2003级研究生《自然辩证法概论》教学内容提要
1．“自然辩证法”术语的由来：1925年，前苏联理论界将恩格斯的四束遗稿，冠以“自然辩证法”的书名，以德文和俄文对照的形式出版之后，“自然辩证法” 就作为一个研究领域，在许多国家广泛出现。
2．“自然辩证法”在马克思主义哲学体系中的地位与作用：
马克思主义世界观是辩证唯物主义的自然观与社会历史观的统一，自然辩证法与历史唯物主义构成马克思主义哲学体系。
3.作为交叉学科体系的“自然辩证法”的学科定义： （1） 教学要求修订前的定义：“自然辩证法是马克思主义哲学的重要组成部分，是关于自然界和科学技术发展的一般规律，以及人类认识与改造自然的一般方法的科学。”
（2） 根据2003年教学要求的定义：自然辩证法是马克思主义关于科学、技术及其与社会的关系的已有成果的概括和总结，是关于自然界发展和科学技术发展的一般规律、人类认识和改造自然的一般方法以及科学技术与人类社会发展关系的理论体系。
自然辩证法是各门自然科学、技术科学、社会科学和思维科学与马克思主义哲学之间的桥梁和纽带，它与历史唯物主义一起构成马克思主义哲学。
第一讲：辩证唯物主义自然观的创立
（1）自然界并不是从来如此、永恒不变的，而是一个有其起源、发展和演化的动态过程。
（2）人类对自然界发展过程的认识本身，也有一个起源、发展和演化的过程。 （3）“自然界往往要等候辩证法很久”，而所谓的自然辩证法不过是自然界的这个起源、发展和演化的动态过程在人类认识上的反映，而不附加任何外来的东西。
（4）“随着人类对自然认识过程中的每一个划时代的发现，辩证法都不可避免的要改变自己的形式。”
什么是自然？自身包含有生长、分化与演化的无限多样性的整个存在。
“……我们的宇宙起源→基本粒子起源→化学元素起源→天体起源→地球起源→地球圈层分化→有机物起源→生命物质起源→生物圈→-社会圈-人类的自然进化与文化进化→……”
什么是自然界？
[1]自然界是指自身表现为具有不断生长的无限多样性的整个存在。 （一与多的统一；“过去—现在—未来”的统一；存在与非存在的同一） [2]自然界是指各种物质系统相互联系的总体。
[3]自然界是指各门自然科学观察、实验的研究对象总体。
什么是自然观？
1 人们对自然界的总体看法和根本观点，是对自然界总图景的把握。浓缩为观点（抽象思维）；展开为画面（形象思维）。
一、自然观的分类
1、人类历史上的自然观分类：
神话及原始宗教的自然观～哲学的自然观～科学的自然观
分类的思想方法：从人类文化发展的视角提出上述分类。自然观从根本上来
说，是一种人类的文化现象。文化的基本要素：观念/行为模式。
自然观并不是人类对自然界简单地、被动地临摹的结果，而是人们根据特定社会历史条件与科学技术条件下，自己的认识观念框架去主动地同化和重新建构自然界图景的结果。
（1） 神话及原始宗教的自然观：是人类社会从自然中分化出来之后，早期对自然力量的恐怖和对社会中享有主权（司法与决策权）的集团的恐怖在观念上的反映。
（2） 哲学的自然观：自公元6世纪以来，思想家们一直在寻求一套统一的观念范畴，用以解释各种自然现象、评价社会与自然的相互关系以及个人的生活方式、社会习俗。
（3） 科学的自然观：到了近代，人类文化开始步入以科学为主旋律的时代，科学逐渐成为一种独立的文化体制，形成以科学为背景的自然观。例如：“大爆炸宇宙论”„等等。
哲学的自然观
1、历史形态：
（1）古代朴素唯物主义自发辩证法的自然观→（2）中世纪宗教神学的自然观 （3）近代形而上学的自然观→（4）辩证唯物主义自然观（自然辩证法的创立→现代科技革命对辩证唯物主义自然观的发展）
2、古代朴素唯物主义自发辩证法的自然观：
（1） 思想方法：对千差万别的自然现象追本索源，寻找“变中之不变”，作为自然的本原和统一的基础。
（2） 事例：古希腊米利都学派对万物本原的看法： 泰勒斯：“水”，阿那克西米尼：“气”， 赫拉克里特：“火”，阿那克西曼德：“无限者”。 古希腊伊壁鸠鲁与德莫克里特的元素论与原子论。
（3）古代朴素唯物主义自发辩证法的自然观小结：
（1）从感觉的直观出发，从整体上思辩自然界的本质与规律，从某种或某几种具有固定形体的实物中，在某种特殊的结构中来寻求自然界的统一，并以此来勾画自然界的总画面。
2 （2）自发辩证法的思想：构成世界的本原都处于运动、变化、发展之中；看到自然界相互联系相互作用的不同方面，并把他们的对立统一，看作自然发展的动力。
（3）特点：质朴性、思辩性、猜测性。
3、中世纪（5—17世纪）宗教神学的自然观：（“天堂-地狱图”的自然图景）
（1） 经院哲学（繁琐哲学）：采用思辩逻辑来论证神学自然观并使之系
统化。
（2） 目的论：世界万物在始动者的推动下运动而服从于造物主的目的。 （3） 地心说：这是统治人类思想达1500年之久的一种关于太阳系的几何表示法。它认为大地是球形，居于宇宙（太阳系）的中心不动，天体绕地球旋转，这是最早的被神圣化了的人类中心主义思想。
4、形而上学的自然观（机械论自然观）
（1）近代自然科学诞生的社会历史条件：
近代自然科学崛起于欧洲的中南部。在古代，这一地区既没有东方古国那样光辉的科学成就，也没有古希腊那样令人赞叹的文化遗产。相反，在漫长的中世纪，这一地区的生产发展迟缓，教会统治严酷，科学文化一直处于相当落后的状态。但是，15世纪后欧洲社会从这里开始了一系列深刻而巨大的社会革命，这就为近代自然科学的诞生准备了社会历史的前提条件。 A、社会发展的需要是科学发展的原动力。 B、开拓市场的需要是改变人们世界观的途径
C、伴随着欧洲新的生产关系的出现，在思想文化领域中也展开了一场以复兴古希腊文化为旗帜的“文艺复兴运动”和“宗教改革运动”。反对宗教神学，把科学从神学束缚下解放出来，把个人从封建专制下解放出来，成了资产阶级新文化运动的两大主题。提倡理性主义，用人的理性、用科学的权威对抗教会的权威，并把理性、科学、人道视为三位一体的东西，这种新的世界观对于摧毁封建统治，建立资本主义统治起到了重要的作用。这一时期占统治地位的哲学思想，就是以理性主义为特征的古典资产阶级哲学。
（2）近代自然科学的先驱者：哥白尼-布鲁诺-伽里略-开普勒
⑴ 哥白尼
Nicolaus Copernicus 1473～1543：“人类精神解放的奠基者”，《天体运行论》：“日心说” （观察方法、数学方法）
⑵ 布鲁诺
G·Buruno 1548～1600：“科学的殉道者”
《论无限宇宙与世界》：“宇宙无限论” 自然主义、逻辑推理。
⑶伽利略Galileo Galilei ：“经典力学和实验物理学的先驱者” 《关于托勒密与哥白尼两种宇宙体系的对话》：自由落体定律、运动相对性原理、
3 使用望远镜观察到木星的四个卫星。（观察方法、数学方法、实验方法逻辑推理方法）
⑷开普勒
J·kepler 1571～1630：“天空法律制定者” 《宇宙的奥秘》、《宇宙的和谐》、《新天文学》、天空行星运行的三定律。
（4）牛顿经典物理学与形而上学自然观的形成 牛顿
I·Newton 1642～1727：“‘天上—人间’两个力学世界的统一者”，《自然哲学的数学原理》：万有引力定律、运动三定律，（公理化方法，演绎方法。）
（5）形而上学自然观（机械唯物主义自然观）的形成及其历史局限性 A、形而上学自然观的核心观点：“自然界绝对不变”。
B、形而上学自然观的特点：孤立，静止，片面的看问题。看不到事物的联系，运动，变化，发展，特别是其运动，变化，发展的内根本原因在于事物内部的矛盾性。
C、形而上学自然观的形成的原因：
第一，当时自然科学的总体水平不高，各门科学的发展没有超出力学的水平。因此，经常用牛顿的机械力学框架来看待自然界及其中的一切事物。（牛顿的科学研究四法则-与他的思维方式特点。）
第二，问题（1）：牛顿物理学基本原理的核心观点与形而上学自然观的核心观点“自然界绝对不变”之间有什么内在联系？（机械性-只有位置，动能势能传递，而无变化多样性，因此，“自然界绝对不变”。静止性—惯性定律：“静者恒静，动者恒动”，万事万物彼此在空间中孤立，静止地排列，没有时间上的生成，演化和发展的历史。所以，自然界的运动需要超自然的外力做“第一推动”。还原性—把事物抽象为无内部结构的“质点”或“最基本的，不可分，不可入的原子”。世界=原子+虚空。） 问题（2）：形而上学自然观的错误，在思想方法上的根源是什么？（自然科学规律与作为自然观的哲学理念之间有特殊与一般的区别，规律具有层次性，不能简单外推。）
第三，当时自然科学尚处于分门别类地搜集材料的经验科学阶段，因此，经常需要把事物从总体联系中割裂来，孤立，静止，片面的看问题。看不到事物的联系，运动，变化，发展，特别是其运动，变化，发展的内根本原因在于事物内部的矛盾性。
第四，当时自然科学主要采用的是分析与归纳的方法，忽视综合与演绎的方法，因此重视的是个别与特殊，忽视整体与普遍。
（6）近代自然科学发展对形而上学自然观的冲击
天文学：太阳系的起源和演化（康德-拉普拉斯的星云假说。该理论对哲学自然观的意义是什么？）
地质学：赖尔的地质渐变论（现实主义，以今推古法。） 物理学：能量守恒和转化定律。（该理论对哲学自然观的意义是什么？）
化
学：原子论，周期律，和人工合成有机物（该理论对哲学自然观的意义是什
4 么？）
生物学：细胞学说与达尔文进化论。（该理论对哲学自然观的意义是什么？）
（7）辩证唯物主义自然观的形成
十八世纪下半叶以来自然科学的巨大进步使得自然科学由“分门别类地收集材料的经验科学”上升为“对各类事物的产生和发展过程做统一理解的整理材料的理论科学”，自然科学的研究方法也由以积累现象和知识为目的主要是通过观察，实验，达到记录，分类，分析，归纳等经验方法扩展为对感性材料进行抽象和概括；运用概念进行判断和推理，对不同领域进行比较（达尔文进化论主要的方法），提出科学假说（道尔顿的原子论，阿伏加德罗的分子论，门捷列夫的元素周期律等皆始于假说），通过演绎，提出理论和理论体系的理论思维的方法。 因此，自然科学本身的辨证性质与形而上学自然观之间的矛盾逐渐激化。天文，地质，物理，化学，生物学中出现的一系列重大成就，在主张“自然界绝对不变”的形而上学自然观上冲开了一个又一个的缺口，为辩证唯物主义自然观的产生准备了条件。尤其是能量守恒与转化定律，细胞学说和达尔文的进化论，充分揭示了自然界一切事物和现象之间的辩证法，它表明：过去被看作是孤立的，割裂的现象，现在被看作是统一的物质运动的不同形式，过去被当作是一成不变的事物，现在被证明是逐一形成的，它们不仅在空间上展示出多样性，而且在时间上有其发生，发展和消亡和转化的历史。自然科学的发展揭示了自然界的辨证性质。这时，正如恩格斯所说：“新的自然观的基本点是完备了，一切僵硬的东西熔化了，一切固定的东西消散了，一切被当作永久存在的特殊的东西变成了转瞬即逝的东西，整个自然界被证明是在永恒的流动和循环中运动着。”“由于这三大发现和自然科学的其它进步，我们现在不仅能够指出自然界中各个领域内的过程之间的联系，而且总的来说也能够指出各领域之间的联系了。这样，我们就能够以经验自然科学本身所提供的事实，以近乎系统的形式，描绘出一幅自然界联系的清晰的图画。”辩证唯物主义的自然观仿佛又回到了古希腊自然哲学创立者的观点，但是两者有着本质的差别，辩证法的思想在古希腊人那里只是天才的直觉和猜测，因而具有朴素和自发的性质而辩证唯物主义的自然观则是以精确科学为依据的，因而是自觉的，成熟的方法和观点。
【第一讲教学要点】
古希腊还没有系统的、以实验为基础的、近代意义上的自然科学，它的朴素的自然观是人类历史上自然观的最初形态。古希腊朴素辩证法的自然观认为：自然界是“一幅由种种联系和相互作用无穷无尽地交织起来的画面，其中没有任何东西是不动的或不变的，而是一切都在运动、变化、产生和消失 ”。它把自然界当作一个统一的有机体，并且力图“在某种具有固定形体的东西中，在某种特殊的东西中去寻找这个统一”。这种自然观包含在当时关于自然的研究与探索的自然哲学中，尚未建立在科学的实验与分析的基础上，因而这种自然观带有直观、思辩和猜测的性质。它只是直观地勾画了整个自然界的轮廓，不能说明构成自然界总画面的各个细节。 一．
17、18世纪自然科学与机械唯物主义自然观
16、17世纪开始了以实验与理性方法相结合的近代自然科学的发展，特别是牛顿在伽里略、开普勒等人研究的基础上建立了经典力学体系。牛顿力学正确地反映了宏观物体的机械运动规律，对于机械唯物主义自然观的产生提供了重要的自然科学基础。
5 机械唯物主义自然观的基本观点是：整个自然界是由物质组成的；物质的性质取决于组成它的不可再分的最小微粒的数量组合和空间结构；物质具有不变的质量和固有的惯性；一切物质运动都是物质在绝对、均匀的空间和时间中的位移，都遵循机械决定论的因果关系；物质运动是由于外力推动。于是，自然界，宇宙被设想成一架处于自然之外的神操纵的庞大机器。人与自然是分离对立的，人处于自然之外，是与自然不同的存在者。
与近代自然科学的发展状况相适应，形成了观察、实验分析、还原等科学研究的基本方法。这些方法是近几百年来在认识自然界方面获得巨大进步的基本条件。但是，它也给人们留下了一种习惯：把自然界的事物和过程孤立起来，撇开广泛的总的联系去考察，堵塞了人们从了解局部到把握整体、洞察普遍联系的道路。近代自然科学的这种研究方法被培根和洛克从自然科学移植到哲学中以后，就造成了最近几个世纪所特有的局限性，即形而上学的思维方法。
二．19世纪自然科学与辩证唯物主义自然观
18世纪下半叶至19世纪，自然科学从收集经验材料的阶段进入系统整理材料的和理论概括的阶段，在天文学、地质学、物理学、化学、生物学等各个领域涌现出一系列重大发现。特别是物理学的两次重大的理论综合（能量守恒与转化定理和电磁转化理论的建立）和生物学的两次重大的理论综合（细胞学说和生物进化论）的建立，深刻的揭示了自然界的普遍联系和发展的辨证性质，从而使辩证唯物主义自然观取代机械唯物主义自然观成为历史的必然。马克思恩格斯科学的总结了当时自然科学的最新成就，继承了古希腊自然观中的辩证法观点，克服了机械唯物主义自然观的形而上学性质，批判地德国古典自然哲学思想特别是黑格尔的辩证法思想，创立了辩证唯物主义自然观。
它的观点是唯物主义的，即认为：自然界是客观存在的；它是我们人类即自然界的产物本身赖以生长的基础；在自然界和人以外，不存在任何东西。 它的方法是辩证的，即认为：自然界是一个普遍联系和相互作用的整体，它在永恒的流动和循环中运动着；自然界的一切现象都是矛盾的统一体，它们既是对立的又是统一的，并且在一定的条件下相互转化，由此推动着自然界的运动和发展；自然界各种运动形式的相互转化过程“是一个伟大的基本过程，对自然的全部认识都综合于对这个过程的认识中”。
它的基本原理是：自然界是物质的，物质结构的层次是无限的，物质处于永恒的运动中，运动无论在量上还是在质上都是不灭的，时间和空间是物质运动的基本形式，自然界的运动是有规律的。
辩证唯物主义自然观的创立，意味着凌驾于自然科学之上的、思辩地构造体系的自然哲学的终结。它无论对马克思主义学说的完善，对于马克思主义哲学的发展，还是对于自然科学哲学问题的研究、促进科学技术的进步，都具有重要的意义。
辩证唯物主义自然观在概括和总结自然科学发展成就的基础上，揭示了物质世界的客观实在性以及自然界的存在方式和演化发展。
课外阅读：恩格斯：《自然辩证法导言》（马克思恩格斯选集第三卷第444—462页）
第二讲：辩证唯物主义自然观的发展：系统自然观（第3周）
【第二讲教学要点】
辩证唯物主义自然观的现代视野
（一）
现代自然观研究内容的深化：
“物质观→系统、层次观→运动、时空观→演化发展观”
第一节：自然界物质形态的多样性与统一性
进入现代自然观考察视野的自然界范围：
“存在的自然界演化的自然界人化的自然界人与自然协调发展”
1． 存在的自然界：
自然界统一于一切物质形态的共同本质—客观实在性，各种不同的物质运动形式和过程之间通过相互转化而联结成一个统一的整体。存在的自然界，也就是当前的各门自然科学的研究能够涉猎的对象总体。“所谓自然就是理性观察，实验的种种对象。”（布丰、洪堡）。“我们自然科学的界限，直到今天仍然是我们的宇宙，而在我们的宇宙以外的无限多的宇宙，是我们认识自然时还不知到的。”（恩格斯）。“相信在我们的意识之外有一个独立存在的自然界，这是科学研究的起点。”（爱因斯坦） 从物质形态上来说，存在的自然界是实体与场（引力场-电磁场-强场-弱场）的总合。今天人类正探索着“渺观-微观-宏观-宇观-胀观”5个层次时空范围的客观世界。人类探索存在的自然界的三个方向分别是：
（1）向宏观层次方向发展：我们研究“分子-生物大分子-细胞-生物个体-种群-人类社会” ； （2）向宇观层次发展，我们研究“行星-恒星-星系-星系团-总星系，黑洞的形成，类星体和 暗物质„„”；
（3）向微观层次发展，我们研究“原子-原子核-基本粒子-夸克-„„”；
（4）向非线性和复杂性方向发展，我们研究各种物质形态、层次、结构和功能以及信息的
相互关系„„。
2． 演化的自然界：自然界“过去→现在→未来”生成和转化的多样性统一体。
辩证唯物主义的自然观把世界看成是在本质上某种从混沌中产生出来的东西，即某种发展的东西，某种逐渐生成的东西。根据大爆炸宇宙学的理论，大约在150亿年前的爆炸初期，宇宙处于高温高密状态，只存在着中子、质子、电子、中微子等基本粒子。以后宇宙沿着两条线平行发展：一条是宇观链，即天体演化和地质演化；另一条是微观～宏观链，后者表现为物理进化、化学进化、生物进化和社会进化。现代自然科学所认识到的物质形态的多样性，就是物质在运动、变化和发展中沿着这两条链逐渐生成并且不断转化的。物质首先分为场与实物。场有电磁场、强场、弱场和引力场。实物从简单的粒子一直到复杂的生物个体。场与实物之间有相互作用。20世纪60年代初，在加速器的实验中，发现了100多种基本粒子。这些基本粒子分为两类：一类是参与强相互作用的粒子，如中子、质子、π介子、奇异粒子和一系列的共振态粒子，统称为强子；另一类只是参与电磁、弱相互作用的粒子，如电子、μ子和中微子等，统称为轻子。高能物理实验又进一步揭示上百种强子是由更小的夸克组成，到1995年共发现了6种夸克（上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、底夸克和顶夸克）是构成数百种强子的基本单元，同时轻子的发现也达到6种（电子、电子型中微子、μ子、μ子型中微子、γ轻子、γ型中微子），因此，夸克与轻子就是目前认识到的物质结构的新层次。从层子基本粒子原子核原子的发展过程称为物理进化。由原子分子生物大分子的发展过程称为化学进化。由生物大分子单细胞生物植物、动物；高级动物人类的发展过程称为生物进化。人类有感觉、思维、意识形态，人类社会有各种不同的形态的社会进化。从天体演化地质演变人工自然进化中产生的物质形态有：总星系星系团星系恒星行星（地球）物质凝聚态原材料工农业产品人工智能机器人„„。21
7 世纪最大的挑战或者说最新的物质形态将是人造生命的诞生。物质世界的形态是多样的，但这些物质形态又统一于它们的唯一特性客观实在性。
3、人化的自然界：自在的自然界→ 人化的自然界→人工的自然界
（1）自在的自然界：人类的认识和作用手段尚未触及的那部分自然界（空间上总星系之外，胀观层次无限广阔的宇宙；基本粒子以下，藐观层次无限多样的物质形态；以及渺观-微观-宏观-宇观-胀观各层次中尚未认识到的非线性复杂系统和过渡转化形态。它们目前尚且只是一种纯客观自在的黑箱系统，只是人化自然进一步拓展的潜在基础。）
（2）人化的自然界：人类观察而能感知其信息的自然界，包括所有进入人类认识和实践范围的自然物，自然现象和自然过程。人化的自然界可视为人与自然构成的一个通讯系统，它的范围是同一时代自然科学的边界。
（3）人工的自然界：人类实践的成果、实践手段所及从而被改变了的那一部分自然界。包括人工自然物，人为现象和过程，以及受到人类实践活动影响的地球与空间生态系统 。
4、人与自然协调发展：人与自然的关系是现代自然观的出发点和归宿。 （1） 从人类社会的历史形态的演化来说：
“人与自然的原始和谐”（原始社会、渔猎社会）→人类的行为的后果尚在纯自然的生态安全的范围之内，没有超出纯自然的自我调节、自我修复和循环再生的能力。
“人与自然的尖锐对立”（农业社会→工业社会）→人类的行为的后果越出了纯自然的生态安全的范围之外，作为人类实践产物的人化自然和人工自然则缺乏自我调节、自我修复和循环再生的机制与能力。
“人与自然协调发展”（可持续发展的信息社会）→建立与健全人化自然和人工自然的自我调节、自我修复和循环再生的机制与能力，将人类的行为的后果有效地控制在纯自然的生态安全范围之内；把生态规律与经济规律结合起来，从“地球村”的整体角度重建社会圈与生物圈-水圈-岩石圈-大气圈的平衡。
（2） 从自然观形态上来说：
“人是自然的奴隶”－“以认识自然为主－古代朴素自然观”
“人是自然的主人”－“以改造自然为主-形而上学自然观”
“人与自然平衡的重建”-“社会与自然协调可持续发展-辩证唯物主义的自然观”
辩证唯物主义自然观的现代视野
（二）
自然界的物质多样性主要是回答在自然界中存在着的“是什么”的问题；至于自然界“如何存在”的问题，则是由系统观、时空观和演化观来回答的。
第二节：自然界物质存在方式的系统性与层次性
（一） 物质联系方式的系统性
如何看待人类所面对的自然界？在不同历史条件与科学理论的背景之下，不同的自然观有着不同的思维方式：古代的科学思维方式既是整体的，又是思辩的，用猜测来弥补科学事实之不足，因此认为自然界的构成是一种“原子（实体）+ 虚空”的模式。近代的科学思维方式是分析的、还原的，同时又是经验（实证）的。20世纪人类思想史上的重大飞跃，就 8 是在实证科学的基础上，既注意追求谨严精细同时又注意追求整体；因此现代的科学思维方式实现了由 实体（无内部结构、各向同一） 到 系统（内部由要素和层次组成，外部有环境）的飞跃。这就是说，物质在具有无限多样性的存在方式的同时，又集合成为拥有各自特异的性质与关系的集合体。因此，按照与整体联系在一起的事实与事件来思考世界的方式，用集成的性质与关系的集合体来思考世界的方式就形成了系统的观点。用系统论的观点看自然—－这就是对待存在的自然界的现代科学思维方式。恩格斯在19世纪后期确立辩证唯物主义的自然观时就已深刻指出，由于自然科学的发展，人们已经能够以近乎系统的形式描绘出一幅自然界普遍联系及其整体性的清晰的图景。
系统思想是从不同学科的发展中产生出来的，因此对系统概念的表述也带有一些学科思维方式的特色，例如，从关系、集合的角度定义系统，或从输出、输入、变换的角度定义系统，从结构与功能的角度定义系统„等等。从哲学自然观的角度上看，可以认为系统是物质普遍联系的一种方式。物质存在的系统方式，就是以各要素的属性为基础经由特定关系而形成的具有特定功能的整体。对系统概念的理解，包括如下要点：系统由若干要素组成。系统的要素之间存在着特定关系，形成特定的结构（数量结构、空间结构、时间结构、相互作用结构„。）系统的结构使它成为一个有特定功能的整体。功能是在系统与外部环境的相互作用中表现出来的。只有那些由于物质、能量、信息的交换并且形成新的属性突现的联系，才能构成系统。
用系统的观点看自然界，所有的物质形态都处于系统之中。然而，从不同的角度可以划分不同的系统类型。例如，从系统与环境的关系，可以区分为：孤立系统、封闭系统、开放系统。从人类对自然物的参与程度，可以区分为：天然系统、人工系统、复合系统。从系统内各要素的相互作用的特点分析，可以区分为：简单的线性系统-复杂的线性系统；简单的非线性系统-复杂的非线性系统。从人类对自然物的认识程度，可以区分为：黑系统、白系统和灰系统。„等等。
美籍奥地利理论生物学家贝塔朗菲创立的一般系统论，作为一门横断科学，它在本质上与唯物辩证法有不解之缘。一般系统论的整体性原则扩充了矛盾学说关于如何规定矛盾群体性质的思想。一般系统论的有序性原则丰富了矛盾学说关于怎样分析矛盾特殊性的思想。 一般系统论关于要素相互作用的原则深化了矛盾学说关于矛盾双方相互依存与相互转化的思想。
（二）物质结构的层次性
20世纪以来，自然科学研究使人们越来越清楚地认识到物质不仅是自然界统一的基石，而且它还以系统的方式存在，系统内部又具有层次等级式的组织化特征。目前，已确认的科学事实揭示出在非生命世界中，夸克是已知的最低物质层次；若干夸克结合在一起可以构成基本粒子（强子）；若干基本粒子（主要是质子和中子）通过强相互作用而构成原子核；原子核与电子通过电磁相互作用而结合为原子；若干原子再通过电磁相互作用而构成分子。以上这几个层次均属微观领域。分子结合起来而构成分子体系、凝聚态物体以及卫星、小行星等，这是宏观领域中最低的物质层次。由恒星以及恒星与行星、卫星构成的“恒星一行星系”，是较高一级的物质层次。恒星之间通过引力相互作用所构成的星系和星系团又高了一个层次。星系、星系团再通过引力相互作用构成总星系，这是目前已知的物质世界的最高层次。星系团及其以上的物质层次统称为宇观领域。在生命世界中，最基本的层次是蛋白质和核酸结合成的生物大分子体系。生物大分子所构成的细胞是生命体的形态结构和生命活动的基本单位；细胞逐步分化形成组织，组织合成器官，器官合成系统，不同系统又组合为生物个体，这是生命有机体内的层次。生物个体组成为种群，它是物种存在和繁殖的基本单位，比生命个体又高了一层次。生活在一定区域的不同生物种群
9 形成生物群落，生物群落及其生活的无机环境又构成生态系统，比种群又高了一个层次。地球上所有的生物和它们的物理环境组合起来就是生物圈，这是生物界的最高层次。 物质结构的层次性揭示了物质世界内部结构的不同等级和水平，以及它们之间纵向的有序关系。体现了物质运动的形式从简单到复杂的演化状况，并且根据物质处于不同结构水平时所具有的特征、差别和多样性，成为现代科学分类的客观依据。现代自然科学研究表明，每一个较为复杂的物质系统都是按层次结构组织起来的，每个系统既是较高一级系统的一个要素，又是较低一级的系统。由于不同的物质结构具有不同的功能，因而物质运动在不同的层次上又具有自身的特殊性和规律性，例如物体在宏观低速运动情况下和微观高速运动情况下分别遵循古典力学和量子力学的规律。物质结构观是对自然界各种物质形态之间的相互关系的规律性认识。随着自然科学对物质探索的深人，自然科学的物质结构观从单纯追求物质结构基元的古典原子论，发展为探索物质结构层次及其相互关系复杂多样的现代物质无限可分论。从古到今，科学家们在揭开物质结构之谜的探索中，突破了原子不可再分的陈旧观念，此后建立的原子结构模型是对物质结构理论的第二次突破。1919年原子核存在的被证实和质子的发现以及1932年中子的发现，形成了原子核是由质子和中子通过强相互作用结合而成的原子核结构理论。这是对物质结构认识的第三次突破。随着核物理学的诞生，当前自然科学对深层物质结构的探索已从原子层次走向夸克和轻子层次。但是，21世纪人们对物质结构的前沿问题还在不断进行探索，例如模拟宇宙初始时的物质状态，了解暗物质和类星体的能源，了解粒子和反粒子不对称的原理，探索我们的宇宙中为什么没有很多的反质子和正电子的问题等。随着对这些问题探索的深人，辩证唯物主义的自然观将在对物质形态的多样性存在与转化问题、对称与破缺问题、物质无限可分等问题的概括和总结方面上一个较大的台阶，使辩证唯物主义的物质范畴在更高的层次上实现辩证综合。自然科学的发展说明，在自然界中物质结构的层次系统，并不是单一的直线序列，而是错综复杂，多种多样的。那种把自然界结构的某一层次，当作物质不可再分的绝对极限，进而否定物质可分性的观点；以及把物质结构的层次看成是单纯的量的分割，没有看到不同层次之间有着质的差别的哪种物质“无限可分”的观点都是错误的。自然界各物质系统之间不仅存在横向联系，更重要的是存在着纵向关联，从而组成了一个连续的等级组织结构，即物质系统的层次结构。在这样的层次结构中存在着纵向关联的双向因果关系。其中，上向因果关系表明了低层次系统对高层次系统的基础性作用，它是高层次结构得以产生和稳定的必要条件；而下向因果关系则表明了高层次系统对低层次系统的支配调节性作用。在科学高度分化与高度综合的现时代，哲学与科学，系统论与辩证唯物论是相互补充的。现代自然科学的发展，一方面强化了辩证唯物论的作用，要求科学自觉地以唯物的辩证思维来指导自身；另一方面又强化了自然科学以及横断科学如一般系统论等的作用，要求辩证唯物论随着科学的重大发展来不断充实和丰富自然观的内容，并不断改变自己的形式。
第三节：自然界物质系统的运动与时空多样性
（一） 运动是物质的根本属性和多样性的体现
恩格斯对自然辩证法的重要贡献之一，就是他在总结当时自然科学新成果的基础上， 科学地规定了运动的范畴。恩格斯说：“运动，就最一般的意义来说，就它被理解为存在的方式、被理解为物质的固有属性来说，它包括宇宙中发生的一切变化和过程，从单纯的位置移动起直到思维。” 恩格斯的运动定义言简意赅，包含了极为深刻的内容： 首先，这个定义强调了运动与物质的不可分性。物质概念规定了所有物质形态与过程的一般本质。但是，这个本质不是直接以某种单一的形式存在的，而是表现于具有不同形态、不 10 同性质的多样性的具体事物之中。物质形态千差万别、千变万化，这本身就表明，物质存在于运动之中。运动是物质的根本属性。什么是运动呢？运动是标志一切事物和现象的变化及其过程的哲学范畴。物质和运动是不可分割的。一方面，运动是物质的存在方式、根本属性，物质是运动着的物质，脱离运动的物质是不存在的，设想不运动的物质，将导致形而上学。现代科学的发展证明，从宏观天体到微观粒子，从无机界到有机界，从微小的单细胞生物到人类社会，无时不在以一定的形式运动着，无时不在以物质运动过程之间的相互联结而变化着。在微观世界中，原子内部的电子在围绕核运动，在原子核内部，质子和中子也在运动。在宏观世界中，从分子到地球上的所有物质及至地球和其他天体都在运动中。人类社会是自然界长期运动、变化和发展的产物，同时它自身又是一个由低级到高级的发展过程。另一方面，物质是一切运动、变化和发展的实在的基础和承担者，世界上没有离开物质的运动。任何领域里的任何形式的物质运动，都有它的物质主体。物质是一切运动变化和发展过程的实在基础，脱离物质的所谓“纯粹’”运动是不存在的。设想无物质的运动，将导致唯心主义。物质的运动是普遍、永恒和无条件的，因而是绝对的。但是在物质的绝对运动中包含着各种不同的相对静止状态，即运动是绝对的，静止是相对的。静止是运动的一种特殊状态。运动的绝对性是指世界上的任何事物在任何时候都处于发生、变化、发展的过程中。静止的相对性是指世界上的各种事物在运动、变化和发展过程中具有暂时的相对稳定性。关于运动的绝对性和静止的相对性之间的相互关系可以从以下方面来理解：第一，就事物的各种运动形式而言，不同的运动形式相互区别，在一定条件下，在没有转化成其他形式之前，呈现出相对的稳定性和静止状态，然而它们本身仍然处于不断的运动、变化之中。第二，就机械运动而言，某一物体相对于一定的参考系没有发生位置移动，呈现出相对静止状态，但是相对于其他参考系，它仍然有位置移动。第三，就事物在发展过程中的量变和质变两种状态而言，量变显示相对静止状态，然而量变也是一种变化而不是绝对静止。整个物质世界就是这样动中有静，静中有动，又静又动的辩证变化过程。 其次，这个定义强调了运动形式的多样性。指出应该把运动看成是宇宙中的一切变化和过程。形而上学的自然观把一切运动形式都归结于机械运动，用机械运动的观点和框架解释一切，这样就阻碍了自然科学的发展并且会滑向唯心主义。与机械论的运动观相区别，恩格斯在论述运动概念时反复强调了运动多样性的思想：运动包括了多种形式的统一，它包括宇宙中发生的一切变化和过程，从单纯的位置移动起直到思维，从而深刻地阐明了运动的辨证本质。
第三，这个定义指明了运动的可知性。人对于自然界的物质运动不仅要通过有限的、个别的、感性的感觉而获得感性的知识，而且要通过一般的抽象的理性阶段才能使认识产生一个质的飞跃进而把握运动的本质规律。运动概念固然是看不见、摸不着的，但是比起可以感觉到的各种具体的物质运动形式，它确实更深刻地把握住了自然界中各种物质运动的总合。
（二） 时间和空间是物质运动多样性的存在方式
时间、空间和物质运动一样，是人们认识自然界的最基本的范畴。
1、历史上的时空观念：
“时间是关于前后和运动的数”（亚里斯多德：《物理学》P127）
“大家公认，存在的事物总是存在于某一处所。” （亚里斯多德）
“离开了事物的动静，人们就不可能感觉到时间本身。（卢克莱修：《论物性》）” “绝对的、真正的和数学上的时间自身在流逝着，而且由于其本性而均匀地，与其它任 11 何外界事物无关地流逝着”，“绝对的空间，就其本性而言，是与任何事物无关而永远是相同的和不动的。”（《牛顿自然哲学著作选》）
2、辩证唯物主义的时空观：
“一切存在的基本形式是时间和空间，时间以外的存在和空间以外的存在，同样是非常荒诞的事情。”“这两种存在形式离开了物质，当然都是无，都只是在我们头脑中存在的空洞的观点，抽象”（恩格斯：《反杜林论》、《自然辩证法》）
“唯物主义既然承认客观实在即运动着的物质不依赖于我们的意识而存在，也就必然要承认时间和空间的客观实在性。”（《列宁选集》第2卷176）
这两段话说明了辩证唯物主义的时空观：时空是物质运动的存在形式，时间空间与物质运动不可分。
相互联系、永恒运动的各种物质形态无不处于特定的空间范围和时间过程之中，它们只有在空间和时间之内才是现实的。空间，反映了运动着的物质的广延性和方位性和伸张性，同时也反映了不同物体之间的并存关系。任何事物都具有一定的体积。规模，展现为事物的空间的广延性。现实生活中空间的特点是三维性。时间，是指物质运动的持续性和顺序性。任何事物自身都有一个发生、发展、灭亡的过程，展现为事物的时间持续性和发展的顺序性。现实生活中时间的特点是一维性。它表示时间总是由过去、现在向着未来流去。时间的这种一去不复返的性质是由事物的发展过程不会绝对重复的性质决定的。作为运动着的物质存在形式的空间和时间，与物质运动是不可分离的。一方面，物质运动离不开时间和空间。例如，基本粒子尽管极其微小，但是其直径仍然有十万亿分之一厘米，就是说还是有一定的空间。许多基本粒子的寿命极短，如中性。介子的寿命只有一亿亿分之一秒，但还是一段时间。另一方面，时间和空间不能离开物质运动而独立存在。一旦说到时间和空间，首先就要问是什么事物的时间和空间。广义相对论证明与物质运动无关的“绝对均匀流逝的数学时间”和与物质运动无关的“一无所有的空间”都是不存在的。时间和空间是物质运动和分布的状态，随着物质的运动而变化并呈现出多样性。时空与物质运动不可分，因而是客观的、绝对的；但作为特定物质运动状态的时空又是相对的。物质运动的空间和时间是绝对性与相对性的对立统一。时间和空间的客观实在性要求我们行事不能只凭主观意志而无视事物的时空条件；时间和空间的相对性要求我们在处理具体问题时，一切依具体的时间、地点和条件为转移。时间和空间同时也是无限性与有限性的对立统一。整个物质世界在时间和空间上是无限的，但每个具体事物在时间和空间上是有限的。一方面，无限由有限构成，无限包含有限；另一方面，有限包含无限，任何事物的结构。层次都是不可穷尽的，任何有限都可被打破而趋于无限。
现代自然科学的发展，为辩证唯物主义的时空观提供了新的证据：
第一， 现代物理学证明，真空不空。没有物质的虚空是不存在的。爱因斯坦说，“ 不存在虚空这样的东西，即不存在没有场的空间。”（《爱因斯坦文集》第一卷558）所谓真空，是指没有实物粒子，场的总能量处于最低的一种物质状态。真空具有各种属性，如真空起伏、真空极化，真空相变，还可以通过激发，造成对称破缺，产生出实物粒子。因此，真空不空，只是物质存在的一种特殊形态。这就从根本上否定了空间可以脱离物质存在的形而上学观点。
第二， 超距作用（物体之间的相互作用可以不需要时间，超越空间，瞬时地超距发生）不存在。相对论证明光速是一切物体运动速度的极限，任何相互作用的传递都需要一定的时间，不可能瞬时地超距发生。
第三，
时间和空间的性质随着物质运动状态的不同而变化。广义相对论预言，在
12 引力场中，时间将延长，相对于场外的某物、钟（或原子过程）的运行会变慢；空间将弯曲，光线因引力作用而不再走一条直线。爱因斯坦说，“物体的几何形状和时钟的运行都是同引力场有关的，而引力场本身又是由物质产生的。” （《爱因斯坦文集》第一卷112）
系统自然观产生的现代自然科学前提
系统自然观是辩证唯物主义自然观的发展。它根植于相对论、量子力学、分子生物学和以系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同论、突变论、混沌理论等为代表的系统科学的基础之上。相对论否定了牛顿的绝对时空观，揭示了空间与时间、空间时间与物质运动、质量与能量之间存在的辨证联系；量子力学标志了对微观世界认识的深入，揭示了连续性与间断性、波动性与粒子性的辨证统一，突现了量子现象的整体性，打破了机械决定论的观念；分子生物学由细胞水平深入到分子水平，在生物大分子层次上揭示了生物界基本结构和生命活动的高度一致性；系统论以“系统”的观点看自然界，提出了系统与要素、结构与功能等新的范畴，揭示了自然界物质系统的整体性、层次性、动态性和开放性；非平衡自组织理论不仅指出自然界的演化是自组织的、自己运动的，而且揭示了自然界的演化的自组织机制；混沌理论则提供了一种关于系统演化的分岔与混沌方式，它把简单性与复杂性、有序性与无序性、确定性与随机性、必然性与偶然性等统一在新的更为深广的自然图景之中。
一、自然界的系统存在方式
系统是由若干相互联系、相互作用的要素组成的具有特定结构与功能的有机整体。它是自然界物质的普遍存在方式。不仅整个自然界是一个系统，而且各个组成部分又自成系统、互成系统。自然系统具有物质、能量、和信息“三要素” ，根据系统于系统与外界是否交换物质、能量、和信息，可以将其分为孤立系统、封闭系统、和开放系统。现实的自然界是一个开放系统。自然界物质系统具有整体性、层次性、动态性、开放性等基本特点。
自然界的普遍联系与相互作用构成自然界物质系统的层次结构。整个世界可以划分为非生命世界和生命世界。非生命世界又可以划分为基本粒子、原子核、原子、分子、凝聚态物体、行星系、恒星系、星系、星系团、超星系团、总星系等层次；生命世界又可以划分为生物大分子、细胞、组织、器官、个体、种群、生态系统、生物圈等层次。不同的层次之间具有不同的质的规定性和量的规定性，是部分与整体、间断性与连续性的统一。自然界物质系统之间及其与子系统之间、子系统与子系统之间的纵向联系与横向联系，形成了无穷嵌套的立体网络结构图景。
三、自然界的系统演化
自然界不仅存在着，而且演化着。自然界的系统演化，既有有序和进化，又有无序和退化。有序性就是对称性的破缺。对称性的破缺导致丰富多彩的自然现象。自然界不仅在空间上展开其多样性，而且有时间上的历史。时间是与不可逆过程相联系的有箭头（方向）的。现实的自然过程是不可逆的。局部的、暂时的、相对的可逆过程，并不否认自然界系统演化的不可逆性。进化是指复杂性与多样性的增长。自然界的系统进化，大体上由宇宙的起源、地球的起源、生命的
13 起源、人类的起源构成，是微观系统与宏观系统的共济进化。分叉、突现是自然界的系统进化的基本方式，体现了稳定性与不稳定性、连续性与间断性、确定性与随机性的统一。
一般认为，非线性，不稳定性、不确定性是复杂性的根源。确定性的非线性系统能够内在产生出随机性，即所谓“内在随机性”。它体现了随机性存在于确定性之中，从根本上消除了拉普拉斯决定论的可预测性幻想。
自组织是自然界物质系统自行有序化、组织化和系统化的过程。一个远离平衡态的开放系统通过其与环境进行物质能量和信息的交换，能够形成有序的结构，或从低序向高序的方向演化。开放性、远离平衡态、非线性相互作用和涨落，是自然界物质系统演化的自组织机制。
自然界的系统演化，既不是单调地走向有序和进化，也不是单调地走向无序和退化。有序和无序的不断转化，进化与退化的不断交替，使自然界处于永恒的物质循环之中。
第三讲：辩证唯物主义自然观的发展：生态自然观（第4周）
【第三讲教学要点】
正确认识人类在地球生态系统（自然界中）中的位置；明确自然界是人类生存和发展的根基；了解马克思恩格斯对人与自然关系的深刻思想；熟悉生态自然观的生态学基础；掌握生态自然观关于人与自然关系的基本观点；从理论与实践的层面理解可持续发展的内涵和要求。
一、生态危机与生态自然观
生态自然观是当代人针对现代生态危机进行反思的结果，是辩证唯物主义自然观的发展。生态自然观的核心是强调人与自然的协调，关注人类生态系统的发展。
20世纪之后，科学技术迅猛发展，人类的生产消费活动对自然界的巨大冲击带来了事关人类命运的大问题，即生态危机问题。当代生态危机主要表现在三个方面：人口问题、资源问题、环境问题。
生态危机是人与自然对立冲突的必然结果。机械唯物主义自然观是它的哲学基础。机械唯物主义自然观打破了神、人、自然的三级结构，却把人与自然对立起来。传统工业生产方式加深了人与自然的对立，是造成生态危机的最主要原因。工业社会高投入、高产出、高消费的生产消费方式，把人与自然的对立推向高峰，造成“人类生存困境”。
二、生态自然观中的人与自然
人是自然界长期发展的产物，自然界是人及其生产活动的基本前提。出现了人，产生了人类生态系统。人类生态系统的特点是：人为了生存就必须生产，向自然索取满足自身生活所必须的物质生活资料，这样人开始把自己与动物区别开来。
马克思恩格斯对人与自然的关系提出以下的基本观点：（1）自然界是人类赖以生存和发展的基础；（2）人工自然是科学技术的物化，是人与自然相互作用的中介；（3）要区分自然生产力和社会生产力。
人类进行物质生产时面对三种自然：天然自然、人工自然、人工环境。人工环境本质上也是人工自然。
三、生态自然观的现代科学基础
系统科学、环境科学、生态学的发展为生态自然观提供了现代科学基础。
人口问题实质上是人口数量与环境容量的矛盾（即生态承载力问题），人口不可能无限增长，地球的容量是有限的。这个矛盾人类可以通过自觉控制出生率，在一定程度上提高环境容量的方式加以解决。
资源问题、环境问题实质上是天然自然与人工自然和人工环境之间的矛盾。人工自然一方面提高了生产力，另一方面导致了生态系统的失衡。创造生态产业（人类生产生态化）将是一场新的工业革命。
生态产业的建立将大大缓解人工环境、人工自然对自然环境的破坏，是解决人与自然矛盾的最佳选择。
生态学研究了人与自然的关系在可持续发展中的决定作用。人类对环境的开发利用必须持谨慎态度，必须尊重生态规律。人类必须从根本上改变传统的工业化生产方式，关注全球价值，注重生态规划，开展生态质量评价，研究生态工程及生态工艺设计，在生态学、生态经济学原理指导下组织生产消费。
四、生态自然观与可持续发展战略
生态自然观是可持续发展的指导观念，可持续发展是生态自然观的必然要求和实践形式。联合国环境与发展大会做出了普遍可接受的“可持续发展”定义，并就可持续发展的内涵和要点形成共识，联合国可持续发展大会把可持续发展推向新阶段。
总结20世纪西方发达国家的发展道路，党的十六大强调指出，必须把可持续发展放在十分突出的地位，坚持计划生育、保护环境和保护资源的基本国策。提出了稳定低生育水平、合理开发和节约使用各种资源、树立全民环保意识、搞好生态保护和建设等重大战略措施。中国可持续发展的途径：以生态产业为可持续发展的物质技术基础，走生态化的“农业—知识业—信息业—工业—服务业”道路，从根本上解决生态环境、自然资源和经济社会发展日益突出的矛盾。
生态产业是各个产业部门中，以生态学基本原理为指导，以生态系统中物质循环、能量流动、信息交换规律为依据，以“自然—社会—经济”生态系统的动态平衡为目标，以生物资源和非生物资源为劳动对象和劳动资料，以现代科学技术为劳动手段进行的经济活动。
第二篇：科学技术观概要
一、什么是科学？
传统的观点认为：“科学是以实验为手段对自然的探索。”或“科学是系统化的实证的知识体系”。 几个世纪以来，人们一直想给科学下一个完备的定义，可是人们又发现没有一个定义可以完全令人满意，后来渐渐感觉到世界上有很多东西是无法用一个定义来完全把握的。因此，按照贝尔纳的观点：科学不能用一个定义来诠释，它可以取做若干主要形象，每一个形象都反映科学在某一方面所具有的本质。例如：“科学是一种体制”，“一种方法”，“一种积累的知识传统”，“一种维持和发展生产的主要因素”，“一种主要的观念来源。”等等。科学本质形象的无限变化，正好说明了科学的博大精深与生机无限。
现试将科学的基本特征概括如下：
特征一：科学是对客观现象的一般性、共性与规律性作系统的理论表达。从不同
15 的角度和层面、以不同的方式、运用不同的观念来揭示物质运动的本质规律，体现了科学在其发展过程中的多样性统一。
特征二：科学的功能是描述，解释和预见客观世界的过程和现象。科学力图对客观现象的变化与发展作出统一性与预测性（数量化的、因果性的）解释。
特征三：科学是人类对整个客观世界（自然客体、社会客体和精神客体）的探索与认识。它既表现为追求对客观世界的正确认识（真理）的过程，又表现为理论化、系统化实证性的（具有可操作性和可验证性）的知识体系。
特征四：从静态的角度看，科学就是人们以严肃的态度、严密的观察与实验，严格的逻辑推理，所得到的关于客观世界中各种物质形态结构、相互作用以及它们的运动变化和发展的普遍规律。从动态的角度看，科学的本质不在于已经认识了的真理，而在于探索新的真理。“科学本身不是知识，而是产生新知识的社会活动，是一种科学生产。”
特征五：科学是人们对未知世界或领域的探索，因此，超越常规与出人预料的方法有时会得到意想不到的结果。很多重要科学成果的获得，开始并不是出自预定的计划和功利目的，而是出自对大自然持久的好奇心。在当前的大科学时代，“科学是一种社会化地组织起来探求自然规律的活动。”
特征六：科学是构成人类对自然、社会和人生态度的最重的思想观念来源。
例如，宇宙观、人生观、生死观„等等。
特征七：科学是推动历史前进的有力杠杆，是最高意义上的革命力量。
特征八：科学是不可替代的，然而科学并不能解决一切问题。
特征九：科学是人类共同的文化。在现代人类的生产方式、生活方式、思维方式与行为方式中都不同程度地体现着科学的精神规范。
特征十：科学有着区别于人类其他活动方式的思维规范、行为规范、价值规范与社会规范。
二、什么是科学精神？
科学精神是科学目的、科学观念、科学态度与科学方法的统一体。
科学精神的核心是实事求是，最重要的表现是：忠于事实，忠于真理。
1、“权威的手不能抹掉真理，而真理的手可以抹掉权威。”科学与民主是相伴而行的。科学反对任何垄断专制，提倡独立思考而不人云亦云或单凭个人主观臆断。在科学中，没有任何概念与原理是先验必然合理的。对科学成果接受与排斥的唯一标准，就是看它是否与观察和实验相一致。
2、任何真理都是具体的，历史的，都有一定的条件与适用范围。因此，科学的目的是通过实践发现真理，通过实践检验和发展真理。科学创新是重要的科
16 学精神。
3、在大科学时代，科学群体观念和团队精神也是科学精神的重要内容。
4、凡事先问一个为什么？在未经确定的实验条件下的多次重复和实践反复检验之前，不轻易下结论。
5、科学的目的是求真，而伪科学的目的是求利。彻底的唯物主义者是无所畏惧的，他们敢于批评与自我批评，敢于解剖自己。
三、什么是科学素质？
科学素质表现在掌握一定的科学的知识与技能、科学研究方法，具有相应的科学态度、情感与价值观、能正确理解与处理科学技术与社会的相互关系等方面表现出来的素质。
四、什么是科学道德？
科学道德是科学共同体内部和科学工作者个人在从事科学研究和处理科研成果时的内在自我约束标准。在科学目的上，以追求真理性的认识和人类社会发展的整体利益为最高原则。在科学态度上，求真务实，不弄虚作假。不因追求个人名利而违背科学工作者应有的理性良知和社会道德责任感。提倡大科学时代的协作互助，同时尊重他人的劳动成果，不抄袭剽窃。
五、科学有哪些形态？
1、小科学与大科学：在科学史上，小科学是指17世纪英国皇家学会那一时期。
所谓的小科学，就是指能够依靠自己的资金、技艺和兴趣自由选题进行研究
的时代。小科学也就是“以认识自然为最高宗旨的，为科学而科学的科学。” 大科学是“以改造自然为最高宗旨的，仿照工业的形式组织起来加以管理的社会化的科学。” 大科学的主要特点是：拥有强大的物质基础，昂贵的仪器设备。从科学发明到实际运用的时间日益缩短。重视开发，把知识尽快变成财富。具有千百万科学大军，使科学活动成为一种重要的社会职业。
2、潜科学与显科学：所谓潜科学，就是孕育中的科学，或者“科学发育的胚胎阶段。”作为科学思想火花或创造性智慧潜流的潜科学具有模糊性、反常性、易变性与高度的创造性。所谓显科学，则是指那些由世所公认的定律、原则、理论和学说所组成的体系。
3、前科学－常规科学－后科学：前科学是一些表象的理论，是还没有形成严格的科学规范的多重态（不同的研究者持有来自不同研究角度的理论）的科学。
常规科学是具有确定的科学规范与原理体系的稳定的科学形态。后科学是智力化常数极高的科学，或者说是数学化、理论化系统化程度极高的科学。
第二章：科学的发展
一、科学发展的趋势
第一，在科学高度分化与综合基础上的整体化趋势：在古代，人们主要直观地从整体上去认识和把握自然界，科学尚未从包罗万象的哲学中分化出来，因此具有原始的综合性质。在近代，科学发生了急剧的分化，
17 分门别类的研究不但使得各门学科相继得以确立，而且还在各自的领域里进一步分化出众多的分枝学科。18世纪下半叶后近代自然科学的发展进入理论科学时期，综合的势头又开始在某些局部出现。20世纪以后，科学分化与综合的趋势都明显加快。由于近代自然科学对自然界的研究越来越精细，这样就促成了分化向更深层次的发展，从而充分地揭示了自然规律的内在统一，为在更高水平上实现综合创造了条件。
2、数学化趋势：数学处于人类智能的中心领域，是探索自然奥秘，打开科学宝库的钥匙。马克思认为，一种科学只有当它达到了能够运用数学时才算是真正地发展了。由于自然科学各门学科所研究的各种物质客体及其运动形式都具有数量关系、空间形式与逻辑关系，这就为数学在自然科学各门学科研究中的运用以及科学的数学化提供了客观依据。数学能够为科学研究提供简洁精确的形式化语言，提供分析与计算方法，提供推理工具与抽象能力。随着数学本身与自然科学各门学科的进步，各种自然现象都终将得到数学的说明。
3、科学－技术－生产的一体化趋势：不少国家已经纷纷建立了“科学—工业综合体”，当前，在知识密集型产业中，这种趋势尤为突出。
二、科学发展的性质
1、不平衡性：
（1） 学科发展的不平衡性：在科学发展的历史过程中，各门学科的发展不是齐头并进的。在一定历史时期内某些学科的发展较为迅速，而另一些学科的发展较为缓慢，特别是在每一时期总会出现一门或几门带头学科。带头学科的不断更替，充分体现了学科发展的不平衡性。
（2） 区域发展的不平衡性：在科学发展的历史过程中，科学的高峰先后出现于不同的国家。区域发展的不平衡性就是指科学中心的转移。古代最早的科学中心在古埃及，后来转移到古希腊。近代以后科学中心为意大利（
15、16世纪）～英国（17世纪中叶）～法国（18世纪中叶）～德国（19世纪下半叶）美国（20世纪）。
2、阶段性：科学的发展表现为量变的积累过程与质变的革命过程之间的相互交替，因此，呈现出阶段性。历史上的科学革命如：16世纪的哥白尼革命、17世纪的牛顿革命、18世纪的拉瓦锡革命、19世纪的达尔*命、20世纪的爱因斯坦革命，等等。这些革命都使科学出现了飞跃性的发展。
加速度性：古代科学经历了相当长的发展过程，只形成了少数几门学科。近代科学仅用了500年的时间，却得到了全面、系统的发展。20世纪不到100年的时间，现代科学就取得了极其辉煌的成果，甚至比以往世代所有的总合还要多得多。正如恩格斯早已指出的那样：科学的发展“是与以其出发点的（时间的）距离的平方成正比的。”前人留
3、
下的科学成果越多，科学的进展就越快。
三、科学发展的动力学系统
科学发展的内在因素是科学自身的内部矛盾运动，外在因素则是科学发展所必须的社会条件。二者共同构成科学发展的动力学系统。
1． 微观层次上：科学理论与科学实验的矛盾是贯穿整个科学发展过程始终的基本矛盾。一方面，科学实验是科学理论的基础，它为科学理论的创立积累经验材料，推动科学理论的建立与发展，同时它又是检验科学理论真理性的标准。另一方面，科学理论源于实验事实，又高于实验事实，它可以反过来指导科学实验。表现为：科学实验的目的必须以科学理论为依据，科学实验的设计与实施，必须以科学理论为指导，科学实验结果的分析、判断、概括、总结，也必须借助于理论的作用。科学理论与科学实验的矛盾表现为二者之间的“适应—不适应—新的适应”的动态过程。
2． 中观层次上：科学理论内部的逻辑矛盾表现为：不同学派之间的矛盾、不同理论之间的矛盾、不同观点之间的矛盾。在科学内部，经常有许多科学家对同一对象展开研究，而他们完全可能因为采用的方法，依据的理论或掌握的事实材料不同而作出不同的理论概括，形成不同的学派、理论与观点进而相互争论。这既是科学发展的内在动力，也是科学发展的必由之路，和制定“百家争鸣”科学方针的理论依据。
3． 宏观层次上：不同学科之间的理论矛盾。作为科学研究的对象的是一个运动变化着的、具有无限多样性统一的物质世界，就其多样性而言，反映它的有多种学科。因为每一门学科都是分析与研究某一个别的运动形式或者某一个相互关联与转化的物质运动序列的，所以，每一门学科都有其相对独立性。就其统一性而言，各门学科之间存在着相互联系与相互依存的关系。因此，各门学科之间的相互联系联系性与各门学科的特殊性、以及学科之间发展的不平衡性就形成了不同学科之间的理论矛盾。例如，生物进化论与热力学第定律之间的矛盾。
四、科学发展的社会条件
1、社会实践：为科学发展创造必要的物质条件、是科学认识的重要来源和检验
的途径。
2、社会制度；为科学发展提供目的、组织、规划、奖惩与保障。
3、社会意识：为科学工作者与科学共同体的发展提供精神与价值的导向。
五、科学发展的模式
科学发展的模式是对科学理论和科学结构发展规律的一种抽象描绘和整体把握，以下试举几例：
1、波普模式：问题1尝试性理论排除错误问题2
2、亨佩尔模式：观察、实验分类、分析、归纳假说检验理论 -
3、库恩模式：前科学常态科学反常与危机科学革命新的常态科学
第三篇：自然科学方法论概要
一、什么是自然科学方法论？
1、自然科学方法论是关于自然科学一般研究方法的规律性的理论，它既要研究一般方法中单个方法的本质特征和规律，又要研究这些方法在整体上的特点和相互关系的规律性。认识客观世界的方法，按照普遍性的程度，可以分为三个层次：
（1） 各门自然科学中分别采用的特殊方法。 （2） 各门自然科学中普遍采用的一般方法。
（3） 对自然、社会和思维现象采用更加抽象的范畴来思维的哲学方法。
自然科学方法论的研究对象属于第二个层次。
2、自然科学方法论的整体结构：
选题获取科学事实进行思维加工验证建立理论
选题（问题-科学问题-选题原则-课题构思-开题报告）获取科学事实（观察-实验）进行思维加工（方法-（1）逻辑思维：A。形式逻辑B。数理逻辑 （2）非逻辑思维A。形象思维 B。直觉思维 （3）创造性思维）验证（（1）观察、实验检验+（2）逻辑检验）建立理论（假说-理论-理论体系-建立理论体系的方法（公理化方法，历史与逻辑相统一的方法，由抽象上升到具体的方法））
问题—已知与未知的结合体。科学研究开始于问题。对于从事科学研究的个人或集体来说，是否善于发现和科学地提出问题，是衡量其科研能力的一个重要标志。是否存在需要研究的问题以及问题的多少与深浅，是表征一个学科是否具有旺盛的生命力的一个重要标志。在历史上，凡是思想活跃，学术繁荣的时期，必定也是问题层出不穷的时期。问题的不断解决与不断再生，正是表示科学的前沿正在不断由已知向未知推进。
同一问题，在不同的知识背景下，其内涵的深度是不同的。
例：遗传学：血液融合种质染色体基因基因组物质结构基因组信息结构
发现问题需要掌握“已知”与“未知”两方面的知识。 （老子：“知不知，上；不知知，病。” 张载：“知不知，则有知，无不知，则无知。”）
问题就是事物的矛盾，哪里存在没有解决的矛盾，哪里就有问题。例如：
（1） 新的观察、实验结果与原有的理论的矛盾。 （2） 理论内部的逻辑矛盾。
（3） 不同学派理论之间的矛盾。
（4） 社会需要与现有生产技术手段不能满足需要的矛盾。 发现问题的能力：合理的怀疑性-多疑善思 张载：“可疑而不疑者不曾学，学则需疑”，“于不疑处有疑，方是进矣。” 黄宗羲：“小疑则小捂，大疑则大悟，不疑则不悟。”
2、科学问题：一定时代的科学认识主体在当时的知识背景下提出的关于科学认识和科学实践中需要解决而又尚未解决的矛盾。它包含着一定的求解目标和应答域，但尚无确定的答案。
科学问题与非科学问题之分，并不是看提出什么问题，而是看怎样提出问题。 形成科学问题的要点：
第一，必需对构成该问题的各要素做一番透彻的分析。进而在一定的知识背
景下，运用科学术语的逻辑关系去正确地揭示客观对象的矛盾及矛盾 的各个方面。
第二，必需对反映和表示这些事物与现象的科学概念、科学符号、科学模型的意义有明确的认识与界定，这样才能正确地运用科学的范畴系统去将问题表述为科学问题。
第三、必需对问题的求解目标、应答域，展开的步骤可能的解决途径，预先做一番构思与论证，把解决问题的方法、验证的手段与指标及解决问题的前景包含在科学问题的形成与表述中。
2.1 提出问题与人文因素的影响
科学研究活动是一个解题的过程，一个科学家的真正的科学生涯都要从提出问题开始。一个科学问题必须是可以言传的，也就是说它能够用文字、图形或者模型来表述，而不是只能意会的东西；同时一个科学问题也必须是在现实知识基础上认为可解的，而不是一些子虚乌有的东西。
劳丹把科学问题分为经验问题和概念问题[3]。自然界中使我们感到惊奇或者需要说明的任何事物构成经验问题（包括未解决的问题、已解决的问题和反常问题），由这种理论或那种理论显示出来的问题则构成概念问题（包括内部概念问题和外部概念问题）。科学进步的基本单位是已解决问题(经验的或者概念的)，科学的目的就是不断扩大其解决经验问题的范围，不断缩小反常问题和概念问题的范围。
科学家的个人情感在从事科学研究活动开始时就已经介入其中。例如，科学家对自然感到无比的好奇，这种好奇心将成为他们今后从事艰苦并且通常是枯燥乏味的研究工作时的不竭动机和力量的源泉；其他的情感包括对问题的兴奋、解决问题的雄心、憧憬解决问题之后的幸福感等等。
还有很多外部因素也在科学活动开始时发挥作用。当科学家决定花费时间和精力对一些科学问题进行攻关时，对科学问题的选择也必然受到文化的、社会的、政治的和经济的因素的影响。每一个科学家生活与工作于不同的国家、文化、政治、经济等背景，这些背景决定了哪些问题是可以研究的，哪些问题是不能研究的；哪些问题是能够得到大量资助的，哪些问题必须是自费或者业余研究的；哪些问题是政府鼓励的，哪些问题企业鼓励的。在科学问题变得日益复杂化并需要大量经费支持的今天，选择一个能够得到资助的科学问题是科学家首要考虑的。
还有一些非科学因素也决定了科学家走向不同的道路。比如，一个科学家会因为对自然界严重的大气污染特别义愤来选择污染成因作为科学问题；另一个科学家可能从事有关烟草对人类健康的影响问题，仅仅是因为他能够从烟草公司获得研究职位和薪金。
科学家的直觉、灵感（往往来自于睡梦）和机遇等也可能产生科学问题。也就是说，提出问题、发现问题本身与科学思维是可以没有关系的，可以是非逻辑的。
尽管科学理论形成从开始到结束的整个过程都受到这些个人情感因素、外部因素和非科学因素的影响，而且这些影响的作用往往不可低估，但它们与最终的科学理论的可靠性和客观性没有必然的联系。科学问题不会受命于这些因素，因为科学方法中后续的步骤将逐步排除这些因素对科学问题的影响而把科学引向客观与可靠的结论，当然这需要很长的时间和艰 21 苦的努力。
一、科学问题
感性直观和理性思维是科学认识的两大基本手段，两者的统一构成理论发现的综合过程。
前面我们已经指出，就整个人类认识过程来说，实践是认识的基础，认识是从生动直观开始的，但就某一项具体研究来说，任何研究又总是从问题开始的，科学研究是一个提出问题和解决问题的过程。*
1.什么是科学问题
问题就是疑难，就是矛盾。人们在认识世界的过程中，总要遇到各种各样的问题，产生各种各样的矛盾。问题就其产生的特点来说，可以分为两类。一类叫做简单问题或表浅问题；一类叫做科学问题。简单或表浅问题是指由简单的无知而不是通过对科学背景知识的分析而得出的问题。这种问题是任何一个人都可以提出来的。例如，任何一个小孩也都能向他的爸爸妈妈提出许多问题。这些问题，就本身来说，并不都是简单的、容易回答的，其中有许多往往还是当前科学所不能回答的问题，只是就产生原因来说，是简单的或表浅的，即只是由于不懂。所以，简单问题在科学中并不就是没有意义的，其中有的常常可以由此深入而成为科学问题。所谓科学问题是指通过对科学背景知识的分析而产生的问题。人们在科学研究中，通过对科学背景知识的认真思索和分析，从中发现各种矛盾，它是现有人类认识未解决的矛盾，这种矛盾或疑难，就是科学所要研究的问题，也即不同于上述简单问题的科学问题。
由于科学问题是通过对科学背景知识的深刻分析而得出的问题，时代所提供的知识背景决定着科学的内涵深度和解答途径，因此，科学问题总是一定历史时代的产物。同一问题，在不同知识背景下，其内涵深度是不同的。比如，探索遗传的奥妙是一个古老的问题，在19世纪的知识背景下孟德尔（G.J.Mendel）提出的是“体质”和“种质”的问题，20世纪初摩尔根（T.H.Morgan）提出的则是“基因”的问题，到了20世纪50年代，沃生（J.D.Watson）和克里克（F.Crick）则提出了生物大分子DNA的结构问题。显然，问题的内涵因知识背景的不同而有所变化。除此之外，背景知识还制约着解决的途径。有些问题受目前认识和实践水平的限制，一时尚无法进行研究，这些问题还不能称为科学问题，只有在一定条件下，它才能转化为科学问题。例如，追溯宇宙的起源，是一个早已提出而未解决的问题。20世纪以前，这主要是用神学进行解释的宇宙创生问题，直到本世纪40年代，伽莫夫（G.Gamov）把基本粒子理论同宇宙创生结合起来，才使宇宙的起源有可能用核 物理理论加以研究，从而使宇宙起源变成一个科学问题。
由于不同的人所掌握的知识不同，因此，有些人提出的问题，在一定的科学背景下，实际上是已被科学解决了的问题。对于这类问题，只是对于未掌握的人来说才成为问题，它可通过学习来掌握，对探索人类未知的科学研究来说，一般地就不再是它的研究对象。当然，有些问题在一定科学知识背景之下被认为是已经解决了的，在另一背景知识下又常常成为问题，需要从新的角度进行研究和解决。
如果就问题的形式来说，科学问题不同于一般随便提出的问题，科学问题是有结构的。在科学问题中蕴涵着问题的指向、研究的目的和求解的应答域。应答域是指在问题的论述中所确定的域限，并假定所提出问题的解必定在这个域之中。这意味着，在科学问题的结构中已经包含了问题求解的目标、预设的求解范围和方法。尽管这种预设仍是一种猜测，是可错 22 的，但在科学探索过程中却能起定向和指导作用。其原因在于，这种包含应答域的科学问题，排除了许多因素，能对解决提供明确的指向，有利于科学探索。维纳（Wiener)在1948年所提出的关于信息论如何发展的问题就是如此。他明确指出：“我们必须发展一个关于信息量的统计理论，在这个理论中，单位信息量就是对于具有相等概念的二中择一的事物作单一选择时所传递出去信息。” 维纳在这里提出了一个需要探索的科学问题，问题的目标是发展一个关于信息量的统计理论，问题的应答域是应用统计理论和单位信息量的基本概念。
若问题只有求解目标而没有一定的应答域，则只是一般的疑问句，求解范围是一个无所限定的全域。这样的问题很难成为科学问题。若一个科学问题预设的应答域是错误的，即问题的解不在所设的应答域之内，它将会使人劳而无获。只有改变应答域，才可能获得成功。
如果就问题探索所得结果来看，科学问题应该是可以在实践中加以检验的真实问题。它本质上不同于那些既不能证实又不能证伪的，不能由经验来回答的虚假问题，或称伪科学问题。诸如鬼神问题，它既不能由经验来证实，但同时又是一个涉及无限范围的存在问题，因而又是一个逻辑上不能由经验来证伪的问题。既然这类问题不可能由经验来检验，因而也就可以由人凭玄想来胡说八道。判断一个问题是真实的科学问题，还是虚假的伪科学问题，也要根据背景知识来确定，根据今天的科学背景，试图设计研制永动机一类的问题就是虚假的伪科学问题。但应看到，科学总是发展的，因此科学和伪科学问题的区分往往是历史的、可变的，有的问题在过去科学背景下是伪科学问题，而到了今天却又成为真实的科学问题。例如，要使贱金属变成贵金属的炼金术在以往的普通化学背景知识下是伪科学问题，但在今天的核化学背景知识和现代技术条件下，它又成为真实的科学问题了。此外，由于科学背景知识的复杂性以及科学家对之掌握和理解的不同，科学问题和伪科学问题有时很难区分。例如关于所谓人体特异功能的研究，有人认为是虚假问题，有人认为是有重大意义的科学问题。但无论问题多么复杂，应该肯定，在确定的条件下，科学问题与伪科学问题的区别，是客观存在的，并且是确定的。科学研究的应该是真实的科学问题，而决不应陷入虚假的伪科学问题而虚耗时间。
2.科学问题的来源
实践是认识的源泉，也是问题的根本源泉。但是这并不等于说，问题都是直接来之于实践的。由于科学问题的提出可以通过多种途径，其中主要的有：
（1）新的观察、实验现象同原有理论的矛盾。
在观察和实验中，发现了某种不能由已有理论解释的新事实和现象，或者已有理论的预测不符合观测到的事实时，这就会使原有理论面临难题或危机。对如何用原有理论来解释这个难题，或变革原有理论来解决这个危机的探寻，常常引导人们进入研究并作出重大的发现。前者如历史上关于天王星实测轨道与按牛顿力学所计算的理论轨道不符，为了解决这个问题而导致了勒维烈（U.Le Verrier）假说并通过伽勒发现了海王星。后者如黑体辐射、光电效应等新的实验事实经典物理的能量连续理论不相容，为了解决这个矛盾而导致了量子论的产生。
（2）理论内部的逻辑悖论和佯谬。
23 一个理论，如果看上去是没有问题的，但在推论中却证明了两个互相矛盾的命题的等价式，那么这个理论就包含有悖论。悖论所提出的问题往往有助于新概念或新理论的产生。例如，微积分初创时期出现的无穷小悖论，曾推动了极限理论和方法的产生。集合论中的罗素（B.Ruell）悖论，曾促进了类型论和哥德尔不完备性定理的出现。
佯谬也具有悖论的性质。如果从一个理论中能推出它不能成立的结论，就构成一个佯谬。佯谬或者表明理论本身有缺陷，或者表明理论中蕴含着未被人察觉的深刻内容。比如，根据热力学第二定律，孤立系统中的不可逆过程将最终导致平衡态的到来，但是，麦克斯韦（I.C.Maxwell）在1871年提出了如下假想：用一个隔板把平衡状态的密封容器分为A、B两部分，隔板上开有能自由开关的小门，如果有一个能分辨各个分子速度的存在物（被称为麦克斯韦妖），他根据自己的判断而掌管小门的开关，使快分子能从A跑到B，慢分子从B跑到A，这样就可以不消耗能量而提高B部分的温度，降低A部分的温度，从而使已趋向温度均匀的体系变成温度不均匀的体系，不可逆过程也就变成可逆过程了。“麦克斯韦妖”的假设提出了一系列的问题，诸如“妖”应具有什么属性，这种属性是不是的生命的、原子尺度的、有智力的，能否用几率和内涨落来解释“妖”，等等。直到本世纪50年代布里渊（Brillouin）才发现，“妖”若能看到分子的速度必须消耗能量，这要求以系统熵的增加为代价，某数值超过了“妖”所可能影响的系统熵的减少量。因此，“妖”并不改变热力学第二定律。麦克斯韦提出的问题虽然不意味着热力学第二定律有缺陷，但却揭示出更丰富的内涵，并推动了信息论的研究。光度佯谬的例子，可以更清楚地说明佯谬对科学认识的推进作用。1826年，德国天文学家奥尔伯斯从牛顿理论的无限宇宙模型，推出宇宙中全部星体到达地球观测点的辐射能量将趋于无穷大的结论。如果该推论成立，在地球上就不会有昼夜之分，这显然是不可能的。但是，正是为了消除这一佯谬，才推动了天文学家们相继提出等级式模型、大爆炸宇宙模型，等等。
（3）不同学科的理论体系之间的矛盾
在科学中，常常有这类现象，不同学科中的理论各自解释了一大类现象，但它们相互之间却存在着矛盾。例如，生物进化论和热力学在各自的范围内都解释了广泛的现象，建立了相对严密的理论体系。但仔细分析这两种理论基本原理，这两门学科间却存在着矛盾：热力学第二定律表明，任何孤立系统的熵将不断趋向于极大，它提供的是一个不断衰退的时间箭头；而生物进化论却提供了一个相反的时间箭头，它表明了我们所处的世界是由一个不断地由低级向高级发展的进化过程。这两种时间箭头如何统一？热力学和生物学如何统一？这些疑难问题的探索研究，终于导致了普里高津耗散结构理论的创立。
（4）不同学派观点的矛盾
在科学中，对于同一现象范围内的许多事实，常常会有不同学派运用不同的理论（假说）对它们进行解释，如天文学中的日心说与地心说，地质学中的渐变论与灾变论，遗传学中的米丘林学派与摩尔根学派。这类不同观点，谁是谁非呢？为了解决这类问题，常常导致判决性实验的设计或进行新的理论探索。
（5）社会需要同现有的生产技术手段不能满足这种需要之间的矛盾。
工农业生产的需要、社会生活与健康的需要、军备和战争需要等等社会需要都提出了大 24 量的问题。这些问题经过抽象、转化，可以成为基础理论研究的科学问题。如农业增产的需要、培养优良品种的农业技术研究等向遗传学提出了研究的问题。
科研始于问题，只是有了问题，才会去进行研究。从科学理论发展的总体过程看，只有发现了原有理论不能解决的问题时，人们才会去修正、补充它，或着手建立新理论。从科学研究的具体进程看，人们总是以问题为框架有选择地去搜集事实材料，与问题有关的材料被搜集起来，与问题无关的材料则置于一边，不在科学认识主体中引起信息效应。也许正由于此，所以，爱因斯坦（A.Einstein）指出：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要。”为此，搞科学研究，首先要善于发现问题。
3、选题：正确地选题是科研成功的关键。
选题决策的原则；
第一、需要性原则：社会需要与科学需要。
第二、创新性原则：指向前人没有解决或没有完全解决的疑难问题。（概念创新、理论创新、方法创新、运用创新）
第三、科学性原则：具有一定的科学理论与事实依据，把课题置于当时的科学背景之下，使之成为可以在科学逻辑和科学实践上加以论证和检验的课题。
第四、可行性原则：所选课题必须与主客观条件相适应。
需要性原则是前提，创新性原则是灵魂，科学性原则是基础，可行性原则是保证。
开题报告内容示例：
题目：必须是对一个科学问题的逻辑表述
意义：理论意义、现实意义、本项研究处于国内外研究的状况。
构思：理论依据、事实依据、创新点、切入点、技术路线、步骤安排
条件：文献资料、前期准备、负责人及课题组实力、设备情况
申请：经费及使用安排，计划进度，其它条件。
（1）需要性原则。这是指课题应面向社会需要和学科理论发展的需要。社会需要包含经济发展的需要、国防建设的需要、医疗卫生和文化教育的需要等等。学科理论发展的需要包含开拓科学领域的需要、更新科学理论的需要、改进科学方法的需要等等。
科学研究首先要考虑社会的需要，这对于那些发展研究和应用研究来说尤为重要。发展研究担负着把科学技术直接转化为社会生产力的任务，其选题应将当前社会需要置于首要位置，充分注意所开发技术的经济效益、社会后果和对环境影响。即使是跟踪世界高技术的发展研究，其主要目的虽然是为未来新技术开发作准备，但也要充分重视在当前有应用价值的项目。应用研究致力于解决国民经济和社会生活中所提出的实际科学技术问题，其任务在于把理论推进到应用的形式，因而应用研究的选题也要充分考虑社会的需要，把当前和近期社会需要的项目作为优选项目。
但是，另一方面也要看到，科学上的重大问题并不都是直接来自社会当前的直接需要，许多课题是由科学自身发展的内在矛盾而提出。这些理论探索性课题在开始时看不出有什么应用价值，但随着实践的发展越来越显示出对社会发展的巨大潜在推动作用。因此，科学研 25 究也要考虑学科理论发展的需要，重视基础研究。基础研究包括各门自然科学的基础研究和应用基础研究。各门自然科学基础研究的选题，要从学科理论发展的需要出发，去研究和发现自然界的新现象和新规律，为正确地认识和成功地改造世界提供根本性的理论依据。自然科学基础研究具有普遍性和公有性的规范，需公开发表自己的研究成果，因此应面向世界，树立参与国际竞争的观点，立足本学科前沿进行选题。应用基础研究是指有一定应用目的或以技术开发为背景的基础研究，它的选题方向应指向加强生产活动的技术基础，弄清技术机理。例如，要从生产中的材料、加工工艺、工艺装备、技术精密组合能力、技术监测等问题中提炼出基础性的研究课题来。对我国来说，有了应用基础研究的开展，才能消化吸收国外先进技术，真正为我所有、为我所用，从而建立起自己的技术基础。
（2）创造性原则。这是指选出的课题应是前人没有解决或没有完全解决的疑难问题，并预期能从中产生创造性的科学技术成果。
创造性的含义是多方面的，它的主要表现有：①概念和理论上的创新，如拉瓦锡（A.L.Lavoisier）用“氧化”的概念代替了“燃素”的概念，爱因斯坦（A.Einstein）的相对论突破了牛顿理论；②方法上的创新，如巴斯德（L.Pasteur）设计了曲颈瓶试验证明了生命不能自然发生的问题，斐索（A.P.L.Fizeau）改进了测量光速的方法首次解决了在短距离内测量光速的难题；③应用上的创新，如李斯特（J.J.Lister）运用了巴斯德关于微生物的发现提出了手术中的消毒措施，挽救了许多病人的生命。
科学研究应有创造性，对于那些有可能导致新理论、新概念、新方法、新应用出现的课题，应该成为优先被选择的课题。当然，在选题阶段，对课题结果的创造性是难于作出精确估计的。因此，创造性原则实质上是要求作到：在选题时熟悉别人已进行过的工作，避免重复劳动；课题论证时恰当估计课题的意义和其中可能包含的创造性成分。科学研究是探索性工作，其本质在于创新。别人已经解决了的问题，或者在现实条件下难以取得创造性进展的课题，不应作为选择的对象。
（3）科学性原则。这是指选出的课题要有一定的科学理论和科学事实作为根据，把课题置于当时的科学技术背景下，并使之成为在科学上可以成立和可以探讨的问题。
一般来说，明显与已确证的科学理论相违背的题目不应作为选择对象，除非确已发现了与该理论相矛盾的事实并把这种矛盾作为科研课题。如果毫无根据地把推翻或改变已确证的理论作为研究项目，那就失去了起码的科学性。与此相应，毫无事实根据的题目也不应作为选择对象，除非确有把握在研究过程中可以获取有关事实。如果既无已有事实作根据，又无获得相关事实的理论和实践上的把握，那就会使选题失去科学性。
当然，选题毕竟是科学研究的开端。科学工作者在开始时所依据的事实是不完全的，也可能存在错误；理论也受着一定条件的限制，会随着科学实践的发展而不断更新。因此科研选题既要尊重所依据的科学理论和科学事实，同时还要随着基础事实和背景理论的改变而对选择的题目进行调整。这正是坚持科学性原则所必须的。
（4）可行性原则。这是指选择的课题应与自己的主、客观条件相适应，即根据已经具备的或经过努力可以具备的条件进行选题。
26 符合需要的有创造性和科学性的题目并非都是可行的题目。如果主观条件或客观条件不具备，无论多么诱人的题目也难以取得预期的成果。有些课题目前还缺乏解决的条件，而这些条件又是在短期内难以创设的，即应视为尚不具备可行性的课题。如果这类课题非常重要，并且这类课题的解决需要长时期的努力，也可以将它分解为一系列子课题，从中选择某些相对来说具有较大可行性的子课题进行工作。但要对这类课题的难度作充分的估计。
4．课题构思：“运筹于帷幄之中，决胜于千里之外” （1） 明确核心内容，拟定总体设想，抓住问题关键，确定需要研究的未知因素，提出探知未知因素的主要方法。进而规划整个研究的总体构思和研究的阶段目标步骤。
（2） 确定研究手段，构思实验方法和装置（对于理论性课题，要确定采用的数学工具，拟出体现研究对象本质特征的数学模型，对于实验性课题，要在对实验对象分析的基础上，构思出实验原理，设计或决定实验装置，选定能具有体现实验对象典型性或代表性的实验材料-例如：孟德尔实验采用豌豆，摩尔根实验用果蝇；吴健雄实验采用钴60，等等。还要确定实验类型-析因、对照、模拟、）
（3） 设想研究过程，预期研究成果。 （4） 程序框图：
理论研究：理论目标情报资料总体设想理论分析提出假说逻辑证明
定理/预见科学论文 （观察与实验检验）
实验研究：实验目标情报资料总体设想实验原理装置设计实验观测
/数据定理/预见实验报告/科学论文 （观察与实验检验）
技术研究：技术目标情报资料总体设想技术原理结构设计试验测试
技术分析技术样品/图纸资料/报告论文 （技术鉴定/推广运用）
意义：课题的形成与构思，可以反映出主持人是否高明干练、训练有素，这绝非纸上谈兵之辈所能为之，因此必须精通各种研究方法，并且不断从各方面进行修养提高辨证思维能力和科学才干。伟大的化学家门捷列夫在《化学原理》一书中曾深刻指出：“对事物进行科学研究有两个基本的或最终的目的：预见和效益。” 有预见，才能为未来的科学发展指明方向和道路；有效益，才能使研究成果造福人类。
实例：宇称（奇偶性）守恒定律是怎样被推翻的？（“τ-θ” 之谜：k介子的衰变方式虽然并没有违反能量守恒定律之禁，动量守恒和自旋守恒对这种衰变也无可非议，但是违反了宇称守恒之禁。长期以来，宇称守恒像能量守恒一样被认为是自然界的基本性质。到了1954年，随着粒子物理学的发展，出现了一个令人不解的疑难：早已发现的k介子中，有一种衰变为2个π介子，称为θ介子具有偶宇称，另一种衰变为3个π介子，称为τ介子具有奇宇称。问题在于：这两种介子除了宇称不同之外，其他一切性质-质量、电荷、稳定性等，都完全相同。科学问题的核心内容和关键症结：或承认τ和θ是同一种粒子按两种不同的方式衰变弱相互作用下宇称守恒定律不能成立，或确证τ和θ真是宇称不同的两种粒子与宇称守恒定律无关。杨振宁-李政道设计：（1）检查宇称概念通过文献资料寻找能够确证弱相互作用下宇称守恒的实验事实（2））构思检验能够确证弱相互作用下宇称不守恒的科学假说（3）借助数学物理手段，精确描述弱相互作用下粒子发生变化的波动性和空间状态，从而给新的假说以逻辑证明。
27 （4）根据理论分析，推导出可供实验观察验证的基本原理，（5）构思出实验观察的基本原理，为确证新假说导出的科学预言提供一种可实现的可能性。 5．课题论证评价：实例：阿波罗登月计划的三套方案 （1）“直接登月法”（2）“地球轨道会合法”（3）“月球轨道会合法”
三、获取科学事实
科学事实：经过科学整理和鉴定确证的经验事实。
（1） 科学事实应该是对个别存在的陈述。（如，铀具有放射性。） （2） 科学事实应该可以复核和重现。 （3） 科学事实应该比较精确、系统。
（4） 科学事实是形成新概念和新理论的基础。
科学事实是对科学假说和科学理论进行评价的基本手段。
2.2通过科学思维收集经验证据
接下来科学家要收集解决科学问题的相关信息也就是证据。获取证据的过程也是科学家应用科学思维的开端。
科学研究活动需要的是经验证据。经验证据是指个体通过自身或者借助仪器能够眼见、耳闻、手触、鼻嗅、舌尝的东西，也就是易于感知的、能够共享的东西。虽然这里的经验只是个体经验，但经验证据之所以重要是因为当某一个人宣称有此证据后它是可重复的、其它的人也可以感知的。
经验证据区别于日常生活中经常遇到的其他证据，如传闻证据、证言证据、现场证据、启发性证据、神灵证据、情感证据。传闻证据是从道听途说的东西，因难以确定消息来源而不可靠。证言证据（目击证人的叙述）和现场证据（通过现场工具、动机和时机分析得出的信息）是法庭判案时经常采用的，但它们经常也是靠不住的。启发性证据是某个人认为自己受到某种超自然的力量暗示启发后而表达出来的言辞，神灵证据是指某些人认为的由鬼怪、精灵、超正常的和超自然的实体展示的信息，它们因为不能为别人觉察且不可重复而更不可靠；情感证据是来自于个人的主观感受，虽然可重复但只为一个人独有，也不可靠。科学家在收集证据时必须把这类证据立即排斥在科学大门之外。
最接近经验证据的是权威证据。权威证据是权威代言者（权威人物、论文著作、专利公告、媒体广告等）告知的信息。任何一个人获得知识都离不开权威证据，一是因为我们生活在权威证据包围的环境之中，比如一个人从小到大逐渐接受家长、老师和教授的教育；二是人类社会经验表明依靠权威是自然选择的必然结果；三是接受权威证据是个人获得知识最快、最有效的办法。
一个科学问题的经验证据有两个来源，一是科学家自己进行的科学观测和科学实验。科学观测是借助感官和仪器而进行的一种有目的、有计划、有选择性的感知活动；科学实验就是运用实验工具，通过人为控制、干预或模拟自然现象而进行的一种科学研究活动。这些科学观察和科学实验必须是可以重复进行的，得到的经验证据是能够被验证的。二是来自于权威证据。只有那些在科学家认可的书刊（即专业刊物、专业书籍）上得到正式发表的科学原理、模型、公式、图形、数据等权威证据才有可能被认为是经验证据。
科学家获得这些经验证据能否成为这个科学问题的有效和可靠的经验证据，需要用理性思维和怀疑态度进行判断。理性思维是严格遵守逻辑规则、采用归纳与演绎、分析与综合等方法进行的推理活动。这里需要把理性思维与非理性思维做一个比较。理性思维是需要经过严格的训练和学习才能获得的，而非理性思维是天生的；理性思维通常是一个困难和漫长的 28 过程；非理性思维则突发的、短暂的、冲动的、容易的；理性思维需要与人的愿望、意志作斗争，对很多人来说是痛苦的；非理性思维随从人的愿望、意志，给人以愉悦的感觉；理性思维的结果是人们难于直接感知而不愿很快接受的，非理性思维的结果是人们能直接感知因而容易接受的。怀疑态度则促使科学家时常对经验证据进行先行的检验，不受经验数据的自我欺骗和被动欺骗。例如，你自己掌握的和从别处收集来的经验数据是否完备可靠；观测与实验获得的数据是有多大的误差等。
1、观察（自然观察与实验观察）：
自然观察一般是指在自然发生的情况下对研究对象的感知过程。它不仅是接收信息的过程，而且是对信息进行初加工的过程。在人为控制对象变化的条件下进行的观察是实验观察。
（2） 观察分为：日常的随机观察与科学观察 （3） 质的观察与量的观察（测量），直接观察与间接观察。
1.科学观察的历史发展：直接观察和间接观察
科学认识，就整体来看，总是从感性直观开始的，感性直观首先就是观察。
科学观察是人们为了认识事物的本质和规律，通过感官或同时借助一定的科学仪器，有目的、有计划地去考察自然现象的活动。它是人们获得感性经验的重要手段。
观察的方法是随着实践的发展而发展的。在古代，由于生产和科学技术水平的限制，人们对外界现象的观察，一般是凭借自身的感觉器官直接进行的，即人的感觉器官直接作用于观察对象，获取关于观察对象的各种信息。这种直接观察有它的优点，它能对所研究的事物进行直接的作用，因而可以免除因中间环节（仪器观测）所造成对观察对象认识的错误。但由于感官受到了本身生理条件的限制，其作用范围有一定的限度，因而也就限制了直接观察的运用范围。例如，人的眼晴看不到紫外线、红外线、Ｘ射线等；人的耳朵不能听到超声波，只能听音频在20-20000次振动范围内的声波；人的嗅觉和舌的味觉的灵敏度、也都有一定的界限。这种局限性使人们在观察中不能进行精确的测量，难以及时、准确地记录客观的自然现象。
为了克服感官的局限性，随着生产和科学技术的发展，人们在观察者和观察对象之间引进了一个中介物。这个中介物就是仪器。这样，直接观察就发展成了通过仪器作中介的间接观察。这种仪器随着技术进步日益先进。仪器观察的发展，日益克服人的感官的生理局限性，大大地扩大了人的观察范围，使人的感官不能直接观察的对象转化为可以观察的对象，同时，仪器观察在一定程度上排除了感觉的错觉和主观因素的干扰，仪器的不断改进和更新，更能提供比较可靠的计量标准和准确的记录手段，使人们在观察中获得的感性认识更加客观化、精确化、准确化。所以，仪器观察具有直接观察不可比拟的优点。但仪器观察也不是完美无缺的，它也有一定的局限性。例如，观测水平在很大程度上取决于仪器的精度水平，同时仪器的误差会导致错误的观察结果等。更主要的是，它不如直接观察对所研究的事物和感觉那样直接。因此，我们决不能迷信仪器、依赖仪器，因为有了仪器观察而就忽视了直接观察的作用，而应该两者互相配合运用。
随着现代科学技术的发展，直接观察也发展到了一个新的水平。例如，古代人们只能用 29 肉眼观察月球，自伽利略（Galileo）发明望远镜以来，进入了运用仪器的间接观察，而今人们为克服间接观察的局限性，利用现代科学技术的成就，乘上宇宙飞船到月球，又回到了直接观察。这是观察方法上的否定之否定的回归。现代的科学观察是在发展了的科学技术基础上的直接观察和间接观察的统一。
2.观察同理论的关系：观察渗透理论
关于观察同理论的关系，现代的观点同传统的观点有着明显的不同。传统的观点认为：理论依赖于观察，而观察则是独立于理论之外，不依赖理论。这种观点不能解释现代的许多观察事实。现代的观点认为：不存在所谓纯粹的中性观察，提出“观察渗透理论”的新见解。从科学研究的实际进程看，应该说，后一种观点是合理的。
观察之所以渗透理论，首先是因为观察不仅是接受信息的过程，同时也是加工信息的过程。人在观察过程中必然对外界的信息进行挑选、加工和翻译。这就与人的理论知识背景有关。不同的知识背景、不同的理论指导、甚至不同的生活经验，对同一事物会得出不同的观察陈述。例如，医生和普通人看同一张病人的肺部X光照片，结果将大不相同。那些重要的作为病理证据的阴影、线条，可能丝毫不被未曾受过训练的普通人所察觉，而医生有目的的寻找的正是这些材料，并且可以在其理论框架内予以解释。
其次，观察之所以渗透理论还因为观察一般总要借助于一定的工具（仪器），而观察工具是理论的物化。我们在科学研究中所运用的每一台仪器，都是以某种或某些理论假说（假设）为基础来进行设计的。例如温度计的设计有赖于对温度高低同测温质体积变化关系的认识。并且，对于仪器中所反映的物理量的性质的认识，也受制于假说或理论的进步。在1756年英国科学家布莱克区分温度和热量两个概念以前，人们就始终不知道通过温度计所测得的物理量究竟是温度还是热量。可见，测量仪器并不是一种单纯的自然物，它紧紧地依赖于一定的科学假说或理论。
最后，观察之所以渗透着理论，还因为观察陈述是用科学语言表述出来的（通过语言，来自客体的信息被编码记载下来），而科学语言总与特定的科学理论联系着。当使用语言时，理论的框架也就出现了。比如，当用波长为7000埃这个术语来表示红光时，就暗含着光谱、波长、光学测量仪、实数集„„等一系列概念所构成的理论框架。进行科学观察的人正是带着这类理论框架去进行观察的。
由此可见，理论在观察中既起着“定向”作用，引导观察者有选择地接收外界信息；又起着“加工改造”作用，帮助观察者理解观察到的究竟是什么。这也正如爱因斯坦（A.Einstein）所说的：“是理论决定我们能够观察到的东西”，“只有理论，即只有关于自然规律的知识，才能使我们从感觉印象推论出基本现象”。
应该明确，对观察渗透理论这一命题，不能作唯心主义的解释。我们认为观察渗透理论，并不能否认观察的对象独立于主体而存在，我们的知觉经验来源于自然对象，是对象的能动反映，并不能否认知觉经验是感性认识，是由对象和我们感官的关系所给予的。我们重视观察渗透理论与强调观察实验对科学认识的形成和发展起基础性作用，在本质上是一致的。
3.关于观察的客观性
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观察的根本目的是获取确切可靠的经验材料，为探讨和检验科学真理提供事实依据，为此，在观察中，要求遵循观察的客观性、全面性和系统性原则，其中客观性是观察的最根本的要求，全面性、系统性和精确性从根本上来说也是为了保证客观性。
但是坚持观察的客观性，并不是一件轻而易举的事情。观察是主观同客观的交互作用，因此观察免不了主观种种因素的影响。仪器观察可以在一定程度上排除感觉的错觉和主观因素的干扰，但仪器本身又造成了新的干扰，测不准关系就充分反映了这种干扰的不可避免性。观察离不开理论，正确的理论可以引导正确的思维帮助纠正错误，但理论又是可谬的。实践是检验真理的标准，但实践，如下一节我们要讲到的实验，本质上也是理性的物化，实践标准也既是绝对的，也是相对的。
我们说坚持观察的客观性是不易的，并不是说做到观察的客观性是没有可能的。恰恰相反，正是通过人的积极的主观活动，才能保证观察的客观性。
首先，坚持观察的客观性必须有实事求是的科学态度。在科学观察中，要尊重事实，避免主观偏见。马克思说：“不带偏见的考察是不会受迷惑的”。在观察中，绝不能带任何主观偏见，先入为主。观察中固然要“思”，离开头脑思考的纯客观观察是不存在的，但必须把看到的和想到的严格地区别开来，不能把想到的当成看到的。为了防止不可避免的主观偏见，采取一定的办法，如生物学观察的“随机分组”，医学中的“双盲法”是非常必要和不可少的。
其次，科学观察要求使用先进的观测技术和观测仪器。这是保证观察客观性的物质基础。由于仪器精度和可观测范围的扩大，就能更准确地记录客体运动的状态，提高观察的客观性。由于现代技术的应用和自动化测量系统与计算机相配合，实验观察者所观察到的已不是最原始的图象和数据，而是已经过计算机处理过的数据。这样，既扩大了科学观察的视野，又可以避免某些主观的差错。
再次，科学观察要求以正确反映客观事物本质的理论为指导。观察渗透理论，由于理论可谬，因而可能影响观察的正确性，但理论的根本作用是在于它能帮助分析和审察观察事实，纠正由主观和仪器干扰等造成的误差，同时正确的理论能提供正确的概念系统、推理规则和消除假象与误差的方法，从而把日常观察中模糊不清的现象变得清晰起来。
最后，也是最重要的，科学观察要求实验结果可以用某种标准的方法进行重演。这是科学研究中必须共同遵循的基本原则。实验中发生的情况或事件能够被多个观察者重复检验，一般来说，就保证了科学实验结果的客观性。因为观察者的主观的偶然的失误都很容易在重复的实验过程中暴露出来，并加以消除。一个实验被复核重演的次数越多，也越显示出其客观性。相反，不可重复的观察和实验结果，其客观性就会受到怀疑。
4.关于观察中的简化原则
自然科学所研究的对象一般都是错综复杂的。为了要抓住主要矛盾，弄清对象的本质联系，首先要找出事物的最基本的东西。为此，在自然科学研究中，要遵循简化的原则。能否在观察中贯彻简化原则，对于能否取得有成效的研究关系很大。在自然观察中，贯彻简化的 31 原则，就要善于“在自然过程表现得最确实，最少受干扰的地方” 进行观察。马拉车是生产中常见的一种物体运动现象。物体运动的定律为什么不是从常见的马拉车现象，而是从观察遥远的行星运动中总结出来呢？因为马拉车运动中力作用的因素相当复杂，如马的拉力、车的重力、地面的反作用力，各种摩擦力等等，容易使人产生“有力才能维持运动”的错觉。而作用在行星和太阳之间的吸引力则比较突出。由于行星的质量比太阳小得多，它们间的距离又远，所以行星间的吸引力作 为近似可以略去。因此行星绕日运动成为一个“最少受干扰的地方”。从观察行星运动中总结出物体的运动规律，再来看生产活动中马拉车等等力学现象，就可以对后者解释得十分清楚了。在生物学中，要选择自然界比较简单、典型的生物作为观察对象，这样易于揭示生物的运动规律。如孟德尔对豌豆、摩尔根对果蝇的选择以及本世纪40年代后人们用细菌、噬菌体等作为生物遗传研究的实验观察对象，都体现了这种简化的原则。
简单和复杂，是对立的统一。为了抓住主要矛盾，揭示本质联系，在一定的条件下，可以也有必要进行抽象，实行简化。然而，片面强调事物简单性方面，忽视、否认事物的复杂性，就会导致简单化的倾向。首先，任何事物总是在一定条件下存在的，同一事物在不同的条件下就会有不同的表现。其次，20世纪以来的现代科学研究，无论向哪里看去，遇到的却是自然界的不可约化的复杂性。牛顿力学的研究对象的确是相当简单的，可是一当超出了理想化条件，其复杂性就日趋明显。微观世界常被认为是简单的。然而，现代物理学的发展告诉我们，基本粒子既有产生的过程也有衰变过程，并且有复杂性。最后，更为重要的还不在于微观世界也是复杂的，而是在于一个复杂的系统不能看作 是许多小单元的线性组合，因为各个要素之间并不是彼此无关，而是存在着复杂的相互作用。因此，“科学的兴趣，正从简单性向复杂性转变”，系统科学的发展，正为这种复杂性提供了科学的研究方法。对此，我们将在第六章作具体的讨论。
5.自然观察和实验观察
观察是探索和检验科学真理的重要手段，但是，单纯的自然观察，即在自然条件不加控制、在不改变对象的自然状态下的观察是有很大局限性的。这种观察由于受到自然条件的限制，只能是搜集自然现象所提供的东西，而不能从自然现象中提取其所愿望的东西。同时，观察如果只在自然条件下进行。就难于排除多种因素的干扰，保证过程纯粹地进行。因此，“单纯观察所得到的经验，是决不能充分证明必然性的”，“必然性的证明，是在人类活动中，在实验中，在劳动中”。要从自然现象中提取我们所愿望的东西，以及充分地证明自然现象的内在必然性就必须由单纯的自然观察过渡到实验，由自然观察进入到实验的观察。
（3）观察的原则是：第一，客观性：体现出对象属性的多样性统一。随机取样，
反复核实。
第二，具有典型性、代表性。
第三，尽量将复杂的研究对象简单化。
（4） 观察方法的局限性：恩格斯说：“单凭观察所得的经验，是不能充分证明必然性的。必然性的证明是在人类的活动中，在实验中，在劳动中。也就是说判断事物之间的因果关系要依靠实验的方法，并借助于理论思维，才能弥补单纯观察的不足。”
2、实验：
32 （1） 实验是人们根据研究目的，利用科学仪器设备，人为的地控制、干涉或模拟自然现象，排除外界干扰，突出主要因素，在有利的条件下去探索自然规律的方法。
（2） 实验方法的优点：自然将其奥秘隐藏着，实验是“拷问自然，突破观察的局限，在有意识地变革自然中认识自然，更有利于发挥人的主观能动性去揭示自然的奥秘”。
（3） 实验方法的作用是：
第一，使对象简化和纯化。
第二，强化实验对象，使之处于某种极限状态中，更有利于揭示新的自然规律。
第三，比较经济、可靠。特别是模拟实验能避免危险，减小损失。
（4）实验方法的类型；（按照讲稿）
定性实验：判定某因素是否存在，某些因素之间是否有关系。
定量实验：用以测定某种对象的数值，或求出某些因素之间的经验公式。
结构分析实验：用以确定某种对象的物质构象、空间排布。
析因实验：由已知结果寻找原因。
理想实验：是一种在思想中塑造的关于对象变化的理想过程，或逻辑推理的思维过程，它可以在更大的程度上超越客观实验条件的限制，在更加纯粹和极端化的情况下揭示出客观现象和过程之间的内在逻辑联系，并由此说明理论，检验理论，发现问题。
1.实验的特点
实验是人们根据研究的目的，利用科学仪器、设备，人为地控制自然现象，排除干扰，突出主要因素，在有利条件下去研究自然规律的一种方法。科学实验是从生产实践中分化出来专为认识自然规律服务的一种实践活动。这种方法比单纯的对自然现象的直接观察的方法，有明显的特点和优点。
第一，实验可以进一步纯化和简化对象
简化是科学研究的一个重要原则。自然界的现象十分复杂，各种事物互相联系、互相影响、互相作用、交织在一起，往往使人不易发现其中哪个因素同哪个因素发生联系，联系的方式如何。为此在观察中就要进行简化。这种简化，在自然观察中是通过观察对象的选择来实现的。但是，在自然条件下的观察，这种简化和纯化的作用毕竟是间接的，并且对许多现象来说还是很困难的。在实验中情况就不同，人们可以借助于科学仪器、装备所创造的条件，排除自然过程中各种偶然的、次要的因素的干扰，使我们需要认识的某种属性或联系以比较纯粹的形态呈现出来，人们就能获得被研究对象在自然状态下难以被观察到的特性。
第二，实验可以强化研究对象。
自然界许多现象，在常态下往往不易出现，只有在一些极端的条件下，才能呈现出来，而这种条件在自然界中无法直接控制，在生产过程中又难以实现。实验可以凭借各种物质手段，造成这类特殊条件，如超高温、超高压、超低温、高真空等等。在这种强化了的特殊条件下，人们遇到了许多前所未知的在自然状态中不能或不易遇到的新现象，使人们发现了具有重大意义的新事实。例如，人们能通过一定的实验手段，接近绝对零度的超低温，从而使我们能把几乎所有的气体液化。在这种超低温下，人们也能发现某些材料具有特殊优良的导电性能，即具有无电阻、抗磁等超导态特性。
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第三，实验取得的结果比较确实，可以重复出现，便于鉴定。
在自然观察的情况下，由于情况复杂，各种因素难于控制，所以有的发现，就比较难以重复。实验中各种条件可以控制，因此一般来说，只要在相同的条件下，重复做此项实验，就能够取得相同的实验结果。这样就有利于人们进行长期研究，反复比较，并对以往的实验结果加以核对，一个人的发现，也就可为别人重复证实。
另外，实验还可以模拟研究对象的运动过程，对那些时过境迁的现象以及无法直接进行直接实验的对象，进行间接实验研究，从而认识对象的性质。对此，将在下一节作专门讨论。
实验方法之所以具有上述优点，是因为科学实验比之于科学观察更具有理性方法的特点。科学实验和观察都是感性活动，但它们都具有理性方法的特点。马克思曾经指出：“归纳、分析、比较、观察和实验是理性方法的重要条件。” 在这里，马克思把实验和观察的方法看作与归纳、分析、比较的方法一样，都是理性方法的重要条件，是很有道理的。因为实验与观察本身就是抽象，离不开比较、分析、综合和类比、归纳、演绎。这种理性方法的特点，在实验中体现得特别明显。因为在实验中，我们实际上是把抽象、分析、综合等理性思维的方法物化出来，使之转化为感性的对象，以便为进一步的理性思维提供材料。正因为实验能把抽象的理性方法再现于感性的具体之中，因而就使它不但具有了感性活动的优点，而且又具有了理性方法的优点，更具有了把两者高度结合起来的特殊的优点。因此，科学实验就成了自然科学研究中的一把解剖刀，成了任何人类的其他形式的实践活动（包括生产活动）所不能代替的探索自然的重要手段。在人类的发展过程中成了一项伟大的有独立意义和革命意义的实践活动。
2.科学实验的全过程都离不开理性思维
随着近代科学技术的发展，科学实验越来越广泛地被应用，并且根据不同的目的要求和对象特点，发展起来了多种多样的实验形式。例如根据实验目的，可有定性实验、定量实验；根据认识过程中的不同作用，可分为比较实验、分析实验和综合实验；根据实验手段是否直接作用于被研究对象，可分为直接实验和模拟实验等。但是，无论何种形式的实验，都是实验者借助实验手段变革和控制实验对象以取得所需的感性材料的过程，它一般都经过如下几个基本步骤：（1）明确实验的目的；（2）进行实验的设计；（3）实验的实施；（4）实验结果的分析和处理；（5）对实验结果作理论解释。
如前所述，实验不但是一种感性的活动，而且更重要的是一种理性的活动，它本质上是理性方法的物化。实验的这一特点具体表现在：科学实验的全过程都离不开理性思维。
首先，要明确实验的目的。实验是有目的有计划的活动，它总是为了解决一定的问题或验证某个假说而进行的。从这个意义上，我们可以说，科研是从问题或假说开始的，科学研究的过程就是提出问题和解决问题的过程。所谓明确实验的目的，就是要明确有待解决的问题或有待于验证的假说。没有问题，没有形成对这个问题的假定或假说，或者问题不明确，假说不科学，那么实验就是一个盲目的、无意义的行为，或者是不着边际的东西。可见，科学研究并不是从实验开始的，当能够设想和进行实验的时候，研究工作甚至已经相当地深入了。
34 其次，在明确实验目的以后，又要先根据目的要求着手进行实验设计。所谓实验设计，就是把预先明确的目的，即所需要回答的问题，转化成为能够以具体的感性的实验观察过程来回答的方案。马克思在比较人的劳动与动物本能的区别时曾经指出：“„„最蹩脚的建筑师从一开始就比最灵巧的蜜蜂高明的地方，是他在用蜂蜡建筑蜂房以前，已经在自己的头脑中把它建成了。劳动过程结束时得到的结果，在这个过程开始时就已经在劳动者表象中存在着，即已经观念地存在着”。科学实验更是人们为了认识自然界而进行的一种变革自然界对象的社会实践活动，更需要在过程现实进行以前，对整个实验过程先在头脑中观念地加以完成。为了达到实验的目的，哪些干扰因素应设法排除，哪些次要因素要暂时撇开，选择什么材料和仪器，采取什么样的方法和手段等等都要在实验设计中给以考虑。总之，在实验过程具体付之实施以前，这个过程的结果，这个过程本身就已经在人们头脑里观念地存在和完成了。只有在此之后，才能进入实验的实施阶段。
实验的实施，主要表现为感性的活动，但其目的却是在于把蕴含于实验目的和设计中的理性方法，通过物质的手段再现于感性之中，以便对现象作出新的观察。在这里理性的思维活动也始终占主导地位。观察固然伴随着紧张的思维活动，而对每个操作的后果也要有明确的判断，要善于及时发现问题，进而为下一步实验提供指导线索。只有在思维统率下，才能通过实验获取真正有用的资料。
实验的实施并不是实验的真正目的。实验的真正目的是在于通过感性的具体为进一步的理论思维提供条件，以便更正确地反映客观对象并把握对象的本质。为此，就必须对实验的结果进行分析处理，并在此基础上对实验结果作出理论解释。
对实验结果进行分析处理，实质上就是运用分析、综合等理性方法，对实验结果进行抽象，从而由感性的局限所带来的误差。经过这样理性“修正”的结果，就可能更正确反映客观实际，并且还有可能由此获得一种明确的、具有某种规律性的认识或某种新的发现。我们平常所说的实验结果，其实是经这种分析处理以后的结果。事实上只有这样的结果才成了进一步进行理论概括的“事实”依据。当然，就是对这样的结果，也还需依赖进一步理性思维，对它作有科学的解释，从而对实验结果有正确的理解。
由此可见，实验的过程是一个在理论思维指导下进行的过程。没有正确理论思维，实验就失去了意义和目的，就无从安排实验的活动，在实验中取得了资料也无法取得科学的结果，以至即使取得了重要的结果也可能理解错误。例如，1774年英国的普利斯特列（Joseph Priestley) 和此后不久的瑞典的舍勒析出了氧，但他们为燃素说所束缚，因而这种\来可以推翻全部燃素说观点并使化学发生革命的元素，在他们手中没有能结出果实。正如恩格斯所说：“从歪曲的、片面的、错误的前提出发，循着错误的、弯曲的、不可靠的途径行进，往往当真理碰到鼻尖的时候，还是没有得到真理”。
3.观察和实验中的机遇
观察和实验是在理论思维指导下的有目的、有计划的活动，要解决什么问题，验证什么假说，在实验过程中将会出现哪些情况都是事先有所预料的。但是在观察、实验中常常出现这种情况：在采取某种操作或措施后，却得到了意想不到的结果，在研究某一现象A时，却意外地发现了另一种现象B等。这种观察和实验中出乎人们意料而得到的新发现，称为机遇。
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在科学发展史上，许多重要的发现都是来自机遇，可见，机遇在科学研究中的重要作用是不容忽视的。科学研究的一个重要特点就是探索性，即通过各种途径去寻求自然界未知的规律。这个认识过程是复杂的，不可能完全循着一条预定的路线达到预期的目的。所以科学认识过程既有目的性，又有意外性，既有必然性，又有偶然性。否认科研过程的意外性和偶然性，那不是辩证法，而是形而上学。出现机遇而不加以利用，那更是一种蠢的表现。
但是，有人把科学发现中的机遇看作是种神秘莫测，不可捉摸的东西，认为是完全碰运气是偶然性。这种看法显然是错误的。
机遇也就是机会，是一种意外的现象，具有偶然性。但是，同任何偶然性一样，它不可能是纯粹的偶然性，在偶然性背后隐藏着必然性，偶然性不过是必然性的表现形式。
首先，机遇现象的出现是偶然的，它可以在自然状态下出现，也可以在人为的干预下出现。但是在一定的条件下，它的出现又是必然的。只要条件具备，X射线总是能穿透衣服、木头和人体，a、b、g 射线总是能透过黑带而使照相底片感光等等。所以，科学发现中的机遇就是以客观事物的这种必然性为基础的。
其次，机遇中表现的这类现象在一个时期什么时候、什么场合以什么方式出现是偶然的。但是，这种现象所以在这个时期而不是在以往那个时期发现又是有必然性的。比如，伽利略（Galileo）奠定了近代实验物理学，但是在伽利略时期不可能象意大利生理学家伽伐尼（ ）在1792年所碰到的发现电流的机遇，因为当时的物理科学实验室中根本就不具备静电机这种设备，因此将青蛙之类的动物偶然与静电机发生联系的机遇是不会有的。同样道理，奥斯特（H.C.Oersted）所遇到的电流的磁效应的机遇，伦琴（W.K.Rontgen）发现X射线的机遇都更不可能在那个时候出现。但是随着生产和科学技术水平的发展，当具备了一定条件以后，机遇中的自然现象就会以偶然的形式在不确定的地方、不确定的具体时间中，以不确定的形式表现出来，从而被人们发现和认识。19世纪末物理学的发展已为人们进一步探索原子核内部的结构创立了条件，有许多科学家都在进行这一方面的探索。在这种情况下，各种放射现象就必然要表现出来，并且一当这类现象出现，就迟早会被人们抓住。因此，在发现的时间上，机遇也是偶然性和必然性的统一。
最后，机遇由谁捕捉住是有偶然性的，即是有些碰机会、碰运气的。但就是这里也不是纯粹的偶然，而是也有其必然性的。许多由机遇而作出重大发现的各种现象，在以前许多人也多次见到过，为什么别人见到这类情况却未加理会而只有他们才捕捉住这类机遇并由此作出重要发现呢？这里根本原因是取决于这些科学家本身的水平和能力。意外的机遇，透露了大自然的信息，为人们提供了许多研究线索，但是正如法国大细菌学家尼科尔（ ）所说过的，“机遇只垂青于懂得怎样追求她的人”，或者如巴斯德（ ）说的，“在观察的领域中，机遇只偏爱那些有准备的头脑”。只有那些具有敏锐洞察力、高度判断力、科学想象力和丰富知识和经验的人才能及时捕捉机遇。所以，在这里偶然性背后也同样隐藏着必然性。
因此，我们在科学研究中，在做每个实验的时候，都既要有明确的目的性和计划性，但也要充分注意可能的意外性。而在对待机遇的问题上，既要看到偶然性，又要看到隐藏在偶然性背后的必然性。看不到偶然性，错过机会是可惜的，但是也不能盲目崇拜偶然性，把成功的希望建立在碰运气上，而应该着重于这种偶然背后的必然性上，要加强基础知识的学习36 和辩证思维能力的训 ， 以提高捕捉机遇的能力，善于及时捕捉机遇，作出重要发现。
“理想实验”不是脱离实际的主观臆想。它一方面要以真实的科学实验为根据，抓住带关键性的科学事实，为理想实验的设计提供可靠的基础；另一方面，又要充分发挥科学思维的能动作用，善于分析矛盾和正确地进行逻辑推理。在自然科学研究中，理想实验方法具有重要的作用，它可以使人们对实际的科学实验有更深刻的理解，可以进一步揭示出客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。比如伽利略（Galileo）关于惯性运动的理想实验的设计就是在他进行真实的斜面实验的基础上得出的。爱因斯坦（A.Einstein）曾指出：“惯性定律标志着物理学上的第一个大进步，事实上是物理学的真正开端。它是由考虑一个既没有摩擦又没有任何外力作用而永远运动的物体的理想实验而得来的。从这个例子以及后来的许多旁的例子中，我们认识到用思维来创造理想实验的重要性。” 爱因斯坦（A.Einstein）本人就是成功地运用理想实验方法作出划时代科学发现的大师。他的有名的关于同时性的相对性的理想实验和关于惯性质量和引力质量等效性的理想实验，为他创立狭义相对论和广义相对论奠定了基石。理想实验方法和其他理想模型方法一样，还具有解释功能和判据功能等。当然，我们也要看到，理想实验所提供的现实原型的信息只具有相似的性质，过分夸大理想实验方法的作用，将其结果无条件外推也是不对的。
三、模拟方法
1.模拟方法及其特点
在科学研究中，对于某些关系复杂或情况特殊的对象，由于受到主客观条件的限制，往往难于甚至无法进行直接观察和实验，这时人们可以采用间接方法——先设计与该对象（原型）相似的模型，然后通过模型来间接地研究原型规律性，这种实验方法，叫模拟方法。
模拟方法具有两个特点：其一是，模拟方法作为一种间接实验方法，与研究对象直接参与实验过程的一般实验不同，参与模拟实验过程的，不是研究对象本身，而是与研究对象相似的模型；其二是，这种模型是原型简化了的映象，但又同原型具有某种相似关系，因此可以将模型的实验结果类推到原型上去。
如果说，实验过程的始终都离不开理论思维，那么模拟方法则更直接体现了理性抽象的作用。为寻找可以代替原型的模型，必须先对原型本身进行分析研究，撇开同研究的需要无关的次要的非本质的因素，形成合乎要求的思想模型。这种模型具有抽象普遍性，但没有具体现实性，不能用来作现实实验的对象。为此就需要根据这种模型要求，在现实中去找到或制造出相应的物质模型。例如医学上人们根据对人体某种疾病的认识，利用动物制造相应的病理模型，工程技术上利用对力学规律的认识，制造相应的技术模型。物质模型和现实原型存在着一致性，它们都是一种具体的可以为感觉所直接感知的东西。但物质模型又不是直接的现实原型，它是反映了现实原型的理论认识或理论模型的客体化。物质模型既具有现实原型的具体可感知性，又具有思想理论模型的抽象普遍性，是具体和抽象的统一。因此，既可以此模型作现实的科学实验，又可达到理论的某种普遍性。
2.物理模拟和数学模拟
模型既然是原型的简化，又保持着同原型相似的关系，因此可以根据对模型的实验了解去认识原型。根据模型同原型之间的相似关系的特点，模拟实验可分为物理模拟和数学模拟。
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物理模拟是以模型和原型之间的物理过程相似为基础的一种模拟方法。这里讲的物理过程是广义的，既包括无生命的物理过程，也包括生物界的生理过程或病理过程。在无生命界，物理相似要求有关的所有同名物理量之间的相似，即所有的矢量（如力、速度、加速度等）在方向上相应地一致，在数值上相应地成比例。在这种情况下，模型只是原型的精巧的放大或缩小，而其物理过程的本质是一样的。*
数学模拟，是以模型和原型之间在数学形式相似的基础上进行的一种模拟方法。列宁曾经指出：“自然界的统一性显示在关于各种现象领域的微分方程式的‘惊人的相似’中”。自然界的这种统一性，为数学模拟提供了客观基础。任何两种不同的物理过程，只要它们所遵循的规律在数学方程上具有相同的形式，就可以用数学模拟的方法去进行研究。由于电模型同其他物理模型相比便于实验观察研究，因此通常都是采用电模型的数学模拟。即首先从研究客体中抽象出数学模型，据此建立一个其数学形式与之相同的电模型进行模拟实验，然后再将电模型的实验结果外推到研究对象（原型）系统上去。20世纪中叶以后，由于电模拟装置即电子模拟计算机的出现，数学模拟更显示出它的巨大优越性。
3.模拟方法的作用
模拟方法在科学研究中被广泛应用，起着重要的作用。运用模拟方法，可以使人们对已经时过境迁的自然现象进行实验研究。如模拟几万万前地球上的自然环境，再现地球上的生命起源和演化过程。运用模拟方法可以将自然现象放大或缩小，或使自然现象在短时间内重复出现，以便于观察研究。如我国科学院大气物理研究所进行的大气环流模拟实验，可以将由地面垂直向上几万米的整个大气层的运动，在实验室里再现出来。大气环流模型的转台，每半分钟左右转一圈，就能模拟一天的气候变化，三个小时就能模拟一年的气候变化。模拟实验特别是重大工程和建筑设计的重要辅助的手段，它既可以确保安全，又能达到经济合理的目的。如大型水库、高层建筑和电力系统等都不允许直接进行实验，只有通过设计模型，对模型进行试验。运用模拟方法，还可以使人摆脱危险，避免事故。例如，在宇宙航行中用狗作为生理模型代替人去探险，以及在医学中用动物作为病理模型代替人来进行毒性药物疗效的实验等等。
模型方法在科学技术研究中之所以能够具有上述的独特作用，在于它是通过简化模型来间接了解原型。然而，模拟方法的优点之所依，亦是其不足之所在。由于模拟所得到的关于原型的结果是由简化的模型间接外推而来的，因而其可靠程度和同原型的接近程度就不能不受到限制。但是模型同原型的接近程度是随着研究深入而提高的，因此可以使从模型推得的结果越来越符合原型的实际情况。最后再进一步通过中间试验和现场试验，就逐渐达到了同一。
四、进行思维加工
1、途径：经验事实科学事实科学概念科学符号科学思想思想模型（物理模型数学模型）
第三节 理性思维
一、概念、符号和思想模型
38 1.科学概念
感性直观离不开理性思维，并且观察实验的结果只有经过科学抽象才能达到对事物本质的认识。科学概念、科学符号和思想模型等形态是科学抽象的成果，同时又是科学思维的基本形式，因此，理性思维的探讨，首先要从这几个基本形式，特别是从科学概念谈起。
科学概念是在科学认识中反映事物本质属性的思维形式。它是科学思维的“细胞”，是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。科学概念也是任何科学理论的基础，是科学这一“知识之网”的网上纽结。人类科学认识的新成果，归根到底要凝结于科学概念之中，所以列宁说：“自然科学的成果是概念” 。
科学概念同任何概念一样，具有既互相区别又互相联系的两方面的特征，即概念的外延和内涵。外延是指所涉及的类的总和。内涵是概念中所思考的属性、关系和本质特征的总和，这种总和会随着认识运动的深化时而增加时而减少。内涵方面的变化也会引起外延方面的相应变化。
科学概念的制作，主要是通过抽象法，通过比较、分析和综合形成的。
通过比较，抽取共同点。因为本质总是通过共同点表现出来的，所以抽象首先要抽取共同点。为此，就必须进行比较。海森伯对此作过生动的阐述：“当比较三头牛和三只苹果时，有一个共同的特点可以用‘三’这个词来表达。这里数的概念的形成，已经标志着从我们直接感觉到的世界迈向理性能够理解的思维结构之网的决定性一步”，并认为“识别共同点可能是一种最重要的认识行为”。
其次，深入分析，抽取本质。事物本质的东西是共同的东西，但共同的东西不一定是本质。这就需要在认识诸共同点的基础 上，根据科学研究的需要，经过辩证的分析，有选择地重点深入，着重把握共同点中的主要的东西，而把其它次要的东西舍去，才能逐步接近本质，直至抽取事物的本质属性。
最后，辩证综合，复现对象。在处理有丰富内涵的概念时，还要对概念的要素进行辩证综合，或者进一步理想化，做到理想地复现对象。以牛顿研究物体的机械运动规律为例，他运用抽象方法，根据力学研究的需要，一切物体经过抽象只余下具有质量、几何形状和位置这样几个要素的总和，为了数学上处理的方便，他又进一步把质量理想化地集中在只有几何位置的数学点上，而舍去了物体的任何形状，这样就达到了高度的抽象和高度的综合，“创造”了极其简单又极为深刻的思想事物——质点。只有这样高度抽象的思想事物，才能与同样高度抽象的数学工具相匹配，顺利地进入逻辑、数学操作过程。牛顿正是沿着科学抽象这条道路，在人类历史上破天荒地实现了认识“经验世界的深刻特征” 这一目标的。
一切科学概念都应该具有可确定性，应该是可以明确规定涵义的。正因于此，它才能在现实和历史上的一定科学概念之间构成可演绎的网络，从而得到某种逻辑上的支持。科学概念不仅需要具有逻辑上的可确定性，而且必须具有实践上的可检验性（可直接检验或可间接检验）爱因斯坦曾明确主张：“物理学中没有任何概念是先验地必然的，或者是先验地正确的。唯一地决定一个概念的‘生存权’的，是它同物理事件（实验）是否有清晰的和单一而无歧义的联系。” 最后，科学概念的确定性并不排斥它的变动性。由于客体的发展变化和主 39 体认识为实践所限等原因，主体把握客体本质的程度总是近似的、不完全的。任何“最科学”的概念都不可能是凝固的、绝对不变的。因此，任何科学概念又总是具有可变动性，它能随着实践和认识的发展而不断发展、深化、修正甚至更新。
2.科学符号
科学思维必须通过概念等基本的思维形式进行，但“纯粹”的概念是一种无定型的精神性的东西，它还必须借助于它的代替物——物质性的、可感知的符号（语言、文字等）而获得完善并得以显示。不然，人类既无法使自己的思想清晰化，更无法做到互相交流和沟通。
人类的语言（文字）就是人类最普遍地使用着的符号系统。其最基本、最普遍的形式是自然语言符号系统。自然语言是某一社会中历史地形成的一种民族语言。它以特定的语音、文字作为存贮和传递社会集团所需信息的手段。这种手段是人类在一切活动中交流思想、认识、感情、意志所必需的。当然也是保存和传播科学知识的通用工具。
自然语言符号系统的基本特征之一是多义性、歧义性、语法结构不够严格和统一。这些特征一般并不妨碍社会信息的交流，而且还能有助于以诗歌等文艺形式表达思想、感情。但在科学思维中，如果完全运用自然语言符号来表达概念、进行判断推理，就会引出差错甚至悖论，而成为不可容许的缺陷。而且，在用自然语言符号系统来表达事物的复杂关系的规律时，常会显得累赘而笨掘。这样，形式就成了内容发展的障碍，必须改进形式来促进内容的发展。
随着科学的发展，人们在自然语言符号系统基础上，逐步建立起了人工语言符号系统（也叫科学语言系统）。即各学科的专门科学术语（符号），用以表示严格定义的科学概念，表示事物之间的特定关系和运动变化规律，使语言符号保持其单义性、无歧义性和明确性。例如，当说“氧”的时候，人们不知道是指氧元素还是氧气，但人工语言符号O和O2就可作出明确的区分。这种新的术语的引进，和旧的用语、词汇在新的、专门的意义上的使用（如“力”、“功”在科学中的重新定义），便构成了人工语言符号系统发展的第一阶段，即“科学行话”阶段。
人工语言符号系统发展的第二阶段叫形式化语言，它实际上是以数学、数理逻辑符号语言为蓝本的科学语言。形式化语言的外在特点是：以紧凑性和可观察性为特色；在这些语言中不仅提供了原始的标志（语言字母），而且准确鲜明地定义了建立名称和含义表述的规则，定义了把一些表述（判断、公式等符号系列）变成另一些表述的规则，因而，形式化语言比原来的人工语言，形式化程度更高，并具有更大的精确性与适应性。由于各门科学的语言从类型上说基本上是描述性、断定性而非评论性的，在描述性语言中又以分析陈述为主* 这样各门科学就更有可能充分利用形式化语言，来表达自己深刻复杂的内容并进行演算化的推理。正如玻恩（Max Born)所说，运用科学符号形成的“思维结构”，仿佛是事物本质的“镜象”，“符号是深入到现实背后的自然实在里去的方法的一个必不可少的部分”。现在又有了能被计算机识别的形式化语言——计算机语言。人类还在努力开发具有更强的符号处理功能的智能机，使人的思维过程进一步做到机械化，自动化，这将是科学技术发展的一个新飞跃，也是语言符号发展的一个新飞跃。
形式化语言的推广运用作为一种研究手段，被称为形式化方法。当代著名逻辑学家鲍亨 40 斯基认为：近代方法论的一个最重要成果，是人们认识到在句法层次上操作语言能使思维活动大为方便。这种操作方法叫作“形式化”方法，“形式化方法是这样一种方法，它完全撇开符号的本真意义，而根据某些只涉及符号书面形态的转换规则来进行符号操作。”“形式化方法本质上是对一种千百年来众所周知的方法的推广，这种方法就是运算。”它可以把运算用于非数学对象，用于同数字无关的其它领域。 现代科学技术的发展，为形式化语言的推广和应用，正在展示出越来越广阔的前景。
最后需要指出，无论人工语言符号系统如何发展，它总是建立在自然语言符号系统基础之上的。只有借助自然语言才可能建立人工语言，即确定或描述它的符号含义和它的构成与变换的规则。因此，自然语言符号 又称为元语言，没有自然语言，人工语言是不可能存在的。另外，自然语言在记载观察实验结果，在“前概念”的形成过程中在科学的普及和教育中都是必须使用的。现代人工智能如果解决了自然语言理解（处理）技术，则自然语言在科学思维中的应用还会增强。因此，自然语言符号，不仅在过去而且在今后都是科学语言符号的一个组成部分。
3.思想模型
思想模型是人们为了从事科学研究而建立的对原型的高度抽象化了的思想客体或思想事物。如原子模型、层子模型、DNA双螺旋结构模型、弯曲时空模型、板块构造模型、大气环流模型等。广义地说，思想模型也包括数学模型。
从思想模型同研究对象的关系来说，思想模型是现实原型的近似反映。现实原型即客观事物是建立模型的客观基础，但是现实原型一般来说是各种因素杂处共存，呈现出的面貌是错综复杂的，人们只有通过对原型的科学分析，才能弄清原型的内在联系和规律。思想模型就是在科学分析和科学抽象的基础上建立起来的对现实原型的近似的反映。
理想模型是思想模型的特殊类型，它是既具有高度抽象性，又具有某种极限特征的理想客体或理想事物。如理想的数学点、质点、理想刚体、理想平面、理想气体、理想黑体、理想循环等。
思想模型作为现实原型的近似反映，在科学研究过程中具有多方面的功能，主要表现在如下几个方面：（1）解释功能。思想模型是现实原型的摹写、样本，因此思想模型应当符合它赖以建立起来的实验基础，能对有关现实原型的各种观察、实验事实作出科学解释。比如化学中结构模型能解释物质的同分异构现象，原子结构模型可以解释元素的个别宏观性质，DNA的结构模型可用于解释遗传现象等。（2）判据功能。即借助于思想模型来检验关于原型的知识的可靠性。这种检验的最终标准是科学实践。但是当思想模型建立在科学实践的基础上，并为科学实践所证实时，它就可以间接地起到关于原型知识真实性的判据作用。由于科学规律能对相应的思想模型中以纯粹的准确的形态得到体现，所以这种判据作用往往比实践的检验更有力量。它在现代的理想数学模型的运用中表现得尤为突出。（3）预见功能。理想模型作为思想模型的特殊类型，是对客体绝对纯化后的产物，因此，它往往可以超越现有条件，揭示出研究对象在理想化条件下可能出现的情况，从而给科学研究指明方向或形成科学预见。比如人们对建立在量子力学基础上的理想晶体模型进行计算，发现它的强度竟比普通金属大一千多倍。这就启发人们用技术手段去最大限度地减少金属材料的缺陷，终于制成了“金胡须”，为发展高强度金属找到了新途径。理想模型的这种预见功能也就是创造性功 41 能。在这个意义上，理想模型方法又是一种创造性思维方法。
在实验中，为了保证自然过程在纯粹形态下进行，需要对自然条件加以纯化，即排除各种次要的，非本质的因素的干扰。但是有些因素在现实的实验中是不可能排除的。然而，人们的头脑可以通过对理想模型进行思想上的操作，完全排除次要因素的干扰，使整个过程达到理想纯化的程度。这种运用理想模型在思想中塑造理想过程叫做理想实验。“理想实验”虽然也叫做“实验”，但它同现实的科学实验是有原则区别的。现实的科学实验是一种实践的活动，而“理想实验”则是一种思维活动，前者是通过物化过程而实现的实验，后者则仅仅是人们在思维中设想的思想上的“实验”。理想实验虽具有一般实验的结构模式，但它也具有“假想”的性质。
“理想实验”不是脱离实际的主观臆想。它一方面要以真实的科学实验为根据，抓住带关键性的科学事实，为理想实验的设计提供可靠的基础；另一方面，又要充分发挥科学思维的能动作用，善于分析矛盾和正确地进行逻辑推理。在自然科学研究中，理想实验方法具有重要的作用，它可以使人们对实际的科学实验有更深刻的理解，可以进一步揭示出客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。比如伽利略（Galileo）关于惯性运动的理想实验的设计就是在他进行真实的斜面实验的基础上得出的。爱因斯坦（A.Einstein）曾指出：“惯性定律标志着物理学上的第一个大进步，事实上是物理学的真正开端。它是由考虑一个既没有摩擦又没有任何外力作用而永远运动的物体的理想实验而得来的。从这个例子以及后来的许多旁的例子中，我们认识到用思维来创造理想实验的重要性。” 爱因斯坦（A.Einstein）本人就是成功地运用理想实验方法作出划时代科学发现的大师。他的有名的关于同时性的相对性的理想实验和关于惯性质量和引力质量等效性的理想实验，为他创立狭义相对论和广义相对论奠定了基石。理想实验方法和其他理想模型方法一样，还具有解释功能和判据功能等。当然，我们也要看到，理想实验所提供的现实原型的信息只具有相似的性质，过分夸大理想实验方法的作用，将其结果无条件外推也是不对的。
二、抽象思维和逻辑推理
1.比较、分析和综合
由感性到理性，要通过抽象思维，比较、分析和综合是最基本的抽象思维方法。
比较
比较是确定对象之间的共同点和差异点的逻辑方法。无论是在空间上同时并存的事物之间，还是在时间上先后相继的事物之间，都既存在差异性，又存在着同一性。比较就是要确定事物之间的同一和差异。确定空间上同时并存事物或因素之间的同一或差异的比较，即在既定形态上的比较，叫空间上的横向比较。通过这种比较能够使我们区分或证认各种不同的事物或事物的各种因素进行定性的鉴别和定量的分析。确定同一事物在发展过程中不同时间上的同一和差异，即在历史形态上的比较，叫时间上的纵向比较。通过这种比较能够使我们进一步发现同一事物随时间的运动和变化。空间横向比较和时间纵向比较是互相联系、相互补充的。在科学研究中，人们常常通过空间并存事物的比较来确定事物在时间是的变化过程。这种方法叫历史比较法，它对研究象天体演化、地质变迁和生物进化之类的过程具有特别重要的意义。因为这类过程，经历时间长达亿万斯年，采用直接跟综观察研究是根本不可能的。
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人们对自然的认识是从现象开始的，因此，一般来说，比较也是从现象比较开始的。所谓现象的比较，也就是事物之间表面异同的比较，是仅仅根据事物的外部特征的异同来进行的比较。现象的异同，一般来说是容易识别的，科学研究的比较要从这种容易识别的现象的异同入手，但是又不能停留在这种现象上。黑格尔（Hegel） 说：“假如一个人能看出当前显而易见的差别，譬如能区别一枝笔与一只骆驼，我们不会说这人有了不起的聪明。同样，另一方面，一个人能比较两个近似的东西，如橡树与槐树，或寺院与教堂，而知其相似，我们也不能说他不很高的比较能力。我们所要求的，是要能看出异中之同和同中之异。”科学研究中的比较，正是要在表面上差异极大的事物之间揭示出它们在本质上的共同点，在表面上极为相似的事物之间揭示出它们在本质上的差异。这也就是说，人们不能以确定现象的异同为满足，而必须深入到事物的内部联系，抓住事物的本质属性，进行本质异同的比较。
本质的比较，即确定事物之间本质异同的比较，是根据事物的本质特征的异同来进行的比较。如果说，现象的比较往往把本质上相同的事物看成是相异的，而把本质上不同的事物又归在一起而看成相异的，因为它仅仅是以外部现象特征为根据的。那么，本质的比较由于抓住了事物的本质特征，因此它就同现象比较不同，它能科学地揭示事物之间的本质联系和区别，揭示事物之间的内在规律。如在生物分类上，林耐（C.Linnaeus）的分类就仅仅是根据事物的外部标志来进行的，所以这种分类就有很大的人为性质，而达尔文（G.R.Darwin）通过对生物的本质特征的比较，从而确定了以生物之间的亲缘关系为根据的生物分类，揭示了生物的进化序列。
由现象比较到本质比较，这意味着认识过程的深化，现象的比较可以通过直观感觉直接进行，而本质的异同只有通过思维才能把握。但是思维把握本质，归根到底，又是受现象材料的制约的，因此，人们就需要在思维的指导下，来设计实验，在实验中来进行比较。这就是实验的比较。实验比较是本质比较的客体化，它既是在抓住了事物的本质的思维的指导下进行的，又具有直接的可感知性，是本质和现象的辩证的统一。通过实验，取得新的现象，而根据新现象的分析比较研究，深入到事物更深一级的本质。
运用比较方法，必须注意对象的可比性。首先，只有同质的东西才能进行比较。《墨经》中认为：“异类不比，说在量” 其意思就是说，两类异质的东西是不能进行量的比较的。如要对表面不同事物进行本质同一的比较，就必须撇开它们之间的差异性而抽取其同一的质后，才能进行量的比较。其次，只有在相同的条件下，才能进行因果联系的比较，否则也就没有可比性。例如，在医学临床研究中，有人观察两种中草药对慢性支气管炎的疗效，用两组互相对照比较，甲组选自乡村的农民，乙组选自城市的工人，甲组服用第一种药是在1~3月间进行，乙组服用第二种药是在8~10月间进行的。这两组无论从职业、环境还是实验季节，都是极不均衡的。如果这些因素的作用超过了药物的作用时，即使结果出现了差异，也难以断定是药物差异所引起的。另外，比较必须要有同一的标准。比较总是在一定的标准下进行的，没有标准，无法进行比较，不同的标准，不能进行比较。
分析和综合
任何事物都是具有许多规定性的复杂统一体，为了确切认识 事物，就必须对之进行分析和综合。分析是把对象的整体分解为部分（单元、环节、要素）并加以认识的思维方法。综合是将对象的一定部分（单元、环节、要素）的认识联结起来，形成对客观对象统一整体 43 认识的思维方法。辩证的分析和综合并不是简单地把整体分解为各个部分和把各部分简单地加和。辩证的分析是进一步把分析看成主要是分析事物矛盾的思维方法，通过这种分析，达到对矛盾诸方面关系的本质的认识。在对各种矛盾及矛盾诸方面进行周密分析的基础上，从矛盾的总体上认识客观对象多种规定性的统一，就是辩证的综合。因此，分析和综合的过程也就是科学抽象的过程，是在思维中再现客观事物整体的过程。
就分析和综合的关系来说，两者既是相互对立、相互排斥又是相互依存、相互渗透和相互转化的，是辩证的统一。综合要以分析为基础，分析又总是对整体的分析；分析的深入为综合的扩大提供了基础，综合的扩大为分析的深入提出方向和目的；综合的扩大需要分析的深入，而分析深入到一定程度又必然要反过来向综合转化。
我们在前面已经讲过，科学抽象是一个由感性具体到抽象规定再到思维具体的过程。感性具体就是人在感性活动中经由感觉、知觉而形成的表象，这也是一个分析和综合过程，即人的感觉器官对事物的各种特殊刺激经大脑分析器分析以后形成不同感觉，这各种感觉再经人脑综合器官综合进一步形成知觉和表象，但这种分析和综合是一种感性的活动，由此形成的表象具体是一种浑沌的未经理解的直接的具体，它不能反映事物的本质。我们讲的思维的分析和综合是对这种表象的进一步的分析和综合，通过对表象的思维分析，形成反映事物某一方面本质规定的概念、定律，也就是使人对事物的认识从感性具体进到抽象规定，从现象进到本质，从一个层次发展到更深层次，从对事物浑沌的认识进到清晰的认识。而思维综合，就是在分析的基础上，把各种抽象的规定，按其内在联系，综合形成理论和理论体系，由抽象规定上升为思维具体。这种经思维综合而形成的具体，已不再是对象的浑沌的表象，而是已经到达了关于对象的某种具体的认识了。因此，思维的分析和综合以感性分析综合形成的感觉（以及表象）作为基础，但它又可以超越感觉，把握感觉所不能直接把握的东西。例如，道尔顿（J.Dalton）、阿佛加德罗（C.A.Avogadro）、孟德尔（G.J.Mendel）等人在感觉未直接把握原子、分子、遗传基因等等以前，通过对它们表现出来的各种客观现象的分析，而首先在思维中形成了原子、分子和基因等概念。可见，思维可以超越感觉，达到感觉所不能直接感知的东西。但是思维的分析和综合归根到底要为感性材料所制约，而新的感性材料只有通过更进一步的实践所获得。因此，分析要进一步深入，综合要进一步扩大，就又必须将思维的分析和综合转化为现实的“分割”和“组合”，即转化为实验中的分析和综合。例如，只有当人们在实验中进一步发现各种放射线和其他现象，人们才能由此进一步认识到质子、中子、电子和其他各种基本粒子并由此作出进一步的综合。
由感性表象到思维的分析和综合再到实验，如此循环往复，形成认识发展的总过程如图4—2
其中，上行方向表示综合向高层次和更大领域的扩展，下行方向表示分析向更深层次和更细微方面的深入。同一层次循环表示认识的反复，由简单的分析综合进入复杂的分析综合。通过这样循环往复，使人类认识日益深入、扩大，并逼近客观真理。
感性表象
思维分析和综合
实 验
图4—2 分析、综合与认识的发展 2.类比、归纳和演绎
44
类比方法
类比是根据研究对象的某些属性同另一种事物的某些属性相同或相似，而推出与这些属性有关的其他方面也可能相同或相似的一种由已知推出未知的推理方法。它的一般公式是：
研究对象： A
比较事物： A?/FONT>又B?/FONT>， 且A?/FONT>与B?/FONT>有某种关系
推测： 研究对象也有 B
（A与A?/FONT>，B与B?相同或相似）
例如，卢瑟福（D.Rutherford）在研究原子结构时，通过原子组成同太阳系组成的比较存在着相似性或同一性，质量都集中在太阳或正核中。在太阳系中，由于太阳集中了大部分质量，所以其他行星按一定轨道绕太阳旋转，由此作出了原子的电子按一定轨道绕带正电的原子核运动的推论。
类比推理，包含猜测，但不是盲目的猜测，而是有一定逻辑或规律可循的。一个完全的类比推理过程，一般要经过三个环节。首先是比较同一，即通过研究对象和另一种已熟悉了解其内在联系的事物比较，找到本质上的相似或同一方面。研究对象和供比较事物之间的这种相似或同一性是类比的基础，没有这种相似或同一，就无从通过两者比较，推出研究对象的未知属性。但是，科学的类比，并不能限于“同中之同”，而是要善于在那些表面上看来很不同的对象中间发现其相似性或同一性，越是从“异中之同”中作出的类比科学价值就越大。自然界的各种事物都存在着差异性，但是，差异性再大的事物之间，又总具有某种同一性或相似性。科学类比就是要善于通过 同这种与研究对象表面上极不相同，但已为我们确切了解内在联系的事物的比较中推 出我们研究对象的未知项来。其次是分析关系。即通过供比较事物中A和B两种属性之间关系的分析，提供能否从已知属性推出未知属性的可能性认识。自然界任何事物都是具有多种属性的统一，各种属性之间的关系是复杂的，有的只是偶然并存，有的则有不同紧密程度的联系。科学类比，只有通过这种关系分析比较，才能对未知属性作出有一定科学依据的推测来。否则，仅 看到某些属性相似就对未知项作出推测，那种推测只是一种盲目的猜测。最后，推测未知。即对上述比较和分析加以综合，然后由研究对象的已知属性推出未知属性。这种类比方法的最突出的优点就是它的创造性，人们只要抓住两类事物在某一方面本质特征的相似，就可以进行类比，并由此推出新知识。但是这种方法所得出的结论具有很大的或然性。类比推理依据的是已知属性和推出属性之间的联系，但这种联系是从供比较的另一类事物得出的。把这种关系推移到研究对象时，由于存在着他不同因素的作用，所以就不一定能够成立。
类比是一种从特殊到特殊的方法，而人的认识是一个从特殊一般再由一般到特殊的过程，类比方法是这一过程的未展开形式，把这一过程展开，则是归纳和演绎的方法。
归纳方法 .
45 归纳是从个别到一般的推理方法，即从许多个别事实中概括出一般原理。任何事物都是个别与一般的统一，个别中包含着一般，一般存在于个别之中。因此，人们认识一般的原理、普遍的规律，是从接触到许许多多的个别事实开始，然后通过分析、比较和推理，才能得出一个一般性的认识。
如果人们能够先通过对某一类事物中所有的各个或各类对象的研究，从而得出某类事物都具有某种特性的结论，这种推理叫穷举法或完全归纳法。在某些数学证明中，就常常运用这种方法。这种推理的根据是充分的，只要前提都是真的，所得结论就是确实可靠的。但这种方法的局限性也是很明显的，这种结论是实然性的，而不是必然的，只是在被考察的对象是有限的情况下才能应用。并且，正如有的逻辑学家所指出的，它是演绎的变形，完全可为现代意义的演绎逻辑所能包容。
通常所说的归纳法，一般是指属于不完全归纳的简单枚举归纳法，就是根据我们已考察过的一些对象的已知属性，而得出一般性的结论。这种方法所以能够成立的必要条件是：同一属性在一些同类对象中不断重复而没有遇到矛盾的情况。在科学研究中，枚举归纳法有着重要的作用，许多经验定律和经验公式大都是运用这种方法总结出来的，许多科学假说的提出和建立，也常常是通过归纳而得出来的。但是这种方法的根据是不充分的。当我们观察一些同类的对象都具有某种属性，而没有遇到矛盾情况时，还不能断定这种矛盾情况就根本不存在。可见，这种归纳所得出的结论也是或然的，它可能是真的，也可能是假的。
为了缓和归纳方法极大的适用性和推论在逻辑上的或然性这个矛盾，以求在一定条件下保证归纳方法的可靠性，人们对归纳法作了诸多的改进和发展。
穆勒（J.S.Mill）提出了专门研究因果联系的“穆勒五法”*，并使归纳法达到某种形式化的要求。但由于方法论思想是建立在事物因果关系单一决定论的本体论思想之上的，所以对于有相互作用的复杂系统，显然难以适应。另外，在观察实验中不能排除有未知的潜在的因素的参与，所以穆勒五法的归纳格，仍然难以具有象演绎格那样的必然推理的性质。尽管如此，它在指导人们科学地安排观察实验，以及科学地分析观察实验结果方面，毕竟提出了整套的科学方法，具有重要的实践意义。
逻辑实证主义把概率引入归纳过程，发展为概率推理，并认为从此归纳逻辑在科学发现和证明中，就可以获得同演绎逻辑一样的严密性。把概率引入归纳有两种做法：一是赖欣巴哈等采用的“频率概率”概念，结论的概率取决于试验的次数，因此概率陈述取决于经验，结论的性质是综合的。另一种做法是卡尔纳普等采用的“确证度”概念，确证度可以直接从前提的逻辑分析得出，使概率归纳结论成为分析性的。他制定了和演绎函项一样是分析性的“归纳函项”C（e, h),表示：证据e以概率C确证假说h，C也表示确证度(r)。这样，从e到h的归纳推理，就成为分析e和h这两个命题间的逻辑关系，概率C即函项的值只取决于这种逻辑关系，而同e和h本身的真值无关。例如，前提e是：“芝加哥的人口数为300万；200万人是黑头发的；彼得是芝加哥的一个居民”，这时归纳的结论（或假说）为h:“彼得是黑头发的，C(e , h)=2/3”这里2/3是分析出来的确证度。
归纳函项C(e , h)的值域是0 到1 的实数，当C=1时，这函项便成为演绎函项。因此，卡尔纳普认为，演绎推理是完全蕴涵，而归纳推是部分蕴涵，归纳是演绎的一种特例。他还认为，归纳逻辑和演绎逻辑之间虽然存在着重要区别，但也有着深刻的类似之处。
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在扩大归纳方法的内容和应用方面，还有统计推理和合情推理。统计推理一般是用随机样本的属性来对样本所属的总体的属性进行预测或推断。它在本质上属于或然性推论，因为结论所断言的范围（总体）超出了前提所断言的范围（样本）。但由于它采用了严格的数学理论规定的概率统计的成果，所以统计推理仍能称得上具备或然性推论的精确化形式。
合情推理是美国数学家波利亚提出的，为科学猜想、假说的选择、评价提供逻辑根据的推理。如A为某种数学猜想或科学假说，并可明确知道AÉ B，B为某个推论、特殊事实或较A更弱的命题。当我们着手检验B时，可能出现B为真或为假两种情况，按照假言三段论应该作出如下论证推理：
A蕴含B A蕴含B
B假 B真
A假 A（？），不能断定真、假
合情推理主要关心的是B为真的情况。B真固然不能使猜想A也为真，但出现B为真的结果，却无疑使A为真变得更加可靠，更有希望。在这种情况下，合情推直的模式就应该是：
A蕴含B B真
A.更可靠
波利亚还总结了其它一些有推理的模式，如：
A与B不相容 A与B不相容
B假 B较不可靠
A更可靠 A稍更可靠
波利亚认为，合情推理本身虽然不象论证推理那样可以产生关于世界的新知识，但却是人们发现新知识过程所不可缺少的。因为，在发现之前必须首先善于作出选择，合情推理正好能为这种选择提供逻辑根据。
应该说，如果只是单纯由归纳而得到的关于事物某种普遍性认识，只是一种经验性的认识，而不可能是本质的规律性的认识，因此，它的结论只能是完全归纳的实然判断或者是枚举归纳的或然判断，而不可能是必然判断。要认识普遍的必然性，就必须要有其它的思维方法，特别要通过科学的分析。恩格斯在论及归纳和分析的关系时就曾指出，单靠归纳而作出对事物一般的认识，并不一定是事物的本质，即使有时抓住的是本质属性，归纳本身也不能 47 帮助人们理解这个本质，如观察了蒸汽冲开壶盖之类的许多事实之后，可以归纳出热运动转化为机械运动的结论，人们甚至可以根据这种认识造出蒸汽机来。可是，对此深刻的原因，就是观察了十万部蒸汽机，我们也无法归纳出一个结论来回答这个问题。“我们用世界上一切归纳法都永远不能把归纳过程弄清楚。只有对这个过程的分析才能做到这一点。”
上面许多对归纳法的发展，实际上都在不同程度上用上了分析的方法，因此能在一定程度上提高了它的可靠性和确切性。这里，我们有必要着重提一下在实践中人们常用的科学归纳法。这种方法就是把分析方法或抽象方法同归纳方法的综合，从而就有可能达到对事物本质规律的认识，得到必然的结论。例如，“凡是金属加热体积就膨胀”这一结论的得出，只是根据加热于某些金属，金属就膨胀而没有遇到矛盾的情况，那么这个结论就是单纯归纳推理的结论。但是当我们对这种现象进行进一步的深入分析，从而发现物体体积的大小取决于该物体分子之间的距离的大小，而加热于金属时，就会引起金属分子之间的凝聚力减弱，相应的分子之间的距离就会增加，于是金属的体积就发生膨胀的现象。一我们通过科学分析认识了加热与金属体积膨胀之间的这种规律性、必然性或原因时，我们就会得出一个确实可靠的结论，“加热于金属物体，其体积都必然发生膨胀”。这种同科学分析密切联系并以某金属与某类对象之间的必然联系为基础的归纳，就称为科学归纳法。科学归纳法与枚举归纳法不同，它是以认识事物之间的必然联系为根据推出一般性的结论，其结论是必然的、可靠的。科学归纳法也与完全归纳即穷举归纳法不同，穷举法要穷尽全部对象，科学归纳法只要几个甚至只要一个典型事例，主要是认识了事物的必然性、规律性，就可以使我们进行概括，得出可靠的结论。因此，科学归纳法在科学研究中起特别重要的作用，它不只可以由未知推出未知，而且可以作为科学证明来使用。这一点在运用数学归纳法进行证明时表现得特别明显。由于它得出的结论是必然的、可靠的，这里实际上已不是单纯的归纳法了，特别是已了分析方法，并把它和演绎法相结合了。这从前面所举的金属加热体积膨胀的例子就可以看出。例如，金属加热使金属凝聚力减弱，而分子凝聚力减弱，就引起金属体积膨胀。这是通过分析得出的一般结论，而这个结论又成了进一步推理的前提，由此推出金属受热必然引起体积膨胀的结论。这个推理实际上包含着这样一个三段论：
分子凝聚力减弱引起金属体积的膨胀；
加热于金属即引起分子凝聚力的减弱；
所以，加热金属即引起它的体积的膨胀。
可见，在这里，就已经用上了演绎法了。
演绎方法
演绎是和归纳法相反的一种推理方法，它的主要形式就是三段论，由大前提、小前提、结论三部分组成，如上例三段分别是大前提和结论。大前提是已知的一般原理，小前提是研究的特殊场合，结论是将特殊场合归到一般原理之下得出的新知识。演绎推理是一种必然性推理。前提是一般，推出的结论是个别，一般中概括了个别，个别中包含了一般。凡是一类事物所共有的属性，其中的每一个别事物必然具有，所以从一般中必然能够推出个别，只要推理的前提是正确的，推理的形式又合乎逻辑规则，得出的结论也必然是真实的。但若是单纯的演绎，那么其局限性也是明显的。单纯演绎的局限性有二：（1）演绎的结论已包含在前 48 提之中，它的陈述不能多于前提所给的东西；（2）演绎的结论只是对个别事物共性的判断，不能揭示个性的多方面丰富多采的属性。事实上，在实际应用中，演绎推理不是单纯由共性推出个性，由一般推到个别，而是同其它认识方法，特别是同综合方法结合。演绎同综合结合，就不仅可以将个性与共性统一起来，变成由一般上升为具体的有效方法，且可以成为科学发现和指导实践的有效工具。
将演绎方法具体化，即成为在科学研究中非常有用的基本方法。根据演绎法的作用，演绎法可以分为公理系统演绎法、假说演绎法和证伪演绎法等类型。
（1）公理系统演绎法。所谓公理系统演绎法就是从若干称为公理命题出发，把有关条件逐步综合进来，经演绎逐步推出其他较为具体命题的一种方法。这种方法的特点是从理论命题推出理论命题。由于这种方法具有逻辑必然性和严密性，并能实现由抽象到具体的上升，因此人们常常用这种方法来构建理论体系，并对某个理论进行逻辑论证。这种方法开始先在数学中得到应用。例如整个欧氏几何学就是一个演绎推系统。后来，在其他相对成熟的学科中也得到了普遍用，因为在任何发达或相对成熟的学科 的科学理论体系中，我们总能找到这样一些初始的概念或命题，这些概念或命题被设立为已知，不需要在该体系中予以定义，然后以它们作为前提，即作为演绎的出发点，就可以推导出定理和新的命题来。
（2）假说演绎法。这种演绎法是从一个普遍的原理作为理论前提，再加上（综合上）某些初始条件，通过演绎法推导出一个描述事件的命题来。这种演绎法的特点是从理论命题推导出事实命题。由于演绎法推理是一种推理，因此这种方法对于解释和预见事实具有重要意义。运用这种方法，人们就能根据己被实践检验过的普遍原理对有关事实作出理论解释，并能结合有关条件，作出有科学根据的科学预见。如本世纪20年代，人们发现在b 衰变中有能量亏损现象，衰变放射出来的电子带走的能量小于原子核损失的能量。物理学家泡利（W.Pauli）根据能量守恒定律作出推论，他认为在b 衰变中有一种尚未发现的微小中性粒子带走了亏损的这部分能量，这就预言了中微子的存在。1953年，人们在原子反应堆中找到了中微子，他的预见得到了证实。科学史上许多科学发现，诸如海王星的发现，哈雷彗星的回归、门捷列夫对未知元素的预言等等，都离不开演绎法的使用。
（3）所谓证伪演绎法。这是发现理论假说中存在问题的有效方法。理论假说的检验并不是某个命题本身，而是由它结合即综合上有关条件，推演出的某个可供检验的事实，然后检查这个事实命题。如果推出的结论被实验所否定，那么根据充分条件假言推理的规则，否定后件就要否定前件的道理，那作为解释性的前提就难以成立了。也正因为如此，人们把这种演绎叫做证伪演绎法。显然，因为前提是一个复合结构，由此并不能就得出对该理论假说的简单否定，但由此确实说明中存在着问题，从而就能导致对原有理论假说进行新的补充、修正或提出的理论假说。
演绎法的另一个重要形式就是向数学—演绎方法、数理逻辑方法的发展。
近代科学宗师笛卡儿（Descartes）、伽利略（Galileo）、牛顿（J.Newton），在科学研究中创造了数学—演绎方法，是演绎方法的极大进步。由于成熟的数学本身就是一个特殊的演绎系统，数学的推导规则都具有确保真值传递的性质，因此，它成了一种演绎推理的现成工具和新的手段。自然科学的概念、命题，经过形式化、符号化，可以利用数学规则进行各种演绎推理，获取新知识，而不必拘泥于三段论的道路。
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现代数理逻辑的兴起，彻底打破了数学和逻辑的界限，实现了逻辑数学化、推理演算化。它用数学精神改造传统的演绎逻辑：把符号化的命题视为数学中的公式，把逻辑推理规则视为数学变形规则，把命题间的推理视为演算和推导过程。它还引入存在量词和可变函项，不但扩大了命题范围，也大大提高了推理的能力和效率，成为现代科学思维的强大手段和工具。还由于逻辑推理形式化、符号化，也使得用智能机器代替人的部分思维的希望变成了现实。
归纳和演绎的统一
关于归纳和演绎的关系和作用，在逻辑史上，长期存在着归纳主义的“归纳万能论”同演绎主义的“演绎万能论”的争论。从辩证唯物主义的认识论来看，无论归纳，还是演绎，都“没有权利要求成为科学发现的唯一的或占统治地位的形式”（1）二者在科学认识中各有特定的功能（归纳法获致新知识的功能；演绎法科学证明、科学预见、建构以及在某种科学发现上的功能）在整个科学认识中，既各不可少，也不可完全替代。（2）归纳和演绎是认识过程中从个别到一般和从一般到个别的相互联系的两个环节，其中任何一个环节都不能离开另一个环节而孤立存在。一方面，演绎必须以归纳为基础，因为作为演绎出发点的一般原理往往是由归纳（加上分析）得出来的。另一方面，归纳又需要以演绎为指导，因为归纳推论过程中，人们必然根据已知的科学原理先进行一些推断，再结合归纳事实作推论，人类认识是一个历史的长河，已经积累的知识总是要在每一次归纳中起指导作用。（3）不但归纳和演绎是相互依赖、相互补充的，它们还必须同其他许多方法，特别是归纳与分析、演绎与综合，要互相结合，相互依赖、相互补充。*
总之，正如恩格斯所说的，“归纳和演绎，正如分析和综合一样，是必然相互联系着的，不应当牺牲一个而把另一个捧到天上去，应当把每一个都 用到该用的地方，而要做到这一点，就只有注意它们的相互联系、它们的相互补充”。
三、形象思维和直觉思维
1.形象思维
长期以来，人们把科学思维看成是抽象思维，而把形象思维看成是文学艺术所特有的思维形式。随着思维科学的发展，人们才日益认识到科学研究也如同艺术创作一样，需要有形象思维。
形象思维是在形象地反映客体的具体形状或姿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形式。
意象是对同类事物形象的一般特征的反映。它是从印象、表象这些还处于感性阶段的关于对象的生动形象或“内心图画”中，经过形象分析和形象综合而建立起来的。通过这样的分析和综合，意象便舍弃了印象、表象中与对象本质无关的个性特征，更加集中地反映了对象的共性。这种共性，在意象中又是以形象的形式，而不是如抽象思维中那样在概念中以抽象的形式表现出来的。
联想是指由一事物想到另一事物的思维活动。它包括意象联想和概念联想。意象联想就 50
