科学思维方法在实际生活和工作中的应用

内容摘要：研究科学思维方法论不仅可以帮助人们提高科学素养，不断增长才干，提高科学的鉴别能力，从而认识当今科学发展的主流和趋势；而且可以指导我们怎样运用自己的智慧，去进行创造性的研究工作。我们知道，做任何一件事情，如果能够切合实际地提出问题，而且又有了解决这个问题的正确方法，那么，这个问题基本上已经解决了一半或一大半。此外，在研究工作中，面对纷繁复杂的客观世界，新情况，新问题层出不穷。使人眼花缭乱的不同假说的取舍，课题的选择，各种线索的鉴别等等，都要求研究工作者不仅要有渊博的学识，而且还要求有高超的鉴别能力和判断力。所有这些，又都与人们掌握科学的思维方法关系密切。可以帮助青少年较快地健康成长，促使他们早出成果，多出成果。

我们知道，具有天赋研究能力的科学研究工作者是有的，但是凤毛麟角。就绝大多数人而言，并非天才。对于这些人，如果给以有系统的思维方法的指导，比听任他们凭借个人的经验，漫无边际地去摸索，无疑会更有助于他们的成长，促进他们早出成果。英国剑桥大学运动病理学教授威廉·贝弗里奇指出：“人们普遍认为：多数人的创造能力很早就开始衰退。对于一个科学家来说，姑且假定他迟早会懂得怎样最好地进行研究工作，但如果完全靠自己摸索，到他学会这种方法时，他最富有创造力的年华或许已经逝去。因此，如果在实践中有可能通过研究方法的指导来缩短科学工作者不出成果的学习阶段，那未，不仅可以节省训练的时间性，而且科学家做出的成果也会比一个用较慢方法培养出的科学家所能做的多。这是另一种推测，但其可能具有的重要意义是值得考虑的。另一种考虑是：为未来的研究工作者所需要的正规教育日益增长，这就有可能会缩短最富有的创造性的年华。也许这两种不良后果都可能因我们所建议的指导方法而有所缓解。

”对于在各级各类学校从事教书育人工作的教师来讲，学习和研究科学思维方法论，可以帮助他们尽快适应当前推行的素质教育的要求，及时改革教学内容和教学方法，全面提高教学质量。在学校的教育工作中，教师不仅要向学生传授各种知识，使学生“知其然”，并且“知其所以然”。而且，更重要的，还应当教给学生运用已有的知识去进行创造性思考和劳动的方法。也就是教给学生如何运用自己的头脑，运用已经掌握的知识作为钥匙，去打开未知世界的宝库。不可否认，科学思维的训练应该主要是学生的自我训练，不能只靠别人的指点。然而在学生时代，如果能从老师那里获得某些研究方法的教益或启迪，或一般原则与思维方法指导，无疑会大大缩短学生参加工作的摸索阶段。

关键词：科学逻辑思维方法运用

学习知识，以何为重？是学习工具的使用方法，还是学习工具的制造方法？工具的使用方法可供思考的地方终归是有限的，学会后便只能是机械的使用，现在，这些在很大程度上都可以让机器来代替，工具的制造者对工具做了改进之后，有些使用方法方面的知识还得重新学习，学习工具的使用方法的人永远只能被动地跟着他人走，制造者在工具中提供了什么，学习者才能看到什么，永远也无法看得更远，他们是跟随者，是接受者。工具的制造者掌握了工具的制造方法，可以主动地对工具进行改进、完善，还可以发明新的工具，他们熟悉工具的制造方法，更熟悉工具的使用方法，他们是开拓者，是创新者。因此，学习应以学工具的制造方法为首，工具的使用方法次之。说得明白一点，在更高的层次来说，在自然科学领域，工具的制造方法是科学的思维方法，工具的使用方法即为各个自然科学领域的解决具体问题的理论和方法。

科学逻辑思维大体上分，包括归纳法、演绎法、类比法、分析法和综合法等。分析是在思维中把研究对象分解为各个组成部分或各种组成要素，并分别加以研究的逻辑思维方法。是一种化繁为简的方法。综合法是在分析的基础上把客观对象的各个部分或各种要素在思维中内在地联系起来，形成对客观对象的整体认识的逻辑思维方法。有些问题，需近看还需远观，“欲识庐山真面目，不可将身置山中”。类比法是根据两个或两类事物在某些属性的相似或相同，推出它们在其他属性也可能相似或相同的一种逻辑思维方法。类比法有很大的猜测性，也有很好的预见性。归纳法，即为从个别到一般，从众多的个体表现出来的规律中归纳出在一定范围内普遍适用的规律。日常生活中，常有用到，只是大多不曾察觉。比如：一方水土一方人，某外地人遇到几个狡猾的湖北人，于是便得出结论“湖北人狡猾”；又比如：某人与数人交好，但终究因对方背信弃义而决裂，于是便感叹世人寡义，世态炎凉，最终或选择终老山林、或选择报复社会，都不乏其人。演绎法即为从一般到个别，从在一定范围内普遍适用的规律演绎出在该范围之内的个体也应具有的规律。这种方法在日常生活中，也有所使用，比如：从梅子是酸的，推出全世界各地的梅子都是酸的。日常生活中演绎法的使用，都不免太过狭隘。以下从数学知识体系的逐步完善过程谈谈广义的演绎法的应用，以及其他科学思维方法的应用。

数学以加法为最根本概念，逐步演绎扩充出其他数学概念、定义。对加法做逆运算，即得出减法运算，相同数字多次相加，即衍生出乘法运算。乘法求逆则推出除法运算，除法诞生后，数的概念就从整数扩展到了有理数，即将小数(或分数)包括其内。相同数字多次相乘，则导出乘方运算，以底数为目的，对乘方运算求逆，则得出开方运算，开方运算的产生，又将数的概念从有理数扩展到了虚数，即将无理数和纯虚数包括其内。若以指数为目的，对乘方运算求逆，则得出对数运算。至此，初等数学中的基本运算都以产生，对这些运算运算性质、运算混合、以及在实际生活中的应用的讨论就构成了小学数学的基本教学内容，以及初高中数学的部分内容。从加法到对数乘方运算的扩展，使用的基本思维方法为化繁为简和逆向思维，用简单的记法代替复杂的记法导出新的概念，从反向考虑问题从而导出新概念。以上所有运算均以数字为基本运算对象，若以符号、或称未知数、或称代号代替数字进行运算，即可导出代数的混合运算，如代数的加减法、乘除法、乘方以及对数运算。这些可以用类比的思维方法自然而然的得出。如果进一步抽象化、一般化，以代数式作为基本对象进行运算，则可得出代数式的混合运算，其中对代数式的乘法运算求逆则得出因式分解运算。从数字混合运算到代数式混合运算，使用的基本思维方法有归纳法和演绎法，数字运算是代数运算的特殊形式，以符号为基本对象的代数运算是以代数式为基本对象的代数式运算的一般形式。代数混合运算如果只包含一个符号(即一元代数式)，且与相等关系运算相结合，即为一元方程，一元方程按代数式的不同形式分，则演绎出多项式方程、指数方程、对数方程、以及超越方程等，多项式方程又进一步演绎出一元一次方程，一元二次方程，即一元高次方程。

代数混合运算等式当然也可以包含多个符号，按包含符号个数的不同，则演绎出二元方程，多元方程，单个二元方程，多元方程没有唯一解，称为不定方程；多个二元方程、多元方程的组合即形成方程组。单个二元方程或单个三元方程即为通常意义下的函数。根据代数式的不同形式，函数又演绎出正比函数、反比函数、线性函数、二次函数(包括圆锥曲线函数)、高次函数、指数函数、对数函数、超越函数等。以函数各值对的轨迹为对象，再引入坐标系，即产生了函数的另一属性----函数图像。在函数图像中讨论研究函数的关系、性质以及函数之间的关系即产生了解析几何学。关系运算除相等关系外，还有小于、大于、不等于等，将这些关系代替相等关系，与函数图像相结合即演绎出运筹学的一个核心内容----线性规划理论。由函数图像又进一步衍生出斜率、拐点、单调、周期等概念。代数混合运算与关系运算相结合而产生的概念，以及对这些概念性质的讨论、内涵的扩充、在实际中的应用则构成了初高中数学的大部分内容。从相关概念的产生过程来看，用得最多的科学思维方法为演绎法，一元、二元、多元代数式皆为代数式的特殊形式，相等关系、大于关系、小于关系均为关系运算的特殊形式。代数式的形式多种多样，中小学所学的各类与代数式相关的知识与代数式的总体相比，不过是最简单的、最基本的，犹如沧海之一粟。难怪牛顿晚年曾这样自比：“我不知道这个世界将来怎么看我，对我而言，我只不过像一个在海滩边玩耍的男孩，偶然间发现了一粒比较圆的石头，和一个比较漂亮的贝壳，就觉得很愉快，但是在我前面，尚未被发现的石头、贝壳仍然多如大海。”二元代数等式中的符号可连续取值，也可离散取值，连续取值即为函数；离散取值，且其中一符号取连续整数值，则为数列，线性代数等式离散取值即为等差数列，指数代数等式离散取值即为等比数列，等差数列前后两项之差为一常数，等比数列前后两项之比为一常数，有较好的性质，因此课本中讨论得最多。其他众多二元代数等式也可取离散值，从而演绎出其他众多数列，可见等差数列，等比数列也犹如数列中冰山之一角。

二元函数衍生出了斜率的概念，斜率即为二元函数图像在某一点的变化率，为两个无穷小的比值，将这个比值用简记法化繁为简，则导出求导运算，对求导运算求逆，即为积分运算，二元代数式可进行求导积分运算，多元代数式也可进行求导积分运算，从而演绎出高等数学中的双重积分、多重积分以及多元微分等。多元代数等式中的符号，可以代表数字、代数式，也可代表对一代数式进行单目运算的结果，积分与求导都是单目运算，如果将其对代数式进行运算的简记符号代替多元代数式中的符号，即演绎出微分方程、偏微分方程。多元代数等式的形式是多种多样的，高等数学以及数理方程中所涉及的微分方程或微分方程组，也只是微分方程世界里最简单、最基本的一片区域。从数列的产生过程和微积分思想的产生过程来看，所用的科学思维方法也还是演绎法，以及逆向思维和化繁为简的简记法。离散取值和连续取值皆为二元代数式的特殊取值方式，线性函数等式与指数函数等式都是二元代数等式的特殊形式。二元代数式微积分和多元代数式微积分均为代数式微积分的特殊个体对象。如此一直推导演绎下去，近现代数学其他的一些分支，如复变函数、泛函，也可由此逐渐产生。回过头来看看，所有这些概念都是从再简单不过的加法概念经过不断的变化、扩充、演绎而逐步衍生而出，可以设想，如果对加法概念稍作改动，建立起来的将是另一个数学王国。

这个世界，乍看上去，千奇万状，变化无穷，难以捉摸，莫非确实如此？计算机程序多种多样，甚是繁杂，可以说，是迄今为止最复杂的人造物，须不知其本质却是极其有限指令集中一条条基本的指令，只不过这些有限的指令，按不同的顺序，不同的搭配重复出现而已；现代电子设备日新月异，新式设备层出不穷，其内部结构越来越复杂，可这些表象的背后却是一个个简单的元器件；世间万物，有生命的，没生命的，看似纷繁复杂，千形万状，可其本质却是元素周期表中一个个基本的原子。一切事物，包括科学文化知识，不管其结构多么复杂，也不管其表象多么扑朔迷离、多姿多彩、奇形怪状，只要能洞察出其演化蜕变的规律，窥探出其本质，就能以不变应万变，将其完全置于掌控之中。

参考文献

斯蒂芬·F·梅森《自然科学史》，上海人民出版社，1977年版；

《关于思维科学》，上海人民出版社，1986年版10月；

李少白《科学技术史》