戴世强工善其事 必利其器谈科研方法.docx

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戴世强工善其事必利其器谈科研方法

戴世强：

工善其事必利其器——谈科研方法-1.概述篇

楔子

     我们正处于中华民族复兴的伟大时代，祖国突飞猛进的步伐不可阻挡。

我们想要投身洪流，为民族复兴尽绵薄之力，就要掌握真才实学；想掌握真才实学，就要认真学习；想事半功倍地学习，就要掌握科学方法论。

因为古人早就说过，工善其事，必利其器；爱因斯坦老先生说过，方法比知识更重要。

    凭借这个平台，想与博友们一起，系统地讨论科研方法的有关问题。

    作为引子，本文想探讨三个问题：

    ——什么是科学方法论？

    ——科学方法论在实践中有怎样的地位和作用？

    ——科学工作者为什么要掌握科学方法论？

    我想告诉大家的是：

l      机遇只垂青于那些懂得怎样追求她的人；

l      工欲善其事必先利其器，方法极其重要；

l      正确运用科研方法可收到事半功倍之效；

l      掌握有效方法的关键在于反复实践总结。

一、关于科学 

    我们先来搞清一些基本概念。

先说说什么是科学？

    大家对“科学”这个名词耳熟能详，但对其确切涵义却不一定说得清楚。

事实上，不同的学者，对“科学”有不同的界定。

    根据《苏联大百科全书》的“科学”条目所述，科学是人类活动的一个范畴，它的职能是总结关于客观世界的知识并使之系统化；科学是一种社会意识形式。

在历史发展中，科学可转化为社会生产力和最重要的社会建制。

……从广义上说，科学的直接目的是对客观世界作理论表达（转引自[6]）。

    一些科学家对科学有各自的认识，例如，爱因斯坦指出：

“科学是寻求我们看绝经验之间规律性的有条理的思想，它是直接产生知识、简介产生行动的手段。

”达尔文说：

“科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律或结论。

”

“    科学”一词是“舶来品”，英语“science”一词源于拉丁文scientia（求知、知识）；现译名“科学”源于日语译法（福泽谕吉首创，1874年）；由康有为引进中国（1898年），在上奏光绪劝说废除科举制度时，三次用到了“科学”一词。

此前，严复翻译《天演论》时将“science”译作“格致”，后来在翻译亚当·斯密的《原富》（1902年出版）时才改用“科学”。

经多年演化，science的美英式涵义主要指自然科学，而德法式涵义则泛指自然科学和社会科学，这是文献中的说法，在科学工作者大流动的今天，情况不那么绝对。

目前国内的“科学”一词（在用作名词时）取德法式涵义。

为确定起见，本文及后续文章中论及的“科学”大多采用美英式涵义，即指的是自然科学。

    概括起来说，科学的内涵是：

    1、科学是系统化、理论化的知识体系；

    2、科学是创造知识体系的认识活动；

    3、科学是一种社会机制。

    之所以有第三条，是因为现在科学的研究对象越来越复杂，越来越仰仗于多方协同合作，社会化程度越来越高。

二、关于科研方法 

2.1科学研究的任务

我们知道，自然科学研究的任务在于

      1、对未知的自然领域进行研究探索，以揭示和掌握自然界各种事物的本质和运行变化规律——基础研究。

      2、研究如何将科学研究的成果转化为生产力和物质产品——应用基础研究。

关于科学研究，法国生物学家拉马克（J.Lamarck）有一段精辟的描述：

    “观察自然，研究它们所生的万物；追求万物，推究其普遍或特殊的关系；再想法抓住自然界中的秩序，抓住它行进的方向，抓住它发展的法则，抓住那些变化无穷的构成自然界的秩序所用的方法；这些工作在我看来，乃是追求真实知识的唯一法门。

这等工作还能给我们以真正的益处；同时还能给我们找出许多最温暖、最纯洁的乐趣，以补偿生命场中不能避免的苦恼。

”这段话浅近地概括了科学研究的内容。

2.2关于方法 

    在一般意义下，“方法”指的是为达到某种目的采取的途径、手段或策略;主体为从实践或理论上把握客体而采用的思维手段和操作步骤之总和。

我们不妨探索一下英语“method”（“方法”）一词的来源，经探究，它来自希腊语“μετοδ”（“途径、方法”），该词由“μετα”（“沿着”）和“οδος”（“道路”）这两部分构成，因此，原意更贴近于“途径”。

而汉语“方法”一词则最早出现在《墨子∙天志》中，原先指的是“量度方形之法”，后来演化成“知行之法”之意。

    正如哲学家黑格尔（G.W.F.Hegel）所指出的：

“在探索的认识中，方法也就是工具，是主观方面的某个手段，主观方面通过这个手段与客体发生关系……。

相反地，在真理的认识中，分析方法不仅是许多已知规定的集合，而且是概念的自在和自为的规定性。

”

2.3关于科研方法

    “科学方法”指的是认识自然或获得科学知识的程序或过程；是从科学认识过程中总结出来的规律；是具有普遍性的方法，包括科学研究中的实验观察方法、科学抽象方法、逻辑方法、数学方法、创造性思维方法、系统科学方法、综合科学方法、科学评价方法等等。

    可以按各种方式对科学方法进行分类。

    按适用的普遍程度可分为如下三个层次

l      第一层次：

各个自然科学门类的特殊研究方法；

l      第二层次：

各门自然科学中的一般研究方法（这是本文的主要关注点）；

l      第三层次：

普遍性的哲学方法。

    按科学方法本身的特点可分为两大类：

——经验认识方法（观察、测量、实验等）；

——理论思维方法（逻辑、数学、类比等）。

    这两类方法没有明确的界限，经常相互交织、交互使用。

一般来说，采用前一类方法获得最基本的研究材料，采用后一类方法提取相关信息，进行演绎、发展，通过实践的检验之后，上升为科学假说或科学理论。

    按研究对象主要可分为

l      物质科学方法（用于物质和非生命系统）；

l      信息科学方法（用于信息和程序系统）；

l      生命科学方法（用于生命系统）；

l      意识科学方法（用于人类意识活动和人工智能系统）；

l      人体科学方法（用于人体研究）。

    当然，还可以有别的分类样式。

    正如比利时科学方法论专家萨顿（G.Sarton）所说，“在科学领域，方法至为重要。

一部科学史，在很大程度上就是一部工具史，这些工具——无论有形或无形——由一系列人物创造出来，以解决他们遇到的某些问题。

每种工具和方法都是人类智慧的结晶。

”

2.4关于科学方法论 

    科学方法论的内涵在于：

研究探讨科学研究活动本身的一般规律及一般方法，以及人类认识客观事实的基本程序及一般方法。

既研究个别特殊研究方法的规律性，也研究这些方法整体上的相互联系。

    人类的科学探索经历了一个长期曲折的过程，科学方法论的发展过程也漫长而艰难。

著名物理学家玻恩（M.Born）指出：

“我相信在科学上并没有平坦的大道……。

在我们前进的道路上荆棘丛生，只有经历了不断试探，一再失败，才能寻找出合适的方法，开辟出赖以前进的道路。

”

2.5 科学方法的发展历程

    下面用大事记的形式简要回顾科学方法的发展历程：

    观察方法的产生 在农业、畜牧业的实践中，为了满足确定农时、制作历法等实践需要，产生了原始的观察方法，为早期的天文学、数学、力学、物理学等的诞生奠定了基础；

    逻辑方法的创始 公元前6－3世纪，古希腊的泰勒斯、德谟克利特、亚里士多德、欧几里德等人运用演绎推理，从经验观察上升到理论认识。

亚里士多德创立形式逻辑上的科学方法论和公理方法，导致欧几里德《几何原本》问世；

    数学方法开始形成 公元前5－2世纪，古希腊的毕达哥拉斯、帕拉图、阿基米德等人首先提出自然界的规律可用数学把握的观点，提倡用数学解释万物。

阿基米德首次把实验的经验研究与演绎推理结合，建立杠杆定理、浮力定律。

    实验方法逐渐形成  13世纪，英国科学家罗吉尔·培根率先提出实验科学；15世纪，意大利画家、科学家达·芬奇等人强调实验在认识中的作用；15至16世纪，意大利科学家伽利略成为现代实验科学的奠基人；16世纪，英国哲学家弗朗西斯·培根成为实验科学的哲学代言人，他的《新工具》的问世是标志；

    逻辑方法的发展 其中的两条主线为

    *16世纪，英国哲学家弗朗西斯·培根发展了归纳逻辑方法，建立了逻辑分析中的求同法、差异法和共变法；17世纪波义耳、18世纪林奈将其拓广到化学和生物学；

    *17世纪，法国科学家、哲学家笛卡儿发展了演绎逻辑方法，构建了数学新体系——解析几何；17世纪牛顿将力学整理成演绎体系，《自然哲学的数学原理》问世。

    假说方法的普遍应用 17世纪由笛卡儿提出，经洛克、莱布尼兹丰富和发展；19世纪后普遍应用。

假说方法突破了传统方法。

著名的假说有：

宇宙演化的星云假说、生物学的进化论、物理学的热素假说、化学中的物质结构假说等。

假说本身是理论知识的一种形态，一旦验证成立，就上升为科学理论或定律。

      自然辩证法方法的创立 19世纪马克思、恩格斯创建了自然辩证法，为正确研究自然科学方法论奠定了理论基础。

恩格斯的《自然辩证法》对观察、实验、归纳和演绎、分析和综合、历史与逻辑的统一、科学假说等科研方法都做了深入考察和分析。

    系统科学方法的形成 朴素的系统科学方法由亚里士多德、莱布尼兹、黑格尔等提出，近几年才挖补全形成。

此方法摆脱了传统方法的束缚，将事物联系起来，系统地、动态地考察，从整体上考察复杂系统，将定量方法（如动态模拟法、信息方法、反馈方法、综合集成方法等）引入各个学科，使科研方法产生质的飞跃。

    数学方法的发展 亚里士多德－欧几里德－伽利略－牛顿－莱布尼兹发展的数学方法近年来取得了长足的进步，对宏观、微观特性的描述发挥了很大的作用。

随着计算机技术的发展，数学已渗透到所有的自然科学领域以及部分社会科学领域。

以上的大事记并不完善，将陆续补齐。

2.6科学方法的特征

    概括地说，科学方法有如下特征：

1）科学方法来源于科研实践；

2）科学方法引领科学的发展；

3）科学方法的适用性和作用超越具体领域；

4）科学方法具有多元互补性；

5）科学方法呈现美学特征。

三、掌握科学方法的重要性 

      关于科学方法的重要性，前辈名人有许多论述：

    “跛足而不迷路的能赶过虽健步如飞但误入歧途的人。

”——弗朗西斯·培根（F.Bacon）                  

    “科学方法是通向绝对知识或真理的唯一入口和唯一道路。

……整个科学的统一是在于其方法而不在于材料。

”——皮尔逊（K.Pearson）

    “吾尝终日而思矣，不如须臾之所学也；吾尝歧而望矣，不如登高之博见也。

登高而招，臂非加长也，而见者远；顺风而呼，声非加疾也，而闻者彰。

假舆马者，非利足也，而致千里；假舟楫者，非能水也，而绝江河。

君子生非异也，善假于物也。

”——荀况

3.1科学研究必须有正确的方法

    探索科技领域的未知问题，如同在崎岖小道上攀登，必须采用先进的科学方法，才能无往而不胜。

      英国著名博物学家达尔文（C.Darwin）早就指出：

“方法掌握着研究的命运。

”他还说：

“方法是最主要和最基本的东西，有了良好的方法，即使没有多大才干的人也能做出许多成就。

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