第一讲科学研究方法概论1剖析课件.ppt

1、 科学一词源于拉丁文科学一词源于拉丁文的的scio，后来演变为，后来演变为scientin，最后成，最后成了英文的了英文的science， 其本意是其本意是“ “知识知识” ”、“ “学问学问” ”。日本著名的。日本著名的科学启蒙大师福泽瑜吉把科学启蒙大师福泽瑜吉把“ “science”译为译为“ “科学科学” ”。 1893年，康有为引进并使用了年，康有为引进并使用了“ “科学科学” ”一词。严复在翻译一词。严复在翻译天天演论演论等科学著作时，也用等科学著作时，也用“ “科学科学” ”二字。此后二字。此后“ “科学科学” ”一词便一词便在中国被广泛运用。在中国被广泛运用。 science的本

2、来含义是系统知识，也就是分科的学问。因为的本来含义是系统知识，也就是分科的学问。因为“ “科科” ”的意思是分类或层次条理的意思，而的意思是分类或层次条理的意思，而“ “学学” ”无疑是无疑是“ “学问学问” ”的意思。的意思。科学学创始人贝尔纳在科学学创始人贝尔纳在历史上的科学历史上的科学指出：指出：“ “科学可科学可作为作为一种一种建制建制；一种一种方法方法；一种一种积累的知识系统积累的知识系统；一种一种维持或发展生产维持或发展生产的主要因素；的主要因素；构成我们的诸信仰和对宇宙和人类的诸态度的最强大势构成我们的诸信仰和对宇宙和人类的诸态度的最强大势力之一。力之一。” ” 英国科学哲学家英

3、国科学哲学家查尔默斯查尔默斯在在科学究竟是什么科学究竟是什么的专著的专著中，对科学性质的现代观点作了一个简单、明了和初步中，对科学性质的现代观点作了一个简单、明了和初步的介绍，但他对的介绍，但他对” ”科学究竟是什么科学究竟是什么” ”仍感迷惑，他说只是仍感迷惑，他说只是” ”始于迷惘，终于更高水平的迷惘始于迷惘，终于更高水平的迷惘” ”。 “科学科学” ”的整体理解：的整体理解： 其一，科学作为其一，科学作为一种活动一种活动，属于社会实践范畴，是形成和，属于社会实践范畴，是形成和产生科学知识产生科学知识、运用科学知识运用科学知识的实践活动；的实践活动； 其二，科学作为其二，科学作为知识体系知

4、识体系，属于认识范畴，是科学认识活，属于认识范畴，是科学认识活动的最终成果；动的最终成果； 其三，科学这种知识体系可以物化为社会其三，科学这种知识体系可以物化为社会生产力生产力，标志了，标志了人类人类改造自然、控制自然、驾驭自然改造自然、控制自然、驾驭自然的能力；的能力； 其四，科学作为一种其四，科学作为一种社会建制社会建制，它指科学活动具有自身的，它指科学活动具有自身的职业化的组织和研究机构职业化的组织和研究机构，是一项重要的，是一项重要的社会事业社会事业； 其五，科学作为其五，科学作为一种方法一种方法，表征了科学认识活动所遵循的，表征了科学认识活动所遵循的途径和运用的各种方式与手段；途径和

5、运用的各种方式与手段； 其六，科学作为其六，科学作为一种文化一种文化，是指科学在社会实践过程中所，是指科学在社会实践过程中所创造的精神财富和物质财富。所谓文化就是人类的生存方式，创造的精神财富和物质财富。所谓文化就是人类的生存方式，包括人的包括人的态度、价值、信念、艺术、科学、知觉模式、思想态度、价值、信念、艺术、科学、知觉模式、思想和行为习惯和行为习惯等。等。 辞海辞海对对“ “科学科学” ”的解释的解释 科学是崇尚科学是崇尚真理和真实真理和真实的人们永无止境地探索和实践、阶的人们永无止境地探索和实践、阶段性地趋于逼近真理、解释和揭示真理的段性地趋于逼近真理、解释和揭示真理的阶段性阶段性/发

6、展性发展性/历历史性史性/辩证性辩证性/普遍性普遍性/特殊性特殊性/信息性信息性等特点、尽可能不包含等特点、尽可能不包含自相矛盾内容的知识体系，是人们用来自相矛盾内容的知识体系，是人们用来认识和改造自然界认识和改造自然界的思维武器。的思维武器。 科学是科学是一种态度，一种观点，一种方法，一种精神一种态度，一种观点，一种方法，一种精神！ 科学是科学是运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界界各种现象的本质和规律的知识体系各种现象的本质和规律的知识体系，是社会意识形，是社会意识形态之一。态之一。v 科学的分类科学的分类 按研究对象的不同，可分为按研究对象的

7、不同，可分为自然科学自然科学（包括数学）和（包括数学）和社会社会科学科学（包括思维科学和哲学）。（包括思维科学和哲学）。 按与实践的不同联系，可分为按与实践的不同联系，可分为理论科学、技术科学、应用理论科学、技术科学、应用科学科学等。等。 按检验标准的不同，科学可分为按检验标准的不同，科学可分为经验科学经验科学和和实证科学实证科学。 按照按照2007年研究生招生学科门类的划分，科学可分为年研究生招生学科门类的划分，科学可分为哲学、哲学、经济学、教育学、法学、文学、历史学、理学、工学、农经济学、教育学、法学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、军事学、管理学、医学、军事学、管理学等学等12大类

8、，再分为大类，再分为89个一级学个一级学科，科，89个一级学科下面再细分为个一级学科下面再细分为385个二级学科。个二级学科。 科学研究科学研究是人们是人们运用科学的精神运用科学的精神、态度态度、观点观点和和方法方法，探探索索世界中的世界中的真理真理和和事实真相事实真相、认识认识和和改造世界改造世界的的过程过程。 科学研究是科学研究是一种工作，一种职业一种工作，一种职业，一项造福一项造福于于人类社会的人类社会的高尚事业高尚事业。 科学研究的直接动力是科学家的科学研究的直接动力是科学家的好奇心好奇心，以及他们对科学，以及他们对科学荣誉的渴望荣誉的渴望。 越是越是思想单纯思想单纯的科学家越有希望发

9、现真理，他们的科学探的科学家越有希望发现真理，他们的科学探索有点像迷宫探宝或者海边拾贝索有点像迷宫探宝或者海边拾贝v 什么是科学研究？什么是科学研究？ 对于自然科学而言，科学研究可以分为：对于自然科学而言，科学研究可以分为： 基础研究（理论研究）基础研究（理论研究） 应用研究（技术研发）应用研究（技术研发） 介于二者之间的应用基础研究介于二者之间的应用基础研究v 科学科学研究研究的分类的分类 以以揭示规律为目的揭示规律为目的的研究活动属于基础研究。从事这些的研究活动属于基础研究。从事这些活动的学者是科学家。活动的学者是科学家。 万事万物皆有其规律，万事万物皆有其规律，掌握掌握并且并且利用利用这

10、些这些规律规律就能够为就能够为人类造福。但是这些规律是隐蔽在纷繁复杂的现象背后人类造福。但是这些规律是隐蔽在纷繁复杂的现象背后的，要识破大自然的奥秘，读懂上帝的天书，非要下一的，要识破大自然的奥秘，读懂上帝的天书，非要下一番深入观察和探究的功夫不可。番深入观察和探究的功夫不可。 规律规律不是被创造出来的，而是事物不是被创造出来的，而是事物内部内部本身本身存在的存在的。人。人们只有们只有认识规律认识规律的权利，而的权利，而没有创造规律没有创造规律的可能。的可能。v 基础研究（理论研究）基础研究（理论研究） 理论研究是试图理论研究是试图提出提出或者证明一种或者证明一种新的学说、假说、公式、新的学说

11、、假说、公式、定理、定律一类的科学研究活动定理、定律一类的科学研究活动。而我们目前从事的许多。而我们目前从事的许多研究工作从严格意义上应该划归为应用基础研究。研究工作从严格意义上应该划归为应用基础研究。 例如，在物理和天文领域，相对论、万有引力定律这样的例如，在物理和天文领域，相对论、万有引力定律这样的研究可称得上是理论研究，人工智能领域，神经网络、粗研究可称得上是理论研究，人工智能领域，神经网络、粗糙集、支持向量机等理论的提出被认为是理论研究糙集、支持向量机等理论的提出被认为是理论研究国家国家973项目计划和项目计划和985计划主要支持理论研究工作。计划主要支持理论研究工作。 应用研究是应用

12、研究是受实际需求受实际需求或者或者市场需求市场需求驱动的研究工作。驱动的研究工作。 时至今日，时至今日，数学定理和物理学定律数学定理和物理学定律似乎已经被先哲们发现似乎已经被先哲们发现得差不多了，因此整个科学界中纯搞理论研究的人越来越得差不多了，因此整个科学界中纯搞理论研究的人越来越少，很多大学教授都和工业界有着密切的联系，很多大企少，很多大学教授都和工业界有着密切的联系，很多大企业也开办企业研究院，导致应用科学研究如火如荼。业也开办企业研究院，导致应用科学研究如火如荼。 国家国家863计划、计划、“ “高技术发展计划高技术发展计划” ”重点支持应用研究和应用重点支持应用研究和应用基础研究，例

13、如国家基础研究，例如国家863计划项目计划项目“ “核电行业重大工程自动核电行业重大工程自动化成套控制系统化成套控制系统 ” ”、“ “大型压水堆核电站关键结构材料与工大型压水堆核电站关键结构材料与工程应用技术程应用技术 ” ”。v 应用研究应用研究 应用研究难在应用研究难在选题选题，因为实际需求或者市场需求的变化极，因为实际需求或者市场需求的变化极快。搞应用研究的人如果快。搞应用研究的人如果对市场对市场的未来没有一个的未来没有一个基本准确基本准确地判断地判断，往往会导致选题上的偏差。例如：激光照排技术，往往会导致选题上的偏差。例如：激光照排技术研究，汉字手写输入技术研究，汉卡技术研究。研究，

14、汉字手写输入技术研究，汉卡技术研究。 技术和市场是互动的关系，总的来说，是技术和市场是互动的关系，总的来说，是市场在引导和拉市场在引导和拉动技术的发展动技术的发展，例如电子相册，但是也不能忽视技术对于，例如电子相册，但是也不能忽视技术对于市场的拓展和推动作用，例如数码相机、市场的拓展和推动作用，例如数码相机、mp3/mp4。 一项被市场接受的一项被市场接受的产品能够推动多项技术的进步产品能够推动多项技术的进步。比如搜。比如搜索引擎，拉动了自然语言处理、并行计算、海量存储设备、索引擎，拉动了自然语言处理、并行计算、海量存储设备、数据挖掘等等多项技术的发展。数据挖掘等等多项技术的发展。 要要坚持自

15、己坚持自己的特色，不为时尚所动。的特色，不为时尚所动。 1客观性客观性科学所研究的科学所研究的对象对象，都，都是客观存在是客观存在的的。它们各自。它们各自按着自身的规律运动按着自身的规律运动，不以人的主观意，不以人的主观意志为转移。在一定范围内人是志为转移。在一定范围内人是可以改变客观世界可以改变客观世界的，的，但那是人们掌握了事物的客观规律后去运用客观规律但那是人们掌握了事物的客观规律后去运用客观规律使事物使事物按着自己所期望的方向发展按着自己所期望的方向发展。至于客观规律本。至于客观规律本身仍是丝毫也违反不得的，违反了会受到非常严厉的身仍是丝毫也违反不得的，违反了会受到非常严厉的惩罚。惩罚

16、。v 科学知识的特点科学知识的特点 2规律性规律性凡是科学知识都带有共同规律性。凡是科学知识都带有共同规律性。 3可验怔性可验怔性既然是事物的共同规律，那它就必既然是事物的共同规律，那它就必然是可以反复验证的。所以科学知识也必然具有可验证性。然是可以反复验证的。所以科学知识也必然具有可验证性。 4系统性系统性科学就是某方面事物规律的科学就是某方面事物规律的知识体系知识体系。在这一体系中，知识之间不但不互相矛盾，而且能互相补在这一体系中，知识之间不但不互相矛盾，而且能互相补充、说明，紧密联系，形成一定的知识结构。充、说明，紧密联系，形成一定的知识结构。 5准确性准确性科学知识要求科学知识要求概念

17、清晰概念清晰，定性，定性定量准确定量准确，原理原则原理原则屡拭无误屡拭无误。含混不清、模棱两可都是与科学知识。含混不清、模棱两可都是与科学知识的要求不相容的。的要求不相容的。以上只是给科学下了一个一般的定义，要以上只是给科学下了一个一般的定义，要判断一门学科是否属于科学，还必须判断一门学科是否属于科学，还必须确定确定科学的划界标准科学的划界标准。这个问题在现代西方。这个问题在现代西方科科学哲学史学哲学史上进行过旷日持久的讨论。下面上进行过旷日持久的讨论。下面是几种有代表性的观点，有助于我们思考是几种有代表性的观点，有助于我们思考科学的划界问题。科学的划界问题。二、科学划界标准的不同观点二、科学

18、划界标准的不同观点“科学哲学”在英语中可以有两种表达方式：philosophy of science和scientific philosophy。虽然它们在汉语中都可以译作“科学哲学”，不过还是有区别的。前者指的是“关于科学的哲学理论”，后者所说的则是“具有科学性质的哲学”，前者是“研究科学的哲学”，后者是“科学的研究哲学：。这里所说的“科学”指的当然是自然科学 恩格斯自然辩证法一书奠定了马克思主义在科学技术哲学的历史地位。 科学哲学研究的是科学的本质、科学的合理性、科学的研究活动、科学方法论、科学认识论、科学的逻辑结构、科学发展的规律等等，因而它与哲学的许多学科例如形而上学、认识论和逻辑学有

19、着密切的关系。 传统的科学哲学是形而上学的一部分，而现代科学哲学则是从反形而上学起家的，它在20世纪的第一个系统形态就是逻辑实证主义。在某种意义上说，逻辑实证主义的科学哲学兼具“科学哲学”和“科学的哲学”两重性质，因为它不仅以科学作为哲学的研究对象，而且试图使哲学具有“科学性”。不过，此后科学哲学的发展肯定出乎逻辑实证主义的意料：科学哲学家们不再关注科学的瞄问题，而是科学的“证伪”（波普尔）、科学的历史性（库恩），甚至科学的多元化问题（费耶阿本德） 勒内笛卡尔，著名法国哲学家、科学家和数学家。 最著名的思想就是“我思故我在”。意思是：“当我怀疑一切事物的存在时，我却不用怀疑我本身的思想，因为此

20、时我唯一可以确定的事就是我自己思想的存在”。 对人类、对世界、对上帝的绝对的怀疑 黑格尔称他为“现代哲学之父” 方法论（1637）及其附录几何学、屈光学、哲学原理 几何学中，将逻辑，几何，代数方法结合起来，解析几何的创立是数学史上一次划时代的转折。当现代科学走出了中世纪之后，许多哲学家都想划清“经验的科学”与“思辨的形而上学”或“超验的实在知识之间”的界限，以便从神学和经院哲学中解放出来。一些经验主义的哲学家提出了经验标准。20世纪逻辑经验主义者继承了这种传统，提出了所谓意义标准，想以此来划清科学与形而上学，科学与非科学的界限。他们认为，一个陈述如果与人们的感性经验有关联的才是有意义的，可以称

21、得上科学的东西，而与人们的经验毫不相干的陈述，超经验的陈述如“本原”、“神”、“理念”、“客观精神”、“物质体”之类的概念是无意义的，是非科学的、形而上学的东西。20世纪20年代。以马赫、彭加勒为思想先驱，借助于当时物理学革命的推动，由罗素和维特根斯坦等人开创。以维也纳学派为中心的逻辑经验主义运动，作为第一个完整的科学哲学体系，标志着现代科学哲学的诞生。逻辑经验主义以可证实性原则作为意义标准来排除形而上学，把科学哲学归结为以数理逻辑的方法对科学理论的结构作静态的逻辑分析，并致力于逻辑重建，在数十年内成为科学哲学中公认的正统观点。主要代表人物有石里克、卡尔纳普、亨普尔、赖辛巴赫等。恩斯特马赫(E

22、rnst Mach，1838年1916年)，奥地利物理学家、哲学家、心理学家、生物学家，1838年2月18日生于奇尔利茨。马赫在研究气体中物体的高速运动时，发现了激波。马赫确定了以物速与声速的比值（即马赫数）为标准，来描述物体的超音速运动，在力学上做出了历史性贡献。在哲学上，马赫是逻辑实证论者，并提出经验主义。哲学著作科学与假设、科学的价值、科学与方法，是约定主义哲学的代表人物。亨利庞加莱(Jules Henri Poincar)是法国数学家、天体力学家、数学物理学家、科学哲学家，1854年4月29日生于法国南锡。庞加莱的研究涉及数论、代数学、几何学、拓扑学、天体力学、数学物理、多复变函数论、

23、科学哲学等许多领域。 伯特兰罗素伯爵。是二十世纪英国哲学家、数学家、逻辑学家、历史学家， 1950年诺贝尔文学奖获得者，逻辑分析哲学创始人之一。数学原理西方哲学史。路德维希维特根斯坦（Ludwig Wittgenstein，18891951，）出生于奥地利，后入英国籍。哲学家、数理逻辑学家。语言哲学的奠基人，20世纪最有影响的哲学家之一逻辑哲学论哲学研究高考落败、英国剑桥大学三一学院问学于罗素，哲学教授，深厚的文化素养，文笔十分精湛。孤独和抑郁充满了维特根斯坦的一生，兄弟五人里，三名是同性恋者，这其中的两个兄长早年分别自杀，本人有自杀倾向，据称其本人参加一战就是为了“体面地自杀”。他的另一个兄

24、长在战场上被俘前自杀，在战争里幸存但致残的最后一位兄长，是著名的单臂钢琴家。 维特根斯坦的思想在原创性方面无与伦比。他所主张的哲学革命非常彻底，以至于人们不敢相信。这样一个超乎人们长期思维的论断让许多人望而却步。很少有超越他的革命思想。无论是赞成或者是反对，几乎没有什么人会继续他的理论深入地研究与做下去。 这点非常符合人性。人们喜欢且更容易接受一点一点的改进，常常会欣赏那些平庸但好像很有学问的学者，因为他们所想的正是一般人所想到的观点，所以很容易被人接受。但是像他这样一个极富创造性、思想及其前卫的人往往会使人敬而远之。马克斯普朗克的学生。物理学教授。阿尔伯特爱因斯坦的狭义相对论，现代物理学中的

25、时空,广义认识论。维也纳学派发表了科学的世界观：维也纳学派。1936年6月22日他在大学下楼梯去讲课时遇到了一个过去的学生，对方拔出一把手枪枪击了石里克的胸部。石里克逝世。摩里兹摩里兹石里克石里克，1882年4月14日1936年6月22日）是一名德国哲学家，维也纳学派和逻辑实证主义的创始人。卡尔纳普是学物理物理和数学出身的，在耶拿大学曾受业于弗弗雷格雷格门下，研究逻辑学逻辑学、数学数学、语言的概念结构。受罗素罗素和弗雷格弗雷格的著作影响。哲学上早期受新康德派新康德派的影响，他最早的作品如空间。论科学哲学，论物理学的任务和简化原则之应用等都可以看到这种影响的印迹。同时他受到了马赫实证论和经验论的

26、影响，使他完全走上了实证论的道路。世界的逻辑构造是卡尔纳普的代表作。重要贡献是科学语言的分析。鲁道夫鲁道夫卡尔纳普卡尔纳普（Rudolf Carnap，1891年5月18日1970年9月14日），是20世纪著名的美国分析哲学家哲学家，生于德国。经验主义经验主义和逻辑实证主义代表人物，维也纳学派的领袖之一。20世纪40年代后，科学哲学在批评和反对逻辑经验主义的过程中得到进一步发展。波普尔提出批判理性主义，反对建立在归纳主义方法论基础上的可证实性原则，代之以可证伪性原则，提出以知识增长的动态模式为研究中心，认为科学进步的主要机制是批判，但仍致力于追求普遍有效的方法论原则。主要代表除波普尔外，有拉卡

27、托斯和沃金斯（J.Watkins)等。卡尔波普尔（Karl Popper）出生于1902年7月28日生于奥地利维也纳，1946年迁居英国，1949年获得教授职衔。1965年，他经女皇伊丽莎白二世获封爵位，1976年当选皇家科学院院士。波普尔对归纳方法作为知识成长逻辑基础的质疑，不是一个原创性的发现。休谟早在200年前就提出“归纳问题”，罗素也曾以诙谐的方式重提（一只每天被主人照常喂养的鸡，怎么也“归纳”不出终有一天自己会被主人拧断脖子）。而维特根斯坦在1921年出版的文体独特的逻辑哲学论中清晰地重述了这一点：“归纳过程在于此：即我们采取能与我们的经验相协调的最简单的规律（6.363），可是这个

28、过程没有逻辑基础。科学发现的逻辑、猜想与反驳：科学知识的增长 拉卡托斯是数学 哲学家、科学哲学家。出生于匈牙利1944年在德布勒森大学毕业。加入匈牙利共产党。留学莫斯科大学。因政治原因被捕3年多。K.R.波普尔的学生和同事。他的主要学术著作在死后由他人整理成哲学论文集出版，第 1卷名为：科学研究纲领方法论，第2卷名为：数学、科学和认识论。高超的小提琴手，惟妙惟肖地描摹了云雀在枝头嬉戏跳跃与婉转啁啾的鸣唱 “重大科学成就的典型描述单位不是一个孤立的假说，而是一个研究纲领。纲领的“硬核”。如哥白尼纲领的硬校是地球和其他行星沿一定轨道绕太阳运行以及地球绕自己的轴每回旋转一次。牛顿纲领硬核是运动的三大

29、定律和万有引力定律。一个研究纲领的硬核是不可改变的，它是研究纲领今后发展的基础。改变硬核就是放弃研究纲领。 纲领的“保护层”。 “硬核”不可能象雅典娜那样从宙斯的脑壳里一下子就全副武装地跳出来。它是逐渐发展的，经过了试探和错误的漫长过程”。经过修正、丰富而改变、发展了的纲领的各种可反驳的变形，就构成了硬核的“保护层”。保护层具有灵活性，这种稳定性的硬核和灵活性的保护层，使得研究纲领成为具有结构的科学研究方法论。精致的证伪主义： 科学研究纲领方法论哥白尼的理论被教会当作伪科学而在1616年加以取缔，可是过了二百多年，即1810年又从禁书目录中撤销。事实已证明了它，因此它就变为科学；“1949年苏

30、联共产党中央委员会宣称孟德尔的遗传学是伪科学，它的支持者瓦维洛夫院长被杀死在集中营；孟德尔遗传学恢复了名誉。李森科 的“春化处理”，把学术问题上升为政治问题 。托马斯托马斯库恩库恩（Thomas Samuel Kuhn，1922年7月18日1996年6月17日），美国科学史家，科学哲学家，代表作为科学革命的结构。这本书的出版引起了科学哲学界的震动，一时间，自然科学界和社会科学界都形成了研究、讨论此书的热潮，从而为库恩赢得了世界性的声誉。这本书也是科学哲学的历史学派的奠基著作，原书只有180页，译成中文也只有12.7万字，但西方不少人却把它称之为一部“极其严谨的箴言录”。是当代美国著名科学哲学家

31、，因其观点趋于极端，维护和论证相对主义、非理性主义、反科学主义，提倡认识论无政府主义，所以被认为是当代科学哲学中的最大异端。费耶阿本德:奥裔美籍科学哲学家。自由社会中的科学、告别理性 在20世纪50年代，他主要是遵循波普尔的理论，批判逻辑实证主义的方法论。但他关于理论思维的作用，关于形而上学观念在认识中的作用，以及关于经验的批判力量依赖于理论竞争的思想，也对波普尔本人及其学派的观点有较大的影响。50年代末期，他的立场转向批判波普尔，其后言词更加犀利，态度更加激进，批判一切建立理论合理性的判据及科学知识进步的合理性理论。4 4科学实在论科学实在论 正确的方法认识事物和世界，创造了古代东方灿烂的科学、文化成果。