闫坤如：科学发现与研究方法

科学发现与研究方法闫坤如教授华南理工大学E－mail:[e-mail]推理推理是根据一个或一些判断推出另一个新判断的思维形式。例：所有的商品都有使用价值，粮食是商品，所以，粮食是有使用价值的。推理由三部分组成：前提、结论、推理形式。演绎法由一组公理推导出一个知识体系，或是从一个一般性原理推演出个别结论的思维方法大前提，小前提和结论构成例如：所有金属都是导电的铁是金属所以，铁是导电的演绎法的要求前提真实推理形式正确如果我有一千万，我就能买一栋房子。我有一千万吗？没有。所以我仍然没有房子。如果我有翅膀，我就能飞。我有翅膀吗？没有。所以我也没办法飞。如果把整个太平洋的水倒出，也浇不熄我对你爱情的火焰。整个太平洋的水全部倒得出吗？不行。所以我并不爱你。中国人是勤劳勇敢的懒汉朱八戒是中国人，所以，懒汉朱八戒是勤劳勇敢的。周星驰的电影是一天看不完的，《大话西游》是周星驰的电影，所以，《大话西游》是一天看不完的。运动是能增强人们体质的，延安整风运动是运动，所以，延安整风运动是能增强人们体质的所有的蛇都是有毒的眼镜蛇是蛇所以，眼镜蛇是有毒的韩国人爱吃酸菜，翠花爱吃酸菜，所以，翠花是韩国人。研发人员都是努力工作的人，他是努力工作的人，所以，他就是研发人员。金子是闪光的，金子是金属，所以，金属是闪光的。所有成功人士都要穿衣吃饭，我不是成功人士，所以，我不必穿衣吃饭。所有的和尚都不是女性，程松波不是和尚，程松波是女性。所有的狗都不是猫所有的人都不是狗所以，所有的人都不是猫所有的狗都不是猫所有的猫崽都不是狗所以，所有的猫崽都不是猫有的大个子男人不会作诗有的诗人是大个子男人所以，有的诗人不会作诗所有的巧克力都是可以吃的，所有的烤鸭都不是巧克力，所以，所有的烤鸭都不是可以吃的。什么也没有女朋友好一分钱比什么也没有好所以，一分钱比女朋友好朋友值千金（朋友即财富）我们视金钱如粪土所以，我们视朋友如粪土演绎推理的前提的真实性经验论：莱布尼茨：理性的真理和事实的真理先验论：康德：分析命题和综合命题的区分约定论：彭加勒：科学定律或定理既非客观的也非先验的，而是人的一种主观约定归纳法从个别事实中概括出一般原理的思维方法它是一种推理形式由前提和结论两部分构成分类：完全归纳法（结论可靠）不完全归纳法（结论不一定可靠）归纳法金是固体，银是固体，铜是固体，铝是固体，因此所有的金属都是固体。蛇是用肺呼吸的,鳄鱼是用肺呼吸的，海龟也是用肺呼吸的，蜥蜴是用肺呼吸的，蛇、鳄鱼、海龟、蜥蜴都是爬行动物，所以，所有的爬行动物都是用肺呼吸的。归纳法：求同法在19世纪,人们对甲状腺肿大的病因还不清楚,后来医疗卫生部门多次组织人员对甲状腺肿大盛行的地区进行调查和比较研究,调查的材料表明,这些地区的人口\气候\风俗等情况虽然各不相同,然而有一个共同的情况,即这些地区的土壤和水肿缺碘,居民的食物和饮水也缺碘.于是,得出了结论:缺碘是引起甲状腺肿大的原因.某人晚上看了两小时书，喝了几杯浓茶，结果失眠了；第二天晚上他看了两个小时书，抽了许多烟，也失眠了；第三天晚上他看了两小时书，喝了大量咖啡，也失眠了。求异法一些动物在受伤后,往往单独躲在安静的地方,反复地用舌头去舔伤口.科学家做了这样的解释:受伤的动物用舌头舔伤口,就是为了使伤口早点愈合.科学家做了一个有趣的实验.他把小白鼠分为两组:一组是正常的小白鼠,一组是用手术切除了唾液腺的小白鼠,这两组小白鼠只有这个情况是不同的,其余情况都是相同的.然后把他们都弄伤.结果是:正常的小白鼠的伤口愈合比切除了唾液腺的小白鼠快的很多.这个实验表明:唾液腺促使小白鼠的伤口愈合.在新疆天山深处有一个解放军哨所，其驻地毒蛇很多，经常爬到房间里来捣乱，威胁到战士们的安全。战士们想了好多办法来对付，但效果都不大。有一次，战士们执勤路过当地一家哈萨克族人家里。在闲谈中了解到这家房屋中从来没有发现过蛇。战士们感到奇怪，经过多次观察，发现这家就是比哨所多鹅，其他居住条件完全一样。战士们又听附近群众说鹅能防蛇。于是，战士们就买四只鹅养起来。说来也真灵，自从养了鹅以后，哨所里再也没有发现过毒蛇。由此，战士们得出一个结论：鹅能防毒蛇。你对砍掉一条腿的青蛙说，跳，它跳你对砍掉两条腿的青蛙说，跳，它跳你对砍掉三条腿的青蛙说，跳，它跳你对砍掉四条腿的青蛙说，跳，它不跳求同求异并用法我国古代著名的医学家孙思邈注意到，得脚气病的往往是富人，穷人患此病的很少。他通过进一步的观察、比较后发现，穷人的劳作、生活等情况各有差别，但穷人的食物中多米糠、麸皮；富人的生活情况各有差别，但富人吃的精面、白面都是把糠、麸皮去得一干二净的。于是，他就试着用米糠治疗脚气病，果然灵验。共变法在有空气的玻璃罩内通电击铃，随着抽出空气量的变化，铃声越来越小，若把空气全抽出，则完全听不到铃声。可见，声音是靠空气传播的。经研究发现，当水温在0度时，人可以在水中坚持15分钟，2.5度时，可坚持30分钟，5度时可坚持1小时，10度时可坚持3小时，25度可坚持24小时以上，水温越低，人在水中坚持的时间越短，水温越高，人在水中坚持的时间越长。剩余法居里夫妇在科学实验中为了弄清楚一批沥青铀矿样品是否会含有值得加以提炼的铀,对其中的铀进行了测定.他们惊奇的发现,这几块样品的放射性甚至比纯铀发放射性还强得多.这就明显的意味着这些青铀的矿石中还含有别的放射性元素.就是说,既然用纯铀的放射性不足以解释这一现象,就意味着其中还有剩余部分.他们通过进一步的研究,终于发现了这一剩余部分是沥青铀矿中含有一种新的放射性元素___镭.1781年，天文学家发现了天王星。那时候，天王星被认为是太阳系的最后一颗行星。天王星在运行过程中的位置总是和根据万有引力定律计算出来的结果不符。后来经过天文学家的观察，发现有几处的减速是因为受了其他行星引力的影响。但是还有一个地方减慢速度原因不明，根据已知几处减慢速度是受其他行星引力的结果，有人提出拿出原因不明的减慢速度，也是受其他行星引力的结果。稍后又经过许多科学家计算新星出现的实践和位置，果不其然找到了这颗新行星，它就是海王星。归纳推理是一种或然推理。归纳论证本质是不保真的论证。归纳推理能为我们提供一种可能性的结论。虽然归纳结论不是必然性结论，但毕竟为我们提供了一种选择，一种可供参考的意见，大大减少了工作的盲目性。在科学认识中，科学工作者不是单独地使用归纳方法，他们往往把归纳法和其他科学方法结合起来使用，这样可克服单独运用归纳法带来的局限。加拿大洛文教授为了弄清候鸟迁徙之谜，曾将秋天捕捉的几只候鸟，在入冬后，一部分置于白昼一天短于一天的自然环境里，另外的置于日光灯照射之下的仿照白昼一天天延长的人工环境里。到了12月间，将两种环境里的候鸟全都放飞，结果发现，日光灯照射的候鸟像春天的候鸟一样而向北飞去，而未受日光灯照射的候鸟却留在原地。据此，洛文教授认为：候鸟迁徙的原因不是气温的升降，而是昼夜的长短。1917年，美国的生理学家雅克洛布等人发现，在其他条件不变而气温正常变化的情况下，气温每降低8℃，果蝇的寿命可延长一倍。例如，果蝇在26℃的环境下活35～50天，在18℃的环境下大约活100天，在10℃的环境下可活200天。由此可断定，果蝇的寿命与气温有关。一个心理学家曾做过这样一次实验：他把一群生活条件相同、饲养方法相同的同种狗分成两组，对其中一组狗做手术切除它们的大脑皮层，另一组狗则不施这种手术。他发现，做了手术的那组狗失去了条件反射，未做手术的那组狗则有条件反射。那位心理学家据此得出结论：大脑皮层的作用是狗有条件反射的原因。国外有人对处于磁场中工作的546人进行了调查，发现这些人的年龄、爱好、饮食、生活习惯等各不相同，但手上的血管都扩张为红色，手指温度比肩部高出1-2℃，还出现大量的汗水。这显然是磁场造成的不良影响。我国古代一位著名医师发现某山区许多人得了一种“夜盲症”。白天视力正常，晚间如同盲人。他进一步观察分析后发现，穷人少吃荤，缺少其中某种成分，多得夜盲症，但同地区的富人多吃荤，不缺这种成分，不得夜盲症。他最后得出结论，少吃荤菜是得夜盲症的原因。1855年，德国夫顿堡矿业学院的矿物学教授威斯巴克发现了一种新矿石。他首先请当时著名化学家李比希对矿石作定性分析，发现其中含有银、硫和微量的汞等。后来，他又请文克勒做一次精确的定量分析，一方面证明李比希对矿物成分的分析是正确的，但另一方面又发现，把各种化验出来的已知成分按百分比加起来，始终只得到93％，还有7％的含量找不到下落。文克勒认为，既然已知成分之和只得93％，那么剩余的7％必定是由矿物中含有的某种未知元素所构成。于是，他对矿石进行分离和提纯，终于得到了新元素。科学发现的其他方法回溯推理类比科学隐喻科学直觉科学发现的方法——回溯从有待解释的观察出发，利用背景知识和试探性的构想，溯本求原地解释的一种方法推理形式：观察到了令人惊异的事实B；如果A是真的，B理所当然是真的；因此，有理由猜想A是真的。qP→q所以，p1993年1月8日，上海青浦打火机厂在返修漏气的（丁烷）打火机15000余只后，在门窗紧闭（因天气寒冷）的工作间发生爆炸事故，造成17人死亡，3人轻伤。对其原因分析时可作如下回溯推理：工作间发生爆炸；如果工作间内的丁烷﹡气体达到爆炸极限，且遇明火，那么工作间就会发生爆炸；所以，工作间内的丁烷气体达到爆炸极限，且遇明火。人们观察到，每年3至7月，有一种名叫格鲁昂鱼的小银鱼随海潮涌上海滩来产卵，几分钟之内，随另一个涌上海滩的浪头游向海里；退潮之后，鱼卵被埋了起来；两三个星期之后，恰好是下一次海潮能涌到埋卵的地方的时候，孵化出的小鱼已发育到可在水中游弋觅食了。这时又正是另一批小银鱼随海潮涌上海滩产卵之时。这种现象作何解释呢？科学发现的方法——类比是根据两个(或两类)对象之间在某些方面的相似或相同，而推断它们在其他方面也可能相似或同一的一种方法。A有a、b、c、dB有a′、b′、c′—————————则B可能有d类比推理声和光有很多属性相同直线传播，有反射、折射和干扰等现象；由此推出：既然声有波动性质，光也有波动性质。类比推理茅草边缘有很密而且锋利的齿能划开硬物铁条边缘有很密而且锋利的齿所以，铁条也能划开硬物哈维描述了心脏的运动过程及其与脉搏的关系；强调心脏的功能是通过心室将血液从静脉运送到动脉，再通过动脉将血液分配到全身，在这一过程中，他还将心脏的功能与水泵作类比。奥恩布鲁格医生发明了“叩诊法”。19世纪中叶，奥地利首都维也纳医生奥恩布鲁格给一位病人看病，没有检查出什么严重疾病，但病人很快就死了。经过解剖尸体查看，发现胸膛积满脓水。医生想，以后再碰到这样的病人怎么诊断？忽然想起他父亲在经营酒店时，常用手指关节敲木质酒桶，听到卜卜的叩击声，就能估量出木桶中还有多少酒。他思考：人们的胸膛不是很像酒桶吗？他通过反复探索胸部疾病和叩击声音之间变化的关系，发明了“叩诊”这一医疗方法。人类以蛙眼具有准确地跟踪空中飞行目标的特异动能为依据，研制出能跟踪卫星，监视空中飞行目标的“电子蛙眼”人类还根据蝙蝠具有发射、回收超声波的功能，发明了超声波探测仪。人类类比鱼制造出潜水艇等等猪鼻子防毒面具人们根据高粱是草本植物，种子红褐色或白色，不带酸味，有甜味（含糖），含淀粉，可食用，能酿酒；就想到刺葡萄虽然是藤本植物，果实黑色，带有酸味，但它也有甜味，含淀粉，可食用，应当也能用来酿酒。后来用刺葡萄酿酒成功。南极的企鹅是“滑雪健将”，每小时能滑雪30公里。人们观察企鹅滑雪时让肚皮贴在雪面上，雪面承受全身重量，双脚作“滑雪杖”蹬动。人们由此设计了“极地汽车”，车身贴在雪面上，两边的“轮勺”作“滑雪杖”，这样，极地越野汽车试制成功了，时速可达50公里，比企鹅还快。加拿大外交官切斯特·朗宁曾在竞选省议员时，由于他幼儿时期吃过中