第六講科學抽象與科學思維

第六講科學抽象與科學思維第1頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一科學抽象第2頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一單是事實的收集，哪怕收集得非常廣泛；單是事實的積累，哪怕積累得毫無遺漏，都不能使你獲得掌握科學的方法，不能向你提供進一步成功的保證，甚至還不能使你有權按照科學這個名詞的高級意義來把它叫做科學。

——門捷列夫第3頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一一、科學抽象的涵義指在思維中對同類事物去除其現(xiàn)象的、次要的方面，抽取其共同的、主要的方面，從而做到從個別中把握一般，從現(xiàn)象中把握本質的認知過程和思維方法。第4頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一二、科學抽象的基本成果（一）科學概念（二）科學符號（三）思想模型第5頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（一）科學概念1、科學概念的含義是對科學事實進行理性加工的產物，反映了事物的本質屬性和內在聯(lián)系，是思維結構的基本單位。2、科學概念的作用

1)預示科學理論的形成；

2)形成科學理論的基礎；如：普朗克－“量子”概念－量子力學

3)進行科學思維的工具。列寧：“自然科學的成果是概念”。

第6頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（二）科學符號1、科學符號的含義符號就是對象的人工指稱物。羅素：“如果A引起關于B的‘觀念’，A正是B的符號”。2、科學符號的作用使思想清晰化，方便人們之間的交流和溝通。自然語言系統(tǒng)：不精確，語法結構不嚴格?？茖W語言系統(tǒng)：單義性、確定性、方便性。第7頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（三）思想模型1、天然模型作為模型的事物是天然物，自然界中所具有的。如，動物實驗2、人工模型作為模型的是人工物，是人們根據(jù)需要設計制造出來的。如，針灸銅人3、思想模型科學研究中建立的對原型高度抽象化的思想客體。如，直線、質點、原子模型、DNA雙螺旋結構模型。

第8頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一科學思維方法第9頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一科學研究中的思維方法：科學思維方法邏輯思維方法三段論直言推理模態(tài)推理關系推理復合判斷推進完全不完全5種比較、分類和類比歸納簡單枚舉法科學歸納法法演繹分析與綜合聯(lián)言選言假言二維非邏輯思維方法形象思維、聯(lián)想思維、發(fā)散式思維靈感思維、直覺思維、收斂式思維第10頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一邏輯思維方法第11頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一一、比較和分類第12頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（一）比較方法1、比較方法

在不同事物之間或同類事物之間找出它們的共同點和差異點的邏輯方法。2.比較方法種類

a.性質比較：事物間各種屬性的比較。

b.量的比較：事物間數(shù)量上的比較。

c.狀態(tài)比較：事物間各處于什么狀態(tài)。

d.結構比較：事物間在空間構成上的比較。

e.功能比較：事物間在作用和能力上比較。

f.歷史比較：事物發(fā)展過程中各個階段或兩種事物發(fā)展過程中同一歷史階段的比較。

g.理論與實踐的比較：新的實踐所獲取的科學事實與原有理論的比較。第13頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一3、比較應遵循的原則1）應在同一關系上進行比較比較必須使兩類事物有某種聯(lián)系或種屬關系，即必須具有可比性。2）必須堅持在同一標準條件下進行比較必須保證兩組對象之間，除被試因素不同外，其它條件必須相同。3）應抓住被研究對象的本質屬性進行比較第14頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（二）分類方法1、分類方法指在比較的基礎上，根據(jù)事物之間的共同點和差異點，將事物區(qū)別為不同種類或不同等級系統(tǒng)的一種邏輯方法。2、分類的劃分方法

1）客觀分類法（又叫本質分類法）按照客觀事物的本質特征和內部聯(lián)系

2）主觀分類法（又叫人為分類法）按照人們的主觀意圖。

第15頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一3、分類應遵循的原則1）每次分類必須按同一標準進行，否則就是犯“分類重迭”的錯誤。例如：

按年齡不同和生理特點進行分類更年期疾病兒童性疾病老年性疾病

按致病因子分類傳染性疾病膠原性疾病免疫性疾病遺傳性疾病第16頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2）分類的子項應當互不相容，否則就要犯“子項相

容”的錯誤。

例如：維生物脂溶性維生物水溶性維生物還原性維生物非還原性維生物脂溶性維生物(E)水溶性維生物(C)3）各子項之和必須窮盡母項

例如：生物動物植物微生物（不可漏）第17頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一4）分類必須逐級進行，否則就是犯“跳級分類”錯誤。

例如：自然界動物界植物界礦物界微生物界

應是：自然界無機界無機化合物礦物界地質界有機界動物界植物界微生物界第18頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一4、分類在科研究中的作用1）分類是整理文獻資料的重要手段和方法。

2）分類有利于科研人員確定自己的專業(yè)和研究方向，分類研究有利于從更深層次上認識自然、改造自然。

3）科學的分類能夠反映事物內部規(guī)律性的聯(lián)系，為人們有目的地去探索新事物提供向導。第19頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一每當理智缺乏可靠論證的思路時，類比這種方法

往往能指引我們前進。

——康德第20頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一二、類比方法1、類比的含義類比是在比較和分類的基礎上，根據(jù)兩個或兩類對象之間在某些屬性方面相同或相似，從而推出它們在其它方面也可能相同或相似的一種邏輯方法。類比方法也叫類比推理。公式：如果對象A有屬性a.b.c.d.

前提

對象B有屬性a.b.c.

結論：那么對象B也可能有屬性d.

第21頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2、類比法的結論是或然的第22頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2、類比方法在科研中的作用1）可以激發(fā)人們的想象力，打破傳統(tǒng)思想的束縛，明確新的方向。2）類比方法是提出科學假說的重要途徑。

如，細胞學說的建立、DNA模型的建立3）類比方法是醫(yī)學研究中模擬實驗的邏輯基礎。如，18世紀中葉，奧地利醫(yī)生奧恩布魯格將人體胸腔積液與裝在桶內酒相類比，根據(jù)其父由叩擊酒桶的聲音推知酒量的多少，首創(chuàng)了叩擊人的胸腔部位推知胸腔積液的情況，從而發(fā)明了叩診法。第23頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一3、使用類比方法必須遵循原則1）盡量擴大類比的范圍：已知相同或相似的屬性越多，得出來的結論就越可靠。

如，疫苗應用于臨床前，要先在其他動物身上做試驗，由于猴子與人的相同屬性比小白鼠與人的相同屬性更多一些。因此，在猴子身上做試驗就比在小白鼠身上做試驗更可靠。

2）要類比兩個或兩個對象的本質屬性，否則就是犯“表面類比”的錯誤3）要注意尋找有點無結論相矛盾的屬性即，與甲對象相類比的乙對象，不能有與被推出的屬性,

不相容的屬性。如果乙對象有與推出屬性不相容的屬性,

無論甲、乙對象之間有多少相同屬性，結論也不能成立.第24頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一三、歸納與演繹方法第25頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（一）歸納法（1）1、亞里士多德的歸納法亞里士多德是古代歸納法的創(chuàng)始人，他在《工具論》中提出了三種歸納法：簡單枚舉法、源于歸納的三段論、知覺歸納法2、培根的科學歸納法在1620年出版的《新工具》著作中對歸納法作了重要發(fā)展，成為近代科學歸納主義的奠基人。培根歸納法的程序：第一步是收集材料以“服役于感官”第二步是整理材料以“服役于記憶”第三步是對材料進行歸納概括以“服役與心或理性”第四步是得到“初步收獲”第26頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（一）歸納法（2）通過對大量個別事實的考察，從而概括出一般原理的一種邏輯推理方法。它是從個別到一般的邏輯推理方法。根據(jù)歸納推理是否考察了某類事物的全部對象：1、完全歸納法通過考察某類事物的每一個對象（即全部對象）具有（或不具有）某種屬性，從而推出某類事物具有（或不具有）某種屬性的一般性原理的結論。特點：完全歸納法的結論沒有超出前提所斷定的范圍，因而結論是必然的、可靠的，但它并沒有提供新知識。第27頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2、不完全歸納法通過考察某類事物的部分對象具有（或不具有）某種屬性從而得出該類事物的所有對象具有（或不具有）某種屬性的一般性原理的結論。根據(jù)是否找到了事物現(xiàn)象之間內在的因果聯(lián)系，不完全歸納分為簡單枚舉法和科學歸納法。1）簡單枚舉法通過考察某類事物的部分對象具有（或不具有）某種屬性，根據(jù)所考察過的對象中并沒有遇到與這種屬性相矛盾的情況，從而作出關于該類事物具有（或不具有）某種屬性的一般性知識的結論。例如：肺結核病人有低燒、盜汗的癥狀淋巴結核病人有低燒、盜汗的癥狀骨結核病人有低燒、盜汗的癥狀腎結核病人有低燒、盜汗的癥狀腹腔結核病人有低燒、盜汗的癥狀∴凡患結核菌感染的所有患者都有低燒、盜汗的癥狀第28頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一

2）科學歸納法簡單枚舉法的結論具有一定或然性，其結論缺乏科學論證，沒有找到事物現(xiàn)象之間的內在的因果聯(lián)系。所以在實驗中，一旦發(fā)現(xiàn)有與原結論相反的事實，就應考慮修改或否定原結論。該法也可稱為“經驗法”?？茖W歸納法是通過考察某類事物的部分對象，分析并找出這些對象之所以具有某種屬性的原因，以研究對象內部的因果聯(lián)系作根據(jù)，從而作出關于某類事物的全部對象都具有某種屬性的一般性知識的結論。第29頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一例1：鐵受熱體積膨脹；銅受熱體積膨脹；鋁受熱體積膨脹；錫受熱體積膨脹；鐵、銅、鋁、錫是金屬部分對象，受熱后分子凝聚力減弱，分子運動加快，分子彼此間距離增大，因而引起體積膨脹。

∴所有金屬受熱體積膨脹。第30頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一例2：高溫高壓可以殺死葡萄球菌；高溫高壓可以殺死沙門氏菌；高溫高壓可以殺死桿菌；高溫高壓可以殺死霉菌；高溫高壓可以殺死嗜鹽菌；葡萄球菌、沙門氏菌、桿菌、霉菌、嗜鹽菌是所有菌類的部分對象，經高壓高溫后均可被殺死，其原因是：通過高溫高壓后，細菌中的蛋白質結構會發(fā)生熱凝變，從而使細菌內部蛋白質結構受到破壞，導致細菌死亡。∴高溫高壓可以殺死所有細菌。第31頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一穆勒五法科學歸納法的特點：找出了事物現(xiàn)象之間的內在的因果聯(lián)系，結論超出了前提所斷定的范圍。但結論是必然的，在科研中被廣泛使用。穆勒五法：在科學歸納法中，為了探索事物現(xiàn)象之間的因果關系，常用的邏輯方法有如下五種——求同法、求異法、求同求異法、共變法、剩余法，這五種方法也叫“穆勒五法”。第32頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（二）演繹方法從一般到個別，從普遍到特殊的一種邏輯推理方法。它是以一般原理為前提，推出個別事實的結論的一種邏輯推理方法。前提與結論之間具有必然聯(lián)系。特點：前提真，結論必真，結論假，前提必假，這是演繹推理的基本特點。例1凡絞窄性腸梗阻需要手術治療（大前提）李某患了絞窄性腸梗阻（小前提）∴李某應立即手術（結論）例2凡癌癥均為不治之癥（大前提）乳腺癌是癌癥（小前提）∴乳腺癌為不治之癥（結論）

第33頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一四、分析與綜合方法（一）分析方法

1、分析的定義

把研究對象的整體分解成為多個部分、多個方面、多個層次、多個要素,或者把一個復雜的事物過程分解為多個階段,分別加以考察的一種邏輯思維方法。第34頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2、分析的類型

1）定性分析為了確定事物具有哪些成分和屬性以及各種成分和各種屬性之間的關系。

2）定量分析為了確定事物中各種成分的數(shù)量的多少以及各種成分之間的數(shù)量關系，并求出各種數(shù)量之間的數(shù)學式。3）因果分析即已知結果，尋找引起結果的原因，并把有因果聯(lián)系的現(xiàn)象與沒有因果聯(lián)系的現(xiàn)象區(qū)別開來。4）系統(tǒng)分析即分析一個事物多個要素之間，要素與系統(tǒng)之間，要素與外部事物之間，系統(tǒng)與外部事物之間的聯(lián)系。第35頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一3、分析在科研中的作用1）把復雜的事物簡單化，便于著手進行研究；2）運用分析方法進行研究，使認識易于深化，易于揭示事物的本質和規(guī)律。

第36頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一天空的”立法者“1601年，開普勒開始分析第谷獲得的資料，他研究水星、金星、地球、水星、火星、木星、土星六大行星與太陽的距離（用D表示），計算各個行星繞日公轉的周期（用T表示）。見下表：行星DT水星0.3870.24金星0.7320.615地球1.001.00火星1.5241.88木星5.2011.86土星9.53929.46這些雜亂無章的數(shù)字有規(guī)律可循嗎?第37頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一29.469.539土星11.865.20木星1.881.524火星1.001.00地球0.6150.732金星0.240.387水星TD行星870.2868.3141.66140.663.5343.5121.001.000.3780.3770.0580.058T2D3開普勒行星運動第三規(guī)律:行星到太陽間距離的立方與行星運動周期的平方基本相等.第38頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一分析方法是近四百年來人類認識自然界方面獲得巨大進展的基本條件。

---恩格斯第39頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（二）綜合方法1、綜合方法的定義

把研究對象的各個部分、各個方面、各個層次、各個要素或各個階段結合成為一個統(tǒng)一的整體加以考察，以形成對研究對象統(tǒng)一整體認識的思維方法。第40頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（三）分析與綜合的辨證關系1）分析是綜合的基礎只有對事物各個方面、各個部分、各個要素，各個階段進行分析，才能為綜合提供一定的材料依據(jù)，打下良好的綜合基礎。2）綜合是分析的結果分析可以使我們更深入細致的了解和把握事物的各個方面、部分或階段，但要從整體上把握事物的本質和規(guī)律，還必須通過綜合方法來實現(xiàn)。因為對于一個事物的認識，往往分析是一種手段，科學研究的目的就是要在整體上把握和認識研究對象的本質和規(guī)律。第41頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一光的干涉、衍射現(xiàn)象光的直線傳播，反射、折射光是微粒光是波關于光的認識光具有波粒二象性分析綜合指導基礎分析與綜合的關系第42頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一科學研究中的非邏輯思維方法

思維過程中還有一種直接簡單的不取概念、判斷、推理形式，不遵循邏輯規(guī)則的思維方法非邏輯思維方法，如：形象思維、靈感思維、發(fā)散式思維、收斂式思維及逆向思維等。這種非邏輯思維方法常常出現(xiàn)在邏輯思維過程中或邏輯思維中斷的時候。所以，我們說，在科學研究的整個思維過程中實際上是邏輯思維和非邏輯思維同時在起作用的一個過程。第43頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一一、形象思維1、形象思維的含義是對感知過（記憶、印象、表象等）的客觀事物的形象在頭腦中進行加工改造，重新組合出新形象，用直觀的形式展現(xiàn)研究對象的特征、結構和關系，以揭示研究對象的本質和規(guī)律的一種非邏輯思維方法。第44頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2、形象思維的特點

1）直感性；2）創(chuàng)造性；3）概括性；4）間接性；3、形象思維在科研中的作用

1）形象思維可以激發(fā)人們想象力的發(fā)揮。

2）形象思維可打開人們的新思路。當抽象思維中斷或難以進行下去的時候，形象思維可以其生動、具體、直觀的特點打開新思路。

3）形象思維可以幫助理解和捉摸最抽象的假說和理論。

由于形象思維具有直感性的特點，把深奧難懂的科學假說或理論以圖形、表格、坐標、曲線、模型等形象來表示出來，幫助人們對理論、假說的理解。

4）形象思維可以激發(fā)人們的靈感。

在一定意義上講，想象的形象是靈感的源泉，靈感是想象的結果。靈感的誘發(fā)因素常常是由于看到或聯(lián)想到或想象到某種形象而產生的。第45頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一二、頓悟—直覺與靈感心理學領域首先研究頓悟這種現(xiàn)象的，主要是格式塔心理學派，有所謂“頓悟說”?？吕兆畛鯊氖碌氖莿游飳W習的研究，經過約4年的黑猩猩實驗，發(fā)現(xiàn)了動物心理學的頓悟現(xiàn)象?？茖W頓悟可以劃分為兩大類型：直覺和靈感。區(qū)別：前者是在探索過程中徑情直遂的頓悟；而后者是思路受阻后的頓悟。一個是酣暢淋漓猶如順流直下；一個是山窮水盡而柳暗花明。一個著重強調的是未經漸進的精細演繹推理而對規(guī)律性的快捷洞察；一個是著重強調的是百思不得其解時頓悟現(xiàn)象間的規(guī)律性的奇效。第46頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（一）直覺思維直覺思維就是直接領悟的思維，是人的一種心理機能，具體說就是人腦對于突然出現(xiàn)在其面前的新事物、新現(xiàn)象、新問題及其關系的一種迅速的識別，敏銳而深入的洞察，直接的本質的理解和綜合的整體判斷。直覺是一種非邏輯思維形式，對其所得出的結論，沒有明確的思考步驟，主體對其思維過程沒有清晰的意識.美國化學家普拉特和貝克曾對許多化學家進行填表調查，在收回的232張調查表中，有33%的人說在解決重大問題時有直覺出現(xiàn)。有50%的人說偶爾有直覺出現(xiàn)。只有17%的人說沒有這種現(xiàn)象。物理諾貝爾獎獲得者玻恩：“實驗物理的全部偉大發(fā)現(xiàn)，都是來源于一些人的‘直覺’。”第47頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一直覺思維特征1、直觀性直覺是對具體對象的直觀，從整體上把握對象。沒有直觀的對象，是難以產生直覺的。它既不同于靈感，也不同于邏輯思維。

2、豁然性與快速性直覺憑以往的經驗、知識，直接猜度問題的精要。是用敏捷的觀察力、迅速的判斷力對問題做出試探性的回答，結論不一定十分可靠，必須再用經驗思維、理論思維進一步證明。

3、跳躍性直覺產生的形式是突發(fā)的和跳躍式的。直覺思維的出現(xiàn)是在大腦的功能處于最佳狀態(tài)的時候。第48頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一直覺能力的培養(yǎng)1、要有廣博而堅實的基礎知識直覺判斷不是憑主觀意愿，而是憑知識、規(guī)律。2、要有豐富的生活經驗產生直覺僅憑書本知識是不夠的，直覺思維迅速、靈活、機智，需要有較多的經歷，經歷過困難，解決過各種復雜的問題。3、要有敏銳的觀察力要有審查全面的能力，較快地看清全貌。第49頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一（二）靈感思維1、靈感的含義人們在思考某一問題時，經過長期思考、反復探索、而百思不得其解，由于受外界某一因素的激發(fā)和啟示，使問題一下子得到澄清的“頓悟”,這一“頓悟”被稱之為靈感。例如，愛因斯坦在回憶1905年寫作《論動體的電動力學》（關于狹義相對論的第一篇論文）的情景時曾經說過，他為了解決光速不變與力學中的加法定律的矛盾，白白用了近一年的時間試圖修改洛侖茲理論。他從與貝索的討論中受到了啟發(fā)，不過問題尚未解決。有一天晚上，他躺在床上，又在思考那個折磨他的難題，一下子答案出現(xiàn)了。五個星期后，他的論文寫成。（講演節(jié)選）第50頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一2、靈感發(fā)生的條件1）研究者須具有必要的實踐經驗和知識儲備，并掌握一定的方法要領，對所研究問題產生濃厚的興趣，進行長期的思考，直至思想達到飽和狀態(tài)，這是產生靈感的最基本的前提條件。2）緊張的工作之后的精神松弛階段是產生靈感的良好時機。

一般說來，要調節(jié)大腦由緊張抑制階段轉入輕松、自在階段，主要通過聽音樂、觀賞花鳥、散步、閑談、臥床休息、臨睡前、起床后、或者住院養(yǎng)病階段、夢中。（凱勒、楊振寧）3）閱讀科學論文、交流學術觀點，尋找激發(fā)條件。4）樂觀的情緒、安靜的心靈，利于靈感的產生。只有當一個人情緒高漲、精神飽滿、信心百信時，想象力才最豐富、思維最敏捷、精力最集中。醫(yī)學中有“清心凝神，一會即覺”。5）養(yǎng)成隨時記錄思想火花的習慣。第51頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一科學家網上撰文揭開大腦“頓悟”之謎

科學家們在4月號網絡學術刊物《公共科學圖書館生物學》上介紹，他們讓18名研究對象玩一種字謎游戲，內容是找出一個單詞，使它能與列出的其他3個不同英文單詞搭配，分別重新組合成三個有意義的新詞。每名研究對象在解題過程中都需要報告他們經歷過的“頓悟”般時刻。利用功能磁共振成像和腦電圖技術對研究對象大腦活動和腦電波的監(jiān)測顯示，“頓悟”的出現(xiàn)與大腦右半球顳葉中的前上顳回區(qū)域有密切關系。當研究對象“頓悟”出答案時，這一區(qū)域活動明顯增強，并在“頓悟”前0.3秒左右突然產生出高頻腦電波。通過常規(guī)方式獲得答案的研究對象則沒有這些情況出現(xiàn)?？茖W家們由此得出結論認為，“頓悟”的產生有賴于大腦神經中樞獨特的活動機制，這一機制為大腦“頓悟”時的獨特認知過程提供了支持。他們推斷，前上顳回區(qū)域能促進大腦將看似不相關的信息進行集成，使人們在其中找到早先沒有發(fā)現(xiàn)的聯(lián)系，從而“頓悟”出答案。第52頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一數(shù)學方法第53頁，共58頁，2023年，2月20日，星期一一、數(shù)學方法及其特點

1、數(shù)學方法指以數(shù)學為工具進行科學研究的方法