第三章马克思主义科学技术方法论

第三章马克思主义科学技术方法论1马克思主义科学技术方法论是以辩证唯物主义立场、观点为基础，吸收具体科学技术研究中的基本方法，并且对其进行概括和升华的方法论。2核心：辩证思维基本原则：把辩证法贯彻到科学技术研究中去，以对立统一、质量互变和否定之否定的辩证思想渗透到具体的科学技术研究中，把握具体科学技术研究的过程。理论要素：分析与综合相互映照，归纳与演绎相互结合，从抽象到具体的辩证过程，历史与逻辑相互统一。3方法为何重要？科学研究的总特点（1）探索性：科学研究本质上是一种探索未知的认识活动．由于未知知识的价值有大小，因此有战略选择问题．（2）不确定性：由于是对未知进行探索，所以是不确定性的．开尔文说：我坚持奋战55年，致力于科学的发展。用一个词可以道出我最艰辛的工作特点，这个词就是“失败”。法拉第说：就是最成功的科学家，在他每十个希望和初步的结论中，能实现的也不到一个。4（3）合作性：科学不是个人行为，是社会的某种事业，即便个人研究也离不开他人劳动。马克思：科学劳动是以利用前人的劳动为前提，以他人的合作为条件的。爱因斯坦：我的精神生活和物质生活都依靠着别人的劳动，我必须尽力以同样的分量来报偿我所领受了的和至今还在领受着的东西。牛顿：站在巨人的肩膀上。5（4）竞争性科学研究上的竞争就是科学家为了科学发现而相互争夺科学资源的过程。常常表现为：发现前的奋斗和竞赛，以及发现后对首创权的争夺。关于能量守恒定律发现的贡献与竞争对能量守恒定律发现做出贡献的有：迈尔、焦耳和亥姆霍兹，以及卡诺、格罗夫、法拉第等12人。在发现过程中，虽然没有直接的有意识的相互竞争，但是发现后出现了争夺首创权的情况，迈尔为此付出了沉重的代价，精神失常，被送入精神病院，后抑郁而死。诺贝尔奖得主、物理学家劳厄：优先权之争是科学史上不幸一章。默顿：优先权之争是保证发现的科学机制之一。6案例：关于超导研究的竞争1986年1月27日，IBM公司在瑞士苏黎世研究所的两个科学家缪勒(K.A.Miller)和柏诺兹(J.G.Bernorz)在实验中发现了转变温度30K的超导材料，但是把结果只交给了一个不出名的德文期刊发表。1986年11月，美国的朱经武超导研究小组发现了这篇文章，经过实验取得了验证结果。此时，日本、中国的研究者也陆续发现了该文，并且在超导研究上，互相展开了激烈的竞赛。1986年12月，分别独立地得到了转变温度为90K的超导材料。但是诺贝尔奖的桂冠只戴在第一发现者的头上。7正是由于科学探索中充满了不确定性，要在科学竞争中取得成功，恰当的科学方法尤为重要。8构造科学理论的一般方法科学始于问题观察实验假说理论观察渗透理论逻辑和非逻辑思维检验归化收集科学事实9构造科学理论的一般方法第一，科学始于问题第二，科学事实及其发现方法第三，科学研究中的思维方法第四，科学假说与科学理论10

第一，科学始于问题1.研究始于观察还是问题？2.什么是科学问题？3.科学问题的来源111.研究始于观察还是问题？（1）波普尔归纳主义者认为科学是从观察和收集材料开始的。理论先于观察波普尔认为归纳主义的科学始于观察与科学发展实际不符，因为漫无目的的观察并不存在。观察是有目的的选择性的，如1919年爱丁顿观察日蚀，其目的是检验广义相对论。在观察中必须有理解：如格式塔中的鸭兔实验。科学始于问题理论是对大自然的普遍性猜测，大胆猜测。P1→TT→EE→P212（2）爱因斯坦提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决问题也许仅仅是一个数学上的或实验上的技巧而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看待旧问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。13142.什么是科学问题？科学问题是指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。它包含了问题的意义、求解的目标、预设的求解范围和方法，为解决问题提供了较明确的指向，但尚无确定答案。15两种难度的问题一种问题难度是相对于人类整个科学技术背景而言的未解决的问题——探索性问题；另一种问题难度是相对于特定解决问题者而言的未解决的问题－局部知识性问题。所谓科学探索性问题，肯定是同时具有以上两种难度的问题，因为如果只具有对特定解决问题者而言的难度的问题，也许是其他地方和其他时间的人已经解决了的问题，对于这后种问题，我们称之为知识性问题。原则上看，选择知识性问题是没有意义的。163.科学问题的来源（1）科学实践与科学理论的矛盾水星近日点摄动与牛顿理论的矛盾；电子发现与原子不可再分的矛盾；光的干涉、衍射与光波动说。（2）从科学理论内部的矛盾中产生问题悖论：无穷小悖论、康托悖论、麦克斯韦妖佯谬、薛定锷妖佯谬、光度佯谬、引力佯谬（3）从不同学派理论的矛盾中产生问题日心说/地心说；渐变论/灾变论；熵增与熵减17（4）经验事实积累到一定阶段产生的问题元素周期律；能量守恒与转化（5）从社会需要与现有生产技术手段不能满足这种需要的矛盾中产生问题工农业生产、社会生活、健康、战争与军备18第二，科学事实及其发现方法一、科学事实及其性质二、科学观察与科学实验三、获取科学事实中的认识论问题19一、科学事实及其性质1.科学事实是指通过观察与实验所获得的经验事实，是经过科学整理和鉴定的确实事实。事实1，客体与仪器的表征如观测仪器上所记录和显示的数字、图像，这类经验事实既与客体的本性有关，也与人所设置的认识条件有关。同一客体在不同仪器上的显示是不同的，如气压。事实2，对观察结果的陈述和判断既与客体的本性、仪器的设置，也与人运用描述事实的概念系统有关。同一事实在不同的概念系统中的描述可以不同，如太阳每天从东方升起。202.科学事实的特点个别性来自于感性活动，是关于个别存在的陈述，如“铀具有放射性”，“水分子由二个氢原子和一个氧原子构成”。可复核性重复实验的压力可以排除错觉和假象，消除谬误精确性迈克尔逊—莫雷实验；爱丁顿的观测可靠性科学理论具有变动性，但科学事实尽可能精确、稳定，如第谷的观测资料、加热氧化汞。可错性受理论和观察者个体因素的影响，存在可错性，但不同于作伪。213.科学事实在科学认识中的作用科学事实是形成科学概念、科学定律和科学原理，建立科学理论的基础。黑体幅射、固体比热、光电效应——量子理论贝纳德花样、化学振荡、激光——自组织理论科学事实是对科学假说和科学理论进行评价的基本手段。假说和理论的有效性必须通过与科学事实相比较22凭借感官或科学仪器的感性认知活动二、科学观察与科学实验（一）科学观察1.定义科学观察是人们有目的、有计划、有步骤地通过自己的感官去反映自然界各种事物现象的活动。现代人类学家古道尔（JaneGoodall），在非洲原始密林里建立观察哨，用十年时间坚持观察黑猩猩群体内部的生活状况，作出详细观察记录。对这些观察资料进行分析与综合，最后写出了《人类的近亲》、《我在黑猩猩中的生活》等极为重要的科学著作，从而为古人类学的研究工作开辟了新的道路。（黑猩猩用工具钓白蚁）非随意性232.分类定性观察与定量观察直接观察与间接观察直接观察：凭借感官直接进行的观察感知范围极有限（可见光390~750纳米波，可闻声20~20000赫兹频率）精度低观察速度受限：高速或低速变化人无法感知感官错觉：间接观察：引入仪器借助仪器；观察成为科学实验的一部分24（二）科学实验1.定义实验是根据科学目的，运用科学仪器和设备等物质手段，人为地控制或模拟所研究的自然现象，以便在有利的条件下进行观察的一种经验方法。居维叶：“观察者听命于自然界，而实验者则质问自然界，并迫使自然界坦露她的奥秘”。巴甫洛夫：“观察是搜集自然现象所提供的东西，而实验则是从自然现象中提取它所愿望的东西”。25262.实验方法的特点（1）简化和纯化研究对象（2）再现或重复研究现象（3）强化和激化研究对象（4）延缓或加速自然过程27（1）实验可以利用各种手段，把所研究的对象从复杂的联系中分离出来，排除次要的、偶然的和附属的因素，使事物现象的发展变化以简化的、纯粹状态显现出来。为检验电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用统一的假说，温伯格、格拉肖、萨拉姆等人在美国克利夫兰市以东40公里的一个废弃的盐矿，在地下600米的深处，建造了一个能灌入1万吨纯水的大洞，以寻找质子衰变的闪光，从而验证了三个相互作用的统一性假说。之所以如此，是为了排除宇宙射线和水中其他杂质的干扰，使整个研究工作在纯粹状态下进行。28（2）人工控制状态下，可以使被观察现象重复出现，以保证观测资料和数据的准确性。（3）为了揭示事物的变化规律，有时要在特殊条件下对其进行强化和激化，如在超高温、超低温、超高压、超真空、超导电性、超强磁场等条件下，可以发现在常温常压下材料所没有的性质。29（4）有些自然现象极为短暂，转瞬即逝，如基本粒子的寿命一般为10-10-10-8秒，而共振态粒子的寿命仅为10-24-10-23秒，而有的极为缓慢，如天体演化、生命起源。1953年美国芝加哥大学研究生米勒用甲烷、氨、氢、水汽混合成一种与原始大气相同的气体，放入真空玻璃瓶，对它进入火花放电来模拟原始地球大气层的闪电，结果只用了一星期，便在其中得到了甘氨酸、丙氨酸、谷氨酸、天门冬氨酸等四种构成蛋白质的重要氨基酸。而这个过程在自然条件下却需要数百万年时间。303.实验的分类（1）根据实验结果性质不同，有定性实验、定量实验和结构分析实验。定性实验是指为了确定事物的性质，测定其组成部分的实验。即判定事物“是不是”或“有没有”的实验。如著名物理学家吴健雄为了验证杨振宁和李政道1956年提出的弱相互作用下宇称不守恒的假说，设计了把钴-60冷却到0.01K后，消除了由于钴核的热运动带来的干扰，揭示了在弱相互作用下，宇称不守恒的现象，从而该实验验证了假说的正确性。李政道和杨振宁也因此荣获1957年诺贝尔物理学奖金。31定量实验是指在测定研究对象的组成元素的基础上，进一步寻找各元素之间数量关系的实验。即判定研究对象有怎样的量的规定性的实验。结构分析实验是指测定和分析研究对象的空间结构实验，即判定研究对象诸要素联结方式。1953年美国科学家沃森和英国科学家克里克根椐查伽夫对DNA化学成分的测定结果和维尔金斯等对DNA结晶的X射线衍射分析结果，通过实验发现DNA分子空间双螺旋结构，标志着分子遗传学的诞生。32（2）根据实验功能的不同，有析因实验、对照实验和判决实验析因实验是指由已知的结果去寻找这一结果的原因的实验，即判明原因的实验。对照实验也称比较实验，是指把设立的两个或两个以上的相似组群进行比较，其中一个是对照组，作为比较的标准，另一个是试验组，即研究对象组。在实验中，以相同的施加因素分别作用于两组，产生不同效果，将收集到的数据作统计学处理后，进行判断、分析、最后得出结论，这种实验方法在医学科研中常见，如新药品的疗效试验。判决实验是指人们为了在关于同一问题的两个或多个竞争假说之间作出决择而设计的实验。科学史上的伦德福实验，就是一个著名的判决实验。33（3）根据实验对象与实验者的关系可分为直接实验和模拟实验。直接实验模拟实验实验者实验手段实验对象实验者实验工具

实验模型mode客观原型(prototype）34模拟实验的分类物理模拟根据相似理论,构造出与对象相似的物理模型，通过模型实验了解原型变化的物理过程。数学模拟在原型与模型具有数学相似性的基础上，通过计算机求解来研究对象性质的一种模拟方法。功能模拟以控制论为理论基础，以功能相似为目标的模拟实验，已经在现代科学技术中起着重要的作用。354.模型方法：特殊的实验方法模拟实验是一种间接实验，设计出反映对象属性的模型，然后用实验手段作用于模型，通过模型实验了解原型的性质及其运动规律。模型方法：通过研究模型来揭示原型的形态、特点和本质的方法。模型方法是现代科学研究的中心方法。模型方法是实验方法的一种特殊形式。36模型应具备的条件（1）相似条件：在所研究的性质或关系上相似；（2）代表性条件：可用对模型的操作代替对客体的实验研究；（3）简单性条件：模型应合理地简化研究对象，以使对象成为可以认识的，使运用数学和实验方法进行精密研究成为可能（信息丢失）。（4）外推条件：对模型研究所得到的信息可以外推到原型上，由此间接得到关于原型的信息（信息回收）；37模型的分类与模型方法的操作分类：实体形态的物质模型（实物操作的模拟实验）；观念形态的思想模型（思维操作的思想实验）。mentalmodels38物质模型→模拟实验（1）从原型过渡到模型（结构模型、功能模型）（2）对模型进行实验研究（3）从模型研究的结果过渡到原型。原型结构、功能模型39思想模型→思想实验：思想模型的两种特殊情况：(1)理想模型：具有极限特征的思想模型（理想刚体、理想气体、理想平面等）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思维方法。40例惯性定律（伽利略）41惯性定律标志着物理学上的第一个大进步，事实上是物理学的真正开端。它是由考虑一个既没有摩擦又没有任何外力作用而永远运动的物体的理想实验而得来的。从这个例子以及后来的许多旁的例子中，我们认识到用思维创造理想实验的重要性。——爱因斯坦42(2）数学模型：反映特定研究对象的数学关系结构。数学实验：运用数学模型进行严密逻辑推理以揭示原型内在规律的思维方法。计算机仿真是数学实验的高级形式。43数学实验的步骤：（1）抽取数量关系，建立数学模型；（2）设置初始条件，对数学模型进行逻辑演算；（3）对模型解进行分析和评价，形成对原型的认识。44案例：一个模型抽象的过程

两个物种竞争系统捕食者y-被捕食者x模型(Lotka-Volteramodel)考虑一个由两类动物组成的生态系统，其中一类被另一类所捕食。y是掠食者（如狼）的数量；x是猎物（如羊）的数量；dy/dt与dx/dt表示上述两族群相互对抗的时间之变化；t表示时间；α,β,γ与δ表示与两物种互动有关的系数，皆为正实数。45捕食者-被捕食者相互作用的相空间行为是一个极限环行为

xA(x1,y1)B(x2,y1)C(x2,y2)D(x1,y3)x1x2y3y2y1此消彼长;竞争中最好的策略是合作的竞争而不是把对方淘汰出局.y46三、获取科学事实中的认识论问题（一）观察渗透理论（二）观察、实验中的机遇问题（三）实验仪器引入及其问题47（一）观察与理论的关系纯粹中性观察培根认为，观察是一种纯粹的感官反应活动，它不受任何理论因素的影响，在观察中也应该排除任何理论的影响，纯粹客观地进行观察。洛克把观察看成是消极、被动、纯感官的生理反应过程，观察就是人们对客体的感觉过程。“如果某人的视网膜上有正常形成的太阳映象，则他就看到了太阳”。赫胥黎：“你们要象一个小学生那样坐在事实面前，准备放弃一切先入之见，恭恭敬敬地照着大自然指的路走，否则，就将一无所得。”纯观察说实质上把观察过程等同于纯粹的生理反应过程，即把观察看作类似于摄影机镜头的物理成像状态。48观察渗透理论495051525354汉森：《科学发现的模式》持不同的理论观点的人可能会对同一对象形成不同的观察结果。如开普勒和第谷看到的并不是同一个太阳。这是因为：眼睛从观察对象得到光刺激而形成视网膜印象，这是物理过程，而“看到”是一种观察经验，属于心理过程，它已把外来刺激与过去认识（包括理论和经验）溶为一体。人们对感觉材料首先的反应，是有意无意地以一种概念模式去套，使它适用于自己过去较为熟悉的材料，从而使各人对同一对象的反应有各种程度的差异。类似于格式塔心理学（GestaltTheory完形心理学）。55心理场物理场56（二）观察、实验中的机遇问题科学观察实验是人们在一定的理论指导下认识未知的实践活动，具有明确的目的性、高度的组织性和严密的计划性；另一方面由于人们的观察只能建立在已有的认识基础上，难免具有一定的不确定性、意外性。而这种意外，有时却能导致重大的科学发现。机遇：能够导致发现的机会；是一种意外和偶然。571839固特异Doodyear橡胶的硫化技术。1895伦琴X射线。

1899年冯梅林与明可夫斯基：胰脏与糖尿病。袁隆平：野生稻种/杂交水稻。58机遇性发现的类型同向性发现与原有理论（假说）相一致的发现。如海王星，填补化学元素周期表空格的各种元素的发现，正电子的发现等等背向性发现与原有理论或预言相反的发现。如迈克尔逊—莫雷实验，卢瑟福a粒子散射实验。异向性发现与原有理论或假说预言不相干的发现，射马得獐。伽伐尼关于生物电的发现，伦琴关于X射线发现，彭齐亚斯的微波背景辐射的发现，苯胺紫的发明。59苯胺紫的发明1856年欧洲疟疾流行，当时医治此病的特效药奎宁来源短缺，价格昂贵。英国学生柏琴（WilliamHenryPerkin）在德国科学家霍夫曼的指导下，想从煤焦油中提取奎宁，但失败了。不过柏琴在实验中获得了一种棕色粘液，这使他产生了浓厚的兴趣。于是他往此粘液中加入不同的试剂作试验，最后获得了一种呈现美丽的紫色的液体。用这种液体来染布，颜色鲜艳且不褪色，这种物质就是日后用途广泛的人工合成染料“苯胺紫”。60“机遇只垂青那些有准备的头脑”有敏锐的思想，丰富的想象力和判断力巴斯德“在观察的领域，机遇只偏爱那种有准备的头脑”。弗莱明青霉素/伦琴//约里奥·居里误把中子当成高能r射线要有严密观察的良好习惯和较强的洞察力达尔文观察野鸭和家鸭密立根1910年油滴实验，测量电荷，但他指出有一个电荷为电子电荷的2/3——是不是一个夸克？要有广博的知识和经验1609里波斯//伽利略的望远镜勇于探索、勤于尝试，不局限于传统观念和步骤詹纳并不是第一个给人种牛痘以预防天花的人，达尔文并不是第一个提出进化论的人；巴斯德也不是第一个提出疾病的细菌学说。哥白尼6162（三）实验仪器及其引出的问题1.科学仪器加速了科学认识的发展科学仪器是人类在认识的一定阶段，从生产和生活工具中分化出专门用于认识的工具，科学工具的出现加速了科学认识的发展。科学仪器是实现科学认识的物质手段，是人体认识器官的延伸，是科学知识和科学理论物化的认识工具。规定主体的认识内容。改变主体的认识方式：理性思辨/实验探索/集体研究。推动了认识主体的形成与发展：专门的科学家。632.实验设备和技术是衡量科技发展水平的重要指标作为科学认识的重要手段，真正系统的科学实验是在16世纪开始的。随着生产的发展和科学技术的进步，科学实验的深度、广度以及手段、规模发生了深刻的变化。64一直到19世纪初，当时最卓越的化学家柏齐里乌斯的实验室还在他在厨房，化学与烹饪一起进行；1817年格拉斯哥大学建立第一个供教学用的化学实验室，1824李比希在吉森大学建立另外一个更出名的化学实验室，至此，实验成为科学家训练必要组成部分。到1870年代剑桥卡文迪许物理实验室成立，爱迪生主持芝加哥“发明工厂”，科学实验的规模才有了突变。20世纪，科学实验进一步社会化，由小集团到国家，甚至国际规模。例如美国的曼哈顿计划，耗资42亿美元，而欧洲核子研究中心实验室，集合了欧洲12个国家的人力和资金。653.世界著名的实验室：卡文迪什实验室与贝尔实验室66卡文迪什实验室是电磁理论、气体放电理论、原子物理、核物理、晶体物理、分子生物学和射电天文学的发祥地，成为对新型半导体材料\超导体和凝聚态理论等做出重要发展的场所。在这里,发现过电子、中子、正电子、脉冲星、DNA双螺旋结构、非晶体半导体和有机聚合物半导体材料等。6768该实验室发明过对核物理、粒子物理学、化学、晶体和射电天文学天体研究有重大作用的仪器和设备，如云室、质谱仪、加速器、X射线摄谱仪和射电望远镜等。该实验室在科学史上培养出了25位诺贝尔获得者、上百个皇家学会会员、4个皇家学会主席、6个大英科学促进协会主席，出了3个勋爵，23个爵士。为英国和世界各国培养了数以千计的著名物理学教授。69

贝尔实验室贝尔实验室是晶体管、激光器、太阳能电池、发光二极管、数字交换机、通信卫星、电子数字计算机、蜂窝移动通信设备、长途电视传送、仿真语言、有声电影、立体声录音，以及通信网的许多重大发明的诞生地。贝尔实验室的使命是为客户创造、生产和提供富有创新性的技术，这些技术使朗讯科技（LucentTechnologies）公司在通信系统、产品、元件和网络软件方面处于全球领先地位。贝尔实验室至今已经产生了11个诺贝尔奖获得者（其中有华裔美籍物理学家朱棣文、崔琦）、8个美国国家科学奖获得者。自1925年以来，贝尔实验室共获得两万八千多项专利，现在，平均每个工作日获得三项多专利。704.使用仪器在测量时存在的客观性问题科学实验一般由实验者（主体）、实验对象（客体）和测量系统（仪器、测量手段）三部分组成。但问题是，实验者从测量系统中获得的信息是否表征客体的“真实”（real）状态？经典物理学相信，测量是对客体固有性质的记录，虽然测量系统对客体有一定干扰，但是可以通过改进实验技术方法，逐渐修正误差，使测量在一定精度内进行。但当测量微观领域时，这种“干扰”表现得特别严重。71海森堡“测不准关系”认为如果人们对电子的位置进行精密的测量，那将会在某种程度上干扰对电子位置△

p的认识，反之，如果人们精确地测定了电子的动量，那么位置△

x就完全不清楚，这就是：△E×△t>h/2π普朗克常数给出了量子测量的限度。Hawthorneeffect所谓“霍桑效应”，就是指那些意识到自己正在被别人观察的个人具有改变自己行为的倾向。72第三科学研究中的思维方法一、比较与分类二、类比与移植三、分析与综合四、归纳与演绎一、直觉与灵感二、形象思维与科学想象逻辑的非逻辑的73一、比较与分类比较方法是对彼此有某种联系的事物进行对照，从而揭示它们的共同点和差异点的一种科学方法。通过比较，揭示客观对象之间的异同，是人类认识客观事物最原始、最基本的方法。分类方法是根据事物的共同点和差异点将事物区分为不同种类的一种科学方法。通过分类，我们就可以将事物区别为具有一定从属关系的不同层次的大小类别，形成各种概念系统，反映客观世界中事物间的区别和联系。74二、类比与移植（一）类比方法也称类推方法，是根据两类对象之间在某些方面的相似或相同而推出在别的方面也可能相似或相同的一种科学方法。类比是以比较为基础的，它借助比较找出不同事物的相似或相同点，但不顾及差异点，先“以比求类”，然后由事物的已知类似点推出其他的类似点，也即“以此类推”。卢瑟福：原子结构的太阳系模型；库仑电荷与引力相互作用的类比；富兰克林：莱顿瓶放电与雷电类比75共存类比：根据模型系统的元素a与b之间具有共存关系，推断原型系统中相应的a’与b’也有类似的关系。因果类比：根据两个对象系统各自的属性之间可能具有同一种因果关系而进行的类比，借助另一相似对象的因果关系探索某个对象的因果关系。对称类比：根据某些对象系统之间存在着的属性对称关系，把一个对象的属性推论到另一个对象上去，推断它也具有对应的属性。协变类比。两个对象系统在各自的属性之间可能具有相同的数字关系，把一个对象要素之间的协变关系推断到与其相似的另一个对象上去的类比。综合类比。根据对象要素间的多种关系与另一对象综合相似而进行的类比推论，如物理模拟就是综合类比。76（二）移植方法是吸取、借用一个研究领域、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和对象的一种方法。移植法有助于认识从简单走向复杂、从低级走向高级，如对生命现象的研究，都是通过力学、物理学、化学等的最新成果不断向生物学领域移植才得以深化的。77与移植相关的交叉与跨学科研究方法移植和学科交叉或跨学科的研究方法，是创造性思维的两种非常有效的研究方法。学科交叉就是两门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。跨学科就是通过多学科的协作共同解决同一问题的方法。78自然科学的网状结构79三、分析与综合分析是把客观对象的整体分解为一定部分、单元、环节、要素并加以认识的思维方法；综合是在分析基础上把对客观对象一定部分、单元、环节、要素的认识联结起来，形成对客观对象统一整体认识的思维方法。分析与综合相互依存、相互渗透和相互转化，是形成科学概念、构建和发展科学理论体系的重要逻辑方法。

近代科学中的还原主义分析方法，从宏观物体深入原子内部，进入夸克层面，但是容易只见树木，不见森林，有必要辩证地系统分析。80四、归纳与演绎（一）归纳induction1.归纳法是从个别或特殊事物概括出共同本质或一般原理的逻辑发现方法。Theprocessofinferringagenerallaworprinciplefromtheobservationofparticularinstances2.历史上的归纳方法亚里士多德：简单枚举法、直觉归纳法“瑞雪兆丰年”简单枚举归纳法的结论带有或然性，可能为真，也可能为假。培根：三表法存在表、差异表、比较表穆勒五法81如果现象A的发生，总是与现象a相关联，并在任何情况下都不改变，则A与a之间存在可靠的因果联系。1960年，英国某农场十万只火鸡和小鸭吃了发霉的花生，在几个月内得癌症死了。后来，用这种花生喂羊、猫、鸽子等动物，又发生了同样的结果。1963年，有人又用发了霉的花生喂大白鼠、鱼和雪貂，也都纷纷得癌而死，上述各种动物患癌症的前提条件中，对象、时间、环境都不同，唯一共同的因素就是吃了发霉的花生。于是，人们推断：吃了发霉的花生可能是这些动物得癌死亡的原因。后来通过化验证明，发霉的花生内含黄曲霉素，黄曲霉素是致癌物质。穆勒五法：求同法82差异法如果现象A发生，a现象也相应发生；现象A不发生，现象a就不发生，则现象A与现象a之间存在可靠的因果联系。如巴斯特液体发酵试验。两瓶同样的液体，一瓶密封，一瓶启口与空气相通，后者发酵而前者否，这说明空气中的细菌作用是液体发酵的原因。再如一百多年前，一艘远洋帆船载着五个中国人和几个外国人由中国开往欧洲。途中，除五个中国人外，全病得奄奄一息。经诊断，都患有坏血病。同乘一只船，同样是人，一样是风餐露宿，受苦挨饿，漂洋过海，为什么中国人和外国人却判若异类呢？原来这五个中国人都有喝茶的嗜好，而外国人却没有。于是得出结论：喝茶是这五位中国人不得坏血病的原因。这个结论就是用差异法得出的。83求同—差异法某医疗队为了了解地方病甲状腺肿的原因，先到这种病流行的几个地区巡回调查。发现这些地区地理环境、经济水平都各不相同，有一点是共同的，即居民常用食物和饮用水中缺碘。医疗队又到一些不流行该病的地区去调查。发现这些地区地理环境、经济水平也各不相同，但有一点是共同的，即居民常用食物和饮用水中不缺碘。医疗队综合上述调查情况后，认为缺碘是产生甲状腺肿的原因。后来对病人进行补碘治疗，果然疗效甚佳。84共变法现象a只有在条件A发生变化而其他条件都无变化情况下，才与A发生相应的变化，则a与A之间必有的因果关系。如波义耳发现，在温度相同的情况下，气体的体积变化与其所受到的压力成反比，从而发现了著名的波义耳定律。85根据已知全部条件，都不足以说明现象a变化的原因，则必有其他某一或一些条件是现象a变化的原因。如海王星的发现就是运用此法。科学家们发现天王星轨道不符合引力理论的偏差，法国人勒维与英国人亚当斯就推断天空中必有某一尚未发现的行星，其引力导致了天王星摄动的发生。1846年人们发现了海王星。剩余法

863.归纳问题归纳是从单称命题（观察或实验结果的报告）推导全称陈述（假说或理论）的推理。但从逻辑观点看，无论有多少单称陈述，都不能证明从中推导出来的全称陈述为真。因为理论包含无限多的陈述，而观察到的陈述总是有限的，因此根据归纳推导出的理论为真的概率总为零。87休谟最早提出归纳问题，他把归纳问题分为逻辑问题和心理问题加以解答。他认为我们无法从我们对之有经验的事例中推知我们对之没有经验的其他事例，不管我们看到多少只黑乌鸦，从乌鸦A是黑的，推知乌鸦X是黑的。但作为一个心理学问题，人们由于心理上的习惯（反复和联想的机制），期望没有经验的事例与我们已经经验到的事例一致。没有这种机制，人类就无法生存。如儿童玩火，烫了几次后，下一次碰到火时就会避开。因此，从归纳法得到的因果律不具有逻辑必然性，而仅只是心理习惯或联想。Hume'sProblemofInduction88（二）演绎deduction演绎是从一般性原理出发，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。三段论是演绎方法最一般的形式，它由大前提、小前提和结论三部分组成。所有的金属导电，铝是金属，因此铝导电。89

所有M是P。所有S是M。所有S是P。P、S、M分别是三段论的大项、小项和中项前提必须为真：防止假前提真结论。前提必须无法证明：防止解释的无穷倒退前提比结论更为人所知：一门科学的一般规律应该不证自明。前提必须是在结论中所归属的原因。最重要的是因果关系。90前提真，只要遵循形式逻辑规则，结论恒真。演绎推理同一律：A等于A矛盾律：A和非A必有一假排中律：A和非A必有一真。三段论的局限拘泥于主—谓结构，无法处理众多参量和复杂的关系从一般到特殊，虽可保持真值传递，但并未增加知识。91演绎方法派生出的公理化方法公理化方法是从尽可能少的基本概念、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。由公理化方法所得到的逻辑演绎体系称为公理化体系。公理化方法最早的倡导人是亚里士多德（三段论），第一个古典的公理化体系是欧几里德（Euclid,约公元前330－275）的《几何原本》，后来它又在牛顿力学中得到光辉的体现，在现代则更加发展并被普遍推广。92构造公理体系的步骤（牛顿方法）：选择自明的陈述作为公理；制定推理规则，以指导本系统的所有演算；依据原初概念推导出新概念，演绎出新的陈述。公理满足的条件无矛盾性公理化体系要求逻辑首尾一致；完备性所选择的公理能够推出有关本学科的全部定理、定律独立性公理彼此独立，其中任何一个公理不能由其他公理推导出来93但哥德尔（Gödel，K.19068-1978）的不完备性定理（theoremofincompleteness

，1931）说明了任何一个公理体系不可能既是完备的，又是无矛盾的。任何公理化体系都是人类认识一个阶段的总结，都不可能是绝对严格、绝对完备的。94自从培根倡导归纳法、笛卡儿强调演绎法以来，历史上就长期存在着“归纳万能”同“演绎万能”争论。但是，从科学研究的实际过程来看，归纳和演绎总是相互联系和补充的：归纳是演绎的基础，归纳获得的结论可以成为演绎的前提；演绎是归纳的指导，演绎得出的结论可以成为归纳的指导思想。

95科学思维中的非逻辑方法随着思维科学的发展，人们越来越多地发现，逻辑思维并不是科学思维的唯一类型。非逻辑的形象思维和直觉思维也是科学思维的重要类型。96一、形象思维与科学想象1.形象思维形象思维同逻辑思维的区别在于，其思维的基本单元不是抽象的概念，而是形象的意象，不是运用概念进行判断和推理，而是运用意象进行联想和想象。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，想象力是科技工作者提高科学思维能力不可缺少的重要一环。”972.形象思维的方法论意义可以直观地揭示对象的本质和规律。（右脑）可以突破思维的限制，揭示对象的本质在技术领域有更突出的意义。98二、直觉思维与灵感1.直觉思维是指不受某种固定的逻辑规则约束而直接领悟事物本质的一种思维方式。2.直觉是一种心理体验，有时称为灵感。它是主体的创造力突然达到超水平发挥的一种特定心理状态。在直觉与灵感中还包含使问题一下子澄清的顿悟。99爱因斯坦：“我信任直觉”1946年爱因斯坦在他67岁《自述》中，谈及概念、命题和感觉之间的联系时，他认为两者“纯粹是直觉的联系，并不具有逻辑的本性”

。爱因斯坦在另一处还谈到，“物理学家的最高使命是要得到那些普遍的基本定律，由此世界体系就能用演绎去建立起来，要通向这些定律，并没有逻辑的道路；只有通向那种以对经验的共鸣的理解为依据的直觉，才能得到这些定律”

。贝弗里奇在《科学发现的艺术》一书中列举了大量的例子，如梅契科夫发现吞噬细胞、德国化学家凯库勒在半睡眠状态下由直觉而发现苯的六角环形结构，更有意思的是，达尔文和华莱士都因阅读马尔萨斯的《人口论》而悟出生存竞争的自然选择。当然还有阿基米德在浴盆里忽然直觉到放在水中的物体的浮力大小与物体排开水的重量关系的阿基米德原理。如此等等的例子，不胜枚举。1003.产生直觉的最典型的条件“对一个问题进行一段时间专注的研究，伴之以对解决方法的渴求；放下工作或转而考虑其他；然后，一个想法戏剧性地突然到来，常常为先前竟然不曾想到这个念头而感到狂喜或甚至惊奇”。（贝弗里奇）尤里卡时刻。Eureka！101科学研究过程从本质上说是逻辑思维与非逻辑思维交互作用的过程。通常的情况是，非逻辑思维开拓思路，逻辑思维最终完成，逻辑思维与非逻辑思维交织在一起应用。逻辑方法与非逻辑方法的辩证统一发散性思维与收敛性思维的优化综合德国著名科学家赫尔姆霍兹（Helmholtz,H.1821-1894）根据自己的研究体验总结出创造活动有三个阶段：（1）最初的一种持续不断的研究，直至不可能再进行下去；（2）一段时间的休息，然后再恢复研究；（3）一个突然的意想不到的答案的出现。法国科学家彭家勒(Poinaré，H.1854~1912)在赫尔姆霍兹三个阶段后又补充了第四个阶段：（4）启迪之后的再一次有意识努力，以证实所获得的认识。这就成为后来许多科学家认同的科学创造过程的经验模式的典范，也有人称之为赫尔姆霍兹－彭家勒模式。傅世峡等：《科学创造方法论》P261，中国经济出版社，2000年102一、系统方法及其作用系统思维是把事物视为系统来处理的思维方法，是一种整体性和关联性很强的思维方法。系统方法是指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，它对于从横断方面抽象认识对象的物质结构、能量流动和信息传递有重要作用。其他思维方法1031.系统分析与系统综合方法2.软系统方法论3.反馈与控制方法4.信息方法104二、复杂性思维及其方法复杂性思维是20世纪90年代以后伴随复杂性科学兴起而与简单性思维相对的思维方式。复杂性方法是在借鉴传统科学方法的基础上，以辩证法为理论取向的一种方法。复杂性方法着重从如下特性考察事物：自组织性、多样性、融贯性、整体性。所以它是一种集多学科或跨学科的多维融贯的方法。105第四，科学假说与科学理论一、科学假说二、科学理论科学理论的评价106一、科学假说1.理论是发明还是发现？2.假说的来源3.假说的特征4.假说的作用5.对假说的检验：存在判决性实验吗？1071.定义科学假说是基于一定的科学事实和理论知识对未知的自然对象作出猜测性的说明。假说的构成：事实基础：即假说得以建立的事实材料。理论背景：先于假说存在而与该假说有关的理论基本假定：假说的核心内容或基本指向预言和预见：从假说中推导出来的具体结论，以验证假说。如魏格纳的“大陆飘移说”，就是以南美东海岸和非洲西海岸海岸线形状吻合为事实基础，以天体物理学为理论背景，以大陆水平移动为基本假定，对各大陆吻合处的古地质构造、古生物分布的共同性作出预言。1082.假说的来源出现已知理论无法解释的新事实时X射线、放射性元素及电子的发现把理论类推到其适用范围之外时德布罗意的物质波假说为解决新旧事实之间的矛盾波粒二象性1093.假说的特征科学性科学假说是以一定的事实为依据。以科学理论为前提而提出来的。假定性科学向大自然的猜谜活动易变性对同一问题可提出不同的假说，天体演化、原子结构、地质构造、生物遗传。新假说战胜旧假说/两个对立假说被归化到更完整的假说/对立假说被抛弃1104.假说的作用科学假说是通向科学理论的桥梁科学假说是激发思维创造性的媒介不同假说“争鸣”有利于学术繁荣1115、对假说的检验：判决性实验假定关于同一个科学实验存在着两个（或更多）相互竞争的科学理论或假说Ｈ1和Ｈ２，它们几乎同样地经受住了以往的实验检验。这时候，如果能给出某种新的实验检验，对于这一检验，假说Ｈ１和Ｈ２分别作出相反的预言Ｅ和非Ｅ，如果这一实验检验结果肯定了预测Ｅ（同时否定了非Ｅ），那么就可以对两个相互竞争的实验加以裁决：认为第一个假说Ｈ１得到了决定性的支持或确认，而第二个假说Ｈ２也就被否决了。eH1H2E112案例：关于光本性的争论托马斯·杨1901双缝实验光的折射光的衍射113判决性实验的争论，表明观察和实验对理论的检验有确定性和不确定性的两面。在特定条件下可以重复的科学观察和实验总是具体的和确定的，它在支持一个假说的同时，又能为证伪一个假说提供支持条件。由于实验技术和相关的科学理论都在发展，已有的实验结果可能被否定或作出新的解释，又由于理论本身是有结构和相互联系的，因此很难判定假说的哪一部分有错误。从根本上讲，理论和假说的检验是一个历史过程，并不是一次实验或观察就可以完成的。114二科学理论的评价科学理论的评价标准理论与经验事实的一致理论内在的逻辑完备性理论的简单性理论的预见力115科学理论的评价标准演绎主义科学知识社会学规范主义描述主义基础主义非基础主义归纳主义

约定论证伪主义研究纲领温和的描述主义激烈的描述主义波拉尼库恩费耶阿本德116一、技术思维及其特点科学思维与技术思维特点上的区别：前者更关注普遍性，后者更关注可行性；前者更关注创造性，后者更关注价值性；前者无思维限制，后者是限制性思维；后者是联系性思维，它一方面要联通科学的理论，另一方面要联系技术的实际，是两极思维。117技术活动的方法118更强的实践性技术研究的进程则是实现人类认识过程中的第二次飞跃,其最终成果主要是物质形态的东西.更强的社会性技术两重性,技术方法受此影响,方法的选择要考虑各种社会因素.更强的综合性工程技术的研究对象是特定的现实自然物包括人工自然物,须恢复许多在科学研究中舍弃的因素和关系；而且技术方法常常是多种自然科学原理的综合应用,还要综合社会科学的成果.119技术方法的特点二、技术活动的方法（一）技术构思方法是指在技术研究与开发中，对思维中考虑的设计对象进行结构、功能和工艺的构思。技术