1、科学方法 课程性质：公选课 教学课时：18（9周2节/周） 授课教师：黄钢明(通识教育中心） 联系方式： E-mail: ,教学目的及要求 本课程能使学生丰富知识，破除迷信，净化心灵，提高素质，还能培养可受用一辈子的良好习惯和高尚的道德情操。 通过本课程的学习，能使学生牢固掌握当代自然科学的基本方法、一切从问题入手，选题由需要出发，运用科学假说理论；一般掌握观察与实验、归纳与演绎、类比与想象、系统论、控制论方法；了解信息论、突变论、协同论、耗散结构理论与证伪主义的新方法。并把这些掌握和了解的知识融入大学各类专业（包括语言类、管理类、社会科学类）的学习实践中去。,第一章 科学的本质 我们先来解决
2、几个问题： 什么是科学 科学是怎么发展的 什么是科学方法 什么是科学方法论,第一节 什么是科学 术语的来源：Science 形式：分科的学问科学 内容：格物致知格致 科学的含义 关于自然界物质形态、结构、性质及运动规律的认识 自然系统本质联系的具有社会实践力量的客观动态知识体系,科学，经常是狭义地指自然科学。对科学的理解有多种不同的看法。 1、作为人类精神成果的科学：知识体系 2、作为人类创造知识的活动：科学活动 3、作为社会组织形式的科学：社会建制 4、作为第一生产力的科学：科学生产力 5、作为一种方法的科学：科学方法论 6、作为一种文化的科学：科学文化 7、作为人与自然对话：科学对话,科学
3、的本质,科学一词起源于中国古汉语，原意为“科举之学”，宋 陈亮 送叔祖主筠州高要簿序：“自科学之兴，世之为士者往往困於一日之程文，甚至於老死而或不遇。”而科，单独有分类，条理，项目之意，学则为知识，学问，因此到近代日本翻译西方著作的时候，在翻译英文science的时候，引用了中国古汉语的“科学”一词，意为各种不同类型的知识和学问。,科学一词，英文为science，源于拉丁文的scio，后来又演变为scientin，最后成了今天的写法，其本意是“知识”“学问”。日本著名科学启蒙大师福泽瑜吉把“science”译为“科学”。 1893年，康有为在翻译介绍日本书目时引进并使用“科学”二字。 1896
4、年严复在翻译天演论等科学著作时，使用了“科学”二字。此后，“科学”二字便在中国广泛运用。,2、作为一种活动的科学,科学还应该被理解为是形成和产生科学知识、运用科学知识的实践活动。 马克思在1844年（卷25，120、97）中指出，任何个人活动属于社会活动，明确提出科学活动是一种社会劳动。“一般劳动是一切科学工作、一切发现、一切发明”。科学属于精神生产领域。 丹皮尔“科学可以说是关于自然现象的有条理的知识，可以说是对于表达自然现象的各种概念之间的关系的理性研究。”（科学史，9） 梅森：“科学就是人类历史上积累起来的有关自然界的相互联系着的技术、经验和理论知识的不断发展活动。”,科学的定义： 科学
5、是不断完善和发展的，反映客观事实和规律的知识体系的创造过程。,科学的本质： 1、特殊的意识形态 不是特定经济基础的产物：无阶级性，较大的稳定性 不随特定经济基础而变化：真理性，很强的历史继承性 2、潜在的生产力 与实践有密切的关系：由实践提出问题，靠实践提供工具，为实践服务。,3、科学的形式 古代：哲学与科学不分（前科学） 近代：以个体研究为特征的小规模的 科学(小科学) 现代：以社会化研究为特征的大规模 的科学(大科学) 两种形式的区别 小科学：单纯性、局部性、孤立性 大科学：综合化、整体化、系统化,4、科学的特点 客观性：从实践出发，由实践检验 理论性：知识的逻辑系统，反映了现 象的规律性
6、 国际性：科学无国界,5、科学的功能 1、认识功能 科学发现：发现新的事实、规律、方法，如布朗 运动、超导等； 科学解释：说明已有现象，如日食、月食、大小 潮等； 科学预见：预报未来事件，如地震和台风等。 2、生产力功能 通过教育转化为劳动者的智力 通过技术革新生产工具 通过管理协调人机物关系 3、社会功能 实现生产方式变革的主要力量 改善人们物质文化生活的根本保证 促进人们思想解放的精神武器,6、科学在人类认识中的地位 特殊的意识形态 不是特定经济基础的产物：无阶级性，较大的稳定性 不随特定经济基础而变化：真理性，很强的历史继承性,8、科学的类型 1、自然科学 物理学、化学、数学、生物学、地
7、质学、天文学（宇宙学）等； 2、社会科学 经济学、政治学、教育学、社会学、管理学、法学等； 3、人文科学 文学、哲学、美学、艺术、诗歌、音乐、历史学、伦理学、宗教学等。,9、科学的纵向分类 1、基础科学：探索性强，要长远规划 一级学科：数学，物理学，化学，天文学，地质学，生物学 二级学科：力学，热学，声学，光学，电磁学，原子与分子物理，核物理，粒子物理 2、技术科学：介于两者之间 3、工程科学：实用性强，目标要具体,10、科学的横向分类 1、边缘科学：几门学科之间的交叉 物理化学，生物化学，量子生物 2、横断科学：不同学科中的共同性问题 控制论，信息论，系统论，协同学，突变论，耗散结构理论 3
8、、综合科学：多学科的理论、方法组合起来对某一领域进行研究 环境科学，空间科学，海洋科学，能源科学，大气科学,11、科学发展的特点 1、指数增长规律（1940年，美普赖斯） 科学文献的数量每15年一次的稳定倍增 2、科学中心转移规律（1960年，日汤浅光朝） 科学中心平均每80年发生一次转移 意大利(1540-1610)英国(1660-1730)法国(1770-1830)德国(1830-1920)美国(1920- ) 3、带头学科加速更替规律（1970年，苏凯德洛 夫） 力学(200y)物理化学生物(100y)量子力学(50y)控制论(25y)生命科学(13y),第二节 科学是怎么发展的 1、古
9、代 古代的巴比伦人、埃及人、和中国人对天体的运动都有相当准确的了解和预测的能力。根据文献记载和考古考证，至少在公元前 3000 年就有基本天文和数学，包括对天体的运动都有相当准确的了解和预测的能力。 科学与哲学并没有明显的区别，人们也不把科学与其它问题划分得那么清楚。,2、亚里士多德 理性的思维在哪里？ 亚里士多德（Aristotle 公元前384 - 公元前322 )物理学的第一个假设是“作用力造成运动速度”。 亚里士多德，也许还有托勒密( Ptolemy, 公元后 150 年)的第二个假设是“地球是宇宙的中心”，这就是“地球中心说”。 亚里士多德第三个假设是有关物质的成份。他说地上的东西是
10、由土、气、火、水这四种元素组成的。,柏拉图（Plato 约前427年前347年），的洞穴理论说的是，在一个地下洞穴中有一群囚徒，他们身后有一堆火把，在囚徒与火把之间是被操纵的木偶。因为囚徒们的身体被捆绑着（不能转身），所以他们只能看见木偶被火光投射在前面墙上的影子。因此，洞穴中的囚徒们确信这些影子就是一切，此外什么也没有。当把囚徒们解放出来，并让他们看清背后的火把和木偶，他们中大多数反而不知所措而宁愿继续待在原来的状态，有些甚至会将自己的迷惑迁怒于那些向他们揭露真相的人。,3、哥白尼 直到1543年，哥白尼( Nicolas Copernicus, 14731543 年)的天体运行论的问世才打
11、破了这种思想上的僵局。他将以地球为中心改成以太阳为中心，那会使计算更简单、更准确。这就是说宇宙的中心不是地球而是太阳，地球是绕太阳走的。他计算了从运动中的地球来看别的行星所在的位置。,这一理论的出现对教会的统制地位产生了巨大的威胁，天主教方面直到1615年，才对哥白尼的理论加以驳斥。1616年，这本书被列入禁书索引；同时并宣布，“凡属肯定地动说的其它著作，均应一并查禁。” 恩格斯说的“天体 运行论是自然科学的独 立宣言。”,日心说是一个学说，在证明地球是围绕太阳转的同时，也有错误： 1.太阳并非宇宙中心，而是太阳系的中心。 2.地球并非是引力的中心。 3.天空中看到的任何运动，不全是地球运动引
12、起的。 4.地球和其他行星的运行轨道是椭圆而不是圆，不做圆周运动。 因为这些错误，所以日心说只能算是学说，而较地心说，却相对好一些。因为它证明了地球是围绕太阳进行公转。,4、牛顿 直至十七世纪牛顿（Isaac Newton 16431727）的出现，物理科学才又一次产生了重大进步。1687年出版了自然哲学之数学原理。十七世纪之前我们所称的物理科学，包括了数学、化学、物理学与天文学；牛顿便是一位集大成而又开拓了学术上新疆域的大人物。其重要的三大发明则足以使牛顿挤身于古今最伟大的科学家之中而无愧。这三大发明便是： 与莱布尼兹分别独立地发明微积分； 对光和颜色属性的认识； “万有引力定律”的发现。,
13、5、达尔文 另一位值得尊敬的科学家是进化论者达尔文（Charles Robert Darwin 18091882），18311836年，他以博物学家的身份，参加了英国派遣的环球航行，做了五年的科学考察。在动植物和地质方面进行了大量的观察和采集，经过综合探 讨，形成了生物进化的概念。1859年出版了震动当时学术界的物种起源。书中用大量资料证明了形形色色的生物都不是上帝创造的，而是在遗传、变异、生存斗争中和自然选择中，由简单到复杂，由低等到高等，不断发展变化的，提出了生物进化论学说，,6、爱因斯坦 在科学史上真正能影响后代、象亚里士多德、哥白尼和达尔文这样流芳百世的人物还有爱因斯坦( Albert
14、 Einstein,18791955 )，可算是极罕见的例外之一。 爱因斯坦理论之难于了解，是由于他研究的范围、性质极其复杂艰深。但是爱因斯坦理论中的某些要点，毕竟仍然可以不必凭借数学上的象征符号而加以说明。,我们必须在心理上先准备接受一个疯狂的世界观：譬如说，空间是弯曲的；两点间最近的距离并非一条直线；宇宙有限无界；并行线最后仍必相交；光线是曲折的；时间是相对的；长度是随着速度而改变的；宇宙不是球形而是圆柱形的；物体在运动中的长度是要收缩的，质量是要增加的；除了大家已经熟悉的高、长、宽等空之外间观念，还有一个四度空间，那便是时间。总之，爱因斯坦对于科学的贡献能名震当时，流传后世，主要是由于其
15、相对论他在这方面的成就。,古代中国的科技发展 太古真人的黄帝内经 张衡与天文学 刘徽注解九章算术 祖冲之与圆周率 贾思勰编著齐民要术 李时珍的本草纲目 宋应星的天工开物 徐光启编著农政全书 郭守敬与天文水利 还有中国的建筑、四大发明、都江堰、指南车、炼丹术等,基因学说 核物理学 DNA结构的发现 电脑的发明 网络的发明和扩张 汽车、轮船、火车、飞机、电影、电视、青霉素、火箭、飞船、卫星、手机、试管婴儿、克隆等,第三节、什么是科学方法 人们为认识客观世界而采取的各种手段和途径 1、科学方法的层次 各学科的特殊方法：如光谱方法、电泳法等 自然科学的一般方法：如观测、实验、科学抽象、 科学假设、归纳
16、与演绎 、类比与想象、证实 与证伪、系统论与信息论 、控制论与突变论、 协同论与耗散结构理论等 数学方法：回归分析、统计分析、层次分析等 哲学方法：一分为二、逆向思维、对立统一等。,2、科学方法的分类 经验认识(感性)的方法：观测、实验 理论思维(理性)的方法：类比、归纳、演绎、 析因、分析、综合 3、科学方法的发展历史 古代自然哲学阶段 科学方法与哲学方法不分 近代科学萌芽阶段(15下18中) 分解、分析、观察、实验、归纳、演绎 近代科学成长阶段(18下19末) 联系、发展、移植、比较、假说 当代科学发展阶段：大综合，横断科学,第四节 什么是科学方法论 以科学方法为研究对象的学科(理论) 科
17、学方法论的内容 科学研究活动本身的一般规律和一般方法人类认识客观真理的基本程序和普遍方法 研究科学方法论的目的 为了寻求更有效的科学研究方法(提高效率） 为了探索更合理的科学研究程序(少走弯路),科学方法与哲学方法的基本特征 一、科学方法的基本特征 1、具体性 2、经验性 3、精确性 4、可检验性 二、哲学方法的基本特征 1、抽象性或思辨性 2、丰富性或歧义性 3、难以检验性,大爆炸宇宙学说 奇点（150亿年前）爆炸（最初三分钟）演变成星系生命人思想 黑格尔的学说 绝对精神自然界人类的理念,方法不是外在的形式,而是内容的灵魂。 黑格尔,第五节 什么是技术 技术是在生产实践经验和自然科学的基础上
18、发展起来的方法（包括管理）、技能（包括经验和工具、设备）的体系。,科学与技术的区别 1、从任务上看 科学是发现世界上已经有的东西和规律； 技术是发明世界上没有的东西 科学是认识世界、追求真理； 技术是改造世界、追求完善。 技术有很强的目的性 如：听诊器的发明,2、从要解决的问题看 科学主要解决“是什么？”、“为什么？”、“能不能？” 技术要解决“做什么？”、“怎么做？”、“有何用？” 如：1953年美国医生罕伯杰尔首次进行了羊的性别变换手术（雄雌），1990年8月，上海长征医院何清濂教授为秦惠荣（男）施行变性手术。,3、从研究过程看 科学研究的目标是相对不确定的，在开始进行探索时，难以预见在何
19、时会作出何种发现； 技术活动可以有相对确定的目标，可以有较明确的方向、步骤和经费预算，技术工作的计划性较强。 如：曼哈顿工程、阿波罗登月工程。,4、从劳动特点看 科学活动的自由度要大一些，个体性也强些，在科学发现的成果上刻上个人的标记的情况也就多一些； 例如：个人命名的定律、原理、学说、单位。 如：毕达哥拉斯定理、牛顿万有引力定律、马格努效应、薛定鄂方程、哈雷慧星、达尔文时代、欧几里得几何学、哥白尼学说；焦耳、伏特、安培、欧姆、瓦特等等。,技术活动的集体性较强，打上个人标记就会少一些。 如：三峡水利枢纽工程、嫦娥登月工程、人类基因组计划 人类基因组测序机器,5、从结果和评价看 科学的答案在世界
20、各国都是一样的、唯一的、它的评价标准只有一个； 技术活动的结果在不同民族、不同国家则有多样性，技术结果的评价由实用不实用、或有效无效、合适不合适来划分。,第六节 科学的杂音 伪科学、假科学 真科学的价值判断 科学与宗教的关系,第二章 科学问题 第一节 什么是科学问题？ 所谓科学问题是指认识主体基于一定的科学知识的完成和积累，在科学实践和理论研究中产生的，需要通过科学研究来认识和解决的矛盾和疑问。,波普尔 提出科学问题包含了两层意思。其一是说问题从怀疑产生。其二是说问题虽已被我们认识一些，但还有一些内容我们还不知道不认识。 提出科学问题的基本线索 1. 从困惑中提出问题,时代背景决定着科学问题的
21、内涵深度和解决途径。 2. 由质疑提出问题 科学研究和探索必须要有怀疑精神，“学贵善疑”，怀疑精神是创造性思维的开端。马克思的座右铭是“怀疑一切”。 3. 在实践活动中由于认识的角度不同而引起的争论 4. 实践与理论的矛盾 5. 对同一事物或现象的不同理论解释的矛盾 6. 理论自身内部的矛盾 P1和P2，重物体为P1，轻物体为P2，t1和t2，那么必然是t1P1：且P1+P2P2 亦P1+P2P1故： tt1,7. 从机遇中发现问题 提出科学问题的途径还有许多:各知识领域、各学科之间的空白区，主要表现在交叉学科和边缘学科之中。不同科学理论体系之间的矛盾。技术科学的研究与生产实践的矛盾。应用科学
22、和技术开发的矛盾等都可产生许多科学问题。阅读和查找一些科技文献和资料,了解某一学科的发展历史现状和动向。参加一些学术研讨会, 报告会, 论文答辩会, 经常和同行专家之间进行思想交流、书信往来、传阅论文等都可激发思想火花, 提出许多科学问题。,1选题的意义如果你从肯定开始，必将以问题告终；如果从问题开始，则将以肯定结束。培 根,总之，问题来自于科学的观察与实验，来自于社会调查和科学的分析，来自于生产实践，也可来自于理论的研究和探讨。,第二节 自然科学研究的一般过程 自然科学研究的一般过程，就是运用科学理论、科学方法和仪器设备去探索未知事实的过程。 这一过程可划分为五个阶段，如下图所示：,准 备
23、阶 段,提 选 出 择 科 科 学 研 问 课 题 题,建 立 科 学 理 论 体 系,利 辑 用 与 公 历 理 史 化 相 方 统 法 一 或 的 逻 方法,第一阶段：准备阶段。主要任务是提出科学问题，选择和确定科研课题。 第二阶段：观察实验阶段。主要任务是获取科学事实，或者搜集资料。 第三阶段：思维加工阶段。主要任务是提出科学假说。 第四阶段：实践检验阶段。主要任务是将科学假说上升为理论。 第五阶段：建立科学理论体系阶段。 运用公理化方法或历史与逻辑相统一的方法，建立比较完整的科学理论体系。,54,本章思考题,1、什么是科学方法论？ 2、怎样对科学方法进行分类？ 3、什么是科学？科学开始于何处？作为优秀的科学家，他首先应当具有什么样的优秀品质？请举例说明你的观点。 4、什么是技术发明？它和科学发现有何不同？试论述科学发现与技术发明方法论上的相同与不同之处。,
