科学方法论(科学抽象和科学思维)

自然辩证法（科学技术哲学）——方法论（科学抽象和科学思维）
第三章科学抽象与科学思维
我们通过科学实践所获得的科学事实只是科学认识的基础，有待于上升为理论认识。

上升的方法就是科学抽象。

而科学抽象的成果常常表现为：概念、符号和思想模型，需要由不同的思维形式加以运用，进行深入的认知活动，从而把握客体的本质。

思维这种认知活动和认识形式有多种多样，主要有逻辑思维、形象思维和直觉思维。

第一节科学抽象
一．科学抽象的规定
即在思维中对同类事物祛除其现象的、次要的方面，抽取其共同的、主要的方面，从而做到从个别把握一般，从现象到达本质的认知过程和思维方法。

科学抽象是科学认识从感性阶段向理性阶段飞跃的决定性环节。

二．科学抽象的过程
1．完整的科学抽象思维过程包括：感性的具体抽象的规定思维的具体。

2．科学概念的制作：感性的具体指科学事实；抽象的规定指概念（或模型）
的各个要素；思维的具体指这些要素辩证综合所形成
的完整概念（或思想模型）。

3．科学理论的制作：感性的具体是科学事实，抽象的规定是未经综合的概
念、经验规律（如开普勒三定律）、科学假说等；思
维的具体是指经过辩证综合的、完整的科学理论体
系。

4．科学抽象的成果：包括科学概念、科学符号、思想模型等狭义形态，也
包括科学判断、科学假说和理论等广义形态。

三．科学概念
1．科学概念的特征：
a．一般概念特征：思维结构的基本单元，是认识之网的扭结。

有概念的外延和内涵两个方面的规定。

外延：概念所涉及的类的总和。

内涵：概念中所包含的思考的属性、关系和本质特征的总和。

b．科学概念：是科学认识中反映事物本质属性的思维形式。

科学思维的“细胞”，科学思维结构的基本单位。

科学是通过概念和概念之间的关系来反映事物的本质和规律性的。

c．科学概念的主要特征：可确定性；可检验性；可变动性。

2．概念抽象法，其要点：
a．抽取共同点：本质都是通过共同点表现出来的。

抽取的方法是分析、比较。

b．限定思路，缩小目标，深入思考：着重分析共同点中主要的东西。

舍弃
次要，逐步接近本质。

c．在思维中复现抽象后的对象。

如质点、刚体等概念。

四．科学符号——传递科学信息的承载体和分析的工具
从认识论角度看，符号是一定的可感知的物质对象，对它其中包含的意义、信息而言，它只是一种贮存、传递信息、意义的形式，充当被贮存、传递的信息的对象的形式代表。

1．符号系统分类
自然语言符号系统
科学术语符号系统
形式化语言符号系统2．自然语言符号系统特征：多义性、歧义性，语法结构非严格性和非统一。

有意义，化外音，弦外之音。

但有缺陷。

3．科学术语符号系统特征：专业化，特定性、单义性、明确性。

比较：自然语言中的“氧”，人工语言系统中的O2和O可以明确区别。

科学共同体是什么？其中重要的就是有一套“行话”术语。

符号是思想、意义的承载体，在方法上是科学研究的有力工具。

如计算机语言的发展。

自然语言相对人工语言是基础，是元语言，但又是繁杂的土地。

人工语言越来越精确化、抽象化，其中意义也越来越蒸发掉了。

五．思想模型——思维中的模型与可操作思想实验
1．思想模型及其特点
思想模型是科学家为了从事科学研究而在思维中建立的对原型高度抽象化的思想客体或思想事物，如原子模型、DNA双螺旋模型等，广义地说，它也包括数学模型。

2．理想模型
规定：是思想模型的特殊类型，具有高度抽象性，又具有高度理想化特征（数学的点、线、面、体；物理学中的质点、刚体、理想黑体；热力学中的卡诺循环等）。

思想模型的意义
对象最本质和基本过程的抽象，以最纯粹的形式表现出来。

体现了科学抽象的精华。

是科学抽象的最纯粹的过程。

是科学理论与现实原型之间的必要中介。

理论直接研究的对象。

三个功能：
●解释功能：对原型的摹写、样本。

能够借助于它对原型、观测和实验的
结果做出恰当解释；
●判据功能：可以间接起到关于原型知识真实性的判据作用；
●预见功能：对客体绝对化、纯粹化后的产物，往往可以超越现实条件，
揭示研究对象的理想情况可能出现的情况。

3．理想实验
理想实验是运用理想模型在思想中塑造理想过程，并进行严格逻辑推理的一种思维方法。

具有一般实验结构。

又具有假想的性质。

需借助逻辑以及形象的想象。

严格按照逻辑，抽象理想的过程，按照实际实验的基本步骤进行思维推演，
是思想的操作。

案例：伽利略理想惯性运动实验；反驳亚里士多德落体定律的逻辑推演；
爱因斯坦关于同时的相对性实验；关于惯性质量和引力质量等效的
理想实验。

第二节科学思维
纳入科学思维范畴的主要是逻辑思维。

对此研究比较多的，主要有：分析、综合、归纳、演绎、类比等。

它们是运用逻辑思维最重要的、最常见的科学方法。

现在也承认非逻辑的思维具有很强的科学创造性。

如形象思维（想象等）、直觉思维（灵感、顿悟等）。

逻辑思维又分为必然推理和或然推理的两类。

如归纳、类比等推理无必然推理结论，但是在科学研究中有极强作用，而演绎推理则结论实际上已经蕴涵在前提之中了，因此也有人把后者称为证明的推理，把前者称为发现的推理。

归纳是一个问题，但是它在科学发现中有重要作用。

一．逻辑思维
逻辑思维是在感性认识的基础上，运用概念、判断、推理等形式对客观世界的间接的、概括的反映过程，是科学思维的一种最普遍的类型。

（一）分析、综合和系统方法
1．分析方法
规定：将被研究对象整体分为各部分、方面、因素和层次等，并分别加以考察的认识方法。

类型：定性分析——问对象是否具有某种属性，“有没有”“是不是”。

定量分析——问对象的各种成分数量，“有多少”
因果分析——问对象变化的原因，“为什么”。

2．综合方法
规定：将已有的关于研究对象的各个部分、方面、因素和层次的认识联系起来，形成对研究对象整体性认识的方法。

特征：它以分析为基础，探索被研究对象的各个部分、方面、因素和层次直接和间接的联系以及联系作用的方式，即结构的机理与功能，由此形成一种新的整体性认识。

综合不是分析的线性叠加，不是拼凑，不是各个因素的简单加和。

分析离不开综合，综合也离不开分析。

3．系统方法
系统：相互联系、相互作用的若干要素构成的有特定功能的统一整体。

系统方法：要求人们把研究对象和过程视为系统来加以研究。

广义的系统方法实际上是一组系统方法论形态。

狭义的系统方法：系统分析方法、系统规划方法。

信息论方法：信息的控制传递方法——申农模型；
控制论方法：控制与反馈方法、黑箱方法、功能模拟方法。

4．系统科学的方法论原则
整体性：局部与整体；个别与一般；
动态性：活系统历史与现实；现状与发展；阶段性与连续性。

优化性：协同、整体优化。

模型化：抽象模型，模拟、仿真。

（二）比较、类比
1．比较
比较规定：比较是认识对象之间的相同点或相异点的逻辑方法。

比较类型
相同对象比较——求异；
相异对象比较——求同；
同异综合比较——求同求异；
比较的原则
对象应该具有可比性；应该选择与制定精确的、稳定的比较标准；在越是不同的对象中探求相同点，或越是在相同的对象中探求不同点，对于科学发现的意义就越大。

2．类比
规定：根据两个或两类对象之间在某些方面的类似或同一，推断它们在其他方面也可能类似或同一的或然逻辑推理方法，逻辑学上称为类比推理。

基本类型：
A有属性a、b、c、d。

B有属性a、b、c，
——————————————
则B也可能有属性d。

其他类型：
形式类比：根据两个领域的因果关系或规律性进行类比，可靠性比较高。

综合类比：以数学模型的关系的相似性为基础进行类比。

类比的特点：
结论是或然的；
类比所根据的相似性属性越多，类比的应用越为有效。

类比所根据的相似性属性之间越是相关联，类比的应用越为有效。

类比所根据的相似数学模型越精确，类比的应用也就越为有效。

但是，以上三条没有必然性。

类比的思维过程的基本环节：理想与比较。

类比是从已知跳跃到未知的一个有效的但是或然的推理方法。

（三）归纳和演绎
科学认识是从个别到一般，又由一般再到个别的过程。

通过个别认识一般的主要思维方法是归纳，由一般认识个别的主要思维方法是演绎。

1．归纳
归纳方法是从个别或特殊事物概括出共同本质或一般原理的逻辑思维方法，在逻辑上叫做归纳推理。

亚里士多德提出两类归纳法——简单枚举法和直觉归纳。

近代培根改进了简单枚举归纳法，提出要考虑各种条件和环境的归纳。

穆勒提出了因果关系的归纳五法——求同、求异、求同求异共用法、剩余法、
共变法。

归纳法的基础是归纳原理：
即如果在各种各样条件下，观察到的大量的S类对象，所有这些对象无一例外的有性质P，那么可以断定所有S具有P性质。

归纳问题：
如何证明归纳原理是正确的呢？即普遍有效呢？
归纳原理不能在逻辑被证明正确。

在时间T1观察到天鹅W1是白色的；
在时间T2观察到天鹅W2是白色的；
在时间T3观察到天鹅W3是白色的；
……
在时间T N观察到天鹅W N是白色的；
————————————————
所以，一切天鹅都是白色的。

但是终究会有一天观察有黑天鹅存在。

罗素的卓越归纳主义者火鸡的故事。

归纳原理不能在经验上被证明正确。

在场合X1运用归纳推理是有效的；
在场合X2运用归纳推理是有效的；
在场合X3运用归纳推理是有效的；
……
在场合X N运用归纳推理是有效的；
————————————————
所以，在任何场合运用归纳原理总是有效的。

用归纳原理证明归纳原理有效吗？
归纳法的局限性，在理论上到现在仍然无法得到解决。

但是归纳法在科学发现中有重要作用。

2．演绎
演绎方法是从一般原理推论出个别或特殊事物及其结论的方法。

演绎主义：科学的基础是公理（天赋、直观、不证自明），公理是所有科学理论的原始前提，由此通过演绎方法可以导出整个科学理论系统。

所以，科学的方法，就是演绎法。

演绎法在科学研究中的作用
论证理论；
解释理论；
也可以发现潜在问题。

公理化方法：
一般程序：
●选择只作公设的概念为基本概念；选择一类自明的陈述作为公理，无须
证明而置入系统；
●制定推理（推导）规则；
●依据规则从原初概念推导出新的概念，从公理演绎出新的陈述；
遵循同样规则，和步骤，从导出的陈述和公理中进一步推导出其他陈述。

公理化方法有它的局限。

系统本身应该具有一致性、无矛盾性。

哥德尔的“不完全性定理”已经证明数学公理系统的无矛盾性和完全性是相斥的。

通过牺牲完全性，来保证无矛盾性，希望创造新的公理化系统。

二．非逻辑思维——想象和形象思维
1．形象思维：在形象反映客体的具体形态的感性认识基础上，通过意象、联想和想象来揭示对象的本质及其规律的思维方式。

形象思维与逻辑思维的区别：前者利用意象进行联想和想象，后者运用概念进行判断和推理。

意象：对同类事物形象的一般特征的反映，通过印象、表象这些关于对象的生动的形象或“内心图画”反映事物特征。

联想：指从一事物想到另一个事物的思维活动。

2．想象：在联想基础上加工原有意象而创造新的意象的思维活动。

想象在科学发现中的作用和意义
爱因斯坦：想象力比知识更重要，因为知识是有限的，……想象力是科学研究中的实在因素。

想象的重要性主要在于它的猜想、创造力。

想象类型：
仿造想象——低级想象，模仿。

跳跃想象——新构想、新创意。

本部分阅读书目：
1．阿. 迈纳：《方法论导论》三联书店1991年版。

2．关崇明等编著：《科学探索和方法》，辽宁人民出版社1987年版。

3．维特根斯坦：《哲学研究》商务印书馆1996年版。

4．马修斯：《哲学与幼童》三联书店1992年版。