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发信人: Muller (胖胖熊), 信区: Other
标  题: 《自然辩证法》课程笔记（续二）
发信站: 听涛站 (Wed Dec 15 22:47:06 1999), 转信

第二篇：科学技术方法论
  
  第六章：科学问题与科研选题
  
  第一节：科学问题
  
  一、 定义：科学问题是指一定时代的科学认识主体在当时的知识和
  
            背景下提出的关于科学认识和科学实践中需要解决而又
  
            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。
  
  1、 科学问题是一定历史时代的产物
  
    例如：〖德国〗希尔伯特的23个数学问题（1900年）
  
          fields（加拿大）奖一半以上解决这些问题
  
  2、 为什么？因为时代所提供的知识背景决定着科学问题的内涵深度
  
             和解答途径。同一问题，在不同知识背景下，其内涵深
  
             度是不同的。
  
  例如：遗传问题：孟德尔的“本质”和“种质”
  
                  摩尔根的“基因”
  
                  沃森和克里克的“DNA结构”
  
  背景知识还制约着解决问题的途径。
  
  有些问题只有在一定条件下，才能转化为科学问题。
  
  例如：宇宙起源，直到本世纪40年代，伽莫夫把基本粒子理论
  
  同宇宙创生结合起来，才变为科学问题。
  
  二、 科学问题的结构：问题指向，研究目的，应答域（途径与解限）
  
          这里排除了许多因素有利于科学探索。
  
  例如：维纳1948年提出关于信息论如何发展问题
  
        研究目的：信息的统计理论
  
        应答域：应用统计理论、单位信息量的基本概念
  
  应答域问题：欧氏几何的第五公设
  
  三、 科学问题的来源：
  
  1、 从科学实践与科学理论的矛盾中产生问题，
  
  即原理论不能解释新现象、新事实。
  
  例如：水星近日点的近动与牛顿理论的矛盾；
  
        电子的发现与原子不可分理论的矛盾。
  
  传统的理论无法对多种实验（观察）结果进行统一解释，
  
  也会产生科学问题。
  
  例如：传统的光的波动理论无法统一解释光的干涉、衍射
  
        与光电效应。
  
  2、 从科学理论内部的矛盾中产生的问题
  
  例如：数学中的悖论、光度悖论和引力悖论
  
        热力学第二定律与麦克斯韦妖。
  
  3、 从不同学派理论之间的矛盾中产生问题。
  
  同一学科：天文学中的日心说与地心说，
  
            地质学中的灾变论与渐变论。
  
  不同学科：生物进化论与熵增原理
  
  4、 从社会需要中产生的矛盾。
  
  例如：工农业生产；社会生活；健康；军备；战争

  
  第二节：科研选题
  
  一、 科研选题的重要性：
  
  1、科研选题：确定研究方向：较长期的主攻方向；
  
               选择研究题目：突破口与制高点。
  
  2、 提出问题比解决问题更重要、更困难、具有战略意义
  
  爱因斯坦：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为 
  
            解决一个问题也许仅仅是一个数学上的或实验上的
  
            技能而已。而提出新的问题，新的可能性，从新的
  
            角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而
  
            且标准着科学的真正进步。”
  
  3、 导师最重要的作用是帮助选题
  
           要在选题上下功夫。
  
  二、 科研选题的基本原则：
  
  1、 必要性原则：社会经济需要，联系我国的科技体制改革
  
                 科学自身需要：有应用前景
  
                               纯理论价值
  
  2、 科学性原则：不能违背唯物主义原理
  
                 不能违背客观规律，例如：永动机。
  
         科学无禁区，选题有限制：
  
                 关于气功和特异功能的研究。
  
  3、 创造性原则：没有创造性课题就失去了必要性和价值性
  
         重复性课题与创造性原则不相容。
  
  4、 可能性原则：需要判断力
  
         例如：爱因斯坦的“统一场论”

  
  第七章：观察与实验
  
  第一节：观察方法
  
  一、 什么是观察方法：
  
  所谓观察就是人为对自然现象在自然发生的条件下，有目的，有选择，系统地进行考
查的一种研究方法。
  
  要点：自然现象：观察对象；
  
        自然发生：观察条件；
  
        有目的，有选择：受知识与经验的影响；
  
                例如：诗人，植物学家，地质学家，
  
                      路口指示灯的位置与颜色
  
                波普尔：“观察渗透理论”
  
                爱因斯坦：“理论决定我们观察到什么，”
  
        研究方法：与日常的观看不同
  
                 例如：海伦与朋友对话
  
        人：观察活动的主体：
  
  二、 观察活动的地位和作用
  
            培根：“科学始于观察”
  
            巴普洛夫：“观察，观察，再观察”
  
  1、 观察是科学认识的重要源泉之一
  
         例如：达尔文
  
               巴斯德发现炭疽病， 蚯蚓
  
               1976年诺贝尔奖获得者卡尔顿等发现“非普通慢性
  
               作用病原体”， 新几内亚高原的福而部落。
  
  2、 观察是经验真理的一个标准
  
         观察是一种实践；例如：“哈雷彗星”按时回归；
  
                               广义相对论的三大证据：
  
                                   弯曲、近动、红移。
  
  三、 观察方法发展的三个阶段：
  
  1、 肉眼观察：今天仍离不开。
  
  局限性：天然器官接受信息范围有限
  
          视觉：3900－7800A，分辨率有限
  
          错觉：色盲，心理学实验
  
  2、 仪器观察：
  
         宏观和宇观：1609年伽利略望远镜，有划时代意义
  
                     1917年美国2.5米口径望远镜
  
                          哈勃发现
  
                     射电望远镜：360光年
  
                           3度K微波背景辐射
  
         微观：17世纪虎克显微镜：细胞，细菌
  
               现电子显微镜：1933年发明，1986年获诺贝尔奖
  
                   分辨2－3A，大分子、原子图象，检查钢铁裂口，
  
                   催化剂表面，PN结好坏，工作态的集成电路。
  
         改善认识能力：反映客观：
  
               例如：激光测距仪：月－地，38万公里，
  
                                         15－30CM误差。
  
         局限性：地球大气层的影响。
  
  3、 空间观察：随着空间技术发展而发展

  
  四、 观察中必须遵循的基本原则：
  
  1、客观性原则：要采取实事求是的态度，努力避免主观偏见和谬误。
  
        影响因素：无意过失，例如：40位心理学家测试
  
                  先入之见，“观察渗透理论”
  
                  错觉：由感官和心理造成。
  
  2、全面性原则：全面而系统地进行观察
  
         追踪观察法：例如：1976年美国心理学会获奖者特尔门等
  
                         人，50年追踪观察研究超常儿童。
  
                     例如：竺可桢与《物候学》，1924－逝世前。
  
         注意各个方面：例如：地质学“水火之争”
  
         注意细节：例如：曼彻斯特医生教观察。
  
  3、 可重复性原则：保证客观性
  
         韦伯1970年宣布发现“引力波”；
  
         特异功能问题
  
  4、 典型性原则：有代表性且易于观察。
  
         善于选择典型：
  
         例如：牛顿选择行星而不是马拉车；
  
               玻尔选择氢原子而不是铀原子
  
               摩尔根选择果蝇
  
                   优点：生活史只有两周
  
                         几十种易观察遗传特征
  
                         4对染色体易识别
  
                   漫画：果蝇写遗传密码
  
         典型有变化：
  
         例如：德尔布吕克选噬菌体，生活史，20－30分钟；
  
               蛋白质＋核酸。

  
  五、 观察方法的局限性：
  
          受自然条件的限制：时间，空间；
  
                            已经发生或正在发生的信息
  
          单纯的观察不能证明必然性（白天和黑天）
  
          观察得到的只是现象，而不是本质。

  
  第二节：实验方法
  
  一、 定义：所谓实验方法是人们根据研究的目的，利用科学仪器、
  
            设备，人为地变革、控制或模拟自然现象，排除干扰，
  
            突出主要因素，在有利的条件下去探究自然规律的一种
  
            研究方法。
  
  特点：有意识、干预和控制，在变革中认识，揭示内在规律。
  
  巴普洛夫：“观察是搜集自然现象所提供的东西，而实验则是从
  
           自然现象中提取它所愿望的东西”
  
  二、 实验方法的作用：（伽利略和培根的功劳）
  
  纯化研究对象：排除次要因素的干扰
  
  例如：拉瓦锡的“封闭煅烧”实验；
  
        戴维摩擦实验
  
        巴斯德“曲颈瓶”实验
  
        粒子蜕变实验：从1980年开始，地下600米。
  
  强化研究对象：使对象处于某种极限状态，如超高温，超高压，
  
                超高真空，超低温，
  
                获得正常条件下得不到的信息。
  
      例如：〖荷兰〗翁内斯，1908年氦冷却至0.7K，获诺贝尔
  
           奖；1911年，4.12K汞电阻消失。
  
           1968年，铌铝锗合金，21K，超导体；
  
           现在，90K，超导体；
  
           “抗磁性”，“超粘滞性”，“超流性”，怪现象。
  
           现在：达到10－6～10－7K。
  
  模拟研究对象：例如：大气环流实验，风动实验，新水馆水坝；
  
               米勒实验：1953年（CH4，NH3，H2O，H2，
  
                         火花放电8天，形成多种氨基酸，有
  
                         4种与天然蛋白质相同。
  
  经济可靠。
  
  三、 观察实验中的机遇
  
  1、 什么叫机遇：在科学实践过程中由于意外事件而导致的科学发            
  
                    现。
  
  例如：火药：炼丹→伏火法（与硫磺）→火药；
  
       1846年〖瑞士〗雄斑发现无黑烟炸药，
  
              硫酸、硝酸、棉布→消化纤维。
  
       1867年，诺贝尔：安全烈性炸药；
  
              手破：棉胶、硝化甘油→胶状炸药。
  
  2、 机遇为科学发现提供线索：
  
        重大发现的发端：
  
        例如：射电天文学：（360亿光年）
  
              〖美国〗1931－1932年，在研究越过大西洋的电话通
  
               讯时，詹斯基的偶然发现来历不明的无线电波，外层
  
               空间天体射电。
  
        例如：〖英国〗柏琴：在研制奎宁时发现人造染料；
  
              苯胺与重铬酸钾作用→“苯胺紫”
  
        例如：X射线，
  
        例如：橡胶工业，1735－1830年发展缓慢；
  
              1839年〖美国〗古德意尔：橡胶与硫磺，火炉→橡胶
  
                  硫化技术；
  
        机遇对电力起着催化剂的作用：
  
        例如：1789年，伽法尼，青蛙收缩；
  
              1800年，伏打电池；
  
              1822年，奥斯特：电→磁：电动机原理；
  
              1831年，法拉第：磁→电：发动机原理。
  
        因此，不能忽视机遇。
  
  3、 机遇的客观依据和认识论根源：
  
  1） 机遇的出现有客观基础：条件一定时，现象就会出现（而人可能
  
        没有料到）
  
     例如：X射线呈现的必然性：
  
           伦琴以前：1879年，〖英国〗克鲁克斯；
  
                     1890年，〖美国〗詹宁斯，兹波德；
  
                     1892年，〖德国〗勒纳德
  
           机遇的产生有深刻的客观原因。
  
  2） 机遇产生是科学探索性的结果：
  
         要找的没找到，不想找的出现了。
  
     例如：1913年〖英国〗布里尔利想发现造枪管的钢，
  
                  发现不锈钢，镍铬合金。
  
           发明雷达：
  
           1935年〖英国〗罗伯特·瓦特要研制“死光”（极短电磁
  
                  波），偶然发现电磁波的反射现象。
  
           1922－1932年〖美国〗泰勒、杨格和海蓝德发明雷达，
  
                  “阿纳苏斯底亚河”，“导航”。
  
  4、 怎样才能捕捉机遇：
  
  1） 注意对意外事物警觉和敏感：
  
  客观事物复杂性与科学研究探索性→留心意外之事；
  
  〖法国〗巴斯德：“在观察的领域中机遇只偏爱有准备的头脑”；
  
  〖法国〗尼科尔：“机遇只垂青那些懂得怎样追求她的人”；
  
  达尔文之子：“他的头脑具有一种从不放过例外情况的能力。
  
  2） 知识储备和鉴别能力：
  
  科学史上由于缺乏这两条错过机会的事件很多：
  
  例如：克鲁克斯与X射线；
  
        约里奥·居里失去发现中子的机会：
  
            a粒子轰击铍、锂、硼，显示强放射性，认为是γ射
  
            线，在此基础上查德威克只用一个月的时间发现中
  
            子。
  
  3） 跟踪追击：
  
  居里夫人：铀→镭、钋
  
  4） 对机遇要有实事求是的态度：
  
  不能象李森科：“机遇是科学的敌人”
  
  也不能夸大：例如诺贝尔获奖者的机遇与总数之比：
  
                  物理学：3：86；化学：1：77；医学：4：79。
  
              例如：1600－1960年：生物学150项最重要成果，
  
                    机遇小于20％。
  
  四、 实验者的能动作用：
  
          实验由实验者、设备、环境和对象4个要素构成，实验者
  
          是关键。
  
  1、 理论思维的指导作用
  
  1） 课题确定需要理论思维：
  
  例如：扬振宁和李正道的宇称不守衡，
  
        吴健雄实验，用48小时证明，在弱相互作用下，电子确
  
            实不对称地发射出来。
  
  例如：费米提出用中子代替α粒子，哈恩实现核裂变。
  
  2） 方案构思需要理论思维：
  
         历史上有许多巧妙实验：否定热素说实验，（冰点摩擦实验）
  
                               迈克尔逊－莫雷实验。
  
     例如：测光速实验：伽利略：灯与遮光板；
  
                       19世纪〖法国〗斐索：30万公里/小时。
  
  3） 数据处理需要理论思维：
  
         “真理碰到鼻子尖而溜走了”的情况，
  
     例如：普利斯特列与氧；
  
           约里奥·居里与中子；
  
           费米的失误：93号元素。
  
  2、 科学素养、精神状态对实验的作用：
  
  例如：丁肇中与三强子喷注实验，发现胶子存在的证据，
  
         一支管子噪声大对焊接好的100支管子重新测试。
  
  例如：约里奥·居里1934年发现人工放射性，
  
        α→铝薄，发现威尔逊云室与电子相反的细纹，
  
            从而发现正电子存在的证据（1930年狄拉克预言）
  
            当α粒子停止轰击，正电子仍远远不断地发射出来，
  
            从而发现人工放射性。

  
  第八章 科学研究中的思维形式与思维方法
  
  第一节 思维形式
  
  一、 究竟有几种思维形式？
  
  1、 简介：1978年《红旗》发表毛主席与陈毅谈诗的信，
  
           文艺需要形象思维→科学需要形象思维。
  
           抽象思维→直觉、灵感
  
           形象思维
  
           钱学森：抽象思维
  
                   形象思维
  
                   灵感思维
  
           常规思维     形象思维
  
           灵感思维     抽象思维
  
  2、思维形式的区分： 首相        中项        未项
  
                      出发知识→接通媒介→结论知识
  
     不能从出发知识区分思维形式：
  
         例如：公安办案：伤痕、血迹、指纹（形象）→抽象思维；
  
               天文学家：天王星偏离、海王星偏离→抽象思维、
  
                                                 形象思维；
  
               伽利略：“轻重物体同时落地”（概念）→形象思维。
  
  用接通媒介区分思维形式：
  
     A：抽象思维： 例如：三段论：
  
            出发知识    接通媒介    结论知识
  
            铁是金属→一切金属都导电→铁是导电的。
  
        复杂情况：接通媒介：一系列的抽象知识（几何证明）。
  
     B：形象思维：接通媒介是形象知识，
  
        例如：孩子看爸爸的表情，听声调，知道爸爸要发怒了；
  
              接通媒介：表情和声调与心情之间的关系。
  
  二、 抽象思维与形象思维的生理基础
  
  1、 脑两半球分工：
  
  A：从19世纪〖德国〗加尔医生的“颅相学”，就企图揭示大脑
  
     部位的功能，后来出现：
  
         功能等位理论：忽视定位特点；
  
         功能定位理论：忽视大脑整体性；
  
  B：特别是：传统观念：左半球优势理论，
  
         例如：1963年〖澳大利亚〗艾克尔斯获得诺贝尔奖：
  
               优势左半球与波普尔的“世界2”联系，主观精
  
               神世界。
  
  C：1981年〖美国〗斯佩里获得诺贝尔奖：
  
         揭开大脑两半球的秘密，许多较高级的功能集中在右半
  
         球。
  
         裂脑研究证实：每半球的功能独立、完整和高度专门化，
  
                      左半球掌管抽象思维；
  
                      右半球掌管形象思维。
  
  D：原苏联专家的研究：大脑损坏者实验：
  
         压迫左半球，语言记忆遭到破坏；
  
         压迫右半球，形象记忆遭到破坏。
  
  这些成果揭示了形象思维和抽象思维的生理学基础。
  
  E：实践对左右脑的作用：
  
         右手劳动与左半球优势；
  
         用脑习惯：常用抽象思维，掌管抽象思维的突起增多；
  
                   常用形象思维，掌管形象思维的突起增多。
  
  2、 思维信息的脑内储存与显示：
  
  A：思维信息：形象信息、抽象信息，
  
     怎样储存与显示？两种储存的联系？
  
  B：信息储存机理：物理的：留下了“痕迹”；
  
                   化学的：细胞蛋白质变化；
  
                   “全息照相原则”
  
  C：两种储存的联系与区别：文字、语言平面条带状（线型的）
  
                           形象信息：单元储存、三维动态显
  
                               示，神经网络储存。
  
  储存过程中，物理的、化学的变化，“全息照相原则”综合
  
      在一起发挥作用。
  
     D：网状激活系统：这种网状结构控制一切神经通路；
  
             扭动网状激活系统的力量：外部信息刺激，
  
                                     有关部位的功能，相互作用
  
             足球对孩子与老人。
  
         在思维中，“网状结构”与大脑皮质的有关部位建立信息通 
  
             路，久而久之，网状结构对某些信号有选择性和敏感性；
  
             例如：母亲与婴儿，
  
                   数学爱好者，音乐爱好者，作家关注生活冲突。
  
     E：形象思维与抽象思维的联系：
  
            例如文学创作与欣赏；
  
            这种联系是在实践中逐步建立的，例如：
  
                妈妈教孩子“苹果”
  
            两者在信息量方面不均等：
  
                许多形象感受一时不能用概念来表示，例如：“识别
  
                    颜色”；“心可意会，口不能言”（语言只能表达
  
                           意思的20％）；
  
                学习往往从概念到概念，从概念到形象；
  
                概念：神、鬼、龙等概念只在想象中与形象相联系。
  
            脑的思维功能不是录音机和录像机，而要进行综合加工，
  
                进行精神生产，有形象思维，有抽象思维，有混合
  
                              思维，有跳跃式组合，有直觉和灵
  
                              感。

  
  第二节 以抽象思维为主的有关方法
  
  一、 抽象思维的定义：
  
          人脑主要借助于概念语言所实现的对客观事物间接地概括
  
          地反映。
  
  二、 归纳法
  
  1、 定义：从个别到一般的思维方法（也是一种推理形式）；
  
  2、 类型：归纳法：完全归纳法：如穷举法（前提完全）
  
                   不完全归纳法：简单枚举法
  
                                 科学归纳法：求同法，求异法，
  
                                             求同共异法，
  
                                             共变法，剩余法。
  
  3、 完全归纳法公式：S1→P
  
                     S2→P    例如：三角形内角和等于180度；
  
                     ――     例如：“四色问题”
  
                     Sn→P          〖德国〗数学家默比乌斯提
  
            所以，   S→P            出（1840）
  
                                    要证明需要2000多个组合，
  
                                    200亿次判断，
  
                                    1976年美国两个数学家用计
  
                                    算机运行1200个小时，算出
  
  4、 简单枚举法：
  
     优点：方便，很多定律和公式
  
         例如：能量守恒与转化定律；
  
               哥德巴赫猜想：每个不小于6的偶数是两个素数之和
  
                   3＋3＝6，5＋7＝12，等等
  
     缺点：容易犯“以偏概全”的错误，
  
         例如：从H2SO4、HNO3、H3PO4和H3BO5都含氧，
  
               得出一切酸都含氧，而HCL、HF等不含氧；
  
         例如：一切金属都导电，而锗在通常情况下导电性很差。
  
  5、 科学归纳法：
  
         求同法：场合    条件         研究对象
  
                   1     A、B、C         a
  
                   2     A、D、E         a
  
                   3     A、F、G         a
  
                 所以，A是a的原因
  
         例如：1864年〖法国〗巴斯德探明：孢子是葡萄酒变质的原
  
               因，（酸败的、粘败的、腐败的、发苦的）
  
         求异法：场合    条件          研究对象
  
                   1     A、B、C          a
  
  2 B、C
  
                   所以，A是a 的原因
  
         例如：〖法国〗贝尔纳喂家兔实验：食草兔子，尿混浊，碱性；
  
                                        食冷牛乳，尿透明，酸性。
  
         求同共异法：场合    条件       研究对象
  
                       1     A、B、C       a
  
                       2     A、D、E       a
  
                       3         F、G       
  
                     所以， A是a 的原因
  
         例如：巴斯德验证炭疽病疫苗：
  
               一群种疫苗（25只羊＋5头牛），
  
               另一群（30只）不种疫苗，
  
               两群共同感染上炭疽病菌，两天后，前者健在，
  
                                       后者死亡或奄奄一息。
  
         共变法：场合    条件        研究对象
  
                   1    A1、B、C        a1
  
                   2    A2、B、C        a2
  
                   3    A3、B、C        a3
  
                 所以，A是a 的原因
  
         例如：潮汐升降和潮流涨落都随月球的运行而变化
  
         剩余法：场合    条件        研究对象
  
  1 A、B、C     a, b, c
  
  2    B、         b
  
  3        C         c
  
  所以，A是a 的原因
  
        例如：1894年〖英国〗拉姆赛：发现空气中的氧比纯氧重0.5%,
  
              发现氩，后来用同样方法发现氖、氦、氙。
  
        例如：亚当斯和勒维列发现海王星。
  
  科学归纳法的优点：以观察和实验为前提，用因果律，一般可靠，
  
                   用于对照实验、析因实验及整理和加工材料；
  
            局限性：只涉及线性、简单和确定的因果联系，
  
                   不适于非线性、双向和随机性关系。
  
  6、 归纳概论和统计推理（随着概率论和统计学而提出）
  
  归纳概论：R（确证度）＝C（H结论，E1，E2，En前提）
  
  优点：有益于克服把归纳推理简单化，提高归纳概率可靠性。
  
     统计推理：运用概率和统计的规律，
  
         例如：孟德尔发现遗传定律（显性、隐性、3：1）
  
  7、 归纳法的作用：与科学认识过程一致，有很大的创造性（科学发
  
                   现的逻辑），从范围较窄的一般原理到普遍的一般
  
                   原理。
  
                   培根和穆勒－归纳金字塔
  
           局限性：完全归纳法固然可靠，但很难做到；
  
                   不完全归纳法具有或然性（需要多种方法配合）
  
  三、 演绎法
  
  1、 主要形式：三段论：大前提，小前提，结论
  
                 例如：1977年格拉肖“MAON毛粒子”推理，
  
                 例如：金属导电；
  
                 例如：几何证明
  
  2、 特点：从一般到个别，必然性；
  
  要求：前提可靠，推理合乎规则。
  
  3、 演绎法的作用：为科学知识的合理性提供逻辑证明，这是主要的
  
                       作用，如把知识联系起来，形成公里体系；
  
                       再如，工程设计鉴定。
  
                   反驳错误学说：例如，伽利略反驳“重物先落地”
  
                                 例如，“永动机”不可能。
  
                   预见科学事实，提出科学假说：
  
                       例如：泡里提出“中微子”（β衰变能量损失）
  
                       例如：门捷列夫修改原子量。
  
                   帮助检验假说：例如，广义相对论验证，
  
                                 光线弯曲到空间弯曲
  
  4、 局限性：创造性小，结论原则上包含在前提之中，
  
                 主要用于“证明”，而不是“发现”，
  
             可靠性受前提制约。
  
  5、 归纳与演绎的关系：
  
         演绎必须以归纳为前提，归纳必须以演绎为指导。
  
             归纳与演绎的联接，并不可靠
  
     恩格斯：“归纳与演绎，正如分析和综合一样，是必须相互联系着
  
             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，就要注意它
  
             们的相互联系，它们的相互补充。”
  
  四、 类比法
  
  1、 定义：根据两个（或两类）对象之间在某些方面相似或相同，从
  
           而推出它们在其它方面也相似或相同的一种逻辑推理方
  
           法。包含：特殊→特殊；一般→一般
  
     公式：A对象具有a, b, c, d  属性
  
           B对象具有a', b', c',  属性
  
           所以，B对象可能有d' 属性。
  
  2、 类型：（根据a, b, c, d之间的关系不同）
  
  A） 简单共存类比：例如，根据奇特的云，预测地震（时间，方
  
                          位，裂度）
  
  B） 因果类比：例如：〖英国〗托马斯·杨：
  
               声音具有直线传播、反射、折射、干涉→波动性
  
               光具有直线传播、反射、折射、干涉→
  
               所以，光具有波动性。
  
               例如：从地球人到“火星人”
  
                     与太阳的距离、表面温度、自转（火星慢40
  
                     分/天）、两极，其它。
  
  C） 对称类比：狄拉克预言正电子：
  
                      方程有两个能量解：正解对应电子，
  
                                        负解对应正电子。
  
       麦克斯韦方程修改：rotE=-1/C·dH/dT and rotH=0,改为：
  
                      rotE=-1/C·dH/dT and rotH=1/C·dE/dT
  
  D） 协变类比：（根据属性之间的数学函数关系相似）
  
  两种形式：
  
      地位、作用相似，到数学形式相似，
  
  例如：安培把电流的传导与傅立叶的热传导定理相类比：
  
        热传导：Q=cmΔT  cm为热导率，
  
        电传导：I=1/R·V  1/R为电导率。
  
  数学形式相似，性质相似，
  
  例如：〖法国〗德布洛意：
  
             几何光学：光运动最短路程原理    T=∫(1/v)ds=min 
  
             经典力学：质点运动最小作用力原理T＝∫vds=min,
  
                 光具有波粒二象性（λ=h/p）
  
                 粒子具有波动性（λ＝h/mv）
  
  E） 综合类比：（多种相似准数的类比）
  
          例如水利工程之前的模拟实验
  
  3、 类比推理在科学研究中的作用：
  
         在各种逻辑推理中，最富于创造性；
  
  A） 应用范围广：类比与归纳和演绎相比较，
  
                    类比：可同类、可不同类；可本质、可现象；
  
                          相似点可多可少。
  
         对待新事实，不受已知知识的约束（归纳受个别数量限制，
  
                                        演绎受前提限制）
  
       康德：“每当理智缺乏可靠的论证思路时，类比这个方法往
  
             往能指引我们前进。”
  
       例如：夸克与磁极类比。
  
  B） 对新的设计思想和技术原理的提出有重要作用：
  
       例如：“电子警犬”，“电子蛙眼”，“超声眼镜”；
  
             声纳、雷达的设计思想，
  
            威尔逊云室，格尔塞的液态氢气泡室；
  
            “沙丘驻涡火焰稳定器”的发明。
  
  C） 类比是模拟实验的逻辑基础：
  
            物理模拟：因果类比、综合类比
  
            数学模拟（计算机模拟）：协变类比。
  
  4、 类比推理的局限性：
  
         类比法在各种推理方法中，可靠性最小，
  
             例如：勒维列“火神星”预言的破产
  
                   “火星人”预言的破产。
  
     不可靠的原因：类比法的客观基础不牢固：异中求同；
  
                   类比法的逻辑根据不充分：前提与结论只是一种
  
                                           可能性。
  
     思考：方法的可靠性与严密性成正比；
  
           方法的可靠性与创造性成反比？
  
     如何克服类比法的局限性：
  
           增加对象属性的数量，提高其相关程度；
  
           与其它方法结合。

  
  第三节 以形象思维为主的有关方法
  
  一、 形象思维定义：形象思维是人脑主要借助于形象所实现的对客观
  
                    事物间接的、概括的反映。（这里形象有抽象性）
  
                    它是通过想象，而神与物游。
  
  二、 思想实验方法：
  
  1、定义：人们在思维中按照真实的实验格式展开的，通过
  
           想象假想主体，运用假想仪器、设备，干预和变
  
           革假想客体，而形成的一种形象推理过程。
  
  2、 设计思想实验的三个条件：
  
         以真实实验或人的物质活动为基础；
  
         在思维中塑造理想条件和理想过程；
  
         要有抽象思维的帮助。
  
     例如：伽利略否定重物先落地实验和“斜坡实验”；
  
           爱因斯坦“火车”，“升降机”和“光盒”；
  
           麦克斯韦“妖”；
  
           海森堡“显微镜实验”
  
       这些思想实验以形象思维为主，但渗透抽象逻辑。
  
  3、 形象推理：运用形象思维，具有感性特征，提供新信息
  
               在实验格式下，思想实验为运用已有信息提供机会。
  
  4、 思想实验的优点：克服物质条件的限制，发挥理论思维的作用，
  
                     在科学探索中有特殊意义。
  
  三、 思想模型方法：
  
  1、 定义：通过思想模型来研究原型的结构和性能的方法。这种方法
  
           分为两部分：一是要根据原型的性质建立思想模型；二是
  
           根据思想模型研究原型的结构和功能。
  
  2、 特点：使微观的东西宏观化，抽象的东西形象化。
  
          例如：范霍夫和勒贝尔分别提出碳的四面体模型
  
                （此模型很好地解释了二氯甲烷无异构体和酒石酸的
  
                  旋光特性）
  
          例如：原子结构的“葡萄干面包模型”和“行星模型”。
  
          例如：萨赫斯和莫尔的环己烷的船式和椅式结构模型，
  
                    解释五圆环（内角108度）比六圆环（内角
  
                    120度）稳定，炭四面体键角109度28分。
  
          例如：沃森和克里克DNA双螺旋结构的发现
  
  3、 理性模型也是一种思想模型
  
          例如：理想晶体的“金属胡须”（金属元素周期性排列）
  
                量子力学计算结果：比现钢铁强度高1000倍。
  
  四、 图象化方法
  
  1、 定义：把研究对象形象化，把各种复杂关系制成图表，给人以直
  
           观、形象的印象，这可称为图象化方法。
  
  2、 图象化方法在科研中的作用：
  
  A、 直接图象化：通过想象、联想，把研究对象形象化，从而揭示物
  
                  质世界的图景和本质。
  
  例如：法拉第的“磁力线”、“电力线”、“电磁力线”；
  
  例如：广义相对论的“空间弯曲”如何理解，
  
            “橡皮网”，“空间弯曲”就是引力。
  
  B、 间接图象化：根据一定的规则制成图表，使复杂的事物及其相互
  
                  关系形象、清晰、鲜明地展现在人们面前，便于比
  
                  较，认识事物及其相互关系。
  
  例如：对卡诺循环的认识和熵概念的提出：
  
        1824年卡诺提出理想热机和公式：J＝（T1－T2）/T1
  
        1834年克拉贝龙的几何化
  
        1850’s熵与热力学过程  ΔS≥∮dQr/T=0
  
            在P－V图上由卡诺循环无限切割获得。
  
    以上三种方法只能看作形象思维在科研中起作用的典型，其实形象
  
        思维渗透到许多科学方法和科学过程中，
  
    例如：牛顿从苹果落地……；
  
          魏格纳的大陆漂移说，非洲西海岸～南美东海岸；
  
          门捷列夫的“玩纸牌方法”，发现元素周期律；
  
          凯库勒梦中把碳链幻化为蛇，到苯环结构；
  
          谱线红移，到宇宙膨胀论……。
  
    都可以看到形象思维的痕迹及其所起的重要作用。
  
  五、 自觉发挥形象思维在科研中的作用
  
  1、 要有广博的知识和经验表现，
  
         想象、联想、形象类比
  
     例如：凯库勒大学期间学的是建筑学；
  
     例如：爱因斯坦是不错的小提琴手。
  
  2、 养成对知识进行形象加工，形成正确形象的习惯，这样能激发想
  
         象力
  
     例如：《科学研究的艺术》中，麦克斯韦有把问题具体化的习惯，
  
           法拉第的“电磁力线”
  
  3、 勤于思考和想象
  
  A、 学习过程与创新过程的不同：
  
         问题→发散式思维→收敛式思维→方案、模型、假说
  
         前两项特别需要形象思维。
  
  B、 脑子中经常装着几个问题：
  
         牛顿、爱因斯坦、马克思（把“思维”当作人生的最大幸福，
  
                                《资本论》中的形象思维，
  
                                 资本比喻成怪物；
  
                                 公民韦斯顿让人们想象增加工资
  
                                 的情况（9先令到18先令）
  
  C、 如果把事实比作空气，思维比作翅膀，那么，形象思维与抽象思
  
         维各是翅膀的一翼。

  
  第四节 直觉、灵感和美感及其在科研中的作用
  
  一、 直觉及其在科研中的作用
  
  1、 定义：直觉思维是指思维对感性经验和已有知识进行思考时，不
  
           受某种固定的逻辑规则约束而直接领悟事物的本质的一种
  
           思维方式。
  
  2、 直觉思维在科学认识中的作用
  
  A、 直觉思维在科研创新中是不可缺少的，
  
         爱因斯坦对科研认识过程的阐述：“从特殊到一般的道路是直
  
             觉的，而从一般到特殊的道路是逻辑性的。”
  
     例如：狭义相对论建立的关键：直觉地形成了时间和空间概念，
  
             然后再用演绎方法
  
  B、 依靠直觉思维进行选择
  
         科研中“布里丹驴子”的局面（14世纪法国哲学家）
  
     例如：1900年，普朗克提出能量子假说后，
  
           选择：修改旧理论来维护经典物理学，
  
                 革命，创立量子力学 （爱因斯坦选择光量子假说）
  
          泡利的评价：爱因斯坦依赖了他的非凡的直觉能力。
  
     例如：求积分，除了一些手段和技巧外，全凭直觉能力。
  
           几何证明。
  
  C、 科学家依靠“战略直觉力”，决定研究发展的方向
  
  例如：卢瑟福确定研究原子核方向
  
  玻尔评价：“卢瑟福很早就以他深邃的直觉而认识到由复杂原
  
           子核的存在及其稳定性所带来的那些奇异而新颖的
  
           问题。
  
    泡利指出：“物理学的新发现对科学家的直觉和机智有强烈的要求
  
  3、“科学的直觉是建立在经验基础上的“（温伯格语）
  
     例如：爱因斯坦“在数学领域里的直觉力不够强“
  
  4、 直觉思维的局限性
  
  可靠性最小，与类比方法相比，不受逻辑规则的约束；
  
  不提供成果，只提供新的启示、设想、思路和途径。

  
  二、 灵感及其在科研中的作用
  
  1、 定义：人们在研究某个问题苦于百思不得其解时，由于受到某些
  
           偶然因素的激发，产生顿悟，使问题迎刃而解。
  
  2、 灵感的特征和作用
  
  A、 灵感是对人们长期艰苦劳动的一种报偿和奖励
  
  例如：阿基米德的发现（金冠参假和浮力定律）
  
  例如：汉米尔顿发现四元数《古今数学思想》第三册
  
  B、 灵感是不知不觉产生的，要能及时“抓住”
  
  例如：汤川秀树，及时用笔记下
  
  例如：洛伊发现神经搏动的“化学媒介作用”（蛙心）
  
  3、 产生灵感的条件：
  
  A、 因人而异：一般来说，环境清静，心情安宁是产生灵感的好时光。
  
     例如：《原子在我家中》费米在玩捉壁虎游戏时产生“费米统计法”
  
           灵感（一种气体里没有两个原子能恰好以同样的速度运动）
  
  B、〖英国〗布朗发现，浴盆、床铺和农村散步适宜产生灵感。
  
     例如：汤川秀树在床上产生介子的预言。
  
     例如：生物学家坎农利用夜间产生灵感。
  
  4、 解释：潜意识。

  
  三、 美感及其在科学研究中的作用
  
  1、 什么是美感：朱光潜：客观事物在人们心中引起的快感和喜悦。
  
                 李泽厚：美是蕴藏着真正的社会深度和人生真理的
  
                         生活形象。
  
                 车尔尼雪夫：美是生活。
  
                 黑格尔：美是理性的显现。
  
  2、 科学技术需要美感
  
  A、《考工记》提出了虚实结合的美感思想
  
     例如：笋虚（一种鼓），鼓下面安放着木刻的虎豹等，
  
           使鼓声形象化，虎豹有生气。
  
  B、 毕德哥拉斯学派的深刻的数学美感，
  
  例如：圆形、球体、弦长与音乐，
  
        美感是该学派取得成功的重要因素之一。
  
  C、 现代科学家重视美感
  
  海森堡：美感乃是科学方法的一个极为重要的方面。
  
  〖美国〗霍夫曼：“爱因斯坦的方法虽然以渊博的物理学知识为基
  
                  础，但本质上是美学的、直觉的。我可以说，
  
                  他是一个科学家，更是科学的艺术家。
  
          要认识、培养和运用美感。
  
  3、 科学美的含义：
  
  A、 发现隐含的真理（与培根一致：美在于独特和令人惊异）
  
  在18世纪关于科学美不美的争论中，英国美学家哈奇逊指出：
  
  如果……，柱、球、锥，3：2：1，很美；
  
  阿基米德墓碑：3：2
  
     朗道：广义相对论是现有理论最美的一个；
  
     玻恩：广义相对论是一件“伟大的艺术品”
  
           在于发现隐含真理：空间与时间有关，物质与运动有关。
  
  B、 发现统一性和普遍性真理
  
  哈奇逊：从理论，得到大量推论，如牛顿力学，很美。
  
  爱因斯坦：“从那些看起来同直接可见的真理十分不同的各种复杂
  
           的现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉。”
  
  C、 发现自然界的和谐
  
  〖苏〗米格达尔：“科学美在于它逻辑结构的合理、匀称和相互联
  
                 系的丰富多彩。美的概念在核对结果和发现新规
  
                 律中证明是非常宝贵的；它是存在于自然界的‘和
  
                 谐’在我们意识中的反映。”
  
   例如：开普勒发现行星运行三定律，深感美；
  
         由美感而使他相信哥白尼体系。
  
  D、 发现自然界规律的简单性
  
  〖波兰〗英费尔德评价爱因斯坦的信念：“有可能将自然规律归结
  
  为一些简单的原理；评价一个理论是不是美，标准正是原理
  
  上的简单性，而不是技术上的困难性。”
  
  事实：E＝mc2， E＝hv, F=Gm1m2/r2
  
  一旦从简单性中发现规律性，简单性便呈现在人们面前，
  
  简单性寄寓着真理性。
  
  哥廷根大学物理讲演厅的拉丁文格言：“简单是真的印记”
  
  E、 科学美中的数学美：
  
  海森堡：数学关系也是美的源泉
  
  维纳：把数学家与艺术家进行类比，需要激情、新奇、想象和美
  
        感，而不能把数学家看作类似会计。
  
  狄拉克和薛定谔：把数学美作为信条、宗教、成功的基础。
  
  4、 美感的作用：
  
  A、 探索活动的重要动机
  
  狄拉克、薛定谔和爱因斯坦把美感升华为类似宗教信仰，探索动  
  
  机。
  
     〖法国〗彭加勒把科学美作为科学研究的重要目标。
  
     例如：维纳从美学的角度，退出“巴拿赫空间”研究（泛函分析
  
           工具），走上创立控制论的成功之路。
  
  B、 在直觉和灵感的选择中，美感起支配作用
  
  〖法国〗数学家阿达马：美感是下意识组合的“筛子”，美的组合
  
          能够激起特殊的几何直觉而被意识到。
  
  〖德国〗物理学家魏尔：“我的工作总是力求把真实和美统一起
  
          来，但是当我必须在两者之间作出抉择时，我通常选择
  
          美。”
  
          例如：引力规范场理论的保留
  
  C、 形象思维、灵感和直觉都与美感有关
  
         强烈的美感，导致杰出的创造力
  
         许多杰出的科学家有精深的艺术造诣
  
     例如：玻恩爱好诗歌、文学和音乐（钢琴）。
  
  5、 美学方法：臻美法：添补法，如元素周期律，麦克斯韦方程；
  
                       全补法，如DNA
  
                       特补法，如巧用有瑕之玉。
  
                       
  
  第九章 科学假说
  
  一、 科学假说的特点和作用
  
  1、 定义：根据已知的科学原理和科学事实，对未知的自然现象及其
  
           规律性所作出的假定性说明。
  
  2、 特点：科学性：不同于迷信和幻想，
  
                   燃素说和托勒密地心说是科学假说，
  
                   而常蛾奔月只有艺术价值
  
           猜测性：或淘汰，如燃素说和地心说
  
                   或修正、完善：如元素周期律，哥白尼日心说。
  
  3、 作用：先导作用：从具体的科研过程看，
  
                     从科学发展史看，
  
           桥梁作用：从事实到理论，
  
         恩格斯：“只要自然科学在思维着，它的发展形式就是假说”
  
  4、 正确认识假说：许多假说并存与竞争，避免不可知论；
  
         历史地看，从相对真理到绝对真理。
  
  二、 建立假说的方法
  
  科学假说是思维把握有限事实的一种方法，又是思维加工有限事
  
  实的一个结果。
  
  有四条原则：
  
  1、 解释原则：假说与已知事实的关系，假说要能解释已有事实。
  
  例如：进化论、原子论、分子论、氧化说……；
  
        从卢瑟福模型到玻尔模型。
  
  2、 包容与超越原则：新假说与旧理论的关系，
  
           新假说要能解释原理论能解释的现象和不能解释的现象，
  
           并能进行科学预见。
  
     例如：元素周期律，
  
           相对论和量子力学对经典力学
  
  3、 简单性原则：尽可能少的初始条件、公理，而又尽可能好地符合
  
                 观测对象。
  
     例如：日心说与地心说相比，
  
           爱因斯坦的统一场论
  
  4、 可检验性原则：
  
  例如：弱相互作用下宇称不守恒（用β衰变实验来验证）
  
  三、 检验假说的方法
  
  1、 理论检验：评价：原则可检验性（火星人可检验，超光速在相对
  
  （逻辑分析）                    论看来，不可检验）
  
                     技术可检验性（星外文明问题）
  
                     后来可检验：泡利的中微子（后来在宇宙射线
  
                         中发现了中微子）
  
               内容：逻辑完备性：概念与判断，原理与推论之间无
  
                                 矛盾。
  
                     逻辑简单性：基本假定更简单明了。
  
                     解释与预见：解释的广度和深度，预见的数量
  
                                 与程度。
  
               方法：主要是演绎法（证明与反驳）
  
  2、 实践检验：直接检验（关于事实的假说）：电磁波、海王星、“火
  
                   神星，等等。
  
               间接检验（全称判断）：广义相对论、元素周期律。
  
                   检验其推论。
  
        实践检验的绝对性与相对性问题。
  
  四、 从假说过渡到理论的几种形式：
  
  1、 纯化（不断提高可靠性）：推论多，且逐渐被证实，
  
         例如：牛顿引力理论、达尔文进化论、门捷列夫周期律。
  
  2、 修正和补充：从哥白尼日心说，到太阳系结构理论；
  
                 从卢瑟福原则模型，到玻尔原则模型；
  
                 从波动说、粒子说，到波粒二象性
  
  3、 取代：从地心说到日心说；
  
           从燃素说到氧化说；
  
           从牛顿力学到量子力学。
  
  4、 假说本身错误，但引出正确的理论
  
         从热素说，引出傅立叶热传导公式 Q=cmΔT
  
                       卡诺热机
  
  5、 正确认识错误假说的作用
  
  A、为科学积累了事实材料
  
         例如：燃素说   CO2、H2、O2
  
  B、为科学提供思维线索
  
  两种情况：基本观念头足倒立，例如：燃素说；
  
            基本观念错误，但包含一些合理部分，例如：地心说
  
  C、某些错误假说促进当时的科学发展
  
         例如：燃素说、以太说。
  
  D、科学史上大多数假说都是错误的
  
         法拉第的观点：成功的科学家也不能实现其起初愿望的1/10。
  
         〖英国〗巴特利：测定智力技能的唯一最佳标准可能是检测
  
                         和摒弃谬误的速度。
  
         林肯：不喜欢没有错误的人，因为没有错误的人不会有什么
  
               成就。

  
  第十章 系统科学方法论
  
  系统论、控制论和信息论等横向学科本身具有很强的方法论功能，系统科学方法论就
是在此基础上提炼出来的。
  
  第一节 系统方法
  
  一、 定义：系统方法就是从系统整体的观点出发，从系统与要素之    
  
              间，要素与要素之间，以及系统与外部环境之间的相互
  
              联系，相互作用中考察对象，以达到最佳地处理问题的
  
              科学方法。
  
  二、方法论原则：
  
  1、 整体性原则：
  
     亚里士多德：“整体大于部分之和”
  
         例如：苏联米格飞机
  
               美国“阿波罗”簦月（日本人的观点）
  
     为什么“整体大于部分之和”，结构决定功能，
  
         例如：石墨与金刚石
  
               军事上以弱胜强（诸葛亮的排兵布阵）
  
               恩格斯关于法国兵与马木留克兵
  
     注意系统的连锁性
  
         例如：越王勾践向吴王夫差献稻谷，
  
               日本的水俣事件
  
               英国的烟雾事件
  
     整体等于部分之和：机械组合：例如：一筐苹果、一堆石头；
  
     整体小于部分之和：例如：农村生产队
  
                       “三个和尚没水吃”
  
  2、 最优化原则：从多种可能的途径中，选择出最优的系统方案，使
  
                 系统处于最优状态，达到最优效果。
  
     最优化是自然界物质系统发展的一个趋势。
  
         螳螂在1/20秒扑食；海豚游100多公理/小时；
  
         响尾蛇的热定位器，远处测量1/1000度。
  
         为最优化原则提供了客观依据。
  
    实现优化的关键：
  
         选择结构，调整部分与整体的关系，
  
         运筹学中的优化。
  
  3、 模型化原则：导致定量化
  
         常常利用计算机进行模拟实验。
  
  4、 动态化原则：尤其是进行“滚动式研究”
  
  三、系统方法的一般步骤：
  
  1、 阐明问题
  
         例如：交通问题：路线、高峰、等车时间；
  
         例如：日本商人手表问题：由准确耐用，到装饰品（便宜、
  
               漂亮、款式新颖）
  
  2、 目标选择
  
         提出目标和衡量标准
  
         例如：交通拥挤的衡量；
  
         例如：二战期间美国商船装炮争论：击沉敌机 4％，
  
                                         被击沉从25％，到10％
  
  3、 系统方案
  
         一般为多个方案，例如：解决交通问题：
  
                               加车，改线与时，两者兼有。
  
  4、 系统分析（建立模型）：通过模型分析优劣。
  
  5、 系统选择（最优化）
  
         选出最优的系统方案。
  
  6、 决策：系统最优方案往往有多个
  
         例如：生产系统方案：产量最高：   还有定性的：政治
  
                             成本最低：               社会
  
                             利润最高：               心理
  
         例如：美国核电站：技术上可靠    但居民有“恐核症”
  
                           经济上合算
  
                           发展方向
  
         例如：净化水再用：心理因素问题
  
         例如：上海杨浦大桥的决策
  
  7、 实施计划：
  
  上述7个步骤构成了一个逻辑严密的认识过程，但要注意反馈和重新研究。
  
  四、 系统方法的应用
  
  应用很广，尤其对研究复杂的社会问题，进行科学决策作用很大。
  
  1、 用系统方法解决人口问题
  
  1） 提出问题：
  
  任何决策都从发现问题开始，一项科学决策的价值在很大程度上
  
      取决于问题本身的价值。
  
  我国人口控制问题的提出经历了曲折的过程：
  
  A、西汉末年：          5500万， 占世界1/3。
  
  明朝万历（1578年）：6000万， 1500多年。
  
  清朝乾隆（1764年）：2亿
  
  鸦片战争（1840年）：4.1亿
  
  新中国建立（1949）：5.4亿  
  
  B、新中国成立后，人口兴旺，但是否存在人口问题：
  
     毛主席说：世间一切事物中，人是最宝贵的，……。
  
  1958年批马寅初的《新人口论》
  
  30年增长近一倍，人口与耕地的矛盾：
  
  时间
  
  人口（亿
  
  耕地（亿亩）
  
  人均耕地（亩）
  
  亩产（斤
  
  总产（亿斤）
  
  人均（斤
  
  1952年
  
  5．7
  
  16．2
  
  2．8
  
  176
  
  3278
  
  570
  
  1981年
  
  9．9
  
  14．86
  
  1．49
  
  438
  
  6500
  
  652
  
  尽管总产量增加近一倍，但人均只增加82斤
  
  如果在不坚决地控制人口，后果将不堪设想。
  
  2） 确立目标：
  
  根据需要与可能，确定系统决策所期望达到的结果。
  
     即到2000年，人口为多少合适？零增长是否合适？
  
     当时人口近10亿，6亿多30岁以下。
  
     中央提出：12亿以内的目标，认为通过努力可达到。
  
     目标正确是决策成败的前提。
  
  3） 设计方案（系统综合）
  
  根据数据和目标，制定可供选择的方案。
  
  要用模型方法：例如，人口模型的4个方案：
  
  方案
  
  生育率
  
  1980年
  
  2000年
  
  2080年
  
  最高峰年
  
1
  
  2．3
  
  9．6亿
  
  12．82亿
  
  21．19亿
  
  持续增长
  
2
  
2
  
  9．6
  
  12．17
  
  14．72
  
  2052（15.39）
  
3
  
  1．5
  
  9．6
  
  11．25
  
  7．77
  
  2027（11.72）
  
4
  
1
  
  9．6
  
  10
  
  6．13
  
  2004（10.52）
  
  4） 对方案的评价（系统分析）
  
  根据目标，分析各种方案的优劣，方案1和方案4可以抛弃。
  
  5） 决策： 由决策者选择一个最佳方案，或从各个方案中综合给出一
  
            项新的决策方案。
  
            一般生一胎，限制2胎（1.7胎到2000年为12亿）
  
  6） 实施：
  
  有些决策在全面实施前还要做试验，要采取有力措施保障实施。
  
  总之，决策过程既不是一成不变的，也不能随意去掉一项或颠倒程序。

  
  2、 用系统方法研究三峡工程：
  
  此项工程的重要性和风险性，要贯穿整体性、最优化、模型化和动态性原则。
  
  1） 提出问题：
  
  1921年孙中山的《建国方略》
  
  1932年国民政府的粗略方案
  
  1944年美国垦务局长萨凡奇，坝址南津关。
  
  1954年，水灾，周总理三峡工程会议……
  
  1984年，国务院成立三峡工程领导小组，多方论证。
  
  2） 确立目标：
  
  三峡工程具有防洪、发电、航运、灌溉、养殖等多目标：
  
  A、 防洪：从汉朝到清朝2000年，200多次洪水，特别是湖北宜昌到
  
           城陵矶（荆江）一带，更严重。
  
           1954年洪水，数万人死亡，200～300亿元的损失。
  
     专家们认为：坝高150米、160米、170米、180米，不分洪可以
  
                 抗御百年一遇的洪水。
  
                 170米、180米，分洪，可以抗御千年一遇的洪水。
  
                 180～191米，不分洪，可以抗御千年一遇的洪水。
  
           （1992年决定：坝高185米，水高175米）
  
  B、 发电：150～180米：677亿度～891亿度
  
  C、 航运：170～180米：改善航道600～700公里，6～8个月
  
                        武汉到重庆，万吨船队
  
  D、 南水北调：华北缺水，一般年份500亿立方米，而每年长江入海
  
               的水为9100亿立方米。
  
               可经丹江口水库，最后达到京津地区。
  
  3） 限制因素：
  
  A、 泥沙问题：要求170～180的水位
  
  B、 库区淹没和移民问题：
  
         150米～180米：33万到115万人
  
         要保重庆和成渝铁路，194.5米，费用：当时50～100亿元
  
  C、 地质、地震和生态：弱地震区，
  
                        滑坡堵江，
  
                        四湖地区沼泽化的可能性，
  
                        农作物和鱼类问题，
  
                        海水倒灌问题。
  
  D、 投资与国力问题：200～400亿，到700～800亿，
  
            570亿，最后1000亿元
  
  4） 方案设计与评价：
  
         集中在水位选择与效益分上，
  
         170～180米水位较好：防洪、发电、航道、南水北调。
  
  5） 决策：全国人大会议决策
  
  6） 实施。

  
  第二节 信息方法：
  
  一、 信息概念：
  
  信息来源于拉丁文informatio，意思是解释和陈述。
  
  有三种不同的信息概念（与通讯相联系）
  
  1、 技术信息（客观信息）：是物质属性的反映，是系统内部建立联系
  
             的特殊方式，是系统确定性程度、组织程度的标记，是
  
             物质的基本属性之一。
  
         H=-K∑PilogPi,   H――每个消息的平均信息量，
  
                          K――常数
  
                          P――先验概率
  
         当n=2, P1=P2=1/2时，令：H＝1。
  
    信息是“两次不定性之差”，
  
    信息量就是不定性减少或消除的数量。
  
    维纳：一个系统信息量是它组织性程度的度量，而一个系统的熵则
  
          是其无组织程度的度量，这一个正好是那一个的负数。
  
          因此，信息概念可以推广到一切组织系统。
  
    例如：遗传信息与核苷酸排列有关；
  
          计算机的技术信息与指令和程序有关；
  
          单词的信息与字母的排列有关；
  
          大自然的信息与阳光、山脉、瀑布、树叶……有关。
  
  2、 语义信息（意义信息，主观信息）
  
          信息量相等，但意义不同。
  
       这里有发送者和接收者双方对信息的理解和度量有关，
  
       因此，它比第一种信息复杂得多，目前没有解决。
  
  3、 价值信息（效用信息、相对信息）：
  
  例如：中国女排五连冠，北约轰炸中国大使馆，
  
        对中、外的影响不同。
  
        神农的信息论无法解决信息的效益和作用问题。
  
  对价值信息的不同看法：价值取决于客观事物本身，
  
                        价值取决于主观与客观，
  
                        价值取决于使用者
  
  4、 模糊信息
  
  二、信息方法：
  
     定义：就是用信息的观点，把系统看作借助于信息的获取、传送、
  
           加工、处理而实现其有目的性运动的一种研究方法。
  
     特征：用信息的概念作为分析和处理问题的基础；它完全撇开对
  
           象的具体运动形态，把系统有目的的运动抽象为一个信息
  
           过程。
  
           信息→输入→储存→处理→输出→信息
  
                             反馈
  
  三、 信息方法的作用：
  
  1、 揭示了机器、生物和社会的信息联系
  
  技术系统、生物系统和社会系统的物质构成和运动形态各不相同，用信息方法可以揭
示它们之间的信息联系：
  
  都有信息的接收、储存、处理、传递过程，
  
      维持有目的性活动，
  
     例如：计算机与人脑的对应关系和共同本质：
  
          人脑：100多亿个神经细胞，兴奋和抑制（神经脉冲）
  
          计算机：许多人造元件，   接通和断开（电脉冲）
  
              获得信息、加工处理信息、传递信息，都可看作信息变
  
              变换系统。
  
  2、 为人体研究提供了基础：
  
       利用信息熵，确定肌体内部的有序结构，使信息熵降低。
  
  例如：测血浆中的脂类：
  
        正常人：H＝2.0783
  
        白血病：H≥2.2
  
  例如：伽莫夫运用信息编码理论，提出三联密码，
  
        1969年，64种遗传密码全部测出。
  
  因此，生物体内的化学变化不仅是分子结构的变化，而且包含着
  
        信息的变化和信息量的调节和控制。
  
  3、 揭示新规律，解释难以解释的现象
  
  例如：兔子为什么生兔子？ 先成论： 微兔
  
                           后成论：
  
        用信息概念可以克服先成论和后成论的片面性：
  
            遗传信息控制受精卵的发育、复制、转录、转译，
  
            最终形成了兔子。
  
            遗传信息、信息通道、反馈信息。
  
  例如：奇怪的病理现象：
  
        A：能表达、能读懂，但听不懂；
  
        B：不能表达，能读懂，能听懂，可写清楚；
  
        结论：神经系统的功能损害是分别造成的。
  
  4、 为管理现代化提供了武器。
  
  例如：科研活动：
  
       存在获得信息→储存→处理→输出信息流，
  
       可以用计算机参与实践活动的信息过程

  
  第三节 黑箱方法
  
  一、 黑箱和黑箱方法
  
  1、 黑箱：内部结构不能直接观测，只能从外部去认识的客体。
  
           （Black box,  维纳起先称它为closed box）
  
           黑箱到处可见。
  
           黑箱→灰箱→白箱，要从主客体相互关系来看待黑箱，
  
           不同的主体，不同的时期有所不同。
  
  2、 黑箱方法的诞生：
  
  1） 很早就被运用，例如：中医：“望、闻、切、问”，“审症求因”
  
                              “辩证施治”
  
  2） 维纳等把“黑箱”概念引入方法论。
  
       传统方法：由分析到综合，出现困难，如研究人脑。
  
       黑箱方法从整体、从整体与环境的相互关系中……。
  
  二、 黑箱方法的基本步骤：
  
  1、 确认黑箱：把对象作为整体，从环境中孤立出来。
  
  2、 考察黑箱：要考察对象的输入、输出及其动态过程，
  
               可通过观察和实验
  
  3、 建立模型，阐明黑箱。
  
       根据输入和输出以及原有知识，建立模型，
  
       通过模拟实验，阐明黑箱功能特性；
  
       行为预测，内部结构和机理的推断，等等。
  
  三、 黑箱方法的作用
  
  1、 为研究高度复杂的大系统提供了一个有效的工具
  
  例如：投入～产出理论；
  
  例如：研究我国人口系统：
  
        影响人口因素太多：生活水平、医疗、环境，……，
  
        但只抓住人口总数，出生率，死亡率，年龄结构。
  
  2、 对研究高度组织性和活动性的生命系统有其独特的作用。
  
         这类系统的困难，不在于其高度复杂性，而在于高度组织性
  
         和活动性。
  
     例如：把瞳孔作为黑箱：
  
           通过测量不同频率下的光通量的变化所引起的瞳孔面积的
  
           变化，求得了瞳孔自动调节系统的开环传递函数……。
  
     例如：人脑神经网络系统，
  
           人体血压控制系统，
  
           呼吸系统，
  
           体温调节系统。
  
  3、 对探索性的科学研究也具有启示作用。
  
       维纳：“所有科学问题都作为‘闭盒’问题开始的”
  
     例如：原子、原子核、粒子、分子结构都曾经作为黑箱；
  
           有机化学中使用的方法。
  
     例如：要认识一个人，也要用黑箱方法；
  
           心理学测试，以及心理学的其他方法。
  
  4、 黑箱方法的局限性：
  
         不能深刻理解功能特性和行为方式的基础和本质；
  
         功能与结构并非单值的对应关系；
  
         对可用信息的浪费问题（不能有效地利用输入和输出以外的
  
                              信息）
  
  40960


  
  30


  
  


--
        我来了。我看见了。我战胜了。

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