《科學(xué)研究的方法》PPT課件.ppt

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摘要幻燈片 第五講科學(xué)研究的方法 1獲取科學(xué)事實的方法一 科學(xué)觀察方法二 科學(xué)實驗方法三 觀察和實驗中的認識論問題 2構(gòu)建科學(xué)理論的方法一 邏輯與非邏輯思維方法 一 邏輯思維方法 二 非邏輯思維方法 摘要幻燈片續(xù) 二 科學(xué)假說與理想實驗方法 一 科學(xué)假說 二 思想模型與理想實驗方法三 系統(tǒng)分析控制方法四 科學(xué)理論系統(tǒng)化方法 一 公理化方法 二 歷史與邏輯的統(tǒng)一 三 從抽象上升到具體 第五講科學(xué)研究的方法 科學(xué)研究的方法或稱科學(xué)認識的方法 一般是指科學(xué)認識主體在探索自然現(xiàn)象 自然過程及揭示自然規(guī)律活動中所應(yīng)用的方法 依據(jù)的標準不同 該方法的表現(xiàn)類型亦有所不同 從科學(xué)認識成果產(chǎn)生的整個過程看 科學(xué)研究方法包括科學(xué)發(fā)現(xiàn)方法與科學(xué)證明方法 從其成果的層次性分析 又有獲取科學(xué)事實與構(gòu)建 檢驗和評價科學(xué)理論的方法之別 并且它們相互區(qū)別 相互聯(lián)系性稱有機統(tǒng)一的方法整體 1獲取科學(xué)事實的方法 獲取科學(xué)事實或感性材料的方法 同時也是檢驗和評價理論的最主要和最重要標準 這包括科學(xué)觀察 測量 以及科學(xué)實驗等等 一 科學(xué)觀察方法 參見古祖雪 自然辯證法原理 M 長沙 湖南科學(xué)技術(shù)出版社 1995 9 171 177 張功耀 科學(xué)技術(shù)哲學(xué)教程 M 長沙 中南大學(xué)出版社 2001 4 66 67 251 253 科學(xué)觀察方法是科學(xué)認識論與方法論的重要內(nèi)容之一 是認識主體獲取科學(xué)事實的主要工具 也是進一步構(gòu)建科學(xué)理論的基礎(chǔ) 1 科學(xué)觀察方法概念 所謂科學(xué)觀察方法指的是主體在一定理論指導(dǎo)下 通過感覺器官或借助科學(xué)儀器 有目的 有計劃地考察和描述自然發(fā)生的自然現(xiàn)象 即感知客觀事物 獲取科學(xué)事實這一感性材料的一種科學(xué)研究方法 2 科學(xué)觀察方法的特征 1 它是主體有目的 有計劃的認識活動 2 是在自然發(fā)生的條件下進行科學(xué)研究的一種方法 3 客觀性與主觀性的統(tǒng)一 3 科學(xué)觀察方法的類型 1 從主體與被觀察對象的關(guān)系疏遠程度看 可將其分為直接 肉眼 與間接 儀器 觀察方法 2 依據(jù)觀察結(jié)果的陳述特征分為定性與定量觀察方法 3 根據(jù)其目的不同包括記錄性 獲取感性材料 與檢驗性 將結(jié)果與已有標準對照 觀察方法 4 根據(jù)其是否與實驗結(jié)合分為自然與實驗觀察方法 4 科學(xué)觀察方法的基本原則 1 客觀性原則 2 系統(tǒng)性原則 3 典型性原則 5 科學(xué)觀察方法的功能 1 是科學(xué)認識的源泉 2 是檢驗科學(xué)認識真理性的標準 3 當(dāng)研究對象的性質(zhì)使主體暫時難以達到實際作用于研究對象時 即主體尚不能干預(yù)和控制對象時 觀察就比實驗成為更主要的方法 二 科學(xué)實驗方法 實驗方法與觀察方法都是科學(xué)認識主體作用于客體的基本方法 二者既相互區(qū)別 又相互依存 后者是前者的前提 前者是后者的發(fā)展 在現(xiàn)代科學(xué)認識過程中二者關(guān)系更加密不可分 而在主體對超宇觀 宇觀 微觀以及超微觀世界的探索中尤其如此 1 科學(xué)實驗方法概念 此指主體根據(jù)一定研究目的 利用科學(xué)儀器和設(shè)備 人為地干預(yù) 控制或模擬自然現(xiàn)象和過程 并以純粹 典型形式表現(xiàn)出來 從而有利于研究的科學(xué)方法 2 實驗方法的特點 1 可以簡化 純化實驗對象 如為證實李政道 楊振寧提出的 弱相互作用下宇稱不守恒 假說 吳健雄于1956 57年所進行的Co原子核 衰變實驗 2 可強化研究對象 創(chuàng)造在自然條件難以出現(xiàn)的環(huán)境條件 如超高低溫度 壓力 磁場等 如1911年卡曼林 昂尼斯發(fā)現(xiàn) 超導(dǎo) 現(xiàn)象實驗 3 可使對象屬性及其變化過程重復(fù)出現(xiàn) 4 可模擬某些自然現(xiàn)象和過程 如1953年米勒模擬原始還原性大氣條件下氨基酸產(chǎn)生過程實驗 3 實驗方法的類型 根據(jù)實驗?zāi)康?性質(zhì) 作用包括如下類型 定性與定量實驗 析因 探求因果聯(lián)系 實驗 對照實驗 常用于生物 醫(yī)學(xué) 農(nóng)業(yè)科學(xué)等 判決性實驗 為判決同時并存且相互對立的假說之間孰是孰非所進行的實驗 模擬 數(shù)學(xué)物理模型 實驗 此外依據(jù)其手段 條件不同可分為直接與間接 實驗室與野外 地面與空間 實物與思想或理想實驗等 依據(jù)對象運動形式不同有物理 化學(xué) 生物 心理實驗等 4 實驗的一般程序 制定實驗方案實施操作結(jié)果的分析與處理 三 觀察和實驗中的認識論問題 科學(xué)觀察和實驗中主要包括 觀察滲透理論 測量問題 觀察的客觀性以及觀察實驗中的機遇等認識論問題 1 觀察滲透理論 1 觀察由感知 判定和觀察陳述三個要素所構(gòu)成 三者缺一不可 2 觀察對象與理論或先行假設(shè)所啟示的期待及觀察者所受訓(xùn)練密切相關(guān) 3 對觀察對象的描述依賴于理論 觀察者知識背景及其經(jīng)驗 4 觀察對象和觀察場合的選擇深受理論 觀察者知識結(jié)構(gòu) 心理傾向 興趣愛好等 影響 Einstein認為 是理論決定我們能夠觀察到的東西 只有理論即關(guān)于自然規(guī)律的知識 才能使我們從感覺印象推論出基本現(xiàn)象 2 測量問題 即在宇觀和微觀領(lǐng)域測量中因主體 實驗者 工具 測量系統(tǒng) 與客體 實驗對象 之間相互作用而產(chǎn)生的測量結(jié)果或信息是否真實的問題 測量系統(tǒng)即主體根據(jù)實驗設(shè)計而選擇的儀器 設(shè)備和測量手段等組成的系統(tǒng) 它既是主體的延伸又是主客體間的中介 兼具主客體雙重屬性 其功能是將客體信息 編碼 并傳遞給主體 隨著其精確度 分辨率等性能的提高 它能 近似 真實地表征宏觀客體的狀況 但微觀客體的特殊性容易導(dǎo)致測量信息的失真 如海森伯測不準原理等 3 觀察的客觀性問題 此指由儀器等工具的介入所導(dǎo)致觀察結(jié)果是否客觀真實的問題 儀器表征著理論 假說 而理論可能被推翻 假說可能被證偽 因而應(yīng)要求從以下幾方面入手以增強并保證觀察的客觀性 1 結(jié)果可以標準方法重演 2 以科學(xué)理論為指導(dǎo) 3 確保觀察實驗的高精密度 4 觀察實驗中的機遇問題 觀察實驗的目的性和計劃性是獲取科學(xué)事實的必然性一面 由觀察實驗中意想不到的突發(fā)情況或偶然事件所導(dǎo)致的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和突破 即機遇或運氣則是其中的另一面 但 機遇總是偏愛由準備的頭腦 即偶然中蘊涵著必然 科學(xué)史上這類事例不勝枚舉 如1895年倫琴發(fā)現(xiàn)X射線 1896年貝克勒爾發(fā)現(xiàn)鈾的天然放射性 吳健雄證實弱相互作用下宇稱不守恒等 其中塞夫斯特穆以風(fēng)趣筆調(diào)形容其1830年發(fā)現(xiàn)釩 在宇宙極光處住著一位漂亮可愛的女神 一天有人敲響了她的門 女神懶得動 等著第二次敲門 誰知這位來賓一敲過后就走了 她急忙打開窗子張望 是誰家的冒失鬼呀 她自言自語說 啊 一定是維勒 如果他再敲一下不就見到女神了嗎 過了幾天又有人來敲門 一次敲不開 繼續(xù)敲下去 女神開了門 是塞夫斯特穆 他們相晤了 釩便應(yīng)運而生了 2構(gòu)建科學(xué)理論的方法 依據(jù)性質(zhì) 特點等不同 構(gòu)建科學(xué)理論的方法主要包括 邏輯與非邏輯思維 科學(xué)假說與理想實驗 系統(tǒng)分析控制與理論系統(tǒng)化方法等等類型 一 邏輯與非邏輯思維方法 邏輯思維方法 是指主體在科學(xué)認識過程中借助于概念 判斷 推理等思維形式 遵循一定邏輯規(guī)則而揭示事物本質(zhì)或規(guī)律的理論思維或抽象思維方法 是最普遍 最基本的科學(xué)思維方法 非邏輯思維方法是指不受固定邏輯規(guī)則等制約的間斷與跳躍式 突發(fā)與創(chuàng)造性的思維方式 一 邏輯思維方法 從歷史發(fā)展看 邏輯思維方法經(jīng)歷了從形式邏輯到辯證邏輯 數(shù)理邏輯 模態(tài)邏輯等幾個階段的表現(xiàn)形式 其具體類型主要包括 類比 歸納 演繹 分析 綜合等 其在科學(xué)認識論和方法論都有極重要的地位和作用 1 邏輯思維形式 形式邏輯和辯證邏輯式兩種最主要的邏輯思維形式 系統(tǒng)的形式邏輯由亞里士多德首創(chuàng) 由培根 穆勒發(fā)展歸納法 由笛卡兒等發(fā)展演繹法 至19世紀發(fā)展出其現(xiàn)代形式 數(shù)理邏輯或符號邏輯 辯證邏輯由黑格爾創(chuàng)立 經(jīng)馬恩列等得到發(fā)展 2 邏輯思維方法類型及其特點 作為整理加工科學(xué)事實的基本方法 邏輯思維方法的特點通過其各類型方法特點體現(xiàn)出來 1 類比法 由某些相似或相同推出其他方面的相似 2 歸納法 由個別到一般 3 演繹法 由一般到個別 4 分析法 將整體分解成部分 方面 特性和因素 5 綜合法 將各部分 各因素有機聯(lián)系成一整體考察其本質(zhì)規(guī)律 3 邏輯思維方法的功能 邏輯思維也是一類創(chuàng)造性思維形式 它具有以下基本功能 1 是擴大已有知識 獲得新知的工具 2 因規(guī)則嚴密確切而成為判斷依據(jù) 并為科學(xué)知識的合理性立功邏輯證明 3 是預(yù)見科學(xué)事實 提出和檢驗假說的工具 4 既是使認識由現(xiàn)象到本質(zhì) 并通向科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要條件 又是建構(gòu)科學(xué)理論體系的重要工具 二 非邏輯思維方法 因具有間斷性 跳躍性 或突發(fā)性 突變性和突破性等特點 該類方法主要包括 由意象 聯(lián)想 想象等組成的形象思維 由直覺判斷 靈感等組成的直覺思維 以及由發(fā)散性或發(fā)散式 聚斂式等構(gòu)成的創(chuàng)造性思維方法 它們在科學(xué)認識過程中同樣具有不可忽視的重要的方法論作用 1 形象思維方法 此指在形象地反映客體具體形狀或姿態(tài)的感性認識基礎(chǔ)上 主體通過意象 聯(lián)想和想象等方式以揭示對象本質(zhì)和規(guī)律的思維形式 與邏輯思維的抽象性相比 它具有形象性 意象性 經(jīng)形象地分析綜合把握事物形象的一般特征 等特征 并具有直觀形象揭示對象本質(zhì)規(guī)律 極度簡化 以及純化對象和意象性地創(chuàng)造對象 人工自然物等 等功能 其具體表現(xiàn)形式如下 1 聯(lián)想 廣義的聯(lián)想系指由一失去想到另一事物的思維活動 它包括屬于感性認識范疇的由知覺形象觸發(fā)的印象聯(lián)想 以及屬于理性認識范疇的意象和概念的聯(lián)想 后者又有形象與非形象之分 形象聯(lián)想是從一個意象想到另一個意象的思維活動 非形象聯(lián)想則指概念聯(lián)想 形象聯(lián)想具有如下特點 通過反映意象間關(guān)系以把握其內(nèi)容 是對意象有所斷定的思維形式 通過類比揭示意象間差別 相似或接近 2 想象 想象是指主體在某些科學(xué)事實和已知知識基礎(chǔ)上 讓思維自由神馳 對頭腦中的各種觀念或思維元素進行整理 加工 改造和組合 從而領(lǐng)悟事物本質(zhì)和規(guī)律的過程 其功能是使主體在沒有邏輯思維所必需的充分的知識的情況下采取決定和得出結(jié)論 從已知對象聯(lián)想到未知對象 從而構(gòu)思出未知對象的鮮明形象 如AlbertEinstein在創(chuàng)立狹義相對論過程中想象過人以光速運行 在創(chuàng)建廣義相對論時設(shè)想光線穿過升降機發(fā)生彎曲 Thomason NielsBohr根據(jù)實驗事實 運用想象建立了各種原子模型 2 直覺思維方法 直覺思維方法是指不受某種固定邏輯規(guī)則約束而直接領(lǐng)悟事物本質(zhì)的思維形式 這種直接領(lǐng)悟事物本質(zhì)的思維能力亦稱直覺力或思維洞察力 這種思維形式具有 間斷與跳躍的 非邏輯性 突發(fā)性和獨創(chuàng)性等基本特征 而且具有尋找事物聯(lián)系 優(yōu)選和預(yù)見事實 以及構(gòu)建科學(xué)理論的功能 其主要類型包括直覺判斷 最基本形式 想象和靈感 其具體內(nèi)容如下 1 直覺判斷 此指對客觀事物及其相互關(guān)系的一種迅捷的識別 敏銳的覺察 直接的理解和綜合的判斷 由此所形成的能力即思維的洞察力 直覺判斷不是按部就班的邏輯推理 而是從整體上直接把握客體 如美國化學(xué)家鮑林正是運用量子力學(xué)等知識 在對大量事實總和的思索中 借助于直覺創(chuàng)立了關(guān)于化學(xué)鍵的共振論 我懷著一種好奇心 一種直覺 感到可以用化學(xué)鍵來解釋物質(zhì)的性質(zhì) 此外 如Einstein創(chuàng)立狹義相對論等 2 靈感 這是指主體對于曾經(jīng)反復(fù)進行探索而尚未解決的問題 由于受到某種偶然因素的激發(fā)而產(chǎn)生頓悟 從而使問題得以解決的思維過程 在科學(xué) 與文學(xué)藝術(shù)相通處 史上 許多偉大的科學(xué)家在作出杰出科學(xué)發(fā)現(xiàn)時 都曾冥思苦想 窮竭智力和心力反而未得 卻在不經(jīng)意間靈光乍閃而實現(xiàn)質(zhì)的飛躍 如在創(chuàng)立狹義相對論時 Einstein曾深受難以解決間斷的質(zhì)點 Newton 力學(xué)與連續(xù)的電磁場 Maxwell 理論之間矛盾的困惑 雖冥思苦想而未得 但突然靈感顯現(xiàn) 領(lǐng)悟到 同時性的相對性 問題 在短短的5 6周內(nèi)就完成了科學(xué)史上的不朽篇章 論動體的電動力學(xué) 1905年9月發(fā)表于 物理學(xué)雜志 2 創(chuàng)造性思維方法 從廣義上看 形象思維與直覺思維方法同樣隸屬于創(chuàng)造性思維方法 以上區(qū)分只是為了便于理解和把握其各自的本質(zhì)和作用 其他創(chuàng)造性思維方法主要包括逆向思維法 綜攝法 移植法 試錯法 強制聯(lián)想法 偶然聯(lián)想鏈法 智力激勵法 發(fā)散與聚斂思維法等等 具體參見 1 楊斌 軟科學(xué)大辭典 M 北京 中國社會科學(xué)出版社 1991 4 343 347 349 352 355 406 416 2 張功耀 科學(xué)技術(shù)哲學(xué)教程 M 長沙 中南大學(xué)出版社 2001 4 308 333 第十章 二 科學(xué)假說與理想實驗方法 盡管科學(xué)假說與理想實驗是兩種性質(zhì)截然不同的思維方法 然而二者之間又有著較為密切的聯(lián)系 其目的和作用都是為構(gòu)建科學(xué)理論服務(wù) 在未經(jīng)科學(xué)事實證實之前都僅僅是一種猜想或假設(shè) 一 科學(xué)假說 其內(nèi)容主要包括科學(xué)假說的特征與作用 評價與選擇 以及科學(xué)假說的命運等 詳細內(nèi)容請具體參見 張功耀 科學(xué)技術(shù)哲學(xué)教程 M 長沙 中南大學(xué)出版社 2001 4 286 293 第九章第七節(jié) 二 思想模型與理想實驗方法 思想模型與理想實驗 是主體在科學(xué)認識活動中建構(gòu)科學(xué)理論較常使用的方法 并具有特別重要的意義 1 思想模型 此指主體未從事科研而建立的對原型高度抽象化了的思想客體和思想事物 如原子模型 層子模型 DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型 彎曲時空模型 板快構(gòu)造模型 大氣環(huán)流模型等 廣義的還包括數(shù)學(xué)模型 理想模型是其特殊類型 它是將對象本質(zhì)屬性和基本過程以最純粹形式甚至以某種極限狀態(tài)呈現(xiàn)出來 即經(jīng)科學(xué)抽象的產(chǎn)物 是邏輯與非邏輯方法綜合運用即創(chuàng)造性思維的結(jié)果 其具有流動性 互補性和條件性等特征 它具有解釋 判據(jù)和預(yù)見功能 2 理想實驗方法 理想實驗是主體運用理想模型在思想中塑造理想過程 并進行嚴密邏輯推理的一種思維方法 它是進行思想操作的理想模型法 是一種假想的實驗方法 其建立必須以科學(xué)事實為基礎(chǔ) 并充分發(fā)揮三類思維方法的綜合功能 如Galileo關(guān)于慣性運動的理想實驗 Einstein相對論中的同時性的相對性 慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量的等效性等理想實驗等 它們都具有解釋 判據(jù)和預(yù)見功能 三 系統(tǒng)分析控制方法 詳細內(nèi)容參見 張功耀 科學(xué)技術(shù)哲學(xué)教程 M 長沙 中南大學(xué)出版社 2001 4 276 285 即第九章第六節(jié)的內(nèi)容 四 科學(xué)理論系統(tǒng)化方法 詳細內(nèi)容參見 張功耀 科學(xué)技術(shù)哲學(xué)教程 M 長沙 中南大學(xué)出版社 2001 4 286 307 即第九章第九節(jié)的內(nèi)容 一 公理化方法 詳細內(nèi)容參見 張功耀 科學(xué)技術(shù)哲學(xué)教程 M 長沙 中南大學(xué)出版社 2001 4 298 301 即第九章第九節(jié)第一部分的內(nèi)容 二 歷史與邏輯的統(tǒng)一 詳細內(nèi)容參見 張功耀 科學(xué)技術(shù)哲學(xué)教程 M 長沙 中南大學(xué)出版社 2001 4 298 301 即第九章第九節(jié)第二部分的內(nèi)容 三 從抽象上升到具體 詳細內(nèi)容參見 張功耀 科學(xué)技術(shù)哲學(xué)教程 M 長沙 中南大學(xué)出版社 2001 4 298 301 即第九章第九節(jié)第三部分的內(nèi)容