第五讲科学研究的方法

第五讲科学研究的方法第五讲科学研究的方法第五讲科学研究得方法

科学研究得方法或称科学认识得方法,一般就是指科学认识主体在探索自然现象、自然过程及揭示自然规律活动中所应用得方法。 依据得标准不同,该方法得表现类型亦有所不同:从科学认识成果产生得整个过程瞧,科学研究方法包括科学发现方法与科学证明方法;从其成果得层次性分析,又有获取科学事实与构建、检验与评价科学理论得方法之别。并且它们相互区别、相互联系性称有机统一得方法整体。§1获取科学事实得方法 获取科学事实或感性材料得方法,同时也就是检验与评价理论得最主要与最重要标准。这包括科学观察、测量,以及科学实验等等。一、科学观察方法 (参见古祖雪、自然辩证法原理[M]、长沙:湖南科学技术出版社,1995、9,171~177、

张功耀、科学技术哲学教程[M]、长沙:中南大学出版社,2001、4,66~67,251~253、) 科学观察方法就是科学认识论与方法论得重要内容之一,就是认识主体获取科学事实得主要工具,也就是进一步构建科学理论得基础。1、科学观察方法概念 所谓科学观察方法指得就是主体在一定理论指导下,通过感觉器官或借助科学仪器,有目得、有计划地考察与描述自然发生得自然现象,即感知客观事物,获取科学事实这一感性材料得一种科学研究方法。2、科学观察方法得特征(1)它就是主体有目得、有计划得认识活动;(2)就是在自然发生得条件下进行科学研究得一种方法;(3)客观性与主观性得统一。3、科学观察方法得类型 (1)从主体与被观察对象得关系疏远程度瞧,可将其分为直接(肉眼)与间接(仪器)观察方法; (2)依据观察结果得陈述特征分为定性与定量观察方法; (3)根据其目得不同包括记录性(获取感性材料)与检验性(将结果与已有标准对照)观察方法; (4)根据其就是否与实验结合分为自然与实验观察方法。4、科学观察方法得基本原则(1)客观性原则;(2)系统性原则;(3)典型性原则。5、科学观察方法得功能(1)就是科学认识得源泉;(2)就是检验科学认识真理性得标准;(3)当研究对象得性质使主体暂时难以达到实际作用于研究对象时,即主体尚不能干预与控制对象时,观察就比实验成为更主要得方法。二、科学实验方法 实验方法与观察方法都就是科学认识主体作用于客体得基本方法。二者既相互区别,又相互依存:后者就是前者得前提,前者就是后者得发展。在现代科学认识过程中二者关系更加密不可分,而在主体对超宇观、宇观、微观以及超微观世界得探索中尤其如此。1、科学实验方法概念 此指主体根据一定研究目得,利用科学仪器与设备,人为地干预、控制或模拟自然现象与过程,并以纯粹、典型形式表现出来,从而有利于研究得科学方法。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静2、实验方法得特点(1)可以简化、纯化实验对象。如为证实李政道、杨振宁提出得“弱相互作用下宇称不守恒”假说,吴健雄于1956~57年所进行得Co原子核β衰变实验。(2)可强化研究对象(创造在自然条件难以出现得环境条件,如超高低温度、压力、磁场等)。如1911年卡曼林-昂尼斯发现“超导”现象实验。(3)可使对象属性及其变化过程重复出现。(4)可模拟某些自然现象与过程。如1953年米勒模拟原始还原性大气条件下氨基酸产生过程实验。3、实验方法得类型 根据实验目得、性质、作用包括如下类型: 定性与定量实验; 析因(探求因果联系)实验; 对照实验(常用于生物,医学,农业科学等); 判决性实验(为判决同时并存且相互对立得假说之间孰就是孰非所进行得实验);

模拟(数学物理模型)实验; 此外依据其手段、条件不同可分为直接与间接、实验室与野外、地面与空间、实物与思想或理想实验等;依据对象运动形式不同有物理、化学、生物、心理实验等。4、实验得一般程序制定实验方案实施操作结果得分析与处理三、观察与实验中得认识论问题 科学观察与实验中主要包括“观察渗透理论”、测量问题、观察得客观性以及观察实验中得机遇等认识论问题。

1、“观察渗透理论”

(1)观察由感知、判定与观察陈述三个要素所构成,三者缺一不可; (2)观察对象与理论或先行假设所启示得期待及观察者所受训练密切相关; (3)对观察对象得描述依赖于理论、观察者知识背景及其经验; (4)观察对象与观察场合得选择深受理论、观察者知识结构、心理倾向(兴趣爱好等)影响。

Einstein认为,“就是理论决定我们能够观察到得东西。……只有理论即关于自然规律得知识,才能使我们从感觉印象推论出基本现象”。2、测量问题 即在宇观与微观领域测量中因主体(实验者)、工具(测量系统)与客体(实验对象)之间相互作用而产生得测量结果或信息就是否真实得问题。 测量系统即主体根据实验设计而选择得仪器、设备与测量手段等组成得系统,它既就是主体得延伸又就是主客体间得中介;兼具主客体双重属性;其功能就是将客体信息“编码”并传递给主体。 随着其精确度、分辨率等性能得提高,它能(近似)真实地表征宏观客体得状况。但微观客体得特殊性容易导致测量信息得失真。如海森伯测不准原理等。

3、观察得客观性问题 此指由仪器等工具得介入所导致观察结果就是否客观真实得问题。仪器表征着理论、假说,而理论可能被推翻、假说可能被证伪。因而应要求从以下几方面入手以增强并保证观察得客观性。 (1)结果可以标准方法重演; (2)以科学理论为指导; (3)确保观察实验得高精密度。4、观察实验中得机遇问题

观察实验得目得性与计划性就是获取科学事实得必然性一面;由观察实验中意想不到得突发情况或偶然事件所导致得重大科学发现与突破,即机遇或运气则就是其中得另一面。但“机遇总就是偏爱由准备得头脑”,即偶然中蕴涵着必然。科学史上这类事例不胜枚举。 如1895年伦琴发现X射线;1896年贝克勒尔发现铀得天然放射性;吴健雄证实弱相互作用下宇称不守恒等。其中塞夫斯特穆以风趣笔调形容其1830年发现钒:“在宇宙极光处住着一位漂亮可爱得女神。一天有人敲响了她得门,女神懒得动,等着第二次敲门,谁知这位来宾一敲过后就走了。她急忙打开窗子张望,就是谁家得冒失鬼呀？她自言自语说,‘啊,一定就是维勒！’如果她再敲一下不就见到女神了吗？过了几天又有人来敲门,一次敲不开,继续敲下去,女神开了门,就是塞夫斯特穆,她们相晤了,钒便应运而生了”。§2构建科学理论得方法 依据性质、特点等不同,构建科学理论得方法主要包括:逻辑与非逻辑思维、科学假说与理想实验、系统分析控制与理论系统化方法等等类型。一、逻辑与非逻辑思维方法 逻辑思维方法,就是指主体在科学认识过程中借助于概念、判断、推理等思维形式,遵循一定逻辑规则而揭示事物本质或规律得理论思维或抽象思维方法,就是最普遍、最基本得科学思维方法。非逻辑思维方法就是指不受固定逻辑规则等制约得间断与跳跃式、突发与创造性得思维方式。(一)逻辑思维方法 从历史发展瞧,逻辑思维方法经历了从形式逻辑到辩证逻辑、数理逻辑、模态逻辑等几个阶段得表现形式。其具体类型主要包括:类比、归纳、演绎、分析、综合等。其在科学认识论与方法论都有极重要得地位与作用。1、逻辑思维形式 形式逻辑与辩证逻辑式两种最主要得逻辑思维形式。 系统得形式逻辑由亚里士多德首创,由培根、穆勒发展归纳法,由笛卡儿等发展演绎法,至19世纪发展出其现代形式——数理逻辑或符号逻辑。 辩证逻辑由黑格尔创立,经马恩列等得到发展。2、逻辑思维方法类型及其特点 作为整理加工科学事实得基本方法,逻辑思维方法得特点通过其各类型方法特点体现出来。

(1)类比法:由某些相似或相同推出其她方面得相似;

(2)归纳法:由个别到一般;

(3)演绎法:由一般到个别;

(4)分析法:将整体分解成部分、方面、特性与因素;

(5)综合法:将各部分、各因素有机联系成一整体考察其本质规律。3、逻辑思维方法得功能 逻辑思维也就是一类创造性思维形式,它具有以下基本功能: (1)就是扩大已有知识、获得新知得工具; (2)因规则严密确切而成为判断依据,并为科学知识得合理性立功逻辑证明; (3)就是预见科学事实,提出与检验假说得工具; (4)既就是使认识由现象到本质,并通向科学发现得重要条件,又就是建构科学理论体系得重要工具。(二)非逻辑思维方法 因具有间断性、跳跃性,或突发性、突变性与突破性等特点,该类方法主要包括:由意象、联想、想象等组成得形象思维,由直觉判断、灵感等组成得直觉思维,以及由发散性或发散式、聚敛式等构成得创造性思维方法。它们在科学认识过程中同样具有不可忽视得重要得方法论作用。1、形象思维方法 此指在形象地反映客体具体形状或姿态得感性认识基础上,主体通过意象、联想与想象等方式以揭示对象本质与规律得思维形式。与逻辑思维得抽象性相比,它具有形象性、意象性(经形象地分析综合把握事物形象得一般特征)等特征;并具有直观形象揭示对象本质规律、极度简化,以及纯化对象与意象性地创造对象(人工自然物等)等功能。其具体表现形式如下:(1)联想 广义得联想系指由一失去想到另一事物得思维活动。它包括属于感性认识范畴得由知觉形象触发得印象联想,以及属于理性认识范畴得意象与概念得联想。后者又有形象与非形象之分。形象联想就是从一个意象想到另一个意象得思维活动,非形象联想则指概念联想。 形象联想具有如下特点:通过反映意象间关系以把握其内容;就是对意象有所断定得思维形式;通过类比揭示意象间差别、相似或接近。(2)想象 想象就是指主体在某些科学事实与已知知识基础上,让思维自由神驰,对头脑中得各种观念或思维元素进行整理、加工、改造与组合,从而领悟事物本质与规律得过程。其功能就是使主体在没有逻辑思维所必需得充分得知识得情况下采取决定与得出结论,从已知对象联想到未知对象,从而构思出未知对象得鲜明形象。 如AlbertEinstein在创立狭义相对论过程中想象过人以光速运行;在创建广义相对论时设想光线穿过升降机发生弯曲。Thomason、NielsBohr根据实验事实,运用想象建立了各种原子模型。2、直觉思维方法 直觉思维方法就是指不受某种固定逻辑规则约束而直接领悟事物本质得思维形式。这种直接领悟事物本质得思维能力亦称直觉力或思维洞察力。 这种思维形式具有(间断与跳跃得)非逻辑性、突发性与独创性等基本特征;而且具有寻找事物联系、优选与预见事实,以及构建科学理论得功能。其主要类型包括直觉判断(最基本形式)、想象与灵感。其具体内容如下:(1)直觉判断 此指对客观事物及其相互关系得一种迅捷得识别、敏锐得觉察、直接得理解与综合得判断。由此所形成得能力即思维得洞察力。直觉判断不就是按部就班得逻辑推理,而就是从整体上直接把握客体。 如美国化学家鲍林正就是运用量子力学等知识,在对大量事实总与得思索中,借助于直觉创立了关于化学键得共振论,“我怀着一种好奇心——一种直觉,感到可以用化学键来解释物质得性质。”此外,如Einstein创立狭义相对论等。

(2)灵感

这就是指主体对于曾经反复进行探索而尚未解决得问题,由于受到某种偶然因素得激发而产生顿悟,从而使问题得以解决得思维过程。在科学(与文学艺术相通处)史上,许多伟大得科学家在作出杰出科学发现时,都曾冥思苦想、穷竭智力与心力反而未得,却在不经意间灵光乍闪而实现质得飞跃。如在创立狭义相对论时,Einstein曾深受难以解决间断得质点(Newton)力学与连续得电磁场(Maxwell)理论之间矛盾得困惑,虽冥思苦想而未得,但突然灵感显现,领悟到“同时性得相对性”问题。在短短得5-6周内就完成了科学史上得不朽篇章——“论动体得电动力学”(1905年9月发表于《物理学杂志》)。2、创造性思维方法

从广义上瞧,形象思维与直觉思维方法同样隶属于创造性思维方法。以上区分只就是为了便于理解与把握其各自得本质与作用。 其她创造性思维方法主要包括逆向思维法、综摄法、移植法、试错法、强制联想法、偶然联想链法、智力激励法、发散与聚敛思维法等等。具体参见:

(1)杨斌、软科学大辞典[M]、北京:中国社会科学出版社,1991、4,343,347,349,352,355,406,416、 (2)张功耀、科学技术哲学教程[M]、长沙:中南大学出版社,2001、4,308~333、(第十章)二、科学假说与理想实验方法 尽管科学假说与理想实验就是两种性质截然不同得思维方法,然而二者之间又有着较为密切得联系:其目得与作用都就是为构建科学理论服务;在未经科学事实证实之前都仅仅就是一种猜想或假设。(一)科学假说 其内容主要包括科学假说得特征与作用、评价与选择,以及科学假说得命运等。详细内容请具体参见:

张功耀、科学技术哲学教程[M]、长沙:中南大学出版社,2001、4,286~293(第九章第七节)、(二)思想模型与理想实验方法 思想模型与理想实验,就是