第3课 创造性思维与科技方法论

1、,科学技术研究方法有三类：适用于某些学科的特殊研究方法，如光谱分析方法、化学催化方法等；适用于各门自然科学技术的一般研究方法，如实验方法、数学方法、系统方法等；适用于自然科学、社会科学、思维科学的普遍研究方法，如哲学方法、归纳方法等。自然辩证法的科学技术方法论主要研究第二类方法。科学技术方法论是关于自然科学技术研究中常用的一般方法的理论体系。,一、科学抽象与归纳、演绎,科学抽象是在科学研究过程中运用理性思维，排除研究对象的非本质的、表面的、偶然的因素，抽取其本质的、内在的、必然的东西，以达到对研究对象的本质和规律性认识的一种理性思维方法。科学抽象是对科学事实的抽象，而科学事实是通过科学观察、实

2、验和调查等实践活动获得的。所以，科学抽象必须以科学实践为基础。,科学抽象的形式（1）科学符号：被研究和认识的某种客观事物的替代物。它具有物质性、可感知性。（2）科学概念：反映事物本质属性的思维形式，是理性思维的三种基本形式之一。（3）思想模型：通过科学抽象建立起来的关于事物原型的思想客体。（4）理想实验：经过科学抽象，把实验条件抽象到理想化程度，在思维中模仿真实实验的结构和形式，借助于科学想象和逻辑推理而进行的实验。,归纳和演绎归纳是从个别事实中概括出一般性结论的思维方法，是一种由个别性前提过渡到一般性结论的推理形式。包括完全归纳法和不完全归纳法。,S2-p,S1-p,S3-p,S4-p,S-

3、p,S1-p,S2-p,-,S-p,完全归纳,不完全归纳,演绎是从一般原理走向个别结论的思维方法，是由一般性原则推导出个别结论的推理形式。它由前提、逻辑规则和结论三部分构成。,这两种方法不可分割，二者互为前提、互相补充，综合应用。,S-p,M-S,M-p,大前提,小前提,结论,归纳与演绎的关系归纳是演绎的基础；演绎是归纳的指导；二者在一定条件下可相互转化。要建立归纳和演绎相统一的思维模式。,二、创新思维方法,1、科学技术创造科技创造是运用科技知识和技能，改变、控制和调节客体，创造出前所未有的产品的活动，是科学技术研究中的创造性活动。科技创造分为科学发现和技术发明。科学发现：把被掩盖的东西揭示出

4、来，即把已经存在但不为人知的事物找出来，或把客观存在的规律加以阐明。技术发明：创制或造出过去不曾存在的东西，即创造出世上本没有的器物、技术、方法等。,科技创造的基本过程：（1）准备阶段：问题的提出（2）酝酿阶段：问题的求解（3）显智阶段：问题的突破（4）检验阶段：问题成果的证明和检验科学研究的一般程序：确定科研课题；获取科学事实；进行思维加工；科学实践检验论证；建立理论体系。,2、类比方法与移植方法类比是根据两个或两类事物在某些属性的相似或相同，推出它们在其他属性也可能相似或相同的一种创新思维方法。类比方法在科研中具有启发思路、提供线索、举一反三、触类旁通的作用。类比是提出科学假说的重要途径，

5、是设计实验的逻辑基础。类比具有一定的局限性，应扩大类比的范围，增强已知属性与未知属性之间的相关性，提高其可靠性。,类比的逻辑推理形式：A对象具有属性：a，b，c，dB对象具有属性：a，b，c所以，B对象也可能有属性d移植方法是汲取和借用一个研究领域或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或对象的一种创新思维方法。,3、形象思维形象思维是在感性认识的基础上，通过意象进行联想和想象，以揭示对象的本质和规律的一种创新思维方法。逻辑思维的“细胞”是概念，而形象思维的“细胞”则是意象。意象是对同类事物形象的一般特征的反映。形象思维的一般思维过程：运用意象进行联想和想象。逻辑思维的一般思维过

6、程：运用概念进行判断和推理。,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，想象力是科学研究中的实在因素。”物理学家玻尔：科学家要有“疯狂的想象力”。希尔伯特：数学家比诗人更需要想象力，他曾对人谈到自己的一个学生因为想象力差而改行当诗人去。加拿大学者邦格：“创造性想象富于形象，它能够创造概念和概念体系，这些概念在感觉上没有和它相应的东西，但是在现实中是有某种东西和它对应的，因此它孕育着新奇的思想。”美国科学家布罗诺夫斯基：“想象就是人脑中形象的操作，文学、艺术的操作以及理性的操作都属于这种想象”，“想象是构成形象并使它

7、们以新的排列移入人脑的能力”。,科学直觉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形式，这种领悟以研究主体长期的经验积累为基础。它具有非逻辑性和自发性。科学研究中，对机遇能迅速捕捉，并能对其蕴涵的科学价值做出准确的判断，就是科学直觉能力的表现。科学直觉有时还伴随着科学灵感这种特殊心理体验和心理过程。,科学灵感是指探索某个问题时虽经反复探索但尚未解决；因某种偶然因素的激发，得到突发性的顿悟，思想豁然开朗，一通百通，使问题得到解决的思维过程。从灵感的发生看，它是一种突发性的创造活动；从灵感的过程看，它是一种飞跃性的创造活动；从灵感的成果看，它是一种突破性的创造活动。科学灵感是科学思

8、维活动的必然性的偶然表现而已。它的突然性只是形式上的；实际上，它是大脑长时间准备，思维特别紧张，注意力高度集中所产生的一种必然结果。科技史上的许多重大科学难题往往就是在直觉和灵感的顿悟中奇迹般地得到解决。,4、创造性思维创造性思维与常规性思维德国的韦特海姆发表的创造性思维（1943年）是第一部研究创造性思维的专著。创造性思维是研究者在原有的知识和经验基础上，运用与探索对象及探索过程相匹配的、独特的科学思维方法把握对象的本质和规律，从而获得新思想、新观点、新理论、新方法的思维活动。创造性思维是逻辑联系与心理过程的统一。创造性思维没有固定的程序。费耶阿本德：怎样都行！,创造性思维的基本特征：独创性

9、和新颖性；多向性和关联性；灵活性；综合性：逻辑方法与非逻辑方法的整合、发散性思维与收敛性思维的整合、理性直觉与理性自觉的整合。一个足以完成科学创造过程的创造性思维方法，必定是逻辑思维与非逻辑思维的辩证统一和综合应用。逻辑思维与非逻辑思维是创造性思维得以发挥的两个翅膀、相互补充、相互协同。,逻辑型创造性思维：逆向思维、置换变换思维、离散思维、类比思维、移植思维等。非逻辑型创造性思维：发散思维、收敛思维、联想思维、直觉思维、灵感思维、集体智慧法（头脑风暴法）、希望点列举法等。,发散思维是指从同一个探索对象出发，思维向不同的方向发散，从不同的方向去探寻各种不同的解决途径和答案的思维方法，它具有流畅性

10、、灵活性、独特性等特征，又称“求异思维”。收敛思维是指从同一个探索对象出发，尽可能利用已有的知识和经验，集中一个方向，探求一个正确答案的思维方法，它具有单向性，又称“求同思维”。两者相辅相成、相互配合。发散性思维要以收敛性思维为基础，而收敛性思维要以发散性思维为导向。,创造性思维的机制,人脑不仅具有感官所提供的各种信息、实践经验的背景知识、判断能力，而且在生理结构上的机制表现出它要对众多信息进行加工，同时人的分析能力是无限的，这便成为创造性思维的基础。人的思维是由许多较小、较细、较复杂的思想元素组合而成的，人脑具有将这些思想元素加以整理和重新组合编排的功能，创造性思维的机制就是这些元素重新组合

11、的过程。要弄清人脑对信息是如何存储的，即记忆、语词信息的承担，意象以及逻辑联系的过程等。,思维是人脑的机能。人脑右半球的功能主要是以形象思维的形式产生创造性的设想等；人脑左半球的功能主要是以抽象思维的形式进行分析、论证等。在创造性思维活动中，人脑两个半球既各司其职，又协同工作，产生设想和分析论证两个过程相互联系、交叉进行，使创造设想很快得以完善，产生创造性的思维成果。人脑机能的充分发挥，是创造性思维发挥的生理基础。,创造性思维的心理机制主要是指显意识和潜意识在创造性思维发挥中的协同作用问题。显意识是人自觉意识到并能加以控制的意识活动，包括知觉、感觉、判断、推理、情感、意志等。潜意识是人意识不到

12、、不能自觉控制的活动。显意识和潜意识是人脑对客观事物反映的不同层次。创造性思维的发挥是以显意识和潜意识的协同作用为心理基础的。,记忆是创造性思维的前提和基础。记忆包括感觉记忆、短期记忆和长期记忆。在记忆中有两种机制与科技发现、发明的创造性思维过程有密切联系。一种是存入编码的机制，另一种是选择提取的机制。依赖于记忆的语义网络结构来调用信息。记忆力是想象力、思维力和创造力的基础，而想象力又是思维力和创造力的基础。,意象是创造性思维的元素。思维需要意象，意象包含着思维。意象不同于知觉，意象是暂时的、不稳定的，而且所展示的信息是有限的。意象有直接记忆意象和创建意象。意象可以增强记忆，在识别中发挥作用，

13、有助于解决问题。语言是创造性思维的一个重要的符号元素。,三、数学方法与系统思维方法,1、数学方法数学模型是指用形式化的数学语言对研究对象的本质特征或基本过程进行数量或空间形式方面的描述的数学表达式。如数学方程（组）、图、表格等。数学模型方法是通过建立和研究对象的数学模型来揭示对象的本质特征和变化规律的方法。,数学模型的基本类型确定性数学模型、随机性数学模型、突变性数学模型、模糊性数学模型。运用数学模型方法的一般步骤抽取数量关系，建立数学模型；对数学模型求解；对模型的解做出解释和评价，形成对实际问题的判断或预见。,数学实验是一种新的科学认识途径。数学实验是在计算机上对系统的数学模型进行试验，以求

14、得对原型的规律性的认识的一种数学方法。也叫计算机仿真。数学实验与一般的实验不同，它是在真实实验与纯粹的演绎推理之间的一种认识自然规律的新方法，是用相应的数学语言对客体进行描述的“实验”。,2、系统思维方法系统科学是探索系统的存在方式和运动变化规律的学科，是对系统本质的正确反映和真理性认识的知识体系。它已形成一个学科群：系统论、信息论、控制论、耗散结构理论、协同学、突变理论、超循环理论、混沌理论、非线性科学、复杂性科学等。系统思维方法是指系统论方法、控制论方法和信息论方法，以及在此基础上发展起来的自组织理论（耗散结构理论、协同学理论和超循环理论等）的方法。,一般系统论是奥地利生物学家贝塔朗菲创立

15、的，其思想源于解释生命现象的有机论观点。系统论方法是把研究对象看成系统，从系统整体出发，辩证地处理整体与部分、结构与功能、系统与环境、功能与目标之间的关系，以实现系统整体最优化的方法。系统论方法应用的原则：既使整体最优，又不使部分损失过大。系统分析与系统综合。,控制论是1948年美国数学家维纳创立的。它是研究在动物和机器中通讯和控制的理论。控制论方法是以任何系统的功能行为为目标，通过功能模拟方法、黑箱方法和反馈控制方法的综合应用，使系统减熵增序，实现控制，以达到系统目标最优化的方法。,信息论是1948年美国数学家申农等人创立的。信息论方法是指运用信息的概念，把系统的运动变化过程抽象为信息的流程

16、，通过对信息的流程的分析和处理，求得对系统规律性的认识的一种系统科学方法。它以信息的运动作为分析和处理问题的基础。,耗散结构方法耗散结构理论是比利时的物理学家普利高津在1969年提出的。耗散结构方法是研究一切不同质的系统如何从无序走向有序，进而产生耗散结构，使系统具有自组织功能的方法。应用耗散结构方法的原则：开放性原则、非平衡原则、非线性原则、涨落原则。,协同学方法协同学是德国的物理学家赫尔曼哈肯在20世纪70年代初提出的。协同学是研究开放系统在物质流、能量流、信息流作用下，系统自身要素通过协同作用自发组织起来，形成一种宏观有序状态或功能行为的科学理论。协同学方法是以定性与定量相结合的方式，从

17、度上把握系统如何相干协同，表现自组织问题的一般方法。,超循环方法超循环理论是德国的生物学家艾根于20世纪70年代初提出的。超循环：循环的循环或高等循环。在一个反应系列中，如果每一个中间物都是一个自复制单元，同时又能为下一个中间物的复制提供催化支持，便形成了一个超循环。超循环方法是指运用超循环的概念来分析和解决问题的方法。,四、科学技术活动的方法,（一）科学认识的形成与方法（二）科学理论的创立与评价（三）技术认识与技术方法,（一）科学认识的形成与方法,1、科学问题如何提出？科学研究的起点：提出科学问题现代神经心理学：在人的大脑中有一个驱动人们提出问题并进行探索的系统，即乳状体（mammillar

18、ybodies）、海马体（hippocamps）和林麦克（limic）系统。科学问题是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科学实践中需要解决而未解决的矛盾。,爱因斯坦指出：“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能而已，而提出新的问题、新的可能性，从新的角度去看待旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”法国数学家帕斯卡观察到气压计的水银柱随着海拔高度的升高而下降，便提出为什么水银柱离海平面越高它越下降的问题，从而引导到大气压力的发现。,科学问题的主要来源（1）从新经验事实的解释中提出；（2）从科技的空白

19、区和结合部中提出；（3）从新事实与旧理论的冲突中提出；（4）从相互并存的多种假说中提出；（5）从科学理论内部的逻辑矛盾中提出；（6）从不同学科理论观点之间的矛盾中提出；（7）从追求理论的普适性和逻辑简单性中提出；（8）从证实假说或事实的可靠性中提出；（9）从某一学科的概念、理论和方法向其他领域移植中提出；（10）从科学理论和方法的推广和应用中提出；（11）从社会需要与生产实践中提出。,科学问题：常规问题和反常问题、事实问题和理论问题常规问题是在常规科学时期提出的有待解决的疑难问题，与现有科学理论的基本概念和基本原理不发生根本性的冲突。可以作为事实问题和理论问题处理。反常问题是在科学革命时期提出

20、的、已有理论无法解决的疑难问题，它是拒斥原有科学理论的框架而提出的，与现有科学理论的基本概念和基本原理有明显不同或尖锐对立。反常问题的解决意味着一场科学理论革命。,科学问题的转换常规问题与反常问题之间的转换，事实问题与理论问题之间的转换。科学问题的逆向转换、互补转换、发散转换、立体转换等。“如何使贱金属变成贵金属？”“能使贱金属变成贵金属吗？”“光是波还是粒子？”“光不能既是波又是粒子吗？”“脚气病是由哪些细菌引起的？”“为什么食用精白米的人容易得脚气病？”,科研选题在科研中的作用科研选题是形成、选择和确定科研课题的全过程。它是科学研究过程中的决定性环节。（1）定向作用；（2）制约作用；（3）

21、关键性作用；（4）培养思维能力和独立工作能力；（5）它是科技管理工作中一个决策过程。,科研选题的基本原则,（1）创新性原则要求课题具有超前性、新颖性和突破性。（2）科学性原则选题要有科学事实根据和科学理论根据。（3）可能性原则选题必须根据主客观条件来确定。（4）需要性原则根据社会实践的需要和科技自身发展的需要来选择课题。,2、科学事实的获取方法科学观察、科学实验科学观察是通过感觉器官或借助于科学仪器，有目的、有计划地感知和描述客观对象，以获取科学事实的一种科学认识方法。科学观察的基本原则（1）客观性原则：首要原则（2）全面性原则（3）典型性原则（4）辩证性原则,科学实验是根据研究目的，利用科学

22、仪器等手段，人为地控制、模拟或变革研究对象，以获取科学事实的一种研究方法。科学实验的基本要素：实验者、实验手段和实验对象。科学实验的基本要求（1）确定误差范围，区分系统误差和偶然误差，并加以适当处理。（2）实验结果可重复。（3）有理论思维指导。（4）遵循客观性、全面性、辩证性、目的性等原则。,科学实验的一般步骤（1）实验的构思和设计：确定实验目的、实验原理，选择实验材料，选择或研制适用的仪器设备，选择实验的类型等。（2）实验的实施：完成实验操作的各个环节，记录所有的反应、表现和数据。（3）实验结果的分析整理和理论解释：确定所获得的经验事实。讨论题：观察实验与理论的关系如何？“观察渗透理论”,科

23、学观察实验中的机遇机遇是指出乎人们意料的新现象、新情况。科学机遇：观察实验者在期待A现象出现时，却意外地发现了B现象；或在采取某种操作或措施后，却得到了意想不到的结果。这个意外的B现象比期待中的那个一般只具有确认意义的A现象更有价值、更有意义。机遇的特点：意外性、偶然性。机遇的作用：先导作用、线索作用；对科学发展起加速或延缓作用。,德国的伦琴在实验室里偶然观察到密封得很好的照片底片被感光，从而提出了是什么射线引起底片感光的问题，最后发现了X射线。在伦琴发现X射线之前，美国费城的古德斯和英国的克鲁克斯都观察到密封底片被感光的现象。可以说，他们是最早拍摄到X光照片的人，但他们都没有进一步去探究下去

24、。,捕捉机遇的条件和能力（1）必须具有留心机遇、重视机遇、随时准备捕捉机遇的强烈意识和穷追不舍的精神。（2）要有丰富的专门知识、合理的智能结构和长期的实践经验的储备。（3）要有敏锐的观察能力和高度的判断能力。（4）要善于独立思考，富于想象，勇于摆脱已有的观念和成见、偏见的束缚。,3、科学假说的形成恩格斯：只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说。科学研究从科学问题出发，以科学事实为基础，经过对科学事实的整理、加工和概括，就会产生科学假说。科学假说经过实践的检验，就上升为科学理论。科学假说的形成和科学理论的建立，以及二者之间的相互转化和促进，有力地推进科学的发展。,科学假说是根据已知的科学事实

25、和科学理论，对所研究的自然现象及其规律性所作的推测性的说明和假定性的理论解释。科学假说具有以下特征：（1）科学性（2）假定性（3）易变性经验定律型假说与原理定律型假说,科学假说在科研中的作用（1）科学假说是通向科学理论的桥梁；（2）科学假说能够发挥思维的能动性和创造性；（3）科学假说具有导向作用；（4）不同假说的争论有利于推动学术的繁荣。,科学假说形成的基本条件（1）可解释性：假说要尽可能解释已有的科学事实；（2）一致对应性：假说不应与原有理论中经过检验的真理部分相矛盾；（3）逻辑简单性：假说应具有逻上的简单性，在假说体系中所包含的彼此独立的假设或公理最少。（4）可预测性、检验性：假说原则上应

26、能在观察、实验等实践基础上加以检验，从而判定其是否具有真理性。科学假说只是科学理论的可能方案，科学假说向科学理论的转化是一个复杂的认识过程。科学假说向科学理论转化的基本条件是看其能否经受得住科学实践的检验。,（二）科学理论的创立与评价,科学理论是经过科学实践检验的系统化的科学知识体系。它反映了事物的本质和规律，能对已知事实做出解释，对未知事实做出预见。科学理论特征:客观真理性、普遍性、系统性和逻辑性。,科学理论的基本要素（逻辑结构）：（1）基本概念（逻辑出发点）（2）基本原理或定律（判断）（3）科学推论（逻辑结论）科学理论的核心内容与辅助内容科学理论的发展形式：理论的常规发展（量变）：修补理论

27、的辅助内容。理论的创新（质变）：旧理论被新理论所代替。,爱因斯坦：物理学理论可区分为构造性理论和原理性理论。构造性理论是“从比较简单的形式体系出发，并以此为材料，对比较复杂的现象构造出一幅图像”，如气体分子运动就是这样。原理性理论“使用的是分析方法，而不是综合方法。形成它们的基础和出发点的要素不是假说构造出来的，而是在经验这里发现到的，它们是自然过程的普遍特征，即原理，这些原理给出了各个过程或者它们的理论表述所必须满足的数学形式的判据”，如热力学和相对论就是如此。,科学理论形成的两种基本模式归纳模式：在观察、实验的基础上得到一些单称命题，然后运用归纳方法推导出理论的全称命题。（通过归纳模式形成

28、科学理论）科学理论的形成不能完全从科学事实开始。假说演绎模式：首先构想一种假说或理论，再通过科学事实对其进行检验。（通过假说演绎模式获得科学理论）科学的发现是在经验的基础上由科学家提出试探性的假设而开始。自然科学就是沿着“经验事实理论新经验事实新理论”的道路不断发展的。假说演绎模式实际上是利用公理化方法建立科学理论的。,爱因斯坦的狭义相对论根据从科学事实中抽象形成的两条基本假定：相对性原理和光速不变原理，推演出时间具有相对性、质速关系、质能关系以及“钟慢尺缩”等科学推论。时间的相对性：不存在与惯性系关系的绝对的时间，在一个惯性系中同时发生的两个时间，在另一个相对前一个惯性系运动的惯性系中可以不同时发生。,建立科学理论的公理化方法,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，推导出一系列命题和定理，从而建立一个完整的逻辑体系的方法。其目的是把一门学科建立为一个演绎理论体系。古希腊欧几里得几何原本的几何学体系是最早运用公理化方法建立的理论体系。构建公理化体系的条