第三章馬克思主義科學技術方法論天津大學馬克思主義學院張姝艷E-mail:shuyanzh@第三章馬克思主義科學技術方法論

第一節科學技術研究的辯證思維方法

一、分析和綜合

二、歸納和演繹

三、從抽象到具體

四、歷史和邏輯的統一

第二節科學技術研究的創新思維方法

一、思維的發散性與收斂性

二、直覺與頓悟思維

三、思維的邏輯性與非邏輯性

第三節科學技術研究的數學與系統思維方法

一、數學方法及其作用

二、系統方法及其作用

三、復雜性思維及其方法

第四節科學技術活動的方法

一、科學實踐的方法

二、技術活動的方法

名人論方法：方法與研究的關系著名蘇聯生理學家巴甫洛夫說：方法是被移植在人們頭腦中的客觀規律性；方法掌握著研究的命運。毛澤東形象地說：我們不但要提出任務，而且要解決完成任務的方法問題。我們的任務是過河，但是沒有橋和船就不能過。不解決橋或船的問題，過河就是一句空話。3名人論方法：近代科學方法兩大特點

愛因斯坦（1879-1955）西方近代科學的兩大基礎：

一是以歐幾里得幾何學為代表的希臘哲學家發明的形式邏輯體系；二是文藝復興時期證實的通過系統的實驗有可能找出因果關系的重要結論。

——《愛因斯坦文集》第1卷，商務印書館1977年，第574頁4方法和科學研究（1）有無正確方法對科研有重要意義和作用《淮南子．說林訓》：跬步不休，跛鱉千里。Ｆ．培根：跛足而不迷路能趕過雖健步如飛但誤入歧途的人。良好的方法能夠使得我們更好的發揮運用天賦的才能，而拙劣的方法則可能阻礙才能的發揮。科學中的創造性才華可能因方法拙劣被削弱，或被扼殺，而良好的方法則會增長、促進這種才華。5（2）方法作用隨研究者和研究階段而變化解決問題，沒有一定的知識儲備是不行的，有的時候，裝滿知識的大腦，卻成為解決問題的障礙。貝爾納：構成我們學習的最大障礙是已知的東西，而不受已有知識束縛的、輕裝上陣的大腦則會解放的多。一般而言，發展著的學科，知識豐富是有利的；不再發展的學科，需要新的創造性，則少些束縛是有利的。6（3）方法對準備從事研究和剛剛踏上研究道路的人更為重要。初期研究的障礙，乃在于缺乏研究法。研究方法每前進一步，我們就提高一步。7如何獲得方法？書本本身沒有給我們關于方法的現成答案“知識本身并沒有告訴人怎樣運用它，運用它的方法乃在書本之外”（F．培根）第一，通過與導師以及其他高水平科學家的接觸，體驗、學習方法；一位諾貝爾獎得主說，學生與導師彼此的關系是：看看他們怎樣活動，怎樣思考，怎樣對待事物。這是一種思考方式。肯定不是學習具體的知識。另一個得主說費米：如果你跟他一起工作，你就仿佛是一個普通的網球選手正在跟一位世界冠軍打網球，你會抽出一些過去從未夢想過的好球。——引自H.朱克曼《科學界的精英》8拉比：分子束核磁共振IsidorIsaacRabi，1898.7.29-1988.1.111944年諾貝爾物理學獎得主拉比樹的各個分支左：球體核和四極矩研究核磁矩實驗研究電子的順磁共振和電子自旋共振鐵磁共振和反鐵磁共振研究右：光學抽運的磁共振研究氫原子精細結構研究及其理論修正原子頻率和微波研究非金屬物質核磁共振研究分子束磁共振和放射性原子束核磁共振研究9拉比傳記作者指出，“從拉比樹的樹干到其分支的生長，即其科學研究，都直接或者間接受到了拉比基礎論文的影響。于是，這里有許多主要的分支又從其主干上直接發芽；而另一些分支又來自這些主要分支。而對形成這些主要分支做出貢獻的物理學家不是拉比的學生就是他的合作者。筑巢在拉比樹這些主要分支上的有20名諾貝爾獎得主。其中10位是美國人，另外4位的工作是在美國做出的”。[1]

[1]JohnS.Rigden,1987,Rabi,ScientistandCitizen,NewYork,BasicBooks,Inc.p.10.10拉比樹上筑巢的諾貝爾獎得主獲獎者英文名獲獎者姓名生卒年代主要內容獲獎年代Stern,Otto斯特恩1888-1969分子束方法和質子磁矩1943年Rabi,IsidorIsaac拉比1898-1988原子核的磁特性1944年Bloch,Felix布洛赫1905-1983核磁共振1952年Purcell,Edward珀塞爾1912-1997核磁共振1952年Lamb,W.E.Jr.蘭姆1913-蘭姆位移1955年Kusch,Polykarp庫什1911-1993電子磁矩1955年Segrè，E.Gino西格雷1905-1989反質子的發現1959年Townes,C.H.湯斯1915-微波激光器1964年Feynman,R.P.費因曼1918-1988量子電動力學1965年Tomonaga，Sin-Itiro朝永振一郎1906-1979量子電動力學1965年Kastler,Alfred卡斯特勒1902-1984光磁共振1966年Alvarez,L.W.阿爾瓦雷斯1911-1988共振態發現1968年Bohr,Aage波爾1922-原子核理論1975年Mottelson,B.R.莫特森1926-原子核理論1975年VanVleck,J.范弗萊克1899-1980電子結構理論1977年Bloembergen,N布隆姆貝根1920-激光光譜學1981年Ramsey,N.F.拉姆齊1915-原子鐘1989年Dehmelt,H.G.德默爾特1922-離子捕集技術1989年11第二，通過學習科學史學習方法；通過專門的科學方法論，閱讀科學家傳記等，學習科學家的方法和研究心得。第三，通過總結自身研究的經驗和研究藝術，學習方法。特別要注意自己的實踐過程。125.學習科學方法的意義科學意義一種思維訓練；掌握好的方法可以事半功倍；哲學意義可以從中提煉哲學思想和概念，有助于哲學的發展和更新；例如，恩格斯說過，隨著每一個劃時代的發現，唯物主義都要改變自己的形式。13指人們通過概念、判斷、推理等思維形式對客觀事物辯證發展過程的正確反映，即對客觀辯證法的反映。辯證思維最基本的特點是將對象作為一個整體，從其內在矛盾的運動、變化及各個方面的相互聯系中進行考察，以便從本質上系統地、完整地認識對象。

第一節

科學技術研究的辯證思維方法科學方法三個層次：第一層次：各門自然科學中的一些特殊的和具體的研究方法；第二層次：適用于各門自然科學的一般研究方法，即科學方法論；第三層次：哲學方法。一、分析和綜合

分析是把客觀對象的整體分解為一定部分、單元、環節、要素并加以認識的思維方法。

運用分析方法，就必須把部分從總體中割裂出來，抽取出來，進行孤立地考察和研究。分析法能幫助我們深入了解事物的細節及其內在聯系。正如恩格斯所說：“真正的自然科學只是從15世紀下半葉才開始，從這時起它就獲得了日益迅速的進展。把自然界分解為各個部分，把自然界的各種過程和事物分成一定的門類，對有機體的內部按其多種多樣的解剖形態進行研究，這是最近400年來在認識自然界方面獲得巨大進展的基本條件。”分析方法是思維常用方法。亞里士多德的傳統邏輯主要關注“s是p”這樣的直言判斷，較少顧及其他命題；現代邏輯著眼于各種邏輯形式的構造，但卻沒有構造出分析方法的邏輯形式。因此，邏輯學還不能解釋由分析所構成的思維現象。由分析所構成的命題在日常思維和語言中都是大量存在的。例如，“一米是三尺”就是一個由分析所構成的命題。它應當解釋為：一米可以分成三個一尺或一米由三個一尺構成。數學中，與之類似的如“5＝3＋2”、“6＝3×2”等也都是由分析所構成的命題。從中不難看出，數學中，加、減、乘、除、乘方、開方的運算，都是分析方法和與之相對應的綜合方法的運算。

分析方法①定性分析.對象是否具有某種屬性，“有沒有”、“是不是”.②定量分析.對象的各種成分數量，“有多少”.③因果分析.引起某一現象變化原因，“為什么”.分析離不開綜合。綜合是在分析基礎上把對客觀對象一定部分、單元、環節、要素的認識聯結起來，形成對客觀對象統一整體認識的思維方法。綜合是建立科學體系的重要方法。近代物理學的五次大綜合：

牛頓力學體系的建立、

能量守恒與轉化定律的提出、

電磁學理論體系的建立、

相對論的建立、

量子理論的建立、開普勒行星三定律（打破天體正圓、勻速運動的信條）哥白尼1543年發表《天體運行論》（地心到日心）布魯諾之宇宙無限論（打碎天球）伽利略運動學（從思辨式的質的研究到數學化的量的研究）托勒密體系牛頓力學體系的建立分析和綜合是辯證地聯系在一起的。恩格斯說：“以分析為主要研究形式的化學，如果沒有分析的對立的極，即綜合，就什么也不是了。”分析與綜合相互依存、相互滲透和相互轉化，是形成科學概念、構建和發展科學理論體系的重要邏輯方法。傳統的還原主義分析方法著眼點是把事物分成各個細部，找出它們是由什么組成的。在近代自然科學的發展中起了重要作用，它使研究越來越深入；同時也容易只見樹木，不見森林。現代的新的系統分析方法著眼點正相反，主要是找出這些細部如何相互作用產生整體效應。這個整體是系統的、有組織的有機整體，是局部和整體、低層次和高層次的辯證統一。二、歸納和演繹歸納方法是從個別到一般原理的認識方法。歸納方法雖然是科學研究從大量經驗事實中找出普遍特征的重要方法，但歸納結果往往只概括一類事物表象上的共同點，未必能確切反映事物的本質，其結論具有或然性，迄今人們還沒有發現從特殊前提到一般結論的普遍適用的邏輯橋梁。

歸納原理及其問題

歸納方法的一般原理是：如果大量的A在各種各樣的條件下被觀察到，而且如果所有這些被觀察到的A都無例外地具有性質B，那么就可以歸納出所有的A都有性質B。

問題：

大量的A，什么是“大量”？其具體數值是多少？

各種各樣的條件能否羅列齊全并全部實現？

在科學觀察中能不能真正實現完全的無例外？……鹽酸是酸，它能使紫羅蘭花瓣變紅；硫酸是酸；硝酸是酸；例如：波義耳發明酸堿指示劑所以，硫酸也能使紫羅蘭花瓣變紅；硝酸也能使紫羅蘭花瓣變紅。類比歸納所以，X酸也能使紫羅蘭花瓣變紅。新化合出X酸所以，所有酸都能使紫羅蘭花瓣變紅。……（確證了n種酸）演繹例

費爾馬猜想在素數分布規律的探尋過程中，人們發現如下形式的已知自然數都是素數，例如：

n=0f(0)=21+1=3n=1f(1)=22+1=5n=2f(2)=24+1=17n=3f(3)=28+1=257n=4f(4)=216+1=65537根據上述結果，費爾馬歸納出一個結論：所有這類形式的自然數都是素數。但在不久之后，人們就發現當n=5時，f(5)=232+1=4294967297=641*6700417是一個合數。演繹方法是從一般到個別的認識方法。它從一般性的原理出發，對個別的或特殊的事物進行分析、推理，從而達到相應的結論。三段論是演繹方法最一般的形式。演繹方法派生出的一個重要方法是公理化方法。公理化方法是從盡可能少的基本概念、公理、公設出發，運用演繹推理規則，推導出一系列的命題和定理，從而建立整個理論體系的方法。任何公理化體系都是人類認識一個階段的總結，都不可能是絕對嚴格、絕對完備的。比如毛澤東在《為人民服務》一文中有一段著名的論述：“人總是要死的，但死的意義有不同。中國古時候文學家司馬遷說過：‘人固有一死，或重于泰山，或輕于鴻毛。’為人民利益而死，就比泰山還重；替法西斯賣力，替剝削人民和壓迫人民的人去死，就比鴻毛還輕。張思德同志是為人民利益而死的，他的死是泰山還要重的。”這段話中就包含著一個完整的演繹論證。“為人民利益而死，就比泰山還重”，是普遍性原理，是論據，是“大前提”；“張思德同志是為人民利益而死的”，是已知的判斷，是“小前提”；而“他的死是比泰山還重的”則是結論，也是論點。在柯南道爾的《福爾摩斯探案集》中，福爾摩斯用的方法之一就是演繹法。歸納和演繹的相互關系：

歸納是演繹的基礎，歸納獲得的結論可以成為演繹的前提；演繹是歸納的指導，演繹得出的結論可以成為進一步歸納的事實來源。

恩格斯：“歸納和演繹，正如分析和綜合一樣，是必然相互依賴著的。人們不應當犧牲一個而把另一個捧到天上去，應當設法把每一個都用到該用的地方，而人們要能夠做到這一點，就只有注意它們的相互聯系、它們的相互補充。”三、從抽象到具體

抽象與具體的方法是辯證思維的高級方法。人們的認識一般總是由感性的具體，經由抽象上升到思維中的具體。因此，掌握抽象和具體的方法，把握辯證思維運動的特點，對于我們更深刻地認識世界，具有十分重要的方法論意義。抽象過程：

完整的抽象過程包括思維運動的兩次飛躍“感性的具體→抽象的規定→思維的具體”感性的具體→抽象的規定→思維的具體感性的具體：人們通過感性的認識而獲得的關于事物整體的表象，是整個認識的基礎抽象的規定：運用思維的抽象力，把事物分解為各個部分，逐一考察，形成簡單的概念和判斷思維中的具體：關于事物的各種抽象規定性的有機綜合和多樣性的統一科學理論的建構感性的具體是科學事實（如光波現象）抽象的規定是未經綜合的概念、經驗規律(如開普勒三定律)、科學假說等思維的具體是指經過辯證綜合的、完整的理論體系。如牛頓力學。

例:

摩擦生熱→機械能轉化為熱能（機械能與電能、電能與化學能等）→能量守恒與轉化定律光的生動的表象→光的波動性、量子性以及光的速度等→光的波粒二象性感性的具體→抽象的規定→思維的具體抽象是人類理性思維的一個重要階段，是形成科學概念的基礎。從主體能力的角度來看，抽象是指主體思維能力的一部分，稱為“抽象力”。從方法論的角度來看，抽象是作為認識世界的一種方法，也就是把事物的某一屬性、關系、方面在思維中單獨地抽取出來加以認識的方法。科學的抽象指的是在思維中抽取對象的各種本質屬性，而舍棄一切非本質屬性的邏輯方法。在科學研究中，我們把科學抽象理解為單純提取某一特性加以認識的思維活動，科學抽象的直接起點是經驗事實，抽象的過程大體是這樣的：從解答問題出發，通過對

抽象各種經驗事實的比較，分析，排除那些無關緊要的因素，提取研究對象的重要特性(普遍規律與因果關系)加以認識，從而為解答問題提供某種科學定律或一般原理。

伽利略時代，人們還無法用物質手段創設真空環境來從事落體實驗。伽利略就依靠思維的抽象力，在思想上撇開空氣阻力的因素)設想在純粹形態下的落體運動，從而得出了自由落體定律，推翻了亞里士多德的錯誤結論。

科學的抽象必須建立在實踐的基礎之上，并遵循著辯證思維的一般規律進行。具體來說應注意以下幾點：第一，要善于從已知中把握未知的東西，敏銳地捕捉到新的不尋常的東西，從看似毫無聯系的東西中找出它們的本質聯系。第二，在科學抽象的基礎上，發現事物之間的共同特點，并從中概括出規律性的東西。第三，高層次的抽象必能演繹出低層次的抽象，而被演繹出來的理論又能為實驗所驗證。即，通過科學抽象得到的一般性的認識，可以通過演繹推理的形式推出較為具體的結論。認識發展的階段感性具體知性抽象理性具體抽象綜合科學抽象過程：充滿著飛躍，這一過程除了要運用邏輯思維（主要是辯證思維），還特別需要形象思維和直覺思維的積極參與：既需要“思維的自由創造”，也需要直覺對經驗的“共鳴”，是一種“科學研究的藝術”。科學抽象的成果：有科學概念、科學符號、思想模型等形態。廣義上還包括科學判斷、科學假說和理論等。框架真實系統數學模型科學抽象映射四、歷史和邏輯的統一所謂歷史，也就是客觀事物本身發展的過程，它包含著兩種含義：一是客觀事物現實的歷史發展過程，是事物在時間和空間上的展開過程，這一過程是現實的、歷時態的，如自然史、地質史、宇宙演化史、生物進化史、人類歷史等；二是認識的歷史發展過程，即人類對客觀事物發展過程的認識和把握，如哲學史、物理學史、數學史、化學史等等。歷史的方法是通過考察對象的自然進程來揭示其內在必然性和規律性的方法。具有描述性、順序性的特點。邏輯是指人的思維對客觀事物現實的歷史發展過程和對人類認識的歷史過程的概括反映，邏輯是歷史的東西在理論思維中的濃縮和再現，邏輯的東西表現為概念、判斷、推理所構成的科學理論體系。邏輯撇開了歷史發展的復雜性、多樣性、曲折性和偶然性，揭示了客觀事物和人的認識歷史過程中的本質、必然性和規律性。邏輯的方法具有以下幾個特點：第一，形式化。邏輯的方法是由一系列的邏輯定理和規則組成的，這些定理和規則都可以簡化為一些由邏輯符號組成的形式系統。邏輯思維和推理過程必須遵循這些規則。第二，可操作性。運用邏輯的方法去證明問題和認識事物，就必須依據邏輯規則進行推理。邏輯的推理過程也就是運用邏輯規則進行推導而獲得結論的過程，這是一個邏輯上的操作過程。第三，系統性。邏輯的方法不是一些零碎的個別的方法，而是一個形式化的系統方法。邏輯方法的作用在于：獲得新知識、進行預見、論證和證明、辨析正誤。邏輯與歷史統一的方法是：撇開有關認識對象歷史發展的具體細節的描述，而以理論形態從總體上把握認識對象歷史發展過程的內在規律性。

恩格斯在論述邏輯與歷史統一的方法的實質時指出：“邏輯的研究方式是唯一適用的方式。但是，實際上這種方式無非是歷史的研究方式，不過擺脫了歷史的形式以及起擾亂作用的偶然性而已。歷史從哪里開始，思想進程也應當從哪里開始，而思想進程的進一步發展不過是歷史過程在抽象的、理論上前后一貫的形式上的反映；這種反映是經過修正的，然而是按照現實的歷史過程本身的規律修正的，這時，每一個要素可以在它完全成熟而具有典范形式的發展點上加以考察。”（《馬克思恩格斯選集》第二卷，人民出版社1972年版，第122頁。）邏輯與歷史的統一包含著兩種形式：一是邏輯與人類認識的發展史是一致的；二是邏輯與現實事物的發展史是一致的。前者是指一門學科的邏輯體系應反映人類對這門學科研究對象的認識發展過程，如熱力學體系由三條基本定律組成，這個體系也反映了熱力學發展的歷史。19世紀40年代的熱力學第一定律，50年代發現第二定律，20世紀初又發現第三定律，依次反映了人類對熱本質認識的逐步深化。后者是指一門科學的邏輯體系應該體現這門學科研究對象的歷史發展線索，例如有機化學理論體系的構建從最簡單的脂肪烴化合物開始，到碳氫化合物再到它的衍生物直至生物大分子。熱力學第一定律——能量不滅原理在熱力學范圍內的能量守恒定律。熱可以轉變為功，功也可以轉變為熱；消耗一定的功必產生一定的熱，一定的熱消失時，也必產生一定的功。普遍的能量轉化和守恒定律在一切涉及熱現象的宏觀過程中的具體表現。熱力學的基本定律之一。熱力學第二定律

①熱不可能自發地、不付代價地從低溫物體傳到高溫物體(不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體，而不引起其他變化，這是按照熱傳導的方向來表述的)。

②不可能從單一熱源取熱，把它全部變為功而不產生其他任何影響(這是從能量消耗的角度說的,它說明第二類永動機是不可能實現的）。熱力學第二定律是關于在有限空間和時間內，一切和熱運動有關的物理、化學過程具有不可逆性的經驗總結。

熱力學第三定律——對熵的論述一般當封閉系統達到穩定平衡時，熵應該為最大值，在任何過程中，熵總是增加，但理想氣體如果是絕熱可逆過程熵的變化為零，可是理想氣體實際并不存在，所以現實物質中，即使是絕熱可逆過程，系統的熵也在增加，不過增加的少。在絕對零度，任何完美晶體的熵為零；稱為熱力學第三定律。在統計物理學上，熱力學第三定律反映了微觀運動的量子化。在實際意義上，第三定律并不像第一、二定律那樣明白地告誡人們放棄制造第一種永動機和第二種永動機的意圖，而是鼓勵人們想方設法盡可能接近絕對零度。

第二節科學技術研究的創新思維方法

科學思維是運用科學抽象的成果——概念、符號和思想模型所進行的深入的認知活動，是主體把握客體本質的認識活動和認識形式。邏輯思維、形象思維和直覺思維是科學思維的三類基礎形式。科學方法的兩大類別

經驗認識的方法：觀察和實驗方法理論思維的方法：邏輯思維方法和非邏輯思維方法科學研究方法的歷史演進

（1）以直觀思辨方法為主的時期古代（公元前—15世紀末)

：簡單、直接的觀察；思辯地概括和猜測同時實驗方法和數學方法開始萌芽。這一時期，科學方法的最高成就體現在亞里士多德的《工具篇》、歐幾里德的《幾何原本》、德謨克利特的《論邏輯》等著作中。(2)以實驗和分析方法為主的時期:近代（16世紀—19世紀中葉）伽利略：倡導實驗方法和數學方法；弗朗西斯·培根:創立了近代前期的實驗科學方法論和近代歸納法（輕視演繹法和數學）笛卡爾：創立以數學為基礎、演繹法為核心的科學方法論（輕視歸納法）（3）分析方法和綜合方法并重的時期：19世紀下半葉至20世紀初）：

自然科學從分門別類的研究到闡明過程間的聯系；靜止地分析現成的事實到考察自然過程的變化和發展。因此，科學方法也從觀察、實驗方法發展為綜合整理；從實驗、分析方法進入在實驗、分析基礎上進行理論綜合的時期。（4）綜合、系統思維方法時期：從20世紀40年代開始觀察、實驗與理論思維密切結合；科學方法的相互滲透和移植，產生了跨學科的研究方法；產生了控制論、信息論、系統論、耗散結構理論、協同學、突變論等等新的理論和方法。特點：突出了理論思維的能動性，強調整體性和綜合性。伴隨著科學的歷史發展，人類認識自然的研究方法經歷了從樸素整體綜合到分析再到系統整體綜合的辯證發展過程。邏輯思維：主要研究——分析、綜合、歸納、演繹、類比，是運用邏輯思維最重要、最常見的一些科學方法。非邏輯思維：形象思維直覺思維請列舉磚頭的各種可能用途。請舉出包含“三角形”的各種物品。請說出一只貓與一個冰箱相似的地方。列舉磚頭的用途，如果說出了造工房、造煙囪、造倉庫、造雞舍、造禮堂……只能說明你的發散思維處于較低級的階段，因為你所列舉的各種用途，其實都屬于同一類型：用于建筑材料。如果你還回答出打狗、趕貓、敲釘子、做家具墊腳、鋪路、壓東西、自衛武器等等，你的思維就具有一定的變通性。包含“三角形”的物品大致有以下幾類：1、物品中所包含的正規三角形，如紅領巾、三角旗、三角形鉛筆等；2、物品含近似三角形，如金字塔、衣鉤、山岳形積木等；3、物品中含有三角形的三個角的特點，構成主觀三角形，如三腳插座、三極管、斜面等。4、立體三角形，如錐體、漏斗、衣帽架、舞蹈造型等。說出的種類越多，說明發散思維的變通性越好；每一種類中說出的物品越多，說明發散思維的流暢性越好。貓和冰箱的相似之處相當之多：兩者都有放“魚”的地方；都有“尾巴”（冰箱后部的電線猶如“尾巴”）；都有顏色等等。

一、思維的發散性與收斂性發散思維也叫擴散思維、輻射思維、放射思維。它是指以一個問題作為思維的出發點或中心，圍繞某一問題沿著不同方向、不同角度、向上下左右多方位的思考方式，從多方面尋找問題的多個答案的思維方法。這種思維過程是一個流動的開放的不斷發展的過程。它要探索不同的、富有特異的答案。它廣泛動用信息庫中的信息，產生為數眾多的信息組合和重組，在思維發散過程中，不時會涌現出一些念頭、一些奇想、一些靈感、一些頓悟，而這些新的觀念可能成為新的起點、契機，把思維引向新的方向、新的對象和內容。

據說俄國大作家托爾斯泰設計過這樣一道題：從前有個農夫，死后留下了一些牛,，他在遺書中寫道：妻子得全部牛的半數加半頭；長子得剩下的牛的半數加半頭，正好是妻子所得的一半；次子得還剩下的牛的半數加半頭，正好是長子的一半；長女分給最后剩下的半數加半頭正好等于次子所得牛的一半。結果一頭牛也沒殺，也沒剩下，問農夫總共留下多少頭牛？在商業營銷運作中，也常有這種情況：如做鐘表生意的都喜歡說自己的表準，而一個表廠卻說他們的表不夠準每天會有1秒的誤差，不但沒有失去顧客，反而大家非常認可，踴躍購買。發散思維要求空間上的拓展與時間上的延伸。發散思維具有流暢性、變通性和獨創性特征。流暢性是指在短的時間內迅速做出眾多反應的能力，它要求從一個已知信息（思維基點）思考出盡可能多的思維目標。變通性又稱靈活性，是指進行思維時尋找解決問題的方法能夠及時從一個類別轉移到另一個類別，即思維開闊，善于隨機應變，能開拓新的思路，尋找新的方法。獨創性是在發散思維中表現出不同尋常的、異于他人的新奇反應的能力，這一能力使創造主體的思維突破常規和經驗的束縛，獲得新穎獨特的創造成果。發散思維能使創新主體的思維趨于廣闊、靈活，不受傳統觀念的束縛，在思維中構成新的思維形式。發散思維不同于分析思維，分析思維是利用概念、命題、推理等各種邏輯形式對思維對象進行分析，以認識它的基本矛盾、基本性質、基本結構，要求實事求是，不允許有想像、聯想、夸張等手法，發散思維雖然以分析思維為基礎，但不能完全歸結為分析思維，它還包括想像、聯想、直覺和靈感等思維活動。分析思維的宗旨是認識，獲得真理，發散思維的宗旨是創新，獲得新思路。收斂思維是以某種研究對象為中心，把發散開來的不同部分、不同方面、不同來源、不同角度，將眾多的思路和信息匯集于一個中心點，通過比較、篩選、組合、論證再創造性地組合為一個整體，從而得出在現有條件下解決問題的最佳方案。收斂思維的特點是聚焦性、整體性和可行性。聚焦性是指把思維發散后得到的組合集中起來，選擇最佳組合，通過定向、定點的思考，使思維達到一定的深度，更具有穿透力，從而揭示出問題的實質。整體性是指將發散的思路再集中起來，著眼于系統整體的狀態和功能，而不是拘泥于局部。可行性是指收斂思維是以可行性為標準選擇解題方案的。收斂思維也不同于綜合思維。發散思維與聚合思維都是要克服思維定式，不局限于常規的提出解決問題的新思路、新理論、新創造。二、直覺與頓悟直覺是指主體運用背景知識和經驗，不受邏輯規則約束，對認知對象的屬性、規律作出迅速的、直接的、整體的把握和體悟。直覺性思維是中國人傳統思維方式的重要特性，中國古代喜歡運用類比、象征、比喻等方法去達到直覺交流的目的。直覺思維分為兩類：一類是創新主體在自覺或不自覺地思考某一問題時，在大腦中突如其來地產生的使問題得到解決的靈感；另一類是創新主體在機遇觀察中閃現出的具有獨創性的頓悟，導致了未曾預料的創造。由此看來，靈感和頓悟是直覺思維中具有決定意義的成分，是創新思維中的質的飛躍。洞察力不是天生的，而是在長期實踐中培養的產物。法國短篇小說家莫泊桑曾向法國作家福樓拜請教寫作方法，福樓拜說，請你給我描繪一下這位坐在商店門口的人，他的姿態，他整個的身體外貌，……使我不至于把他和別人混同起來。關于這點福樓拜進一步說：“對你要表現的東西，要長時間很注意地去觀察它，以便發現別人沒有發現過和沒有寫過的特點。”直覺具有直接性、瞬時性和猜測性的特征：直接性是指直接經驗是產生直覺思維的基礎，它產生的機制是：直接經驗——直覺（頓悟）。瞬時性是指從直接經驗到直覺思維的產生是直接的，既不需要中介又無需有意識的思考，就能夠洞察出事物的實質或變化的規律。猜測性是指直覺思維不像邏輯演繹思維那樣，只要思維的根據真實，思維形式正確，思維的結果就必須真實。運用直覺做出的斷定并非必然真實，而是具有猜測性、試探性的。頓悟思維又稱為靈感思維，指的是這樣一種特殊的思維現象：人在長時間思考某個問題得不到解答，而中斷對它的思考后，卻又會在某個場合突然對問題的解答有所領悟。

愛因斯坦在回憶狹義相對論的醞釀過程時說：“一天晚上，我躺在床上，對那個長期折磨自己的謎，心里充滿了毫無希望的感覺，沒有一絲光明。但是，突然黑暗里透出了光亮，答案出現了。”靈感的到來，使愛因斯坦非常振奮，他把自己關在房子里連續工作了五個星期，終于寫出了《論動體的電動力學》這篇只有9000字的劃時代論文。頓悟的獲得是顯意識和潛意識的結合。人腦儲存的知識，有些是通過各種形式的學習，有意識地記憶下來的稱為有意識的智能。這些知識，能夠用邏輯推理等思維方式調用，這種調用過程是一種有意識的思維過程。但人腦中更多的知識，是在各種經歷中無意識地獲得并儲存起來的，稱為潛意識的智能。這種潛意識智能僅靠邏輯推理思維是調動不出來的，它的激活過程是一種潛意識的思維活動，這種潛意識的思維活動會使處于游離態的各類知識單元建立起許多潛在的暫時聯系，使思維處于一觸即發的狀態。一旦受到某種啟發，潛意識便會打開人的思路，突然產生頓悟。因此，錢學森曾提出：“要注重研究靈感”。因為，靈感能意外地抓住解決問題的契機。頓悟的獲得是顯意識和潛意識的結合。人腦儲存的知識，有些是通過各種形式的學習，有意識地記憶下來的稱為有意識的智能。這些知識，能夠用邏輯推理等思維方式調用，這種調用過程是一種有意識的思維過程。但人腦中更多的知識，是在各種經歷中無意識地獲得并儲存起來的，稱為潛意識的智能。這種潛意識智能僅靠邏輯推理思維是調動不出來的，它的激活過程是一種潛意識的思維活動，這種潛意識的思維活動會使處于游離態的各類知識單元建立起許多潛在的暫時聯系，使思維處于一觸即發的狀態。一旦受到某種啟發，潛意識便會打開人的思路，突然產生頓悟。

靈感思維具有偶然性、機遇性和模糊性特征。偶然性是指客觀事物發展過程中并非確定發生的，可以出現，也可以不出現；可以這樣出現，也可以那樣出現的不確定的趨勢。機遇性是指靈感的出現常常使人們始料未及，難以預測。模糊性是指靈感帶來的成果，并不都是完整成熟，精確清晰，富有價值的。相反，靈感提供的往往只是一種朦朧狀態的“半成品”，其中往往粗精混雜，零碎不全，真偽并存，模糊不清。它們一般都還有待于再經過邏輯思維或形象思維的進一步加工整理。三、思維的邏輯性與非邏輯性

邏輯思維和非邏輯思維都屬于創造性思維的范疇。一方面，許多科學理論的研究工作雖然基本上是邏輯思維，但在猜測目標、尋找論證方法上卻運用了非邏輯思維；另一方面，許多創造性思維成果是非邏輯思維的產物，如果作為科學理論，必須補充邏輯證明或實踐證明；而作為科學假說，必須補充基本假設-邏輯結構體系，否則，它就只能作為科學猜測而存在。在科學史上有兩種類型的科學家：一種是邏輯型科學家，他們基礎知識和經驗材料豐富，屬于積累型學者，其工作容易被承認，風險小，但成果意義大都一般化。另一種是非邏輯型科學家，他們的知識和資料未必詳盡，但富于想象，擅長直覺，屬于創新型學者，其工作不易被承認，風險大，一旦成功意義巨大。在認識史上，往往是非邏輯型科學家依靠想象、直覺、靈感、機遇取得突破，而后由邏輯型科學家慢慢完善。總之，嚴謹的邏輯和實踐論證，與大膽的猜想、執著的直覺交替運用，是科學認識和獲得創造性思維成果的最佳途徑。四、移植、交叉與跨學科研究方法（一）移植方法所謂移植，即把在其他學科中已經運用的方法或研究方式移到要研究的新領域或新學科中，加以運用或加以改造后的研究方法。移植方法的創造性很高。移植方法包括：概念移植、對象移植和方法或技術移植等等。（二）學科交叉方法或跨學科方法

1.所謂學科交叉方法，就是兩門以上的學科之間在面對同一研究對象時，從不同學科的角度進行對比研究的方法。借鑒其他學科的研究，思考本學科的問題和對象，融合其他學科的研究方法，以達到對研究對象的新認識。

2.所謂跨學科方法就是通過多學科的協作共同解決同一問題的方法，跨學科也是一種多學科融合的方法，也可以稱為多維融貫的方法。第三節

科學技術研究的數學與系統思維方法

一、數學方法及其作用客觀存在的一切事物都是質和量的統一體。事物不僅有質的規定性，而且有量的規定性，質一般要通過一定的量來表現。數學是專門研究量的科學。它撇開客觀對象的其它一切特性而只抽取各種量，量的變化以及量之間的關系等等，在抽象的“純粹”形態上進行研究，研究的成果刻劃出客觀世界的量的規律性，并且不斷總結出種種在量之間進行推導和演算的具體方法。因此，數學必然成為人們從量的方面去認識事物的有效工具。用數學方法研究問題，就是要根據所研究對象的質的特點，分別地或綜合地運用各個數學分支所提供的概念、方法和技巧，去進行數量方面的描述、計算和推導，從而對問題作出分析、判斷。（一）數學方程方法方程是一種把事物的關鍵關系抽象出來，建立某種關于事物的數學模型的方法；例如，洛特卡-魏爾特拉方程，抽象地描述了捕食者與被捕食者的關系，讓人們理解了在一定條件下，特定生態系統的運行。（二）數學建模方法模型是科學抽象的一種；模型是科學家考察和介入自然事物的中介與橋梁；數學在建模方面具有重要作用，數學模型比實物模型更能夠反映事物內在屬性的抽象關系。75（三）數學統計方法統計方法是人類對事物總體數量、類型及其關系的認識方法。統計方法在統計資料的基礎上來研究如何搜集、整理和分析統計資料的方法。數學統計方法對于認識事物總體狀況、分布狀態及其相互關系有重要意義。（四）數學實驗方法數學實驗是把計算機技術和數學方法結合起來，在計算機上以數學方法設計實現的理想實驗。數學實驗方法有助于人類更加精確和在整體上認識事物內部要素和事物之間的理想關系。數學實驗方法豐富了實驗的概念，擴展了實驗的內容，是一種理想化的數學實踐。76在自然科學的研究中，數學方法作為一種不可或缺的認識手段，特別是理論思維的一種有效形式，其重要意義可概括為以下三個方面：1、為科學研究提供簡潔精確的形式化語言。許多自然科學定律都可表示為簡明的數學公式。在電動力學中，用一組偏微分方程——麥克斯韋方程，概括地描述了經典電磁理論的全部基本定律。進入微觀物理世界，則可用泛函分析中的希爾伯特空間和算子表達量子力學的量的關系，等等。2、為科學研究提供數量分析和計算的方法。一門科學從定性的描述進入到定量的分析和計算，是這門科學達到比較成熟階段的重要際志，而科學的這進一步與數學方法的應用是分不開的。3、為科學研究提供推理工具和抽象能力。數學中的命題、公式都要嚴格地從邏輯上加以證明以后才能夠確立。數學的推理必須遵守形式邏輯的基本法則，以保證從某一前提出發導出的結論在邏輯上是準確無誤的。所以，運用數學方法從已知的量和關系推求未知的量和關系時，就具有邏輯上的可靠性。在自然科學的理論研究中，數學方法是一種有效的進行推理和邏輯證明的工具。總之，數學方法體現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。劍橋大學的數學橋恩格斯指出：“數學：辯證的輔助工具和表現方式。”二、系統方法及其作用系統方法是指20世紀40-90年代出現的系統科學所采用的一系列方法的總和，這些方法對于從橫斷方面抽象認識對象的物質結構、能量流動和信息傳遞有重要的作用。

系統方法，就是用系統的觀點來考察研究事物的方法，或根據事物本身的特性把對象放在系統的形式中加以研究的方法。（一）系統分析與綜合方法

1.系統分析：把系統進行分解，對其要素進行分析，找出解決問題的可行方案的思維與思考方法。

2.系統綜合：把研究、創造和發明對象看作是系統綜合整體，并對這一系統綜合整體及其要素、層次、結構、功能、聯系方式、發展趨勢等等進行辯證綜合地考察，以取得創造性成果的一種思維方法。系統：相互聯系、相互作用的若干要素構成的有特定功能的統一整體。系統方法要求人們把研究對象和過程視為系統來加以研究。廣義系統方法：實際上是一組系統方法論形態。狹義系統方法：系統分析方法、系統規劃方法。從信息論的角度：信息方法。從控制論的角度：控制論方法（多種控制方法、黑箱方法、功能模擬方法）新的系統過程方法：自組織方法系統思考系統思維方法要求從作為一個系統的整體出發，始終著眼于整體與部分、整體與外部環境的相互作用之間的關系，綜合地、精確地研究對象，對系統的內外聯系及其規律性加以辯證地分析，找出合乎系統目的性的最佳方案，最終達到最優化處理問題的效果。一般說來，系統方法應包括這樣幾個環節（即一般程序）：一是選擇和確定目標；二是收集資料進行分析；三是建立若干個數學模型；四是通過比較和評價確定最優方案；五是選定的方案如果可行，則付諸實施，對實施效果進行評審，再與方案進行比較。都江堰水利工程由創建時的魚嘴分水堤、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成。科學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：系統工程的典范——都江堰水利工程（二）軟系統方法論

軟系統分析，主要運用于問題不夠明確、任務范圍無法完全確定的情境。軟系統方法論認為，軟問題是指在現實世界中的人類活動所表現出來的有關的不能精確定義無法精確說明的問題。軟系統方法論采取現實與模型對應的方式直到較為滿意地解決問題為止。系統分析：軟分析和硬分析軟分析硬分析1，開始：由改進需求引起的一個不確定性問題1，開始：要求解決一個比較確定的問題2，描述系統結構組分、過程及其相互關系，暫時確定要改進問題的狀況2，確定系統及其目標以及各個層次2，對具有特定功能的系統需要反映決策目標3，確定相關系統的初始定義，建立系統概念模型3，定量模型設計系統并且進行模擬3，確認替代方案，運算進行比較4，用形式系統模型和其他系統思想改進概念系統4，利用確定的評價優化設計4，選擇最佳替代方案5，概念系統與實際系統比較，尋求合理化和期望的變化5，了解變化和需求的提高狀況6，實現經過變化的和改進的設計系統6，實現設計系統系統方法的步驟：首先確定系統，確定系統的辦法，跳上一層：邊界或界線的明確；跨界線部分；研究系統內部相互作用的狀況內部相互作用要素分析；內部相互作用數目、類型分析；研究系統與環境相互作用狀況系統劃界兩種界限：物理的和非物理的；起過濾、標準化作用：如細胞膜；如大學畢業標準和招收學生的標準；跨界限：溝通和緩沖作用。邊界復雜性，即界限與跨界限的統一和交互作用。邊界復雜性表現：動態性，連通性等。環境掃描系統與環境系統的一般環境系統的具體環境系統的物理環境系統的非物理環境系統動態分析：系統演化路徑分析；系統演化中相互關系變化分析；系統與環境關系變動分析；系統演化終態預測系統思維的七個原則

第一原則－“整體性思維”即系統思維必須從整體出發的原則，簡稱為“整體性”原則。系統是作為一個整體而存在和演化的，各個要素（和元素）的獨立機能和相互關系只能統一于系統整體之中，也只能通過系統整體來協調，既便系統不是集中控制的系統，如因特網，如某些跨國公司這樣的系統，也會通過系統整體的某些機制或規則進行必要的協調。系統思維的整體性原則是一種總體性原則。第二原則－“相關性思維”即系統思維必須注意到系統的相關性，進行相關性思維，簡稱為“相關性”原則。系統各個元素之間都存在相互聯系、相互依存和相互制約的關系，不過這種關系或強或弱，并且具有局域性、特定性，構成為系統內部的某種關系集群。例如，在一個公司或者一個班級里，比起跟其他人的關系來說，某甲和某丁關系更好些。這種關系（利益關系或是友誼關系）就構成所謂“物以類聚，人以群分”的聚類關系。“庖丁解牛”實際上就是要根據牛這個系統各個部分之間關聯的強弱進行分解（學術語言為“解耦”），即通過解耦把一個復雜系統分解為許多相互聯系的子系統。大系統的“集結”局域也可以通過結點進行進一步的簡化，而這種簡化本身也是以相關性為依據的。系統思維的相關性原則是一種系統的基礎性原則。第三原則－“結構性思維”即系統思維應該著重考慮系統的結構性以及相應的功能，這簡稱為“結構性”原則。系統的結構性，是系統內部各個部分有機聯系和穩定本質聯系的反映，系統的穩定的和本質的聯系就構成了系統結構。并不是有相同的元素就會有相同的結構，系統結構并不決定于系統的要素，而是取決于要素之間的相互關系。當系統具有相同的要素，同時具有不同的結構時，系統的功能也會不同，對外產生的效應也是不同的。因此，系統思維的重點應該放置在系統的結構上，而不是要素上，當然要素也是必須有所認識的，要素的認識是一個基礎，而重點應該放置在要素構成的結構關系的分析上，這個問題我們后面還會涉及到。因此，系統思維的結構性原則是系統的重點性原則。第四原則－“動態性思維”即要用演化的觀點看待對象，把系統看成為過程的集合體。也可以稱為系統思維的“動態性”原則。換句話說，動態性原則，不僅意味著把系統放置在過程中理解和處理，而且還進一步意味著要按照語境的觀點，把系統放置在不同的參考系中，系統在不同的參考系中會采取不同的行為和運動方式。系統動態性原則是系統變化性的反映，是過去與現在、現在與未來相互結合的思考。第五原則－“目的性思維”即系統思維和分析必須注意系統的目的，可以簡稱為“目的性”原則。系統的目的是一種導引性框架。系統活動一般都會具有特定的、顯明的目的，系統的各個部分也是根據系統目標而協調起來的，系統整體的運動引起的輸出響應實際上就是系統目的性的反映。那么，分析就必須注意系統的目的。第六原則－“環境性思維”是系統思維思考的框架性原則，即系統思維時，必須注意到系統的特定環境和一般環境對系統的影響以及系統的運動對這些環境的影響。可以把這一原則簡稱為“環境性”原則。任何一個實際的系統都存在于特定和一般的環境中，都與環境進行著物質、能量和信息的交換。一個系統要能夠生存和發展，首先就必須適應外部環境及其變化；一個系統要能夠長存活力，也必須積極影響環境，改變環境，與環境共生，與環境共變。環境性原則包括兩個方面的思考：第一，要注意系統與環境的相互適應；第二，也要同時注意系統與環境的相互影響。第七原則－“路徑性思維”是系統思維的路徑原則，可以簡稱為“反饋性”原則。反饋體現了系統分析的多次反復運動過程，以及思考的路徑。反饋也是一種不斷循環的因果過程，不斷的超越循環的過程。我們需要像系統實際過程中存在反饋環節那樣對要研究的對象進行反復的思量，甚至包括從結果到原因的再思考。注意系統運行中信息流向，從而把握系統演化的信息脈絡。以上七條系統思維原則可以總結如下：整體性原則，相關性原則，結構性原則，動態性原則，目的性原則，環境性原則，反饋性原則。它們各有各的用處，各把各的關卡。在系統思維過程中應該協調運用。整體性是總框，相關性是基礎，結構性是重點，動態性是延展，目的性是導引，環境性是外框，路徑性是饋線。

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控制論方法控制論是美國數學家維納（1894-1964）創立的。他于1948年出版的《控制論》在世界引起強烈反響。控制論是一門以數學為紐帶，把研究自動調節、通信工程、計算機和計算技術以及生物科學中的神經生理學和病理學等學科共同關心的共性問題聯系起來而形成的邊緣學科。按照這一新的圖景，一切物質存在，不管是天體、生物、機器直到人類社會以至于人的思維過程，都構成一定的"系統"，具有不同形式的控制、反饋功能。

(三)反饋與控制方法（三）反饋與控制方法1.反饋與反饋方法反饋本為控制論的基本概念，指將系統的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進而影響系統功能的過程。反饋可分為負反饋和正反饋。反饋方法是指運用反饋概念去分析和處理問題的方法，是一種以結果反過來影響進一步產生事物或原因的思考方法。2.控制與控制方法控制是指對事物起因、發展及結果的全過程的一種把握，是能預測和了解并決定事物的結果。控制方法有多種具體形態。控制方法的核心是一種在系統視野中如何處理好控制主體與控制客體的辯證關系。運用控制方法對復雜對象進行研究時，是對其控制流程加以綜合性的考察，是以事物的系統要素、結構和功能關系的立場觀察事物。控制論方法：

控制論方法運用控制論的原理和反饋調節手段，從功能行為上控制并揭示研究的對象系統變化發展的內部機制和外部效應的科學方法。控制論方法具體分為黑箱辨識法、反饋調節法和功能模擬法。

黑箱辨識法：通過考察輸入與輸出的信息，從外部來研究對象系統的功能和特性，探索無法直接觀察到的內部結構和機理的科學方法。

黑箱辨識法的步驟是：第一，確認出一個特定的黑箱系統；第二，選定環境對黑箱的輸入渠道以及黑箱對環境的輸出渠道；第三，獲取有關黑箱的信息或數據作為認識黑箱的依據；第四，綜合整理分析所獲取的輸入與輸出信息，以此推測黑箱內部結構狀態及其過程機制，形成初步假說；第五，繼續調整輸入信息和分析輸出信息，修正假說。

（四）

信息論方法

1948年申農（1916-2001）發表的《通訊的數學理論》一文，成為信息論誕生的標志。信息論是研究信息傳輸和信息處理系統中一般規律的新興學科。核心問題是信息傳輸的有效性和可靠性以及兩者間的關系。學科內容包括信息熵、信源編碼、信道編碼、信道容量、信息失真率理論、信號檢測和估計等。（四）信息方法信息方法是運用信息的觀點，把系統的運動過程看作信息傳遞和信息轉換的過程，通過對信息流程的分析和處理，獲得對某一復雜系統運動過程的規律性認識的一種研究方法。信息方法的優點是不割斷系統的聯系，通過流經系統結構的信息考察系統的結構和功能，以及變化發展，用聯系的、全面的、功能化的觀點去綜合分析系統運動過程。

獲取科學事實整理科學事實理論的應用（查閱文獻、觀察實驗）（科學抽象、理論思維）（技術與生產實踐）

輸入科學事實假說、理論輸出信息獲取信息加工信息使用信息反饋

科研過程的信息流程圖三、復雜性思維及其方法人類在邁向21世紀時，系統問題，特別是復雜系統及相應的復雜性科學問題變得日益突出。復雜性研究興起最早可追溯到20世紀40年代貝塔朗菲的系統論開創性研究，隨后以耗散結構理論的誕生為先導，協同學、超循環理論、突變論、混沌學和分形學等一系列復雜性科學的興起及其蓬勃發展，極大地改變了世界科學圖景以及當代科學家的思想方法和思維方式，使人們看到了一個更加豐富的世界。與傳統經典科學相比，復雜性科學突破了機械論科學的孤立性、片面性、靜止性等局限，將被經典科學的簡化理性所排除的多樣性、無序性、個體性因素引進科學的視野，將矢量時間、熵、不可逆性、偶然性、不穩定性、突現性、非線性等大量新概念運用到科學研究之中。復雜性科學揭示，世界從本質上講是復雜的、非線性的，線性的相互作用和規則簡單的秩序乃是一種特例，而非定則。復雜性科學揭示了線性、還原方法的局限，主張把復雜事物當作復雜事物來處理，考慮客觀事物的更多因素，以一種復雜性思維來認識和把握世界。復雜性科學的發展在哲學和方法論方面引起了深刻的變革，為人們提供了認識復雜世界的一種新的思維范式。

耗散結構理論創始人——普里戈金（比利時）

首先，對于復雜的非線性系統，復雜性思維范式要求我們重視復雜系統中的各種要素及其相互關系，以一種整體思維來把握事物性質和規律。

其次，復雜性思維范式要求我們重視復雜系統中的各種要素及其相互關系，從事物不斷變化的過程中，從事物與周圍環境要素的關聯上來考察和分析。

再次，復雜性思維范式要求我們掌握非線性的方法論，關注系統的非線性特征。非線性是復雜性的必要條件，是復雜性的數學本質。復雜性的突出特性是涌現性，而涌現性的機制是非線性的，也就是說，正是通過微觀元素的非線性才可能出現整個的涌現性。復雜性科學方法

1．自組織性：強調事物的自組織演化特性，在對研究對象進行認識與控制時，注意事物的自我發展演化的特性，不過分和直接干預對象的演化。

2．多樣性：注意從多個側面認識和把握對象；注意對象的多樣性關系；注意事物多樣性聯系。3．融貫性：把對事物的歷史考察和邏輯認知統一起來，把多樣性與統一性聯系起來，把整體與部分統一起來，進行連貫、系統的認識。

4．整體性：首先把事物作為整體考察，力圖超越還原論，從事物的整體出發，認識事物的存在、演化的復雜規律與特性。復雜性理論研究的基本框架復雜系統理論一般系統論控制論信息論協同學突變論耗散結構論超循環論一般系統科學自組織理論現代系統科學非線性科學混沌動力學分形理論孤立子理論大系統理論復雜巨系統理論灰色系統理論復雜性科學遺傳編程進化策略進化編程遺傳編程人工生命進化計算主體神經網絡L-系統元胞自動機網絡動力學搏弈論計算復雜性第四節

科學技術活動的方法

一、科學實踐的方法

在現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節：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。科學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。科學觀察科學觀察是人們有目的、有計劃、有步驟地通過自己的感官去反映自然界各種事物現象的活動。科學觀察兩個最主要的特點：感知性，目的性。科學觀察分類：定性觀察和定量觀察，直接觀察和間接觀察，等等。科學實驗

科學實驗方法是在人工創造的條件下，在變革和控制研究對象的過程中觀察客體，它比觀察方法能獲得更精確可靠的科學事實。

科學實驗方法的主要特點：

第一，簡化和純化研究對象；

第二，強化和激化研究對象；

第三，重復或再現研究過程和結果。巴斯德在實驗室研究微生物與發酵的關系，證明了細菌致病巴甫洛夫研究狗的消化腺分泌時意外發現了條件反射。他用手術在狗的腮部唾腺位置連接一導管，引出唾液，并用精密儀器記錄唾液分泌的滴數。實驗時給狗食物，并隨時觀察其唾液分泌情形。巴甫洛夫意外地發現，除食物之外，在食物出現之前的其他刺激(如送食物來的人員或其腳步聲等)，也會引起狗的唾液分泌。巴甫洛夫根據謝切諾夫《腦的反射》理論，在1901年將狗對食物之外的無關刺激引起的唾液分泌現象，稱之為條件反射。所謂條件反射(conditionedreflex)，是指在某種條件下，非屬食物的中性刺激也與食物刺激同樣引起腦神經反射的現象。從1901年起，巴甫洛夫專心從事條件反射實驗研究，直到1936年逝世為止，長達35年之久。例：巴甫洛夫發現條件反射

在觀察實驗中，保證觀察的客觀性應當做到以下幾點：

第一，要求實驗結果可以用某種標準的方法進行重復。一般說來，觀察者的主觀的偶然失誤都很容易在重復的實驗中暴露出來，并加以消除，這就保證了實驗結果的客觀性。

第二，科學觀察要求以正確反映客觀事物本質的理論為指導。這類理論能提供正確的概念系統、推理規則和消除假象與誤差的方法，從而把日常觀察中模糊不清的現象變得清晰起來。

第三，使用先進的觀測技術和觀測儀器。儀器精度和可觀測范圍的擴大，就能更準確地記錄客體運動的狀態，提高觀察的客觀性。

最后，嚴謹的實事求是的學風。這是保證觀察客觀性前提，也是獲得科學成果的重要條件。

觀察和實驗中的機遇

在獲取科學事實的觀察和實驗過程中，由于意外的事件導致科學上的新發現，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。機遇是科學發現過程中一個具有普遍意義的環節。例（德）倫琴（R?ntgenWC）發現X射線，（法）貝克勒爾(BecquerelHA)發現鈾的放射性。倫琴發現X射線1895年11月8日晚，倫琴陷入了深深的沉思。他以前做過一次放電實驗，為了確保實驗的精確性，他事先用錫紙和硬紙板把各種實驗器材都包裹得嚴嚴實實，并且用一個沒有安裝鋁窗的陰極管讓陰極射線透出。可是現在，他卻驚奇地發現，對著陰極射線發射的一塊涂有氰亞鉑酸鋇的屏幕（這個屏幕用于另外一個實驗）發出了光.而放電管旁邊這疊原本嚴密封閉的底片，現在也變成了灰黑色—這說明它們已經曝光了！這個一般人很快就會忽略的現象，卻引起了倫琴的注意，使他產生了濃厚的興趣。他想：底片的變化，恰恰說明放電管放出了一種穿透力極強的新射線，它甚至能夠穿透裝底片的袋子。不過目前還不知道它是什么射線，于是取名“X射線”。于是，倫琴開始了對這種神秘的X射線的研究。他先把一個涂有磷光物質的屏幕放在放電管附近，結果發現屏幕馬上發出了亮光。接著，他嘗試著拿一些平時不透光的較輕物質—比如書本、橡皮板和木板—放到放電管和屏幕之間去擋那束看不見的神秘射線，可是誰也不能把它擋住，在屏幕上幾乎看不到任何陰影，它甚至能夠輕而易舉地穿透15毫米厚的鋁板！直到他把一塊厚厚的金屬板放在放電管與屏幕之間，屏幕上才出現了金屬板的陰影，看來這種射線還是沒有能力穿透太厚的物質。實驗還發現，只有鉛板和鉑板才能使屏不發光，當陰極管被接通時，放在旁邊的照相底片也將被感光，即使用厚厚的黑紙將底片包起來也無濟于事。

接下來更為神奇的現象發生了，一天晚上倫琴很晚也沒回家，他的妻子來實驗室看他，于是他的妻子便成了在照相底片上留下痕跡的第一人，當時倫琴要求他的妻子用手捂住照相底片。當顯影后，夫妻倆在底片上看見了手指骨頭和結婚戒指的影像。

1896年1月5日，在柏林物理學會會議上展出了很多X射線的照片，同一天，維也納《新聞報》也報道了發現X光的消息。這一偉大的發現立即引起人們的極大關注，并很快傳遍全世界。在幾個月的時間里，數百名科學家為此進行調查研究，一年之中就有上千篇關于X射線的論文問世。倫琴雖然發現了X射線，但當時的人們——包括他本人在內，都不知道這種射線究竟是什么東西。直到20世紀初，人們才知道X射線實質上是一種比光波更短的電磁波，它不僅在醫學中用途廣泛，成為人類戰勝許多疾病的有力武器，而且還為今后物理學的重大變革提供了重要的證據。正因為這些原因，在1901年諾貝爾獎的頒獎儀式上，倫琴為世界上第一個榮獲諾貝爾獎物理獎的人。人們為了紀念倫琴，將X(未知數）射線命名為倫琴射線。醫用x射線機機遇的兩種類型：一種是意外的、偶然的發現使遇到的難題迎刃而解，如固特異橡膠的發明。一種是本來為了研究某一事物，但在實踐過程中卻意外地發現了另一種事物，而后者又比前者具有更大的價值，如克魯克斯1861年在用分光鏡檢視一種含硒化合物的殘渣時，發現一種新元素——鉈。兩種類型機遇的區別在于，一種是加快了研究的進程達到了預期的目的；另一種是離開了原來的方向和目的。機遇產生的根源在于科學研究的目的性、探索性與自然現象的錯綜復雜性的矛盾。科學研究首先表現為已知和未知的對立統一，其次表現為確定性與非確定性的對立統一。

恩格斯：“在歷史的發展中，偶然性起著自己的作用，而它在辯證的思維中，就像在胚胎的發展中一樣概括在必然性中。”要充分利用機遇，科研工作者除了對機遇的認識態度外，還需要有及時發現問題的能力上的準備，這包括具有開放的思路、活躍的思想和廣博的知識。科學實驗室與人工自然實驗室不僅僅是科學家的研究空間。科學實驗室的實踐對于科學研究有如下作用：

1．建構特定的微觀人工世界。科學家通過實驗室，構建了一個特定的人工簡單化“世界”，從而規避了現象本性所包含的巨量的復雜性。

2．隔離和突出研究對象。它把外部的任何可能的影響隔離開來，并且把建構現象中的若干要素突出出來。

3．操縱和介入。建構這樣的一個在實踐上被隔離開來的微觀世界的目的，是為了能夠以特定的方式操縱它。科學家有意地引入一個人工微觀世界，讓事件在實驗室里運動。在實驗室里，科學家不是袖手旁觀者，而是行動者、參與者和實踐者。他們的科學研究方式不僅是“看”，更重要是“做”。

4．追蹤微觀世界。追蹤實驗涉及到從最初的建構到對整個實驗進程實施的全程控制。通過追蹤，實驗室的微觀世界的種種事件才能變成為可觀察的現象。二、技術活動的方法（一）技術思維及其特點

1．科學思維更關注普遍性；技術思維更關注可行性；

2．科學思維更關注創造性；技術思維更關注價值性；

3．科學思維沒有限制，可以任憑思維跳躍發展，技術思維是限制性思維，是在已經有了原理的基礎上思考如何通過現有條件或改造條件從而實現它。

4．技術思維是聯系性思維，它一方面要連通科學的理論，另一方面要聯系技術的實際，是兩極思維，技術思維要求“頂天立地”。案例：一個綠色設計要考慮的方面引自：李方義博士論文（二）技術活動的方法

技術方法就是指包含在人類技術研究與開發活動中的可操作性的規則、模式或程序。它集中體現了人對自然的能動作用。技術是伴隨著人類的產生而萌發的，在其漫長的歷史發展過程中，人類不斷發明、創造了各種各樣的技術方法，它們構成了一般技術方法的基礎

。

一般技術方法可以從不同角度來分類，根據一般技術方法的功能特點，可以分為技術決策方法和技術創造方法兩大類。前者包括技術預測方法、技術評估方法，后者包括技術選題方法、技術方案構思方法、技術試驗及設計方法、技術推廣方法等。技術方法特點(比較科學方法)更強的實踐性:技術研究的進程則是實現人類認識過程中的第二次飛躍,其最終成果主要是物質形態的東西.更強的社會性:技術兩重性,技術方法受此影響,方法的選擇要考慮各種社會因素.更強的綜合性:工程技術的研究對象是特定的現實自然物包括人工自然物,須恢復許多在科學研究中舍棄的因素和關系；而且技術方法常常是多種自然科學原理的綜合應用,還要綜合社會科學的成果.工程技術方法的一般程序需求概念修訂改進確證決策制造N.L.斯文森，《工程設計導論》，p.6。1．技術構思方法技術構思是指在技術研究與開發中，對思維中考慮的設計對象進行結構、功能和工藝的構思。技術構思方法包括經驗方法和科學方法。2．技術發明方法技術發明是創造人工自然物的方法。技術的發明是人類在自然客體的基礎上，利用自然物質、能量和信息，創造出來的原本自然沒有的人工創造物。技術發明有許多種方法。3．技術試驗的方法技術試驗是在應用研究或技術開發中，對技術思想、技術設計、技術成果進行探索、考察、檢驗的實踐活動。技術試驗與科學實驗是科學技術領域中兩個不同的實踐活動。兩者既有共性，又有區別。4．技術預測的方法5．技術評估的方法技術評估是對技術系統、技術活動、技術環境，包括技術計劃、項目、機構、人員、政策等可能產生的作用、效果和影響進行測算與評價的行為，是從總體上把握利害得失，將被評估的系列技術活動的負面影響降至最低，使其活動的正面影響達到極大，從而引導技術活動朝著有利于自然、社會和技術的和諧發展的方向前進。1423.技術試驗

及其基本類型技術試驗及其特點技術試驗是在應用研究或技術開發中，對技術思想、技術設計、技術成果（如新的生產方法、新的工藝、新的產品等）進行探索、考察、檢驗的實踐活動。它是實現技術構思和設計向實物對象轉化的技術研究方法。科學理論和技術構思必須經過試驗才能物化為技術成果；技術成果也必須經過試驗才能轉化為現實的生產能力。143*試驗和實驗試驗和實驗是科學技術領域中兩種不同的實踐活動，二者既有共性，又有區別。從認識論的一般原則看，試驗和實驗的共性主要表現在：首先，它們都屬于認識事物的實踐環節，它們都是利用科學儀器、設備等物質手段來控制環境、變革對象，在有利的條件下研究事物的方法，其次，試驗和實驗都是獲取反映事物特性、關系的數據資料的手段；其三，它們都是檢驗認識的真理性的標準。試驗可以驗證技術思想、技術原理、技術設計等的真理性和可行性，此外，在當代一些前沿料學技術領域里，科學理論的研究和技術開發工作已經融為一體，很難把試驗與實驗作明確的區分。144試驗和實驗科學和技術畢竟是兩個不同的領域，因此，實驗與試驗作為分屬這兩個領域的不同實踐活動，其區別也是明顯的第一，研究職能不同。從整個認識過程來看，實驗是由實踐上升為理論的科學認識過程，它主要承擔認識世界的職能，即揭示未知的自然規律；而試驗是由理論（或實踐經驗）轉化為實踐的技術創造過程，它主要承擔改造世界的職能，即把科學理論、技術原理轉化為技術成果、直接的生產力。第二、研究對象不同。實驗的對象是自然客體，是為了探索自然過程與自然規律，而試驗對象是人工自然物，是為了建立人工自然物或人工自然過程。145第三，經驗的因素在實驗和試驗中的地位不同實驗過程是在科學假說和科學理論的支配下進行的，科學家追求的是理想化、精確化和完美化。在科學探索中有時也用經驗方法，但經驗估計往往是不能令人滿足的。而在工程試驗中，由于工程問題非常復雜，受到多種因素的制約和影響。所以，它一方面可以把研究