个废弃的盐矿，在地下600米的深处，建造了一个能灌入1万吨纯水的大洞，以寻找质子衰变的闪光，从而验证了三个相互作用的统一性假说。之所以如此，是为了排除宇宙射线和水中其他杂质的干扰，使整个研究工作在纯粹状态下进行。简化和纯化自然现象人工控制状态下，创造自然界中通常不可能出现、在生产中又难以实现的特殊条件，以发现对象在极端状态下的本质和规律。超高温、超低温、超真空、超强磁场、超导性。强化和再现自然现

29、象有些自然现象极为短暂，转瞬即逝，如基本粒子的寿命一般为10-1010-8秒，而共振态粒子的寿命仅为10-2410-23秒，而有的极为缓慢，如天体演化、生命起源。1953年美国芝加哥大学研究生米勒用甲烷、氨、氢、水汽混合成一种与原始大气相同的气体，放入真空玻璃瓶，对它进入火花放电来模拟原始地球大气层的闪电，结果只用了一星期，便在其中得到了甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸等四种构成蛋白质的重要氨基酸。而这个过程在自然条件下却需要数百万年时间。延缓或加速自然过程实验的分类直接实验模拟实验实验者实验者实验手段实验手段实验对象实验对象实验者实验者实验工具实验工具实验模型实验模型客观原型客观原型实验规

30、模的发展作为科学认识的重要手段，真正系统的科学实验是在16世纪开始的。随着生产的发展和科学技术的进步，科学实验的深度、广度以及手段、规模发生了深刻的变化。一直到19世纪初，当时最卓越的化学家柏齐里乌斯的实验室还在他的厨房，化学与烹饪一起进行；1817年格拉斯哥大学建立第一个供教学用的化学实验室，1824李比希在吉森大学建立另外一个更出名的化学实验室，至此，实验成为科学家训练必要组成部分。到1870年代剑桥卡文迪许物理实验室成立，爱迪生主持芝加哥“发明工厂”，科学实验的规模才有了突变。20世纪，科学实验进一步社会化，由小集团到国家，甚至国际规模。例如美国的曼哈顿计划，耗资42亿美元，而欧洲核子研

31、究中心实验室，集合了欧洲12个国家的人力和资金。实验设备和技术是衡量科技发展水平的重要指标。实验方法在科学发展中的作用近代科学独立出来的催化剂推动科技进步的主要因素为交叉学科的形成和新的研究方向开辟道路（实验心理学）试验方法也促进了许多社会科学学科的进步，比如经济学、人口学、社会学、教育学等等。判决性实验 “ “判决性实验判决性实验” ”是现代科学方法论中的一个重是现代科学方法论中的一个重要问题。一般指能决定性地判决相互对立的两要问题。一般指能决定性地判决相互对立的两个假说或理论中的一个为个假说或理论中的一个为“ “真真” ”而另一个为而另一个为“ “假假” ”的实验。它在一定历史条件下对相互

32、竞争的实验。它在一定历史条件下对相互竞争的理论有相对的、暂时的、局部的判决作用，的理论有相对的、暂时的、局部的判决作用，但是最终的、一劳永逸地宣布证实一个理论而但是最终的、一劳永逸地宣布证实一个理论而否认另一个理论的判决性实验并不存在。否认另一个理论的判决性实验并不存在。 案例：傅科实验案例：傅科实验案例：傅科实验案例：傅科实验光的波粒二相性光的波粒二相性亚瑟亚瑟斯坦利斯坦利爱丁顿亚瑟爱丁顿亚瑟斯坦利斯坦利爱丁顿爵士爱丁顿爵士1919 eclipse negative观察实验中的机遇问题 科学观察实验是人们在一定的理论指导下认识科学观察实验是人们在一定的理论指导下认识未知的实践活动，具有明确的

33、目的性、高度的未知的实践活动，具有明确的目的性、高度的组织性和严密的计划性；另一方面由于人们的组织性和严密的计划性；另一方面由于人们的观察只能建立在已有的认识基础上，难免具有观察只能建立在已有的认识基础上，难免具有一定的不确定性、意外性。而这种意外，有时一定的不确定性、意外性。而这种意外，有时却能导致重大的科学发现。却能导致重大的科学发现。 机遇机遇 即能够导致发现的机会。即能够导致发现的机会。 是一种意外和偶然。是一种意外和偶然。机遇性发现的类型 同向性发现同向性发现同向性发现同向性发现 与原有理论（假说）相一致的发现。如海王星，填与原有理论（假说）相一致的发现。如海王星，填补化学元素周期表

34、空格的各种元素的发现补化学元素周期表空格的各种元素的发现背向性发现背向性发现背向性发现背向性发现 与原有理论或预言相反的发现。如迈克尔逊与原有理论或预言相反的发现。如迈克尔逊莫雷莫雷实验实验 异向性发现异向性发现异向性发现异向性发现 与原有理论或假说预言不相干的发现，射马得獐。与原有理论或假说预言不相干的发现，射马得獐。伽伐尼关于生物电的发现，伦琴关于伽伐尼关于生物电的发现，伦琴关于X X射线发现，射线发现，诺贝尔安全烈性炸药的发现诺贝尔安全烈性炸药的发现观察和理论观察和理论 观察的中立性和客观性观察的中立性和客观性（传统传统 ） 观察渗透理论观察渗透理论 （现代）观察中的客观性问题观察实验结

35、果必须能用某种标准方法进行重演观察实验要以正确反映客观事物本质的理论为指导在观察实验中应尽量使用先进的观测仪器要有实事求是的学风构造科学理论的一般方法科学研究始于问题，而非始于观察科学始于问题观察渗透理论观察实验逻辑和非逻辑思维假说检验归化理论收集科学事实二个观察证据证明宇宙大爆炸理论二个观察证据证明宇宙大爆炸理论 A A）射电望远镜的光谱分析：太空中有射电望远镜的光谱分析：太空中有3K3K的残留温度的残留温度B B）星球观察：有星球观察：有“ “红移红移” ”现象，所有的星球都是离你而去。现象，所有的星球都是离你而去。150亿光年宇宙尺度，有限无边宇宙模型1、爆炸以前是什么？时间和空间的概念

36、 2、科学与宗教具有不同的回答 3、宗教也是一种世界观，也是人类的一种思维形式前世与来生天堂与地狱超自然、超时空问题为什么科学始于问题?波普尔(一次讲演)波普尔认为归纳主义的科学始于观察与科学发展实际不符，因为漫无目的的观察并不存在。观察是有目的有选择性的，在观察中必须有理解：如认知格式塔科学始于问题理论是对大自然的普遍性猜测，大胆猜测。科学研究常与观察事实有关。但是如果观察到某一事实而没有在此发现问题，那么即使是观察到前人从未观察到的新事实也不会因此而进入新的研究。现代科技史上关于X射线的发现和中子的发现就是一个有力的佐证。 为什么科学始于问题?X射线的发现: 德国物理学家伦琴1895年一次

37、在做阴极射线实验时观察到阴极射线管对置于附近的用不透明黑纸包起来的照相底板感光。这一观察事实不能用关于阴极射线的理论来解释，由此他转向研究这一异常现象，发现了一种新的射线即X射线。然而美国的古德斯密斯早六年前（1890年2月22日）就曾观察到过这类现象，并拍下了第一张这一现象的照片。但他并没有在这里看到有什么问题，而是把这张照片简单地扔进了废相片堆中。几乎同时，克鲁克斯也曾发现一些照片模糊不清，但他只把它看成是照相底板质量不好所致。古德斯密斯和克鲁克斯尽管都早于伦琴5、6年前就观察到同类现象，但都因没有发现问题而未有进入研究，从而就不能发现这是一种不同于阴极射线的另一种射线X射线。为什么科学始

38、于问题?中子的发现:就在查德威克发现中子的5年前，科学家玻特和贝克用粒子轰击铍时，发现有一种穿透力很强的射线，他们以为是射线，未加理会。韦伯斯特甚至对这种辐射做过仔细鉴定、看到了它的中性性质，但对这种现象难于解释，因而未再继续深入研究。居里夫人的女儿艾伦娜居里和她的丈夫也曾在“铍射线”的边缘徘徊，最终还是与中子失之交臂。为什么科学始于问题?牛顿与苹果观察与理论的关系观察与理论的关系 古典经验主义者的“纯观察说” 逻辑经验主义的“中性观察说” 历史主义的“观察渗透理论”纯观察说 培根培根认为，观察是一种纯粹的感官反应活动，它不受认为，观察是一种纯粹的感官反应活动，它不受任何理论因素的影响，在观察

39、中也应该排除任何理论任何理论因素的影响，在观察中也应该排除任何理论的影响，纯粹客观地进行观察。的影响，纯粹客观地进行观察。“ “清除你自己的偏见！清除你自己的偏见！” ” 洛克把观察看成是消极、被动、纯感官的生理反应过洛克把观察看成是消极、被动、纯感官的生理反应过程，观察就是人们对客体的感觉过程。程，观察就是人们对客体的感觉过程。“ “如果某人的如果某人的视网膜上有正常形成的太阳映象，则他就看到了太阳视网膜上有正常形成的太阳映象，则他就看到了太阳” ”。 赫胥黎：赫胥黎：“ “你们要象一个小学生那样坐在事实面前，你们要象一个小学生那样坐在事实面前，准备放弃一切先入之见，恭恭敬敬地照着大自然指的

40、准备放弃一切先入之见，恭恭敬敬地照着大自然指的路走，否则，就将一无所得。路走，否则，就将一无所得。” ”评价 纯观察说实质上把观察过程等同于纯粹的生理反应过程，即把观察看作类似于摄影机镜头的物理成像状态。中性观察说 逻辑实证主义者卡尔纳普的关于科学知识的逻辑实证主义者卡尔纳普的关于科学知识的“两层语言模型两层语言模型”，集中体现了这一看法。，集中体现了这一看法。观察语言观察语言观察语言观察语言 “ “观察语言运用标示可观察属性和关系的语词来描观察语言运用标示可观察属性和关系的语词来描观察语言运用标示可观察属性和关系的语词来描观察语言运用标示可观察属性和关系的语词来描述可观察的事物或事件述可观察

41、的事物或事件述可观察的事物或事件述可观察的事物或事件” ”，由观察名词（红的、木头，由观察名词（红的、木头，由观察名词（红的、木头，由观察名词（红的、木头、椭圆轨道）和观察陈述（这朵花是红的，这张石蕊、椭圆轨道）和观察陈述（这朵花是红的，这张石蕊、椭圆轨道）和观察陈述（这朵花是红的，这张石蕊、椭圆轨道）和观察陈述（这朵花是红的，这张石蕊试纸浸入此溶液后成红色）组成。它是单称经验命题试纸浸入此溶液后成红色）组成。它是单称经验命题试纸浸入此溶液后成红色）组成。它是单称经验命题试纸浸入此溶液后成红色）组成。它是单称经验命题，反映个别对象的性质。，反映个别对象的性质。，反映个别对象的性质。，反映个别对

42、象的性质。理论语言理论语言理论语言理论语言 由理论名词（不可观察的，如电子、电荷、夸克、由理论名词（不可观察的，如电子、电荷、夸克、由理论名词（不可观察的，如电子、电荷、夸克、由理论名词（不可观察的，如电子、电荷、夸克、电磁场）和理论陈述（电磁场）和理论陈述（电磁场）和理论陈述（电磁场）和理论陈述（“ “所有的物体都相互吸引，吸所有的物体都相互吸引，吸所有的物体都相互吸引，吸所有的物体都相互吸引，吸引力的大小与它们的质量成正比，而它们之间的距离引力的大小与它们的质量成正比，而它们之间的距离引力的大小与它们的质量成正比，而它们之间的距离引力的大小与它们的质量成正比，而它们之间的距离平方成反比平方

43、成反比平方成反比平方成反比” ”）组成。理论语言必须借助一个解释语）组成。理论语言必须借助一个解释语）组成。理论语言必须借助一个解释语）组成。理论语言必须借助一个解释语义的语义规则系统，从观察语言获得其意义义的语义规则系统，从观察语言获得其意义义的语义规则系统，从观察语言获得其意义义的语义规则系统，从观察语言获得其意义。评价 逻辑经验主义者相信，观察语言是不受逻辑经验主义者相信，观察语言是不受任何理论影响的，因为理论语言的意义任何理论影响的，因为理论语言的意义依赖于观察语言。依赖于观察语言。 在没有从观察语言中获得经验内容之前，在没有从观察语言中获得经验内容之前，理论语言是没有意义的。理论语言

44、是没有意义的。 现在我们已经知道，中性观察者忽视了现在我们已经知道，中性观察者忽视了观察主体的理论结构对观察活动的深刻观察主体的理论结构对观察活动的深刻影响。影响。观察渗透理论观察渗透理论 从理论上讲，科学观察是感性认识的第一步，从理论上讲，科学观察是感性认识的第一步，应该是客观的、中立的。但是现代科学观察应该是客观的、中立的。但是现代科学观察中，从选择仪器到熟悉仪器，从采集观察数中，从选择仪器到熟悉仪器，从采集观察数据到分析实验数据，都离不开认识主体的参据到分析实验数据，都离不开认识主体的参与，从设计实验到观察实验，都需要一定的与，从设计实验到观察实验，都需要一定的理论指导。理论指导。 随着

45、现代科学的发展，传统的随着现代科学的发展，传统的“观察的中立观察的中立性和客观性性和客观性”的观点受到挑战。不同知识背的观点受到挑战。不同知识背景、不同工作阅历，不同知识结构的人，对景、不同工作阅历，不同知识结构的人，对于一组来自于科学仪器的观察数据，会得出于一组来自于科学仪器的观察数据，会得出不同结论。现代科学哲学家认为，完全不同结论。现代科学哲学家认为，完全“中中立性观察立性观察”是不可能的，观察渗透理论。是不可能的，观察渗透理论。思考题 什么是判决性实验？判决性实验真的具有判决性吗？ 观察和理论是什么关系，如何看待“观察渗透理论”？理性思维的具体过程理性思维的具体过程 科学抽象科学抽象

46、（一）科学概念（一）科学概念-多莉多莉 （二）科学判断（二）科学判断-DDT-DDT （三）科学推理（三）科学推理-元素周期表、中微元素周期表、中微子子1996年7月5日，世界上第一头由成年羊体细胞经过无性繁殖生成的克隆羊多莉诞生米勒与他发明的米勒与他发明的DDT泡利泡利与中微子逻辑思维方法 逻辑与非逻辑 逻辑与理性 分析与综合 归纳与演绎 比较与类比 形式逻辑与数理逻辑分析与综合分析：把对象分解为各个部分，分别加以研究；综合：把对象的各个部分、各个方面和各种因素联系起来加以研究，在整体上把握事物。分析与综合的关系：相互依存、相互渗透、相互转化归纳与演绎归纳法是从个别或特殊事物概括出共同本质或

47、一般原理的逻辑发现方法。第一隻烏鴉是黑的第二隻烏鴉是黑的第三隻烏鴉是黑的第N隻烏鴉是黑的所有烏鴉都是黑的归纳与演绎亚里士多德：简单枚举法和直觉归纳法培根：三表法穆勒五法归纳问题罗吉尔培根弗朗西斯培根三表法培根认为科学的认识，不应象蚂蚁那样只是收集现成的材料，也不应象蜘蛛那样从腹中抽出丝来结网，而从头脑中先验地凭空构造哲学体系，而应象蜜蜂那样先采集花粉然后加工酿蜜，即要用理性的方法对感性材料进行加工整理。为了排除事实之间的有些相关只是“偶然”的相关，可用三表法来得到真正的相关性。存存在在表表（即举出有关研究对象的正面例子，如将出现热的现象的各种例证一一列出）；缺缺乏乏表表或或差差异异表表（列出某

48、种相似的反面例子，如月光和萤火虫的光并不发热）；程程度度表表或或比比较较表表（比较各种现象和性质，考察某种性质出现变化时，相关现象或性质是否存在某种函数性的共变）在三表的基础上，剔除不相干的相反的例子或性质，进行归纳。得出热是一种运动。 培根的归纳法，奠定了近代归纳法（归纳逻辑）的基础。MILL五法，就是培根三表法的补充和发展 。穆勒五法穆勒认为任何新知识都来自对经验事实的归纳，没有归纳法，就没有新知识。他贬低演绎法，其理由如下：（1）演绎的内容是同义反复，其结论包含在前提之中。如“柏拉图必死”这样的结论包含在“凡人皆死”的前提内，没有告诉我们任何新的内容。（2）演绎在形式上犯了“预期理由”

49、的错误。演绎推论正确以其前提的正确为保证，这样为了证明前提的正确性，需要无穷回归，除非窃取一个没有论证过的论据作其论据。但是归纳法同样面对演绎法的诘难，科学的逻辑必须给人以可靠的知识，但归纳法不能保证必然性。休谟用信念说明必然性知识的来源，但不能保证它的可靠性。为解决归纳逻辑的可靠性问题，穆勒创立“归纳五法”，希望这样就可以得到可靠的新知识。（1）求同法（the method of agreement）：如果现象A的发生，总是与现象B相关联，并在任何情况下都不改变，则A与B之间存在可靠的因果联系。如戴仑发现物体发声与空气振动的关系。（2）差异法（the method of difference

50、）：如果现象A发生，X现象也相应发生；现象A不发生，现象X就不发生，则现象A与现象X之间存在可靠的因果联系。如巴斯特液体发酵试验。两瓶同样的液体，一瓶密封，一瓶启口与空气相通，后者发酵而前者否，这说明空气中的细菌作用是液体发酵的原因。（ 3） 求 同 差 异 法 （ Joint method of agreement and difference ）：即上述两种方法的合用。如果A、B、C等喉症患者因及时注射血清而痊愈；D、E、F等喉症患者注射同样的血清，但因不及时而失治。这说明注射血清及时与否是喉症治愈与否的原因。（4）共变法（The method of concomitant variati

51、on）：现象X只有在条件A发生变化而其他条件都无变化情况下，才与A发生相应的变化，则X与A之间必有有靠的因果关系。如波义耳发现，在温度相同的情况下，气体的体积变化与其所受到的压力成反比，从而发现了著名的波义耳定律。（5）剩余法（The method of besides）：根据已知全部条件，都不足以说明现象X变化的原因，则必有其他某一或一些条件是现象X变化的原因。如海王星的发现就是运用此法。科学家们发现天王星轨道不符合引力理论的偏差，法国人勒维与英人亚当斯就推断天空中必有某一尚未发现的行星，其引力导致了天王星摄动的发生。1846年人们发现了海王星。穆勒五法发展了归纳逻辑，但并没有在理论上根本解

52、决归纳逻辑的可靠性 。如求同法，只有考虑到所有的因素时才有意义，如果漏掉一个因素，就无法保证其推论的必然性；另外，多因性的存在也使得这种简单的归纳方法出现问题。在差异法中，多因素的存在，使我们无法判定究竟是哪能一个因素最终导致了结果的产生。演绎演绎是从一般到个别的认识方法，即从、已知的一般原理出发来考察某一特殊对象，从而推演出关于这个对象的结论的方法。其主要形式是三段论亚氏三段论所有M是P。所有S是M。所有S是P。P、S、M分别是三段论的大项、小项和中项大前提:人都會死小前提:亞里士多得是人結論:亞里士多得會死合乎邏輯但保守，不能創新知識亚氏三段论所有M是P。所有S是M。所有S是P。P、S、M

53、分别是三段论的大项、小项和中项前提必须为真：防止假前提真结论。前提必须无法证明：防止解释的无穷倒退前提比结论更为人所知：一门科学的一般规律应该不证自明。前提必须是在结论中所归属的原因。最重要的是因果关系。三段论的局限拘泥于主谓结构，无法处理众多参量和复杂的关系从一般到特殊，未增加知识，但可保持真值传递演绎的其他形式数学演绎：笛卡尔/伽利略/牛顿数理逻辑公理化方法哥德尔不完备定律类比方法是根据两类现象之间在某些方面的类似或同一，推断它们在其它方面也可能类似或同一的逻辑思维方法。（类比推理） A有a、b、c、d B有a、b、c 则B可能有d 类比推理的基本环节：首先是联想，选择尽可能多相似点的事物

54、作为类比对象；其次是比较，比较其形态、属性、结构、功能，以便从已知事物的推断过渡到未知事物的判断。比较、分类、类比类比的方法论作用类比具有启发作用。类比就是立足已知，对陌生对象进行科学概括的试探方法。类比为模型实验提供了逻辑基础。原型与模型类比在产品设计特别是仿生学上具有突出作用。蛙眼：人造卫星跟踪系统；新闻一则北京奥运会场地自行车英国车队何以轻取七金?英国自行车运动服的命运英国自行车运动服的命运?类比推论往往不可靠类比推论往往不可靠法国天文学家列维勒根据天王星轨道摄动现象，成功地预言发现了海王星，但对于水星轨道近日点的进动现象，在考虑了所有已知天体的摄动影响后，仍有无法解释的偏离，于是列维勒

55、把水星的进动与天王星的摄动进行类比，认为这可能是一个未知行星的摄动结果。在那之后，许多天文学家热情地寻找这一未知“火神星”，但最后大家不得不承认，这一行星并不存在。而我们现在知道，水星进动是一种广义相对论效应。类比推理的客观基础是事物之间存在的普遍联系本性，事物的同一性提供了类比的依据，而差异性的存在，则限制了类比推论的可靠性。如果类推的属性正好是两个类比物的差异性，则类比就会发生错误。 五个海盗抢到了五个海盗抢到了100100个金币，每一颗都一样的大小和价个金币，每一颗都一样的大小和价值连城。值连城。 他们决定这么分：他们决定这么分： 1 1抽签决定自己的号码抽签决定自己的号码 - 1- 1

56、、2 2、3 3、4 4、55 2 2首先，由首先，由1 1号提出分配方案，然后大家号提出分配方案，然后大家5 5人进行表决，人进行表决，当且仅当超过半数的人同意时，按照他的提案进行分配，否则将当且仅当超过半数的人同意时，按照他的提案进行分配，否则将被扔入大海喂鲨鱼。被扔入大海喂鲨鱼。 3 3如果如果1 1号死后，再由号死后，再由2 2号提出分配方案，然后大家号提出分配方案，然后大家4 4人人进行表决，当且仅当超过半数的人同意时，按照他的提案进行分进行表决，当且仅当超过半数的人同意时，按照他的提案进行分配，否则将被扔入大海喂鲨鱼。配，否则将被扔入大海喂鲨鱼。 4 4以次类推以次类推 条件：每个

57、海盗都是很聪明的人，都能很理智的判断得条件：每个海盗都是很聪明的人，都能很理智的判断得失，从而做出选择。失，从而做出选择。 问题：第一个海盗提出怎样的分配方案才能够使自己免问题：第一个海盗提出怎样的分配方案才能够使自己免于下海以及自己获得最多的金币呢？于下海以及自己获得最多的金币呢？五个海盗分金币海盗分金币模型的最终答案可能会出乎很多人的意料，海盗分金币模型的最终答案可能会出乎很多人的意料，因为从直觉来看，此模型中如此严酷的规定，若谁抽到因为从直觉来看，此模型中如此严酷的规定，若谁抽到1 1号真是天号真是天底下最不幸的人了。因为作为第一个提出方案的人，其存活的机底下最不幸的人了。因为作为第一个

58、提出方案的人，其存活的机会真是微乎其微，即使他一个金币也不要，都无私的分给其他会真是微乎其微，即使他一个金币也不要，都无私的分给其他4 4个个人，那人，那4 4个人也很可能因为觉得他的分配不公而反对他的方案，那个人也很可能因为觉得他的分配不公而反对他的方案，那他也就只有死路一条了。可是看起来处境最凶险的他也就只有死路一条了。可是看起来处境最凶险的1 1号，却凭借着号，却凭借着其超强的智慧和先发的优势，不但消除了喂鲨鱼的危险，而且最其超强的智慧和先发的优势，不但消除了喂鲨鱼的危险，而且最终还使自己的收益最大化，这不正像是当今国际社会国与国之间终还使自己的收益最大化，这不正像是当今国际社会国与国之

59、间在政治、经济等领域相互博弈过程中，先发制人的智慧和优势的在政治、经济等领域相互博弈过程中，先发制人的智慧和优势的凸现吗？而凸现吗？而5 5号表面上看起来是最安全的，可以坐山观虎斗，先让号表面上看起来是最安全的，可以坐山观虎斗，先让前面的海盗拼个你死我活而坐收渔翁之利，可实际上最后却不得前面的海盗拼个你死我活而坐收渔翁之利，可实际上最后却不得不看别人的脸色行事，勉强分得一杯小羹，这不正是本想以静制不看别人的脸色行事，勉强分得一杯小羹，这不正是本想以静制动，后发制人而反得劣势的写照吗？动，后发制人而反得劣势的写照吗？1 1号海盗分给号海盗分给3 3号号1 1枚金币，枚金币，4 4号或号或5 5号

60、号2 2枚金币，自己则独得枚金币，自己则独得9797枚金币，即枚金币，即分配方案为（分配方案为（9797，0 0，1 1，2 2，0 0）或（）或（9797，0 0，1 1，0 0，2 2）。）。五个海盗分金币首先从5号海盗开始，因为他是最安全的，没有被扔下大海的风险，因此他的策略也最为简单，即最好前面的人全都死光光，那么他就可以独得这100枚金币了。5号海盗接下来看接下来看4 4号，他的生存机会完全取号，他的生存机会完全取决于前面还有人存活着，因为如果决于前面还有人存活着，因为如果1 1号到号到3 3号的号的海盗全都喂了鲨鱼，那么在只剩海盗全都喂了鲨鱼，那么在只剩4 4号与号与5 5号的情号

61、的情况下，不管况下，不管4 4号提出怎样的分配方案，号提出怎样的分配方案，5 5号一定号一定都会投反对票来让都会投反对票来让4 4号去喂鲨鱼，以独吞全部号去喂鲨鱼，以独吞全部的金币。哪怕的金币。哪怕4 4号为了保命而讨好号为了保命而讨好5 5号，提出号，提出（0 0，100100）这样的方案让）这样的方案让5 5号独占金币，但是号独占金币，但是5 5号还有可能觉得留着号还有可能觉得留着4 4号有危险，而投票反对号有危险，而投票反对以让其喂鲨鱼。因此理性的以让其喂鲨鱼。因此理性的4 4号是不应该冒这号是不应该冒这样的风险，把存活的希望寄托在样的风险，把存活的希望寄托在5 5号的随机选号的随机选择

62、上的，他惟有支持择上的，他惟有支持3 3号才能绝对保证自身的号才能绝对保证自身的性命。性命。 4号海盗再来看3号，他经过上述的逻辑推理之后，就会提出（100，0，0）这样的分配方案，因为他知道4号哪怕一无所获，也还是会无条件的支持他而投赞成票的，那么再加上自己的1票就可以使他稳获这100金币了。3号海盗 但是，2号也经过推理得知了3号的分配方案，那么他就会提出（98，0，1，1）的方案。因为这个方案相对于3号的分配方案，4号和5号至少可以获得1枚金币，理性的4号和5号自然会觉得此方案对他们来说更有利而支持2号，不希望2号出局而由3号来进行分配。这样，2号就可以屁颠屁颠的拿走98枚金币了。 2号

63、海盗不幸的是，1号海盗更不是省油的灯，经过一番推理之后也洞悉了2号的分配方案。他将采取的策略是放弃2号，而给3号1枚金币，同时给4号或5号2枚金币，即提出（97，0，1，2，0）或（97，0，1，0，2）的分配方案。由于1号的分配方案对于3号与4号或5号来说，相比2号的方案可以获得更多的利益，那么他们将会投票支持1号，再加上1号自身的1票，97枚金币就可轻松落入1号的腰包了。 1号海盗数学思维方法 特点 作用 数学模型数学方法数学方法是以数学为工具进行科学研究的方法，即用数学语言表达事物的状态、关系和过程，经推导、演算和分析，以形成解释、判断和预言的方法。数学方法的基本特征：高度的抽象性高度的

64、抽象性精确性精确性应用的普遍性应用的普遍性数学方法成为科技发展中必不可少的认识手段。为科技研究提供简洁精确的形式化语言为科技研究提供数量分析和计算的方法为科技研究提供逻辑推理的工具数学模型数学实验公理化方法公理化方法是从尽可能少的基本概念、公理、公式出发，运用逻辑规则推倒出一系列的命题和定理，从而建立整个理论体系的一种方法。公理化方法源于亚里士多德，他认为完美的自然科学体系，应该建立在少数第一公理基础上，经由演绎方法组织起来的概念体系。这就是后来称为公理化的方法。既是整理已有知识的方法，又是构造新的知识系统的方法。组成公理化系统的一般程序是：选择自明的陈述作为公理选择自明的陈述作为公理制定推理

65、规则，以指导本系统的所有演算制定推理规则，以指导本系统的所有演算依据原初概念推导出新概念，演绎出新的陈述依据原初概念推导出新概念，演绎出新的陈述满足公理的条件无矛盾性无矛盾性公理化体系要求逻辑首尾一致；完备性完备性所选择的公理能够推出有关本学科的全部定理、定律独立性独立性公理彼此独立，其中任何一个公理不能由其他公理推导出来。哥德尔不完备定理希尔伯特要论证一个包罗一切数学形式的形式体系（公理化系统）没有矛盾，而1931年哥德尔证明了：任何一个形式体系，只要包括关于简单的初等数论描述，而且是一致的，它必定包含某些用体系内所允许的方法既不能证明也不能证伪的命题。哥德尔不完备性定理表明了形式化数学推理

66、的必然局限性。无论我们认为系统的综合性多么强，总还是存在逸出其思想网络的一些命题，它们的真伪在形式系统内是不可能判决的。辩证思维方法 逻辑与历史的统一 逻辑方法 历史方法 辩证逻辑与形式逻辑 辩证思维的基本规律系统思维方法 系统科学 系统方法 系统科学思维方法的类型（三）现代科学理论与现代科学方法的特点 当代科学的四大前沿：当代科学的四大前沿： (1(1）宇宙天体宇宙天体- (2(2）物质结构物质结构- (3(3）生命科学生命科学- (4(4）人工智能人工智能- 交叉学科交叉学科 案例：曼哈顿工程案例：曼哈顿工程 系统科学理论系统科学理论 系统科学方法系统科学方法夸夸克克基基本本粒粒子子原原子

67、子核核原原子子类类星星体体星星团团总总星星团团地地球球太太阳阳系系银银河河系系分分子子渺观渺观微观微观 宏观宏观宇观宇观胀观胀观310-25厘米31027厘米今天的可见宇宙今天的可见宇宙蛋白质蛋白质氨基酸氨基酸密码子密码子DNADNA链链( (模版模版) )转录转录翻译翻译DNADNA分子分子 蛋白质合成蛋白质合成 UGG UGG 色氨酸色氨酸TrpTrp UUUUUU 苯丙氨酸苯丙氨酸PhePhe GGCGGC 甘氨酸甘氨酸GlyGly UCAUCA 丝氨酸丝氨酸SerSer数、理、化、天、地、生力学光学声学电学磁学. . .结构力学材料力学理论力学液体力学弹性力学断裂力学. . .树状结构

68、球状结构已知未知1、交叉学科、交叉学科2、边缘学科、边缘学科3、横断学科、横断学科物理化学物理化学生物化学生物化学计算化学计算化学海洋化学海洋化学地质化学地质化学环境化学环境化学材料化学材料化学材料材料物物 理理化化 学学结结 构构表征技术表征技术实验实验分析技术分析技术多学科会聚、多技术集成多学科会聚、多技术集成学科导向问题导向目标导向（功能材料）学科导向问题导向目标导向（功能材料）当代科学家日益在一个愈来愈狭窄的领域工作。上个世纪也许还有莱布尼茨、高斯、法拉第、达尔文能称得上数学家、物理学家、生物学家、当代似乎再也没有一个人能够拥有某一个学科的全部知识的绝对权威，称之为物理学家。他们只能在

69、一个分支学科或某个专业领域有所建树，如拓扑学家、声学家、甲虫专家、跳蚤专家。 -维纳：控制论，科学出版社，1983年版，P6系统科学理论“曼哈顿工程”关键工程的地理分布示意图曼哈顿工程的组织结构示意图，可以看到高层主管（包括美国总统）与各分部门之间的职权关系维纳维纳控制论控制论信息论信息论系统论系统论贝塔朗菲耗散耗散结构结构理论理论普利高津协同学协同学理论理论哈肯混沌理论-民谣 丢失一个钉子，坏了一只蹄铁； 坏了一只蹄铁，折了一匹战马； 折了一匹战马，伤了一位骑士； 伤了一位骑士，输了一场战斗； 输了一场战斗，亡了一个帝国。气象学家洛伦兹气象学家洛伦兹1963年提出来年提出来蝴蝶效应蝴蝶效应三

70、、系统方法的几条基本原则 （1）系统的整体性原则 （2）系统的目的性原则 （3）系统的优化原则三、系统科学方法举例 （1）黑箱辨识法 （2）功能模拟法 （3）反馈控制法 （4）思维的信息加工方法形象思维方法 抽象与形象 艺术思维与形象思维嫦娥奔月奥运会李宁点火抽象思维方法 抽象思维与形象思维 去伪存真 求同弃异 循果求因 感性具体抽象规定思维具体创造性思维方法 科学灵感 科学直觉 打破思维定势 大脑两院制阿基米德与杠杆定理诺奖三剑客诺奖三剑客南部阳一郎小林诚益川敏英小林益川理论凯库勒梦中发现苯环结构英国医学家弗莱明发现青霉素创新思维之我见？前向思维后向思维逆向思维顺向思维借脑思维象池日出l 什

71、么能使生活飞翔? l诗歌。 l什么能使诗歌飞翔? l想象。 l什么能使想象飞翔? l灵感。 想像力比知识更重要,因为知识是有限的,而想像力概括着世界上的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。-爱因斯坦 想象力作为一种创造性的认识能力，是一种强大的创造力量，它从实际自然所提供的材料中，创造出第二自然。 摘自西方文论逊上集 科学中的科学中的幻想、（纯粹幻想）幻想、（纯粹幻想）与创造性想象与创造性想象英国研制世界最快的汽车时速将达1600公里“喷水飞行背包”问世时速高达百公里创造性思维与一般思维的区别创造性思维创造性思维创造性思维创造性思维一般思维一般思维一般思维一般思维反常性反常性思维形式思维形

72、式反常？反常？辩证性辩证性思维过程思维过程机械？开放性开放性思维空间思维空间封闭？能动性 思维主体被动？第七讲技术认识与技术方法李永红李永红 浙江工业大学浙江工业大学 技术认识和技术方法 技术认识的特点 技术认识的基本程序 技术方法技术认识的特点科学研究与技术开发过程和科学、技术、工程的融合，技术认识与科学认识不同：认识目的不同（求真；求善）认识对象不同（天然自然；人工自然）认识过程不同（观察-实验-假说-理论，个别一般；科学基础-想象力-技术原理-构思-试验-实施，与理论对照的过程，一般个别）解决的问题不同（是什么，为什么；做什么，怎样做）技术方法技术方法及其特点技术方法的原则技术预测方法技

73、术评估技术原理构思方法技术方案的试验与实施技术方法及其特点技术方法及其特点 技术方法，是指主体在从事技术研技术方法，是指主体在从事技术研究与技术开发活动中所采取的手段、究与技术开发活动中所采取的手段、途径和行为方式的总称。途径和行为方式的总称。 一般技术方法，分两大类：技术决策（管理）方法和技术创造方法。前者包括技术预测方法、技术评估方法；后者包括技术选题方法、技术原理构思方法、技术方案设计方法、技术研制方法、技术试验方法，等。技术方法与科学方法对比，有共同点：都以对自然规律的认识为前提；都应用已有的成果；都以实践为基础；都有一定的可操作性、规则性；选题原则和检验的方式相似 不同点：技术方法具

74、有更强的实践性；技术的工作过程一般是从把社会需要和科学研究成果结合起来的某种技术需要开始，经过规划、研究、设计，使科学成果和技术原理具体化，最后通过研制或施工制造出合乎需要的人工自然物；更强的功利性；技术方法以有效性为标准更强的社会性；既受自然规律的制约，又受社会经济规律和其他社会因素的支配；(如克隆人涉及到伦理、心理、文化传统等因素；三峡工程涉及到移民问题、安全问题、生态问题、环境问题等因素；转基因食品与宗教信仰)更强的综合性；不同于科学中的简化抽象（伽利略理想实验），把科学中舍弃掉的、忽略不计的各种偶然的、次要的因素和关系重新考虑，一一恢复起来；1、自然规律与社会规律相统一的原则（遵循科学

75、、符合政策）2、需要性与可行性相统一的原则（目的性；量力而行-吴仁宝定指标）3、经济性与适用性相统一的原则（家用机器人）4、绿色原则（德国生态汽车、西班牙生态服装，欧美生态玩具）5、美学原则（技术与艺术的和谐统一）6、时尚原则（体现时代特色与时代精神，追求个性化、多样化、人情化、装饰化）技术方法的原则技术预测方法 预测预测是指通过对现有资料的研究和分是指通过对现有资料的研究和分析来计算和预报某些未来的事件和情况。析来计算和预报某些未来的事件和情况。那么，把预测科学应用于技术领域，对技那么，把预测科学应用于技术领域，对技术的未来特性、趋势或有用的机器、过程术的未来特性、趋势或有用的机器、过程的推

76、测就是的推测就是技术预测。技术预测。 2020世纪世纪5050年代技术预测首先在美国发年代技术预测首先在美国发展起来展起来在哈恩与史特拉斯曼于1938年12月发现铀原子分裂后，美专家根据技术发展趋势曲线准确预见了发展原子武器的进展率； 19531953年年美国戴维斯博士使用速度趋势曲线预测太空探险的发展，预言火箭的轨道速度将在1957年取得，脱离轨道的速度将在1959年达到。技术预测成功的范例：1878年，英国皇家学会主席、数学家凯尔文勋爵宣布无线电绝对没有前途； 1880年1月纽约时报写到爱迪生发明的电灯将消失； 1932年，爱因斯坦预测利用核能是不可能的； 1953年，IBM创始人老华生说

77、：全世界对计算机的需要量不超过五六台； 1977年，“数码仪器”公司总裁K. Olson认为，人们没有理由在家里装一台计算机；在上世纪70年代，未来学家预测说：到2000年，所有的食品将是粉末状，不会再有书本和报纸，而且我们中的大多数人将在外层空间工作。技术预测失败的例子：(一)预测前的阶段 1.作出预测的决定高层次机构作决定 2.准备工作-建立高层次的咨询委员会和专家工作小组，通过研究讨论，使参与技术预测的各方在进行预测这个问题的认识上取得一致。技术预测的过程(二)主要预测阶段 1.预测过程的设计-(l)明确技术预测结果最终要提交给哪些部门（2）取得政府部门支持（3）参与人员掌握必要的方法（

78、4）交叉学科和部门重视（5）“自上而下”与“自下而上”结合（6）设计一个完整的链条 2.分析和评价 -(1)外部的挑战和机会商业机会，成本，对社会的影响等;(2)内部的力量和弱点 3.选择优先发展领域 4.技术预测结果的扩散（反馈）技术预测的过程(三)预测后阶段 1.宏观决策 预测结果影响R投向，并影响建立有效的管理机制 2.项目的实施和应用官产学研结合 3.新一轮预测的准备技术预测是复杂的系统工程，需要不断实践技术预测的过程1.技术开发投资2.数据的可得性3.数据的精度4.技术开发能否成功的不确定性5.拟开发技术与现有技术间的类似性6影响技术开发的变量个数影响技术预测的主要因素技术预测方法

79、短期预测方法 1.德尔斐法 2.专家会议法 3.案例研究法 4.生长曲线法（周期） 5.趋势分析法（技术进步）6.相关分析法（类似模式） 7.层次分析法(结构) 8.交互影响分析法（若干事件）9.关联树法 （分解目标）10.情景分析法(脚本法) 11.系统动力学模型法（反馈控制，反复模拟）技术预测方法 长期预测方法 联想法（如神话，航空航天技术、纳米技术） 探测法（演绎外推） 规范法（系统动力学方法）对我国技术预测的两点思考1.目前我国的科技发展总体水平，比照发达国家还相对落后，科技发展水平也直接影响了经济和社会的发展。我国目前的科技资源(人力、物力和财力)在数量和质量方面还有待提高。所以应贯

80、彻“有限目标，突出重点”的原则，先选取几个对我国未来经济和社会发展影响比较重大的行业，开展技术预测工作，积极探索，不断总结经验，同时采取有效措施，吸引产学研各方积极参与，最终在全国范围内形成不同层次、不同规模的技术预测工作网络。2、技术预测，特别是国家范围内的技术预测，应该与国家科技的宏观决策联系起来，包括制定技术政策、编制科技计划、确定技术发展项目、基本建设、技术改造和技术引进等。根据国外的技术预测经验，技术预测不能搞“一锤子买卖”，应该有计划地连续进行，这样才能发挥技术预测的作用。技术评估方法技术评估是通过分析技术和人类社会、自然界诸相关因素（社会政治、经济、生态环境、人的价值观念）等的相

81、互影响，来解决技术发展问题的一种方法，是一种与技术后果评估有关的宏观决策分析活动。承认技术作用的两重性是TA的理论前提；预测和防止新技术的消极的、间接的、出乎常人预料的效应是TA的重点；建立早期预警系统，为技术决策服务，兴利除弊是TA的宗旨。技术评估方法技术评估最早起源于20世纪20年代的美国（国会服务部里与科技有关的研究、分析和评估被看作是雏形）。1972年，美国成立国会技术评估办公室，标志其规范化、成熟化。技术评估方法我国技术评估相对而言起步较晚，始于20世纪90年代初。1993年，国家科委开始将技术评估手段引入宏观管理，1997年成立国家科技评估中心。2001年6月出版科技评估规范，12

82、月颁发科技评估管理暂行办法技术评估的一般程序（以转基因技术为例）资料准备阶段（相关资料-基因测序和克隆，保证详实）影响分析阶段(成就和危害：农业、食品、医药；巴西坚果事件、帝王蝶)研究对策阶段（排除非容忍性影响并制定改良方案）综合评价阶段技术预测与技术评估的区别 技术预测是一个综合的分析和交流过程，技术预测是一个综合的分析和交流过程，根据未来经济和社会发展需求而提出合理的根据未来经济和社会发展需求而提出合理的预测，找出目前最重要的一些发展领域，以预测，找出目前最重要的一些发展领域，以及可能出现的技术突破，其中还包括研究这及可能出现的技术突破，其中还包括研究这些技术领域发展的约束条件。些技术领域

83、发展的约束条件。 技术评估是研究已有技术对社会可能产技术评估是研究已有技术对社会可能产生的影响。生的影响。 几种技术方案构思方法科学原理推演科学原理推演( (第一台激光器第一台激光器) )与实验提升法与实验提升法( (电磁感应实验导致电磁感应实验导致电机技术原理构思电机技术原理构思; ;电磁波发收导致无线电通讯技术原理构思；光电效应电磁波发收导致无线电通讯技术原理构思；光电效应光电技术在传真、电视等方面的应用。光电技术在传真、电视等方面的应用。) )；多向型多向型( (头脑风暴法、智力激励法头脑风暴法、智力激励法-法国盖莫里公司；法国盖莫里公司；635635法法) )；侧向型侧向型( (移植法

84、移植法从军事上的激光武器到医学上的激光手术刀；工业上的爆从军事上的激光武器到医学上的激光手术刀；工业上的爆破技术用于清除胆结石。破技术用于清除胆结石。、仿生法、仿生法自然模拟自然模拟) )；合向型合向型( (组合创新法组合创新法普拉斯公司普拉斯公司) )；逆向型发明构思法逆向型发明构思法( (如根据伏打于如根据伏打于18001800年以化学能变为电能发明电池年以化学能变为电能发明电池, 1807, 1807年戴维逆向构思以电解法发现钾和钠元素年戴维逆向构思以电解法发现钾和钠元素, ,发明电解技术发明电解技术) ) 。此外，还有、联想法、检核表法此外，还有、联想法、检核表法设想问题的改变、转化、

85、或颠倒、重组设想问题的改变、转化、或颠倒、重组，缺点希望列举法、选择法、缺点希望列举法、选择法、5W1H5W1H法、要素变更法法、要素变更法技术设计分类和方法分类：工程设计工业设计环境设计等主要方法：策略运用类设计方法思维技巧类设计方法操作经验类设计方法 由于技术设计是有目的性、时间性和资源限制的活动，完美的设计是不存在的。技术设计分类和方法主要方法：策略运用类设计方法1寻找缺点设计 2提出希望设计（飞行，脚操纵键盘）3发现需要设计（日本尼西奇公司婴儿尿布 ） 4偶然发现设计（机遇）5随处留心设计（亨利亚瑟尔邮票打孔机 ）6知难而变设计7组合变革设计 8转变目标设计（炼丹术火药）9变废为宝设计

86、（犹太商人、王洪怀）10尺寸变革设计（笔记本电脑，乐山大佛）返回第三节技术设计分类和方法主要方法：思维技巧类设计方法1移植变革设计2逆向变革设计（纳米技术）3联想变革设计4幻想变革设计5灵感变革设计（安培）6集团思维设计技术设计分类和方法主要方法： 操作经验类设计方法 1直接研究设计（灯丝） 2原型变革设计（水性绷带就是与纱布绷带不同原型的同类的事物）3检核表设问设计 4集思广益设计5溯源变革设计 （爱迪生孵蛋，火灾） 6文献研究设计7观察实验设计 8专家咨询设计9潜功能发掘设计（铁锅法国将军亚得里安- 钢盔）10反馈调节设计 11分解变革设计（阿迪达斯研制可换鞋底的足球鞋）技术方案的试验和实

87、施这是技术方案通过模型、试验、研制向实践转化的阶段。技术方案的试验和实施技术试验与科学实验的区别：目的不同（揭示客观规律；为生产服务）；认识过程不同（变革自然，创立理论；创造人工物品）；对象范围不同（自然物；人造物）；成功概率不同（实验比较低；试验验证性强，成功率高）技术方案的试验和实施技术试验类型：析因试验（果因改进技术方案和模型）；对照试验（1、相同条件不同技术；2、不同条件同一技术）；模拟试验（通过模型来研究原型中的规律）；中间试验（实验室的成果在接近生产的条件下试验，寻找可能出现的问题）技术方案的试验和实施技术方案实施的作用：1、检验设计的合理程度2、协调技术开发的各种要素3、优化企业的规章制度和生产流程技术方案的试验和实施技术方案实施的程序：1、设计者与生产制造和管理人员进行交流与合作，修改设计，完成小批量试制工作2、进行生产设计3、制定生产作业计划4、进行生产控制和质量管理