長沙理工自然辯證法課件06科學研究的方法

第六講

科學研究的方法第一節(jié)邏輯方法

一、歸納與演繹1．歸納方法歸納方法是從個別或具體特殊的事物、現(xiàn)象中概括出共同本質(zhì)或一般原理的邏輯思維方法，邏輯學上叫歸納推理，這在19世紀以前是最基要的科學研究方法。（1）求同法（契合法）它假定有兩個或兩個以上的不同的場合，每個場合由若干情況和若干現(xiàn)象組成，如果某種情況出現(xiàn)，相應的現(xiàn)象也出現(xiàn)，那么，這種情況與現(xiàn)象之間就可能存在因果關系。求同法可用下列圖式表示：場合1：有情況A、B、C，有被研究現(xiàn)象a場合2：有情況A、D、E，有被研究現(xiàn)象a場合3：有情況A、F、G，有被研究現(xiàn)象a

所以，A（可能）是a的原因。例1：伽利略的單擺實驗例如，伽利略從觀察教堂吊燈受到啟發(fā)，進而作單擺實驗。他用線、麻繩、鐵鏈及大小相同、重量不同的物體進行實驗，發(fā)現(xiàn)在具有共同振動周期的所有單擺中，盡管物質(zhì)材料、形狀不同，但有一個共同的條件，就是擺長相同。所以擺長相同是單擺振動周期相同的原因。求同法的局限性求同法的特點是異中求同，即通過排除事物現(xiàn)象的不相關因素，尋找共同的因素來確定被研究現(xiàn)象的原因。但這種方法只適用于比較簡單的一因一果關系，對于多因一果等復雜的因果關系，這種方法的可靠性就比較低。因為先行現(xiàn)象中表面的“同”可能掩蓋著本質(zhì)的“異”，表面的“異”可能掩蓋著本質(zhì)的“同”。例2：失眠的真正原因一天晚上某人看了兩小時書，并且喝了幾杯濃茶，結果整夜沒睡好覺；第二天晚上，他又看了兩小時書，并且喝了幾杯濃咖啡，結果又是失眠；第三天晚上，他又看了兩小時書，并且抽了許多煙，結果還是失眠。按照求同法，連續(xù)三天失眠的原因應該是共同的因素“看了兩小時書”，但這個結論顯然不對。看書這種表面的“同”掩蓋了真實的“同”。茶、咖啡、煙這些表面不同的因素實際上有著共同的本質(zhì)，那就是都含有使人興奮的成分，這種本質(zhì)的同才是真正的原因。例4：“彗星蛋”1682年，哈雷彗星對地球進行周期性的訪問時，在德國馬爾堡有只母雞生下了一只異乎尋常的蛋，蛋殼上布滿星辰花紋。76年后，英國霍伊克附近鄉(xiāng)村的一只母雞生下一個上面清晰地描有彗星圖案的蛋。1834年，哈雷彗星再次在天空出現(xiàn)，在希臘科扎尼一戶人家，有只母雞生下一個“彗星蛋”，這個蛋表面的彗星圖案非常規(guī)則。1910年，當哈雷彗星又一次裝飾天空時，法國人從報端獲悉，一只母雞為它的女主人產(chǎn)下了一枚“蛋殼上繪有彗星圖案的怪蛋，圖案如雕似印，可任君擦拭”。這一系列“彗星蛋”事件，迫使科學家思考：哈雷彗星造訪地球與彗星蛋之間究竟有沒有因果關系？蘇聯(lián)生物學家亞歷山大·涅夫斯基堅持認為二者之間肯定有某種因果關系。他是運用求同法這樣考慮的：彗星蛋周期性出現(xiàn)的時間、地點、情況各不相同，但有一個唯一相同的情況，即每當哈雷彗星出現(xiàn)在天空時，地球上某個地方才有彗星蛋出現(xiàn)，這說明彗星與彗星蛋之間有因果關系。但是這個結論值得懷疑。首先，運用求同法探求彗星與彗星蛋之間是否有因果關系這一問題時，雖然發(fā)現(xiàn)了“當哈雷彗星出現(xiàn)在天空時，地球上某個地方才有彗星蛋出現(xiàn)”的情況，但是，彗星的出現(xiàn)也許不是“彗星蛋”出現(xiàn)的原因。因為無法排除其他因素引起彗星蛋的可能。其次，彗星與彗星蛋同時出現(xiàn)的場合比較少，場合少了就有可能是巧合，因此還必須作進一步的觀察。第三，也是最重要的，要確立彗星出現(xiàn)與“彗星蛋”之間的因果關系，還必須給出充分的科學說明，以說明這樣的因果關系到底是什么，否則，它就只能歸于神秘現(xiàn)象甚至是偽科學而不能成為科學。（2）求異法（差異法）求異法又叫差異法，它是指在被研究現(xiàn)象出現(xiàn)和不出現(xiàn)的兩個場合中，如果只有一個情況不同，其他情況完全相同，而且這個唯一不同的情況在被研究現(xiàn)象出現(xiàn)的場合出現(xiàn)，在被研究現(xiàn)象不出現(xiàn)的場合不出現(xiàn)，那么這個唯一不同的情況就可能是被研究現(xiàn)象的原因。求異法可用下列圖式表示：場合1：有情況A、B、C、D…，有被研究現(xiàn)象a場合2：沒有情況A，但有情況B、C、D…，沒有被研究現(xiàn)象a

所以，A（可能）是a的原因。求異法的特點：同中求異，即通過排除兩個場合的許多現(xiàn)象之中的相同情況，找出相異之處，來尋找被研究現(xiàn)象的原因。因此，與求同法比較起來，求異法的結論具有更大的可靠性。因為運用求異法時要求在被研究現(xiàn)象出現(xiàn)和不出現(xiàn)的場合中，只有一個情況不同，其他情況完全相同，這樣就能比較準確地判明某個情況與所研究現(xiàn)象之間的因果聯(lián)系。求異法結論成立的條件是：在被比較的兩種不同場合之間，只有一個先行情況或伴隨情況不同。這在實際生活中很難碰到，但在科學實驗中卻可以做到。因此，求異法在科學研究中常被采用。實驗方法中的對比原則，實際上就是運用了求異法。例1：聲音傳播與空氣的關系為了弄清聲音傳播與空氣之間的因果關系，可以用求異法設計這樣兩個場合。一個是聽得到鈴聲的正面場合，另一個是聽不到鈴聲的反面場合。這兩個場合的其他先行情況都是相同的，如相同的電鈴都用玻璃罩住、玻璃的形狀大小材料都相同、電鈴的發(fā)聲方式都相同，唯一不同的是，正面場合玻璃罩內(nèi)不是真空，而反面場合玻璃罩內(nèi)是真空。這樣，通過這個實驗就可以發(fā)現(xiàn)聲音傳播必須依靠空氣，進一步研究就會發(fā)現(xiàn)空氣振動是聲音傳播的原因。求異法的局限性第一，很難完全做到在兩個場合只有一個情況不同，常常會有未發(fā)現(xiàn)的其他差異情況存在。在這種情況下，一些隱藏的差異常常是被研究現(xiàn)象的真正原因。例2：頭痛的真正原因一個學生每到上課就頭痛，不上課就沒事，他以為自己頭痛的原因是上課聽講，后來經(jīng)醫(yī)生檢查，發(fā)現(xiàn)引起他頭痛的原因，是他在上課時戴的那副眼鏡不合適。這個學生只注意到上課與不上課這個差異，而沒有注意到上課時戴眼鏡和下課時不戴眼鏡這個差異，因而沒有發(fā)現(xiàn)引起頭痛的真正原因。第二，對于“合因一果”的情況，差異法無法找出真正的原因。兩個場合唯一不同的情況可能是被研究現(xiàn)象總原因的一部分，這樣當總原因的一部分情況消失時，被研究現(xiàn)象也就不出現(xiàn)。例3：光合作用植物的光合作用，其原因是復合的。植物吸收太陽光、空氣中的二氧化碳和水制成碳水化合物。如果沒有陽光的輻射，植物的光合作用就會中斷，但是，陽光的輻射供給能量只是引起光合作用的部分原因，并不是總原因，如果單憑差異法就會得出錯誤的結論。（3）求同求異并用法（契合差異法）如果在出現(xiàn)研究現(xiàn)象的幾個場合中，都存在著一個共同的情況，而研究現(xiàn)象不出現(xiàn)的幾個場合中，都沒有這種情況，那么這種情況可能就是研究現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。這就是求同求異并用法。求同求異并用法可用下列圖式表示：正面場合：推理過程包括三個步驟求同求異并用法的特點是兩次運用求同法，一次運用求異法。它的推理過程包括三個步驟：第一步：從正面事例組求同，把某種結果出現(xiàn)的正面場合加以比較，找出各個正面事例中存在的共同點A，而這個共同情況A可能是同一結果a產(chǎn)生的共同原因；第二步：從反面事例組求同，把某種結果不出現(xiàn)的反面場合加以比較，找出反面事例的共同點：所有反面事例中A都不存在，由此可以推知：A不存在可能是結果a沒有發(fā)生的共同原因；第三步：從正、反兩組事例之間求異，把前兩步比較得到的結果再加以比較，找出正面場合和反面場合的相異點：在正面場合中有A就有a，在反面場合中，無A就無a。所以A是a的原因。（4）共變法如果某一事件發(fā)生變化時，另一事件也隨即變化，那么就可以斷定前一現(xiàn)象可能是后一現(xiàn)象的原因。這種推理方法就叫共變法。共變法可用下列圖式表示：有情況A1、B、C、D…，有被研究現(xiàn)象a1有情況A2，B、C、D…，有被研究現(xiàn)象a2有情況A3，B、C、D…，有被研究現(xiàn)象a3

所以，A（可能）是a的原因。例1：水溫與落水后堅持時間的長短在一次討論輪船遇難，落水人在水中最多能堅持多長時間的學術會議上，一位發(fā)言人列出了如下一組數(shù)據(jù)：水溫0℃2.5℃5℃10℃25℃堅持時間15分鐘30分鐘1小時3小時一晝夜以上這組數(shù)據(jù)表明，人在落水后堅持時間的長短與水溫有直接關系。在日常生活和科學實踐中，共變法被人們廣泛使用著。許多儀表如體溫表、氣壓表、水表、電表等都是根據(jù)共變法制成的。物理學中物體遇熱膨脹規(guī)律也是應用共變法得到的。我們對一個物體加熱，在其它條件不變的情況下，當物體的溫度不斷升高時，物體的體積就不斷膨脹，由此可以得出結論：物體受熱與物體體積膨脹有因果聯(lián)系。應用共變法應注意的事項：第一，運用共變法時，只能有一個情況發(fā)生變化而另一情況隨之變化，其他情況應保持不變。如果還有其他的情況發(fā)生變化，那么運用共變法就會出錯。這也是經(jīng)濟學上常犯的一種錯誤。稱之為“不能保持其它條件不變”（failuretoholdotherthingsconstant）例2：減稅與政府收入的增加有一段時間經(jīng)濟學家爭論究竟是提高稅率還是降低稅率會導致政府收入的增加。一些美國經(jīng)濟學發(fā)現(xiàn)，1964年肯尼迪總統(tǒng)大大降低了稅率，緊接著，1965年政府收入就有所上升。據(jù)此，他們認為降低稅率可以提高政府的收入。但是這一推理僅僅考慮了稅率變化和政府收入的變化，而沒有考慮到其他因素的變化。事實上，它忽略了1964年到1965年期間的經(jīng)濟增長，由于人們的收入在這一時期有所上升，因此，盡管稅率降低了，政府收入依然有所增加。進一步研究表明，如果1964年沒有降低稅率，那么1965年政府收入會達到更高水平。這一分析之所以出現(xiàn)錯誤就是因為沒有堅持共變法“保持其它條件不變”的應用原則。第二，兩個現(xiàn)象的共變有一定的限度，超過這個限度就會失掉原來的共變關系。例如，農(nóng)作物的密植，在一定程度內(nèi)可以增產(chǎn)，但如果超過這個限度，則不但不會增產(chǎn)，反而會減少產(chǎn)量。所以通過共變法發(fā)現(xiàn)的因果關系一定要注意它的適用范圍。（5）剩余法剩余法是指，如果已知一復合情況是一復合現(xiàn)象的原因，并且還知道復合情況中的某一部分是復合現(xiàn)象中某一部分的原因，那么復合情況的剩余部分就是復合現(xiàn)象剩余部分的原因。剩余法可用下列圖式表示：復合情況（A，B，C，D）是被研究現(xiàn)象（a，b，c，d）的原因A是a的原因B是b的原因C是c的原因

所以，D（可能）是d的原因。例1：氬氣的發(fā)現(xiàn)19世紀，人們對空氣的成分還不完全了解。當時人們已經(jīng)能夠從其它化合物中分離出氮氣。按理說，一定體積的氮氣重量應該是相同的，但是在當時，從空氣中分離出來的同樣體積的氮氣卻比從其它化合物中分離出來的氮重5%。這多出來的5%是怎么產(chǎn)生的呢？經(jīng)過測定，才發(fā)現(xiàn)，從空氣中分離出來的氮不是純的，其中還混有另一種氣體——氬。由于同體積的氬氣比同體積的氮氣重，因此，從空氣中分離出來的含有氬氣的同體積的氮氣重量增加。應用剩余法應該注意的事項：第一，必須確認復合情況的一部分（A，B，C）是復合現(xiàn)象的一部分（a，b，c）的原因，而復合情況的剩余部分D不可能是復合現(xiàn)象這一部分（a，b，c）的原因，否則就無法斷定D與d一定有因果聯(lián)系。第二，復合情況的剩余部分D不一定是一個單一情況，還可能是個復合情況，在這種情況下，人們就必須進一步研究，以探求剩余部分的全部原因。例2：釙和鐳的發(fā)現(xiàn)

1898年，居里夫婦發(fā)現(xiàn)，從幾噸瀝青鈾礦中分離出來的少量黑色粉末的放射性比同等數(shù)量的鈾強400倍。這是什么原因呢？他們應用剩余法作出了這些鈾礦石中一定還含有未知的放射性元素的結論。經(jīng)過艱苦的工作，他們最終尋找到了這種未知的放射性元素，居里夫人把這種新發(fā)現(xiàn)的放射性元素命名為釙，以紀念她的祖國波蘭。但是，他們進一步研究后發(fā)現(xiàn)釙的存在并不能使鈾礦樣品的放射性強400倍，釙只是使鈾礦樣品具有這樣強放射性的部分原因。可能還存在另一種具有比釙更強的放射性元素。因此，居里夫婦把發(fā)現(xiàn)新元素的工作繼續(xù)下去，又提煉出一些放射性比釙還強的物質(zhì)，他們把這種放射性元素命名為鐳（意為放射線的給予者）。至此，他們才真正弄清了鈾礦樣品具有強放射性的原因。居里夫人因為相繼發(fā)現(xiàn)釙和鐳獲得了1911年諾貝爾化學獎。休謨的責難歸納的合理性首先受到休謨的責難。休謨認為，我們多次觀察到某事件之后出現(xiàn)另一事件，但是在邏輯上并無理由認為前一事件出現(xiàn)之后必然出現(xiàn)后一事件，或者說后一事件的出現(xiàn)是因為前一事件的緣故。休謨認為，合理性就是邏輯必然性，既然歸納邏輯不具有邏輯必然性，因此歸納就是不合理的，從經(jīng)驗歸納出的一切普遍結論就不是理性的結果。他還認為，通過歸納不能獲得因果性和必然性，因為過去經(jīng)驗的重復不能保證今后經(jīng)驗的必然重復，它們只有或然性。從邏輯和經(jīng)驗上看，歸納推理的合理性是得不到證明的。歸納推理是一種或然推理，它得到的結論并非一定具有必然真理的性質(zhì)。盡管如此，歸納推理仍然是科學發(fā)現(xiàn)中的重要推理方法。一般說來，如果科學研究的方式是以搜集材料為主，例如，土壤成份，水分或氣候與杉樹的生長問題等，就可以大量應用歸納方法。在某些微觀領域，如通電導線之間的相互作用力是怎樣發(fā)生的，電磁感應的機制是什么，就不能從經(jīng)驗材料通過歸納得到，所以歸納方法是有一定局限的，為克服這一局限性，在實踐中，往往將歸納方法與分析方法等其它科學方法結合起來應用。2．演繹方法

演繹方法是從一般原理推導出特殊結論和個別結論的邏輯思維方法，邏輯學上又叫演繹推理。近代科學家笛卡兒、伽利略、牛頓等人，在科學研究中創(chuàng)造了數(shù)學——演繹方法。這種方法將自然科學中的概念、命題等形式化，符號化，再利用數(shù)學的推導規(guī)則進行各種演繹推理，以獲得新知識。演繹方法派生出的另一個重要方法是公理化方法。演繹方法在科學認識中的作用首先，它是邏輯證明的重要工具。由于演繹推理是一種必然推理，只要大前提正確，推理符合邏輯規(guī)則，那么，結論必然是正確的。所以，演繹方法可以作為邏輯證明的工具，以此來檢驗理論體系本身的自洽性、嚴密性、完備性。其次，對擴展知識和科學預見也十分重要。演繹推理把一般原理運用于特殊現(xiàn)象，或由一般性的理論命題推出事實命題，這不僅進一步解釋了原有的理論，拓寬和加深了特殊現(xiàn)象和個別事實的認識，而且在用一般原理對特定對象推理時，其本身就是一種預見，只要前提正確，推演合乎邏輯，就可能是科學預見。愛因斯坦于1916年提出廣義相對論，由于這一理論的數(shù)學推導很復雜，難于理解，也難于直接在觀察實驗中得到檢驗。為了解決這一問題，他從中演繹出一系列預言。如根據(jù)廣義相對論的基本原理，推演出光線經(jīng)過巨大星體時將在引力場作用下發(fā)生偏移。1919年5月29日，英國天文學家愛丁頓等人率領的兩支考察隊，分別在南非和巴西進行日全蝕觀察，證實了星光偏移值與廣義相對論的計算結果基本相符。這一成功的驗證當時曾轟動全世界。通過觀察實驗檢驗了這些預言，也就使假說得到了檢驗和發(fā)展。3．歸納與演繹的關系自從培根倡導歸納法、笛卡爾倡導演繹法以來，歷史上就長期存在著歸納主義的“歸納萬能論”和演繹主義的“演繹萬能論”的爭論：第一，兩者在科學認識中各有特殊的功能，既不可缺，也不可代替。第二，歸納和演繹在運用中相互依賴、相互滲透，并在一定條件下相互轉化。例如，演繹的大前提要依靠歸納來獲得，而歸納過程的分析要依靠演繹方法。第三，單純依靠歸納或單純依靠演繹本身，都無法克服各自的先天缺陷，如歸納法的結論的或然性問題，演繹法大前提的來源問題，等等。二、分析與綜合

1．分析方法分析是把客觀對象的整體分解為一定部分、方面、要素等并逐個加以研究的思維方法。以分析為主的還原主義方法在近代自然科學四百多年的長期發(fā)展中起了重要作用?！鞍炎匀唤绶纸鉃楦鱾€部分，把自然界的各種過程和事物分成一定的門類，對有機體的內(nèi)部按其多種多樣的解剖形態(tài)進行研究，這是最近四百年來在認識自然界方面獲得巨大進展的基本條件?！保ā斗炊帕终摗罚慕茖W到現(xiàn)代科學的發(fā)展過程，一個基本的特點就是把事物一段一段地、一層一層地分析研究，比如由宏觀物體到分子到原子再到基本粒子，現(xiàn)在又到了層子或夸克。對于生物學的研究也是如此。由生物個體到生物組織，再到細胞，一起到DNA大分子，等等。這種研究方法將事物越分越細，一方面使研究越來越深入。另一方面也容易造成只見樹木、不見森林的情況。2．綜合方法綜合是在分析基礎上把對客觀對象的一定部分，方面，要素等認識聯(lián)接起，形成對客觀對象統(tǒng)一整體認識的思維方法。綜合絕不是把事物的各個部分機械地湊合在一起，而是按照事物的內(nèi)在聯(lián)系，在思維中各個部分結合成一個有機的整體。綜合是不是簡單地回復到對整體的混沌認識，而在在分析的基礎上揭示事物的整體的本質(zhì)和根本的規(guī)律。綜合方法是人們的科學認識從抽象的規(guī)定上升到思維中的具體的重要手段。3．分析綜合方法的類型分析是綜合的基礎，綜合是分析的完成，只有二者的結合才是一個完整的科學方法。分析和綜合方法主要有三種類型；一是傳統(tǒng)分析綜合方法，它所運用的是形式邏輯關于部分與整體可逆的分解和原則，其邏輯起點是分析，然后再綜合，是一個單向進行的思維過程，這里的分析方法的形式主要有定性分析，定量分析，因果分析，結構分析等等。二是辯證分析綜合方法。它把分析看作主要是分析事物矛盾的思維方法，在對各種矛盾以及矛盾諸方面進行周密分析的基礎上，從矛盾的總體上認識客對象各種規(guī)定性的統(tǒng)一。它的指導原則是分析與綜合相互依存，相互滲透和相互轉化。三是系統(tǒng)分析綜合方法。系統(tǒng)分析的邏輯起點是綜合，其邏輯程序是綜合＝分析＝綜合雙向的并存和反饋。它將認識對象視為一個系統(tǒng)，要求從系統(tǒng)整體出發(fā)，以總體優(yōu)化為目標，把綜合貫徹始終，堅持在綜合的指導和控制下進行分析，通過的綜合達到總體的綜合。整個系統(tǒng)分析的過程都充分體現(xiàn)出矛盾分析的特點，體現(xiàn)出分析與綜合的相互依存、相互滲透和相互轉化。三、類比方法

1．類比推理的特點類比方法是根據(jù)兩個或兩類對象某些屬性相同或相似，推斷出它們在另外的屬性上也相同或相似的邏輯思維方法，在邏輯學上叫類比推理。假設A與B分別表示了不同的對象，又設a,b,c,d分別表示各種不同屬性，則類比推理的邏輯形式可用公式表示為：A有屬性a、b、c、dB有屬性a、b、c、————————————則B可能有屬性d由A到B的推理可以是“特殊－特殊”，也可以是“一般到一般”。類比推理的客觀基礎是事物之間存在普遍聯(lián)系的本性。舉例說明奧地利醫(yī)生奧恩布魯格將酒桶與人的胸腔類比，——兩者都是封閉的容器，體內(nèi)都藏有東西，叩敲時都能發(fā)出聲音，既然叩酒桶能判斷酒桶內(nèi)酒有多少，那么叩敲人的胸腔也應該能判斷病人胸腔積水多少，這導致了叩診方法的發(fā)明。德布羅意將光的運動與物質(zhì)（粒子）的運動類比——費爾瑪原理（最短光程原理）與莫泊丟原理（最小作用量原理）的數(shù)學形式的酷似，光的波粒二象性——推導出物質(zhì)波的假說，這又導致德布羅意關系式的產(chǎn)生。例1：人工培植牛黃

牛黃是一種珍貴的藥材，過去一直取自被宰殺的牛體中，因數(shù)量少，遠遠滿足不了醫(yī)學上的需要。廣東?？滇t(yī)學公司的幾位同志從河蚌育珠中得到啟示，決心用人工方法培植牛黃。所謂河蚌育珠，是把河蚌進行“插片”，再將砂子嵌入蚌內(nèi)，蚌分泌出粘液將沙包出，經(jīng)過一定時期就形成珍珠。他們通過聯(lián)想和類比，便選擇了失去役用價值的殘牛做試驗，實施外科手術，在牛的膽囊里埋入異物，一年后，取出膽囊里的結石，結果發(fā)現(xiàn)它和天然牛黃一模一樣。人工培植牛黃的試驗成功了。近代引力觀念類比了磁力，光的波動說類比了聲波，光的微粒說類比了質(zhì)點運動，盧瑟福的原子模型類比了太陽系，卡諾的理想熱機類比了水車等等。在仿生學上，類比方法就用得更多了。例2：勒威耶的類比

在發(fā)現(xiàn)海王星之前，人們發(fā)現(xiàn)根據(jù)觀察得到的天王星軌道與根據(jù)牛頓萬有引力定律的計算值不符。有人因此懷疑萬有引力定律的正確性。但法國天文學家勒威耶認為這可能是由于天王星附近的另一個未知行星引起的。在計算的時候沒有考慮到這顆行星的影響，因此觀察值與計算值不符。為此，他根據(jù)觀察值重新計算，并預言了這顆未知行星可能出現(xiàn)的位置。后來，人們根據(jù)勒威耶的預言，在天王星外果然發(fā)現(xiàn)了一顆新的行星，也就是海王星。后來，勒威耶又用同樣的方法預言了冥王星。這使得勒威耶對自己的這種方法信心大增。不久，人們發(fā)現(xiàn)水星在近日點附近發(fā)生進動，而根據(jù)牛頓的萬有引力定律不應該出現(xiàn)這種現(xiàn)象。勒威耶如法炮制，運用類比方法，認為在水星附近也存在一顆未知行星影響了水星的運行。有人還熱情地將它命名為“火神星”。從那以后，許多天文學家花費了幾十年時間，尋找這顆猜想中的行星，但卻一無所獲。直到愛因斯坦的廣義相對論建立后，人們才知道這一行星根本就不存在，水星近日點的進動現(xiàn)象是廣義相對論的效應之一。這個例子說明單純的類比盡管有時候收獲很大，但也有很大的風險性。2．類比方法的作用及局限首先是它的應用范圍特別廣。歸納法和演繹法的適用范圍，只局限于同類事物中的聯(lián)系，而進行類比的兩個事物可以是同類的，也可以是不同類的，甚至類差非常大的。而且它們之間進行類比的屬性和關系可以是本質(zhì)的，也可以是現(xiàn)象的。它們之間的相似點可以有多個，也可以只有一個。其次是類比方法雖然也要借助于已知知識，從已知推測未知，但卻不受已知知識的束縛。演繹法受到作為前提的一般原理的限制，歸納法則過分地受到特殊知識數(shù)量上的限制。類比法可以只根據(jù)少數(shù)特殊知識，而提出富于創(chuàng)造性的科學思想。在科學發(fā)展過程中常常出現(xiàn)這樣的情形，當發(fā)現(xiàn)了某些科學事實之后，由于舊的無法解釋，演繹法對此無能為力，科學事實數(shù)量太少，歸納法也無從下手，這時類比法卻可起著探索尖兵的作用。特別是在當代科學技術發(fā)展的前沿陣地，由于資料很少，探索性很強等原因，更需要發(fā)揮類比的探索和預測作用。再次，類比方法對新的設計和技術原理的提出也有著十分重要的作用。仿生學是20世紀迅速發(fā)展起來的。它是應用結構模擬和功能模擬方法，的一門新學科。類比方法在各種邏輯推理方法中，是可靠性最小的一種方法。運用類比方法，常常推出錯誤的結論。勒維烈關于“火神星”預言的破產(chǎn)勒維烈關于“火神星”預言的破產(chǎn)，就是一個典型實例。1859年，勒維烈發(fā)現(xiàn)水星近日點繞太陽進動速度和牛頓力學的估計每百年相差40秒。他將水星軌道的進動現(xiàn)象同天王星軌道的攝動現(xiàn)象進行類比，認為這可能又是一個未知的行星的攝動作用的結果。有人還提前給它取了個“火神星”的名字。但幾十年過去了，科學家仍然找不到“火神星”的蹤跡。直到愛因斯坦廣義相對論的發(fā)表，才對此現(xiàn)象作出了成功的解釋，原來水星軌道近日點的進動是一種廣義相對論效應，所謂“火神星”是根本不存在的。類比推理的結論不可靠的原因：一是由類比法的客觀基礎所決定的。類比法乃是異中求同的方法，客觀事物之間的相似性或同一性，使類比法有可能獲得正確的結論。客觀事物之間的差異性，又使類比法的結論帶有或然性。如果根據(jù)兩個事物具有相似性進行類比推理，推出的屬性正好是它們的差異性時，類比的結論就會發(fā)生錯誤。二是類比推理的邏輯是不充分的。類比是以兩個對象的某些屬性相似或相同為前提，推出它們在其它方面也相似或相同的結論。其前提和結論之間并沒有必然的聯(lián)系，只是一種可能性。這就決定了類比只是一種或然性推理。三是類比法的推理規(guī)則是很不嚴密的。邏輯推理的結論的可靠性似乎與其推理規(guī)則的嚴密性可正比。演繹法具有最嚴密的邏輯規(guī)則，歸納法次之，類比法的推理規(guī)則最不嚴密。演繹法的可靠性也最大，歸納法次之，類比法則最小。比較方法科學思維中的比較，就是要在表面上差異極大的事物或現(xiàn)象之間看出它們在本質(zhì)上的共同點，或者在表面上極為相似的事物或現(xiàn)象之間看出它們在本質(zhì)上的差異點。黑格爾：“假如一個人能看出當前即顯而易見的差別，譬如，能區(qū)別一枝筆與一頭駱駝，我們不會說這人有了不起的聰明。同樣另一面，一個人能比較兩個近似的東西，如橡樹與槐樹，或寺院與教堂，而知其相似，我們也不能說他有很高的比較能力。我們所要求的，是要看出異中之同和同中之異?！崩?：巴氏消毒法的發(fā)明1856年，法國立耳城酒坊的啤酒變酸，嚴重威脅久負盛名的法國制酒業(yè)。老板們紛紛找到著名微生物學家巴斯德，請求幫助解決這一難題。巴斯德在顯微鏡下仔細比較變酸和沒變酸的啤酒，發(fā)現(xiàn)沒變酸的啤酒里只見到一種細菌（酵母菌），而變酸的啤酒除了有這種酵母菌外，還有另一種細菌。而且這種細菌的數(shù)量隨著酒味變酸程度的加重而增多。經(jīng)過多次實驗和觀察，終于弄清，啤酒變酸的原因就是后一種細菌在作怪。這種菌叫乳酸桿菌。巴斯德還發(fā)現(xiàn)，只要把啤酒加熱到50攝氏度到60攝氏度，就可以殺死乳酸桿菌，從而保持啤酒的新鮮。就這樣，巴斯德通過簡單的比較，輔以觀察和實驗，就發(fā)明了至今還在食品業(yè)中廣泛應用的“巴氏消毒法”。維生素B1的發(fā)現(xiàn)

19世紀末，在印度尼西亞流行著一種被稱為“腳氣病”的多發(fā)性神經(jīng)炎，每年都有上萬人死于這種疾病。那時，人們普遍認為腳氣病是由病原微生物引起的。當時在印尼服役的荷蘭軍醫(yī)艾克曼（ChristiaanEijkman，1858~1930）也認為腳氣病是由一種細菌導致的傳染病。為此，他進行了動物實驗，但總也沒有找到腳氣病的致病細菌。有一次，艾克曼發(fā)現(xiàn)實驗用的小雞也患上了腳氣病。而不久，在更換了實驗動物的飼養(yǎng)員后，小雞的病竟不治而愈了。艾克曼注意到這一奇怪現(xiàn)象。他了解到：原先的飼養(yǎng)員貪污了動物飼料的經(jīng)費，用醫(yī)院病人的剩米飯給雞喂食，結果小雞患上了腳氣病，而當更換了飼養(yǎng)員、不再用剩米飯喂雞之后，小雞的腳氣病就好了。艾克曼進一步調(diào)查，發(fā)現(xiàn)醫(yī)院病人和當?shù)厝说闹饕澄锸蔷罪垺＿@使艾克曼受到啟發(fā)：導致人和小雞患腳氣病的原因是不是與精米飯有關？艾克曼用兩組小雞作對照實驗：一組喂精米飯，另一組喂糙米飯。結果前者患了腳氣病，而后者安然無恙。在后來進行的人體實驗中也顯示了同樣的結果。艾克曼讓患腳氣病的病人和病雞改吃糙米，腳氣病都被治好。由此，他斷定是糙米在加工成精米的過程中失去了某種營養(yǎng)物質(zhì)，從而導致了腳氣病。20年后，艾克曼終于從米糠中提取出了這種營養(yǎng)物質(zhì)，后來人們把這種物質(zhì)命名為維生素B1。這是人類發(fā)現(xiàn)的第一種維生素。艾克曼也因此榮獲了1929年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。例3：美國海軍的廣告比較必須明確比較的基礎，在不同基礎上進行比較的數(shù)據(jù)是毫無意義的；故意模糊這種比較基礎則有欺騙的嫌疑。美國人比較怕死，所以很多人不愿參軍。美國海軍為了招募兵員，曾經(jīng)散發(fā)過很多廣告。其中有一個著名的廣告是這樣說的：美國海軍的死亡率比紐約市的市民還低。海軍的官員具體解釋這個廣告說：根據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在紐約市市民的死亡率是每千人有16人，而即使是戰(zhàn)時，美國海軍士兵的死亡率也不過每千人只有9人。統(tǒng)計數(shù)據(jù)沒有問題，但是這個比較卻沒有意義，甚至有故意欺騙的嫌疑。為什么這么說呢？因為海軍士兵幾乎都是青壯年，身體健康，而紐約市民中除了青壯年外還包括老幼病殘，這些人的生存能力很弱。所以從這兩類人中比較死亡率是沒有意義的。除非選擇紐約市民中青壯年的死亡率與海軍士兵的死亡率進行比較才能說明問題。這個例子也提醒我們——不要輕易相信廣告中的一些比較數(shù)據(jù)，因為它們很可能是基于不同基礎比較的結果。除此以外，比較不全面也會受騙。分類方法分類方法：又叫做歸類法，是根據(jù)對象的共同點和差異點將對象分門別類的邏輯方法。分類是一種比較簡單的科學方法，但是分類做得好也能作出重大發(fā)現(xiàn)。例1：血型的發(fā)現(xiàn)很久以來，許多失血的病人如果不及時輸血，就會喪生。然而輸了血，又經(jīng)常出現(xiàn)混合后的血漿發(fā)生凝固堵塞血管，導致病人死亡。后來，奧地利病理學家蘭斯坦納（1863-1943）通過大量的觀察和實驗認真地進行比較和分類，發(fā)現(xiàn)人類的血液有四種類型即A、B、AB和O。每種類型的血可以輸給具有相同血型的病人，而不同血型之間則有的相容，有的不相容。由于對血型的研究和分類，蘭斯坦納獲得了1930年的諾貝爾生理學和醫(yī)學獎。例2：哈勃發(fā)明星系分類系統(tǒng)天文學上關于銀河系以外的星系及所謂河外星系的研究，在一個相當長的時期里引起了天文學家們的激烈爭論。到1925年，美國天文學家哈勃提出了星系分類系統(tǒng)，才把這個研究推進到一個新階段。哈勃發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)星系呈對稱地圍繞占支配地位的中心核旋轉的形態(tài)，只有少數(shù)（不到他所研究的3%）不是這樣，他把這兩種類型的星系稱為“規(guī)則星系”和“不規(guī)則星系”，規(guī)則星系又分為“螺旋星系”和“橢圓星系”兩個并列的類別，它們又各自包含一個有規(guī)則的形態(tài)系列。螺旋星系的序列又可細分為兩種平行的次序列：標準和棒旋的。由于哈勃的這一成就，他被公認的現(xiàn)代河外星系天文學的奠基者。現(xiàn)在看來，哈勃的工作也非常簡單，只是作了一下并不復雜的分類工作而已。但是在一門科學形成的初期，這種簡單的方法就能取得重大成就。第二節(jié)創(chuàng)造性思維方法

一、形象思維1．形象思維及其特征形象思維是在形象地反映客體具體形狀或形態(tài)的感性認識基礎上，通過意象、聯(lián)想和想象來揭示對象本質(zhì)及其規(guī)律的思維形式。例如，盧瑟福提出的原子模型，就是從太陽系的恒星一行星結構想象而創(chuàng)造的一種新意象；有時并不存在直接聯(lián)系，例如，魏格納根據(jù)大西洋兩側海岸線輪廓相似，提出的“大陸漂移”假說。形象思維一般在下列情況下采用：（1）在科學研究中遇到事實鏈條不足或還沒有發(fā)現(xiàn)的環(huán)節(jié)時。這時用歸納、演繹方法是無法推導的，只能憑借少量間接觀察事實進行構思想象。（2）運用邏輯方法無法或難以推斷出新概念新假說時?？茖W實踐證明，新概念、新假說的提出，一般不能用純粹的演繹方法從基本原理推出來，也不能用傳統(tǒng)的歸納方法從經(jīng)驗事實中概括出來，而需要想象建立起關于它的聯(lián)系原清晰表象?！昂诙础?、“耗散法構”、“熵”等新概念的提出，原子模型、核酸分子（DNA）雙螺旋結構模型等各種假說模型的形成，都是在少量科學事實基礎上的構思想象；（3）實物實驗難以開展或過份復雜，難以深刻揭示事物的內(nèi)在規(guī)律時。這時可運用“理想實驗”。理想實驗是把實驗對象、條件和步驟高度理想的，轉化為觀念形態(tài)的東西，在已有的概念、原理的基礎上進行構思想象。它能實現(xiàn)物化實驗所達不到的簡化和純化；（4）基于歷史、對科學未來的預測和展望時?，F(xiàn)在的一切是認識過去的一把鑰匙，但這需要極其豐富的想象。二、直覺思維1．直覺思維的特點直覺思維是指是人腦對客觀對象的一種非常迅速的識別，它不受按部就班的邏輯規(guī)則約束而直接領悟事物本質(zhì)的一種思維方式。直覺迸發(fā)的形式主要有觸發(fā)—聯(lián)想式和內(nèi)省—靈感式兩種，前者是在人們對某一問題經(jīng)過一段緊張的思考仍不得其解時，受到某一偶然事物現(xiàn)象的刺激，引發(fā)思維的聯(lián)想，突然解決了問題的一種直覺思維形式。如達爾文與華萊士，都因在讀馬爾薩斯人口著作時受到啟發(fā)而聯(lián)想到生物進化，從而提出“生存斗爭”、“自然選擇”原理；后者是在研究過程達到高潮時、由于內(nèi)在的省悟而使百思角不解的問題突然頓悟，有時還表現(xiàn)為夢中的啟示而省悟。如德國化學家凱庫勤在研究苯的化學結構時，久攻不克，后來在一個夢中夢見原子象蛇一樣盤旋彎曲，忽然“一條蛇咬住了自己的尾巴，在我眼前輕蔑地旋轉。我如從電掣中驚醒?！斌@醒后的他徹夜未眠，最終提出了苯的環(huán)狀結構式。

直覺產(chǎn)生的條件直覺產(chǎn)生的前提條件是艱苦勞動和執(zhí)著的探索。愛迪生說：“發(fā)明是百分之一的靈感，加百分之九十九的汗水。”豐富的知識儲備和廣闊的科學視野是直覺產(chǎn)生的基礎。，泰勒好：“具有豐富知識和經(jīng)驗的人，比只有一種知識和經(jīng)驗的人更容易產(chǎn)生新的聯(lián)想和獨到的見解?！绷硗鈱λ芯康膯栴}要有長久而且耐心的邏輯推理?？茖W是嚴謹?shù)?，能夠依?jù)邏輯推理解決的問題是無需靠直覺去解決的，只有在此路不通時，才會去依靠直覺。3．直覺思維的作用導向功能。例如，居里夫人對鐳的預測就是憑直覺得出來的。最終發(fā)現(xiàn)了一種全新的化學元素――鐳。愛因斯坦認為，物理學家的最高使命是要得到那些普遍的基本定律，然而要通向這些定律并沒有邏輯的道路，“只有通過那種以對經(jīng)驗的共鳴的理解為依據(jù)的直覺，才能得到這些定律?！边x擇功能。在科學選題中，直覺思維是關鍵的思維方法。在科學發(fā)明中，科學家也要領先直覺思維進行選擇。創(chuàng)新功能。妨礙創(chuàng)造性思維的因素（1）妨礙創(chuàng)造性思維的主觀因素思維惰性是束縛創(chuàng)造思維的繩索。人們對習以為常的事情常常不假思索，對先入之見往往偏執(zhí)固守，對經(jīng)驗之道更是樂得遵循，這些都是思維惰性的表現(xiàn)。迷信權威、怕?lián)L險是壓抑創(chuàng)造性的頑石。專業(yè)狹窄、信息閉塞、知識結構不合理等，也是扼制創(chuàng)造性思維的重要因素。（2）妨礙創(chuàng)造性思維的客觀因素科學研究工作須有必要的組織協(xié)調(diào)和領導，現(xiàn)代科學尤其如此。不稱職的領導和缺乏活力的組織又往往成為限制研究者積極性、妨礙創(chuàng)造性思維的因素；不合理的科技政策對科技人員的創(chuàng)造性思維有嚴重影響。依照意識形態(tài)判定科技成果，在自然科學研究中人為地劃定禁區(qū)，不必要的行政干擾，對于自然科學研究的“失敗者”缺乏客觀評價等等，都是壓抑科技人員創(chuàng)造性思維的重要因素；在妨礙創(chuàng)造性講客觀因素中，教育問題占有突出的地位。學校要把培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力，培養(yǎng)創(chuàng)造型的人才，作為教育的重要任務。第三節(jié)數(shù)學方法

一、數(shù)學方法及其特點數(shù)學方法是指以數(shù)學為工具進行科學研究的方法，即用