医学与生物学科研设计方法学第一章科学研究的基本概念概要.docx
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医学与生物学科研设计方法学第一章科学研究的基本概念概要
第一章科学研究的基本概念
第一节科学与科学研究
一、科学的概念
(一)科学是什么
在英文中,科学(science)一词来自于拉丁文“Scientia”,其意义为知识。
对科学的定义,不同的描述会稍有差别,但其中心内容基本相似。
例如,通过研究或实践所获得的或具有普遍的真理性的知识,特别是经科学方法获得并经客观世界检验为真理的知识;对现象的观察、鉴定、描述、实验研究以及理论解释等;通过观察或实验所获得的关于物质世界的系统知识;科学是一个探寻知识的系统,而探寻知识的途径必须依靠科学方法。
只有通过科学研究所获取的结果才能成为一个知识体系。
科学可以分为纯科学与应用科学。
其中,应用科学把学术研究运用到人类具体的需求中。
近年,英国科学委员会为“科学”一词下了新定义:
“科学是以日常现象为基础,用系统的方法对知识的追求、对大自然的理解以及对社会的理解。
”从该定义可以明确看出,将科学分为自然科学和社会科学符合目前对科学的分类。
总体来说,科学是反映客观世界的本质联系及其运动规律的知识体系,具有客观性、真理性、系统性、精确性、一致性(理论内部没有逻辑矛盾)、广泛性(理论可以说明广泛的现象,说明越广泛,这个理论越好)。
此外,现代自然科学还必须符合社会的要求。
在汉语中,“科学”一词最早出现于我国南宋时期。
现代意义的“科学”一同则来自于西方“Science”一词的翻译。
早期曾把它译成“格致学”,后来才翻译成“科学”。
根据科学的内涵,可以把正确的、客观的知识划归到科学的范围。
科学知识的获得是靠科学方法来实现的。
科学方法是实证的方法,要用实验观察来证实。
科学方法也是理性的方法.要用归纳逻辑、演绎逻辑来推理科学方法是实证的、理性的,这在自然科学中尤为突出。
19世纪起源于欧洲的社会科学(人类科学)的基础不同于自然科学。
威廉·狄尔泰在19世纪末阐述了他对两种科学的不同认识和区分方法:
自然科学是建立在实证和实验基础上的,它们是或多或少地服从确定的和可重复性的知识;社会科学则是主要建立在解释基础上,那就是,所有关于人的人类知识是把经历和人的想象用来操作那种经历的结合体。
这就是为什么社会科学具有很强的不确定性。
当一个人能按假定的规则去解释,那就有充分的空间让每个人根据相同的经劳得出不同的结论。
亚里士多德声称社会科学只是一种可能性,就是因为人类的行为和人类现象是由多种原因引起的。
狄尔泰辩说社会科学知识的可能性是因为每个人通过不同的视角来解释现象。
虽然社会科学要求的实证条件要复杂得多,其结局所受到的影响因素也更为复杂,但不能因此就否认社会科学的实证性。
自然科学的科学方法是经过数百年现代科学的发展而建立起来的。
它不仅有自己特殊的逻辑推理基础,更有严格的方式和步骤。
科学的方法是统一、规范的,具有可重复性。
在科学论文里,首先必须向读者交代的是非常严谨的科学方法。
科学方法是科学内部界定的,偏离或不遵循科学方法而取得的知识(形成的观点),也不能称为科学。
不使用科学方法而得到的结论就不是科学的结论,显然无法被认为是科学知识。
(二)近代科学的发展历史
近代科学产生最先是哥白尼(Copernicus,1473—1543)提出日心说,然后从伽利略(Galileo,1564—1642)再到牛顿(Newton,1642—1727)建立牛顿力学,近代科学才开始形成。
英国的培根(F.Bacon,1561—1626)是经验论者,强调归纳法,他认为科学定律是通过归纳得出的;强调知识就是力量,搞科学就是要征服自然、控制自然。
法国的笛卡尔(Descartes,1596—1650)是理性论者,他强调理性的逻辑演绎方法。
这是两种科学观。
正如爱因斯坦所讲的,培根是强调外部的证实,笛卡尔强调的是内部逻辑的完备。
19世纪法国的孔德(A.Comte,1798—1857)是实证论者,他强调的是实证经验。
他把人类的历史分为三个时期:
第一个时期是神学时代,相信上帝和神;第二个时期是形而上学的时代,即哲学时代;第三个时期是17至19世纪,进入到了科学的世纪,就是实证的时代——一切要证据,一切理论要观察实验的证据来证实。
后来的支持者马赫(E.Mach,1838—1916(是一位力学家,同时也是哲学家)也强调实证,一切东西要拿经验来加以检验。
他批判牛顿和康德的绝对时空观念。
因为牛顿认为时间和空间是绝对的,时间永远均匀地在流,空间总是永远无限的在那儿,是绝对的,是先验的范畴,不需要经验来检验,它是先天决定的。
马赫的实证思想对20世纪初的科学革命有很大影响。
受实证思想影响,爱因斯坦
(A.Einstein,1879—1955)的狭义相对论(1905)放弃了牛顿的绝对时空观,认为时间和空间不是绝对的,与人和参照系的运动状态有关。
实证的观点对相对论的创立起很大作用。
在20世纪科学革命以后,维尔纳学派哲学将实证论发展成为逻辑经验论(1923—1936,或者叫逻辑实证论。
维尔纳学派的领袖石里克(M.Schlick,1882—1936)认为归纳法并不能归纳出一个普遍规律来。
实际上,要从经验材料得出一个规律、一个定理,并不是靠归纳法就能得出来的。
比较简单的定理也许可以归纳出来,但像相对论、量子力学这样的理论靠归纳法得出成果的可能性就微乎其微。
所以,后来物理学家使用假说演绎法,即根据一些经验事实提出一个假说,然后由假说再通过演绎推理得出一些可以用实验和观测来检验的推论。
这些推论假如被科学方法证实了,说明这个理论是正确的;如果推论无法被证实,这个理论就不正确,要重新修正。
假说演绎法的根本就是证实。
逻辑经验论者强调,一切东西都要拿出证据来,这是一个核心的思想,也是科学与非科学、伪科学划界的一个标准。
可以用实验、用观察证实的就是科学,不能证实的就不是科学。
但是后来发现,许多理论和定律无法证实,特别是一些全称命题、普遍性命题。
鉴于此,奥地利的波普尔(K.Popper,1902—1994)认为,科学与非科学划界标准就是命题能不能证伪,假如能用经验来证明是错的,就可以用经验来检查;错了的就否定,无法否定、证伪的就保留,这就是证伪主义。
波普尔认为他把维尔纳学派的逻辑经验论推翻了。
但是后来又发现,一个问题要证伪也不是很容易的,有些问题也没有办法证伪。
20世纪60年代,美国科学家库恩(T.Kuhn,1922—1997)出版的《科学革命的结构》提出了新的想法,认为科学的发展是一个历史的过程,不是简单的实验证实、证伪的问题。
因为根据逻辑经验论的看法,科学就是不断地证实。
证实了的就是真理,证实的就不断地积累。
科学发展有一个模式——它由常规科学到发生疑难、危机,产生科学革命,革命以后又产生新的常规科学。
首先他认为科学有一套规范,这个规范里面包括世界观、方法论,包括一些基本理论、概念,这套规范是大家共同遵守的科学共同体。
大家一起按照这套理论、方法、规则进行工作,这就是常规科学。
当出现常规科学规范内解决不了的疑难问题时,就要推翻过去所掌握的一些基本理论、概念,进行科学革命。
例如,牛顿力学变成相对论就是革命性的变化。
革命成功以后又有一套新规范,再继续常规科学,如此不断发展。
二、科学研究
科学研究的广义定义是:
为推动知识的进步所做的一切工作,只要能收集资料、获取信
息、取得数据。
对科学研究的严格的定义是:
为证明某个假设或回答某个特殊的问题所进行的一系列有序的研究(或实验),其目的是为了找到一个确定的答案。
科学研究必须是系统的,并遵守一系列的严格而标准的操作规程或流程。
这些规则大体相似,但在科学的不同领域可以有轻度的变化。
科学研究必须有计划、有组织,经过查阅前人的文献提出需解决的问题,明确研究目标。
第二节科学研究的作用和特点
一、科学研究的作用
科学研究的作用主要体现在科学研究的目的和研究结果上。
事实上是体现在科学研究本身对社会的作用上。
文艺复兴时期以后几百年世界的发展主要靠三个变革期:
市场经济、民主政治和现代科学技术。
三者的结合使整个世界面貌大变样。
马克思在《共产党宣言》里讲:
资产阶级在它不到100年的阶级统治中所创造的生产力,比过去一切世代创造的全部生产力还要多,还要大。
这个时期出现了机器、轮船、火车、电报等。
马克思的《共产党宣言》到今天有100多年,进步就更不可想象了,又出现了飞机、人造卫星、核电站、计算机、互联网等。
生产力的增长就是靠市场经济、民主政治、科学技术这三大“法宝”。
马克思认为,生产力里面包含有科学的力量。
“科学技术是第一生产力”这个理论在我国自改革开放以来的30多年里得到了很好的证实。
例如,以前的水稻亩产量不高,而袁隆平培育出的杂交水稻则使亩产量出现了质的飞跃,解决了我国人口众多、土地相对稀少所带来的人民吃饭问题。
这就是科学给人们带来的实惠,充分体现了“科学技术是第一生产力”的论点。
科学研究通过以下形式改变生产力:
①科学研究的结果彻底改变人们的观念,使人们采用完全不同的思维模式,改变各种自然资源的用途。
例如,水以前用来饮用及浇地,但自从了解了电的产生原理以后,可以用水来发电,再用电作为动力;同样,在了解发电原理以前,煤只是作为燃料来使用的,但现在用煤来发电,其使用效率有很大的提高。
②科学研究结果提高了人们的劳动生产效率。
各种机械的发明使人们的生产效率得到了大力提升。
这在农业生产方面体现最为明显。
人类使用“牛耕人种”的模式,一个人一年种地不超10亩。
但使用机械化作业,一个人耕种的土地可以是几百亩,其效率是前者的几十倍。
③科学研究结果扩展了人们的活动范围。
靠步行,人们的平均活动范围在100km的半径内;靠汽车,平均活动半径增加到约1000km;火车使活动半径增加到约2000km;飞机则使人能在全世界范围内任意活动。
④科学研究结果延伸了人们的肢体能力。
例如,建筑施工使用的吊车可以搬动以前无法搬动的东西。
⑤科学研究结果提高了资源的获取能力和利用效率。
例如,农业中大棚的使用可提高对太阳热能使用效率;新材料的发明使钻探地下的能力更强,能获得更多的地下资源。
⑥产生出新兴产业,创造了更多的就业机会。
例如,汽车行业、电子行业、加工行业的产生都是目前现代工业中重要的就业行业。
⑦延长了人们的寿命。
医学中许多重要研究结果使人们对各种疾病的认识提高,新的预防和治疗手段不断出现,使许多曾一度致命的疾病变得容易预防和治疗了。
这在传染病的治疗方面尤其明显,疟疾、结核、霍乱、伤寒等曾严重影响人类健康的疾病现在都得到了较好的控制。
人类寿命的增加、健康状况的改善又增加了人类的生产能力。
⑧重要发明改变了人们的工作方式与生活方式。
例如,电灯的发明改变了照明方式;火车和飞机的发明改变了人们的交通和运输方式。
这一类发明极大地推动了世界生产力的发展。
计算机和互联网的应用使人类获取信息的方式、时间、范围都产生了重大改变,人们只需坐在家里或办公室就可以在短时间、大范围内通过简单的网络搜索获
得大量充分的信息。
1.改善了生产和生活环境,提高了人类生活质量人类有史以来,改善自身的生活环境就是推动人类进步的原动力。
因此,所有人类的进步都是围绕“改善生活环境”进行的。
现在人们坐在家里就可以看到地球另一端发生的事情;无论严寒还是酷暑,都可以将房间的温度维持在感觉舒服的范围;吃的食物更讲究营养和味道,不再为了吃饱而过分辛苦;穿的衣服更加舒服而美观;住的房屋宽敞、明亮、通风。
所有这一切都使人类的生活环境进一步改善,生活质量进一步提高。
2.提高自然资源利用率,增加了地球对人类的承载能力近100年来,由于人口数量的大量增加,世界各国均感受到了自然资源的紧缺。
提出了对自然资源的3R原则,即“减量化(reduce,再利用(reuse,再循环(recycle”,这是人类实现可持续发展的重要条件。
但是这些措施的实施是以先进的科学研究结果为基础的。
以水的利用为例:
在农业生产中,从原始的水灌溉式的种植到普遍采取的喷灌种植,再到土壤埋管的渗灌种植,使水的利用率提高了数倍,同样多的水资源所能满足植物需求的数量相应增加数倍,为社会提供了更多的粮食,养育了更多的人口。
3.科学研究过程培养人类的科学思维能力科学研究是培养人类科学思维能力的重要过程。
一个人经过科学研究培训过后,其对自然现象的观察能力、综合分析能力和运用能力均会大大提高。
拥有大批具备如此能力的人是一个国家和民族在世界上领先于其他国家的重要动力,也是推动全人类进步的重要因素。
在医学领域内典型的例子是,医学院校附属医院的医疗水平要普遍高于普通医院。
这固然有医学教学的原因在内,但其重要因素是这些附属医院均有开展科学研究,训练了医务下作者的思维能力。
二、科学研究的特点
科学研究在不同时期有不同的特点。
在现代科技快速发展的情况下,科学研究有明显的以下特点。
(一)创新性
在科学飞速发展的大环境下,各种科学研究对创新性的要求日益提高。
创新性是科学研究的灵魂,没有创新就没有科学研究,没有创新的科学研究也不称其为科学研究。
在国家自然科学基金的项目评议指南中明确指出:
“开展创新性的科学研究,力图通过研究得到新发现或取得重要进展”。
对申请项目的评议要明确指出项目的研究价值和创新之处。
除国家自然科学基金以外,部级、省级、厅级、市级科学研究组织机构均把创新性作为科学研究的首要要求。
创新作为一个哲学概念,其内涵可界定为:
社会主体凭借理念和实践超常而首创性地对事物(物质)进行旧质形态向新质形态转化的活动。
创新意识作为一项创造性、突破性的思维活动,根据实践所提供的新的经验材料认识新事物、发现新关系、揭示新本质、创造新概念和新学说、建立新体系,或者是在既有的思想理论的基础上发现各种思想观点之间的内在逻辑联系并且将其整合、建构成为系统的思想理论体系。
创新及其创新意识都为科学实践的发展所必需,都为科学发展发挥推动作用,都需要耗费创新主体的心血和精力。
创新的科学研究是以人的创新素质为基础的。
创新素质是人才生存和发展的根本,是一切素质中最核心的方面。
(二)前瞻性
高水平的科学研究项目要能够抓住各个领域中迫切需要解决的问题,能够看得到问题的存在,找准切入点,探索相应的解决方法。
在本学科存在的众多问题中,哪些具有较大的研
究价值,哪些是重要的,我们一定要有全面的了解。
而去研究那些可有可无的枝节问题并无多少现实意义。
(三)风险性
只要是具有创新性的研究项目,都可能具有一定的风险性。
首先,有些项目在设计过程中本身存在风险,结果有不确定性,有失败的可能;其次,研究项目的设计过程也不可能把所有的条件分析得清楚和透彻,有些人力不能控制的条件可能会影响到实验结果;最后,有些研究结果可能会与设计者的预期结果相反。
因此,科学研究是具有一定的风险性的。
为了减少科学研究的风险性,在进行科学研究的设计时应尽可能将导致科学研究结果出现预期结果以外的条件考虑周到,以增加成功的概率。
(四)目的性
所有科学研究项目必须有明确的目的,要知道能够解决哪一个问题或希望解决什么问题。
目的性不强的科学研究不仅浪费人力,也浪费时间和经费故应将有限的人力、时间和经费用到重要的地方。
(五)可行性
有的研究项目有非常好的前景,也具有创新性,但研究所需要的条件高,研究者不具有相应的研究条件,或者研究所需要的经费多而所申请的费用并不能满足需求。
对研究者来说,这样的研究项目不具有可行性,也是不能进行的研究。
因此,研究项目必须具有申请者所处研究环境下的可行性。
(六)学科交叉性
在各个科学部类内部的不同学科门类或不同学科之间进行的跨学科学研究,称之为跨学科科学研究。
如果在自然科学内部,力学与物理学、化学、天文学、地球科学、生物学等学科门类之间可以相互渗透,可以形成物理力学、化学动力学、天体力学和天文动力学、地球力学、生物力学等边缘学科。
以环境科学为例,环境科学已经形成和在未来发展中有望形成的一级分支学科,目前至少可以列出近百门。
在生命科学研究领域,一是由于现代技术的快速发展,很多研究手段所涉及的研究技术和研究工具通常涉及多个学科的内容,如基础医学与临床学科之间的交叉、应用学科与基础学科之间交汇等;二是研究内容本身涉及多个学科的现象越来越普遍,使研究者要具备多个学科的知识。
多学科交叉的研究往往更具有创新性或实用价值,也是目前国家所倡导的研究方向。
(七)研究设备复杂性
先进研究设备的使用能使研究获得更直观、明确、肯定的研究结果。
科学研究工作应重视设备的投入和使用,但越先进的设备,其结构也越复杂,费用也更高。
例如,使用共聚焦显微镜比使用普通荧光显微镜所获得的图像更为清晰,而且可以在细胞内定位,但是其成本大大增加,操作过程也更加复杂。
(八)向微观、宏观各层次深入
在生命科学研究领域,各种机制研究的开展使得研究内容从整体水平逐步向细胞水平、亚细胞水平、分子水平展开,越来越向微观层次深人。
由于对气候、环境、生态等领域的保护意识加强,又使许多研究内容向宏观层面展开。
因此,现代研究是向微观和宏观两个方向展开。
(九)注重研究的成本效益、结果实用性和社会可接受性
现代科学研究与国家的利益和社会环境日益结合,个体科学家的无偿的、自由的探索正在让位于国家、企业或者社会资助的研究(如我国的奔月计划就是由国家组织进行;再如,基因组计划、“863计划”、“973计划”等重大研究项目都不是由个别科学家的兴趣或研究方向而定,需要结合国家的需要、社会的要求来确定相应的研究方向和研究内容)。
依靠简单的设备和仪器进行的低成本的研究正在让位于更复杂、更昂贵的大科学研究,单个科学家的
独立研究正在让位于网络化、全球化的协作研究。
现代科学研究日益成为一个需要巨额经济支持的庞大的结构体系,研究经费越来越依靠国家和社会支持,对科学研究的投资越来越成为国家利益中的一种关键性投资。
因此,现代科学研究多以国家科技体制确立科学发展战略和政策.以实现对现代科学研究的现代化科学管理。
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