第8章 科学研究的理论方法1.ppt

1、第八章 科学研究的理论方法,科学研究不能只停留于经验层次，还必须上升到理论层次，否则，不能称其为科学。,门捷列夫指出：“单是事实的 搜集，哪怕搜集得非常广泛；单 是事实的积累，哪怕积累得毫无 遗漏，都不能使你获得掌握科学 的方法，不能向你提供进一步成功的保 证，甚至还不能使你有权按照科学这个名 词的高级意义来把它叫做科学。”,第八章 科学研究的理论方法,爱因斯坦指出：“刻卜勒 的惊人成就，是证明下面这 条真理的一个美妙的例子， 这条真理是：知识不能单从 经验中得出，而只能从理智的发明同 观察的事实两者比较中得出。”,第八章 科学研究的理论方法,列宁说：“认识是人对 自然界的反映。但是，这 并不

2、是简单的、直接的、 完全的反映，而是一系列 的抽象过程，即概念、规律等等的构 成、形成过程，”,第八章 科学研究的理论方法,毛泽东说：“要完全地反映整 个事物，反映事物的本质，反 映事物的内部规律性，就必须 经过思考作用，将丰富的感觉 材料加以去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里的改造制作功夫，造成概念和理论的系统，就必须从感性认识跃进到理性认识。”,第八章 科学研究的理论方法,第一节 科学抽象方法 第二节 形式演绎方法 第三节 建构理论体系的方法,第八章 科学研究的理论方法,第一节 科学抽象方法,1定义 科学抽象方法，是指在科学研究中通过对经验材料的比较和分析，通过分离、提纯和概括，抽取和

3、把握本质因素，形成科学概念或科学符号，以达到揭示研究对象的普遍规律和因果关系的思维方法。,一、什么是科学抽象方法,分离，就是要撇开对象之间的总体联系，专注于其中的某一种研究对象，或者对象的某一个方面。（例如，对光的认识） 提纯，就是要排除研究对象的次要的、表面的因素，突出其本质因素，使人们能在纯粹状态下进行考察。（例如，对物质、商品的本质的认识） 概括，就是对纯态研究结果进行必要的处理，用概括的表述（简明的语词概念）来揭示对象的本质和内涵。（例如，各种科学概念）,一、什么是科学抽象方法,2要点,例如，人们在生活中 积累了许多关于光的现象的经验认识：光线照射到一个物体上会在物体后面留下阴影，其形

4、状恰好和物体的形状相对应；光线照到一个平整光洁的界面上就会被反射回来；把一根竹竿插入水中，看起来竹竿会变弯；雨后的天空，阳光照射下会出现彩虹；在一个房间同时点亮几盏灯，他们发出的光线不会互相妨碍，反而将房间照得更亮；光的传播速度极快，等等。这些都是光运动的许多现象，通常情况下，这些现象都是综合存在于光运动中的。而人们对光的本质的认识，则是从一个一个方面进行的。人们在思维中将这一个一个方面分离独立出来，加以单独地研究，概括形成关于光的一个一个概念，例如 “直线传播”、 “反射”、 “折射”、“干涉”、“衍射”、“偏振”、“光度”、“光谱”等等概念，反映光的一个一个方面的本质。 这就是科学抽象的过

5、程。,再如书上这个例子：人们要研究酶(一种生物催化物质)，就需要把它同化学催化剂和其他生物高分子分离开来，并排除它能使化学反应定向进行等次要特征，突出它由蛋白质组成、具有高效催化能力和催化单一性的本质属性，并简略表述为“酶是具有特殊催化能力的蛋白质”。 这也是一个抽象过程。 总之，科学抽象方法就是通过对经验材料的分离、提纯和概括，形成科学概念和结论，从而反映事物本质的方法。,（1） 科学抽象是理性思维过程，具有间接性和抽象性 ； （2） 科学抽象是认识的深化，反映事物的本质，是认识的高级阶段； （3） 科学抽象是运用各种理性和非理性的思维形式和方法的知识创造过程。,一、什么是科学抽象方法,3特

6、点,1.创造和形成科学概念和判断，反映事物的本质和内部联系，为科学知识体系的形成提供“知识细胞”。 2.创造和形成科学符号，用简洁的、形式化的方式和通用语言表述认识成果，使科学研究更加简明、清晰、严谨。,二、科学抽象在科学研究中的作用,第一节 科学抽象方法,一、什么是科学抽象方法,二、科学抽象方法的作用,三、科学抽象方法的要求,1科学抽象方法要以在实践基础上形成的大量的、正确的事实材料为基础。 2科学抽象方法要求正确认识和处理现象与本质的关系，要排除假象，抽出真相。（因此要灵活运用各种思维方法）,三、科学抽象方法的要求,3科学抽象方法要求区分事物本质的层次性，要不断深入把握更深层次的本质。 从

7、亚里士多德到伽利略、牛顿、到相对论和量子力学，是从现象到初级本质、深层次本质的深化。,三、科学抽象方法的要求,门捷列夫揭示元素性质随原 子量的递增而发生周期性变化 的规律，是初级本质的发现；当人们进一步认识到质子、中子数以及原子核与核外电子的相互作用决定元素的化学性质，这才是更深层次本质的发现。,第八章 科学研究的理论方法,一、什么是演绎方法 二、三段论式和假言演绎法 三、量的演绎：数学模型方法 四、质的演绎：思想实验方法,第二节 形式演绎方法,1 定义 演绎方法是从已知的一般原理出发考察某一特殊对象，从而推演出有关这个对象的结论的逻辑推理方法。,第二节 形式演绎方法,一、什么是演绎方法,（1

8、）推理路线是从一般到特殊。 （2）结论具有必然性，但不能保证正确性。 自身不能保证前提的正确性，因而不能保证结论的正确性。（例如，“如果感冒，就发烧；某人感冒了，某人一定会发烧”。由于前提不是必然的，结论就不一定正确。）,一、什么是演绎方法,2特点,（1）演绎法能够提供逻辑的证明和反驳 （2）演绎法在科学发现中有预见作用 （3）演绎法有建立和表述理论体系的作用（公理化体系就是靠演绎法建立的）,一、 什么是演绎方法,3作用,（1）演绎推理的前提不能只靠演绎产 生，演绎前提和结论的正确性必须经 受实践的检验验。 （2）演绎法的可靠性大，但相对来说 创造性小。（与归纳、类比法比较）,一、什么是演绎方

9、法,4局限性,主要有：直言三段论推理、 关系推理 联言推理 选言推理 假言推理 量的演绎 质的演绎 主要介绍三段论式演绎和假言演绎法、数学模型方法(量的演绎)和思想实验方法(质的演绎)。,5类型,什么是演绎方法,是由大前提(MP)和小前提(SM)导出结论(SP) 的思维方法，它是演绎推理的基本形式。它的逻辑形式是 大前提：一切M是(或不是)P； 小前提：这个(或这些)S是M； 结论：这个(或这些)S是(或不是)P。,第二节 形式演绎方法,二、三段论式和假言演绎法,1 三段论式演绎法,（1）含义 是以假言判断(如果，假定)为大前提的演绎推理。它的逻辑形式是： 如果P，那么Q； P真所以Q真； Q

10、假所以P假。,二、三段论式和假言演绎法,2 假言演绎法(或假说演绎法),2 假言演绎法(或假说演绎法),首先，可由P真推出Q真，由Q假推出P假（即肯定前件，可以肯定后件；否定后件可以否定前件）；（例如，“如果摩擦，就会生热”） 其次，不能由P假推出Q假，由Q真推出P真（即否定前件，不能否定后件；肯定后件不能肯定前件）。 再次，假言演绎法有很大灵活性，人们从“如果P”出发可以提出许多的“那么Q”，从而扩充探索的领域，并设计多种的实验和观察来验证Q，从而有可能检验P。,（2）逻辑特点,1定义 数学模型方法，是指对研究对象进行量的分析、推导与演算，用数学形式来表述事物的状态、关系和过程的科学方法。

11、数学模型方法既有对客观事物的量的科学抽象，又有按严格规则进行的量的演绎。,第二节 形式演绎方法,三、量的演绎：数学模型方法（自学）,首先，先要把观察实验中的实际问题提炼为数学问题，把研究对象的各个主要因素转化为可测定的基本量； 其次，分析各基本量的变化及相互关系，建立数学模型； 再次，进行数学的运算和推导，找出数学解，并对它作出符合实际的解释。,三、量的演绎：数学模型方法,2步骤,首先，运用数学模型方法可以精炼和确切地把握事物的本质。 其次，运用数学模型方法进行量的演绎，有助于人们作出科学预言，发现新事实、新规律。 再次，运用数学模型方法进行量的演绎，能够帮助思维推演出科学假说，离开了数学模型

12、方法，理论思维是走不远的。,三、量的演绎：数学模型方法,3作用,思想实验方法，是指从经验事实中抽象出具有特定质的规定性的理想模型，并在思想上进行实验，在理想条件下演绎出事物本质和规律性的研究方法。（例如，伽利略的斜面实验的延伸推论；爱因斯坦的光速火车、自由落体电梯推论。）,四、质的演绎：思想实验方法,1定义,首先，它要在思维中设想出同真实实验相似的实验物、实验条件和实验过程，但它又是无法在现实中操作的。 其次，它也不同于单纯的逻辑演绎和数学运算，而要在思想中对 “实验对象”进行“控制”和“变革”。,四、质的演绎：思想实验方法,2特点,首先，思想实验要以真实的物质实验为基础，抓住关键性的科学事实

13、，使思想实验具有可靠的客观基础。 其次，在思想实验中必须发挥创造性想像的作用，进行巧妙的构思，要超越物质条件的限制。 再次，思想实验还必须运用严格的逻辑推理手段，在逻辑上是自洽的。,四、质的演绎：思想实验方法,3运用思想实验方法的要求,（1）理想模型的概念 理想模型是人们为了便于研究问题在思维中建立起来的理想化的对象模型。 如 力学中的“质点”、“刚体”，几何学中的“点”、“线”、“面”，热力学中 的“理想热机”等。,四、质的演绎：思想实验方法,4理想模型,4理想模型,首先，理想模型大大简化了复杂的认识客体，这既有助于合理地进行真实实验的设计，又便于对实验结果作出明晰的数学表述。 其次，通过建

14、立和研究理想模型，有可能揭示出事物在更纯粹的状态下具有的特殊性质，乃至研制出自然条件下几乎不存在的新材料。 再次，理想模型的建立是思想实验(或称理想实验)的前提。,（2）理想模型的作用,1构成科学理论的基本要素 （1）基本概念 （2）基本定律或基本原理 （3）科学推论,第三节 建构理论体系的方法,一、科学理论重在建构,第八章 科学研究的理论方法,一、科学理论重在建构 二、建构理论体系的方法,第三节 建构理论体系的方法,(1)逻辑完备性原则 (2)全面系统性原则 (3)历史继承性原则,一、科学理论重在建构,2. 构成科学理论的原则,凡是科学理论都要用明确的概念、恰当的判断、正确的推理以及严密的逻

15、辑证明加以表述； 任何科学理论的逻辑结构都能够概括地复现客体总体； 在科学理论中，它的所有范畴和规律都是一个一个依次推导出来的； 凡是科学理论，其整个体系都具有演绎性、无矛盾性和完备性。,2 构成科学理论的原则,(1)逻辑完备性原则,它所反映的内容是按客观事物的本来面目构成的一个完整系统； 它的概念、定律、原理是依其在客观事物中的地位和作用而分为不同层次的； 它要反映客观事物的横向联系与纵向进化。,(2)全面系统性原则,2 构成科学理论的原则,科学理论要以旧理论为逻辑起点； 科学理论是对旧理论的批判继承，并把旧理论作为特例、极限形式或局部情况包含在自身之中。（相对论和牛顿力学）,2 构成科学理

16、论的原则,（3）历史继承性原则,1从抽象上升到具体的方法 2逻辑与历史统一的方法 3公理化方法,第三节 建构理论体系的方法,二、建构理论体系的方法,一、科学理论重在建构,二、建构理论体系的方法,（1）定义 从抽象上升到具体，是指以科学概念为起点，将概念、原理和推论予以网络展开和系统化，使它们依次地表述出来，从而构成一个严密的理论体系结构，综合地再现活生生的具体对象。这是一个从“抽象规定”到“思维中的具体”的过程。,1从抽象上升到具体的方法,“感性具体”即完整的表象，它是感觉、知觉的多样规定性的综合，是客观事物表面的、感官能直接感觉到的具体。例如，人们在生活中 积累了许多关于光的感性认识：光线照

17、射到一个物体上会在物体后面留下阴影，其形状恰好和物体的形状相对应；光线照到一个平整光洁的界面上就会被反射回来；把一根竹竿插入水中，看起来竹竿会变弯；雨后的天空，阳光照射下会出现彩虹；在一个房间同时点亮几盏灯，他们发出的光线不会互相妨碍，反而将房间照得更亮；光的传播速度极快，我国早已用“烽火狼烟”作为传递信息的手段，等等。这些都是关于光的感性认识，它们都是很具体的，是“感性上的具体”，或“表象上的具体”。,（2） “感性具体”、“抽象规定”、“思维中的具体”,（2） “感性具体”、“抽象规定”、 “思维中的具体”,“抽象规定”，就是通过科学抽象过程从感性的具体到思维的抽象，是把完整的表象蒸发为抽

18、象的规定，更深刻地反映客观事物。 例如，人们从前述光现象的种种“感性的具体”，经过科学抽象得到了“反射”、“折射”、“干涉”、“衍射”、“偏振”、“光度”、“光谱”等概念和“惠更斯原理”和“费马原理”等抽象的规定，这是由具体到抽象。,（2） “感性具体”、“抽象规定 “思维中的具体”,“思维中的具体”，即在思维中对各个方面的抽象规定进行综合，形成对事物内在本质属性的统一反映。 例如，上述光学中抽象出的每一个概念，都只反映光的某一方面，为了在理论上完整、深刻地把握住光现象或建立光学，就必须把上述的诸多概念、原理等结合为统一的整体。通过它们的相互联系和相互转化，在思维中全面地再现光的运动和本质，上升为更加深刻、普遍的概念或理论，比如牛顿的微粒说、惠更斯的波动说、爱因斯坦的波粒二象性学说，等等关于光的本质的理论。这就是由抽象再到具体。,首先，