自然科學(xué)基礎(chǔ)1.2自然科學(xué)研究方法

自然科學(xué)研究方法第二節(jié)拉普拉斯(Pierre-SimonLaplace,1749－1827)Research——“反復(fù)探究”一位天才的研究方法，對科學(xué)的進(jìn)步，甚至對他本人的榮譽(yù)，并不比發(fā)現(xiàn)本身更少用處。科學(xué)研究的一般方法歷史上著名的科學(xué)研究方法現(xiàn)代自然科學(xué)的研究方法科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神宏觀一、科學(xué)研究的一般方法1、在進(jìn)行科學(xué)研究時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先認(rèn)識到問題的存在。2、要把問題的非本質(zhì)方面找出來，加以剔除。3、要把你能夠找到的、同這個(gè)問題有關(guān)的全部數(shù)據(jù)都收集起來。4、有了這些數(shù)據(jù)，就可以作出某種初步的概括，以便盡可能簡明地對它們加以說明，用扼要的語言或數(shù)學(xué)關(guān)系式加以概括。假說5、有了假說以后，你就可以對尚未進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果作出推測。下一步，你便可以著手進(jìn)行這些實(shí)驗(yàn)，看看你的假說是否成立。6、如果實(shí)驗(yàn)獲得了預(yù)期的結(jié)果，那么你的假說便得到了強(qiáng)有力的事實(shí)依據(jù)，并可能成為一種理論，甚至成為一條自然定律。當(dāng)然任何理論或自然定律都不是最后定論。這一過程需不斷地重復(fù)下去。牛頓因蘋果掉落發(fā)現(xiàn)萬有引力笛卡爾凝視蛛網(wǎng)建立坐標(biāo)系凱庫勒打瞌睡領(lǐng)悟到苯的化學(xué)結(jié)構(gòu)直覺、洞察力甚至機(jī)遇這一類因素常起到重要作用。但這樣的“好運(yùn)氣”只屬于那些勤奮的探索者。只能建立在淵博的知識和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。二、歷史上著名的科學(xué)研究方法（一）培根創(chuàng)立的實(shí)驗(yàn)歸納法弗朗西斯·培根他是歸納科學(xué)方法的創(chuàng)始人。他認(rèn)為，新科學(xué)方法只要大量搜集事實(shí)，提出假說，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，歸納概括，就可以在事實(shí)的基礎(chǔ)上建立起科學(xué)理論的金字塔，這就是歸納法。他強(qiáng)調(diào)，運(yùn)用歸納法必須記住兩條原則：一是放棄所有先入為主的概念重新開始；二是暫時(shí)不要企圖上升到一般的結(jié)論或接近它們。（二）笛卡爾創(chuàng)立的數(shù)學(xué)演繹法他認(rèn)為，作為演繹法出發(fā)點(diǎn)的命題與數(shù)學(xué)公理相類似，是直觀的、可靠的真理。他要求演繹法遵守這樣一些原則：1、只把清楚明白、無法懷疑的放入判斷之中。在科學(xué)方法上，笛卡爾倡導(dǎo)唯理論的演繹法。2、把難題分解為細(xì)小的部分，直到可以圓滿解決為止。3、從最簡單的對象開始，一點(diǎn)點(diǎn)上升到復(fù)雜的對象。4、把一切盡量列舉出來，普遍審視，確保沒有遺漏。（三）伽利略的數(shù)學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合方法數(shù)學(xué)與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法是在觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)過推理和計(jì)算對現(xiàn)象提出假定性說明和定量描寫，并用數(shù)學(xué)公式表示出來，然后再用實(shí)驗(yàn)方法去檢驗(yàn)推理的結(jié)果是否正確。這是近代科學(xué)研究中的一般程序和經(jīng)典方法。伽利略還使用了理想實(shí)驗(yàn)方法，將研究對象的本質(zhì)屬性和基本過程以最純粹的形式甚至極限的形式表現(xiàn)出來。

歷史上他首先在科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上融匯貫通了數(shù)學(xué)、物理學(xué)和天文學(xué)三門知識，擴(kuò)大、加深并改變了人類對物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和宇宙的認(rèn)識

。伽利略從實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出自由落體定律、慣性定律和伽利略相對性原理等。從而推翻了亞里士多德物理學(xué)的許多臆斷，奠定了經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)，反駁了托勒密的地心體系，有力地支持了哥白尼的日心學(xué)說。（四）牛頓的科學(xué)研究方法牛頓發(fā)展了從經(jīng)驗(yàn)事實(shí)概括出自然科學(xué)原理的方法。他指出，在自然科學(xué)里，應(yīng)該像在數(shù)學(xué)里一樣，在研究困難的事物時(shí)，總是應(yīng)當(dāng)先用分析的方法，然后才用綜合的方法。這種分析包括做實(shí)驗(yàn)和觀察，用歸納法從中得到普遍結(jié)論。分析法：從結(jié)果論證到原因，從特殊原因論證到普遍原因，一直論證到最普遍的原因。綜合法：假定原因已找到，并且已把它們立為原理，再用這些原理去解釋由它們發(fā)生的現(xiàn)象，并證明這些解釋的正確性。三、現(xiàn)代自然科學(xué)研究方法簡介（一）科學(xué)實(shí)驗(yàn)法科學(xué)實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)實(shí)踐社會實(shí)踐人類三大實(shí)踐活動(dòng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)理論的源泉和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐不僅是理論的源泉，而且也是檢驗(yàn)理論正確與否的唯一標(biāo)準(zhǔn)。（二）數(shù)學(xué)方法撇開研究對象的其他一切特性，只抽取各種量、量的變化及各量之間的關(guān)系，也就是在符合客觀的前提下，使科學(xué)概念或原理符號化、公式化，利用數(shù)學(xué)語言對符號進(jìn)行邏輯推導(dǎo)、演算和量的分析，以形成對研究對象的數(shù)學(xué)解釋和預(yù)測，從而從量的方面揭示研究對象的規(guī)律性?！獢?shù)學(xué)方法由于計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，許多過去無法進(jìn)行定量研究研究的問題，現(xiàn)在一般都可以通過數(shù)學(xué)建模進(jìn)行定量研究。一種科學(xué)只有當(dāng)它達(dá)到了能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)時(shí)，才算真正發(fā)展了。（三）系統(tǒng)科學(xué)方法系統(tǒng)科學(xué)是關(guān)于系統(tǒng)及其演化規(guī)律的科學(xué)。產(chǎn)生于20世紀(jì)上半葉，現(xiàn)已成為一個(gè)包括眾多分支的科學(xué)領(lǐng)域。它包括一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、系統(tǒng)工程、大系統(tǒng)理論、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、博弈論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)等分支。利用系統(tǒng)科學(xué)的原理，研究各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其進(jìn)化的規(guī)律的方法，成為系統(tǒng)科學(xué)方法。生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)（四）信息方法信息來源于物質(zhì)，通過物質(zhì)載體傳輸和存儲，信息的獲取、傳輸和利用都需要消耗能量，但信息本身不是能量。在生命世界中，信息普遍存在，人類的知識都是對獲取的信息加工整理構(gòu)成的。因此可以說，信息是重要的資源，也是人類的精神營養(yǎng)。利用信息認(rèn)識和改造事物的方法稱為信息方法。（五）復(fù)雜性科學(xué)研究方法科學(xué)在20世紀(jì)得到了空前的發(fā)展，量子力學(xué)為我們打開了神秘的微觀世界之門，相對論把我們的視野引導(dǎo)浩瀚的宇宙空間，另一場新的科學(xué)革命在20世紀(jì)末到來——復(fù)雜性科學(xué)革命。復(fù)雜性科學(xué)革命研究的是人類面對的大千世界中最復(fù)雜的體系中最復(fù)雜的問題。諸如生命起源、智慧的演進(jìn)、天氣的變化以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的眾多問題，它們都具有極大的復(fù)雜性。由于復(fù)雜性問題的研究本身就蘊(yùn)含著眾多的困難因素，這就造成了復(fù)雜性科學(xué)誕生晚、發(fā)展緩慢。復(fù)雜性科學(xué)是一個(gè)由眾多分支組成的群體性科學(xué)。其中，每個(gè)分支都在探索復(fù)雜性這個(gè)方向上齊頭并進(jìn)，同時(shí)又各具特色。普里高津耗散結(jié)構(gòu)理論協(xié)同學(xué)艾根超循環(huán)理論四、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神科學(xué)態(tài)度是通過對科學(xué)知識的正確理解和科學(xué)發(fā)展的整體把握而形成的科學(xué)信念與科學(xué)習(xí)慣。（一）科學(xué)態(tài)度科學(xué)既是真實(shí)可信的，又是不斷發(fā)展的。它之所以可信，是因?yàn)榭茖W(xué)來自于經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過了實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)，具有重復(fù)性?？茖W(xué)又是發(fā)展的，而且發(fā)展性才是科學(xué)的本質(zhì)。任何科學(xué)真理都是相對的，任何科學(xué)知識都是要被新的知識所取代的?？茖W(xué)態(tài)度的基本要求是嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍、客觀公正、實(shí)事求是?？茖W(xué)精神是在探索科學(xué)真理的過程中，在對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識不斷深化的過程中，孕育起來的推動(dòng)科學(xué)進(jìn)步的價(jià)值觀和心理取向。（二）科學(xué)精神科學(xué)精神是徹底的唯物主義精神，它的要點(diǎn)可以概括如下：

1、科學(xué)要求認(rèn)識客觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因此客觀、求實(shí)是科學(xué)精神的首要要求。

2、科學(xué)認(rèn)為世界的發(fā)展、變化是無窮無盡的，認(rèn)識的任務(wù)也是無窮無盡的，因此不斷追求也是科學(xué)精神的要求

3、科學(xué)要求追求真理，科學(xué)需要懷疑和批判精神，不盲從潮流，不迷信權(quán)威，不把偶然性當(dāng)做必然性，不把局部看做整體。倡導(dǎo)運(yùn)用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)方法反復(fù)實(shí)驗(yàn)證明和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)推理，不輕易相信所謂的新發(fā)型。

4、創(chuàng)新精神是科學(xué)精神的重要組成部分，科學(xué)認(rèn)為具體的真理都是相對真理，都有試用的條件和范圍，因而是可以突破的，新