科學方法第一章第1頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二科學方法論二、教學目的及要求

教學目的：

通過本課程的學習，使學生牢固掌握當代自然科學的基本方法，一切從問題入手，選題由需要出發(fā)，運用科學假說理論；一般掌握觀察與實驗、歸納與演繹、類比與想象、系統(tǒng)論、控制論方法；了解信息論、突變論、協(xié)同論、耗散結(jié)構(gòu)理論與證偽主義的新方法。

第2頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二科學方法論教學要求：把上述知識融入大學各類專業(yè)的學習實踐中去?；顚W活用，學以致用。第3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二科學方法論三、主要教學內(nèi)容1、科學問題與科研選題2、科學假說理論3、觀察與實驗4、歸納與演繹第4頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二科學方法論5、類比與想象6、證實與證偽7、系統(tǒng)論與信息論8、控制論與突變論9、協(xié)同論與耗散結(jié)構(gòu)理論第5頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題學習目標：一、科學基本知識二、技術的基本知識三、科學與技術的區(qū)別四、科學方法五、科學方法論六、科學問題七、自然科學研究的一般過程八、科學選題第6頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題一、科學基本知識（一）科學術語的來源科學一詞起源于中國古漢語，原意為“科舉之學”。日本著名科學啟蒙大師福澤瑜吉把“science”譯為“科學”。1893年，康有為在翻譯介紹日本書目時引進并使用“科學”二字。1896年嚴復在翻譯《天演論》等科學著作時，使用了“科學”二字。此后“科學”二字便在中國廣泛運用。

第7頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題（二）科學的含義關于自然界物質(zhì)形態(tài)、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及運動規(guī)律的認識。自然系統(tǒng)本質(zhì)聯(lián)系的具有社會實踐力量的客觀動態(tài)知識體系。（三）科學的定義科學是不斷完善和發(fā)展的，反映客觀事實和規(guī)律的知識體系的創(chuàng)造過程。

第8頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題（四）科學的本質(zhì)1、特殊的意識形態(tài)

不是特定經(jīng)濟基礎的產(chǎn)物：無階級性，較大的穩(wěn)定性。不隨特定經(jīng)濟基礎而變化：真理性，很強的歷史繼承性。2、潛在的生產(chǎn)力

與實踐有密切的關系：由實踐提出問題，靠實踐提供工具，為實踐服務。第9頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題（五）科學的特點客觀性：從實踐出發(fā)，由實踐檢驗。理論性：知識的邏輯系統(tǒng)，反映了現(xiàn)象的規(guī)律性。是對某種經(jīng)驗現(xiàn)象或事實的科學解說和系統(tǒng)解釋。它是由一系列特定的概念、原理（命題）以及對這些概念、原理（命題）的嚴密論證組成的知識體系。

國際性：科學無國界。第10頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題（六）科學的功能1、認識功能

科學發(fā)現(xiàn)：發(fā)現(xiàn)新的事實、規(guī)律、方法，如布朗運動、超導等；

科學解釋：說明已有現(xiàn)象，如日食、月食、大小潮等；

科學預見：預報未來事件，如地震和臺風等。第11頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題2、生產(chǎn)力功能

通過教育轉(zhuǎn)化為勞動者的智力。

通過技術革新生產(chǎn)工具。

通過管理協(xié)調(diào)人機物關系。3、社會功能

實現(xiàn)生產(chǎn)方式變革的主要力量。改善人們物質(zhì)文化生活的根本保證。

促進人們思想解放的精神武器。第12頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題（七）科學的類型科學的基本分類(三大類)1、自然科學

物理學、化學、數(shù)學、生物學、地質(zhì)學、天文學（宇宙學）等；2、社會科學

經(jīng)濟學、政治學、教育學、社會學、管理學、法學等；3、人文科學

文學、哲學、美學、藝術、詩歌、音樂、歷史學、倫理學、宗教學等。第13頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題科學的縱向分類

1、基礎科學：探索性強，要長遠規(guī)劃

一級學科：數(shù)學，物理學，化學，天文學，地質(zhì)學，生物學。二級學科：力學，熱學，聲學，光學，電磁學，原子與分子物理，核物理，粒子物理。2、技術科學：介于兩者之間

3、工程科學：實用性強，目標要具體。第14頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題科學的橫向分類

1、邊緣科學：幾門學科之間的交叉。

物理化學，生物化學，量子生物。

2、橫斷科學：不同學科中的共同性問題

控制論，信息論，系統(tǒng)論，協(xié)同論，突變論，耗散結(jié)構(gòu)理論。

3、綜合科學：多學科的理論、方法組合起來對某一領域進行研究。

環(huán)境科學，空間科學，海洋科學，能源科學，大氣科學。第15頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題二、技術的基本知識技術的定義：技術是在生產(chǎn)實踐經(jīng)驗和自然科學的基礎上發(fā)展起來的方法（包括管理）、技能（包括經(jīng)驗和工具、設備）的體系。第16頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題三、科學與技術的區(qū)別

1、從任務上看

科學是發(fā)現(xiàn)世界上已經(jīng)有的東西和規(guī)律；

技術是發(fā)明世界上沒有的東西；

科學是認識世界、追求真理；

技術是改造世界、追求完善。技術有很強的目的性。如：聽診器的發(fā)明。

第17頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題2、從要解決的問題看科學主要解決“是什么？”、“為什么？”、“能不能？”技術要解決“做什么？”、“怎么做？”、“有何用？”

如：1953年美國醫(yī)生罕伯杰爾首次進行了羊的性別變換手術（雄→雌），1990年8月，上海長征醫(yī)院何清濂教授為秦惠榮（男）施行變性手術。

第18頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題3、從研究過程看

科學研究的目標是相對不確定的，在開始進行探索時，難以預見在何時會作出何種發(fā)現(xiàn)；

技術活動可以有相對確定的目標，可以有較明確的方向、步驟和經(jīng)費預算，技術工作的計劃性較強。

如：曼哈頓工程、阿波羅登月工程。

第19頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題4、從勞動特點看

科學活動的自由度要大一些，個體性也強些，在科學發(fā)現(xiàn)的成果上刻上個人的標記的情況也就多一些；

例如：個人命名的定律、原理、學說、單位。畢達哥拉斯定理、牛頓萬有引力定律、馬格努效應、薛定鄂方程、哈雷慧星、達爾文時代、歐幾里得幾何學、哥白尼學說；焦耳、伏特、安培、歐姆、瓦特等等。第20頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題

技術活動的集體性較強，打上個人標記就會少一些。

如：三峽水利樞紐工程、嫦娥登月工程、人類基因組計劃。第21頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題5、從結(jié)果和評價看

科學的答案在世界各國都是一樣的、唯一的、它的評價標準只有一個；

技術活動的結(jié)果在不同民族、不同國家則有多樣性，技術結(jié)果的評價由實用不實用、或有效無效、合適不合適來劃分。第22頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題四、科學方法（一）方法方法起源于希臘詞語，是指沿著正確的道路運動的意思。（二）科學方法科學方法從本質(zhì)上講是人們?yōu)檎J識客觀世界而采取的各種手段和途徑。即認識世界、改造世界的方法。具體指正確進行科學研究的理論、原則、方法和手段。第23頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題（三）科學方法的層次

各學科的特殊方法：如光譜方法、電泳法等。自然科學的一般方法：如觀測、實驗、科學抽象、科學假設、歸納與演繹、類比與想象、證實與證偽、系統(tǒng)論與信息論、控制論與突變論、協(xié)同論與耗散結(jié)構(gòu)理論等。數(shù)學方法：回歸分析、統(tǒng)計分析、層次分析等。

哲學方法：一分為二、逆向思維、對立統(tǒng)一等。第24頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題（四）科學方法的分類

經(jīng)驗認識(感性)的方法：觀測、實驗

理論思維(理性)的方法：類比、歸納、演繹、析因、分析、綜合。第25頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題（五）科學方法與哲學方法的基本特征

1、科學方法的基本特征

（1）具體性

（2）經(jīng)驗性

（3）精確性

（4）可檢驗性

2、哲學方法的基本特征

（1）抽象性或思辨性

（2）豐富性或歧義性

（3）難以檢驗性

第26頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題五、科學方法論（一）科學方法論的概念以科學方法為研究對象的學科(理論)

（二）科學方法論的內(nèi)容

科學研究活動本身的一般規(guī)律和一般方法，人類認識客觀真理的基本程序和普遍方法

（三）研究科學方法論的目的

為了尋求更有效的科學研究方法(提高效率）

為了探索更合理的科學研究程序(少走彎路)第27頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題六、科學問題（一）科學問題的定義所謂科學問題是指認識主體基于一定的科學知識的完成和積累，在科學實踐和理論研究中產(chǎn)生的，需要通過科學研究來認識和解決的矛盾和疑問。

第28頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題（二）提出科學問題提出科學問題包含了兩層意思。其一是說問題從懷疑產(chǎn)生。其二是說問題雖已被我們認識一些，但還有一些內(nèi)容我們還不知道不認識。

第29頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題（三）提出科學問題的基本線索1.從困惑中提出問題2.由質(zhì)疑提出問題

科學研究和探索必須要有懷疑精神，“學貴善疑”，懷疑精神是創(chuàng)造性思維的開端。馬克思的座右銘是“懷疑一切”。

3.在實踐活動中由于認識的角度不同而引起的爭論。4.實踐與理論的矛盾。5.對同一事物或現(xiàn)象的不同理論解釋的矛盾。

6.理論自身內(nèi)部的矛盾。

第30頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題7.從機遇中發(fā)現(xiàn)問題提出科學問題的途徑還有許多:①各知識領域、各學科之間的空白區(qū)，主要表現(xiàn)在交叉學科和邊緣學科之中。②不同科學理論體系之間的矛盾。③技術科學的研究與生產(chǎn)實踐的矛盾。④應用科學和技術開發(fā)的矛盾等都可產(chǎn)生許多科學問題。⑤閱讀和查找一些科技文獻和資料,了解某一學科的發(fā)展歷史現(xiàn)狀和動向。⑥參加一些學術研討會,報告會,論文答辯會,經(jīng)常和同行專家之間進行思想交流、書信往來、傳閱論文等都可激發(fā)思想火花,提出許多科學問題。第31頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題總之，問題來自于科學的觀察與實驗，來自于社會調(diào)查和科學的分析，來自于生產(chǎn)實踐，也可來自于理論的研究和探討。

第32頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題七、自然科學研究的一般過程自然科學研究的一般過程，就是運用科學理論、科學方法和儀器設備去探索未知事實的過程。這一過程可劃分為五個階段。第33頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題第一階段：準備階段。主要任務是提出科學問題，選擇和確定科研課題。

第二階段：觀察實驗階段。主要任務是獲取科學事實，或者搜集資料。

第三階段：思維加工階段。主要任務是提出科學假說。

第四階段：實踐檢驗階段。主要任務是將科學假說上升為理論。第五階段：建立科學理論體系階段。

運用公理化方法或歷史與邏輯相統(tǒng)一的方法，建立比較完整的科學理論體系。第34頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題八、科研選題（一）選題的原則

1、需要性原則這是選擇研究問題的一條首要的基本原則。科學研究是一種目的性很強的探索活動，選題的需要性原則，正體現(xiàn)了這種目的性。因此，選題必須面向?qū)嶋H，按需要選擇。第35頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題

這里所謂的實際需要，主要是指社會生產(chǎn)和其他方面的實際需要，以及學科內(nèi)部知識發(fā)展狀況的實際需要。這些需要若按范圍大小分，可分為國家需要、集體需要和個人需要；若按時期分，可分為近期需要、中期需要和長遠需要。若按內(nèi)容分可分為物質(zhì)需要、知識發(fā)展需要和精神方面的需要。選題還必須考慮其研究價值，所謂研究價值，是指課題實現(xiàn)人的某種目的需要或滿足社會的某種需要的程度。

第36頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題

2、科學性原則科學性原則所強調(diào)的是，選題要以唯物主義基本原理為指南，以科學實踐反復證實的客觀規(guī)律為基礎。如果選題違背科學性原則，問題就會陷入非科學或偽科學的歧途，使研究一無所獲。例如：牛頓晚年證明上帝存在的研究課題，以及種種“永動機”的研究課題，都是違反科學性原則的，其結(jié)果導致研究的失敗。第37頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題3、創(chuàng)造性原則

創(chuàng)造性原則是指選擇的研究問題要有獨創(chuàng)性和突破性。創(chuàng)造性是科學研究的靈魂。創(chuàng)造性原則體現(xiàn)了科學研究的價值意義，能使所選的問題在科學理論上有所發(fā)展，有所突破或在應用上有所改進，有所創(chuàng)新，從而保證預期的研究成果具有一定的學術意義和應用價值。第38頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題4、可能性原則就是要根據(jù)實際具備的和經(jīng)過努力可以具備的條件來選擇研究問題，對預期完成問題的主觀、客觀條件盡可能充分地估計?？赡苄栽瓌t要求選題時考慮如下幾方面問題：（1）研究這一問題，需使用的材料是否充足?是否易于獲得?（2）研究所需的費用如何?是否有可能解決？（3）研究所需的時間多少?所花的時間是否能保證?（4）研究這一問題，自己的能力、水平和志趣如何?是否有完成課題的能力和信心?第39頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題（二）選題的程序雖然選題沒有固定不變的模式，但一般說來，遵循下列程序去選題，效果會好一點。1、確定研究問題的領域選擇研究問題的領域一般都遵循上述需要性、科學性、創(chuàng)造性、可能性四個基本原則，以及根據(jù)個人的研究興趣，專業(yè)特長去確定。研究者可以從廣大的研究領域中，經(jīng)反復衡量后，由博返約，確定一個研究領域。第40頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題2、查閱有關資料閱讀有關文獻不僅是發(fā)現(xiàn)問題的方法，而且也是避免重復研究的方法，因為從閱讀資料中可了解研究問題有哪些部分是已經(jīng)知道了的，解決了的，哪些部分尚未知而有待進一步研究解決。通過閱讀文獻，對問題領域內(nèi)所涉及的理論、研究方法和研究趨向，有透徹深入的了解，有助于弄清問題所涉及的各方面概念和修正、調(diào)整研究內(nèi)容，形成自己的觀點。第41頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題3、界定研究問題的范圍經(jīng)閱讀文獻后，對研究的問題將更加明確，于是界定研究問題的范圍是必要的一步。一般說來，研究問題的范圍要清楚明確，宜小不宜大。研究者應善于從選定的研究領域中篩選問題，并縮小問題范圍，最后將注意力集中于某一個獨特的小問題之上。因為一篇好的論文，不是以篇幅多少而是以質(zhì)量高低作為標準的。第42頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題4、陳述研究問題研究問題若能清楚而明確地界定范圍，研究問題的陳述就容易多了。研究問題的敘述方式，可以采用疑問句形式，也可以采用陳述句形式。在很多實驗研究和調(diào)查研究中，問題的陳述具有說明兩個變量或兩個以上變量之間的關系的特點。如：

——學業(yè)成就和智力兩者有什么關系?——家庭教育與學業(yè)成就和學習動機是否有關系?第43頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題

選題是行動與思考有機結(jié)合的過程，它要求人們不但要懂得一定的程序，而且要掌握一些選題的技巧。因此，選題時除了按常規(guī)的方法進行選題外，還要善于抓住偶然出現(xiàn)的線索來確定研究課題。有時，通過觀察或閱讀文獻，接受別人的思想啟發(fā)，也可造成靈感的閃現(xiàn)，引發(fā)出新的研究問題。我們要善于把握機遇，及時抓住線索，捕獲靈感，發(fā)現(xiàn)新問題。與此同時，我們在篩選研究課題時，還要善于運用求異思維和輻合思維。第44頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題

求異思維是一種散發(fā)式想象思維，選題時，預先并無明確的課題，而是根據(jù)一定的事實材料，讓自己想象的思維打破傳統(tǒng)束縛，海闊天空地自由馳騁，從而大膽提出大量新設想、新課題。輻合思維是一種集中想象思維，選題時，事先有一個大致目標，讓自己的思想圍繞這個目標，把多種現(xiàn)象進行綜合的創(chuàng)造性聯(lián)想，就是把頭腦中已有的東西重新進行排列組合，從而形成達到這個目標的研究課題。求異思維能廣開思路，提出大量問題，展現(xiàn)許多問題線索，而輻合思維則通過定向思考，往往可遴選出有價值的研究課題。選題的思考過程，就是求異思維和輻合思維有機結(jié)合的過程。（本章結(jié)束）第45頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二第一章科學問題與科研選題1、什么是科學方法？2、怎樣對科學方法進行分類？3、自然科學研究的一般過程分為哪幾個階段？4、科研選題的原則與程序？第46頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二案例一：血液循環(huán)的發(fā)現(xiàn)

古羅馬時期最著名最有影響的醫(yī)學大師,蓋侖建立的醫(yī)學體系是古希臘醫(yī)學的總結(jié)，也是古羅馬科學的重大成就之一。但是這個體系中也包含著許多錯誤的成分，例如蓋侖把對動物的解剖知識硬套在人身上，他認為“精氣”是生命的要素，身體只是靈魂的工具等。中世紀教會將其神圣化，把他正確和錯誤的東西都當做不可更改的教條固定下來，任何人都不可觸動，只能分毫不差地引用、重復，這就阻礙了醫(yī)學和生物學的發(fā)展。

生物學在這一時期的進步，首先表現(xiàn)為突破了蓋侖學說。第47頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二案例一：血液循環(huán)的發(fā)現(xiàn)

最先向蓋侖體系提出挑戰(zhàn)的是比利時人維薩里(1514～1564)在哥白尼發(fā)表日心說的同時，于1543年出版了《人體的構(gòu)造》這本解剖學專著。維薩里在這本著作中描繪了三百多張解剖圖，糾正了蓋侖的200多處錯誤。他以自己在解剖過程中所看見的現(xiàn)象為根據(jù)，提出了兩個重要的論點：第48頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二案例一：血液循環(huán)的發(fā)現(xiàn)

第一，男人身上的肋骨同女人身上的肋骨一樣多，都是12對，共24根。這樣他就否認了上帝用男人的肋骨創(chuàng)造出女人的說法。第二，糾正了蓋侖關于左、右心室相通的說法。他指出左、右心室之間肌肉很厚，沒有可見的孔道能將動脈血和靜脈血溝通起來。維薩里的這些見解既不符合傳統(tǒng)觀點，他的叛逆行為招致了教、俗兩界的攻擊。1544年他被迫離開大學，1563年又被迫前往耶路撒冷朝拜以贖罪，1564年他在歸途中經(jīng)過希臘占特島時，不幸船破遇難。第49頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二案例一：血液循環(huán)的發(fā)現(xiàn)

西班牙醫(yī)生和宗教改革者塞爾維特(1511～1553)最早提出心肺之間血液小循環(huán)的學說。他主張人體中只有一種活力靈氣，而不是蓋侖所說的三種靈氣。這種活力靈氣存在于空氣之中，通過呼吸進入肺臟，在那里與來自右心室的血液相遇，清除掉其中的“煙氣”之后，使血液的顏色變得鮮亮，這種精制化了的血液和空氣混合后進入左心室，使血液帶上活力靈氣運送至全身?！办`魂本身就是血液”。第50頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二案例一：血液循環(huán)的發(fā)現(xiàn)

他還認為靜脈血通過肺而變?yōu)閯用}血。他提出的血液心肺小循環(huán)把蓋侖提出的兩個彼此獨立的血液系統(tǒng)(動脈系統(tǒng)與靜脈系統(tǒng))統(tǒng)一了起來。這就為發(fā)現(xiàn)全身的血液循環(huán)鋪平了道路。為此，塞爾維特在日內(nèi)瓦被教會活活燒死。第51頁，共57頁，2023年，2月20日，星期二案例一：血液循環(huán)的發(fā)現(xiàn)

l559年，帕多瓦大學解剖學教授哥倫布(1516～1519)再次提出血液小循環(huán)學說。l60