科学技术方法论5 第五章 科学认识的综合方法

科学认识的综合方法科学假说科学理论系统科学方法科学假说何谓科学假说科学假说的基本特点科学假说的作用科学假说的建立原则科学假说的检验与发展科学假说是根据已知的科学事实和科学原理，对所研究的自然现象及其规律性提出的一种假定性的推测和说明。

构成假说的基本要素

事实基础、理论背景、对现象本质的猜测、推演出的预言和预见。

（一）假说的来源及分类（1）理论与实践的矛盾。（2）直接解决理论自身的矛盾而产生。（3）为解决新旧事实之间的矛盾产生。假说的知识形态多种多样：概念、判断、模型、理论体系。可以分为三类：常识性假说、科学性假说、形而上学假说科学假说的一般特征（1）科学性。是以一定的科学事实为依据、以科学理论为前提而提出来的。不同于毫无科学根据的神话和缺乏逻辑基础的幻想。（2）假定性。任何假说都带有猜测性、假定性的成分，其结果是或然的。需要发挥思维的想象力。（3）易变性。对同一自然现象可以提出多种不同的假说；同一假说会随着实践过程中的新发现而变化。

科学假说在科学研究中的作用（1）科学假说是通向科学理论的桥梁。自然科学就是沿着：假说—理论—新假说—新理论的途径，不断地向前发展的。（2）假说是激发思维创造性的媒介。（3）不同假说的“争鸣”有利于学术繁荣。

恩格斯指出：“只要自然科学在思维着，他的发展形式就是假说。”假说的形成（1）孕育阶段。根据为数不多的材料和科学理论，通过想象、灵感、推理等思维加工，对问题的解决提出初步的假说。（2）形成阶段。在初步假说的基础上，进一步搜集观察、实验的资料和理论根据，进行论证，充实其内容，修正其错误，使假说发展形成一个比较完整的体系。（3）检验阶段。对假说进行全面检验，特别是专门设计的实验检验，使之向理论过渡。科学假说建立的方法论原则(1)理性原则。一般来说，假说不应与经过检验的科学理论相矛盾。但是对科学理论也不能绝对化。因为科学理论还有其相对性和适用范围。(2)解释性原则。不仅能解释个别事实，而且能解释已知的全部事实。哪怕只有一件事实与假说相矛盾，这个假说也应该被修正甚至被摒弃。（3）可检验性原则。不可检验的假说是不科学的，也是不可取的。假说的可检验性主要是通过从假说中推出新的预言或预见而表现出来的。（4）简单性原则。假说应具有逻辑上的简单性，要求在假说体系中“所包含的彼此独立的假设或公理最少”。当然，简单性是相对的，可以说是个美学原则。可以帮助人们对几种假说作出选择。科学假说的检验与发展逻辑分析实践检验证实与证伪判决性实验结论科学假说是科学发展的一个重要环节和思维形式，又是科学研究的一种重要方法。假说经过实践检验可以上升为理论。理论随着实践科学的发展，又将接受新的事实和新假说的挑战。假说与理论之间是相互转化和促进，有力地推动着自然科学向前发展。科学理论

科学理论建立理论体系的方法科学理论的评价

科学理论的发展科学理论是科学理论是经过实践检验的系统化了的科学知识体系。它是由科学概念、科学原理以及对这些概念、原理的理论论证所组成的体系。1、科学理论的基本特征：客观真理性普遍性系统性逻辑性2、科学理论的结构与分类组成：基本概念、联系这些概念的判断即基本原理或定理、由这些概念与原理推演出来的逻辑结论，即各种具体的规律和预见。

分类：构造性理论原理性理论

爱因斯坦说：“理论物理学的完整体系是由概念、被认为对这些概念有效的基本定律，以及用逻辑推理得到的结论这三者所构成的。”3、科学理论的主要功能（1）解释功能就是把某一特殊对象纳入到某种科学规律和某种初始条件之中的一种演绎程序。科学解释的一般模型：

L：L1.L2.L3…….Ln

解释项(规律性的全称陈述)C:C1.C2.C3……Cn(关于初始条件的特称陈述)被解释项E(关于个别对象的特称陈述)

科学解释的分类

科学解释自然解释

规律解释元理论解释

确定性的规律解释

统计性的规律解释

（2）预见功能。科学预言作为一种关于未来的知识，其结果是提出将来出现的或观察到的某种事件的必然性或概率。

科学预见按照其所预言的对象特点，大体可分为两种：一种是对尚未发现而存在的事物或现象所作的预言；另一种是在具备一定条件时对未来必然要发生的现象所作的预言。

（3）规范功能。导向，从肯定的方面说它为沿着某种有希望的方向进行研究提供线索。约束，从否定的方面说科学理论中的许多科学定律都可以从否定的角度表述。理论的约束功能还表现在旧理论成为新的理论探索的某种社会性的障碍。（4）启发功能。科学理论可以为新的科学发现以及新的科学理论的诞生提供某些类比的途径。建立理论体系的方法

1、公理化方法。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。一个严格的公理化体系需满足下列条件：第一，无矛盾性。第二，完备性。第三，独立性。2、逻辑与历史相统一的方法

历史是指客观事物的发展过程或人类对它的认识过程。逻辑则指人的思维对客观事物发展规律的概括反映，亦即历史的东西在理性思维中的再现。历史是第一性的，是逻辑的客观基础；逻辑是第二性的，是对历史的理论概括。运用逻辑与历史相统一方法所建立起来的科学理论体系，可以有两种类型：一是按逻辑发展程序和自然事物的历史发展进程相一致的原则建立的理论体系。二是按逻辑发展程序和人类认识自然历史的进程相一致的原则来建立理论体系。3、从抽象上升到具体的方法

把比较简单、抽象和贫乏的基本概念作为理论的起点或逻辑的起点。随着逻辑的展开，这些抽象的规定得到不断发展、充实，越来越复杂、丰富和具体，使得研究对象得到完整、充分的解释。把事物的各个方面、各种联系都表述出来，——这种从抽象规定到思维中的具体的论述方式是理论表达的一般规律，它反映了人们认识客观对象的辩证思维过程。理论的评价

理论评价中的经验论与整体论经验论以经验事实为科学理论评价的出发点，把经验的证实或证伪作为科学与非科学的划界标准和理论评价的基本准则。整体论主张评价理论时，除了要有恰当的观察证据外，还应考虑理论的其他性质，如保守性、温和性、简单性、普遍性、精确性等，主张从实用的标准，从理论在说明现象和预测未来的有效性方面评价理论。科学理论评价：真理性评价和价值评价。

1、真理性评价科学理论的真理性评价包括逻辑评价和实践检验两方面。（1）科学理论的逻辑评价逻辑评价是指科学理论是否符合逻辑，它包括相容性评价、自恰性评价和简单性评价。

（2）实践检验通过观察和实验对假说及其推论进行的验证。实践检验一般分为直接检验和间接检验。

——直接检验：直接用观察、实验的方法验证假说的内容（适用于单称存在的假说）。

——间接检验：就是通过结果确认原因，这是一个逆演绎过程。先由假说中演绎出若干可以直接检验的推论，然后和观察实验结果进行对照。实践检验的结果可能有两种情况：一是肯定的结果，一般称为假说通过检验被确认、确证、验证。二是否定的结果，一般称为假说未通过检验，被“证伪”。

理论的检验是一个复杂的过程，无论证实或证伪，都存在着许多需要从逻辑上分析的问题。（1）假说演绎出的部分结论与观测事实的相符,只是为该假说提供了辩护和支持,还不能说完全证实了这一假说。通常称为确证。（2）科学假说是通过检验蕴涵的方法接受验证的。在逻辑上，这种方法的保真性是没有保证的。（3）证伪一个科学假说并不象逻辑学上否定后件就必然否定前件那样简单。首先，科学实践受科学技术水平的制约，是可错的。其次，科学假说本身也是有结构的，若假说被证伪了，还可能是因为其中的辅助性假说有误，而不一定是假说的主要内容有误。关于判决性实验判决性实验由于对两个相互对立的假说能够起到肯定一个、否定另一个的裁决作用的实验.因此历来为科学家和哲学家所重视。关于判决性实验的争论。关于判决性实验的争论告诉我们：观察、实验对假说的检验有确定的一面，也有不确定的一面。观察和实验是科学的最高法庭，但不要把已有的实验检验绝对化。检验假说是一个历史过程，常常不是一次实验所能完成的。2、价值评价

所谓价值评价就是对科学理论的学术意义和社会影响进行评价，其重点是解释力评价和社会价值评价。解释力评价：根据理论的说明能力和预言能力对理论进行评价。社会价值评价：根据社会的需要和要求，从科学理论对技术进步、经济效益、生态效应、文化教育、社会思想、伦理道德等方面的影响进行评价。3、关于理论评价标准的探讨（1）理论同经验事实的一致性。（2）理论内在逻辑的完备性。（3）理论的简单性。（4）理论的预见性。

科学理论的发展

1．科学理论的发展模式关于科学理论的发展，规范的科学哲学先后提出过多种模式，它们反映了科学发展的不同观点。科学逻辑的观点。科学进化的观点。科学社会学的观点。2．科学理论的调整与更替3．科学理论的创新

小结

假说一旦经受实践的检验，具备解释性和预见性，就可以转化为理论。然而，这种理论仍然是相对真理，理论随着实践的发展又将接受新的假说的挑战。尽管在原则可以区分假说和理论，但是假说和理论之间并没不可逾越的界限。创造条件促成它们之间的转化，将推动科学认识向前发展。系统科学方法系统科学的基本问题常见的几种系统科学方法自组织理论方法一.系统科学方法的基本问题

系统（system）最早出现在古希腊语中。原意为“由部分组成的整体”。英文中,意为“有组织的和被组织化的全体．”

系统科学是把对象作为组织性、复杂性系统从整体上探索其存在方式和运动变化规律的学问，是对系统本质的正确反映和真理性认识，是一个知识体系。

系统科学方法即按照系统科学的观点和理论，把研究对象视为系统来解决认识和实践中的各种问题的方法。系统科学方法的特点

(1)综合性。

(2)整体性。

(3)最优化。

(4)定性定量化。

(5)信息化。

(6)人-机交互性。系统科学方法遵循的原则

(1)整体性原则。（基础）

(2)动态原则。（基础）

(3)最优化原则。（目标）

(4)模型化原则。（手段）系统科学方法的作用

(1)为人们提供了新的思想模式，是推动科技整体化、综合化的重要方法。

(2)兼具多种认识功能，是研究复杂系统和宏大系统的有效工具。

(3)为人们提供了指定系统最佳方案以实行优化组合和优化管理的手段。

二．常用的几种系统科学方法

１．系统论方法

20世纪40年代贝塔朗菲创立系统论。运用系统论原理,按照研究对象变化发展的系统过程,考察整体与部分、部分与部分、系统与整体、结构与功能等关系，以揭示其本质、和规律的方法。系统论方法的一般应用有系统分析法、系统模型法、系统决策法。(1)系统分析方法为确定系统的组成、结构、功能、效用，而对系统各种要素、过程和关系进行考察的方法。以整体为目标，以选择解决问题的最佳方案为重点，是系统分析方法的特点。完整的系统分析包括系统的目标分析、结构分析、功能分析、环境分析和动态分析等。(2)系统模型方法通过研究与真实系统在功能上或结构上相似的模型,来揭示和掌握真实系统的特征和规律。系统模型的建立一般遵循相似性原则、简单性原则和逐步逼近原则，使建立起来的系统模型，既反映着真实系统的主要特征，又高于真实系统而具有同类问题的共性。系统模型方法是系统分析方法实现优化的必经途径，是系统论方法的具体形式。(3)系统决策方法运用系统论方法,把决策过程当作一个决策系统来对待,以确定最佳目标的可行性决策方案。系统决策是一个动态过程；要满足一定的条件。系统决策法包括确定性决策分析法、风险性决策分析法、未确定性决策分析法等。(4)系统论方法的作用①能够解决比较复杂或不确定性因素比较多的系统的最优化问题。②能达到定量化分析（定性与定量结合）。③能为决策机构提供最合理方案。④作为一种思考方法对其他各个学科的发展都有促进作用。２．控制论方法

20世纪40年代维纳创立控制论。运用控制论原理，按照研究对象的信息流程，通过信息处理、变换和反馈等手段，从功能行为上控制、揭示其变化发展的内部机制和外部效应的方法。控制论方法一般有反馈控制方法、黑箱方法、功能模拟方法等。(1)反馈控制方法（原理图）(2)黑箱方法(3)功能模拟方法(4)控制论方法的作用①为研究各种自控机器、制导系统以及电脑提供广阔的思路、方法。②为研究生物控制系统提供重要方法。③对复杂的社会、经济系统的研究提供了新的工具。３．信息论方法

1948年申农创立信息论。(1)什么是信息哲学上：信息是事物间相互作用的一种属性。通讯角度：信息是对消息中不确定性的消除。概率论：信息是概率的增加。一般意义：在相互作用中，A物体作用于B物体，引起B物体的某种变化，B的变化标志A的某种特性的变化。（B的变化携带了关于A的信息）。(2)信息的特性

是不守恒的,可以共享、传递、贮存、转换，同时还有相对于物质、能量的独立性。(3)信息论方法

运用信息理论,把研究对象抽象为信息及其变换过程,通过信息的获取、传输、加工、利用、反馈等过程，来揭示对象的本质和规律，进而认识对象和调控改造对象。三．自组织理论方法１．什么是组织、自组织和自组织理论耗散结构理论：由比利时布鲁塞尔学派领导人普里高津于1969年提出。协同学：德国著名理论物理学家H.哈肯于1969创立。超循环理论：德国生物物理学家M.艾根于1971年创立。

自组织理论试图解决一个普遍性的问题：有序与无序相互转化的机制与条件问题。关于从无序走向有序的问题问题还有另一方面，即系统从有序走向无序的形成途径和机制即混沌理论。２．混沌理论

(1)混沌理论简史

“混沌”一词译自英文“chaos”，其原意是指先于一切事物而存在的广袤虚无的空间。后来罗马人把混沌解释为原始的混乱和不成形的物质，而宇宙的创造者就用这种物质创造出了秩序井然的宇宙。

在中国古代也称浑沌，通常理解为混乱、无序、未分化，如所谓“混沌者，言万物相混成而未相离”（《易经》），“窈窈冥冥”、“昏昏默默”（《庄子》）。用“混沌”状态来描述万物伊始的宇宙，所谓“有物混成，先天地生。”（《老子》）。

洛伦兹的“蝴蝶效应”。最早给出混沌的第一个严格数学定义的人是李天岩。他和约克教授受到洛仑兹论文的启发在1975年12月那期《美国数学月刊》上发表了一篇论文，题为“周期３意味着混沌”，在这篇文章中，他们明确提出混沌（chaos）概念。混沌

著名生态学家梅（May）对昆虫“年虫口数”模型的研究。费根鲍姆常数。曼德尔布罗特的分形。目前最流行的混沌定义是由德伐尼(R.Devaney)在20世纪80年代给出的，即度量空间上的一个自映射是混沌的，如果它有三条性质：该映射是拓扑传递；周期轨分布稠密；以及具有对初始条件的敏感依赖性。

有人说：“20世纪的科学家只有三件事将被记住：相对论、量子力学和混沌。如同一位物理学家所说：‘相对论排除了对绝对空间和时间的牛顿迷梦；混沌则排除了拉普拉斯决定论的可预见性的狂想。’在这三大革命中，混沌革命适用于我们看得见、摸得到的世界，适用于和人自己同一尺度的对象。”

(2)混沌的分类第一类混沌：热平衡式混沌第二类混沌