自然科學基礎1.2自然科學研究方法

自然科學研究方法第二節(jié)拉普拉斯(Pierre-SimonLaplace,1749－1827)Research——“反復探究”一位天才的研究方法，對科學的進步，甚至對他本人的榮譽，并不比發(fā)現(xiàn)本身更少用處?？茖W研究的一般方法歷史上著名的科學研究方法現(xiàn)代自然科學的研究方法科學態(tài)度和科學精神宏觀一、科學研究的一般方法1、在進行科學研究時，應當首先認識到問題的存在。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、同這個問題有關的全部數(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)學關系式加以概括。假說5、有了假說以后，你就可以對尚未進行的實驗的結(jié)果作出推測。下一步，你便可以著手進行這些實驗，看看你的假說是否成立。6、如果實驗獲得了預期的結(jié)果，那么你的假說便得到了強有力的事實依據(jù)，并可能成為一種理論，甚至成為一條自然定律。當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)建立坐標系凱庫勒打瞌睡領悟到苯的化學結(jié)構(gòu)直覺、洞察力甚至機遇這一類因素常起到重要作用。但這樣的“好運氣”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踐經(jīng)驗的基礎上。二、歷史上著名的科學研究方法（一）培根創(chuàng)立的實驗歸納法弗朗西斯·培根他是歸納科學方法的創(chuàng)始人。他認為，新科學方法只要大量搜集事實，提出假說，進行實驗，歸納概括，就可以在事實的基礎上建立起科學理論的金字塔，這就是歸納法。他強調(diào)，運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)學演繹法他認為，作為演繹法出發(fā)點的命題與數(shù)學公理相類似，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。在科學方法上，笛卡爾倡導唯理論的演繹法。2、把難題分解為細小的部分，直到可以圓滿解決為止。3、從最簡單的對象開始，一點點上升到復雜的對象。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)學與實驗相結(jié)合方法數(shù)學與實驗相結(jié)合的方法是在觀察實驗的基礎上，進過推理和計算對現(xiàn)象提出假定性說明和定量描寫，并用數(shù)學公式表示出來，然后再用實驗方法去檢驗推理的結(jié)果是否正確。這是近代科學研究中的一般程序和經(jīng)典方法。伽利略還使用了理想實驗方法，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實驗的基礎上融匯貫通了數(shù)學、物理學和天文學三門知識，擴大、加深并改變了人類對物質(zhì)運動和宇宙的認識

。伽利略從實驗中總結(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的許多臆斷，奠定了經(jīng)典力學的基礎，反駁了托勒密的地心體系，有力地支持了哥白尼的日心學說。（四）牛頓的科學研究方法牛頓發(fā)展了從經(jīng)驗事實概括出自然科學原理的方法。他指出，在自然科學里，應該像在數(shù)學里一樣，在研究困難的事物時，總是應當先用分析的方法，然后才用綜合的方法。這種分析包括做實驗和觀察，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)代自然科學研究方法簡介（一）科學實驗法科學實驗生產(chǎn)實踐社會實踐人類三大實踐活動科學實驗是自然科學理論的源泉和檢驗標準。實踐不僅是理論的源泉，而且也是檢驗理論正確與否的唯一標準。（二）數(shù)學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系，也就是在符合客觀的前提下，使科學概念或原理符號化、公式化，利用數(shù)學語言對符號進行邏輯推導、演算和量的分析，以形成對研究對象的數(shù)學解釋和預測，從而從量的方面揭示研究對象的規(guī)律性?！獢?shù)學方法由于計算機的廣泛應用，許多過去無法進行定量研究研究的問題，現(xiàn)在一般都可以通過數(shù)學建模進行定量研究。一種科學只有當它達到了能夠運用數(shù)學時，才算真正發(fā)展了。（三）系統(tǒng)科學方法系統(tǒng)科學是關于系統(tǒng)及其演化規(guī)律的科學。產(chǎn)生于20世紀上半葉，現(xiàn)已成為一個包括眾多分支的科學領域。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)動力學、運籌學、博弈論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學等分支。利用系統(tǒng)科學的原理，研究各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其進化的規(guī)律的方法，成為系統(tǒng)科學方法。生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)濟管理系統(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)。利用信息認識和改造事物的方法稱為信息方法。（五）復雜性科學研究方法科學在20世紀得到了空前的發(fā)展，量子力學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浩瀚的宇宙空間，另一場新的科學革命在20世紀末到來——復雜性科學革命。復雜性科學革命研究的是人類面對的大千世界中最復雜的體系中最復雜的問題。諸如生命起源、智慧的演進、天氣的變化以及社會經(jīng)濟發(fā)展中的眾多問題，它們都具有極大的復雜性。由于復雜性問題的研究本身就蘊含著眾多的困難因素，這就造成了復雜性科學誕生晚、發(fā)展緩慢。復雜性科學是一個由眾多分支組成的群體性科學。其中，每個分支都在探索復雜性這個方向上齊頭并進，同時又各具特色。普里高津耗散結(jié)構(gòu)理論協(xié)同學艾根超循環(huán)理論四、科學態(tài)度和科學精神科學態(tài)度是通過對科學知識的正確理解和科學發(fā)展的整體把握而形成的科學信念與科學習慣。（一）科學態(tài)度科學既是真實可信的，又是不斷發(fā)展的。它之所以可信，是因為科學來自于經(jīng)驗，經(jīng)過了實驗的檢驗，具有重復性?？茖W又是發(fā)展的，而且發(fā)展性才是科學的本質(zhì)。任何科學真理都是相對的，任何科學知識都是要被新的知識所取代的?？茖W態(tài)度的基本要求是嚴肅認真、一絲不茍、客觀公正、實事求是。科學精神是在探索科學真理的過程中，在對科學本質(zhì)的認識不斷深化的過程中，孕育起來的推動科學進步的價值觀和心理取向。（二）科學精神科學精神是徹底的唯物主義精神，它的要點可以概括如下：

1、科學要求認識客觀世界的運動規(guī)律，因此客觀、求實是科學精神的首要要求。

2、科學認為世界的發(fā)展、變化是無窮無盡的，認識的任務也是無窮無盡的，因此不斷追求也是科學精神的要求

3、科學要求追求真理，科學需要懷疑和批判精神，不盲從潮流，不迷信權(quán)威，不把偶然性當做必然性，不把局部看做整體。倡導運用嚴謹?shù)目茖W方法反復實驗證明和嚴謹?shù)目茖W推理，不輕易相信所謂的新發(fā)型。

4、創(chuàng)新精神是科學精神的重要組成部分，科學認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