科學(xué)研究中的邏輯思維與非邏輯思維

1、1第七章第七章 科學(xué)抽象與科學(xué)思維科學(xué)抽象與科學(xué)思維自然辯證法自然辯證法講義講義高亮華清華大學(xué)科學(xué)技術(shù)與社會研究所Tel: 62773013-233 ; 82866697Email: 2問題 事實 假說與理論 個別 普遍 單稱判斷 全稱判斷 思 維 加 工 (科學(xué)抽象 科學(xué)思維) 3n 科學(xué)抽象是科學(xué)認(rèn)識從感性認(rèn)識階段上升到理性階段的飛躍的決定性環(huán)節(jié)。n 科學(xué)思維，則是利用科學(xué)抽象的成果概念、符號和思想模型所進行的深入的認(rèn)識活動，是主體把握客體本質(zhì)的認(rèn)識活動和認(rèn)識形式。n 邏輯思維、形象思維和直覺思維是科學(xué)思維的三種基本類型。4目錄目錄1 科學(xué)抽象2 科學(xué)思維：科學(xué)研究中的邏輯方法3 科學(xué)思維

2、：科學(xué)研究中的非邏輯方法 51 1 科學(xué)抽象科學(xué)抽象6概念概念n科學(xué)抽象是思維加工即科學(xué)認(rèn)識由感性階段向理性階段飛躍的決定性環(huán)節(jié) 感性具體 思維中的具體 （科學(xué)事實） （科學(xué)理論） 抽象的規(guī)定 （科學(xué)概念，符號、思想模型）綜合分析7n感性的具體是科學(xué)事實n抽象的規(guī)定是未經(jīng)綜合的概念、經(jīng)驗規(guī)律（如開普勒三定律）、科學(xué)假說等n思維的具體是指經(jīng)過辯證綜合的、完整的科學(xué)理論體系8n 科學(xué)抽象：在科學(xué)研究中通過對各種經(jīng)驗材料的比較與分析，去其次要因素，抽取本質(zhì)因素，形成科學(xué)概念或科學(xué)符號，以達(dá)到揭示研究對象的普遍規(guī)律和因果關(guān)系的思維方法9n 列寧：n“當(dāng)思維從具體的東西上升到抽象的東西時，它不是離開真理

3、，而是接近真理。物質(zhì)的抽象，自然規(guī)律的抽象，價值的抽象等等，一句話，那一切科學(xué)的（正確的、鄭重的、不是荒唐的）抽象，都更深刻、更正確、更完全地反映著自然?！?10科學(xué)抽象與科學(xué)發(fā)現(xiàn)科學(xué)抽象與科學(xué)發(fā)現(xiàn)n 科學(xué)抽象的產(chǎn)物：科學(xué)概念、科學(xué)符號、思想模型。n廣義地，還包括科學(xué)判斷、科學(xué)假說和理論等。11科學(xué)概念科學(xué)概念n 科學(xué)認(rèn)識中人們對事物本質(zhì)屬性的認(rèn)識，是科學(xué)思維的最基本的單元與形式n概念的外延和內(nèi)涵：n外延：概念所涉及的類的總合。n內(nèi)涵：概念中所思考的屬性、關(guān)系和本質(zhì)特征的總和。n兩者既相互聯(lián)系又相互區(qū)別。12n 科學(xué)概念的特征可確定性。指概念在邏輯上的可確定性，可接收性。因此，概念的制作中是允

4、許科學(xué)猜想和假設(shè)成份的?？蓹z驗性。不僅要有邏輯上的可確定性，而且必須要有實踐上的可檢驗性。包括直接檢驗和間接檢驗。一定的穩(wěn)定性與可變動性的統(tǒng)一?？茖W(xué)概念的生命力在于隨著認(rèn)識的發(fā)展而深化、變化，甚至更新，但是在一定階段和時段具有穩(wěn)定性。13n 科學(xué)概念的制作(通過抽象法) 抽取共同點:本質(zhì)總是通過共同點而表現(xiàn)出來的，所以抽象首先要抽取共同點.限制思路，深入抽取本質(zhì):共同點不等于本質(zhì)，需經(jīng)過辯證分析，有選擇地重點深入，著重把握共同點中的本質(zhì)的東西.理想地復(fù)現(xiàn)對象:處理豐富內(nèi)涵的概念，要對概念的要素進行辯證綜合，或進一步理想化，理想地復(fù)現(xiàn)對象(如質(zhì)點、剛性等).14科學(xué)符號科學(xué)符號n 符號：對象的人

5、工指稱物n從認(rèn)識論角度看，符號是一定的可感知的物質(zhì)對象，它在貯存、傳遞另一對象的信息方面充當(dāng)另一對象的替代物。n如果A引起關(guān)于B的觀念，那么A就是B的符號n特點：n物質(zhì)性，n可感知性，n含義（被賦予）15# 16n歷史上的符號體系n自然語言:某一社會中歷史地形成的一種民族語言。它的基本特征：多義性、歧義性、語法結(jié)構(gòu)不夠嚴(yán)格和統(tǒng)一。n人工語言符號系統(tǒng)n科學(xué)術(shù)語符號系統(tǒng)，如元素符號。n專業(yè)符號語言：形式化語言，是以數(shù)學(xué)、數(shù)理邏輯符號語言為藍(lán)本的科學(xué)語言，如計算機語言。18n符號是思想、意義的承載體，在方法上是科學(xué)研究的有力工具。如計算機語言的發(fā)展。n自然語言相對人工語言是基礎(chǔ)，是元語言，但又是繁雜

6、的土地。人工語言越來越精確化、抽象化，其中意義也越來越蒸發(fā)掉了。n科學(xué)實踐和科學(xué)抽象的產(chǎn)物，也是推動科學(xué)發(fā)展的不可缺少的工具。19思想模型思想模型n 思想模型是人們?yōu)榭茖W(xué)研究而建立的對原型高度抽象化了的思想映象系統(tǒng)。n原子模型、DNA模型n廣義地講，思想模型也包括數(shù)學(xué)模型n思想模型是科學(xué)理論與現(xiàn)實原型之間的中間環(huán)節(jié)20n 理想模型n 思想模型的特殊類型，既具有高度抽象性，又具有某種極限特征。n 如數(shù)學(xué)點、線、面，質(zhì)點、剛體，理想氣體。21n 思想模型是科學(xué)抽象的產(chǎn)物，將對象的本質(zhì)屬性和基本過程以最純粹的形式甚至以某種極限狀態(tài)表現(xiàn)出來。科學(xué)理論研究的直接對象是思想模型。22n 思想模型在科學(xué)認(rèn)識

7、過程中的作用，解釋功能：由于它是對現(xiàn)實原型的摹寫，所以應(yīng)當(dāng)與其實驗基礎(chǔ)相符合，從而能對有關(guān)現(xiàn)實原型的各種觀察、實驗事實作出科學(xué)解釋。，判據(jù)功能：以實踐為基礎(chǔ)建立的思想模型，可間接地起到關(guān)于原型知識的真實性的判據(jù)作用。，預(yù)見功能：因是對客體絕對化、純粹化后的產(chǎn)物，往往可以超越現(xiàn)實條件，揭示研究對象在理想條件下可能出現(xiàn)的情況。23n 理想實驗n運用理想模型在思維中塑造實驗過程，并進行嚴(yán)密邏輯推理的一種思維方法。n它具有一般實驗的結(jié)構(gòu)模式，但又具有假想的性質(zhì)。n嚴(yán)格按照邏輯，抽象理想的過程，按照實際實驗的基本步驟進行思維推演，是思想的操作。n案例案例：n伽利略理想慣性運動實驗；反駁亞里士多德落體定律

8、的邏輯推演；n愛因斯坦關(guān)于同時的相對性實驗；關(guān)于慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量等效的理想實驗。242 2 科學(xué)思維科學(xué)思維：科學(xué)研究中的邏輯方法與數(shù)學(xué)方：科學(xué)研究中的邏輯方法與數(shù)學(xué)方法法25n 科學(xué)思維，則是利用科學(xué)抽象的成果概念、符號和思想模型所進行的深入的認(rèn)識活動，是主體把握客體本質(zhì)的認(rèn)識活動和認(rèn)識形式。n 邏輯思維、非邏輯思維（形象思維和直覺思維）是科學(xué)思維的基本類型。26n 比較與分類n 歸納與統(tǒng)計n 分析與綜合n 形式演繹法n 數(shù)學(xué)方法27比較與分類比較與分類比較n 確定對象之間的相同點與差異點的方法n同中求異n異中求同n比較可以在異類對象之間進行，也可以在同類對象之間進行，還可以在同一對象的不

9、同方面、不同部分之間進行 28n 比較方法的作用n可以建立科學(xué)概念：如比重、比熱等。n可以導(dǎo)致新的理論的誕生，如用比較的方法研究自然地理，產(chǎn)生了比較自然地理學(xué)。用比較的方法研究生物機體和器官，產(chǎn)生了比較解剖學(xué)，提出“同源器官”概念。n比較方法有其局限性，絕對就容易片面化。29n 相同點的比較 n對于兩個或兩個以上對象進行比較而認(rèn)識其異中之同 nA有a、b、c、dnB有a、b、cn則A與B具有相同的特性a、b、c 各種胚胎演化中的相同性比較各種胚胎演化中的相同性比較31n 相異點的比較 n對于兩個或兩個以上對象進行比較而認(rèn)識其同中之異.nA有a、b、c、d、enB有a、b、c、d、en則A以特性

10、a、b、c與B相異食昆蟲食仙人掌的花和果食帶堅硬外殼的種子雀啄的比較33n 同異綜合的比較 n對于兩個或兩個以上對象進行比較而認(rèn)識其同中之異與異中之同.nA有a、bnB有a、bp、qn則A以特性a、b相似于B，又以特性p、q區(qū)別于Bn同異比較兼有前述兩種比較的特點，能夠提供較為全面的認(rèn)識.34n 比較方法的一些原則要點n事物之間的差異性和同一性是比較認(rèn)識方法的基礎(chǔ)。n比較必須在同一關(guān)系下進行：對象是否具有可比性：但可比性也是一個歷史范疇。n選擇與制定精確的、穩(wěn)定的比較標(biāo)準(zhǔn)：定量比較的基礎(chǔ)；也是定性比較所必需。n在越是不同的對象中探求相同點，或在越是相同的對象中探求不同點，對于的就越大。 35n

11、 分類：根據(jù)對象的相同點和不同點，將對象劃分為不種類的方法n使復(fù)雜的材料條理化、系統(tǒng)化，n譜化體系36歸納與統(tǒng)計歸納與統(tǒng)計歸納：從同類的個別事實推演出共同本質(zhì)或一般原理的邏輯思維方法。是從個別到一般的思維方法（也是一種推理形式） 個別 一般 單稱 全稱37n 類型：n完全歸納法：如窮舉法（前提完全）n不完全歸納法：n簡單枚舉法n科學(xué)歸納法：n求同法，n求異法，n求同共異法n共變法n剩余法。 38n 完全歸納法：nS1PnS2PnnSnP n所以， SPn窮舉法39n 簡單枚舉法：n如S1、S2、S3是S類事物的一部分對象，已知它們都具有屬性P且無例外，則可推及該類事物S都有P的屬性，n缺點：容

12、易犯“以偏概全”的錯誤，n例如：從H2SO4、HNO3、H3PO4和H3BO5都含氧，得出一切酸都含氧，而HCL、HF等不含氧；n例如：一切金屬都導(dǎo)電，而鍺在通常情況下導(dǎo)電性很差。40n 科學(xué)歸納法：引進了因果關(guān)系作為推理依據(jù)求同法：場合 條件 研究對象 1 A、B、C a 2 A、D、E a 3 A、F、G a 所以，A是a的原因41求異法：場合 條件 研究對象 1 A、B、C a 2 B、C 所以，A是a 的原因42求同共異法：場合 條件 研究對象 1 A、B、C a 2 A、D、E a 3 F、G 所以， A是a 的原因43共變法：場合 條件 研究對象 1 A1、B、C a1 2 A2、

13、B、C a2 3 A3、B、C a3 所以，A是a 的原因44剩余法：場合 條件 研究對象 1 A、B、C a, b, c 2 B b 3 C c 所以，A是a 的原因45n 歸納法的作用：n與科學(xué)認(rèn)識過程一致，有很大的創(chuàng)造性（科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯），從范圍較窄的一般原理到普遍的一般原理。46n 局限性：n完全歸納法固然可靠，但很難做到；n不完全歸納法具有或然性（需要多種方法配合） 47歸納問題歸納問題Some AllNow Future由已經(jīng)經(jīng)驗到的東西不可能完全，不可能確切證明未經(jīng)驗到的東西。歸納本質(zhì)是不保真的、擴充了的論證。48n 歸納原理不能在邏輯上得到證明：n在時間t1觀察到天鵝x1是白色

14、的，n在時間t2觀察到天鵝x2是白色的，n在時間t3觀察到天鵝x3是白色的，nn在時間tn觀察到天鵝xn是白色的，n所以，一切天鵝都是白色的。n事實上,存在黑天鵝. 49n 歸納原理也不能從經(jīng)驗上證明：n在x1場合運用歸納原理是有效的，n在x2場合運用歸納原理是有效的，n在x3場合運用歸納原理是有效的，nn在xn場合運用歸納原理是有效的，n所以，在任何場合運用歸納原理總是有效的。n事實上，并非總是有效，不能保證總是有效。 50n 羅素火雞問題n從前在一個火雞飼養(yǎng)場里，有一只火雞發(fā)現(xiàn)，第一天上午9點鐘主人給它喂食，后來每天上午9時都是。然而，作為一個卓越的歸納主義者，火雞并不馬上作出結(jié)論。它一直

15、等到已收集了有關(guān)上午9點給它喂食這一經(jīng)驗事實的大量觀察；而且，它是在多種情況下進行這些觀察的：雨天和晴天，熱天和冷天，星期三和星期四。最后，火雞進行歸納推理，得出了下面的結(jié)論：“主人總是在上午9點鐘給我喂食?！笨墒?，事情并不像它所想像的那樣簡單和樂觀。有一天，主人并沒有給它喂食，而是將他它宰殺了，而它通過歸納概括而得到的結(jié)論終于被無情地推翻了。這一天是圣誕節(jié)前夕。51n 歸納辯護 n歸納法是到目前為止行之有效的科學(xué)方法，所以應(yīng)繼續(xù)使用。n問題：用歸納法證明歸納法，循環(huán)論證。n 自然齊一律的辯護n自然界是有規(guī)律的，歸納法可以幫助我們發(fā)現(xiàn)這些規(guī)律。n問題：n我們?nèi)绾沃雷匀唤缡怯幸?guī)律的?n如果是歸

16、納得出的，那么仍是循環(huán)論證。52n 對歸納法的消解n科學(xué)研究中不應(yīng)使用歸納法，而是假說否證法。n“假說否證法”的形式與“假說演繹法”的形式相似nTO，O，得到T。53n 對歸納辯護的消解n對于所有的方法之辯護，都需要更基本的方法來說明。n歸納法是用以證明其他方法的最基本方法，它本身不能再被證明。54n 黑天鵝事件n直到1697年一位探險家在澳大利亞發(fā)現(xiàn)了黑天鵝之前，歐洲人一直認(rèn)為天鵝都是白色的。因此， “黑天鵝” 有時便用來表征著一種不可能存在的事物或不可能發(fā)生的事件。55n 黑天鵝：如何應(yīng)對不可知的未來（The Black Swan: The Impact of the Highly Imp

17、robable）n “黑天鵝事件”是指滿足以下三個特點的事件：n稀有性、n沖擊性和n事后（而不是事前）可預(yù)測性。n 我們面對的未來既有慣性的一面，也有無法預(yù)知的一面，后者或好或壞，讓我們希望與恐懼。我們創(chuàng)造的文明與文化就是要撫平未來的不規(guī)則性，將未來納入到可控的軌道上，盡管我們?nèi)〉昧司薮蟮某删?，但世界最終仍然是我們所無法控制得了的。黑天鵝事件無處不在。56統(tǒng)計：所研究的對象總體中抽出若干樣本，然后根據(jù)樣本的統(tǒng)計事實，推論出關(guān)于整體的結(jié)論歸納前提e：100名肺癌患者中70人吸煙歸納統(tǒng)計的結(jié)論h：吸煙是導(dǎo)致肺癌的原因，概率確證度c(e,h)=0.70缺點：往往沒有揭示事物的原因與本質(zhì)57形式演繹法

18、形式演繹法n 科學(xué)原理和科學(xué)體系必須遵循演繹邏輯的規(guī)則。n演繹主義：科學(xué)的基礎(chǔ)是公理(天賦、直觀、不證自明),公理是所有科學(xué)理論的原始前提,由此通過演繹方法可以導(dǎo)出整個科學(xué)理論系統(tǒng)。所以,科學(xué)的方法就是演繹法。從古代開始,歐氏幾何就是演繹系統(tǒng)的典范。經(jīng)驗科學(xué)中,也將時空的絕對性看作也是一種顯而易見、不證自明的公理。58n 特點：從一般到個別，必然性；n 要求：前提可靠，推理合乎規(guī)則。n 演繹中的公理：n凡對一類事物有所肯定或否定，則一定對該類事物中的每一個事物都有所肯定或否定。59n 推理規(guī)則：n（1）白頭翁會飛，王大爺是白頭翁，所以王大爺會飛。（“似概念”的推理）n（2）有些金屬是固體，水銀

19、是金屬，所以水銀是固體。（“周延”）60n 三段論：演繹推理的基本形式，n大前提M-Pn小前提S-Mn結(jié)論S-P61大前提：一切M是（或不是）P小前提：這個S是M結(jié)論：這個S是 （或不是） P大前提：一切M是（或不是）P小前提：這個S不是 M結(jié)論：這個S是（或不是） P62n 假言演繹法：以假言判斷為大前提的演繹推理如果P，那么qP真或P假，q真或q假所以q真或q假，P真或P假63n 公理化方法n公理化是從盡量少的原始概念和在大量實踐基礎(chǔ)上概括出來的，具有邏輯簡單性的不證自明的原始命題出發(fā)，通過演繹推理來建構(gòu)體系。n三個原則：n無矛盾性n完備性n獨立性64n 由公理化方法所得的邏輯演繹體系稱為

20、公理化體系。歐幾里得在幾何原本中以23個定義、5條公設(shè)和5條公理作為出發(fā)點，推演出467個數(shù)學(xué)命題，將古代關(guān)于幾何學(xué)的知識系統(tǒng)化為一個邏輯上完美、嚴(yán)密的體系。幾何原本不僅奠定的集合學(xué)的基礎(chǔ)，而且提出了公理化方法的范例（雖然并不嚴(yán)格），對科學(xué)理論的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。65n 演繹法的作用：n為科學(xué)知識的合理性提供邏輯證明，這是主要的作用，如把知識聯(lián)系起來，形成公理體系；n反駁錯誤學(xué)說：n例如，伽利略反駁“重物先落地”，n例如，“永動機”不可能。66n預(yù)見科學(xué)事實，提出科學(xué)假說：n例如：泡里提出“中微子”（衰變能量損失）n例如：門捷列夫修改原子量。n幫助檢驗假說：n例如，廣義相對論驗證，光線彎曲

21、到空間彎曲67n 局限性：n創(chuàng)造性小，結(jié)論原則上包含在前提之中，n主要用于“證明”，而不是“發(fā)現(xiàn)”，n可靠性受前提制約。68數(shù)學(xué)方法數(shù)學(xué)方法n 數(shù)學(xué)是研究客觀世界量與空間結(jié)構(gòu)的科學(xué)。n 數(shù)學(xué)方法是運用數(shù)學(xué)工具進行科學(xué)研究的方法。n 科學(xué)只有當(dāng)它能成功地運用數(shù)學(xué)時，才算達(dá)到了真正完備的地步。69n 數(shù)學(xué)方法的特點是：n高度的抽象性；n精確性，即邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性和量的確定性；n普適性。70n 現(xiàn)實世界中任何物質(zhì)系統(tǒng)都是質(zhì)和量的統(tǒng)一體。一切科學(xué)技術(shù)研究原則上都需要運用數(shù)學(xué)方法。數(shù)學(xué)方法為科學(xué)研究提供了n簡潔精確的形式化語言；n提供了定量分析和計算的手段；n提供了嚴(yán)密的邏輯推理和科學(xué)抽象的工具；n開辟了“

22、數(shù)學(xué)實驗”這種嶄新的科學(xué)認(rèn)識途徑。71n 數(shù)學(xué)模型方法n是通過建立和研究客觀對象的數(shù)學(xué)模型來 揭示對象的本質(zhì)特征和變化規(guī)律的方法。n數(shù)學(xué)模型的基本類 型有：確定性數(shù)學(xué)模型、隨機性數(shù)學(xué)模型、突變性數(shù)學(xué)模 型、模糊性數(shù)學(xué)模型。n運用數(shù)學(xué)模型方法的步驟是：n抽取數(shù)量關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型；n對數(shù)學(xué)模型求解；n對模型解作出解 釋和評價，形成對實際問題的判斷或預(yù)見。72 科學(xué)思維科學(xué)思維：科學(xué)研究中的非邏輯方法：科學(xué)研究中的非邏輯方法73n 非邏輯方法在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的作用n 非邏輯方法與創(chuàng)造性思維74聯(lián)想與類比聯(lián)想與類比n 聯(lián)想：從一個概念或事物想到有關(guān)的其他概念或事物的心理活動。n 類比推理：根據(jù)兩個（或兩

23、類）不同對象的部分屬性相似，聯(lián)想推論出兩個（或兩類）對象的其他屬性也可能相似的一種推理方法。75n推理格式：nA對象有：a,b,c,d屬性nB對象有：a,b,c屬性，且分別與a,b,c相似n所以，B對象可能有與d相似的d屬性76n 類比推理在科學(xué)研究中的作用： n在各種邏輯推理中，最富于創(chuàng)造性；n應(yīng)用范圍廣：n康德：“每當(dāng)理智缺乏可靠的論證思路時，類比這個方法往往能指引我們前進?！眓對新的設(shè)計思想和技術(shù)原理的提出有重要作用：n 例如：“電子警犬”，“電子蛙眼”，“超聲眼鏡”； 聲納、雷達(dá)的設(shè)計思想，n 類比是模擬實驗的邏輯基礎(chǔ)： 物理模擬：因果類比、綜合類比 數(shù)學(xué)模擬（計算機模擬）：協(xié)變類比。77n 類比推理的局限性：n類比法在各種推理方法中，可靠性最小，n例如：勒維列“火神星”預(yù)言的破產(chǎn) “火星人”預(yù)言的破產(chǎn)。n不可靠的原因：n類比法的客觀基礎(chǔ)不牢固：異中求同；n類比法的邏輯根據(jù)不充分：前提與結(jié)論只是一種可能性。78想象，靈感與直覺想象，靈感與直覺n 想象：在頭腦中改造記憶中的表象而創(chuàng)造新形象的過程n理想模型：質(zhì)點，絕對剛體，理想液體n可以直觀形象地揭示對象的本質(zhì)和規(guī)律，充分利用大腦右半球的思維能力。n更具有創(chuàng)造性，容易突破思維活動中常規(guī)的限制。79n 愛因斯坦：想象力比知識更重要，因為知識是有限的，想象力是科學(xué)研究中的實在因素。 80n 靈感：主體對于反復(fù)思考而