科学方法论精品课件

1、科学方法论第1页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六第三讲 科学方法论（1）科学问题与科研选题、（2）科学观察与实验及其认识论问题（3）科学抽象与逻辑思维方法、（4）科学假说与理论第2页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六第1节 科学问题的提出一、科学问题二、科研选题第3页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六一、科学问题 1科学研究从问题开始（地位）2科学问题的含义3科学问题的来源第4页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六一、科学问题1科学研究从问题开始 波普：“科学研究始于问题” 理论依据： 总体看，旧理论的终点

2、， 新理论的起点。 具体过程看，问题的框 架，问题驱动和引导研究。波 普第5页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六一、科学问题 2科学问题的含义 “一定时代的科学认识主体，在当时的知识背景下，提出的关于科学认识和实践中需要解决而又未解决的矛盾，它包含着一定的求解目标和应答域，而尚无确定的答案。”第6页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六一、科学问题2科学问题的含义 一定历史时代的产物。 与科学认识主体的“欲求”以及智能状况相联系。 科学问题是有结构的第7页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2科学问题的含义一定历史时代的产物。 “以整

3、个时代的科学 技术发展水平来衡量” 时代背景还决定着 科学问题的内涵深度和 解决途径。希尔波特第8页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2科学问题的含义与科学认识主体“欲求”及智能状况相联系 “自然界本身不存在问题”、 “需要研究者去认识、提出” 第9页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2科学问题的含义科学问题是有结构的 “问题的指向、研究的目标和求解的应答域”。 丁肇中第10页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六3科学问题的来源 “来源于科学实践和生产实践”由科学理论和科学实践的矛盾能产生 由科学理论体系自身的内在矛盾产生由科学理

4、论之间的矛盾产生经验事实累积到一定时候产生 社会需求第11页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、科研选题“形成、选择和确定所要研究和解决的 课题”。 选题的意义； 选题的步骤； 选题的基本原则第12页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、科研选题1选题的意义 “提出一个问题往往比解决一个问题更重要。因为解决一个问题也许仅是一个数学上的或实验上的技能而已，而提出新的问题、新的可能性、从新的角度去看旧的问题，却需要创造性的想象力，而且标志着科学的真正的进步。” 爱因斯坦第13页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、科研选题1选题的

5、意义 如果你从肯定开始，必将以问题告终；如果从问题开始，则将以肯定结束。 培 根第14页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、科研选题 2科研选题的步骤文献调研和实际考察；提出选题；初步论证；评议和确定课题。第15页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2科研选题的步骤文献调研和实际考察 文献调研 准、新、全 实际考察第16页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2科研选题的步骤提出选题 文献综述； 研究意义； 研究的核心问题； 研究路线； 研究步骤第17页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2科研选题的步骤初步论证

6、立题依据 -合理性分析实施条件 -可行性分析 预期效果 -可用性分析第18页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2科研选题的步骤评议和确定课题 综合评价第19页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、科研选题 3科研选题的基本原则 需要性原则 创造性原则 科学性原则 可行性原则第20页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六3科研选题的基本原则需要性原则 科研选题必须满足社会需要和科学自身发展的需要。王 选第21页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六3科研选题的基本原则创造性原则 选出的课题应是前人未曾提出或没有解决的

7、问题。第22页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六3科研选题的基本原则科学性原则 科研选题应以一定的科学理论或科学事实为依据，把课题置于当时的科学背景之下。第23页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六3科研选题的基本原则可行性原则 所选择的课题要与自己的主客观条件相适应，即根据自己已经具备的或经过努力可以具备的条件进行选择。第24页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六第2节 科学事实的获取科学观察科学实验观察和实验中的若干认识论问题第25页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六一、科学观察 “在自然发生的状态下，对所

8、要研究的对象进行有目的的、有计划、有选择的感知活动”。 感知性；目的性 作用： -有助于研究课题的形成； -有助于科学假说的建立； -可以为检验科学假说和科 学理论提供事实依据。第26页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、科学实验 “人们根据一定的科学研究目的，运用科学仪器或设备等物质手段，在人为控制或模拟研究对象的条件下，获得科学事实的过程”。 特点： -简化和纯化研究对象； -强化研究对象； -再现、加速、延缓或模拟研究对象； -经济可靠。 第27页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、科学实验作用 -检验原理真理性的标准； -获得新假说、新理

9、论的直接来源，发展科学知识的手段，居里夫人第28页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、科学实验科学实验的规划 “除了假说的创造者，谁也不相信假说；除了实验的设计者，谁都相信实验。”密立根第29页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六 三、观察和实验中的若干认识论问题观察和实验与科学理论的关系实验对象与测量仪器的相互作用观察的客观性观察与实验过程中的机遇拉瓦锡第30页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六三、观察和实验中的若干认识论问题观察和实验与科学理论的关系 “观察渗透理论” a.有目的的感知活动，事先规划设计， b.不仅是接收信息

10、，同时也是加工信息。 c.陈述语言与特定的科学理论相联系结论： 把客观事物描述为科学事实时，理论框架一直在背后起作用。 “定向”，有选择的接收外界信息。 “加工改造”，理解到观察到的到底是什么。第31页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六爱因斯坦认为: “是理论决定我们能够观察到的东西”，“只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推出基本现象”。第32页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六三、观察和实验中的若干认识论问题实验对象与测量仪器的相互作用 实验者、实验对象、测量系统 -坚持微观客体的客观实在性。 -主体不可能离开测量仪器去研究

11、客体的性质。 -判定“信息”时，必须充分考虑测 量仪器与客体相互作 用的因素。海森堡第33页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六三、观察和实验中的若干认识论问题观察的客观性 客体性： 不依赖于我们的意识而存在的客观世界，它独立于主体，科学观察无法达到。 客观性： 客观世界在认识主体中的正确反映，在一定的科学认识条件下的客观结果，科学观察能够达到。 孟德尔豌豆实验第34页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六3、观察的客观性（1） 以正确的理论为指导（指导思想） 消除自然界中的假象，“眼见不一定为实”第35页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，

12、星期六3、观察的客观性（2）尽可能使用先进的科学仪器（物质基础） 纠正人感官在生理上的局限性造成的错觉 斯坦福直线加速器 第36页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六3、观察的客观性（3）使实验结果用标准的方法重演 防止偶然的失误或故意的弄虚作假 黄禹锡和干细胞风波 第37页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六3、观察的客观性（4）保持严谨的实事求是的学风 谨防先入为主与偏见巴斯德主张传染病是由微生物引起的 第38页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六3、观察的客观性 我要做的是使我的愿望符合事实，而不是试图让事实与我的愿望调和。我们

13、要像一个小学生那样坐在事实面前，准备放弃一切先入之见，恭恭敬敬的照着大自然指的路走，否则，就将一事无成。 赫胥黎第39页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六三、观察和实验中的若干认识论问题观察与实验过程中的机遇 -机遇的含义 -机遇产生的客观机制 -如何正确对待机遇第40页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六4、观察与实验过程中的机遇机遇的含义“在科学实践过程中由于意外的出现导致科学上的新发现的现象” 完全意外机遇 部分意外机遇第41页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六4、观察与实验过程中的机遇机遇产生的客观根据 自然界本身是偶然性

14、 和必然性的统一第42页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六4、观察与实验过程中的机遇如何正确对待机遇 -辩证的理解必然性和偶然性的关系 -认识主体识别机遇、把握机遇的能力李比希第43页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六第3节 科学抽象与科学思维科学抽象及其成果逻辑思维方法非逻辑思维方法数学方法第44页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六一、科学抽象及其成果 “在思维中对同类事物去除现象的、次要的方面，抽取共同的、主要的方面，从而做到从个别中把握一般，从现象中把握本质的过程。” 感性的具体 抽象的规定 思维的具体 科学概念 科学符号

15、 思想模型第45页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六1、科学概念 “科学思维的细胞；科学思维结构的基本单位；反映对象本质的思维形式。” - 逻辑的可确定性 - 实践上的可检验性 - 流动性第46页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2、科学符号 “一定可感知的物质对象，它在贮存、传递另一对象的信息方面、充当另一对象的代替物。” 具体含义、物质性、可感知性 “人类符号系统中的 一个子系统。” 自然语言符号系统 人工语言符号系统 -科学行话 -形式化语言第47页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六3、思想模型思想模型 “人们为了从事科学

16、研究而建立的对原型高度抽象化了的思想客体或思想事物。”理想模型 “既高度抽象又具有某种极限特征的理想客体或理想事物。”理想实验第48页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六理想实验方法 “运用理想模型在思想中塑造理想过程，并进行严密逻辑推理的一种思维方法” 特点： 思维活动；具有真实实验 特征、结构模式；理想化 理想实验的设计 - 以真实科学实验为根据； - 充分发挥思维的能动作用 注意： 结果或然；结论还需实验判定正误第49页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六科学思维方法抽象思维：逻辑思维 （概念、推理、判断；归纳、演绎、类比）形象思维 直觉思维 ：非

17、逻辑思维 （直觉、灵感） 一、科学思维的逻辑方法 二、科学思维的非逻辑方法 钱学森第50页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、逻辑思维方法“在感性认识的基础上，运用概念、判断、推理等形式对客观世界的间接的、概括的反映过程。”形式逻辑、辩证逻辑归纳、演绎、类比第51页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、逻辑思维方法归纳方法 从大量个别或特殊的事物概括出共同本质或一般原理的逻辑思维方法。 通过现象达到本质；通过特殊揭示一般 “被观察的大量A都有性质B,则所有A均有B。”第52页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、逻辑思维方法演

18、绎方法 从一般性的原理出发，对个别的或特殊的事物进行分析、推理，从而达到相应的结论。 是从一般到个别的认识方法 所有的： SP, 有： MS 所以： MP 大前提、小前提、结论 第53页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、逻辑思维方法类比方法 根据两类对象之间某方面的类似或同一，推断他们在其他方面也可能类似或同一的逻辑思维方法。 A: a b c d B: a b c ?则： B: d 第54页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、逻辑思维方法三类方法的比较类型思维机制可靠性创造性归纳个别或特殊到一般较差强演绎一般回到个别或特殊强一般类比个别到个别

19、一般到一般更差很强第55页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六三、非逻辑思维方法不受固定的逻辑规则约束直觉 灵感阿基米德发现浮力定律第56页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六三、非逻辑思维方法直觉 对事物的本质的直接领悟。 “经验的共鸣”第57页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六三、非逻辑思维方法灵感 新意象、新感觉、新思想在思维过程中突然涌现出来的现象。 “我相信直觉和灵感” 爱因斯坦第58页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六三、非逻辑思维方法特征 认识发生的突发性 认识过程的突变性 认识成果的突破性苯的环

20、状结构第59页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六三、非逻辑思维方法方法论意义 1、创造性思维的重要形式，也是发挥科学认识主体思维能动性的突出表现 2、在科学发现中产生新思想、新概念和形成新假说、提出新模型的基本途径之一 第60页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六三、非逻辑思维方法关于创造性思维能力的培养不仅着眼精英创造，部分领域创造，更要着眼大众创造，各个领域创造，努力实践陶行之所说的：“处处是创造之地，时时是创造之时，人人是创造之人。” 第61页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六四 、数学方法特点作用应用（建模及应注 意的问题

21、）吴文俊第62页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六四、数学方法 “对研究对象加以量化然后进行定量处理的方法。即用数学的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。” 华罗庚第63页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六四、数学方法1、数学方法的特点 高度的抽象性精确性（逻辑的严密性及结论的确定性）应用的普遍性陈景润的夫人由昆女士看着陈景润的铜像 第64页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六四、数学方法2、数学方法的作用为科学技术研究提供简洁精确的形式化语言（抽象性决定）为科学技术研究提供了逻辑工具

22、（逻辑性决定）为科学技术研究提供数量分析、计算的方法（精确性决定）祖冲之第65页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六四、数学方法3、数学方法的应用 -数学模型方法 “把所研究的和考察的实际问题或理论问题抽象为数学问题，构造出相应的数学模型，然后通过对数学模型的研究得出原问题的解的方法。”第66页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六四、数学方法3、数学方法的应用数学模型的基本含义及类型 “针对或参照某种事物系统的主要特征或数量相互关系，采用形式化语言，概括或近似的表达出来的一种数学结构。” 广义：一切数学概念，原理和数学理论体系。 狭义：特定问题或特定的具

23、体事物系统的数学关系结构。 类型由问题抽象出来的数学模型能纳入已知数学模型。由问题抽象出来的数学模型不能纳入到已知的数学模型。 “需要创造新模型” 丘成桐第67页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六四、数学方法3、数学方法的应用 建立数学模型的步骤 建模求解解释评价原型 最重要的是“建模”。掌握实际问题的背景。与有关的资料数据。抓住问题的本质特征，进行化简并提出假说。 进行数学抽象，建立相应的数学模型。 刘 徽第68页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六四、数学方法3、数学方法的应用建立数学模型应注意的问题（补充）（1）模型类型的选择要建立在认识对象性质

24、的基 础上 一般分为四种情况：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苏步青先生在书房 第69页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六数学方法的应用确定性数学模型第70页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六数学方法的应用随机性数学模型第71页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六数学方法的应用突变性数学模型第72页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六数学方法的应用模糊性数学模型查 德第73页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六四、数学方法3、数学方法的应用建模时要注意基本量的选择

25、既不能过简，也不能过繁。朱熹平 曹怀东第74页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六第四节 科学假说的形成与科学理论的建立科学假说的形成科学理论的创立偶像化之后的爱因斯坦也成了很多后辈学者眼中赶超的目标。此漫画中，爱因斯坦被吸入了自己理论的黑洞之中。光速可变，现行宇宙模型将失效第75页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六一、科学假说的形成 两种情况：在研究工作开始就通过直觉提出假说，作为研究工作的基本框架在经验事实尚不充分的情况下，通过科学抽象并运用类比、想象等非逻辑思维形式建立的假定性的说明第76页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六

26、一、科学假说的形成科学假说形成的方式形成科学假说的 方法论原则第77页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六1、科学假说形成的方式通过类比和模型形成科学假说通过溯因推理形成科学假说齐奥尔科夫斯基第78页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六1、科学假说形成的方式通过类比和模型形成科学假说 根据所研究对象与已知的事物之间的相似性，将未知的对象与已知事物进行比较，在对已知事物的深刻认识基础上通过联想推断未知的对象的性质或规律，已知事物成为研究所依据的模型。第79页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六1、科学假说形成的方式通过溯因推理形成科学假

27、说 “一种从有待解释的观察事实出发，利用背景知识和试探性构思，追本溯源寻求和选择最有可能成立的假说的一种方法。” 相关的经验定律 L 如果设定的假说H为真,则L可被解释为合理的 所以有理由认为H为真。魏格纳第80页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2、形成科学假说的方法论原则 解释性原则 对应性原则 可检验性原则第81页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2、形成科学假说的方法论原则 解释性原则（假说已知事实）“假说应与已知的经过实践复核的事实相符合，不仅能解释个别事实，而且能够解释已知的全部事实” “应当以经验事实为依据，但不受原有事实材料的限制。”

28、第82页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2、形成科学假说的方法论原则 对应性原则（假说已知理论）“假说不应与经过检验的科学理论相矛盾”“要以科学原理为基础，但又不能受传统观念的束缚”普朗克第一届索尔威会议 第83页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2、形成科学假说的方法论原则 可检验性原则 “提出的假说原则上要能够用观察、实验进行检验，从而判断其真伪。” “假说应当具有可检验性，但不能局限于当时的科学技术水平。”牛顿定律苹果树：剑桥人的骄傲第84页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六二、科学理论的创立科学理论的动态结构建立科学理

29、论的常用方法第85页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六1、科学理论的动态结构基本理论假设推理的诠释或模型对应规则杨振宁第86页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六1、科学理论的动态结构基本理论假设 “是在一个科学理论体系中作为基本出发点的假定。它不由其它命题推出，但可以推出其它命题。” 构成一个抽象的或未加诠释的公设集。 爱因斯坦提出：光速不变=300000千米/秒 第87页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六1、科学理论的动态结构推理的诠释或模型 “为了给基本假设以具体的理解，常常需要运用相对熟悉的概念和形象以及可见的材料来诠释或

30、说明它，使它不仅具有理论假定的陈述形式，而且还有形象和容易进行的理论陈述回答。这种形象的解说与诠释叫做科学理论的一个模型。”第88页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六1、科学理论的动态结构对应规则 “建立起理论术语与经验术语之间的联系，即加上一些将理论词与观察词联系起来的、将宏观的东西与微观的东西连接起来的规则集合对应规则。” 温度、压力 分子 分子动能第89页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2、建立科学理论的常用方法公理化方法逻辑与历史相统一的方法第90页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2、建立科学理论的常用方法公理化方法 “从尽可能少的不加定义的原理、概念和不加证明的公理、公设出发，运用演绎推理规则，推导出一系列的命题和定理，从而建立整个理论体系的方法。”周髀算经中国古代唯一的公理化尝试 第91页，共100页，2022年，5月20日，1点56分，星期六2、建立科学理论的常用方法公理化方法 使用程序1、选择只做公设的概念为基本概念，选择一类不证自明的陈述作为公理，无需证明即置入系统。2、制定推理规则，用以指导本系