第四讲-科学技术的体系结构课件

第五章科学技术的体系结构科学技术体系结构的解析要素和分析方法科学技术的体系结构是人类科学知识长期进化而形成的，它是科学技术发展内在逻辑的集中体现，也是科学技术与社会交互作用的结果。科学技术自身是一个系统。（一）、科学技术体系的要素解析1、研究或知识要素（1）基础研究——为获得新知识进行的独创性研究，目的是揭示自然现象及其规律，而不附加任何特定的实际目的。通过基础研究，获得基础科学知识（因果关系和原理关系知识）。因果关系：两个事件之间存在引起和被引起关系的关系。如，力能够导致运动物体产生加速度，我们就说：“力是物体产生加速度的原因”。原理关系：物体状态的存在和演变之间未知其因果关系的规律性。如，两个静止的点电荷之间所产生的力，服从库仑定律。这个库仑定律就是一个原理性定律，不是因果性定律。科学的任务就是努力以某种明确的方式揭示以上两种可能存在的关系。（2）应用研究——为某一特定实际应用目的而获取新知识进行的独创性研究。应用研究可以是确定基础研究成果的可能用途，也可以是为达到某一具体目的确定原理性新方法或新途径。应用研究有两种类型：应用基础理论研究和直接应用研究。应用基础理论研究。把已知的科学认识用于某种目的的可能性研究。如，把化学中已经得到的具有普遍意义的燃烧理论，用于具体的煤炭燃烧研究而形成的有关煤炭燃烧的认识，如：点燃、助燃、燃烧效率、阻燃、燃烧除尘，等等。直接应用研究：在基础理论研究、应用基础理论研究完成以后，使之能够被综合性地应用的研究。如，在以上研究的基础上做燃烧炉设计研究。（3）试验发展（实验开发研究）——利用研究和经验知识，为生产新的材料、产品和装置，建立新的工艺与系统，以及对已生产或建立的上述各项进行实质性改进而进行的系统性工作。如，依据锅炉设计原理实实在在地设计一种或数种不同型号、不同目的的锅炉。这个研究就属于实验开发研究。基础研究应用研究实验开发研究2、人力资源要素（教材第165页）（1）研究员（2）技术员（3）辅助人员3、社会-经济目标要素（教材第165-166页）（二）、科学技术体系结构的分析方法1、静态分析（1）、对象性分析：依据被研究对象分析与之相关的科学技术体系结构。如选择人体作为分析对象，罗列人体解剖学、人体发育学、人体病理学、医学，等等，分析其中的科学技术体系结构。（2）、专业性分析：依据学科专业方向分析与之相关的科学技术体系结构。如选择“物理学”作为专业对象，罗列力学、声学、电学、光学、热学，等等，分析与之相关的体系结构。3、整体性分析（系统性分析）：把科学技术知识看作一个整体，分析其中各知识元素（知识单元）相对稳定的结合方式，即科技体系的结构。从系统角度看，科技体系结构可以有宏观和微观两种基本结构类型。

宏观和微观概念是从物理学中借用来的。物理学根据物理客体结构的时空范围大小，以原子为基点把物理世界划分为宏观世界和微观世界。（1）宏观结构指以科学理论为基点，把由科学理论或由科学理论构成的科学学科、科学门类作为知识单元而构成的科学结构称为宏观科学结构。（2）微观结构把由科学理论以下的知识单元，如科学概念、定律、公理等构成的科学理论结构则称为微观科学结构。即科学理论以上层次的科学技术体系都是宏观科学结构，它包括科学技术的总体结构、门类结构和学科结构。而微观科学结构则只是科学理论的内部结构。2、动态分析（教材第168-170页）一、古代与近代科学技术体系结构1、古代科学技术从总体上看，古代的科学知识还不具备科学形态，各门知识之间也缺乏必然联系，当然就不可能形成严密的科学的体系结构。2、近代科学技术体系结构近代，科学技术由“搜集资料”转向“分门别类”研究，逐步形成了界限分明的众多学科（数学、天文学、物理学、化学、生物学、医学和地学等），也开始有了有关科学分类和科学体系结构的探讨。如圣西门，由简单到复杂排列的分类系统是：数学、无机体物理学、天文学、物理学、化学、有机体物理学、生理学。恩格斯：按照机械、物理、化学、生物和人类社会运动的区别及其内部固有的次序来进行分类和排列，把各门科学排列起来，形成一个科学体系结构。恩格斯把客观性和发展原则有机结合，构建科学的体系结构，揭示科学发展的内在逻辑。这种方法迄今依然是整体地把握当代科学技术体系结构及其演化规律的指导思想。二、当代科技体系结构结构类型

体系构成（学科）整体结构科技术学基础科学应用科学工程技术发明革新工具科学门类结构基础科学技术科学应用科学学科结构层次结构网状结构理论结构逻辑基础逻辑推论1、科学技术整体结构示意图工具科学工程技术应用科学基础科学发明与革新科学技术学2、门类结构应用科学基础科学技术科学专业技术生产技术实验技术第一阶段（科学）第二阶段（技术）第三阶段（生产）科学技术技术科学是基础科学应用的中间环节，是研究通用性技术理论的科学，是科学技术转化为现实生产力的桥梁。技术科学应用基础科学知识，考察各种专业技术的共性规律，是专业技术的基础理论。应用科学，人们也称之为工程科学，是研究把基础理论与技术科学转化、应用到特定范围，看其如何转化为生产技术、工程技术和工艺流程的原理和方法的科学。应用科学是自然科学中与生产实践最接近的科学门类。在现代科学技术体系结构中，基础科学、技术科学、应用科学是有机联系的整体，它们相互联系、相互促进、协调发展。它们之间发展的比例关系，是一个国家科技战略的重要问题。门类结构反映了自然科学知识从产生到应用的全过程。比如，激光打孔机的问世就是这样。首先是爱因斯坦的受激辐射理论和第一台红宝石激光器的实验技术阶段，然后是激光理论和各种激光器研制的专业技术阶段，最后是激光应用和激光打孔机及其他激光通讯设备的生产技术阶段。3、学科结构学科结构是科学技术的二级结构，它是将门类结构中的每一门类加以分解，由学科和分支学科作为知识元素而构成的。它主要表现为层次结构和网状结构两大类型。（1）学科层次结构以自然界物质对象所固有的层次结构作为构造基础自然科学结构的依据，就会形成一个以基础科学的六大学科，即力学、物理学、化学、天文学、地质学、生物学以及相关分支学科为知识元素的层次结构(见下图)。原子核物理学基本粒子物理学原子物理学分子物理学非生物科学生物科学天文学地质学力学物理学化学分子生物学细胞学组织学生理学胚胎学遗传学植物学动物学天体史地球史宇宙学星系演化学恒星演化学太阳系演化学地球演化学天体演化学各门自然科学史生物史人类史蛋白质起源演化细胞植物动物生命人类起源演化生物进化论从横向看，它是基础科学的静态结构，并且它与自然界物质的层次结构相一致；从纵向看，它概略地反映了基础科学的动态发展，并且这种发展与物质结构的演化相一致。同时，这一学科结构还表明，力学、物理学、化学、天文学、地质学、生物学等基础学科都在微观物理学中找到了它们共同的基础——物质的微观结构，从而预示着基础科学发展的综合化趋势。（2）学科网状结构数学力学物理天文学地学化学生物学生物力学生物化学地球化学物理化学

计算数学天体化学理论力学天体力学重力学天文地质学宇宙生物学地球物理地质力学地质生物学生物物理力学仿生学4、科学的理论结构理论结构是科学体系中的微观结构。它和其他层次的科学结构一样，在内容上包括组成它的知识元素、各知识元素在科学理论中的地位和作用以及它们之间的结合方式等。

科学理论结构由逻辑基础部分和逻辑推论构成。（1）逻辑基础部分：基本概念和基本关系。基本概念是构成科学理论概念出发点的起始概念，它指那些能在构建理论体系时能发挥中心作用，作为逻辑出发点，能把其它概念、定律连成一体的概念。如“原子量”、“基因”、“引力”、“位移电流”等。基本关系是指连接基本概念的判断，它可以是公理、公设、定理、定律和数学公式等形式。基本关系包括原理关系命题和因果关系命题。基础部分两层含义：一是指这类理论的核心部分，可比喻为原子的核或者树的根和主干，稳定而不易动摇、破坏；

二是指其最本质的部分，抽象度最高，离经验最远。逻辑基础是科学理论全部逻辑演绎的出发点和前提，决定其性质，制约其发展方向，且统一其所覆盖的一切已知的和未知的经验材料。（2）逻辑推论：由理论的基础部分出发，运用正确的推理规则和推理形式，就可以得到各种各样派生出来的概念和判断。这个推导的过程和得到的结论，统称为逻辑推论。逻辑推论的两层含义：一是指科学理论的外围部分，它可以比喻为原子核外的空间区域，或者是树的枝干和枝条，因而它是科学理论中比较容易动摇和破坏的部分；

二是指科学理论的低层次的本质部分，它的抽象程度较低，离经验要近一些。同位数概念实例说明：十九世纪英国化学家普特劳的原子论思想——“所有元素的原子量都是由氢原子复合而成”(硬核）。辅助性假设（一）：化学元素的原子量具有整数倍的特点。化学事实：氯原子量和镉原子量分别为35.457和112.41；对于给定的化学元素，在电子束电磁场偏转实验的荧光屏上可发现两条甚至多条粒子偏转留下的抛物线。辅助假设（二）：非整数倍元素的原子量可用同位数概念解释。理论硬核普劳特（W·Prout）原子论思想的理论硬核：所有元素的原子都是由氢原子复合而成的。

辅助性陈述之一：化学元素的原子量具有整数倍特点。辅助性陈述之二：非整数倍元素的原子量可以用同位素概念解释普劳特（W·Prout）原子论思想的理论硬核和它的辅助性假说辅助性陈述三、现代科学技术体系结构演化趋势1、专门化（specializeddiscipline）科学朝更精细、更深入、更广泛的方向发展的趋势。2、