《7-科学研究中的逻辑思维与非逻辑思维-优秀PPT.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《7-科学研究中的逻辑思维与非逻辑思维-优秀PPT.ppt（88页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1第七章第七章 科学抽象与科学思维科学抽象与科学思维自然辩证法自然辩证法讲义讲义高亮华清华高校科学技术与社会探讨所Tel:62773013-233;82866697Email:lhgaotsinghua.edu 2问题 事实 假说与理论 个别 普遍 单称推断 全称推断 思 维 加 工 (科学抽象 科学思维)3n科学抽象是科学相识从感性相识阶段上升到理性阶段的飞跃的确定性环节。n科学思维，则是利用科学抽象的成果概念、符号和思想模型所进行的深化的相识活动，是主体把握客体本质的相识活动和相识形式。n逻辑思维、形象思维和直觉思维是科学思维的三种基本类型。4书目书目1 科学抽象2 科学思维：科学探讨中的
2、逻辑方法3 科学思维：科学探讨中的非逻辑方法 51 1 科学抽象科学抽象6概念概念n科学抽象是思维加工即科学相识由感性阶段向理性阶段飞跃的确定性环节n 感性具体 思维中的具体 n （科学事实）（科学理论）n 抽象的规定n （科学概念，符号、思想模型）综合分析7n感性的具体是科学事实n抽象的规定是未经综合的概念、阅历规律（如开普勒三定律）、科学假说等n思维的具体是指经过辩证综合的、完整的科学理论体系8n科学抽象：在科学探讨中通过对各种阅历材料的比较与分析，去其次要因素，抽取本质因素，形成科学概念或科学符号，以达到揭示探讨对象的普遍规律和因果关系的思维方法9n列宁：n“当思维从具体的东西上升到抽象
3、的东西时，它不是离开真理，而是接近真理。物质的抽象，自然规律的抽象，价值的抽象等等，一句话，那一切科学的（正确的、慎重的、不是荒唐的）抽象，都更深刻、更正确、更完全地反映着自然。”10科学抽象与科学发觉科学抽象与科学发觉n科学抽象的产物：科学概念、科学符号、思想模型。n广义地，还包括科学推断、科学假说和理论等。11科学概念科学概念n科学相识中人们对事物本质属性的相识，是科学思维的最基本的单元与形式n概念的外延和内涵：n外延：概念所涉及的类的总合。n内涵：概念中所思索的属性、关系和本质特征的总和。n两者既相互联系又相互区分。12n科学概念的特征n可确定性。指概念在逻辑上的可确定性，可接收性。因此
4、，概念的制作中是允许科学猜想和假设成份的。n可检验性。不仅要有逻辑上的可确定性，而且必须要有实践上的可检验性。包括干脆检验和间接检验。n确定的稳定性与可变动性的统一。科学概念的生命力在于随着相识的发展而深化、变更，甚至更新，但是在确定阶段和时段具有稳定性。13n科学概念的制作(通过抽象法)n抽取共同点:本质总是通过共同点而表现出来的，所以抽象首先要抽取共同点.n限制思路，深化抽取本质:共同点不等于本质，需经过辩证分析，有选择地重点深化，着重把握共同点中的本质的东西.n志向地复现对象:处理丰富内涵的概念，要对概念的要素进行辩证综合，或进一步志向化，志向地复现对象(如质点、刚性等).14科学符号科
5、学符号n符号：对象的人工指称物n从相识论角度看，符号是确定的可感知的物质对象，它在贮存、传递另一对象的信息方面充当另一对象的替代物。n假如A引起关于B的观念，那么A就是B的符号n特点：n物质性，n可感知性，n含义（被赐予）15#16n历史上的符号体系n自然语言:某一社会中历史地形成的一种民族语言。它的基本特征：多义性、歧义性、语法结构不够严格和统一。n人工语言符号系统n科学术语符号系统，如元素符号。n专业符号语言：形式化语言，是以数学、数理逻辑符号语言为蓝本的科学语言，如计算机语言。18n符号是思想、意义的承载体，在方法上是科学探讨的有力工具。如计算机语言的发展。n自然语言相对人工语言是基础，
6、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。n科学实践和科学抽象的产物，也是推动科学发展的不行缺少的工具。19思想模型思想模型n思想模型是人们为科学探讨而建立的对原型高度抽象化了的思想映象系统。n原子模型、DNA模型n广义地讲，思想模型也包括数学模型n思想模型是科学理论与现实原型之间的中间环节20n志向模型n思想模型的特殊类型，既具有高度抽象性，又具有某种极限特征。n如数学点、线、面，质点、刚体，志向气体。21n思想模型是科学抽象的产物，将对象的本质属性和基本过程以最纯粹的形式甚至以某种极限状态表现出来。科学理论探讨的干脆对象是思想模型。22n思想模型在
7、科学相识过程中的作用n，说明功能：由于它是对现实原型的摹写，所以应当与其试验基础相符合，从而能对有关现实原型的各种视察、试验事实作出科学说明。n，判据功能：以实践为基础建立的思想模型，可间接地起到关于原型学问的真实性的判据作用。n，预见功能：因是对客体确定化、纯粹化后的产物，往往可以超越现实条件，揭示探讨对象在志向条件下可能出现的状况。23n志向试验n运用志向模型在思维中塑造试验过程，并进行严密逻辑推理的一种思维方法。n它具有一般试验的结构模式，但又具有假想的性质。n严格依据逻辑，抽象志向的过程，依据实际试验的基本步骤进行思维推演，是思想的操作。n案例：n伽利略志向惯性运动试验；反对亚里士多德
8、落体定律的逻辑推演；n爱因斯坦关于同时的相对性试验；关于惯性质量和引力质量等效的志向试验。242 2 科学思维科学思维：科学探讨中的逻辑方法与数学方：科学探讨中的逻辑方法与数学方法法25n科学思维，则是利用科学抽象的成果概念、符号和思想模型所进行的深化的相识活动，是主体把握客体本质的相识活动和相识形式。n逻辑思维、非逻辑思维（形象思维和直觉思维）是科学思维的基本类型。26n比较与分类n归纳与统计n分析与综合n形式演绎法n数学方法27比较与分类比较与分类比较n确定对象之间的相同点与差异点的方法n同中求异n异中求同n比较可以在异类对象之间进行，也可以在同类对象之间进行，还可以在同一对象的不同方面、
9、不同部分之间进行 28n比较方法的作用n可以建立科学概念：如比重、比热等。n可以导致新的理论的诞生，如用比较的方法探讨自然地理，产生了比较自然地理学。用比较的方法探讨生物机体和器官，产生了比较解剖学，提出“同源器官”概念。n比较方法有其局限性，确定就简洁片面化。29n相同点的比较 n对于两个或两个以上对象进行比较而相识其异中之同 nA有a、b、c、dnB有a、b、cn则A与B具有相同的特性a、b、c 各种胚胎演化中的相同性比较各种胚胎演化中的相同性比较31n相异点的比较 n对于两个或两个以上对象进行比较而相识其同中之异.nA有a、b、c、d、enB有a、b、c、d、en则A以特性a、b、c与B
10、相异食昆虫食仙人掌的花和果食带坚硬外壳的种子雀啄的比较33n同异综合的比较 n对于两个或两个以上对象进行比较而相识其同中之异与异中之同.nA有a、bnB有a、bp、qn则A以特性a、b相像于B，又以特性p、q区分于Bn同异比较兼有前述两种比较的特点，能够供应较为全面的相识.34n比较方法的一些原则要点n事物之间的差异性和同一性是比较相识方法的基础。n比较必需在同一关系下进行：对象是否具有可比性：但可比性也是一个历史范畴。n选择与制定精确的、稳定的比较标准：定量比较的基础；也是定性比较所必需。n在越是不同的对象中探求相同点，或在越是相同的对象中探求不同点，对于的就越大。35n分类：依据对象的相同
11、点和不同点，将对象划分为不种类的方法n使困难的材料条理化、系统化，n谱化体系36归纳与统计归纳与统计归纳：从同类的个别事实推演出共同本质或一般原理的逻辑思维方法。是从个别到一般的思维方法（也是一种推理形式）个别 一般 单称 全称37n类型：n完全归纳法：如穷举法（前提完全）n不完全归纳法：n简洁枚举法n科学归纳法：n求同法，n求异法，n求同共异法n共变法n剩余法。38n完全归纳法：nS1PnS2PnnSnP n所以，SPn穷举法39n简洁枚举法：n如S1、S2、S3是S类事物的一部分对象，已知它们都具有属性P且无例外，则可推及该类事物S都有P的属性，n缺点：简洁犯“以偏概全”的错误，n例如：从
12、H2SO4、HNO3、H3PO4和H3BO5都含氧，得出一切酸都含氧，而HCL、HF等不含氧；n例如：一切金属都导电，而锗在通常状况下导电性很差。40n科学归纳法：引进了因果关系作为推理依据n求同法：场合 条件 探讨对象n 1 A、B、C an 2 A、D、E an 3 A、F、G an 所以，A是a的缘由41求异法：场合 条件 探讨对象 1 A、B、C a 2 B、C 所以，A是a 的缘由42求同共异法：场合 条件 探讨对象 1 A、B、C a 2 A、D、E a 3 F、G 所以，A是a 的缘由43共变法：场合 条件 探讨对象 1 A1、B、C a1 2 A2、B、C a2 3 A3、B、
13、C a3 所以，A是a 的缘由44剩余法：场合 条件 探讨对象 1 A、B、C a,b,c 2 B b 3 C c 所以，A是a 的缘由45n归纳法的作用：n与科学相识过程一样，有很大的创建性（科学发觉的逻辑），从范围较窄的一般原理到普遍的一般原理。46n局限性：n完全归纳法当然牢靠，但很难做到；n不完全归纳法具有或然性（须要多种方法协作）47归纳问题归纳问题Some AllNow Future由已经阅历到的东西不行能完全，不行能精确证明未阅历到的东西。归纳本质是不保真的、扩充了的论证。48n归纳原理不能在逻辑上得到证明：n在时间t1视察到天鹅x1是白色的，n在时间t2视察到天鹅x2是白色的，
14、n在时间t3视察到天鹅x3是白色的，nn在时间tn视察到天鹅xn是白色的，n所以，一切天鹅都是白色的。n事实上,存在黑天鹅.49n归纳原理也不能从阅历上证明：n在x1场合运用归纳原理是有效的，n在x2场合运用归纳原理是有效的，n在x3场合运用归纳原理是有效的，nn在xn场合运用归纳原理是有效的，n所以，在任何场合运用归纳原理总是有效的。n事实上，并非总是有效，不能保证总是有效。50n罗素火鸡问题n从前在一个火鸡饲养场里，有一只火鸡发觉，第一天上午9点钟主子给它喂食，后来每天上午9时都是。然而，作为一个卓越的归纳主义者，火鸡并不马上作出结论。它始终等到已收集了有关上午9点给它喂食这一阅历事实的大
15、量视察；而且，它是在多种状况下进行这些视察的：雨天和晴天，热天和冷天，星期三和星期四。最终，火鸡进行归纳推理，得出了下面的结论：“主子总是在上午9点钟给我喂食。”可是，事情并不像它所想像的那样简洁和乐观。有一天，主子并没有给它喂食，而是将他它宰杀了，而它通过归纳概括而得到的结论最终被无情地推翻了。这一天是圣诞节前夕。51n归纳辩护 n归纳法是到目前为止行之有效的科学方法，所以应接着运用。n问题：用归纳法证明归纳法，循环论证。n自然齐一律的辩护n自然界是有规律的，归纳法可以帮助我们发觉这些规律。n问题：n我们如何知道自然界是有规律的?n假如是归纳得出的，那么仍是循环论证。52n对归纳法的消解n科
16、学探讨中不应运用归纳法，而是假说否证法。n“假说否证法”的形式与“假说演绎法”的形式相像nTO，O，得到T。53n对归纳辩护的消解n对于全部的方法之辩护，都须要更基本的方法来说明。n归纳法是用以证明其他方法的最基本方法，它本身不能再被证明。54n黑天鹅事务n直到1697年一位探险家在澳大利亚发觉了黑天鹅之前，欧洲人始终认为天鹅都是白色的。因此，“黑天鹅”有时便用来表征着一种不行能存在的事物或不行能发生的事务。55n黑天鹅：如何应对不行知的将来（The Black Swan:The Impact of the Highly Improbable）n“黑天鹅事务”是指满足以下三个特点的事务：n稀有
17、性、n冲击性和n事后（而不是事前）可预料性。n我们面对的将来既有惯性的一面，也有无法预知的一面，后者或好或坏，让我们希望与恐惊。我们创建的文明与文化就是要抚平将来的不规则性，将将来纳入到可控的轨道上，尽管我们取得了巨大的成就，但世界最终照旧是我们所无法限制得了的。黑天鹅事务无处不在。56统计：所探讨的对象总体中抽出若干样本，然后依据样本的统计事实，推论出关于整体的结论归纳前提e：100名肺癌患者中70人吸烟归纳统计的结论h：吸烟是导致肺癌的缘由，概率确证度c(e,h)=0.70缺点：往往没有揭示事物的缘由与本质57形式演绎法形式演绎法n科学原理和科学体系必需遵循演绎逻辑的规则。n演绎主义：科学
18、的基础是公理(天赋、直观、不证自明),公理是全部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。从古代起先,欧氏几何就是演绎系统的典范。阅历科学中,也将时空的确定性看作也是一种自不待言、不证自明的公理。58n特点：从一般到个别，必定性；n要求：前提牢靠，推理合乎规则。n演绎中的公理：n凡对一类事物有所确定或否定，则确定对该类事物中的每一个事物都有所确定或否定。59n推理规则：n（1）白头翁会飞，王大爷是白头翁，所以王大爷会飞。（“似概念”的推理）n（2）有些金属是固体，水银是金属，所以水银是固体。（“周延”）60n三段论：演绎推理的基本形式，n大前提M
19、-Pn小前提S-Mn结论S-P61大前提：一切M是（或不是）P小前提：这个S是M结论：这个S是（或不是）P大前提：一切M是（或不是）P小前提：这个S不是 M结论：这个S是（或不是）P62n假言演绎法：以假言推断为大前提的演绎推理n假如P，那么qnP真或P假，q真或q假n所以q真或q假，P真或P假63n公理化方法n公理化是从尽量少的原始概念和在大量实践基础上概括出来的，具有逻辑简洁性的不证自明的原始命题动身，通过演绎推理来建构体系。n三个原则：n无冲突性n完备性n独立性64n由公理化方法所得的逻辑演绎体系称为公理化体系。欧几里得在几何原本中以23个定义、5条公设和5条公理作为动身点，推演出467
20、个数学命题，将古代关于几何学的学问系统化为一个逻辑上完备、严密的体系。几何原本不仅奠定的集合学的基础，而且提出了公理化方法的范例（虽然并不严格），对科学理论的发展产生了深远的影响。65n演绎法的作用：n为科学学问的合理性供应逻辑证明，这是主要的作用，如把学问联系起来，形成公理体系；n反对错误学说：n例如，伽利略反对“重物先落地”，n例如，“永动机”不行能。66n预见科学事实，提出科学假说：n例如：泡里提出“中微子”（衰变能量损失）n例如：门捷列夫修改原子量。n帮助检验假说：n例如，广义相对论验证，光线弯曲到空间弯曲67n局限性：n创建性小，结论原则上包含在前提之中，n主要用于“证明”，而不是“
21、发觉”，n牢靠性受前提制约。68数学方法数学方法n数学是探讨客观世界量与空间结构的科学。n数学方法是运用数学工具进行科学探讨的方法。n科学只有当它能成功地运用数学时，才算达到了真正完备的地步。69n数学方法的特点是：n高度的抽象性；n精确性，即逻辑的严谨性和量的确定性；n普适性。70n现实世界中任何物质系统都是质和量的统一体。一切科学技术探讨原则上都须要运用数学方法。数学方法为科学探讨供应了n简洁精确的形式化语言；n供应了定量分析和计算的手段；n供应了严密的逻辑推理和科学抽象的工具；n开拓了“数学试验”这种崭新的科学相识途径。71n数学模型方法n是通过建立和探讨客观对象的数学模型来 揭示对象的
22、本质特征和变更规律的方法。n数学模型的基本类 型有：确定性数学模型、随机性数学模型、突变性数学模 型、模糊性数学模型。n运用数学模型方法的步骤是：n抽取数量关系，建立数学模型；n对数学模型求解；n对模型解作出解 释和评价，形成对实际问题的推断或预见。72 科学思维科学思维：科学探讨中的非逻辑方法：科学探讨中的非逻辑方法73n非逻辑方法在科学发觉中的作用n非逻辑方法与创建性思维74联想与类比联想与类比n联想：从一个概念或事物想到有关的其他概念或事物的心理活动。n类比推理：依据两个（或两类）不同对象的部分属性相像，联想推论出两个（或两类）对象的其他属性也可能相像的一种推理方法。75n推理格式：nA
23、对象有：a,b,c,d属性nB对象有：a,b,c属性，且分别与a,b,c相像n所以，B对象可能有与d相像的d属性76n类比推理在科学探讨中的作用：n在各种逻辑推理中，最富于创建性；n应用范围广：n康德：“每当理智缺乏牢靠的论证思路时，类比这个方法往往能指引我们前进。”n对新的设计思想和技术原理的提出有重要作用：n 例如：“电子警犬”，“电子蛙眼”，“超声眼镜”；n 声纳、雷达的设计思想，n 类比是模拟试验的逻辑基础：n 物理模拟：因果类比、综合类比n 数学模拟（计算机模拟）：协变类比。77n类比推理的局限性：n类比法在各种推理方法中，牢靠性最小，n例如：勒维列“火神星”预言的破产n “火星人”
24、预言的破产。n不行靠的缘由：n类比法的客观基础不坚实：异中求同；n类比法的逻辑依据不充分：前提与结论只是一种可能性。78想象，灵感与直觉想象，灵感与直觉n想象：在头脑中改造记忆中的表象而创建新形象的过程n志向模型：质点，确定刚体，志向液体n可以直观形象地揭示对象的本质和规律，充分利用大脑右半球的思维实力。n更具有创建性，简洁突破思维活动中常规的限制。79n爱因斯坦：想象力比学问更重要，因为学问是有限的，想象力是科学探讨中的实在因素。80n灵感：主体对于反复思索而尚未解决的问题，因某种偶然因素或潜意识信息启发而得到突然顿悟的心理状态81n灵感的特征和作用nA、灵感是对人们长期艰苦劳动的一种报偿和
25、嘉奖n例如：阿基米德的发觉（金冠参假和浮力定律）82B、灵感是不知不觉产生的，要能刚好“抓住”例如：汤川秀树，刚好用笔登记83n产生灵感的条件：n因人而异：一般来说，环境清静，心情安静是产生灵感的好时间。n例如：原子在我家中费米在玩捉壁虎游戏时产生“费米统计法”n英国布朗发觉，浴盆、床铺和农村闲逛适宜产生灵感。n例如：汤川秀树在床上产生介子的预言。n例如：生物学家坎农利用夜间产生灵感。84n直觉：创建者在已有学问和阅历基础上对事物本质的干脆领悟和推断。n直觉思维是指思维对感性阅历和已有学问进行思索时，不受某种固定的逻辑规则约束而干脆领悟事物的本质的一种思维方式。85n直觉思维在科学相识中的作用
26、n1、直觉思维在科研创新中是不行缺少的，n爱因斯坦对科研相识过程的阐述：“从特殊到一般的道路是直觉的，而从一般到特殊的道路是逻辑性的。”n例如：狭义相对论建立的关键：直觉地形成了时间和空间概念，然后再用演绎方法86n依靠直觉思维进行选择n例如：1900年，普朗克提出能量子假说后，选择：n修改旧理论来维护经典物理学，n革命：创立量子力学（爱因斯坦选择光量子假说）n泡利的评价：爱因斯坦依靠了他的非凡的直觉实力。n 例如：求积分，除了一些手段和技巧外，全凭直觉实力。几何证明。87n科学家依靠“战略直觉力”，确定探讨发展的方向n例如：卢瑟福确定探讨原子核方向n玻尔评价：“卢瑟福很早就以他深邃的直觉而相识到由困难原子核的存在及其稳定性所带来的那些奇异而新颖的问题。n泡利指出：“物理学的新发觉对科学家的直觉和机灵有猛烈的要求88n直觉思维的局限性：n牢靠性最小，与类比方法相比，不受逻辑规则的约束；n不供应成果，只供应新的启示、设想、思路和途径。