3科学方法(下)

第5章科学认识的形成与科学理论的创立(下)感性认识到理性认识选题→获取科学事实（材料）→对材料进行加工（思维）→最终获得理性认识的成果（假说→理论）第3节科学抽象与科学思维科学抽象及其成果逻辑思维方法非逻辑思维方法数学方法一、科学抽象及其成果“在思维中对同类事物去除现象的、次要的方面，抽取共同的、主要的方面，从而做到从个别中把握一般，从现象中把握本质的过程。”感性的具体抽象的规定思维的具体科学概念科学符号思想模型1、科学概念“科学思维的细胞；科学思维结构的基本单位；反映对象本质的思维形式。”-逻辑的可确定性-实践上的可检验性-流动性2、科学符号“一定可感知的物质对象，它在贮存、传递另一对象的信息方面、充当另一对象的代替物。”具体含义、物质性、可感知性“人类符号系统中的一个子系统。”自然语言符号系统人工语言符号系统-科学行话-形式化语言3、思想模型思想模型“人们为了从事科学研究而建立的对原型高度抽象化了的思想客体或思想事物。”理想模型“既高度抽象又具有某种极限特征的理想客体或理想事物。”理想实验理想实验方法“运用理想模型在思想中塑造理想过程，并进行严密逻辑推理的一种思维方法”特点：思维活动；具有真实实验特征、结构模式；理想化理想实验的设计-以真实科学实验为根据；-充分发挥思维的能动作用注意：结果或然；结论还需实验判定正误科学思维方法抽象思维：逻辑思维（概念、推理、判断；归纳、演绎、类比）形象思维直觉思维：非逻辑思维（直觉、灵感）一、科学思维的逻辑方法二、科学思维的非逻辑方法钱学森二、逻辑思维方法“在感性认识的基础上，运用概念、判断、推理等形式对客观世界的间接的、概括的反映过程。”形式逻辑、辩证逻辑归纳、演绎、类比二、逻辑思维方法归纳方法从大量个别或特殊的事物概括出共同本质或一般原理的逻辑思维方法。通过现象达到本质；通过特殊揭示一般“被观察的大量A都有性质B,则所有A均有B。”二、逻辑思维方法演绎方法从一般性的原理出发，对个别的或特殊的事物进行分析、推理，从而达到相应的结论。是从一般到个别的认识方法所有的：S→P,有：M→S所以：M→P大前提、小前提、结论二、逻辑思维方法类比方法根据两类对象之间某方面的类似或同一，推断他们在其他方面也可能类似或同一的逻辑思维方法。A:abcdB:a’b’c’?则：B:d’二、逻辑思维方法三类方法的比较类型思维机制可靠性创造性归纳个别或特殊到一般较差强演绎一般回到个别或特殊强一般类比个别到个别一般到一般更差很强三、非逻辑思维方法不受固定的逻辑规则约束直觉灵感阿基米德发现浮力定律三、非逻辑思维方法直觉对事物的本质的直接领悟。“经验的共鸣”三、非逻辑思维方法灵感新意象、新感觉、新思想在思维过程中突然涌现出来的现象。“我相信直觉和灵感”爱因斯坦三、非逻辑思维方法特征认识发生的突发性认识过程的突变性认识成果的突破性苯的环状结构三、非逻辑思维方法关于创造性思维能力的培养不仅着眼精英创造，部分领域创造，更要着眼大众创造，各个领域创造，努力实践陶行之所说的：“处处是创造之地，时时是创造之时，人人是创造之人。”“TRIZ理论”介绍苏联的国家机密技术创新的“点金术”现代企业创新的独门暗器当今世界上最强大的创新设计理论四、数学方法特点作用应用（建模及应注意的问题）吴文俊四、数学方法“对研究对象加以量化然后进行定量处理的方法。即用数学的语言表达事物的状态、关系和过程，经推导、演算和分析，以形成解释、判断和预言的方法。”华罗庚四、数学方法1、数学方法的特点高度的抽象性精确性（逻辑的严密性及结论的确定性）应用的普遍性陈景润的夫人由昆女士看着陈景润的铜像四、数学方法2、数学方法的作用为科学技术研究提供简洁精确的形式化语言（抽象性决定）为科学技术研究提供了逻辑工具（逻辑性决定）为科学技术研究提供数量分析、计算的方法（精确性决定）祖冲之四、数学方法3、数学方法的应用--数学模型方法“把所研究的和考察的实际问题或理论问题抽象为数学问题，构造出相应的数学模型，然后通过对数学模型的研究得出原问题的解的方法。”四、数学方法3、数学方法的应用数学模型的基本含义及类型“针对或参照某种事物系统的主要特征或数量相互关系，采用形式化语言，概括或近似的表达出来的一种数学结构。”广义：一切数学概念，原理和数学理论体系。狭义：特定问题或特定的具体事物系统的数学关系结构。类型由问题抽象出来的数学模型能纳入已知数学模型。由问题抽象出来的数学模型不能纳入到已知的数学模型。“需要创造新模型”丘成桐四、数学方法3、数学方法的应用建立数学模型的步骤建模——求解——解释评价原型最重要的是“建模”。掌握实际问题的背景。与有关的资料数据。抓住问题的本质特征，进行化简并提出假说。进行数学抽象，建立相应的数学模型。刘徽四、数学方法3、数学方法的应用建立数学模型应注意的问题（补充）（1）模型类型的选择要建立在认识对象性质的基础上一般分为四种情况：确定性数学模型随机性数学模型突变性数学模型模糊性数学模型苏步青先生在书房数学方法的应用确定性数学模型数学方法的应用随机性数学模型数学方法的应用突变性数学模型数学方法的应用模糊性数学模型查德四、数学方法3、数学方法的应用建模时要注意基本量的选择既不能过简，也不能过繁。朱熹平曹怀东第四节科学假说的形成与科学理论的建立科学假说的形成科学理论的创立偶像化之后的爱因斯坦也成了很多后辈学者眼中赶超的目标。此漫画中，爱因斯坦被吸入了自己理论的黑洞之中。光速可变，现行宇宙模型将失效一、科学假说的形成复习：科学假说1）含义“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假定性的猜测和说明，是自然科学理论思维的一种重要形式。”2）结构事实基础、背景理论、对现象本质的猜测推演出的预见和预言3）特点科学性、猜测性（假定性）、试探性一、科学假说的形成两种情况：在研究工作开始就通过直觉提出假说，作为研究工作的基本框架在经验事实尚不充分的情况下，通过科学抽象并运用类比、想象等非逻辑思维形式建立的假定性的说明一、科学假说的形成科学假说形成的方式形成科学假说的方法论原则1、科学假说形成的方式通过类比和模型形成科学假说通过溯因推理形成科学假说齐奥尔科夫斯基1、科学假说形成的方式通过类比和模型形成科学假说根据所研究对象与已知的事物之间的相似性，将未知的对象与已知事物进行比较，在对已知事物的深刻认识基础上通过联想推断未知的对象的性质或规律，已知事物成为研究所依据的模型。1、科学假说形成的方式通过溯因推理形成科学假说“一种从有待解释的观察事实出发，利用背景知识和试探性构思，追本溯源寻求和选择最有可能成立的假说的一种方法。”相关的经验定律L如果设定的假说H为真,则L可被解释为合理的———————————————所以有理由认为H为真。魏格纳2、形成科学假说的方法论原则解释性原则对应性原则可检验性原则2、形成科学假说的方法论原则解释性原则（假说—已知事实）“假说应与已知的经过实践复核的事实相符合，不仅能解释个别事实，而且原则上应该能够解释已知的全部事实”“应当以经验事实为依据，但不受原有事实材料的限制。”固体镓为蓝灰色，液体镓为银白色；熔点29.78°C，沸点2403°C，固体密度5.907克/厘米3。镓与钒、铌、锆形成的合金具有超导性。2、形成科学假说的方法论原则对应性原则（假说—已知理论）“假说不应该与已经过反复检核的科学理论相矛盾，一旦发生矛盾，也应该采取适当的方法来消解。”“要以科学原理为基础，但又不能受传统观念的束缚”普朗克第一届索尔威会议二、科学理论的创立科学理论的动态结构建立科学理论的常用方法二、科学理论的创立复习：科学理论1）含义“经过实践检验的具有客观真理性的知识体系，是对某种自然现象本质的系统说明，是由科学概念、原理、定律、论证组成的知识体系。”2）构成基本概念；基本原理或定律：逻辑结论“演绎型逻辑体系”3）特征客观真理性、逻辑完备性；普遍性：预见性1、科学理论的动态结构基本理论假设推理的诠释或模型对应规则杨振宁1、科学理论的动态结构基本理论假设“是在一个科学理论体系中作为基本出发点的假定。它不由其它命题推出，但可以推出其它命题。”构成一个抽象的或未加诠释的公设集。爱因斯坦提出：光速不变=300000千米/秒1、科学理论的动态结构推理的诠释或模型“为了给基本假设以具体的理解，常常需要运用相对熟悉的概念和形象以及可见的材料来诠释或说明它，使它不仅具有理论假定的陈述形式，而且还有形象和容易进行的理论陈述回答。这种形象的解说与诠释叫做科学理论的一个模型。”1、科学理论的动态结构对应规则“建立起理论术语与经验术语之间的联系，即加上一些将理论词与观察词联系起来的、将宏观的东西与微观的东西连接起来的规则集合——对应规则。”温度、压力分子分子动能2、建立科学理论的常用方法公理化方法逻辑与历史相统一的方法2、建立科学理论的常用方法公理化方法“从尽可能少的不加定义的原理、概念和不加证明的公理、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。”《周髀算经》—中国古代唯一的公理化尝试2、建立科学理论的常用方法公理化方法使用程序1、选择只做公设的概念为基本概念，选择一类不证自明的陈述作为公理，无需证明即置入系统。2、制定推理规则，用以指导本系统的所有演算。3、依据规则，从原始概念推导出新的概念，从公理演绎出新的陈述。4、从导出的陈述和公理中进一步导出其他陈述。此步骤一直进行下去。欧几里得2、建立科学理论的常用方法公理化方法一般原则无矛盾性-科学性要求完备性-完整性要求独立性-简单性要求罗素康托尔希尔伯特2、建立科学理论的常用方法公理化方法局限性-理论上难以实现-“回顾”证明了形式数论（即算术逻辑）系统的「不完全性定理」：即使把初等数论形式化之后，在这个形式的演绎系统中也总可以找出一个合理的命题来，在该系统中既无法证明它为真，也无法证明它为假。2、建立科学理论的常用方法逻辑与历史相统一的方法“以逻辑性与历史性相一致为原则的方法”逻辑历史自然型、认识型2、建立科学理论的常用方法逻辑与历史相统一的方法自然型理论体系（经验性学科）“逻辑发展程序和自然事物的历史发展进程相一致”2、建立科学理论的常用方法逻辑与历史相统一的方法认识型理论体系（理论性学科）“逻辑发展程序和人类认识自然历史的过程相一致”静力学运动学动力学2、建立科学理论的常用方法逻辑与历史相统一的方法一般方法论的功能。-在科学研究中要求研究者必须对研究对象进行系统的历史的考察，掌握历史发展的丰富内容，使科学理论具有可靠的历史依据。-人们在科学研究中必须运用逻辑思维方法，即从纯粹的抽象的形态上揭示对象的本质，通过概念、判断、推理等思维形式研究事物的矛盾运动，从而建立起科学理论体系。2、建立科学理论的常用方法“从抽象到具体的原则”构成逻辑体系的概念开始是比较简单、抽象的，内容是比较贫乏的。随着逻辑的展开，它的内容才会逐渐丰富、充实、具体化起来，直到对象在思维中完整的复制出来，形成一幅有机的自然图景。“资本论”的“逻辑”思考：科学抽象有哪几类成果？运用中应注意哪些问题？科学思维包括哪些类型？这些类型的科学思维方法在科学认识中如何使用？建立科学假说应该注意哪些问题？建立科学理论常用的方法有哪些？如何使用？谢谢各位请提宝贵意见