大連理工大學,自然辯證法課件第三章馬克思主義科學技術(shù)方法論

第三章馬克思主義科學技術(shù)方法論第一節(jié)科學技術(shù)研究的辯證思維方法

第二節(jié)科學技術(shù)研究的創(chuàng)新思維方法

第三節(jié)科學技術(shù)研究的數(shù)學與系統(tǒng)思維方法

第四節(jié)科學技術(shù)活動的方法

第一節(jié)科學技術(shù)研究的辯證思維方法一、演繹方法演繹方法是從一般原理推論出個別或特殊事物及其結(jié)論的過程。它的根本特點是前提與結(jié)論之間具有蘊涵關(guān)系.例如:“自然界的所有事物都是普遍聯(lián)系、相互統(tǒng)一的，強、弱、電、引四種相互作用力是自然界的事物，所以，它們也是普遍聯(lián)系、相互統(tǒng)一的。”根據(jù)這一推斷，愛因斯坦在建立相對論后，力圖將宏觀的萬有引力與微觀的電磁力統(tǒng)一到一個數(shù)學框架；1967年美國物理學家從量子理論入手，成功將電磁力和弱力表達為相同的量子場。受此鼓舞，物理學家又提出將引力、電磁力、弱力、強力四種基本力統(tǒng)一起來的“大統(tǒng)一理論”。超炫理論、M理論就是該理論的最新成果。演繹法的分類⑴三段論推理法例子:物質(zhì)是永恒不變的物質(zhì)是可分的

恐龍是物質(zhì)粒子是物質(zhì)恐龍是永恒不變的粒子是可分的MＰＳＭ

所以,S是P

⑵假言推理法

充分條件假言推理法邏輯規(guī)則：不能否定前件，不能肯定后件（可以肯定前件，否定后件）

如果P，那么qP，

所以，q

例子：▲如果地球上發(fā)射的物體速度超過每秒11.2公里，那么它就能擺脫地球的引力；長征3號火箭發(fā)射的物體速度超過每秒11.2公里，所以，長征3號火箭發(fā)射的物體擺脫了地球的引力（發(fā)射成功了）。▲如果一個人體溫升高，那么他就身體有??；小張的體溫沒有升高，所以小張身體沒有病。（通過否定前件而達到否定后件）▲如果是動物，能自己移動身體；豬籠草不能移動身體，所以豬籠草不是動物。如果P,那么q非P所以，非q必要條件假言推理法：

邏輯規(guī)則：不能肯定前件，不能否定后件（否定前件，肯定后件）例子：▲只有自覺接受正確哲學指導，科研工作才能取得成就；這個科研小組蔑視正確哲學指導，所以這個科研小組科研工作不能取得成就?！挥胁晃菲D難險阻，才能登上科學高峰；我不畏艱難險阻，所以我能登上科學高峰。（通過肯定前件而達到肯定后件）▲這塊地只有水量合適，小麥才長得好；這塊地水量不合適，所以小麥長得不好。

只有P，才q

非p

所以，非q

只有p,才q

非q

所以，非p公理化方法是指從盡可能少的基本概念、公理、公設(shè)出發(fā)，運用演繹推理規(guī)則，推導出一系列的命題和定理，從而建立理論體系的方法。像歐幾里得幾何學、牛頓力學、希爾伯特幾何學，這些科學宮殿雖然富麗堂皇，其結(jié)構(gòu)卻很單純，全部結(jié)論都是由少數(shù)公理經(jīng)過演繹而來的。再如，希爾伯特通過引進點、直線、平面等基本概念以及結(jié)合、順序、合同等基本關(guān)系，建立若干基本公理，從而構(gòu)造出一個完備、簡單的公理體系，根據(jù)這一公理體系可以導出全部歐式幾何定理。經(jīng)過數(shù)理邏輯的發(fā)展，公理化方法更加形式化、符號化，不但大大提高了科學思維的能力與效率，也使智能機器人代替人的部分思維的希望變成現(xiàn)實。由公理化方法得到的邏輯演繹體系稱為公理化系統(tǒng)。建立公理化系統(tǒng)的一般程序：二、非演繹方法1.分析與綜合分析方法是把研究對象整體分為各部分、方面、因素和層次等,并分別加以考察的認識方法。例如：近代遺傳學的奠基人孟德爾發(fā)現(xiàn)的遺傳基本定律，就是用了分析法。在這項研究中，孟德爾認識到從整體上觀察植物雜交后代眾多性狀的遺傳行為，推導出它們的遺傳規(guī)律，是困難的。因此，他只選擇了其中7種穩(wěn)定而易于區(qū)別的相對性狀，以種子的圓和皺、子葉的黃綠、植株的高與矮等，分組研究。把分析方法成功地運用于雜交試驗，把豌豆眾多的性狀分解為簡單的要素，撇開其他各種復雜因素，將被考察的因素暫時從整體中抽取出來，允許其單獨起作用，從而進行精細、周密的考察，研究每一因素世代傳遞的行為?？梢?，分析方法對于孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳定律具有決定性的意義。孟德爾綜合方法是將已有的關(guān)于研究對象各個部分、方面、因素和層次的認識聯(lián)系起來，形成對研究對象整體性認識的認識方法。它以分析為基礎(chǔ)，探索研究對象的各個部分、方面、因素和層次之間的相互聯(lián)系的方式，由此形成一種新的整體性認識。辯證的綜合不是各個要素的簡單加和,本質(zhì)上是一種在分析基礎(chǔ)上的創(chuàng)造。例如，1953年，沃森和克里克提出的DNA分子結(jié)構(gòu)的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，就是對DNA分子各部分認識的一次綜合。他們一方面綜合了當時生物學家所揭示的DNA作為生物的主要遺傳物質(zhì)的信息傳遞功能；另一方面又綜合了生物化學家分析DNA各種成分的大量資料，特別是綜合了威爾金斯等人的DNA晶體X射線衍射圖樣和實驗數(shù)據(jù)，把DNA的整體結(jié)構(gòu)完整地再現(xiàn)出來。通過這一綜合，使人們對DNA的各個片段認識發(fā)展到從整體上把握了它的結(jié)構(gòu)和功能，由此人們從分子水平上闡明了生物遺傳和變異的機制就在于DNA分子的自我復制和改制。沃森和克里克:DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)2.歸納與概括歸納是從個別或特殊上升到一般。它分為完全歸納法和不完全歸納法（簡單枚舉歸納法和科學歸納法）。在近代自然科學中盛行的歸納法，實質(zhì)上是改進后的簡單枚舉法，比如，培根的“三表法”和穆勒的“穆勒五法”。培根的三表法和穆勒五法.doc

哈雷在概括所觀察到的彗星出現(xiàn)的周期時就采用了歸納的方法。他在1682年發(fā)現(xiàn)了一顆彗星，他又從資料中找到了l607年及l(fā)351年出現(xiàn)的彗星同他所觀察到的彗星有相似的軌道，因此推論它們是同一顆彗星，并且計算出這顆彗星每隔76年6個月出現(xiàn)一次。這種從綿延近百代的歷史記載中歸納和概括出彗星出現(xiàn)時間的方法就是歸納的方法。完全歸納法：根據(jù)某類事物中的每一個事物都具有某種屬性，推演出這類事物有此屬性的一般結(jié)論的推理方法。例如：數(shù)學上的窮舉法。三角形內(nèi)角之和為180度。優(yōu)點為結(jié)論可靠。缺點：困難簡單枚舉法：通過簡單枚舉某類事物中的一部分都具有某種屬性，而無一反例，由此推及全體，概括出該類事物的一切對象都具有此種屬性。例如：“金導電、銀導電、銅導電、鐵導電、錫導電；所以一切金屬都導電”。前提中列舉的“金、銀、銅、鐵、錫”等部分金屬都具有導電的屬性，從而推出“一切金屬都導電”的結(jié)論。優(yōu)點：方便。缺點：不完全。1.求同法。指被研究的現(xiàn)象在兩個以上的場合出現(xiàn)時，在每一場合中只有一個先行條件是共同的，那么，這個共同的先行條件被判明為是該現(xiàn)象的原因。場合先行條件被研究現(xiàn)象1A、B、Ca，b,c2A、D、Ea,d,e3A、F、Ga,f,g∴A是a的原因例如，遺傳的主要物質(zhì)基礎(chǔ)——DNA的發(fā)現(xiàn)，就是運用了這種方法。1944年，加拿大的阿維利和麥克勞德等人在前人基礎(chǔ)上盡享了細菌轉(zhuǎn)化實驗。他們分別用培養(yǎng)基加高溫殺死的有毒有莢膜的肺炎雙球菌、培養(yǎng)基加高溫殺死的有毒有莢膜的肺炎雙球菌的提取液、培養(yǎng)基加提取液中的DNA來培養(yǎng)無毒無莢膜的雙球菌，結(jié)果都能使它們轉(zhuǎn)變成有毒有莢膜的肺炎雙球菌（注射到動物體內(nèi)能致肺炎）。在上述不同場合中，DNA是不變因素，證明它是細菌轉(zhuǎn)化的原因。此后，DNA是遺傳物質(zhì)的結(jié)論才得到了公認?？茖W歸納法：引進因果關(guān)系作為推理依據(jù)。

2.求異法：指只有兩個場合，如果被研究的現(xiàn)象只出現(xiàn)在其中一個場合而在另一場合不出現(xiàn)，且這兩個場合只有某一個先行條件不同，那么，這個先行條件被判明為所研究現(xiàn)象的原因。

場合不同情況被研究對象1A，B，Ca,b,c2B,Cb,c

所以A是a的原因例如，巴斯德研究微生物的產(chǎn)生的原因，就曾運用了求異法。他把裝有有機物體的兩個瓶子，都加熱滅菌后，其中一瓶加了防塵裝置，另一瓶不加。過了一定時間，前一瓶毫無變化，后一瓶卻出現(xiàn)了很多微生物。由此說明，空氣中的塵埃是產(chǎn)生微生物的原因。場合不同情況被研究對象1A1，B，Ca1,b,c2A2,B,Ca2,b,c3A3,B,Ca3,b,c

所以，A是a的原因例如，有關(guān)體壓強、體積和溫度關(guān)系的波義耳定律、蓋-呂薩克定律核查理定律都是應用了共變法的結(jié)果。在等溫條件下作氣體實驗時，讓壓強的值逐漸改變，并測出相應的體積值，就能後運用共變法概括出體積和壓強的反比關(guān)系。同樣，在壓強不變的條件下，氣體的溫度越高，它的體積越大，體積和溫度成正比關(guān)系。由于共變法可以得到一個函數(shù)關(guān)系，它的可靠程度是比較大的。3.共變法：在所有場合中，A發(fā)生變化，研究現(xiàn)象a也隨之變化，則可判定A與a又因果聯(lián)系。4.剩余法：如果得知被研究的某一復合現(xiàn)象是由一組條件引起的，把其中已判明因果聯(lián)系的部分減去，那么，可判定剩余部分有因果聯(lián)系。

例如，海王星的發(fā)現(xiàn)。當天文學家觀察天王星時，發(fā)現(xiàn)了一組復合現(xiàn)象，即它在運行軌道上發(fā)生各種偏離；經(jīng)計算表明，這一現(xiàn)象是由另一組復合的條件所引起的，即已知幾個行星的吸引力是使天王星發(fā)生相應偏離的原因，由此推論，天王星的剩下一個偏離現(xiàn)象，很可能是由另一未發(fā)現(xiàn)的行星的吸引力造成的。后來，果然發(fā)現(xiàn)了這顆行星，取名為海王星。場合Ａ，Ｂ，C引起a,b,c

已知B,C是b,c的原因所以,A是a的原因海王星和地球大小比較

海王星

概括是一種從個別或特殊性認識上升為一般性認識的思維方法，是一種不完全歸納。歸納推理雖然結(jié)論不具有邏輯必然性，卻更明顯地表現(xiàn)出是一種由已知進到未知的方法。3.類比

類比是根據(jù)兩個或兩類不同對象的部分屬性或功能等相同或相似，推論出它們的其他屬性或功能等也可能相同或相似。類比推理的格式類比推理在科學研究和解決科學技術(shù)問題過程中具有啟發(fā)思路、提供線索、借助于某種規(guī)范（范例）而舉一反三、觸類旁通的作用?？茖W上的許多重要理論，最初都是通過類比法提出來的。例如，荷蘭物理學家惠更斯發(fā)現(xiàn)光像聲音一樣具有直線傳播、折射、反射、衍射等屬性，從而推出光也像聲音一樣具有波的性質(zhì)，從而提出“光的波動學說”；伽莫夫?qū)⒙晫W中的多普勒效應和光波中的“紅移”現(xiàn)象進行類比，提出了“宇宙膨脹假說”；達爾文創(chuàng)立進化論、盧瑟福提出原子結(jié)構(gòu)的行星模型、魏格納提出大陸漂移學說等，都使用了類比推理方法。不僅如此，類比方法還為科學界普遍采用的模型試驗和模型方法提供了邏輯基礎(chǔ)。類比通過對兩個或兩類對象的屬性、程式或定量計算進行比較，做出它們之間在某些方面具有相似點的結(jié)論。模型試驗和模型方法是以模型和原型之間的相似性為根據(jù)對原型和模型進行類比的。模型試驗以類比這種方法為基礎(chǔ)，它把模型上的實驗結(jié)果回推到原型上去，從而形成關(guān)于研究對象的若干推論和結(jié)論。類比方法是模型試驗、模型方法以至模擬方法的邏輯基礎(chǔ)。例如，在現(xiàn)代科學工程技術(shù)中人們利用模型試驗來研制新型飛機（風洞試驗）、通訊衛(wèi)星、設(shè)計水利電力工程、防震高層建筑等等，都是根據(jù)模型與原型的共同屬性（相似的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與相似的外部結(jié)構(gòu)），以模型試驗的性能來推斷原型的性能。生態(tài)學風洞實驗

飛機風洞實驗汽車風洞試驗“電子蛙眼”就是研究能跟蹤飛蟲的非常完善的蛙眼而設(shè)計出的能跟蹤天上的飛機、衛(wèi)星的技術(shù)仿生系統(tǒng)。科學家還根據(jù)蒼蠅翅膀后長著叫做楫翅的平衡棒的導航原理，研制成一種小巧的新型導航儀器——“振動陀螺儀”，以此保持飛機、火箭飛行的穩(wěn)定性。仿生學（模仿鳥類）

人類仿生的行為

昆蟲與仿生

開水壺的啟示讓瓦特發(fā)明火車

蒼蠅與宇宙飛船

電子蛙眼類比推理具有邏輯性和直覺性的雙重特征。首先，它是歸納和演繹的簡并縮合的過程。歸納-演繹-歸納。其次，直覺的心理過程。第二節(jié)科學技術(shù)研究的創(chuàng)新思維方法一、抽象思維與形象思維1．抽象思維以概念為基本要素，是在概念及其判斷的基礎(chǔ)上進行的推理。它通常是線性的。2．形象思維以意象（imagery）為基本要素，是在意象及其聯(lián)想（想象）和典型化的基礎(chǔ)上進行的推理。它通常是非線性的、并行的。善于掌握和運用抽象思維方法，決定著科學家能把經(jīng)驗層次的認識上升到理性認識。例如：丹麥天文學家第谷·布拉赫竭盡大半生精力從事天文觀測，獲得了極為豐富而精確的事實材料，這當然已是科學史上的重要貢獻。但他卻未能對這些材料進行科學抽象的加工制作，而是停留于經(jīng)驗層次的認識上，而德國天文學家開普勒主要以第谷所搜集和積累的經(jīng)驗材料為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮了科學抽象方法的功能，概括出了行星運動三定律。第谷·布拉赫開普勒

形象思維對科學發(fā)現(xiàn)具有重要的意義。例如法拉第時代人們受超距作用的影響認為電力、磁力和重力一樣是一種瞬時的超距作用力，法拉第認為這種超距作用與電磁感應的鐵屑形成美麗的曲線，就設(shè)想電荷或磁之間的空間中充滿著一種有傳遞力作用的媒質(zhì)，它們可以傳遞運動本身不轉(zhuǎn)移，猶如聲波，水波那樣。并由曲線的形狀猜測他們是像膠皮管那樣的東西，縱向收縮，橫向排斥；他們在兩個符號相反的磁極或電荷之間收縮，把刺激或電荷拉在一起，而在相同的刺激或電荷之間，這種膠皮管就把磁極或電荷推開。由此得出了電力線和磁力線的想法，從而運用形象思維建立了電磁“力場”的圖像和概念，說明電荷磁力的作用決非超距作用，力的大小和方向與周圍介質(zhì)有關(guān)，用清晰的形象思維在實驗的配合下，在缺乏數(shù)學計算工具和證明的情況下，提出了19世紀科學上最重大的發(fā)現(xiàn)——場。在科學思維中，抽象思維和形象思維是相互補充、相互滲透、相互促進的。在邏輯方法還走不通的地方，科學就要用非邏輯方法開辟新的道路；非邏輯方法打開通路后，又必須及時地在從舊認識到新認識之間的“深淵”上架起“邏輯的橋梁”。二、發(fā)散思維與收斂思維

1．發(fā)散思維（divergentthinking或稱“求異思維”）：在解決問題時，思維能不拘一格地從僅有的信息中盡可能擴展開去，朝著各種方向去探尋各種不同的解決途徑和答案。它的特點是流暢性、靈活性和獨特性。2．收斂思維（convergentthinking或稱“輻合思維”、“求同思維”)：在解決問題的過程中，思維能盡可能利用已有的知識和經(jīng)驗，把眾多的信息逐步引導到條理化的邏輯系列中去，從所接受的信息中產(chǎn)生邏輯的推論。例如，洗衣機的發(fā)明就是如此，首先圍繞“洗”這個關(guān)鍵問題，列出各種各樣的洗滌方法，如洗衣板搓洗、用刷子刷洗、用棒槌敲打、在河中漂洗、用流水沖洗、用腳踩洗等等，然后再進行收斂思維，對各種洗滌方法進行分析和綜合，充分吸收各種方法的優(yōu)點，結(jié)合現(xiàn)有的技術(shù)條件，制訂出設(shè)計方案，然后再不斷改進，結(jié)果成功了。發(fā)散思維和收斂思維的優(yōu)化綜合是一切創(chuàng)造性思維的共性特征。創(chuàng)造力較高的人兼有發(fā)散思維和收斂思維兩種能力。三、頓悟——直覺與靈感：1.直覺

直覺是在已有知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上不受某種固定的邏輯規(guī)則約束而直接領(lǐng)悟事物本質(zhì)，是對客觀事物的本質(zhì)特征和普遍規(guī)律的直接領(lǐng)悟的深刻理解。這種領(lǐng)悟和理解取決于經(jīng)驗的積累，只有當經(jīng)驗積累達到融會貫通產(chǎn)生“共鳴”時，直覺的領(lǐng)悟和理解才能發(fā)生?？茖W史中一個關(guān)于直覺的典型例子來自美國著名的女遺傳學家麥克林托克。她在大量觀察和深思的基礎(chǔ)上，憑借直覺得出了玉米籽粒的顏色發(fā)生變化的原因:在玉米籽粒發(fā)育的過程中，某些基因在染色體上或者染色體間“跳躍”而移動位置，使得控制顏色的基因表達發(fā)生了改變。不過麥克林托克無法清晰地說明自己的思維過程，而且也沒有相應的實驗證據(jù)，因此當她1951年首次提出“轉(zhuǎn)座子”這一概念時并未被接受。隨著科學研究的進展，1967年第一個有實驗證據(jù)的轉(zhuǎn)座子在大腸桿菌中被發(fā)現(xiàn)了，研究還表明其他物種的基因組中葉存在有轉(zhuǎn)座子。麥克林托克的貢獻終于在70年代得到了廣泛的承認，并且獲得了1983年的諾貝爾獎。麥克林托克2.靈感靈感是主體對反復思考而尚未解決的問題，因某種偶然因素或潛意識信息啟發(fā)而得到突然頓悟的心理狀態(tài)。它在本質(zhì)上是認識過程中的需要誘發(fā)的心靈受激感應活動。靈感的基本特征：發(fā)生的突發(fā)性（隨機性）、顯現(xiàn)的瞬時性、認識成果的突破性、常伴有情感的波動。靈感在科學創(chuàng)造中具有重要作用：它能使人們在思維的困境中突然領(lǐng)悟到問題的癥結(jié)或本質(zhì)；也能使人們產(chǎn)生意想不到的創(chuàng)造性設(shè)想，為創(chuàng)造者提供富有啟發(fā)的解題線索,或溝通發(fā)明思路，或涌現(xiàn)新穎的創(chuàng)造方案，或指出全新的探索方向。凱庫勒發(fā)現(xiàn)苯環(huán)的故事.doc

一、數(shù)學思維方法1.數(shù)學方法及其特點所謂數(shù)學方法，是指將數(shù)學成果工具化，利用數(shù)學所提供的概念、理論和規(guī)律，對客觀事物進行量、序、形的分析、推導和計算，從而揭示事物內(nèi)在聯(lián)系和本質(zhì)規(guī)律的方法。數(shù)學方法的特點：數(shù)學方法作為一種形式化的認識方法和手段，具有高度的抽象性、嚴密的邏輯性、應用的廣泛性和科學的預見性等特點。第三節(jié)

科學技術(shù)研究的數(shù)學與系統(tǒng)思維方法2.數(shù)學方法的作用第一，數(shù)學方法為科學技術(shù)研究提供簡潔精確的形式化語言。例如量子力學的產(chǎn)生就是一個很好的例子。1923年，在德布羅意提出物質(zhì)波的假說以后，人們更清楚地認識到量子論的研究對象就是具有波粒二象性的微觀粒子。由于微觀粒子與古典粒子具有本質(zhì)得不同，他不服從古典粒子的運動規(guī)律，因此，尋找微觀粒子的運動規(guī)律，并把這個規(guī)律用精確的數(shù)學形式表達出來，便成為量子論能否繼續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性問題。第二，為科學研究提供數(shù)學分析和計算方法。例如，17世紀牛頓、布萊尼茨創(chuàng)立的微積分學，提供了研究函數(shù)變化與積累的數(shù)學方法，促進了力學和物理學的迅速發(fā)展。另外，英國科學家狄拉克在推導電子方程時發(fā)現(xiàn)，除了負電子外還應有正電子。他證實了狄拉克方程的預言是正確的。以上說明數(shù)學對電子學的發(fā)展有著重大預示的作用。第三，為科學研究提供邏輯推理和證明工具。例如，20世紀初物理學的兩大成果——相對論和量子力學的產(chǎn)生，除物理學本身的原因外，在很大程度上也得力于新的數(shù)學工具——非歐幾何與希爾伯特空間的運用和數(shù)學邏輯推理。所以他們的很多結(jié)論都先于科學觀測與實驗證明，成為著名的科學預見。在這里，數(shù)學作為“辯證的輔助工具和表現(xiàn)方式”得到了充分的體現(xiàn)。3.數(shù)學模型方法所謂數(shù)學模型方法，是指對研究對象進行量的分析、推導與演算，用數(shù)學形式來表述事物的狀態(tài)、關(guān)系和過程的科學方法。數(shù)學模型方法是通過建立和求解數(shù)學模型的途徑來發(fā)揮其功能的。其基本程序為：（1）把觀察實驗中的實際問題提煉為數(shù)學問題，即把研究對象的各個主要因素轉(zhuǎn)化為可測定的基本量；（2）分析各基本量的變化及相互關(guān)系，建立數(shù)學模型；（3）進行數(shù)學的運算和推導，找出數(shù)學解；（4）對結(jié)果做出符合實際的解釋。數(shù)學模型方法有極廣泛的應用和重要作用。首先，可以精煉和確切地把握事物的本質(zhì)。主要表現(xiàn)在數(shù)學模型和運用數(shù)學模型的量的推演上。例如，伽利略所建立的自由落體定律數(shù)學模型S=1/2gt2和牛頓所建立的萬有引力定律的數(shù)學模型P=G·m1m2/r2,把許多豐富而深刻的科學內(nèi)容簡明完美地表達了出來，這是只用自然語言不易表達的。再如，忽略電感和電容，可以用P=(V02/R)cos2wt來表示交流電路中的功率，這個數(shù)學模型的科學意義是明確和嚴格的，但幾乎無法用自然語言講清楚。其次，有助于人們做出科學預言，發(fā)現(xiàn)新事實，新規(guī)律。例如，法國天文學家勒維烈“發(fā)現(xiàn)”海王星，首先不是來自天文觀測而是依據(jù)量的演繹用筆算出來的。他運用萬有引力的數(shù)學模型對天王星的攝動現(xiàn)象進行了復雜的計算，推斷出在某個位置上必定會有一顆未知的行星，爾后才經(jīng)天文天的搜索得到證實。再如，門捷列夫發(fā)現(xiàn)化學元素周期律及對某些化學元素的科學預見，也表明了數(shù)學分析和量的演繹的功能。再次，幫助思維推演出科學假說，離開了數(shù)學模型方法，理論思維是走不遠的。例如，相對論的建立與“以太說”的邏輯矛盾相關(guān)，導致量子論假說產(chǎn)生的“紫外光災難”乃是一種尖銳的邏輯矛盾——根據(jù)瑞利-金斯公式，當輻射的波長無限小時可以獲得無限大的能量。正是為了消除這個矛盾，普朗克才運用數(shù)學內(nèi)插法提出新的輻射公式，并在此基礎(chǔ)上形成了與能量連續(xù)性觀念根本不同的假說，突破了經(jīng)典物理學的概念框架?？傊?，數(shù)學方法體現(xiàn)為一種抽象思維的力量，日益受到人們的重視，離開了這種抽象的認識手段，理論研究是走不遠的。恩格斯指出：“數(shù)學：辯證的輔助工具和表現(xiàn)方式?！眲虼髮W的數(shù)學橋二、系統(tǒng)思維方法1.系統(tǒng)方法及其基本原則系統(tǒng)方法是將所要研究的對象作為一個系統(tǒng)整體，著重從研究系統(tǒng)的整體與要素、要素與要素、要素與環(huán)境的相互關(guān)系、相互作用中，綜合地、定量地考察對象，以達到全面、精確地把握對象，并對問題作出最佳處理的方法。系統(tǒng)方法的基本原則：第一，整體性原則。基于要素對系統(tǒng)的非加和性關(guān)系和要素與要素的相干性、協(xié)同性關(guān)系；研究系統(tǒng)時，從整體出發(fā)，立足于整體進行分析。第二，動態(tài)性原則。系統(tǒng)方法把系統(tǒng)看成是動態(tài)的“活系統(tǒng)”，隨時間箭頭而演化。因此，在研究系統(tǒng)時應當把系統(tǒng)發(fā)展的各個階段統(tǒng)一加以研究，以把握其過程和未來趨勢。第三，最優(yōu)化原則。是系統(tǒng)方法的目的和要求。這一原則要求在研究解決問題時，統(tǒng)籌兼顧，多中擇優(yōu)。第四，模型化原則。即將真實系統(tǒng)模型化，作成放大或放小的實物模型或理論模型、數(shù)學模型、符號模型等。使模型的形式和尺度符合人的需要和可能，適合人的選擇。2.系統(tǒng)方法的一般步驟（霍爾三維結(jié)構(gòu)）：邏輯椎、知識錐、時間錐。霍爾三維結(jié)構(gòu)圖示3.系統(tǒng)方法的作用第一，系統(tǒng)方法是研究與處理復雜系統(tǒng)的有效工具。第二，系統(tǒng)方法為科學思維提供了新的思維模式。第三，系統(tǒng)方法為人們提供了制定系統(tǒng)最佳方案以實行優(yōu)化組合的優(yōu)化管理手段。都江堰水利工程由創(chuàng)建時的魚嘴分水堤、飛沙堰溢洪道、寶瓶口引水口三大主體工程和百丈堤、人字堤等附屬工程構(gòu)成?？茖W地解決了江水自動分流、自動排沙、控制進水量等問題，消除了水患，使川西平原成為“水旱從人”的“天府之國”。兩千多年來，一直發(fā)揮著防洪灌溉作用。截至1998年，都江堰灌溉范圍已達40余縣，灌溉面積達到66.87萬公頃。例：系統(tǒng)工程的典范——都江堰水利工程第四節(jié)科學技術(shù)活動的方法一、科學實踐的方法二、技術(shù)活動的方法一、科學實踐的方法

在現(xiàn)代的科學研究條件下，一個相對完整的研究過程主要包括以下環(huán)節(jié)：確定科研選題、獲取科學事實、進行思維加工、實踐檢驗論證和建立理論體系?？茖W觀察和科學實驗是科學實踐的基本形式，也是獲取科學事實最基本、最普遍的方法。（一）科學觀察1．科學觀察：就是在一定理論思維指導下，通過感官或借助科學儀器，在自然發(fā)生的條件下有目的、有計劃地感知研究對象，以獲取科學事實。2．科學觀察分為直接觀察和間接觀察（通過儀器等）。后者能提供更準確的觀測結(jié)果。直接觀察有其局限性：（1）范圍有限（2）靈敏度不固定（3）反應速度有限。直接觀察發(fā)展到間接觀察，是科學技術(shù)發(fā)展的必然。儀器在觀察中具有十分重要的作用：（1）擴大了感覺范圍（2）排除了感官的錯覺（3）提供了可靠的計量標準（4）提供了準確的記錄手段3．科學觀察在科學研究中具有重要作用第一，科學觀察是獲取科學事實的一種重要手段，它為科學假說的提出和科學理論的形成提供第一手原始材料；為驗證科學假說和理論提供事實根據(jù)。李時珍的《本草綱目》，達爾文的《物種起源》。1916年，英國物理學家愛丁頓在日全食觀測到星光在太陽附近發(fā)生彎曲的事實，為廣義相對論提供了有利的證據(jù)，就說明觀察的檢驗作用的著名實力之一?？臻g彎曲引力探測器B星光在太陽引力場中彎曲Spacetime球球換明顯的太陽，地球1915年愛因斯坦的廣義相對論發(fā)表，并計算出星光在穿過太陽附近時所產(chǎn)生的偏折角度為1.75角秒。這就是廣義相對論的“光線偏折”的預言?？茖W家對愛因斯坦預言的反應是很不相同的，相信的少，懷疑和反對的多。愛因斯坦雖然對自己的理論信心百倍，但怎樣才能被廣泛接受呢？唯一的辦法是用觀測來證實，即在日全食的時候觀測太陽周邊的恒星位置，大家都期待著盡快看到觀測結(jié)果。從1912年起到1922年十年期間，天文學家進行了很多次日食觀測，并不是一帆風順。其中最為成功的是英國天文學家愛丁頓領(lǐng)導的1919年在非洲普林西比島的日食觀測。

1915年愛因斯坦又完成廣義相對論，非常完美地把相對論理論推廣到普遍的情況。但是，其觀念之新，數(shù)學方法之難，讓人們難以理解。當時，牛頓的萬有引力理論已經(jīng)深入到物理學和天文學的各個研究領(lǐng)域，被認為是正確無誤的?？墒牵瑥V義相對論卻認為，萬有引力不是一般的力，而是時空彎曲的表現(xiàn)。比如牛頓力學認為月球繞地球運轉(zhuǎn)是因為月球受到地球引力的吸引，但廣義相對論則認為是地球的質(zhì)量扭曲了附近的時空，月球在彎曲時空以最自然的方式運行，走出了一條繞地球運轉(zhuǎn)的曲線。就如火車沿鐵軌運行一樣，當鐵軌變彎曲后，火車自然沿彎曲的鐵軌運行。這種全新的觀念，不僅很難被普通人所理解，當時連很多物理學家都加以反對。為了證明廣義相對論的正確，愛因斯坦求助于天文學觀測，提出了三個可以用天文學觀測來驗證的廣義相對論效應。首先愛因斯坦用廣義相對論解決了長期懸而未解的水星近日點附加進動問題，計算結(jié)果與觀測符合得很好；第二個效應是預言了光線在太陽引力場中會彎曲；第三個是預言恒星發(fā)出的光譜譜線由于強大引力的作用會使其波長變長，也就是發(fā)生引力紅移。果然，經(jīng)過科學家們的努力，愛因斯坦的這幾個預言都得到了驗證，廣義相對論也成為一門新興的學科。愛丁頓是當時深知廣義相對論偉大意義的少數(shù)科學家之一，成為用天文觀測驗證廣義相對論最成功的科學家。日食觀測和星光彎曲的驗證原理怎樣才能證實恒星發(fā)出的光經(jīng)過太陽附近會發(fā)生偏折呢？我們觀測恒星的光學輻射都是在夜晚，原因是要避開太陽耀眼的光芒，因此不可能觀測來自太陽方向的恒星的輻射。只有在日全食的食既至生光的短暫期間，當月球把太陽圓面完全遮擋的時候，來自太陽方向的恒星才可能被觀測到。但它因為太陽引力場的影響而偏離了實際恒星位置(即夜晚的位置)。這個位置偏離很小。由于地球公轉(zhuǎn)引起太陽在天球上的視位置有一個周年運動，即每天的同一時刻太陽在星空背景上的視位置都不同，要移動差不多一度，全年正好移動一周。所以，白天出現(xiàn)在太陽背后的星空，幾個月前或幾個月后，將在夜間出現(xiàn)。因此在幾個月后可以拍下日食時觀測的天區(qū)。對比日食時拍下的太陽背后的星空和太陽不存在時的同一星空照片，就可以測量出恒星位置的偏離。雖然在同一個地點看到日全食的機會很少，但是就全地球來說，大致每三年可以發(fā)生兩次日全食，因此天文學家有不算太少的機會驗證星光是否會因太陽的影響而彎曲。在愛因斯坦這個預言提出以前，天文學家已經(jīng)進行過很多次的日全食觀測，留下了不少日全食時拍下的太陽方向的星空照片，這些照片就像在夜晚拍攝的天空照片一樣。一些學者利用過去的日食期間拍到的恒星位置來尋找恒星的光線偏折的證據(jù)，結(jié)果很不理想，不能明確地支持愛因斯坦預言的光線偏折理論。當時懷疑廣義相對論的學者比較多，他們就匆忙下結(jié)論說，觀測并不支持愛因斯坦的預言。其實，以往的日食觀測資料是不適宜用來檢驗的，因為日食觀測時要使望遠鏡跟著太陽走，而不是跟蹤要觀測的恒星。由于太陽的視運動和恒星的視運動速度稍有差別，導致日食時拍下的照片上恒星的圖像比較模糊，不可能給出精確的位置。早期的日食驗證實驗.早在1912年10月在南美洲北部有一次日全食，阿根廷Córdoba天文臺準備觀測恒星的光線偏折，但是不巧，日食當天，陰云密布。之后，第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，從1914年8月開始到1918年11月結(jié)束，歷時四年零三個月。這一期間，天文學家仍然積極組織日食觀測，希望驗證或否定愛因斯坦理論。

1914年8月東歐的日食是一次很好的機會，這次日食帶是從東歐的西北到東南。年輕的德國天文學家ErwinFreundlich，決定再作嘗試，驗證愛因斯坦理論。首先是遇到嚴重的經(jīng)費上的困難，驚動了愛因斯坦。愛因斯坦提供自己的并不富余的經(jīng)費，F(xiàn)reundlich又與其他國家的天文學家聯(lián)系，尋求合作，以取得經(jīng)費上的支持。他得到唯一的支持來自美國天文學家坎普貝爾(Campbell)和美國里克天文臺組成的觀測隊。后來，柏林科學院也提供額外的經(jīng)費支持。日食預期發(fā)生在8月21日，德、美日食觀測隊選擇俄羅斯靠近基輔的地方扎營。不幸的是，1914年8月1日，德國決定向俄國宣戰(zhàn)，這些觀測日食的德國天文學家成為俄國人的戰(zhàn)俘。俄國把年長的天文學家強制驅(qū)逐出境，而把年輕隊員投入戰(zhàn)俘營。雖然俄國允許美國天文學家留下來觀測日食，但是天公不作美，日食那天烏云密布?？财肇悹柡髞韺懙?，我第一次感覺到，云彩讓觀測日食的天文學家如此的失望。

1918年6月美國的日食又給天文學家一次機會，還是因為受云彩的影響，坎普貝爾的觀測隊只獲得很少的照片，資料處理結(jié)果表明，不能證實愛因斯坦的光線偏折，這使懷疑愛因斯坦理論的人，包括坎普貝爾非常高興。亞瑟?斯坦利?愛丁頓爵士是英國著名的天文學家、物理學家，1882年12月28日生于肯德爾，1944年11月22日去世。他16歲時即考進曼徹斯特大學前身的歐文學院，23歲畢業(yè)于劍橋大學三一學院，1906年到格林尼治天文臺工作，1913年任劍橋大學天文學教授，1914年后兼任該校天文臺臺長。愛丁頓和1919年日全食觀測在第一次世界大戰(zhàn)期間，英國人并不太清楚德國的科學進展，愛丁頓在1919年寫了“重力的相對理論報導”，第一次向英語世界介紹了愛因斯坦的廣義相對論理論。

1920年，愛丁頓把愛因斯坦著名的質(zhì)能關(guān)系應用于恒星能源的研究，提出太陽的能量來源于太陽內(nèi)部的原子核反應。1923年他出版了《相對論的數(shù)學原理》一書，該書被愛因斯坦譽為該領(lǐng)域的最佳作品之一。愛丁頓博學多才，天文、物理和數(shù)學門門精通，出類拔萃，先后擔任英國皇家天文學會會長、英國物理學會會長、英國數(shù)學協(xié)會會長尤其在天文學方面的貢獻更突出，從1938到去世的1944年擔任國際天文學聯(lián)合會主席之職。

1915年，愛因斯坦在柏林科學院宣布他的廣義相對論時，英國和德國正處于戰(zhàn)爭狀態(tài)，無法向英國同行交流和討論。愛因斯坦輾轉(zhuǎn)托人將論文送到當時擔任英國皇家天文學會秘書的愛丁頓手中。在愛因斯坦眼里，以愛丁頓的學識和水平是能夠理解、支持廣義相對論的。果然，不出愛因斯坦所料，愛丁頓很快就成為當時國際上真正理解相對論的少數(shù)科學家之一。當時有一個傳說：有記者問愛丁頓說是否全世界只有三個人真正懂得相對論，愛丁頓回答“誰是第三個人？”愛丁頓本人深信廣義相對論的正確的，但是，當時有非常多的學者不相信，最好的辦法只能是用實實在在的觀測事實向世人證明廣義相對論的正確性。愛丁頓對1919年的日食特別重視。由于第一次世界大戰(zhàn)英國和德國是交戰(zhàn)的雙方，在一段時間里，英國人強烈反對德國的一切，而愛丁頓是一位和平主義者，他拒絕參戰(zhàn)，但樂意自愿地幫助那些受難的平民。他由于和平主義觀點而受到激烈的攻擊，被當局視為要被監(jiān)視甚至關(guān)押的對象。他深感由他出面申請1919年的日食觀測是不合時宜的。這時，英國天文學家戴森(Dyson)提出一個組織日食觀測隊的計劃。他指出，1919年的日食提供給英國天文學家一個檢驗愛因斯坦理論正確與否的理想機會，在這次日食時，太陽將接近畢星團(Hyades)中的比較亮的恒星。毫無疑問，這是愛丁頓的促進的結(jié)果。戴森也是一位著名的天文學家，1889年畢業(yè)于劍橋?qū)W院，終生在英國皇家天文臺工作(格林尼治和愛丁堡天文臺)，他參加過自1900年以來的多次日食觀測，是具有十分豐富的觀測經(jīng)驗。政府批準了他的申請，并通知愛丁頓，不管他是否愿意，他必須參加戴森的日食觀測隊，這是對愛丁頓堅持和平主義觀點的“懲罰”。愛丁頓喜出望外，忠實地執(zhí)行這個“最后通牒”。按照計劃，英國派出兩支日食觀測隊，一支到南美洲巴西的索貝瑞爾(Sobral)，由戴森親自領(lǐng)隊；一支到非洲西岸的普林西比島(Principe)，由愛丁頓領(lǐng)導。觀測隊各攜帶一臺33厘米口徑的天體照像儀，巴西觀測隊還多帶了一臺10厘米口徑的光學望遠鏡。

1919年5月29日的日食,始于智利和秘魯?shù)慕尤捞?，越過南美，經(jīng)過大西洋，然后到非洲的中部。都離赤道不遠。但是，全食延續(xù)時間最長的地方是在大西洋中，離利比里亞海岸幾百公里的地方。雖然戰(zhàn)爭已經(jīng)在1918年11月結(jié)束，但一切都很混亂。觀測隊必須提前到達觀測點做各種準備。旅游部門提醒，到普林西比島最好的時間是6月到9月，其他時間都是悶熱。愛丁頓觀測隊于1919年4月下旬到達普林西比島，在悶熱天氣、暴雨襲擊和蚊蟲叮咬的困難條件下做各種各樣的準備工作。一切的準備就為了那下午2：15開始的5分鐘的觀測。在至關(guān)緊要的日食當天，普林西比島的早上還是風雨交加，但到日食時卻變得風和日麗，愛丁頓拍了多張照片，但僅有2張顯示出恒星的像。巴西的索貝瑞爾天氣很好，用天體照像儀拍了19張照片，用小望遠鏡拍了8張。但是，天體照像儀出了問題，焦點嚴重的改變了，導致星像模糊，降低了恒星位置的精確度。在理想的情況下，預言的相對論效應僅導致在照像底片上1/60毫米的位移，只有恒星圖像直徑的1/4。小望遠鏡拍的照片倒是很清楚銳利，但是尺度更小。名聲鵲起：愛因斯坦理論被證實幾個月后，觀測隊回到英國。3個觀測設(shè)備的觀測資料處理的結(jié)果并不完全相同。在普林西比觀測的照片的結(jié)果是平均為1.61±0.30角秒,巴西的天體照像儀的結(jié)果是0.93角秒,小的望遠鏡的照片的結(jié)果是1.98±0.12角秒。愛丁頓思考這些不完全一樣的觀測結(jié)果，都與愛因斯坦理論1.75角秒的預言不完全相同。小望遠鏡的視場比較大，可以給出更精確的測量結(jié)果，因為星光偏折的程度隨恒星距離太陽邊緣遠近而變化。相對論效應的確認需要非常精確的測量.愛丁頓與戴森多次討論后，對3個觀測結(jié)果的重要性給出評判，用加權(quán)平均的方法給出偏離1.64角秒的結(jié)果，與愛因斯坦的預言很接近。愛因斯坦得知日食觀測的結(jié)果，迅速給病中的母親報告英國日食觀測隊證實了光線經(jīng)過太陽時發(fā)生了偏離的好消息，并說，“我從來沒有想過會是別的結(jié)果”。1919年11月戴森教授在皇家學會和皇家天文學會上宣布：觀測結(jié)果支持愛因斯坦的理論。倫敦《泰晤士報》于11月7日發(fā)出頭版頭條新聞“科學革命：牛頓的思想被推翻?！钡?，還是有不少人懷疑他們發(fā)表的結(jié)果，甚至散布發(fā)表的日食觀測結(jié)果是“經(jīng)過愛丁頓的烹調(diào)”。為此，戴森公開了原始底片的拷貝。在對愛因斯坦的廣義相對論持懷疑和反對的天文學家中，美國坎普貝爾教授最有代表性。但他是一位相信“觀測事實是判斷理論是否正確的”的科學家，參加過多次以檢驗愛因斯坦理論為目的的日食觀測，他的懷疑也是因為他自己沒有找到“證據(jù)”。1922年，他又一次為觀測日食來到澳大利亞，周密地準備使觀測精度有了提高。得到了1.72±0.11角秒的結(jié)果。坎普貝爾曾經(jīng)公開表示，愛因斯坦理論是錯誤的，但是當他的觀測結(jié)果證實了愛因斯坦理論的正確性，立刻承認他的過失，決不再反對廣義相對論了。在人們的心目中，坎普貝爾仍然是一位真正的科學家。應該說，愛因斯坦關(guān)于“太陽的引力可能引起恒星光線偏折”的預言的正確性是以坎普貝爾1922年的觀測和承認才使科學界完全信服。第二，科學觀察可導致新的技術(shù)發(fā)明。仿生學的研究和應用就是在對某些生物進行精細的科學觀察的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。仿生學觀察的基本原則（二）科學實驗1.科學實驗科學實驗就是根據(jù)一定的科學研究目的、運用一定的物質(zhì)手段、在人為控制或變革客觀事物的條件下獲得科學事實.特性：可以簡化對象?？梢詮娀瘜ο?。可以使客體對象的屬性及其變化重復出現(xiàn)。可以模擬研究對象的運動過程，從而認識對象的性質(zhì)。實驗的特點

第一，可以簡化和純化研究對象。 排出偶然的、次要的因素和外界的干擾把研究對象的某種屬性或聯(lián)系的純粹的形式曾現(xiàn)出來，從而準確地認識研究對象。如，抽去空氣考察空氣對聲音傳播的影響。固定溫度考察壓力和體積的關(guān)系。第二，實驗方法可以強化和激化研究對象，在極端的條件下揭示對象的本質(zhì)和規(guī)律。人為地使對象出于某種極端狀態(tài)，從而去研究對象。如，超高溫，超高壓，超低溫，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)在通常條件下沒有的性質(zhì)。超低溫下的超導現(xiàn)象。實驗的特點第三，可以再現(xiàn)、加速、延緩或模擬研究對象。如，為了研究地球氣象的變化可以通過大氣模擬試驗來進行，它將距離地面幾萬米的整個大氣層的運動在實驗室模擬，大氣環(huán)流每半分鐘左右轉(zhuǎn)一圈模擬一天的氣候變化。第四，是一種經(jīng)濟可靠的認識和變革自然的方法。2.科學實驗在科學技術(shù)研究中的作用第一，實驗是檢驗在科學認識中得到的各種學說觀點的真理性的標準。第二，實驗是獲得新假說、新理論的直接來源，是發(fā)展科學知識的手段。總之，實驗設(shè)備和技術(shù)的先進程度已經(jīng)成為一個國家的科學技術(shù)水平、生產(chǎn)能力和綜合國力的一種標志。3.模擬實驗方法方法：測量手段——定性實驗，定量實驗 直接實驗和模擬實驗（物理模擬、數(shù)學模擬、功能模擬）模擬實驗是一種間接實驗，即先設(shè)計出反映對象屬性的模型，然后用實驗手段作用于模型，通過模型實驗了解原型（對象）的性質(zhì)及其運動規(guī)律，包括物理模擬、數(shù)學模擬和功能模擬。物理模擬：根據(jù)相似理論，構(gòu)造出與對象相似的物理模型，通過模型實驗了解原型變化的物理過程?！魯?shù)學模擬：在原型與模型具有數(shù)學相似性的基礎(chǔ)上，通過計算機求解來研究對象性質(zhì)的一種模擬方法?！艄δ苣M：以控制論為理論基礎(chǔ)，以功能相似為目標的模擬實驗，已經(jīng)在現(xiàn)代科學技術(shù)中起著重要的作用。定性實驗：定量試驗:是揭示或者判定實驗對象是否具有某種屬性或因素的實驗，如，麥克爾遜-莫雷實驗否定以太存在的實驗，赫芝驗證電磁波存在的實驗。是可以精確測定實驗對象的某些量值得實驗。如，測定光速等。（三）觀察實驗中的重要認識論問題1．“觀察滲透理論” 在觀察與理論的關(guān)系問題上，有兩種對立的觀點：“中性觀察”觀點和“觀察滲透理論”觀點：培根以來的歸納主義者倡導獨立于理論的純粹的觀察（中性觀察），并認為只有經(jīng)過這種純粹的觀察才能進入形成理論的階段。培根

漢森、波普爾、庫恩等著名科學哲學則否認有純粹的中性觀察存在，明確提出“觀察滲透理論”?！坝^察滲透理論”的觀點更合理，也更合乎實際.科學觀察滲透理論1.科學觀察不僅是接受信息的過程，而且是信息加工的過程。如，醫(yī)生和普通人從同一張X光照片上獲得的信息大不同，那些作為病理證據(jù)的陰影、線條，是醫(yī)生有目的尋找的，并把這些信息在一有醫(yī)學理論的框架下進行解釋。2003年，我國某研究機構(gòu)的科學家在2月26日就用電子顯微鏡拍攝到或者看到了冠狀病毒顆粒，但由于受到錯誤理論的誤導，所以并沒有認識到這種病毒顆粒和非典之間的因果關(guān)系，結(jié)果不僅喪失了發(fā)現(xiàn)冠狀病毒的機會，而且對非典病因做出了錯誤地解釋和判斷。2.觀察陳述用科學語言，而科學語言總是與一定的科學理論聯(lián)系在一起。 在使用科學預言時，與之相應的理論框架也會同時發(fā)揮作用。3.理論在觀察中既起著定向作用，引導觀察者有選擇地接受外界信息，又起著加工改造作用，幫助觀察者理解觀察到的究竟是什么例如：如1916年5月發(fā)生日食，觀測到科學事實：日食發(fā)生時，從太陽邊緣通過的星光沿著彎曲的短程線傳播。因此，科學事實滲透理論決定著我們觀察的東西。2.微觀領(lǐng)域中儀器的影響問題在微觀領(lǐng)域中，實驗儀器對微觀客體的狀態(tài)有很大的干擾，與宏觀測量時有明顯的區(qū)別。對微觀客體的觀察仍然具有客觀性。量子力學中的“測不準原理”沒有否定微觀領(lǐng)域中觀察的客觀性。位置測得越準確，動量的測定就越不準確。反之亦然。3.觀察中的偶然性與機遇問題在科學實踐過程中由于意外的事件導致科學上的新發(fā)現(xiàn)，稱為機遇。機遇是相對于原來預定的研究計劃和目的而言的，它的最大特點就是意外性。能否抓住機遇并做出新的重大的發(fā)現(xiàn)主要取決于兩個因素：其一，科學認識主體對待機遇的態(tài)度，而后者又取決于他對偶然性與必然性及其關(guān)系的理解；其二，科學認識主體是否有必要的及時發(fā)現(xiàn)問題的認識能力上的準備。瑞典著名化學家諾貝爾因發(fā)明安全烈性炸藥而聞名于世，而這種炸藥正是他進行觀察實驗時的意外獵物。1867年，諾貝爾正在進行普通火藥的物理化學性能的研究，在一次實驗中不小心割破了手指，他在傷口上涂上棉膠止血，無意中把剩余的棉膠丟進硝化甘油里去了。萬萬沒有想到這小小的不幸卻給他帶來了巨大的成功！他看到丟掉的棉膠和硝化甘油起了反應，進一步研究這種反應，便發(fā)明了安全烈性炸藥，即膠狀炸藥。這一偶然發(fā)現(xiàn)為諾貝爾的畢生事業(yè)奠定了良好基礎(chǔ)。

完全意外的機遇是指觀察實驗的目的是為了發(fā)現(xiàn)某種現(xiàn)象A，但卻意外地發(fā)現(xiàn)了另一種完全不同的現(xiàn)象B。上述諾貝爾發(fā)明安全烈性炸藥就屬此類。瑞士化學家雄班發(fā)明了另一種烈性炸藥硝化纖維，也是一次完全意外的機遇。1846年，雄班正在進行用硝酸和硫酸的混合液來處理纖維素的實驗，目的是想用硝酸根取代葡萄糖中的氫氧根來改造纖維素。但他的妻子不準他在廚房里做這種實驗。有一次他趁妻子離家外出之際，趕忙到廚房里做實驗，不料在慌亂中不慎把一瓶硫酸和硝酸的混合液打翻了。他隨手抓起一件棉布圍裙把流出的液體涂擦干凈，并把圍裙放在火爐旁烤干。就在這時，意外的事件發(fā)生了，圍裙在強烈的爆炸聲中立刻化成灰燼，而且毫無濃煙。這樣，雄班預定的實驗雖然中斷，但卻意外地發(fā)現(xiàn)了這種化合物的強大威力，從而發(fā)明了被稱為“火藥棉”的烈性炸藥。部分意外的機遇指的是，觀察實驗的目的和結(jié)果雖然相同，但發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的方式或場合卻是出乎意料的。戴維孫成功地驗證物質(zhì)波的電子衍射實驗，即屬此類。1924年，法國年輕的物理學家德布羅意在愛因斯坦光量子思想的啟發(fā)下，大膽地提出了物質(zhì)波假說，根據(jù)這一假說，實物粒子（如電子）也具有波動性。1925年，美國物理學家戴維孫和助手革末為了驗證這一假說，設(shè)計了一個在真空中從鎳板上撞擊出電子流的實驗，但開始時得不到結(jié)果。有一次，突然“禍從天降”，正當他們進行加熱實驗的時候，實驗室里一瓶液態(tài)空氣發(fā)生了爆炸，正在實驗的真空裝置被打破了，精心制作的鎳表面也遭受到嚴重的破壞。他們不得不重起爐灶，把鎳表面凈化和修復之后，更換新的真空裝置再做實驗。當1927年他們重做這一實驗時，奇跡般地發(fā)現(xiàn)了一個和已知的X射線衍射圖樣相似的圖樣，但經(jīng)他們周密的檢查，這里并無X射線，有的只是電子流，而且測量新發(fā)現(xiàn)的衍射圖樣的波長。正好和德布羅意預言的波長相等，于是物質(zhì)波假說獲得了第一個實驗證據(jù)。戴維孫由此榮獲1937年度的諾貝爾物理學獎。實驗和觀察中的機遇偶然機會，意外自然現(xiàn)象——導致科學技術(shù)的新突破。特點-意外性。完全意外;1986，瑞士化學家雄班在廚房利用纖維素為原料做合成其他巨型分子實驗，硫酸和硝酸-棉圍裙-火烤-著火-沒煙——無煙烈性炸藥部分意外：1839年，美國發(fā)明家古德意爾在實驗中不小心把橡膠和硫磺掉在爐子上，當把這種混合物從爐子上刮下來時，卻出乎意料地發(fā)現(xiàn)這種橡膠與硫磺的混合物柔軟、不粘且富有彈性，橡膠加工的技術(shù)就這樣在偶然的機遇中被發(fā)現(xiàn)了。但要知道，這種偶然的機遇是偏愛有準備的頭腦，是偏愛善于實踐和創(chuàng)新的人。

實驗和觀察中的機遇具有重要意義

實驗和觀察中的機遇的客觀原因和認識根源客觀根據(jù)：自然界本身就是偶然性和必然性的辯證統(tǒng)一。認識論根據(jù)：實驗和觀察是在理論指導下進行的，具有目的性和計劃性，這是主觀的東西。而實驗和觀察中會出現(xiàn)意料之外的現(xiàn)象即和主觀目的和計劃不完全一致的情況，這就會有意外機遇的發(fā)生。善于捕捉機遇，有一顆準備的頭腦。弗萊明和青霉素的發(fā)現(xiàn)。青霉素的發(fā)現(xiàn)與研制成功成為醫(yī)學史上的一項奇跡。１９４５年，弗萊明與弗洛里和錢恩共同獲得諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。亞歷山大·弗萊明，英國細菌學家生于蘇格蘭。１９０８年畢業(yè)于英國圣瑪麗醫(yī)學院，獲得醫(yī)學學士和理學學士學位。翌年，他又通過考試，成為皇家外科學會的正式會員。早在１９０６年，他就開始跟隨當時英國著名傳染病學家賴特從事傳染病的預防研究。他先后發(fā)表了很多醫(yī)學論文。第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，弗萊明服兵役并從事創(chuàng)傷病的研究。第一次世界大戰(zhàn)后，他于１９１９年又回到了圣瑪麗醫(yī)院，重新開始了他的細菌研究工作。１９２２年，弗萊明發(fā)現(xiàn)了“溶菌酶”。弗萊明從一個窮苦農(nóng)民的兒子成長為卓有學識的細菌學家，在倫敦圣瑪麗醫(yī)院從事細菌學研究幾乎就是他事業(yè)的全部。

弗萊明兩次在實驗室里獲得意外發(fā)現(xiàn)的故事已廣為人知。第一次是1922年，患了感冒的弗萊明無意中對著培養(yǎng)細菌的器皿打噴嚏；后來他注意到，在這個培養(yǎng)皿中，凡沾有噴嚏黏液的地方?jīng)]有一個細菌生成。

隨著進一步的研究，弗萊明發(fā)現(xiàn)了溶菌酶——在體液和身體組織中找到的一種可溶解細菌的物質(zhì)，他以為這可能就是獲得有效天然抗菌劑的關(guān)鍵。但很快他就喪失了興趣：試驗表明，這種溶菌酶只對無害的微生物起作用。

1928年運氣之神再次降臨。在弗萊明外出休假的兩個星期里，一只未經(jīng)刷洗的廢棄的培養(yǎng)皿中長出了一種神奇的霉菌。他又一次觀察到這種霉菌的抗菌作用——細菌覆蓋了器皿中沒有沾染這種霉菌的所有部位。不過，這一次感染的細菌是葡萄球菌，這是一種嚴重的、有時是致命的感染源。經(jīng)證實，這種霉菌液還能夠阻礙其它多種病毒性細菌的生長。

青霉素(弗萊明在確認這種霉菌是一種青霉菌之后選定了這個名字)是否就是他長期以來一直在尋找的天然抗菌素？它是可敷在傷口上的有效殺菌劑嗎？進一步的試驗表明，這種抗菌素作用緩慢，且很難大量生產(chǎn)。他的熱情也隨之涼了下來。在他轉(zhuǎn)向其它研究項目之前，他在1929年發(fā)表的一篇論文中介紹了自己的上述發(fā)現(xiàn)，但當時這篇論文并未引起人們的重視。

弗萊明在論文中提到青霉素可能是一種抗菌素，僅此而已。他沒有開展觀察青霉素治療效果的系統(tǒng)試驗。他給健康的兔子和老鼠都注射過細菌培養(yǎng)液的過濾液——進行青霉素的毒性試驗，但從未給患病的動物注射過。如果當時他做了這方面的試驗，這種“神奇藥物”很可能會提早10年問世。

在英美兩國媒體的共同努力下，關(guān)于弗萊明為創(chuàng)造一項醫(yī)學奇跡而堅持不懈奮斗的傳奇故事很快就誕生了。

媒體在科學史上幾乎很少犯下如此嚴重的愚蠢錯誤。它們把弗萊明描述成發(fā)現(xiàn)青霉素的天才，而對牛津大學的研究小組要么只字不提，要么僅用幾句話一帶而過。但在弗萊明本人的演講中，他總是把青霉素的誕生歸功于弗洛里、錢恩和他的同事所作的研究。

諾貝爾獎評獎委員會并沒有受輿論的蒙蔽而將1945年的諾貝爾醫(yī)學獎授予弗萊明一人。作為弗萊明的合作者，佛羅理和錢恩與他共同獲得了諾貝爾醫(yī)學獎。

亞歷山大·弗萊明1955年逝世，終年74歲。持修正觀點的傳記作家和歷史學家們及時寫出了關(guān)于青霉素發(fā)明過程的真實故事。然而，那些神話般的傳說很難被人們忘卻?！洞蟛涣蓄嵃倏迫珪啡匀挥涊d著關(guān)于弗萊明傳奇故事的大部分內(nèi)容。１９２８年夏季的一天，弗萊明正準備用顯微鏡觀察培養(yǎng)皿中的葡萄球菌時，突然，他的目光落到了一支被污染的培養(yǎng)皿上，細心的弗萊明發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)皿上有一種來自空氣中的綠色霉菌并已開始繁殖，而綠色霉菌的周圍，原來生長的葡萄球菌全部消失了。他把這一奇怪現(xiàn)象記錄下來，并小心地將這種霉菌培養(yǎng)起來。他推斷，這種霉菌一定產(chǎn)生了某種具有強大殺菌作用的物質(zhì)。于是，他又和助手們進行了更廣泛的試驗和實驗性研究，均獲得了令人振奮的結(jié)果。弗萊明把這一重大發(fā)明寫成一篇論文發(fā)表在１９２９年的英國皇家《實驗病理季刊》上，并把這種由青霉菌產(chǎn)生的物質(zhì)命名為青霉素。由于當時艾利希的６０６藥正名聲大噪，多馬克的磺胺也舉世矚目，加之弗萊明的實驗還沒有完結(jié)，青霉素還不能大量很快分離出來，所以他的發(fā)現(xiàn)被人們忽略了。過了１０多年，澳大利亞病理學家弗洛里和德國化學家錢恩合作，從這個已被人遺忘的發(fā)現(xiàn)中挽救了有治療效果的霉菌，又提取了青霉素并肯定了其治療價值，并把這項技術(shù)奉獻給人類，這才使這種抗菌素在醫(yī)學界得到承認。１９４４年，醫(yī)用青霉素正式問世，被廣泛運用于醫(yī)療。從此開創(chuàng)了抗生素時代。二、技術(shù)活動的方法

技術(shù)方法：是人們在技術(shù)實踐過程中所利用的各種方法、程序、規(guī)則、技巧的總稱，包括其中可操作的規(guī)則或模式，解決“做什么”、“怎樣做”以及“怎樣做得更好”的問題。技術(shù)方法從歷史上來看經(jīng)歷了四個階段:經(jīng)驗技術(shù)方法階段，經(jīng)驗-科學階段，科學-技術(shù)階段，以系統(tǒng)工程為主導地位的階段。（一）技術(shù)方法的特點技術(shù)方法既寓于技術(shù)研究與開發(fā)活動中，也寓于各種技術(shù)決策活動中，是技術(shù)研究與開發(fā)、技術(shù)決策過程中所采取的手段、途徑與可操作的規(guī)則或模式。前者主要涉及到技術(shù)原理的構(gòu)思、工程設(shè)計與技術(shù)試驗等，后者涉及技術(shù)預測與技術(shù)評估等。（二）技術(shù)的預測和評估1.技術(shù)預測預測：通過對現(xiàn)有資料的研究和分析來計算或預報未來的某些事件或情況。技術(shù)預測：把預測科學應用于技術(shù)領(lǐng)域，對技術(shù)的未來特性、趨勢或?qū)τ杏玫臋C器、過程的推測就是技術(shù)預測。它是科學管理的重要組成部分，主要研究技術(shù)發(fā)展的變遷規(guī)律。預測的根據(jù)：事物發(fā)展的規(guī)律性、隨機性和約束性、預測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、預測的可檢驗性。它最早出現(xiàn)于20世紀40年代，與現(xiàn)代技術(shù)革命的興起密切相關(guān)。準確地、科學的預測，不僅使各國政府、經(jīng)濟管理部門和科技管理部門規(guī)劃決策的依據(jù)和重要內(nèi)容，也是企業(yè)和科研機構(gòu)內(nèi)的管理人員和專業(yè)科技人員從事管理活動和科技活動的依據(jù)。預測作用巨大。美國有500余家大型企業(yè)工業(yè)公司自60年代末均設(shè)置了專門的預測機構(gòu)，平均年投資10萬美元，另外還支出每年約1500萬美元，委托社會上的專業(yè)預測機構(gòu)提供預測。美國：1990年成立了國家關(guān)鍵技術(shù)委員會，以未來5～10年競爭技術(shù)為研究對象，從技術(shù)供給能力和產(chǎn)業(yè)需求出發(fā)，由關(guān)鍵技術(shù)委員會的12～25位專家選出在未來5～10年期間可行并可能實現(xiàn)的對經(jīng)濟繁榮和國家安全重要的關(guān)鍵技術(shù)。從1991年起，美國國家關(guān)鍵技術(shù)報告每兩年定期發(fā)布，目前已發(fā)布了4個報告。日本：從1971年開始，利用大規(guī)模德爾菲法（Delphi）每5年進行一次技術(shù)預測調(diào)查，至今已進行了7次調(diào)查。這項研究的宗旨是從長遠觀點出發(fā)，對未來30年的技術(shù)發(fā)展進行預測，從眾多有希望的技術(shù)發(fā)展成長點中比較科學地捕捉重點。他們從經(jīng)濟社會發(fā)展需求出發(fā)，通過向3000多位來自社會各方面的專家進行咨詢，對1000多個技術(shù)課題項目進行評價。走在世界前列的日本技術(shù)預測走在世界前列的日本技術(shù)預測.doc

英國：1993年發(fā)表了《發(fā)掘我們的潛力：科學、工程和技術(shù)戰(zhàn)略》科學技術(shù)白皮書，于1994年首次開始了國家技術(shù)預測工作，對16個行業(yè)未來10～20年內(nèi)的發(fā)展趨勢進行了全面評價和分析，并把重點放在技術(shù)發(fā)展和市場需求的結(jié)合上。1999年4月開始了新一輪的技術(shù)預測，這次技術(shù)預測主要強調(diào)競爭力優(yōu)勢、生活質(zhì)量提高和可持續(xù)發(fā)展三個方面。國外技術(shù)預測特點：第一，對技術(shù)預測的認識已取得基本共識。第二，各國技術(shù)預測領(lǐng)域趨同。第三，從本國需求出發(fā)開展預測工作。第四，已形成了規(guī)范的預測方法。第五，對戰(zhàn)略決策產(chǎn)生了較大影響。

預測的基本類型：據(jù)美國斯坦福研究所的不完全統(tǒng)計，預測方法已達150種。直觀型預測方法:靠經(jīng)驗、知識、直覺和綜合分析能力預測。具有風險性。探索型預測方法：假定未來仍按過去的趨勢發(fā)展，可由現(xiàn)在推定未來。規(guī)范型預測方法：根據(jù)未來的需要，從未來回溯到現(xiàn)在，用以獲得新信息、模擬各級目標和估計事件實現(xiàn)的時間、調(diào)價、途徑。反饋型預測方法：中國：1992～1995年，原國家科委綜合計劃司和政策體改司共同組織了國家關(guān)鍵技術(shù)選擇研究，該項研究界定了我國國家關(guān)鍵技術(shù)的定義、原則、準則，確定了４個關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域：信息技術(shù)、先進制造、先進材料和生物技術(shù)，并通過德爾菲和專家會議法選擇出24個關(guān)鍵技術(shù)和124個技術(shù)項目。1997～1999年，又對農(nóng)業(yè)、信息和先進制造3個重點領(lǐng)域未來10年的技術(shù)發(fā)展進行了調(diào)查，在原國家科委綜合計劃司的領(lǐng)導下，組織1200名社會各方面的專家，對上述3個領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展進行咨詢調(diào)查。通過兩輪預測、分析評價以及反復論證，對308項（農(nóng)業(yè)100項、信息112項、先進制造96項）技術(shù)進行了預測分析，并選擇出128項國家關(guān)鍵技術(shù)，其中農(nóng)業(yè)34項、信息55項、先進制造39項。這些研究在我國科技規(guī)劃的制定、科技計劃調(diào)整、重點項目選擇等方面發(fā)揮了重要作用，同時也帶動了部門和地方此項工作的開展，目前已形成了一批專門從事技術(shù)預測研究的人才隊伍和專家網(wǎng)絡。二十一世紀前20年技術(shù)發(fā)展預測.doc2.技術(shù)評估（1）技術(shù)評估的特點美國科學家達達里奧(E.Doddorio)第一次提出了技術(shù)評估的概念，并對該概念作了最初解釋。1967年他在國會上提出了“科學技術(shù)評估法案”，1972年，該法案獲得國會的正式通過。技術(shù)評估（technologyassessment，TA）是指采用科學的方法，預先從各個方面系統(tǒng)地對相關(guān)技術(shù)的利弊得失進行綜合評價的活動。它的主要目的是系統(tǒng)地確定技術(shù)在開發(fā)、引進、擴散、轉(zhuǎn)移、改造和社會應用等一系列過程中可能對社會的各個方面所產(chǎn)生的影響，并對這些影響及后果進行客觀、公正的評價，為決策部門提供咨詢和建議，以便引導技術(shù)朝著趨利避害的方向發(fā)展。技術(shù)評估具有以下幾個特點：評估的整體性是指從政治、經(jīng)濟、生態(tài)環(huán)境、技術(shù)、法律、文化、倫理道德、宗教信仰等各個可能產(chǎn)生較大影響的方面對技術(shù)正負效應做出全面地評價，包括對近期利益、長遠利益以及不同地區(qū)、不同部門、不同學科領(lǐng)域、不同社會階層、不同利益集團的利益的系統(tǒng)考察和均衡，既有對技術(shù)的經(jīng)濟效益的評估，也有對價值、文化方面潛在方面的考慮。評價主體的多學科性。保證評估的客觀性、公正性。評估對象的廣泛性。自然技術(shù)、社會技術(shù)、法律的制定、社會制度的理想狀態(tài)等；而現(xiàn)在的、未來的技術(shù)、技術(shù)規(guī)劃和技術(shù)政策是評估的直接對象，主要著眼于技術(shù)對社會的影響。技術(shù)評估方案的可操作性。要提供適合于實踐的具體方案、策略和規(guī)劃，具有較強的可行性。（2）技術(shù)評估的方法第一，矩形分析法。從系統(tǒng)的整體觀念出發(fā)，站在事物普遍聯(lián)系的高度，分析研究對象和各種因素之間的相互關(guān)聯(lián)性。第二，效果分析法。這類評估方法重點是評估對象的未來效果即間接效果，而非直接的第一次效果。第三，多目標評估法。技術(shù)是一個多目標的復雜系統(tǒng)，且與社會系統(tǒng)相互影響和制約，因此各種價值目標都可以成為技術(shù)目標。第四，技術(shù)再評估法。評估對象為以開發(fā)或需要推廣的技術(shù)。立足于長期、綜合、根本的利益，重視技術(shù)的副作用和負面效果，把技術(shù)本身和社會效應兩個最基本方面綜合起來作出評估。（3）技術(shù)評估的程序第一，調(diào)查研究，通過調(diào)查研究把握研究對象的性質(zhì)和目的，技術(shù)課題的實施對象、新技術(shù)的對比技術(shù)以及新技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域及其主要影響等，從而能夠確定評估報告限定的評估范圍是否合理。第二，尋找影響。了解評估對象方案的一切影響方面，包括潛在影響，明確影響的因果關(guān)系以及政府對影響的作用進行比較分析。第三，影響分析。在找到影響因素后，還必須對影響的內(nèi)容、程度、性質(zhì)、真實性及影響規(guī)模等做出分析，并進一步明確影響的因果聯(lián)系第四，排除非容忍性影響。這是根據(jù)事前規(guī)定的若干評價項目，參照某些價值標準對各個項目進行逐個判斷，按其程度的不同從總體上逐個歸納，最后按它們的惡劣程度、相關(guān)程度、頻度和范圍等因素進行判斷，排除掉那些非容忍性影響。第五，制定改良方案。根據(jù)以上分析采取相應對策，特別是對消除非容忍性影響的對策。第六，綜合評價，明確被選擇方案。綜合歸納、作出總體評價，也就是從系統(tǒng)的整體觀念入手，權(quán)衡利弊對技術(shù)作出合理的選擇。（4）技術(shù)評估的原則第一，公正性原則。要求擺脫外界干擾和委托者意圖的影響。第二，客觀性原則。技術(shù)評估的結(jié)果應有充分的事實依據(jù)，評估的指標具有客觀性。第三，獨立性原則。技術(shù)評估工作應始終堅持獨立公正的第三者立場，準確評估技術(shù)對象。第四，合理性與合意性的兼顧原則。由于技術(shù)本身具有一定的內(nèi)在價值，技術(shù)評估應當強調(diào)需要和價值是什么；由于價值觀念在技術(shù)評估中起著特別重要的作用，進行技術(shù)評估的標準，不僅是技術(shù)的合理性，而且是技術(shù)的合意性。技術(shù)進步的標準：先是看該項技術(shù)能否滿足以最小的投入獲得最大的產(chǎn)出原則，以追求最優(yōu)化的目標。一般把技術(shù)系統(tǒng)的效能視為技術(shù)進步的指示器（勞動生產(chǎn)率的高低、能耗、使用壽命、可靠性、靈敏度、精確度、運行速度、生產(chǎn)方式的經(jīng)濟性等