大连理工大学-自然辩证法课件第三章-马克思主义科学技术方法论1

第三章马克思主义科学技术方法论第一节科学技术研究的辩证思维方法第二节科学技术研究的创新思维方法第三节科学技术研究的数学与系统思维方法第四节科学技术活动的方法第一节科学技术研究的辩证思维方法一、演绎方法演绎方法是从一般原理推论出个别或特殊事物及其结论的过程。它的根本特点是前提与结论之间具有蕴涵关系.例如:“自然界的所有事物都是普遍联系、相互统一的，强、弱、电、引四种相互作用力是自然界的事物，所以，它们也是普遍联系、相互统一的。”根据这一推断，爱因斯坦在建立相对论后，力图将宏观的万有引力与微观的电磁力统一到一个数学框架；1967年美国物理学家从量子理论入手，成功将电磁力和弱力表达为相同的量子场。受此鼓舞，物理学家又提出将引力、电磁力、弱力、强力四种基本力统一起来的“大统一理论”。超炫理论、M理论就是该理论的最新成果。演绎法的分类⑴三段论推理法例子:物质是永恒不变的物质是可分的恐龙是物质粒子是物质恐龙是永恒不变的粒子是可分的MＰＳＭ所以,S是P⑵假言推理法充分条件假言推理法逻辑规则：不能否定前件，不能肯定后件（可以肯定前件，否定后件）如果P，那么qP，所以，q例子：▲如果地球上发射的物体速度超过每秒11.2公里，那么它就能摆脱地球的引力；长征3号火箭发射的物体速度超过每秒11.2公里，所以，长征3号火箭发射的物体摆脱了地球的引力（发射成功了）。▲如果一个人体温升高，那么他就身体有病；小张的体温没有升高，所以小张身体没有病。（通过否定前件而达到否定后件）▲如果是动物，能自己移动身体；猪笼草不能移动身体，所以猪笼草不是动物。如果P,那么q非P所以，非q必要条件假言推理法：逻辑规则：不能肯定前件，不能否定后件（否定前件，肯定后件）例子：▲只有自觉接受正确哲学指导，科研工作才能取得成就；这个科研小组蔑视正确哲学指导，所以这个科研小组科研工作不能取得成就。▲只有不畏艰难险阻，才能登上科学高峰；我不畏艰难险阻，所以我能登上科学高峰。（通过肯定前件而达到肯定后件）▲这块地只有水量合适，小麦才长得好；这块地水量不合适，所以小麦长得不好。只有P，才q非p所以，非q只有p,才q非q所以，非p公理化方法是指从尽可能少的基本概念、公理、公设出发，运用演绎推理规则，推导出一系列的命题和定理，从而建立理论体系的方法。像欧几里得几何学、牛顿力学、希尔伯特几何学，这些科学宫殿虽然富丽堂皇，其结构却很单纯，全部结论都是由少数公理经过演绎而来的。再如，希尔伯特通过引进点、直线、平面等基本概念以及结合、顺序、合同等基本关系，建立若干基本公理，从而构造出一个完备、简单的公理体系，根据这一公理体系可以导出全部欧式几何定理。经过数理逻辑的发展，公理化方法更加形式化、符号化，不但大大提高了科学思维的能力与效率，也使智能机器人代替人的部分思维的希望变成现实。由公理化方法得到的逻辑演绎体系称为公理化系统。建立公理化系统的一般程序：二、非演绎方法1.分析与综合分析方法是把研究对象整体分为各部分、方面、因素和层次等,并分别加以考察的认识方法。例如：近代遗传学的奠基人孟德尔发现的遗传基本定律，就是用了分析法。在这项研究中，孟德尔认识到从整体上观察植物杂交后代众多性状的遗传行为，推导出它们的遗传规律，是困难的。因此，他只选择了其中7种稳定而易于区别的相对性状，以种子的圆和皱、子叶的黄绿、植株的高与矮等，分组研究。把分析方法成功地运用于杂交试验，把豌豆众多的性状分解为简单的要素，撇开其他各种复杂因素，将被考察的因素暂时从整体中抽取出来，允许其单独起作用，从而进行精细、周密的考察，研究每一因素世代传递的行为。可见，分析方法对于孟德尔发现遗传定律具有决定性的意义。孟德尔综合方法是将已有的关于研究对象各个部分、方面、因素和层次的认识联系起来，形成对研究对象整体性认识的认识方法。它以分析为基础，探索研究对象的各个部分、方面、因素和层次之间的相互联系的方式，由此形成一种新的整体性认识。辩证的综合不是各个要素的简单加和,本质上是一种在分析基础上的创造。例如，1953年，沃森和克里克提出的DNA分子结构的双螺旋结构模型，就是对DNA分子各部分认识的一次综合。他们一方面综合了当时生物学家所揭示的DNA作为生物的主要遗传物质的信息传递功能；另一方面又综合了生物化学家分析DNA各种成分的大量资料，特别是综合了威尔金斯等人的DNA晶体X射线衍射图样和实验数据，把DNA的整体结构完整地再现出来。通过这一综合，使人们对DNA的各个片段认识发展到从整体上把握了它的结构和功能，由此人们从分子水平上阐明了生物遗传和变异的机制就在于DNA分子的自我复制和改制。沃森和克里克:DNA双螺旋结构2.归纳与概括归纳是从个别或特殊上升到一般。它分为完全归纳法和不完全归纳法（简单枚举归纳法和科学归纳法）。在近代自然科学中盛行的归纳法，实质上是改进后的简单枚举法，比如，培根的“三表法”和穆勒的“穆勒五法”。培根的三表法和穆勒五法.doc哈雷在概括所观察到的彗星出现的周期时就采用了归纳的方法。他在1682年发现了一颗彗星，他又从资料中找到了l607年及l351年出现的彗星同他所观察到的彗星有相似的轨道，因此推论它们是同一颗彗星，并且计算出这颗彗星每隔76年6个月出现一次。这种从绵延近百代的历史记载中归纳和概括出彗星出现时间的方法就是归纳的方法。完全归纳法：根据某类事物中的每一个事物都具有某种属性，推演出这类事物有此属性的一般结论的推理方法。例如：数学上的穷举法。三角形内角之和为180度。优点为结论可靠。缺点：困难简单枚举法：通过简单枚举某类事物中的一部分都具有某种属性，而无一反例，由此推及全体，概括出该类事物的一切对象都具有此种属性。例如：“金导电、银导电、铜导电、铁导电、锡导电；所以一切金属都导电”。前提中列举的“金、银、铜、铁、锡”等部分金属都具有导电的属性，从而推出“一切金属都导电”的结论。优点：方便。缺点：不完全。1.求同法。指被研究的现象在两个以上的场合出现时，在每一场合中只有一个先行条件是共同的，那么，这个共同的先行条件被判明为是该现象的原因。场合先行条件被研究现象1A、B、Ca，b,c2A、D、Ea,d,e3A、F、Ga,f,g∴A是a的原因例如，遗传的主要物质基础——DNA的发现，就是运用了这种方法。1944年，加拿大的阿维利和麦克劳德等人在前人基础上尽享了细菌转化实验。他们分别用培养基加高温杀死的有毒有荚膜的肺炎双球菌、培养基加高温杀死的有毒有荚膜的肺炎双球菌的提取液、培养基加提取液中的DNA来培养无毒无荚膜的双球菌，结果都能使它们转变成有毒有荚膜的肺炎双球菌（注射到动物体内能致肺炎）。在上述不同场合中，DNA是不变因素，证明它是细菌转化的原因。此后，DNA是遗传物质的结论才得到了公认。科学归纳法：引进因果关系作为推理依据。2.求异法：指只有两个场合，如果被研究的现象只出现在其中一个场合而在另一场合不出现，且这两个场合只有某一个先行条件不同，那么，这个先行条件被判明为所研究现象的原因。场合不同情况被研究对象1A，B，Ca,b,c2B,Cb,c所以A是a的原因例如，巴斯德研究微生物的产生的原因，就曾运用了求异法。他把装有有机物体的两个瓶子，都加热灭菌后，其中一瓶加了防尘装置，另一瓶不加。过了一定时间，前一瓶毫无变化，后一瓶却出现了很多微生物。由此说明，空气中的尘埃是产生微生物的原因。场合不同情况被研究对象1A1，B，Ca1,b,c2A2,B,Ca2,b,c3A3,B,Ca3,b,c所以，A是a的原因例如，有关体压强、体积和温度关系的波义耳定律、盖-吕萨克定律核查理定律都是应用了共变法的结果。在等温条件下作气体实验时，让压强的值逐渐改变，并测出相应的体积值，就能後运用共变法概括出体积和压强的反比关系。同样，在压强不变的条件下，气体的温度越高，它的体积越大，体积和温度成正比关系。由于共变法可以得到一个函数关系，它的可靠程度是比较大的。3.共变法：在所有场合中，A发生变化，研究现象a也随之变化，则可判定A与a又因果联系。4.剩余法：如果得知被研究的某一复合现象是由一组条件引起的，把其中已判明因果联系的部分减去，那么，可判定剩余部分有因果联系。例如，海王星的发现。当天文学家观察天王星时，发现了一组复合现象，即它在运行轨道上发生各种偏离；经计算表明，这一现象是由另一组复合的条件所引起的，即已知几个行星的吸引力是使天王星发生相应偏离的原因，由此推论，天王星的剩下一个偏离现象，很可能是由另一未发现的行星的吸引力造成的。后来，果然发现了这颗行星，取名为海王星。场合Ａ，Ｂ，C引起a,b,c已知B,C是b,c的原因所以,A是a的原因海王星和地球大小比较海王星概括是一种从个别或特殊性认识上升为一般性认识的思维方法，是一种不完全归纳。归纳推理虽然结论不具有逻辑必然性，却更明显地表现出是一种由已知进到未知的方法。3.类比类比是根据两个或两类不同对象的部分属性或功能等相同或相似，推论出它们的其他属性或功能等也可能相同或相似。类比推理的格式类比推理在科学研究和解决科学技术问题过程中具有启发思路、提供线索、借助于某种规范（范例）而举一反三、触类旁通的作用。科学上的许多重要理论，最初都是通过类比法提出来的。例如，荷兰物理学家惠更斯发现光像声音一样具有直线传播、折射、反射、衍射等属性，从而推出光也像声音一样具有波的性质，从而提出“光的波动学说”；伽莫夫将声学中的多普勒效应和光波中的“红移”现象进行类比，提出了“宇宙膨胀假说”；达尔文创立进化论、卢瑟福提出原子结构的行星模型、魏格纳提出大陆漂移学说等，都使用了类比推理方法。不仅如此，类比方法还为科学界普遍采用的模型试验和模型方法提供了逻辑基础。类比通过对两个或两类对象的属性、程式或定量计算进行比较，做出它们之间在某些方面具有相似点的结论。模型试验和模型方法是以模型和原型之间的相似性为根据对原型和模型进行类比的。模型试验以类比这种方法为基础，它把模型上的实验结果回推到原型上去，从而形成关于研究对象的若干推论和结论。类比方法是模型试验、模型方法以至模拟方法的逻辑基础。例如，在现代科学工程技术中人们利用模型试验来研制新型飞机（风洞试验）、通讯卫星、设计水利电力工程、防震高层建筑等等，都是根据模型与原型的共同属性（相似的内部结构与相似的外部结构），以模型试验的性能来推断原型的性能。生态学风洞实验飞机风洞实验汽车风洞试验“电子蛙眼”就是研究能跟踪飞虫的非常完善的蛙眼而设计出的能跟踪天上的飞机、卫星的技术仿生系统。科学家还根据苍蝇翅膀后长着叫做楫翅的平衡棒的导航原理，研制成一种小巧的新型导航仪器——“振动陀螺仪”，以此保持飞机、火箭飞行的稳定性。仿生学（模仿鸟类）人类仿生的行为昆虫与仿生开水壶的启示让瓦特发明火车苍蝇与宇宙飞船电子蛙眼类比推理具有逻辑性和直觉性的双重特征。首先，它是归纳和演绎的简并缩合的过程。归纳-演绎-归纳。其次，直觉的心理过程。第二节科学技术研究的创新思维方法一、抽象思维与形象思维1．抽象思维以概念为基本要素，是在概念及其判断的基础上进行的推理。它通常是线性的。2．形象思维以意象（imagery）为基本要素，是在意象及其联想（想象）和典型化的基础上进行的推理。它通常是非线性的、并行的。善于掌握和运用抽象思维方法，决定着科学家能把经验层次的认识上升到理性认识。例如：丹麦天文学家第谷·布拉赫竭尽大半生精力从事天文观测，获得了极为丰富而精确的事实材料，这当然已是科学史上的重要贡献。但他却未能对这些材料进行科学抽象的加工制作，而是停留于经验层次的认识上，而德国天文学家开普勒主要以第谷所搜集和积累的经验材料为基础，充分发挥了科学抽象方法的功能，概括出了行星运动三定律。第谷·布拉赫开普勒形象思维对科学发现具有重要的意义。例如法拉第时代人们受超距作用的影响认为电力、磁力和重力一样是一种瞬时的超距作用力，法拉第认为这种超距作用与电磁感应的铁屑形成美丽的曲线，就设想电荷或磁之间的空间中充满着一种有传递力作用的媒