经典、现代科研方法(二)

第二讲经典 现代科研方法 科研方法一般可分为 经典科研方法和现代科研方法这两大类 一 经典科研方法主要分逻辑方法 经验方法 数理方法 一 逻辑方法 包括 归纳 演绎 类比等 1 归纳法 由特殊推到一般 概念 将个别的 具体的事实概括出一般原理 是一种与演绎相反的逻辑推理方法 其前提是若干个事实 结论是得到普遍性的判断 如 农作物选种能使产量提高 铁生锈是氧化的结果 类型 分完全归纳法和不完全归纳法 后者又区分为简单枚举归纳法和科学归纳法两种 1 完全归纳法 根据某种事物都具有某种属性 从而推论出这种事物都普遍带有此种属性 钢铁能导电 凡金属都有导电性能 2 简单枚举法 通过简单列举某一类事物中的一部分对象都具有某种属性 由此推理到全部 概括出这一类事物的所有对象都具有此种属性 此法使用方便 对研究事物进行初步概括 提供方向 常常会获得重要成果 缺点是以偏概全 如 凡是鸟类都会飞翔 但有一种不会 3 科学归纳法 根据对某一类事物中的一部分对象与某种属性之间的因果关系的研究 推理出这一类事物中所有的对象都具有此种属性的逻辑推理方法 科学归纳法又称 穆勒五法 又分为求同 存异 共用 共变 剩余法五种形式 其中求同法和存异法是最基本的方法 2 演绎法 由一般到特殊 与归纳法相反 此法由解析几何的创始人 法国人笛卡尔提出 是科研工作中十分重要的思维方法和表述方法 概念 从一般到个别的逻辑推理方法 其前提和结论之间的联系是必然的 植物可以杂交 杂交水稻获得大面积丰产 主要形式 三段论 大前提 一般原理 如化学元素在一定条件下都能发生化学反应 小前提 特殊场合 如惰性气体是化学元素 结论 将小前提归纳到大前提 得出新的结论 如惰性气体在一定条件下确实能够发生化学反应 条件 须满足两个条件 前提必须真实 逻辑关系必须正确 3 类比法 以比较为基础 能发现研究对象的新特征 新规律 此法是通向科技创新的桥梁 也是衡量一个人的思维是否具有创造性的重要标准 如 荷兰物理学家惠更斯根据声和光都具有一系列相同的性质 而声却具有波动的性质 由此他推出 光可能也有波动的性质 的概念 从而产生了当今专门研究光波的学科 特点 具有逻辑性和直觉性 具有很大的创造性 能发现新的规律 从而推动科技发明和创造 4 其他逻辑方法 1 分析与综合 二者可相互转化 实现分析 综合 再分析 再综合 不断深化发展过程 2 抽象与具体 抽象是具体的基础 具体是抽象的综合 无抽象作基础 就无法形成思维中的具体 二 经验方法 包括 观察 实验 测量 统计 这四种典型的经验方法对形成 发展 检验科学理论和技术创新 都起着重要作用 是科研工作中收集材料 获取事实的一种基本方法 1 观察 人类通过自身感官或借助科学仪器有计划 有目的地获取科学事实的一种认识活动 特征 不干预 不控制自然现象 使观察对象处于自然状态 作用 科学始于观察 获得第一手原始资料 成为科学发展的基础和科学知识的起点 类型 分肉眼 仪器 定性 定量的观察 2 实验 利用实验仪器 设备等手段 主动干预或者控制研究对象 形成特定的条件或典型的环境 以探索事物发展的规律 特征 人为地干预自然 控制研究对象 主动变革自然 作用 简化研究对象 强化自然现象 再现自然现象 延缓或加速自然过程 类型 根据实验的方式 作用 结果 场所 对象等不同分别有多种分类方式 3 测量 对确定的研究内容进行观测与量度 这是属于定量研究的方法 要求 准确性 完备性 互斥性 变量的取值互不相容 指标 建立指标 便于精确描述被测量对象的某一特征 信度 可靠程度 分内容 人员 对象 环境 4 统计 运用统计学原理 对研究数据进行综合处理 以揭示事物内在规律的方法 特征 数量性 技术性 条件性 作用 分析解释 简化描述 判断推理 类型 分为描述分析和统计推论两种 局限 样本有限性 参量模糊性 研究对象的限制 三 数理方法 不仅指数学和物理的科研方法 还包括与物理学相关的工学中的科研方法 数学 简明 精确的形式化语言 是自然科学皇后 人类的第二语言 理学 研究物质内在规律的科学 1 数学方法 构建数学模型 科学概念符号化 公理化 进行逻辑运算和推导 定量揭示事物的客观规律 是研究自然科学最有力的工具 1 特点 抽象性 逻辑性 精确性 广泛性 2 作用 提供形式化语言 理论计算方法 逻辑推理工具 3 运用 建立数学模型 求解 解释 2 模拟实验 人为建立或选择一种与研究对象相似的模型 通过实验 将结果类推到原型中去 以揭示其本质和规律 3 理想化方法 突出研究对象的主要因素 进而开展规律性探索 这是一种对问题本质高度抽象的研究方法 4 科学假说 根据已知的科学事实和原理 对所研究的自然现象及规律性提出一种试探性的看法或猜测性的说明 这是科学理论思维的一种重要形式 自然科学的形成和发展 都经历了一系列的假说过程 如 门捷列夫的化学元素周期率 惠更斯的光波概念 特征 科学性 假定性 多样性和易变性 构成 事实基础 理论依据 猜测 预言和预见 二 现代科研方法 老三论 系统论 控制论 信息论 新三论 耗散结构理论 协同学理论 突变理论 一 系统论 具有逻辑和数学性质的一门新兴学科1 概念 利用多个相互联系 作用的要素来控制 管理 改造或创造系统 使它的存在与发展合乎人们的需要 其目的在于调整系统结构 使系统达到优化目标 2 特征 集合性 相关性 层次性 整体性 环境制约性 动态性 目的性 3 程序 制定目标 设计方案 建立模型 优化方案 改进设计 检验目标4 作用 高效管理 科学决策 指导作用 二 控制论 由早期研究概率和函数的美国数学家维纳创立 钱学森首次将该论应用于我国的工程技术领域 1 概念 是研究动物 人类 和机器内部的控制与通信的一般规律的学科 其着重研究过程中的数学关系 包括 信息论 自动控制系统理论和电子计算机理论 2 控制过程 分确立标准 衡量成效 纠正偏差这三步 3 在管理上的应用 及时准确处理信息 使计划管理处于最佳状态 便于比较 择优 有效进行预测 三 信息论 由美国数学家申农首创 1 概念 是信息加工传递和储存的一种统计理论 也是运用概率论和数理统计方法研究信息的一门应用数学学科 信息的传输和压缩是信息论研究中的两大领域 2 信息的特点 普遍性 存储性 传输性 扩充性 压缩性 转化性 扩散性 分享性 3 人类社会发生的四次信息技术革命第一次 人类创造了语言和文字第二次 造纸和印刷技术的发明第三次 电报 电话 电视及其他通讯技术的发明和应用第四次 电子计算机和现代通讯技术的应用 四 耗散结构理论1 概念 研究某种事物在非平衡状态下 零乱 分散 无序 通过物质和能量的交换 转变为有序结构行为的理论 该理论首创者 比利时人普里高津的名言 非平衡是有序之源 系统只有在远离平衡的条件下 才有可能向有秩序 有组织 多功能的方向进化 该理论打破了平衡与非平衡 可逆与非可逆 简单与复杂等截然对立的界限 是全新的科学观和方法论 五 协同学理论 由德国物理学家哈肯于1977年创立 1 概念 研究在一定条件下 组成系统的各元素由于存在相互影响和协同的作用 而由旧的无序结构转变为新的有序结构所形成的规律 是处理复杂系统的一种全新方法 2 作用 为人类从已知领域进入无知领域提供了一种处理问题的策略和手段 如何相互协同从无序到有序的演化 六 突变理论 由法国数学家雷内托姆197