第2章科技研究基本方法2.1研究方法分類

科技研究方法是指在研究中發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象\新事物,或提出新理論\新觀點(diǎn),揭示事物內(nèi)在規(guī)律的工具或手段,是運(yùn)用智慧進(jìn)行科學(xué)思維的技巧.

包括:文獻(xiàn)調(diào)查法\觀察法\思辯法\概念分析法\比較研究法等.不同的角度有不同的分類方法.第2章科技研究基本方法2.1研究方法分類科獲取科學(xué)事實(shí)的方法觀察方法,實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)思維方法邏輯方法:分析與綜合,歸納與演繹,類比等非邏輯方法:直覺(jué),靈感,創(chuàng)造性思維數(shù)學(xué)方法:一元回歸,多元回歸等假設(shè)檢驗(yàn)與理論方法邏輯分析,實(shí)踐檢驗(yàn),證實(shí)與證偽,判決性實(shí)驗(yàn);理論構(gòu)建,公理化方法,抽象到具體的方法技術(shù)方法技術(shù)預(yù)測(cè):類比性預(yù)測(cè),歸納性預(yù)測(cè)等技術(shù)評(píng)估:效果評(píng)估法,多目標(biāo)評(píng)估法,環(huán)境評(píng)估原理構(gòu)思:實(shí)驗(yàn)提升,自然模擬等工程設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)科學(xué)方法系統(tǒng)分析法,信息方法,反饋控制法,黑箱法,系統(tǒng)規(guī)劃方法,功能對(duì)比法,自組織理論方法獲取科學(xué)事實(shí)的方法觀察方法,實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)思維方法邏輯方法:分普利高津1917年生于莫斯科，1945年在比利時(shí)布魯塞爾自由大學(xué)獲得博士學(xué)位后留校工作，兩年后被聘為教授。他主要研究非平衡態(tài)的不可逆過(guò)程熱力學(xué)，提出了“耗散結(jié)構(gòu)”理論，并因此于1977年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。耗散結(jié)構(gòu)理論就是研究系統(tǒng)怎樣從混沌無(wú)序的初始狀態(tài)向穩(wěn)定有序的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行演化的過(guò)程和規(guī)律普利高津之所以受到科學(xué)家們的敵視，很可能是因?yàn)樗沂玖?0世紀(jì)末自然科學(xué)的陰暗面，甚至從某種意義上說(shuō)是掘就了科學(xué)的墳?zāi)?。?0高齡的普利高津本人，也豁出去了，直言霍金《時(shí)間簡(jiǎn)史》的謬誤86歲的普利高津（IlyaPrigogine），“合上了科學(xué)史上的一個(gè)篇章”（2003年7月3日英國(guó)《自然》雜志訃告）。有人認(rèn)為，作為“20世紀(jì)最有影響的科學(xué)思想家之一”普利高津1917年生于莫斯科，1945年在比利時(shí)布魯塞爾自由2.2歸納與演繹法

推理是根據(jù)一個(gè)或一些判斷得到另一個(gè)判斷的思維形式。歸納法演繹法2.2.1歸納法2.2歸納與演繹法推理是根據(jù)一歸納法演繹法2（1）求同法

因素對(duì)象

A、B、C→aA、D、E→aA、F、G→a∴A→a（A是a的原因）求同法是從不同的場(chǎng)合中尋求相同的因素

一、歸納法的主要類型與特點(diǎn)特點(diǎn)：①個(gè)別→一般；②結(jié)果有一定的可靠依據(jù)；③具有或然性。

（1）求同法因素對(duì)象求同法是從

左圖為門捷列夫元素周期表初稿1869年門捷列夫?qū)⒁延械臄?shù)據(jù)進(jìn)行歸納，于1869年確定了化學(xué)元素性質(zhì)與原子量之間關(guān)系。歸納概括出了化學(xué)元素的周期律。門捷列夫又以這普遍規(guī)律為指導(dǎo)，進(jìn)行演繹推理，預(yù)言了當(dāng)時(shí)尚未發(fā)現(xiàn)的新元素Al、B、Si、Sc(鈧）等元素。但在當(dāng)時(shí)大多數(shù)科學(xué)家對(duì)此都進(jìn)行了不同程度的批評(píng)。

例2-1元素周期律左圖為門捷列夫元素周期表初稿1869年例2-

（2）求異法

因素對(duì)象

A、B、C→aB、C→不a∴A→a

A是a的原因，有因果關(guān)系從兩種場(chǎng)合的差異中找出事物的因果關(guān)系例子

鐘聲在空氣中響能聽(tīng)到，在真空中聽(tīng)不到→聲音是在空氣中傳播的。（2）求異法因素對(duì)象從兩種

（3）同異并用法

把求同法和求異法兩種推理形式結(jié)合起來(lái)尋求研究對(duì)象的因果關(guān)系。（4）剩余法

在一組復(fù)雜的自然事物或現(xiàn)象中，排除已有因果關(guān)系后，來(lái)研究其它現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。實(shí)質(zhì)上是求異法的變種。實(shí)例

居里夫人觀察到瀝青鈾礦的放射線要比已知鈾量的放射線強(qiáng)許多倍。經(jīng)分析推測(cè)：除鈾以外，剩余的放射線強(qiáng)度肯定是由于其它元素引起的。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和提煉，終于又發(fā)現(xiàn)了鐳。1867-1934.7.4）。世界著名科學(xué)家，研究放射性現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)鐳和釙（pō）兩種天然放射性元素，一生兩度獲諾貝爾獎(jiǎng)（第一次獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)1903，第二次獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1911）。（3）同異并用法把求同法和求異法兩種推理形式結(jié)合二、歸納法的作用與局限性

實(shí)例

生吞魚膽新喪人命雞苦膽→治百日咳；豬苦膽→治氣管炎；蛇苦膽→治風(fēng)濕。

→魚膽能美容。一婦女生吞魚膽喪人命。

——衛(wèi)生與生活報(bào),1993.1報(bào)道

歸納法具有一定的科學(xué)性：科學(xué)研究也是從積累大量數(shù)據(jù)到概括出一般原理的過(guò)程；歸納法具有很大的創(chuàng)造性，主要用于科學(xué)發(fā)現(xiàn)。歸納法有局限性。是一種或然性的推理方法。二、歸納法的作用與局限性實(shí)例2.2.2

演繹法從已知的一般原理、定理、法則、公理或科學(xué)概念出發(fā)，推論出某些事物或現(xiàn)象具有某種屬性或規(guī)律的新結(jié)論的一種科學(xué)研究方法。是從一般原理推理出個(gè)別結(jié)論的方法。即由大前提（一般原理）、小前提（已知個(gè)別事實(shí)與大前提中全體事實(shí)的關(guān)系）和結(jié)論（個(gè)別事實(shí)的認(rèn)識(shí)）組成。數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的廣泛使用的公理化方法。2.2.2演繹法從已知的一般原理、定理、法則、公理或科學(xué)一、演繹法的作用與局限性1）用邏輯推理方式為科學(xué)知識(shí)提供邏輯證明2）演繹法也是解釋和預(yù)見(jiàn)科學(xué)事實(shí)、提出科學(xué)假說(shuō)的重要方法3）演繹推理在檢驗(yàn)假說(shuō)中也有很重要的作用4）演繹法的局限性結(jié)論包含在前提中→難以作出新的概括結(jié)論可靠性受到前提制約→不絕對(duì)可靠的

一、演繹法的作用與局限性1）用邏輯推理方式為科學(xué)知識(shí)提供邏

歸納與演繹法領(lǐng)域的三位著名科學(xué)家代表：培根

“知識(shí)就是力量”名言。他重視實(shí)驗(yàn)觀察、科學(xué)方法論，偏重歸納法。但輕視演繹推理和數(shù)學(xué)方法。笛卡爾伽利略

法國(guó)哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家，是唯理論代表。提出了以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的唯理論演繹法。

意大利物理學(xué)家.主張用觀察、實(shí)驗(yàn)和數(shù)學(xué)相結(jié)合的方法來(lái)研究自然世界。典型例子→落體定律和慣性原理。人們稱他為近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)之父和近代科學(xué)方法的奠基人。歸納與演繹法領(lǐng)域的三位著名科學(xué)家代表：培根“知2.3分析與綜合法分析法在思維方式上的特點(diǎn)

1、分解整體，分別研究。三個(gè)環(huán)節(jié)：解剖，分析部分；分析相互聯(lián)系

2、貫穿于科學(xué)研究的全過(guò)程，并滲透到所有的研究方法中。3、有局限性。容易將人們眼光限制在片面、狹窄的領(lǐng)域里。認(rèn)識(shí)事物整體，→綜合法。分析：就是把研究對(duì)象分解成幾個(gè)組成部分，然后分別加以

研究，從而認(rèn)識(shí)事物的基礎(chǔ)或本質(zhì)的一種科學(xué)方法。2.3分析與綜合法分析法在思維方式上的特點(diǎn)1、分綜合：是在已經(jīng)認(rèn)識(shí)到本質(zhì)的基礎(chǔ)上，將對(duì)象各方面的本質(zhì)有機(jī)地聯(lián)合成一個(gè)整體，即把事物的各個(gè)部分的認(rèn)識(shí)有機(jī)結(jié)合，形成對(duì)事物整體認(rèn)識(shí)和思維的方法。綜合方法和分析方法的認(rèn)識(shí)過(guò)程的方向是完全相反的。長(zhǎng)期以來(lái)，大多數(shù)人擅長(zhǎng)分析而不擅長(zhǎng)綜合或系統(tǒng)思想。20世紀(jì)五十年代，系統(tǒng)思想和系統(tǒng)方法日益受到重視。綜合：是在已經(jīng)認(rèn)識(shí)到本質(zhì)的基礎(chǔ)上，將對(duì)象各方面的本質(zhì)有機(jī)地聯(lián)綜合是通向科學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要途徑綜合是技術(shù)發(fā)明創(chuàng)造的重要途徑突出典型牛頓萬(wàn)有引力定律和力學(xué)三大定律

對(duì)前人成果分析→創(chuàng)造性綜合。牛頓的成果是科學(xué)綜合的結(jié)果

美國(guó)宇宙飛船總設(shè)計(jì)師曾說(shuō)過(guò)：今天的世界，沒(méi)有什么新東西不是通過(guò)綜合而制成的

綜合法在思維方式上的特點(diǎn)：聯(lián)系部分，綜合統(tǒng)一。綜合為多樣性的統(tǒng)一體。

有人分析：日本是靠三分歐洲技術(shù)和七分美國(guó)技術(shù)的綜合，→富于創(chuàng)造性的日本技術(shù)。綜合是通向綜合是技術(shù)突出典型牛頓萬(wàn)有引力定律對(duì)前人成果分

現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展呈現(xiàn)了整體化的趨勢(shì)，所以只有運(yùn)用綜合方法才能更好地開(kāi)拓新領(lǐng)域。許多綜合性學(xué)科、邊緣學(xué)科、交叉學(xué)科、新學(xué)科的出現(xiàn)，都是與綜合方法的運(yùn)用密切相關(guān)的。

綜合總是與分析并用的。分析和綜合是互為前提、互相補(bǔ)充、滲透、轉(zhuǎn)化?？茖W(xué)認(rèn)識(shí)的發(fā)展總是沿著“分析綜合新的分析新的綜合。。。。。。現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展呈現(xiàn)了整體化的趨勢(shì)，所以只有運(yùn)用綜2.4類比與移植法一、類比法的作用基本通式

A類對(duì)象具有a、b、c、d屬性或事物或規(guī)律；

B類對(duì)象具有a1、b1、c1屬性或事物或規(guī)律；其中，a1、b1、c1分別與a、b、c相同或相似。結(jié)論：B類對(duì)象可能具有d1屬性或事物或規(guī)律，且d1與d相同或相似基本類型

數(shù)學(xué)相似類比法，因果類比法，綜合類比法，對(duì)稱類比法，剩余類比法等。類比法指通過(guò)兩個(gè)或兩類事物或現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)相似點(diǎn)或相同點(diǎn)推論出他們的其他屬性或規(guī)律也可能有相似點(diǎn)或相同點(diǎn)的結(jié)論。這是以比較為基礎(chǔ)，包含特殊-特殊、一般-一般的邏輯思維方法。2.4類比與移植法基本通式A類對(duì)象具有a、b

例2-2泡沫金屬材料的發(fā)明

面包的多孔疏松→自身釋放氣體形成小氣泡。因果類比：→在金屬中增加了一些添加劑、改變制造工藝，發(fā)明了泡沫金屬材料類比法作用（1）類比為模擬試驗(yàn)提供邏輯基礎(chǔ)；（2）不受專業(yè)、學(xué)科的界限的束縛；（3）在技術(shù)上可做出重大發(fā)明；

（4）不同領(lǐng)域創(chuàng)新方法的移植和滲透

水利大工程模擬試驗(yàn)是綜合類比法。在模型和原型之間，除幾何尺寸成比例之外，還必須保持相似準(zhǔn)數(shù)的一致。例2-2泡沫金屬材料的發(fā)明面包的多孔疏松二、移植法的特點(diǎn)與作用

定義

將某學(xué)科的原理、方法或技術(shù)用于研究分支科學(xué)或其它學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域的理論、技術(shù)或方法問(wèn)題。它是通過(guò)橫向、縱向聯(lián)想和類比等方法進(jìn)行的。所以和類比、聯(lián)想法有密切聯(lián)系或相似。特點(diǎn)

顯著的創(chuàng)新性和綜合性類型

①技術(shù)移植創(chuàng)新法。②原理移植創(chuàng)新法；③方法移植創(chuàng)新法；④綜合移植創(chuàng)新法。二、移植法的特點(diǎn)與作用定義將某學(xué)科的原例2-3螺旋槳技術(shù)的推廣螺旋槳技術(shù)最初是為省力船而發(fā)明的推進(jìn)槳輪，經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)，人們把這項(xiàng)技術(shù)移植到飛機(jī)上，成為航空推進(jìn)器，發(fā)明了螺旋槳飛機(jī)。后來(lái)又將其改型后移植到吹風(fēng)領(lǐng)域，發(fā)明了電風(fēng)扇。這是技術(shù)移植創(chuàng)新法。

船用螺旋槳的槳葉尖在水中運(yùn)動(dòng)時(shí)描繪出一條無(wú)限延伸的螺旋狀曲線，稱為圓錐體螺線。實(shí)際螺線與理想螺線之差稱為“滑矢”，這是衡量螺旋槳效率的標(biāo)準(zhǔn)。

例2-3螺旋槳技術(shù)的推廣船用螺旋槳的槳葉尖在水中

例2-4氣針的發(fā)明與移植推廣

例2-5外科醫(yī)學(xué)用的消毒劑醫(yī)用注射器活塞加壓→針頭→藥物推入體內(nèi)方法移植創(chuàng)新氣針、氣筒→注射器、針頭結(jié)構(gòu)類似球類打氣

法國(guó)微生物家巴斯德發(fā)現(xiàn)酒變酸和肉湯變質(zhì)是因細(xì)菌所造成的

原理移植→醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。發(fā)明外科手術(shù)用消毒劑英國(guó)外科醫(yī)生利斯特

聯(lián)想：傷口化膿例2-4氣針的發(fā)明與移植推廣例2-5外科醫(yī)學(xué)用

例2-6拉鏈的發(fā)明與推廣拉鏈發(fā)明

美國(guó)發(fā)明，1905年專利。開(kāi)、合功能獨(dú)特，用途很多。20世紀(jì)十大科技發(fā)明排序調(diào)查，排在第一位。應(yīng)用廣泛

衣、褲、箱、鞋、帽、包、袋等日常生活。——方法移植

美國(guó)醫(yī)生以創(chuàng)新的方法應(yīng)用于手術(shù)病人。該醫(yī)生把拉鏈用在肚子上，隨時(shí)打開(kāi)拉鏈檢查腹腔。這就是皮膚拉鏈縫合技術(shù)。例2-6拉鏈的發(fā)明與推廣拉鏈發(fā)明美國(guó)發(fā)明，190科技論文寫作-科技創(chuàng)新與論文寫作-第2章-科研基本方法與創(chuàng)新(50)課件

例2-7美國(guó)推出鏤空自行車：最結(jié)實(shí)的自行車

鏤空管取代鋼管。鏤空管是由碳纖維編織而成，并由凱夫拉爾繩捆扎，形成蜘網(wǎng)式結(jié)構(gòu)。強(qiáng)度勝過(guò)鋼、鋁和鈦。

整車則要11995美元，它的重量只有2.75磅。

——2008.3報(bào)道

l磅=0.454kg，1.25kg

例2-7美國(guó)推出鏤空自行車：最結(jié)實(shí)的自行車鏤空管

例2-8現(xiàn)代流行服裝的根源喇叭褲

我國(guó)古代發(fā)明。遠(yuǎn)在幾千年前的商周時(shí)期，人們就穿著“寬松式”服裝，無(wú)論裙子和褲腿，都呈一種喇叭形狀。

數(shù)百年前傳人歐洲，被設(shè)計(jì)師吸收改造，曾在20世紀(jì)初流行

到70年代，人們從西方閑置不用的喇叭褲中看到美感，風(fēng)行一時(shí)

現(xiàn)在世界流行的寬松式服裝，實(shí)際上是把孔夫子那衣服改一改，又穿上罷了

《絲路花雨》歌舞劇設(shè)計(jì)出一種優(yōu)美的舞蹈喇叭褲例2-8現(xiàn)代流行服裝的根源喇叭褲我國(guó)古代發(fā)明。遠(yuǎn)健美褲

把身體的曲線全部顯示出來(lái)→更有感力，更顯撫媚。

其實(shí)，這寬上衣、緊褲子原是穿在哈姆雷特身上的。過(guò)了五百年，人們把這套衣服轉(zhuǎn)而穿在女人身上，真是不可思議。筒褲1977年日本電影《望鄉(xiāng)》在中國(guó)放映。演員栗原小娟穿的簡(jiǎn)褲，產(chǎn)生了很大余波。苗條的身姿，令無(wú)數(shù)觀眾傾倒。

眨眼之間，北京便成為簡(jiǎn)褲之海?？梢哉f(shuō)，任何世界名模，都沒(méi)有象栗原小娟那樣給中國(guó)人留下過(guò)如此深刻的印象和如此強(qiáng)大的吸引力。健美褲把身體的曲線全部顯示出來(lái)其實(shí)，這寬

蛛絲雖然細(xì)小但韌性十足。蜘蛛都有屬于自己的領(lǐng)地，所以不能像蠶一樣被人類飼養(yǎng)。想大量獲得蛛絲不是容易的事。

例2-9蜘蛛絲的研究與移植蛛絲雖然細(xì)小但韌性十足。蜘蛛都有屬于自己的領(lǐng)人造蛛絲以色列科學(xué)家研究方法

采用花園蜘蛛的基因來(lái)復(fù)制人工蛛絲中所必須的蛋白質(zhì)，將能夠進(jìn)行基因生產(chǎn)的微生物注入提取出的蜘蛛蛋白，就可以大量生產(chǎn)蛛絲。人造蛛絲直徑只有千分之一毫米。蛛絲用途

可用于外科手術(shù)用線，光纖和釣魚用具。人造蛛絲以色列科學(xué)家研究方法采用花園蜘蛛的基因來(lái)基因棉花巴西科學(xué)家研究方法

研究思維更進(jìn)一步，將蜘蛛基因植入棉花，以求獲得纖維更加結(jié)實(shí)、柔韌性更好的棉花新品種。——認(rèn)為蜘蛛網(wǎng)之所以結(jié)實(shí)，是因蜘蛛有一種特殊基因。2005年開(kāi)始采摘首批試驗(yàn)棉。用途

轉(zhuǎn)基因棉花可以用來(lái)制作運(yùn)動(dòng)服和防彈衣基因棉花巴西科學(xué)家研究方法研究思維更進(jìn)一步，將蜘球形水上步行器

例2-10水上步行器發(fā)明球形水上步行器例2-10水上步行器發(fā)明2.5數(shù)學(xué)與模型法一、數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用定義運(yùn)用數(shù)學(xué)所提供的概念、理論和方法對(duì)研究對(duì)象的數(shù)量、結(jié)構(gòu)等方面的進(jìn)行定量地分析、描述和推導(dǎo)及計(jì)算，以便從量的概念上對(duì)研究問(wèn)題做出分析、判斷，認(rèn)識(shí)事物變化的本質(zhì)規(guī)律。馬克思

一種科學(xué)只有在成功地運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí)，才能達(dá)到了真正完善的地步愛(ài)因斯坦

科學(xué)家必須在龐雜的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)中抓住某些可用精確公式表示的普遍特征，由此探索自然界的普遍真理。

揭示研究對(duì)象的本質(zhì)特征和變化規(guī)律的一種方法，是解決科學(xué)技術(shù)問(wèn)題常用的，也是最重要的方法。被人們稱譽(yù)為“科學(xué)的皇后”。2.5數(shù)學(xué)與模型法定義運(yùn)用數(shù)學(xué)所提供的概念、理論和方法對(duì)

數(shù)學(xué)在現(xiàn)代科技中應(yīng)用越來(lái)越重要

如純數(shù)學(xué)的矩陣?yán)碚摚迥旰髴?yīng)用于描述原子系統(tǒng)中矩陣力學(xué)。開(kāi)始創(chuàng)立的張量理論在35年后被愛(ài)因斯坦應(yīng)用于相對(duì)論，成為相對(duì)論的基本數(shù)學(xué)工具。這樣的例子很多。

數(shù)學(xué)方法作用①提供簡(jiǎn)潔精確的形式化語(yǔ)言；②提供數(shù)量分析和計(jì)算的手段與技巧；③提供可靠的邏輯推理和證明的工具。

谷神星發(fā)現(xiàn)。意大利科學(xué)家觀察，高斯計(jì)算，稱為“鉛筆尖”發(fā)現(xiàn)的新行星。例子數(shù)學(xué)在現(xiàn)代如純數(shù)學(xué)的矩陣?yán)碚摚迥旰蠖?、模型化方?/p>

模型化內(nèi)涵

模型決定研究對(duì)象的基本概念、方向、方法和原理。理想模型是舍去次要、突出主要特征。模型建立、修改和完善?？茖W(xué)理論發(fā)展常是模型的修正和更替。如牛頓的萬(wàn)有引力模型、達(dá)爾文的生物進(jìn)化模型等。例2-11量子理論的創(chuàng)立

盧瑟福對(duì)大量原子光譜做了很多精確的唯象分析→提出了原子結(jié)構(gòu)模型。玻爾根據(jù)盧瑟福的模型和已有的數(shù)據(jù)→創(chuàng)立了量子理論。二、模型化方法模型化模型決定研究對(duì)象的模型化

用適當(dāng)?shù)奈淖?、圖表和數(shù)學(xué)方程來(lái)表述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與行為的一種科學(xué)方法

數(shù)學(xué)模型具備條件1）反映原型本質(zhì)特征和關(guān)系,且合理簡(jiǎn)化2）能對(duì)問(wèn)題進(jìn)行理論分析，邏輯推導(dǎo)3）能合理描述具體研究對(duì)象，解決問(wèn)題分類按建立的方法有理論型，經(jīng)驗(yàn)型；按變量性質(zhì)分類有確定性和隨機(jī)性型；按函數(shù)關(guān)系分，有線性和非線性型；等這里簡(jiǎn)單介紹理論模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀ＤＰ突眠m當(dāng)?shù)奈淖?、圖表和數(shù)學(xué)方程來(lái)表數(shù)學(xué)模型1理論模型特點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ吞攸c(diǎn)模擬類型

模擬也稱仿真（Simulation），是模型化的繼續(xù)?；旧峡梢苑譃槿悾孩賻缀文M；②數(shù)字模擬；③物理模擬

①關(guān)系式較復(fù)雜，有物理意義；②理論意義，與實(shí)際差異大；③分析和推導(dǎo)的難度較大。

①數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析得到關(guān)系式；②性質(zhì)是唯象的或半唯象的；③應(yīng)用范圍限制。唯象理論是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更概括的總結(jié)和提煉，但是無(wú)法用已有的科學(xué)理論體系作出解釋，所以錢學(xué)森說(shuō)唯象理論就是知其然不知其所以然。唯象理論被稱作前科學(xué)，被實(shí)踐證明有效的一些理論和知識(shí)，無(wú)法用言語(yǔ)或文字表達(dá)出來(lái)，波蘭尼認(rèn)為這種知識(shí)無(wú)法通過(guò)現(xiàn)代學(xué)校教育的方式有效獲得，而必須采用學(xué)徒制的方式?！跋蟆笔侵袊?guó)古代哲學(xué)的重要范疇，中國(guó)古代書畫詩(shī)詞強(qiáng)調(diào)意象，所以有“只可意會(huì)，不可言傳”一說(shuō)，理論模型經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍M模擬也稱仿真（Simulation物理模擬是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M真實(shí)物理過(guò)程的方法。將實(shí)際地形物理的縮小模型置于實(shí)驗(yàn)體（如風(fēng)洞、水槽等）內(nèi)，在滿足基本相似條件（包括幾何、運(yùn)動(dòng)、熱力、動(dòng)力和邊界條件相似）的基礎(chǔ)上，模擬真實(shí)過(guò)程的主要特征，如空氣動(dòng)力規(guī)律和擴(kuò)散規(guī)律。由于所有相似條件不可能完全滿足，針對(duì)具體要求恰當(dāng)選取相似參數(shù)是實(shí)現(xiàn)物理模擬的關(guān)鍵。物理模擬主要用于數(shù)值計(jì)算模式難于處理的復(fù)雜地形以及建筑物影響時(shí)的擴(kuò)散研究。物理模擬實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)相比條件易控制、重復(fù)，且省人力、物力，可進(jìn)行較全面和規(guī)律性實(shí)驗(yàn)，是大氣擴(kuò)散研究的重要手段。數(shù)值模擬也叫計(jì)算機(jī)模擬。它以電子計(jì)算機(jī)為手段，通過(guò)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示的方法，達(dá)到對(duì)工程問(wèn)題和物理問(wèn)題乃至自然界各類問(wèn)題研究的目的。數(shù)值模擬實(shí)際上應(yīng)該理解為用計(jì)算機(jī)來(lái)做實(shí)驗(yàn)。比如某一特定機(jī)翼的繞流，通過(guò)計(jì)算并將其計(jì)算結(jié)果在熒光屏上顯示，可以看到流場(chǎng)的各種細(xì)節(jié)：如激波是否存在，它的位置、強(qiáng)度、流動(dòng)的分離、表面的壓力分布、受力大小及其隨時(shí)間的變化等。通過(guò)上述方法，人們可以清楚地看到激波的運(yùn)動(dòng)、渦的生成與傳播?？傊?dāng)?shù)值模擬可以形象地再現(xiàn)流動(dòng)情景，與做實(shí)驗(yàn)沒(méi)有什么區(qū)別。

物理模擬是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室物理實(shí)驗(yàn)?zāi)M真實(shí)物理過(guò)程的方法。將實(shí)際地

例2-12

模擬驗(yàn)證伽馬射線摧毀地球6成生命

科學(xué)家提出

地球上生命可能被宇宙伽馬射線大爆炸毀滅過(guò)。→很難找到直接證據(jù)

美國(guó)堪薩斯大學(xué)的科學(xué)家通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，證明了伽馬射線摧毀地球6成生命。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

博士生托馬斯在導(dǎo)師指導(dǎo)下，建立計(jì)算機(jī)數(shù)字模型進(jìn)行模擬計(jì)算，發(fā)現(xiàn)一次4.5億年前在離地球6000光年處發(fā)生的僅持續(xù)10秒的伽馬射線大爆炸，竟然能毀滅地球60%以上的生命。主要是毀壞大部分臭氧層。例2-12模擬驗(yàn)證伽馬射線摧毀地球6成生命科學(xué)家提出2.6系統(tǒng)與優(yōu)化法一、系統(tǒng)方法的基本原則

系統(tǒng)方法本質(zhì)特征

整體性—整體與部分統(tǒng)一→基本依據(jù)最優(yōu)化—狀態(tài)、效果最優(yōu)→基本目的模型化—實(shí)現(xiàn)優(yōu)化定量化→基本途徑自然系統(tǒng)功能優(yōu)化螳螂在1/20秒確定昆蟲的速度\距離和方向→現(xiàn)代化火炮跟蹤系統(tǒng)所望塵莫及；海豚→超過(guò)現(xiàn)代潛艇的航速；響尾蛇在相當(dāng)遠(yuǎn)距離測(cè)到1/1000℃的變化→導(dǎo)彈紅外跟蹤系統(tǒng)難以達(dá)到。2.6系統(tǒng)與優(yōu)化法系統(tǒng)方法整體性—整體與部分統(tǒng)一→二、系統(tǒng)方法在科研創(chuàng)新中的作用

1）系統(tǒng)方法具有重大創(chuàng)造性的功能阿波羅登月計(jì)劃成功實(shí)施，總負(fù)責(zé)韋伯博士2）系統(tǒng)方法是研究各種復(fù)雜系統(tǒng)的有效手段用定量化方法研究解決了大型復(fù)雜問(wèn)題，建立了系統(tǒng)工程理論3）用系統(tǒng)方法經(jīng)營(yíng)事業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)整體優(yōu)化綜合地反復(fù)地利用自然資源，并且也要將廢物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，循環(huán)為人類服務(wù)。在生產(chǎn)過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)無(wú)廢物循環(huán)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略---綠色生態(tài)園二、系統(tǒng)方法在科研創(chuàng)新中的作用1）系統(tǒng)方

仿人體機(jī)器人，具有智能系統(tǒng)化功能?？梢苑氯梭w做32個(gè)動(dòng)作。他既可以向大家介紹機(jī)器人的工作原理，也能指揮樂(lè)隊(duì)為大家演奏精美的樂(lè)曲。

例2-13仿人體智能機(jī)器人仿人體機(jī)器人，具有智能系統(tǒng)化功能?？梢苑氯梭w做32個(gè)

2005年6月21日，在日本，一名日本東北大學(xué)的研究生正在與伴舞機(jī)器人共舞。這種由東北大學(xué)和武村同音公司共同開(kāi)發(fā)的機(jī)器人身高1.65米，能夠憑借底部的3個(gè)輪子向任何方向自由移動(dòng)。機(jī)器人憑借安裝的感應(yīng)器，可以從舞伴的手部感知對(duì)方的跳舞意圖，而自動(dòng)配合舞步。2005年6月21日，在日本，一名日本東北大學(xué)的韓國(guó)美女機(jī)器人能說(shuō)會(huì)道面有表情日本美女機(jī)器人婀娜多姿回眸一笑韓國(guó)美女機(jī)器人能說(shuō)會(huì)道面有表情2.7原型啟發(fā)與仿生法原型啟發(fā)法

對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行觀察、探索受到啟發(fā)來(lái)進(jìn)行科學(xué)研究和創(chuàng)造發(fā)明的。起啟發(fā)作用的事物稱為原型仿生法

指原型啟發(fā)法中的原型為自然界的動(dòng)植物或自然現(xiàn)象。

自然界不斷演化和進(jìn)化——物競(jìng)天擇，適者生存。大自然是人們進(jìn)行科學(xué)研究和發(fā)明創(chuàng)造的最好的老師，是一個(gè)科學(xué)知識(shí)的寶庫(kù)，也是發(fā)明專利的倉(cāng)庫(kù)。2.7原型啟發(fā)與仿生法原型啟發(fā)法對(duì)自然

例2-14細(xì)菌和微生物冶金

例2-15核潛艇破冰，仿鯨魚功能微生物冶金的發(fā)現(xiàn)

300年前，西班牙人發(fā)現(xiàn)銅礦井下水中有硫氧桿菌，可以使銅以沉淀的形式回收。