创新思维与系统思维

第6课创新思维与系统思维 科学技术的本性和生命力在于继承基础上的创新 科学技术研究方法有三类 适用于某些学科的特殊研究方法 如光谱分析方法 化学催化方法等 适用于各门自然科学技术的一般研究方法 如科学实验方法 数学方法 系统方法等 适用于自然科学 社会科学 思维科学的普遍研究方法 如哲学方法 分析方法 归纳方法等 自然辩证法的科学技术方法论主要研究第二类方法 科学技术方法论是关于自然科学技术研究中常用的一般方法的理论体系 一 科学抽象与归纳 演绎二 批判思维方法与创新思维方法三 数学方法与系统思维方法 一 科学抽象与归纳 演绎 1 科学抽象科学抽象是在科学研究过程中运用理性思维 排除研究对象的非本质的 表面的 偶然的因素 抽取其本质的 内在的 必然的东西 以达到对研究对象的本质和规律性认识的一种理性思维方法 科学抽象是对科学事实的抽象 而科学事实是通过科学观察 实验和调查等实践活动获得的 所以 科学抽象必须以科学实践为基础 科学抽象的形式 1 科学符号 被研究和认识的某种客观事物的替代物 它具有物质性 可感知性 2 科学概念 反映事物本质属性的思维形式 是理性思维的三种基本形式之一 3 思想模型 通过科学抽象建立起来的关于事物原型的思想客体 4 理想实验 经过科学抽象 把实验条件抽象到理想化程度 在思维中模仿真实实验的结构和形式 借助于科学想象和逻辑推理而进行的实验 2 归纳与演绎归纳是从个别事实中概括出一般性结论的思维方法 是一种由个别性前提过渡到一般性结论的推理形式 包括完全归纳法和不完全归纳法 S2 p S1 p S3 p S4 p S p S1 p S2 p S p 完全归纳 不完全归纳 演绎是从一般原理走向个别结论的思维方法 是由一般性原则推导出个别结论的推理形式 它由前提 逻辑规则和结论三部分构成 这两种方法不可分割 二者互为前提 互相补充 综合应用 S p M S M p 大前提 小前提 结论 归纳与演绎的关系 归纳是演绎的基础 演绎是归纳的指导 二者在一定条件下可相互转化 要建立归纳和演绎相统一的思维模式 二 批判思维方法与创新思维方法 1 批判思维方法批判思维方法是以批判性思考或反思的方式质疑和评估思考过程和结果的思维方法 质疑别人陈述和观点的准确性 追问这些陈述和观点背后隐藏的含义 扩展探索性问题的深度和广度等 其特征是努力认识到许多固有的观念都可能有错 需要对思考过程和研究结论做出实验 逻辑的检验 在做出判断 形成观点时 识别和避免思维中常见的谬误 2 科学技术创造科技创造是运用科技知识和技能 改变 控制和调节客体 创造出前所未有的产品的活动 是科学技术研究中的创造性活动 科技创造分为科学发现和技术发明 科学发现 把被掩盖的东西揭示出来 即把已经存在但不为人知的事物找出来 或把客观存在的规律加以阐明 技术发明 创制或造出过去不曾存在的东西 即创造出世上本没有的器物 技术 方法等 科技创造的基本过程 1 准备阶段 问题的提出 2 酝酿阶段 问题的求解 3 显智阶段 问题的突破 4 检验阶段 问题成果的证明和检验科学研究的一般程序 确定科研课题 获取科学事实 进行思维加工 科学实践检验论证 建立理论体系 3 创造性思维创造性思维与常规性思维1943年 德国的韦特海姆发表 创造性思维 创造性思维是研究者在原有的知识和经验基础上 运用与探索对象及探索过程相匹配的 独特的科学思维方法把握对象的本质和规律 从而获得新思想 新观点 新理论 新方法的思维活动 是能够提出创见的思维 创造性思维不是一种独立的思维形式或方法 它具有组合各种思维方法 灵活调用各种思维方法的特性 创造性思维的基本特征 思维方向的求异性 思维结构的灵活性 思维进程的飞跃性 思维表达的新颖性 思维效果的整体性 创造性思维没有固定的程序或模式 费耶阿本德 怎样都行 创造性思维的机制问题 人脑不仅具有感官所提供的各种信息 实践经验的背景知识 判断能力 而且在生理结构上的机制表现出它要对众多信息进行加工 同时人的分析能力是无限的 这便成为创造性思维的基础 人的思维是由许多较小 较细 较复杂的思想元素组合而成的 人脑具有将这些思想元素加以整理和重新组合编排的功能 创造性思维的机制就是这些元素重新组合的过程 需要弄清人脑对信息是如何存储的 即记忆 语词信息的承担 意象以及逻辑联系的过程等 思维是人脑的机能 人脑右半部分的功能主要是以形象思维的形式产生创造性的设想等 而人脑左半部分的功能主要是以抽象思维的形式进行分析 论证等 在创造性思维活动中 人脑左右两个部分既各司其职 又协同工作 产生设想和分析论证两个过程相互联系 交叉进行 使创造设想很快得以完善 产生创造性的思维成果 人脑机能的充分发挥 是创造性思维发挥的生理基础 创造性思维的心理机制主要是指显意识和潜意识在创造性思维活动中的协同作用问题 显意识是人自觉意识到并能加以控制的意识活动 包括知觉 感觉 判断 推理 情感 意志等 潜意识是人意识不到 不能自觉控制的心理活动 显意识和潜意识是人脑对客观事物反映的不同层次 创造性思维的发挥是以显意识和潜意识的协同作用为心理基础的 记忆是创造性思维的前提和基础 记忆包括感觉记忆 短期记忆和长期记忆 在记忆中有两种机制与科技发现 发明的创造性思维过程有密切联系 一种是存入编码的机制 另一种是选择提取的机制 人依赖于记忆的语义网络结构来调用信息 记忆力是想象力 思维力和创造力的基础 而想象力又是思维力和创造力的基础 意象是创造性思维的元素 思维需要意象 意象包含着思维 意象不同于知觉 意象是暂时的 不稳定的 而且所展示的信息是有限的 意象有直接记忆意象和创建意象 意象可以增强记忆 在识别中发挥作用 有助于解决问题 语言是创造性思维的一个重要的符号元素 创造性思维是逻辑方法与非逻辑方法的整合 发散思维与收敛思维的整合 抽象思维与形象思维的整合 理性直觉与理性自觉的整合 一个足以完成科学创造过程的创造性思维 必定是逻辑方法与非逻辑方法的辩证统一和综合应用 逻辑方法与非逻辑方法是创造性思维得以发挥的两个翅膀 相互补充 相互协同 创造性思维是逻辑联系与心理过程的统一 逻辑型创造性思维 逆向思维 置换变换思维 离散思维 类比 移植等 非逻辑型创造性思维 发散思维 收敛思维 想象 联想 隐喻 直觉 灵感 顿悟 集体智慧法 头脑风暴法 希望点列举法等 发散思维是指从一个目标出发 思维向不同的方向发散 沿着各种不同的途径去思考 探求多种答案的思维方法 它具有流畅性 灵活性 独特性等特征 又称 求异思维 放射思维 收敛思维是指尽可能利用已有的知识和经验 思维始终集中于同一个方向 探求一个正确答案的思维方法 它具有简明化 条理化 逻辑化 规律化特性 又称 求同思维 聚合思维 两者要有机结合 相辅相成 相互配合 要在发散思维与收敛思维之间保持思维的张力 只发散不收敛 则劳而无功 只收敛不发散 则难有创造 4 类比与移植 交叉和跨学科研究方法类比推理是根据两类对象之间在某些方面 属性 的类似或同一 推断它们在其他方面 属性 也可能类似或同一的逻辑思维方法 类比推理在科研中具有启发思路 提供线索 举一反三 触类旁通的作用 类比推理是提出科学假说的重要途径 是设计实验的逻辑基础 类比推理具有一定的局限性 应扩大类比的范围 增强已知属性与未知属性之间的相关性 提高其可靠性 类比的逻辑推理形式 A对象具有属性 a b c dB对象具有属性 a b c 所以 B对象也可能有属性d 移植方法是汲取和借用一个研究领域或一个研究对象的理论成果和科学方法 运用于其他研究领域或对象 特别是新领域和新学科 的一种思维方法 它包括概念的移植 对象的移植 方法或技术的移植等 学科交叉方法 两个以上的学科之间在面对同一研究对象时 从不同学科的角度进行对比研究的方法 学科交叉的意义 发现单一学科发现不了的性质 属性 方面等 对事物进行多样性认识 跨学科的方法 通过多学科的协作共同解决同一问题的方法 它从研究对象或问题出发 撇开学科壁垒 在更上一级实现综合 较为重大的科学研究 工程技术研究以及社会科学研究的问题常常需要跨学科的研究 如纳米技术 转基因的研究 5 形象思维形象思维是在感性认识的基础上 通过意象进行联想和想象 以揭示对象的本质和规律的一种思维方法 逻辑思维的 细胞 是概念 而形象思维的 细胞 则是意象 意象是对同类事物形象的一般特征的反映 形象思维的一般思维过程 运用意象进行联想和想象 逻辑思维的一般思维过程 运用概念进行判断和推理 爱因斯坦 想象力比知识更重要 因为知识是有限的 而想象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 严格地说 想象力是科学研究中的实在因素 物理学家玻尔 科学家要有 疯狂的想象力 希尔伯特 数学家比诗人更需要想象力 他曾对人谈到自己的一个学生因为想象力差而改行当诗人去 加拿大学者邦格 创造性想象富于形象 它能够创造概念和概念体系 这些概念在感觉上没有和它相应的东西 但是在现实中是有某种东西和它对应的 因此它孕育着新奇的思想 美国科学家布罗诺夫斯基 想象就是人脑中形象的操作 文学 艺术的操作以及理性的操作都属于这种想象 想象是构成形象并使它们以新的排列移入人脑的能力 6 直觉思维直觉是指不受某种固定的逻辑规则约束而直接领悟研究对象某种特性或要害的思维过程 这种领悟以研究主体长期的经验积累为基础 它具有直接性 迅捷性 或然性等特性 科学研究中 对机遇能迅速捕捉 并能对其蕴涵的科学价值做出准确的判断 是科学直觉能力的重要表现 科学直觉有时还伴随着灵感 顿悟的特殊心理体验和心理过程 灵感是指研究主体对所要研究的问题百思不解时 有时通过意识的积淀而孕育 通过某种触媒诱发而突然贯通 瞬间迸发出破解问题的思想闪光或认识的思维过程 它是突然出现的 瞬息即逝的短暂思维过程 顿悟是指当思考某个问题长期得不到解决时 在某种时刻突然茅塞顿开 豁然开朗 使问题得到解决的思维过程 从发生看 它们是一种突发性的创造活动 从过程看 它们是一种飞跃性的创造活动 从成果看 它们是一种突破性的创造活动 它们的突然性只是形式上的 实际上 它们是大脑长时间准备 思维特别紧张 注意力高度集中所产生的一种必然结果 科技史上的许多重大科学难题往往就是在直觉和灵感的顿悟中奇迹般地得到解决 如凯库勒发现苯环的结构 三 数学方法与系统思维方法 1 数学方法数学方法是关注事物的形式和抽象结构的思维方法 它通过抽象的方式表达事物的空间关系和数量关系 恩格斯 数学 辩证的辅助手段和表达方式 数学模型是指用形式化的数学语言对研究对象的本质特征或基本过程进行数量或空间形式方面的描述的数学表达式 如数学方程 组 图 表格等 数学模型方法是通过建立和研究对象的数学模型来揭示对象的本质特征和变化规律的方法 数学模型的基本类型 确定性数学模型 随机性数学模型 突变性数学模型 模糊性数学模型 运用数学模型方法的一般步骤 抽取数量关系 建立数学模型 对数学模型求解 对模型的解做出解释和评价 形成对实际问题的判断或预见 数学统计方法 对大量的随机现象进行有限次的观测或试验的结果进行数量研究 并依之对总体的数量规律性做出具有一定可靠性推断的数学方法 数学实验方法是一种新的科学认识途径 数学实验方法是把计算机技术和数学方法结合起来 在计算机上对系统的数学模型进行试验 以求得对原型的规律性的认识的一种数学方法 它是在计算机上以数学方法设计实现的理想实验 数学实验与一般的实验不同 它是在真实实验与纯粹的演绎推理之间的一种认识自然规律的新方法 是用相应的数学语言对客体进行描述的 实验 2 系统思维方法系统科学是探索系统的存在方式和运动变化规律的学科 是对系统本质的正确反映和真理性认识的知识体系 它已形成一个学科群 系统论 信息论 控制论 耗散结构理论 协同学 突变理论 超循环理论 混沌理论 非线性科学 复杂性科学等 系统思维方法是指20世纪40 90年代出现的系统科学所采用的一系列方法的总和 包括系统论方法 控制论方法和信息论方法 以及自组织理论 耗散结构理论 协同学理论和超循环理论等 方法 1 系统分析与系统综合相结合的方法一般系统论是奥地利生物学家贝塔朗菲创立的 其思想源于解释生命现象的有机论观点 系统论方法是把研究对象看成系统 从系统整体出发 辩证地处理整体与部分 结构与功能 系统与环境 功能与目标之间的关系 以实现系统整体最优化的方法 系统论方法应用的原则 既使整体最优 又不使部分损失过大 系统分析与系统综合相结合的方法 2 反馈控制方法控制论是1948年美国数学家维纳创立的 它是研究在动物和机器中通讯和控制的理论 控制论方法是以任何系统的功能行为为目标 通过功能模拟方法 黑箱方法和反馈控制方法的综合应用 使系统减熵增序 实现控制 以达到系统目标最优化的方法 反馈控制方法是通过信息的传输 处理与反馈对系统实施控制的方法 反馈方法 以结果反过来影响进一步产生事物或原因的思维方法 反馈方法的特点是根据系统过去的操作情况来调整系统未来的行为 一般是用负反馈来调节和控制系统做合乎目的的运动 反馈方法具有普遍适用性 适用于工程技术系统 生物系统 人体系统 社会系统等 它突破线性因果模式 形成双向因果链的新模式 丰富了因果关系的哲学范畴 反馈方式 正反馈 反馈信号与输入信号相同 对输入起着强化作用 其结果使系统的功能越来越偏离控制目标 造成系统的崩溃或解体 负反馈 反馈信号与输入信号相反 对输入起着抑制作用 其结果使系统的功能日益趋近目标 保持稳定有序的运行 前反馈 在输出结果刚要发生 尚未实际发生时提前进行反馈 其具有预测和防范作用 退反馈 它是人在系统中通过自我意识的比较作用 把行为研究与结构研究结合起来 从全面 综合 更高的层次上进行的反馈 控制方法 对事物的起因 发展和结果的全过程进行把握 预测 了解并决定事物的结果的方法 控制方法的核心是在系统视野中处理好控制主体与控制客体之间的辩证关系 黑箱是指内部结构和机理尚不清楚 只能通过外部观测和试验来认识其功能和性质的系统 黑箱方法是指不打开黑箱而利用外部观测从整体上考察黑箱的输入和输出信息的动态过程 了解其功能特性 以探求其内部作用机理和运动规律的一种方法 其根据是结构与功能的内在联系 结构决定功能 是功能的根据 功能是结构的表现并对结构有反作用 其实质是通过研究系统的功能 推测和模拟系统的功能 进而认识系统的结构 黑箱方法的作用 第一 为研究复杂系统和不能打开 不便打开的黑箱提供有效的工具 第二 可使黑箱逐步转化成灰箱 进而转化成白箱 功能模拟方法是在不知原型的内部结构和作用机理的约束条件下 仅根据原型与模型功能行为上的相似性来实现功能上的模拟的方法 采用功能模拟方法 要尽量做到使模型与原型在功能上相似 而不必去追求模型在结构上与原型相似 功能模拟方法的步骤 第一 系统地研究原型的功能 把握其主要内容 第二 确立与原型功能相似的模型 第三 进行模拟 成功以后用以说明原型的功能 并加以应用 功能模拟方法的作用 第一 是认识原型的一种手段 可通过功能模拟来揭示原型的秘密 代替或增进原型的功能和行为 第二 可模拟不能接触的事物的功能 第三 可用以仿生学研究 研制某些技术装置代替自然原型执行某些功能 第四 可用以脑科学与思维科学的研究 3 信息方法信息论是1948年美国数学家申农等人创立的 信息方法是指运用信息的观点 把系统的运动变化过程看作信息传递和信息转换的过程 通过对信息流程的前后变化状态的分析和处理 获得对系统规律性认识的一种系统科学方法 它以信息的运动作为分析和处理问题的基础 是一种基于信息的综合研究方法