科学技术方法.ppt

第四节是指探索科学技术方法、4.1科学研究方法、4.2技术发明和技术创新方法、4.1科学研究方法、科学研究方法或科学认识方法，一般是指探索自然现象、自然过程和自然规律公开活动的科学理解主体应用的方法。不同的标准，方法的表达类型也不同。在科学认识结果的整个过程中，科学研究方法包括科学发现方法和科学证明方法。从对其成果的分层分析开始，获得科学事实的方法和构建、测试和评价科学理论的方法之间存在差异。而且它们彼此区分，相互联系，被称为有机统一的整个方法。4.1.1如何获得科学事实，如何获得科学事实或地壳物质，也是检验和评价理论的最重要和最重要的标准。这包括科学观察、测量、科学实验等。1.科学观察方法，即所谓的科学观察方法，是指主体在一定的理论指导下通过感觉器官或通过科学仪器自然发生的自然现象，目的、有计划地调查和记录，即认识客观事物，获得科学事实这种官能物质的科学研究方法。科学观察方法的特点，(1)它是主体的目的，计划的认识活动；(2)在自然发生的条件下进行科学研究的一种方法；(3)客观性和主观性的统一。可以根据科学观察方法的种类，(1)主体与主体关系的疏远程度，分为直接(肉眼)和间接(仪器)观察方法；(2)根据观察结果的陈述特征，分为定性和定量观察方法。(3)根据目的，包括记录(获取感性资料)和检查(将结果与现有标准比较)观察方法；(4)根据它是否结合实验，分为自然和实验观察方法。科学观察方法的基本原则，1)客观性要求观察者按照研究对象的本来面目观察和反映它。第一，我们必须避免凝固和僵化任何假设或预测。第二，要排除幻想和幻想的干扰。(2)在综合性要求观察中，尽量观察研究对象的各个方面、各种因素、各种关系及各种规定，确保丰富完整的科学事实，努力客观地反映事物的全貌。3)典型的注意是在选择具有代表性的对象和干扰较小的观察环境时非常必要的。科学观察方法的功能，(1)是科学认识的源泉；(2)是检验科学理解的真正合理性的标准。1916年，爱因斯坦提出了广义相对论。根据这个学说，他预言光在重力场中会有弯曲的效果。根据天文学计算，全蚀可能发生在1919年5月29日，此时金牛座的非库星团就在太阳附近，天气好的话，至少可以拍摄13颗明亮的星星。爱丁顿抓住了这个机会，就在当年5月组织了探险队，赶到非洲普林西比岛，利用日全食来测量星光弯曲的效果。结果，测量出的恒星偏离了角度值(1.61 0.30s)，与爱因斯坦的预言值(1.7s)完全一致，从而验证了广义相对论的正确性。一夜之间，爱因斯坦成为了世界著名的伟大科学家。(3)由于研究对象的特性，当主体实际上很难在研究对象上发挥作用，即主体还介入，无法控制对象时，观察可能是比实验更主要的方法。一般来说，天文学、地球科学、气象学、动植物学等领域不能进行准确的实验研究，因此，这些领域的知识大都以假说的形式确立，这种科学假说成立的前提是观察。威格尔大陆漂移理论；朱克真中国近五千年气候变迁的初步研究本书；德国开普勒没有死谷观测结果，未能提出行星运动的三个定律。2，科学实验方法、实验方法和观察方法是科学理解主体作用于对象的基本方法。两者相互区分，相互依存。后者是前者的前提，前者是后者的发展。在现代科学认识过程中，其关系更加加密，不能分离。尤其是在以初乳观、右观、微观、微观世界为对象的探索中。，人工介入、控制或模拟自然现象和过程的科学实验方法的概念，根据特定的研究目的，表示有利于研究的科学方法的纯典型形式。实验方法的特点，(1)可以简化和纯化实验对象。这样，为了确认杨振宁提出的“药物相互作用虞卿不保存”假说，195657年进行的吴建雄共核衰变实验。(2)加强研究对象(营造超高温温度、压力、磁场等自然条件下很难出现的环境条件)。就像1911年卡曼林尼兹发现“超导”现象实验时一样。(3)对象属性及其变更进程可以重复。(4)可以模拟特定的自然现象和过程。就像1953年米勒在原始还原性大气条件下模拟氨基酸生成过程的实验一样。根据实验方法的类型、实验目的、特性、作用，包括以下类型：定性和定量实验；原因(因果探索)实验；控制实验(通常用于生物学、医学、农业科学等)；裁判实验(判断同时共存，相互对立的假设中，哪一个是对的，哪一个是错的)；模拟(数学物理模型)实验；此外，根据其手段、条件，可以分为直接和间接、实验室和现场、土地和空间、实物和思想或理想实验；根据对象运动形式的不同，有物理、化学、生物学、心理实验等。实验的一般程序、开发实验程序实施操作结果的分析和处理、3、观察和实验的认识论问题、科学观察和实验中主要是“渗透理论观察”、测量问题、观察的客观性和观察实验的机会等认识论问题。1)“渗透理论观察”，(1)观察包括认识、判断和观察三个要素，三者之一是不可缺少的；(2)观察对象与理论或先行假设所启示的期望和观察者接受训练有密切关系。(3)观察对象的说明依赖于理论、观察者知识背景和经验。(4)观察对象和观察场所的选择很大程度上受理论、观察者知识结构、心理倾向(爱好等)的影响。爱因斯坦说：“决定我们能观察到的东西的理论。只有关于自然规律的理论知识才能让我们从感官印象中推断出基本现象。”，2)测量问题，即在右观和微观领域测量中，主体(实验者)、工具(测量系统)和对象(实验对象)之间的相互作用所产生的测量结果或信息是否真实，测量系统是主体根据实验设计选择的仪器、设备、测量手段等组成的系统，是主体的扩展，也是主体和事物之间的中介。结合主体和目标的双重属性。其功能是“编码”对象信息并将其传递给主体。随着精度、分辨率等性能的提高，可以(粗略地)真实地表示宏对象的状态。但是微对象的特殊性很容易导致测量信息的失真。海森堡不确定性原理等。3)观察的客观性问题。这是指仪器等工具的介入，观察是否客观、实际的问题。仪器表征理论，假说，理论可以颠倒，假说可以伪造。因此，为了加强和确保观察的客观性，必须从以下方面着手：(1)结果可用标准方法重复。(2)以科学理论为指导。(3)保证观测实验的高密度。4)观察实验中的机会问题，瑞士化学家雄番在厨房以纤维素为原料合成其他大分子实验时，洒了一瓶硫酸和硝酸脂的混合物。他抓住妻子的棉围裙擦了擦，放在炉子上烤了。不料围裙“噗”地着火了，但没有冒烟。在这种宗旨的现场灵感下，发明了威力大、不冒烟的强力炸药。1830年，他用机智的笔触描述他发现了钒，西弗斯特穆说：“宇宙的极光里住着美丽的女神。有一天，有人敲响了她的门。女神懒了，等第二次敲门，谁知道这客人敲门后去了。她急忙打开窗户看，是谁？她自言自语地说：“啊，惠勒！”他再敲一次就看不到女神了吗？几天后，又有人来敲门，一次也没有敲，继续敲，女神打开了门，作为西弗斯萝卜，彼此见面，产生了钒。“4.1.2构建科学理论的方法根据性质、特性等，构建科学理论的方法主要包括逻辑和非逻辑思维、科学假设和理想实验、系统分析控制和理论系统化方法等类型。”，1，逻辑和非逻辑思维方式，逻辑思维方式是主体在科学认识过程中对概念、判断、推理等思维形态的帮助下，遵循一定的逻辑规则，揭示事物本质或规律的理论思维或抽象思维方式最普遍、最基本的科学思维方式。不符合逻辑的思维方式是指不受固定逻辑规则等限制的间歇性、跳跃、突发、创造性的思维方式。1)从逻辑思维方式、历史发展的角度来看，逻辑思维方式在形式逻辑中经历了辩证逻辑、数学逻辑、模态逻辑等多个阶段的表现形式。具体类型主要有模拟、归纳、演绎、分析、综合等。在科学认识论和方法论中具有非常重要的地位和作用。逻辑思维形态、形式逻辑和辩证逻辑两种最重要的逻辑思维形态。系统的形式逻辑是亚里士多德首创的，由培根、穆勒、笛卡尔等引导，到了19世纪，现代形式的数学逻辑或符号逻辑得到了发展。辩证法逻辑是由黑格尔创立的，并由马恩列等发展起来的。逻辑思维方式类型及其特性，是整理科学事实的基本方法，逻辑思维方式的特性通过每种类型的方法特性实现。(1)刘非：以一些类似或相同的方式推出其他方面。(2)导波：从个别到一般；(3)扣除额：从一般到个别；(4)分析：将整体分解为部分、侧面、特性和元素。(5)合成法：将各部分和各元素有机地连接起来，对其本质规律进行整体考察。逻辑思维方式的功能，逻辑思维也是创造性思维的一种，具有以下基本功能：(1)已经扩大知识，获得新知识的工具；(2)规则严格、准确，成为判断的依据，证明了科学知识合理性的逻辑。(3)是预见科学事实，提出和验证假设的工具。(4)认识是从现象到本质、引导科学发现的重要条件，也是构建科学理论体系的重要工具。2)由形象、联想、想象等构成的形象思维、直观判断、灵感等构成的直观思维、发散或发散、收敛、收敛等构成的创造性思维方式等非逻辑思维方式。他们在科学认识过程中也起着不可忽视的重要方法论作用。形象思维方式，是指以将对象的特定形状或姿势反映为图像的感性认识为基础，主体通过形象、联想、想象力等揭示对象本质和规律的思维形态。与逻辑思维的抽象相比，它具有像形象性、形象性(对事物形象进行形象分析综合把握的一般特征)等特点；具有直观阐明物体本质规律、极度简化、纯化物体、使物体成为图像(人工自然物等)的功能。(1)联想，广义联想是指一个事物思考另一个事物的思维活动。包含了属于感性认识范畴的感性形象引发的印象联想，属于理性认识范畴的形象和概念的联想。后者还有形象和非形象的区分。形象联想是从一个形象想到另一个形象的思维活动，非理性联想是指概念联想。形象联想具有以下特点。反映形象之间的关系，把握其内容。是关于形象的端正的思维形式。通过类比揭示图像之间的差异、相似性或接近性。，(2)想象力是指主体以某种科学事实和已知知识为基础，使思维自由，整理、处理、改造、组合头脑中各种观念或思维的要素，理解事物的本质和规律的过程。其功能是让主体在没有逻辑思维所需的足够知识的情况下做出决定，得出结论，从已知对象联想到未知对象，构思未知对象的鲜明形象。想象AlbertEinstein在建立狭义相对论的过程中以光速奔跑的情景。建立广义相对论时，假设光线通过升力弯曲。Thomason，NielsBohr根据实验事实制作了各种原子模型。直观的思维方式，直观的思维方式是不拘泥于一种固定的逻辑规则，直接认识事物本质的思维方式。直接理解事物本质的这种思维能力也称为直觉力或思维洞察力。这种思维形式具有不符合逻辑、继发性、独创性等基本特征。而且，还有寻找事物联系，优化事实，预见事实，构建科学理论的功能。直觉判断(最基本的形式)、想象力、灵感等是主要类型。具体内容如下。(1)表示对客观事物及其相互关系的快速识别，敏感的认识，直接理解，综合判断。由此形成的能力是思维的洞察力。直觉判断不是反星逻辑，而是从整体上直接掌握对象。美国化学家鲍林用量子力学等知识综合了很多事实的想法，凭直觉创造了关于化学键的共振论。“我凭着好奇心的直觉，觉得通过化学键可以解释物质的本质。”爱因斯坦创立了狭义相对论。(2)是指主体反复探索，对尚未解决的问题，受到某种偶然因素的启发，产生顿悟思考的过程。在科学(通向文学和艺术的地方)历史上，许多伟大的科学家在做出卓越的科学发现时，没有深思熟虑，没有尽才智和心力，但在偶然之间实现了闪烁的定性飞跃。爱因斯坦创立狭义相对论时，曾有过不连续粒子(牛顿)力学和连续电磁场(麦克斯韦)理论之间矛盾难以解决的难解经验，但突然受到启发，认识到“并发性的相对性”问题。科学史不朽的篇章论东的电动力学(1905年9月在物理学杂志上发表)仅5-6周就完成了。4.1.3，科学假说和理想的实验方法，虽然科学假说和理想的实验是两种性质截然不同的思维方式，但两者之间有更密切的关系：其目的和作用都是为构建科学理论而服务的；在科学事实得到确认之前，这只是一种推测或假设。1 .科学假说，1)科学假说：基于已知科学知识和科学事实的未知自然现象及其规律性的推测性解释和解释是自然科学理论思维的重要形式。2)特点：科学：基于科学事实和知识。假设：对事物本质和规律的推测。可变性：不确定性(对材料的认识观点不同)3)建立假设的方法论原则(1)解释原则：可以解释和解释范围内已知的所有科学事实，与研究对象范围内已知的科学事实不矛盾。(2)应对原则：在一定范围内，包容原理论无法解释的事实，原理论作为新假设的特例。(3)简化原则：逻辑简单。(奥卡姆剃刀)(4)检查性原则：原则检查性；技术上的可测试性，2 .思想模式和理想实验方法、思想模型和理想实验构成了主体在科学认识活动中比较常用的科学理论方法，具有特别重要的意义。思想模式，这是指主体不从事科学研究而建立的原型的高度抽象的思想对象和思想事物。原子模型、层模型、DNA双螺旋结构模型、曲线时空模型、板块快速结构模型、大气循环模型等。广义还包括数学模型。理想模型是一种特殊类型。将对象的本质属性和基本过程从最纯粹的形式到甚至是某种极限状态科学抽象的产物的逻辑和非逻辑方法综合使用的创造性思维的结果。具有流动性、互补性和条件特性。具有分析、基准和预测功能。3，理想的实验方法，理想的实验是主体使用理想的模型，形成思想的理想过程，密切逻辑