自然辩证法V1.docx
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自然辩证法V1
绪论
1.主要内容
自然观——自然界的基本特征和一般规律
方法论——科学研究和技术创造的一般过程和方法
科技观——科学技术与社会的互动关系
第1讲人类科学地认识自然的历史概述
一.古代自然科学(自然哲学)
(一)自然科学的基本问题
1、自然界的构成(组元和结构)
泰勒斯(Thales,约624-546BC)提出:
万物的本原是水;德谟克里特(Democritus,约460-371BC):
原子论。
2、自然界的演化(或历史)
阿那克西德(Anaximander,约610-547BC):
一切由演化而生,人是从鱼变来的;赫拉克利特(Heraclitus,约540-480BC):
万物处于流变状态。
(二)自然科学的主要成就
毕达哥拉斯(Pythagoras,约570-497BC):
定理和无理数;几何学------欧几里德(Euclid,约300BC):
《几何原本》由公理化方法写成;亚里士多德(Aristotle,384-322BC):
运动学和动力学依赖于常识;阿基米德(Archimedes,约287-212):
静力学。
一个例外;亚里士达克(Aristarchus,约315-230BC):
日心说;托勒密(Ptolemy,约100-170):
地心说。
(三)主要特点
自然科学居于哲学的母体中;以整体的观点看世界;带有很强的猜测性。
二.近代自然科学
为什么出现在西方?
文艺复兴;宗教改革;生产力的发展;航海需要
(一)前期(16-18世纪)
主要成就:
哥白尼(Copernicus,1473-1543),日心说:
《天体运行论》(1543);意义:
拉开了近代科学诞生的序幕;动摇了神学宇宙观的支柱;对人类中心主义的第一次大的打击:
人类认识的去中心化。
伽利略(Galileo,1564-1642)近代科学之父---从方法的角度说:
受控实验方法与假设演绎法相结合。
比较:
培根(Bacon,1561-1626):
实验归纳法;笛卡儿(Descartes,1596-1650):
数学演绎法。
科学贡献,天文学:
发现和宣传;力学:
自由落体定律和惯性定律等。
主要著作:
《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》(1632);《关于两门新科学的对话和数学证明》(1638)。
牛顿(Newton,1642-1727)。
历史地位:
最伟大的科学家。
科学贡献:
经典力学:
集大成;微积分:
独立。
与莱布尼次(Leibniz,1646-1716)的争论;光学:
微粒说。
科学著作:
《自然哲学之数学原理》(1687);《光学》(1704)。
自然科学的主要特点:
自然科学从哲学的母体中分离出来走向独立;以力学为中心,以力的观点看待一切;还原论和机械决定论。
(二)后期(19世纪)
主要科学成就:
康德(Kant,1724-1804)--拉普拉斯(Laplace,1749-1827)星云说。
起源和演化的思想。
在形而上学观上打开第一个缺口。
能量守恒与转化定律。
焦耳(Joule,1818-1889)等。
40年代;电磁学。
麦克斯韦(Maxwell,1831-1879)的电磁场理论(60年代)。
预言电磁波的存在。
普遍联系的思想。
人工合成尿素:
维勒(Wohler,1800-1882)。
填平了有机界与无机界之间的鸿沟;元素周期律:
门捷列夫(Mendeleev,1834-1907)联系和统一的思想。
细胞学说:
施莱顿(Schleiden,1804-1881)和施旺(Schwann,1810-1882)。
联系和统一的思想;生物进化论:
达尔文(Darwin,1809-1882)和华莱士(Wallace,1823-1913)。
演化的思想。
自然科学的特点和主要科学思想
特点:
普遍从收集材料上升到理论创造;科学与技术的关系越来越密切;科学团体纷纷建立,形成崇尚科学的风气。
思想:
普遍联系和演化、发展的思想;还原论和严格决定论。
三.现代自然科学
物理学革命:
相对论------爱因斯坦(Einstein,1879-1955):
(1)狭义相对论(1905):
时空;
(2)广义相对论(1915):
引力。
量子论:
旧量子论------普朗克(Planck,1858-1947):
能量子假说(1900);量子力学:
矩阵力学------海森堡(Heisenberg,1901-1976)(1925);波动力学------薛定谔(Schrodinger,1887-1961(1926)。
生物学突破:
分子生物学的建立:
DNA双螺旋结构模型------沃森(Watson,1928-)和克里克(Crick,1916-2004)。
其他:
例:
大陆漂移学说(Wegener,1880-1930)。
第2讲人类所认识的自然图景
一、自然界的构成
1.自然界的组成(或组元)
认识手段:
打破结合能
稳定的简化图景
说明:
关于夸克模型---盖尔曼(Gell-mann,1929-)
2.自然界的结构
基本相互作用(力)
对物理世界统一性的追求:
统一电磁力与弱力---弱电统一理论;统一电磁力、弱力与强力---大统一理论;统一四种力---超弦理论---威腾(Witten,1951-)。
二、自然界的演化
1.宇宙的起源和演化
问题的由来:
理论上---广义相对论:
有限无边模型---不稳定;观测上---河外星系谱线红移:
哈勃(Hubble,1889-1953)---1929年。
表明:
宇宙在膨胀
大爆炸宇宙模型:
伽莫夫(Gamov,1904-1968)等:
“原始火球”---1948年;理论预言:
微波背景辐射,氦元素的丰度:
25%。
宇宙起源和演化饿的大致历程:
基本粒子形成阶段;元素起源阶段;实物阶段。
2.恒星的起源和演化
起源:
星云说
起源和演化的大致历程:
引力收缩阶段;“主星序”阶段;红巨星阶段。
演化的结局:
白矮星:
质量<1.44日“日”表示太阳质量;中子星:
1.44日<质量<3日;黑洞:
3日<质量。
3.生命的起源和生物的进化
关于地球生命起源的两种假说:
自生说:
米勒实验(1953年);外来说
生命的主要物质基础
(1)蛋白质:
氨基酸连成的多肽长链
a结构:
1、2、3级
b功能:
催化等
(2)核酸:
核苷酸连成的长链
aDNA和RNA
bDNA的含氮碱基:
AGCT
数字化、双螺旋
(3)主要物质基础
蛋白质+核酸
生命的基本特征:
自我复制(或繁殖);自我更新;自我调节
生物的进化:
(1)进化的方式;
(2)进化的动力:
a遗传和变异:
突变的作用;b自然选择。
4.人类的起源和进
2)进化的动力
(1)“劳动创造人”(人与自然环境)
(2)社会智力假说(人与人)
3)进化的特点
(1)两种进化的主体:
生物和文化
3)人类的未来:
(1)多种可能;
(2)驱使的力量:
探索的欲望---好奇心;“棋后效应”---竞赛。
第3讲自然界的基本特征
一.自然界的构成
1.自然界的物质性
何谓物质?
物质、能量和信息。
无法定义
物质形态的多样性和统一性
2.自然界的系统性
系统是人类看待世界的一种方式
1)系统的概念
基本规定:
处于一定的环境中,由相互联系或相互作用的元素所组成,具有特定的结构和功能的整体(事物)。
2)系统的构成
元素(Composition):
组成系统的各个部分的集合。
直接下层和基本层次。
结构(Structure):
组成系统的元素之间相互联系的总和。
环境(Environment):
与系统存在联系的而又不属于该系统的诸事物的总和。
功能(Function):
系统在环境中表现出来的行为、性能和作用等的通称。
3)系统的基本规律
F=f(C,S,E)说明:
各个元素对功能的作用
4)整体与部分之间的关系
加和性;非加和性;关于“整体大于部分”
5)系统方法
结构方法—依据功能主要由结构决定:
结构解释方法—以结构解释功能;结构模拟方法—基于结构的相似或相同进行模拟。
例:
仿生学。
功能方法——依据功能的相对独立性:
功能模拟方法—不考虑元素和结构,以功能的相似为基础进行模拟;黑箱方法—不考虑系统的内部情况来把握系统,或从功能来猜测系统的内部元素和结构。
人类认识事物的基本方法。
3.自然界的层次性
1)层次性及其表现
2)上、下层次之间的关系
基于还原思想的划分:
原子论—完全可还原;整体论—不可还原;系统论—部分可还原
二.自然界的演化
1.自然界运动和发展的规律性
何谓规律?
对世界上重复或周期性发生的现象的描述。
两类规律:
决定论的规律—无例外地发生;统计规律—以一定的几率发生
非决定论的思想基于:
统计规律的存在—量子力学;复杂系统的演化对初始条件的敏感性。
临界(或关节)点。
混沌理论。
2.自然界演化的方向性
有序与无序:
描述系统状态的量;热力学第二定律和耗散结构论。
第二定律:
有序无序
耗散结构论:
无序
有序
关于“时间之箭”:
时间的本质;过程的不可逆
第4讲科学研究中的问题和课题选择
一.科学研究始于问题
1)何谓问题?
发生学的规定:
目标状态与现实状态之间的差距
科学问题:
在科学背景知识下提出
说明:
要避免模棱两可
2)为何说科学研究始于提出问题
问题导致发现。
例:
伦琴发现x射线
问题推动研究。
例:
费马大定理的
3)科学需要怀疑精神
说明:
科学理论不等于真理
学贵善疑
好奇心例:
“夜空为什么是黑的”---奥尔勃斯(Olbers,1758-1840)
打破固定观念例:
九点连线和六人
二.科学问题的来源
来自于对科学背景知识的分析
1、寻找科学(经验)事实之间的联系并作出统一解释。
例:
花瓣数
2、科学理论与科学事实之间的矛盾或不一致。
例:
中微子的发现
3、一种理论内部的逻辑困难。
例:
关于原子结构的行星模型
4、不同假设之间的对立。
例:
关于光的本质的争论
5、为了满足人们生产和生活的需要而提出的种种技术性的问题。
三.课题的选择
1、课题和选题的基本步骤
1)课题:
用科学或技术的术语表达的一个或一组问题。
2)选题的基本步骤
(1)发现或搜寻课题
(2)资料调研和进行试探性的实验
(3)课题论证
(4)课题决策
2、选题的基本原则
1)需要性原则—体现—目的
(1)科学:
内—科学自身发展的需要,
外—社会需要。
(2)技术:
社会需要
2)创造性原则—体现—价值
(1)科学:
“只有第一”。
(2)技术:
具有局域性。
首创和模仿
3)科学性原则—体现—根据
遵循基本的科学规律
4)可行性原则
(1)客观条件
(2)主观条件
四.问题的分解和转移
1、问题的分解
1)问题的简化
理论科学家研究问题的方法:
例,球形的牛
2)问题的分解
分析或还原的方法
2、问题的转移
1)旧问题解决引起新问题2)转换提问的角度
第5讲获取科学事实的基本方法
一.科学事实
1、何谓科学事实:
运用科学观察和实验所获得的经验事实。
经验事实—对客观事物的性质和过程等的描述。
基本形式:
1)语言陈述2)仪器表征
2、科学事实的基本特征
1)描述对象的客观性2)个别的存在陈述3)可复核性4)比较精确、系统
3、科学事实在科学认识中的作用
1)科学事实是形成科学概念、规律和理论的基础。
2)科学事实是检验科学假说或理论的基本手段。
二.科学观察
1、何谓科学观察:
人们有目的、有计划地对研究对象进行感知,以获取科学事实。
说明:
科学观察的两种情况:
1)一般或单纯的观察—对象自然发生
2)实验观察—对象是受控的
2、科学观察的特点
1)目的性—与问题有关2)(尽量)使用仪器3)(趋向)定量化4)结果的或然性
3、科学观察的方法论原则
1)坚持观察的客观性,对困难的说明
(1)使用仪器
(2)既有目的,有要避免先入之见—必要的张力:
开放的心态
2)坚持观察的全面性
3)坚持观察的持久性和反复性
4)观察要有详实的记录
4、观察者的角色(对他人进行观察)
1)完全的观察者2)参与的观察者3)观察的参与者4)完全的参与者
三.科学实验
1、何谓科学实验:
人们有目的、有计划地运用仪器和设备,人为地控制、变革和模拟研究对象及其过程,以获取科学事实。
说明:
科学实验与一般的科学观察的
区别:
两者对象所处的条件不同
2、科学实验的特点和作用
1)特点
(1)对象的受控性
(2)具有主客体的互动性
(3)类型的多样性
2)作用
(1)能简化、纯化和定向地强化研究对象
(2)能加速或延缓研究对象变化的过程
(3)作为变革自然的手段比较经济、可靠
3、实验的分类
按是否直接作用于研究对象可分为:
1)真实实验—直接
2)模拟实验—间接:
通过对模型的研究来达到对原型的认识。
(1)物理模拟—依据物理过程的相似
(2)数学模拟—依据数学结构的相似
4、实验的规划和设计
1)进行真实实验的必要条件:
对象及其变化过程能够复制。
2)选择合适的试样—随机化
3)析因实验—要做对照实验
四.科学实践中的机遇
1、机遇及其特点
1)机遇—在科学观察和实验中由于意外的事件而导致科学发现或技术发明的现象
2)特点:
意外性、偶然性
2、如何捕捉机遇
1)客观条件:
社会生产力和科学技术的发展水平
2)主观条件:
机遇只偏爱有准备的头脑
第6讲基本的科学推理
问题:
科学知识通过什么方法而增加?
(1)从非命题材料到新命题。
(2)从一束已知的命题得出新命题。
一.演绎推理
1、演绎推理及其特点
1)演绎推理:
如果前提真,那么结论也真。
研究前提与结论之间的推演或后承关系—数理逻辑。
2)特点
(1)保真性或必然性。
(2)某种意义上说不提供新知识。
说明
2、作用
1)科学阐述和论证。
2)制定规划和行动决策。
说明:
经验对于推理的影响
二.归纳推理
1、归纳推理及其分类
1)归纳推理:
从个别或特殊的前提推出一般的结论。
2)分类
(1)枚举归纳:
完全和不完全
(2)统计归纳
(3)确证归纳:
H蕴含E
2、归纳问题和归纳原理
1)归纳问题:
从个别推出的一般结论是否可靠?
这种推理方式的合理性能得到证明吗?
休谟
2)归纳原理;如果大量的A在各种各样的条件下被观察到,而且如果所有这些被观察到的A都无例外地具有性质B,那么所有的A都有性质B。
3、归纳是科学发现的方法
1)逻辑学家与自然科学家的区别
2)归纳包含猜测的成分
3)不保真,但具有实用的有效性
三.因果推理
1、关于因果联系
1)何谓因果联系:
由先行现象引起后继现象的一种联系。
2)说明:
(1)时序与因果联系:
先因后果,但并非先后相继的现象都有因果联系。
(2)因果联系的复杂性
2、探求因果联系的基本方法(穆勒五法)
1)求同法
(1)基本内容;在不同场合下考察到被研究的对象,如果这些不同场合里只有一个共同的先行现象,那么该先行现象是被研究现象的原因。
2)差异法
(1)基本内容:
如果被研究的现象在第一个场合出现,在第二个场合不出现,这两个场合只有某一个现象不同,那么这个现象是被研究现象的原因。
(2)符号表示:
3)求同差异并用法
(1)基本内容:
如果在被研究现象出现的几个场合中都存在一个共同的先行现象,而在被研究现象不出现的几个场合中都没有这个先行现象,那么该先行现象是被研究现象的原因。
4)共变法
(1)基本内容:
如果某种现象发生变化时,另一种现象也发生变化,那么前一现象是后一现象的原因。
(2)符号表示:
5)剩余法
(1)基本内容:
如果已知被研究的某一复杂现象是由另一复杂原因引起的,那么把其中确认因果的部分减去,所余部分也有因果联系。
四.类比推理
1、类比推理及其基本特征
1)类比推理:
由两个事物在某些方面的相似来推断它们在其他方面也相似。
说明;从特殊到特殊
2)基本特征
(1)涉及两个情况(事物),新情况叫靶(T),已知的相似情况叫基(B)。
(2)相似是类比推理的基础。
(3)多步构成的认知过程:
联想、求精、匹配和转换。
3、类比推理的作用和局限
1)作用
(1)提出科学假说的重要途径
(2)作出创造性发现和发明的有效方法
(3)进行科学阐述和证明的辅助工具
2)局限:
结论不一定可靠
4、类比思考法—从构造或形象上相似的东西求得启示。
1)从其他的物品和方法中获得启示
2)大自然是丰富的思想宝库
第7讲科学创造中的非推理因素
一.对创造过程的一般描述
四阶段说;
1、准备期:
考虑的问题得到阐明并对问题作初步的尝试探究。
2、酝酿期:
问题被放在一边,个体去从事别的任务。
3、启发期;个体由于突然的顿悟而找到解决问题的方法。
4、确认期:
个体对问题解决的方法是否真的起作用进行确认。
二.非推理因素或形象思维
1、联想
1)何谓联想—是使不同事物在概念上相接近,并从中引出有效结论的思维形式。
简言之,在大脑中,从一事物想到另一事物。
2)联想形成的基本途径
(1)相似联想—大脑接受某种刺激后自然地想到同这一刺激相似的“东西”。
(2)对比联想—大脑想起与外来刺激完全相反的“东西”。
(3)接近联想—大脑想起在时空上与外来刺激有关的“东西”。
3)学会有效地运用联想
2、直觉
1)何谓直觉—指人的主观意识对客观事物及其关系的直接理解或认识,其最重要的特点是获得的直接性。
2)直觉的基本特征
(1)非逻辑思维
(2)依赖“智力图像”某种程度抽象的、模式化了的“形象”
(3)渐进性的中断—飞跃
3)直觉的基本类型
(1)直觉的判别:
体现思维的洞察力,与经验有关。
(2)直觉的想象:
外界所提供的信息不充分,体现创造性的想象力
3、灵感
1)何谓灵感—偶尔闪现的新想法(或新洞察)。
说明:
灵感是人在创造性活动中出现的一种复杂的心理现象。
2)灵感的特点
(1)创造性活动的产物和升华
(2)需要一定的诱因
(3)产生突如其来
(4)稍纵即逝
(5)在良好的精神状态下产生
(6)伴随着情绪的高涨
3)如何捕捉灵感
(1)积极开展创造性活动
(2)抓住灵感出现的时机
(3)愉快的心情
(4)参加讨论
(5)摆脱习惯性思维的束缚
三.小结
1、科学发现的一般模式
1)假说演绎法(猜测——试错)
理想的科学研究程序是:
(1)形成和提出科学问题
(2)提出试探性的解题答案,即形成假说。
(3)通过演绎论证对假说进行检验
科学中思维的自由创造要受到两个条件的制约:
(1)理论要与经验事实相符合(心理上)
(2)理论本身必须是自洽的,并且应当具有尽可能大的简单性。
第8讲关于科学理论
一.对科学的一般阐述
1、何谓科学
1)原义:
科学—Scientia—知识
知识:
(1)是什么—陈述性
(2)如何—过程性(3)为什么—主要为这类(4)元知识—关于知识的知识
2)目前一般的看法
(1)从过程上看,科学是人类认识世界的一种特殊活动。
说明:
科学家—从事这种活动的人。
(2)从结果看,科学是实证化、系统化的知识体系(理论)
2、科学理论的基本组成和结构
1)基本组成
(1)科学概念—对认识对象的本质属性的反映。
a科学抽象的产物:
科学抽象—在思维中把对象的次要的、非本质的因素舍掉,有意识地抽取某些本质的因素加以研究------简化复杂性。
说明:
理想化方法:
理想模型和理想(或思想)实验。
b科学概念的表述
定义:
(1)描述
(2)规定(3)操作
说明:
困难性
(2)科学规律(或定律)--广义地,对世界上所发生的重复性或规则性的陈述。
反映不变性
逻辑形式:
(x)[P(x)G(x)]
(3)科学推论
1)基本结构;T=
K是核心部分,I是K的应用
简言之,科学理论是由命题组成的系统
3、建构科学理论的方法
1)假说演绎法—从抽象上升到具体
2)公理化方法—要求体系满足;无矛盾性(或一致性)、完备性和独立性。
说明:
通常难以实现
3)逻辑与历史相统一的方法
(1)与自然史相统一
(2)与认识史相统一
二.科学与非科学的划界
1、逻辑经验主义的划界标准
1)可证实性原则:
凡是科学的(或认识上有意义的)关于世界的命题(或论断)必须是经验上可证实的。
说明:
(1)可证实—可以被证明为真。
(2)拒斥形而上学。
形而上学—关于存在的学说
2)关于可证实的两种情况
(1)存在命题—可以被证明为真
(2)全称命题—原则上不能被证明为真与归纳问题相关。
3)困难
(1)全称命题原则上不能被证实。
(2)经验基础本身不一定可靠。
2、波普尔的证伪主义划界标准
1)可证伪性原则—一个理论是科学的,则由其推导出的结论必须原则上(或逻辑上)可以在经验中被证伪。
说明:
可证伪—可以被证明为假,或可由经验所反驳。
利用逻辑的不对称性:
从逻辑上说全称命题不可证实但可证伪。
3)意义
(1)强调了科学的批判性。
(2)突出了科学提供有关世界的信息:
提供的信息越多,越有可能被经验所证伪。
4)困难
(1)与科学史和科学的实际不符:
科学理论有韧性。
(2)经验基础本身不一定可靠。
3、拉卡托斯的纲领进步和退化标准
1)研究纲领:
硬核+保护带。
2)每个研究纲领都会遭到反驳。
3)成功地预测新事实是纲领进步的标志。
4、小结
1)没有绝对的划界标准。
2)存在相对的划界标准
(1)科学理论必须是可检验的(确证和证伪)。
(2)科学理论应该能成功地预测新事实。
第9讲科学理论的功能和选择
一.科学理论的认识功能
1、科学解释
1)关于解释
(1)何谓解释—寻找现象的原因或根据,把未知的东西纳入已知的知识框架,变不理解为理解。
简言之,回答“为什么”。
(2)解释的基本成分:
a解释者b解释对象(或被解释项)c解释前提(或解释项)
2)科学解释的基本要求
(1)逻辑相关性
(2)可检验性
说明;排除无所不包的解释
(3)系统性
说明:
避免“单因素”解释
2、科学预言
1)何谓预言—从已知的知识来推演未来的结果。
科学预言:
运用科学知识。
2)预言与解释的联系和区别
(1)联系:
从逻辑上看,预言是潜在的解释。
(2)区别:
两者的知识状态不同,认识程序也不一样。
3)科学预言的基本类型
(1)经验预言—依据经验规律
经验规律的外推,重复性的预言
(2)理论预言—依据理论规律
数学化的理论,创新性的预言,存在预言
二.科学理论的选择
引言:
问题的提出和现实的手段:
影响因子和引用率。
1、科学理论选择的价值标准
1)确证:
必须得到经验事实的支持判决性实验:
在两个对立理论中作出取舍。
2)新颖:
成功地作出新的解释和预言
3)增殖力:
克服异例的能力
4)一致性:
内部和外部(相对地)
5)美:
简单性原则
2、科学理论选择的非理性因素
1)个人的偏好和特质:
普朗克原理
2)权威和声望
3)外在的意识形态背景
第10讲科学的社会组织和科学发展的模式
一.科学的社会组织
1、科学共同体
1)科学共同体的概念—科学家作为群体的一般的抽象存在形式:
由目标、行为规范和精神气质来表征。
2)目标:
以增进知识为己任,并用知识造福于人类。
3)基本精神:
(1)普遍主义
(2)公有主义(3)不谋私利(4)有条件的怀疑
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