科学研究的方法范文

导语：如何才能写好一篇科学研究的方法，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：逻辑实证主义；证伪主义；科学研究纲领方法论

近代西方科学以其区别于经院哲学和宗教教义的崭新面貌，宣告了人类探索知识的新视角的出现。现代西方科学哲学从19世纪中期以来的发展，在20世纪逻辑实证主义那里达到了一个小的高峰。何种理论是科学的、非科学的、伪科学的？也就是所谓的科学的划界。评价一个理论是好的、不好的？为进行这些评价建立一些标准或拟标准，这些问题是科学哲学家和各学派都在研究和探讨的问题。

一、逻辑实证主义观点

逻辑实证主义本质上从经验主义观点出发, 运用现代逻辑分析把科学哲学看作“经验科学知识论”也就是看作认识论的主要部分或分支。他们提出了著名的“ 证实原则”,并依据这种原则来抽象的考察科学的逻辑结构, 来静止的进行科学理论的逻辑分析。”但是这样一来逻辑实证主义就陷入了内在矛盾中: 一是有限经验不能上升到一般; 二是经验观察不具备绝对性和独立性。这使科学哲学走向“ 批判理性主义”的发展。逻辑实证主义的这一理论在逻辑实证主义真正衰落后才使人们得以认识到，在大多数情形下，对科学发现的行为是无法进行逻辑分析的，逻辑所涉及的只是证明的前后关系。在波普尔的科学哲学中，猜想和批判构建了科学进化的逻辑形态。 批判理性主义即波普尔的证伪主义，构成反对或反驳一个理论的最终裁决者。一个理论要成为科学, 它必须是可证伪的。证伪主义通过用证伪来取代证实,是对传统经验主义的一种批判，从可证实性到可证伪性的转变是一个历史性的进步。波普尔以可证伪性作为科学与非科学的划界标准, 打破了科学即真理的神话, 具有更大的合理性。

二、证伪主义观点

证伪主义方法论在科学发展观上认为科学发展不是知识的积累，而是科学理论的更替。旧理论不断地被，被新理论所取代的过程。猜想是科学应具有的创造精神，批判和否证则成为科学诞生和发展的前提条件，经过批判、否证、竞争得来的科学，生命力旺盛，进步也迅速。而传统的对科学发展的看法是认为科学知识是不增加的，发展是一个直线的，知识累积的过程。这是归纳主义的科学发展观，也是大众所接受的。但它们同时都具有一定的片面性。库恩从科学史的研究出发，提出了归纳主义和证伪主义方法论对发展观的片面性。他认为，归纳主义忽视了科学史中科学革命的阶段；证伪主义则片面的以科学革命阶段来代替整个科学活动，而忽视了科学中受传统束缚的常规活动。真对这两种理论的片面性提出了自己对科学发展观的新看法。库恩认为，科学发展的模式就是由一常规科学传统转变另一个常规科学传统，两个传统之间则是非常科学或科学革命的插曲。这是科学进步的中断，常规科学传统是由一个公认的理论决定的，这一理论包含着研究方法和技术，它指定什么疑难问题要加以研究，并指出什么样的解决是可以接受的，库恩称这样的理论叫做“范式”。基本概念是：在一个时期内给科学家集团提供模范问题与解决的普通公认的科学成就。

三、科学研究纲领方法论的形成

拉卡托斯修改波普尔的朴素否证论、吸收库恩的范式思想的基础上建立起自己的理论思想，提出了肯定科学理论具有内在整体性结构的“精致证伪主义”或“科学研究纲领方法论”的科学哲学理论。精致证伪主义认为经验的破坏的反驳并不能淘汰一个理论，任何一个理论都不是孤立存在的，而是互相联系，具有严密的内在结构的完整的理论体系。与朴素否证论的一个重要区别就在于，它是用理论系列的概念取论的概念。拉卡托斯将这一理论系列称为科学研究纲领，他指出只有以科学理论系列或科学研究纲领为对象，才能正确地理解和阐明科学的韧性和科学发展的继承性等问题。

科学研究纲领由硬核、启发法与保护带构成。硬核指科学研究纲领的形而上学概念。启发法分为反面启发法与正面启发法。反面启发法禁止反常指向硬核。正面启发法包括一组部分明确表达出来的建议或暗示。以说明如何改变、发展研究纲领的可反驳的变体， 如何更改、完善可反驳的保护带。保护带是指一系列论证说明硬核的理论和假说。出现反常时, 科学家通过调整保护带中的辅助假说, 使反常仅仅反驳某一个辅助假说, 从而保证硬核不被反驳。一个科学研究纲领，如果经过调整辅假设后经验内容增加或能对经验事实作出更多的预言和解释，那么这就是一个进步的纲领，否则就是一个退化的纲领。

依拉卡托斯的观点是一个研究纲领的消失，是被一个进步的研究纲领所取代了，而不是由于它们被事实所。同时他认为，在淘汰一个萌芽时期的研究纲领时要慎重。不要急于淘汰一个处于萌芽状态的研究纲领，处于萌芽状态中的新的研究纲领往往不完善，这对于波普尔的朴素证伪主义正好相反，较之更加宽厚地对待年经的纲领。另外，对于原有的退化的研究纲领不要急于淘汰，在原有的已退化的研究纲领中有可能新生而转化为进步的研究纲领。拉卡托斯的科学研究纲领方法论所体现的整体性思想，是西方科学哲学理论评价思想中普遍缺少的。这是拉卡托斯对科学哲学的一个重要的贡献。 拉卡托斯的科学研究纲领较为恰当的把握、规定了科学的范畴。最大进步就是他承认不同的科学研究纲领之间有其共同的, 合理的标准。这就是他的科学进步的标准；承认不同的研究纲领之间也有共同的方法。这样, 他既克服了波普尔证伪主义的简单性, 也纠正了库恩的相对主义; 既坚持了科学的理性原则, 又引进了历史主义观点, 从而启发了人们对科学作逻辑与历史, 理性与非理性相统一的理解。关于科学的划界标准,它得出适当的解决，但是所解决的并不是原来的划界问题，而是解决的在进步的问题转移和退化的问题转移之间划界的问题并非是科学的与非科学的陈述之间划界的问题。拉卡托斯的科学研究纲领方法论企图把科学结构的逻辑模型与科学发展的历史模型统一起来做一种新的尝试。拉卡托斯认为自己的方法论模式比其它任何方法论模式都更符合科学史, 因而是最进步的科学研究纲领方法。它这一研究纲领吸取了证伪主义的批判性，却又避免了波普尔理论的脆弱性，它不是孤零零的一个理论，而是相互联系的一个理论，这样加强了“反常”情况挑战的集体搞击力和韧性。具有库恩科学发展模式的稳定性。可以说拉卡托斯的理论评价思想在西方科学哲学的发展史上起到了一种继往开来的作用。（河南师范大学政治与管理科学学院；河南；新乡；453007）

参考文献：

［1］ 库恩.科学革命的结构 李宝恒等译, 上海科学技术出版社 1980年

［2］ 拉卡托斯. 科学研究纲领方法论 ,上海译文出版社 1986年

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关键词：自然科学；社会科学；研究方法；差异

自然科学以物质自然界为研究对象，它起源于人类对各种自然现象的困惑，是人类生产实践和科学实验经验的概括和总结，是关于自然界各种事物和现象的性质及其发展规律的科学。社会科学则以人类为中心，研究和解释社会现象及其发展规律的科学。它的研究主体是人，因而具有价值性和复杂性的特点。对社会科学和自然科学方法的比较研究，有助于我们了解它们各自具有的功能。这不仅为深入探讨科学研究方法的体系与结构提供必要的依据，而且也为在科学研究中更好运用自然科学方法以及社会科学方法提供必要的理论支持。

1 研究方法主导的方法不同

所谓主导方法是指“在同一领域，在众多的方法中，经常被用到的起决定性作用、处于主导地位的一类方法。”自然科学把实验（试验）方法作为主要的研究手段。在自然科学领域，大量的、新的、精确的和系统科研资料，往往是通过试验而获得的。而社会科学的研究途径则以观察或调查研究的方法为主，例如问卷法、访谈法、统计分析法等。

实验方法与观察方法在本质上的不同之处主要有以下几点：首先从内容上看，实验方法是简化、纯化、强化、优化研究事物的自然过程或以典型的形式再现客体。而观察方法是在对社会所发生的现象和过程不进行人工干预或控制的情况下进行有计划有目的观察，尊重客观的社会过程。从特征上看，可重复性是实验方法的根本特征。就是说，在相同的实验条件下，实验结果决不会因人，因时，因地而变化。重复此项实验，应该得出相同的实验结果。不能重复再现的实验结果是不能作为相关的科学理论的客观支撑点。而社会现象则因时间和地点不同有着不尽相同的内容，即社会历史不具有重演律。

当然自然科学研究中也会运用到观察的方法，为了将二者进行区分，笔者将自然科学中运用的观察方法称为科学观察，将社会科学中运用的观察方法称为社会观察。就研究主体的身份而言，科学观察是一种非参与式观察。而与其不同的是，社会科学的研究者不一定都是以旁观者的身份进行研究，社会观察还包括参与式观察，研究者既是研究的主体，同时也是研究的客体的一部分。

此外，自然科学主要使用定量的研究方法来进行研究，而社会科学除了使用定量的研究方法外，还大量使用访谈、参与观察等定性的方法。这是因为自然科学研究和的对象领域是物质世界，而社会科学研究的对象领域人类社会中参杂有精神世界的要素。社会科学研究涉及到社会行为、社会关系、社会结构和社会文化等多方面的内容，而这些内容除了具有物理系统的非线性动态机制的复杂性之外，还具有凭借人自身的经验来进行内在调适和学习的复杂机制。尽管其中存在着内在的量化关系，但是这种内在的量化关系是极其不稳定的。因而，社会科学研究往往采取定量研究和定性研究混合的方式进行。

2 研究方法的结构不同

根据研究方法适用范围的大小和概括的程度不同，自然科学的研究方法一般可以化分成三类。一类是最普遍的研究方法即哲学方法和逻辑方法，它适用于一切科学（包括自然科学、社会科学和思维科学等）。二类是适用于各门自然科学的一般研究方法，例如观察、实验（试验）、模拟、数学等方法（广义的观察、实验和数学等方法，研究社会科学也需要）。三类是适用于某一门或几门自然科学的特殊研究方法，例如在生物学研究中运用解剖法研究生物的构造和功能的关系。根据人类认识过程的发展顺序和深度不同，自然科学研究方法又可以划分为两种类型。一类是通过科学观察、实验、模拟、调查获取感性经验材料的基本方法――经验方法。二类是通过对科学技术研究资料的加工得出科学结论的基本方法――理论方法。例如科学抽象法、各种逻辑方法、想象和灵感、数学方法、科学假说等等。由此可见，自然科学的研究方法具有多层次性，且在每个层次里，经验法和理论法是相互交织在一起的。例如在许多基础科学理论研究中，研究者将研究工具、仪器设备作用于研究对象从而获得第一手事实材料，在这一阶段研究者使用观察实验和模拟等方法。然后研究者运用经验方法进一步将事实材料进行加工和整理。再次研究者把通过经验方法加工获得的事实材料，通过科学抽象，使用数学、逻辑、模型、归纳、演绎、假说、等方法上升为科学理论，这个阶段所使用的方法即为理论方法。因此可以看出自然科学研究方法是呈立体网络状结构。

社会科学研究方法包括三大领域――社会科学研究方法本身、与之相关的统计方法以及计算机统计软件的应用（如SPSS）。社会科学的研究目的有探索、描述、解释和评价四种。科学家在进行探索性研究时，往往采用定性的方法。问卷调查、实地研究、内容分析等在描述性研究中较为普遍使用。解释性研究常常需要运用相关性分析、线性回归等方法进行。而评价研究则较多的采用实验研究和比较研究。可见，社会科学研究方法的结构是平面化的。

社会科学在研究过程中虽离不开理论思维方法，但更多运用的则是感性认识的方法。社会科学试图说明个人和群体的动机和行为，以及社会制度对它们的影响等复杂现象。这些现象往往不能在人为控制的条件下直接观察到或者加以量化，而更多的是依赖于人们的感性认识。因此，社会科学的研究呈现出大体上以感性方法为主，理论方法为辅的平面结构状态。

3 研究方法的特性不同

3.1 刚性与弹性

自然科学较为关注数据，它总是在受控的条件下收集数据，并把数据作为检验理论的一种方法。其研究结果具有很强的可检验性。在同等的条件下，运用适当的方法，得出的结论大体上是一致的，研究结果的可信度很高。这是因为，不同的研究者在运用同一种自然科学研究方法时要求严格遵循方法本身所给出的规则，也就是说自然科学的研究方法具有一定的刚性。

而社会科学的很多研究，尽管在同等条件下，运用同样的方法，得出的结论并不是唯一的。例如，两个研究者在同一时间运用同样的方法――比较法对相同的两个社会群体的文化心理进行比较研究，得出来的结果却有很大的不同。原因就在于研究者在比较对象时，待入了不少主观选择性，所观察和比较到的结果自然不一样。可见，社会科学研究方法具有一定的弹性。

3.2 精确性与价值性

自然科学的研究强调在同样条件下运用同一方法的可检验性，也就是说自然科学研究方法更具有精确性。其研究结果依赖于实证数据的支撑。例如，在经典数学中，科学家用微积分方程将力学、热力学、电磁学等等的基本规律一一地表示出来，然后运用这些微积分方程去解决问题。自然科学研究方法之所以具有精确性，是由于它本身的研究对象和目的决定的。在对自然现象的性质和运动规律的描述中，往往描述的是量的关系。事物的量虽然常常以变化的形态出现，但这种处于变化形态的量，在每个确定的条件下，也是有确定的值的。即使是数学中的概率与统计规律，其量的变化也是有规律的。

与自然科学不同，在社会科学研究中，人们的价值观对研究目标、研究工具、研究路径的选择产生了极其重要的影响。研究者在探索中渗透着个人的价值观，在数据中参杂着个人意愿。例如，为了考察城市居民对外来流动人口的接受性程度，我们可以采取问卷调查与访谈相结合的方式。首先问卷的设计就会因人而异。由于研究者对这个题目的主观感受不同，所以所设计的题目的侧重点和考察点就会有很大差异。有的从邻里关系的角度来考察，有的从城市居民对外来人口的评价来考察。其次，访谈中，即使访谈的提纲一样，调查者在记录被访者的回答时，也会因为个人价值的差异而使得记录的侧重点完全不同。调查很容易被个人情感所驱使，对受访者产生同情、怜悯等心理。虽然社会科学研究一再强调价值中立，但社会科学研究方法上的价值性不可能完全的消除。

4 结束语

自然科学和社会科学在研究方法上存在明显差异。自然科学以实验方法作为主要的研究方法，其研究方法具有多层次性、刚性和精确性，呈现立体网络状结构。社会科学以调查研究方法为主要研究手段，其研究方法具有平面化、弹性、价值性的特征，呈现平面结构研究状态。在二者的研究中，我们需要采用正确的研究方法，才能正确的描述研究对象，得出正确的结论。

参考文献

[1]栾玉广.自然科学技术研究方法[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2003（8）.

[2]蒋逸民.社会科学方法论[M].重庆：重庆大学出版社，2011（6）.

[3]唐盛民.社会科学研究方法新解[M].上海：上海社会科学院出版社，2003（9）.

[4]A・F・查尔莫斯.科学究竟是什么（第三版）[M].北京：商务印书馆，2007（11）.

[5]刘国建.自然科学与社会科学方法比较研究[J].探求，2004（3）.

[6]梁枫英.社会科学与自然科学的嬗变及和谐发展[J].济南大学学报，2003（4）.

[7]刘伟伟.从价值论的视野看自然科学与社会科学的方法论差异――以马克斯・韦伯的价值中立原则为例[J].晋中学院学报，2008（8）.

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一、问题的提出

自主学习是当今教育研究的一个主题，“指导学生自主学习的科学方法研究”是“教师专业发展研究”的一个子课题。《基础教育课程改革纲要（施行）》中明确指出：“注重培养学生的独立性和自主性，引导学生质疑、调查、探究，在实践学习，促进学生在教室的指导下主动地富有个性地学习。”在当前的教育改革形式下，如何指导学生自主学习方法的科学研究成为我们小学教师讨论的热点问题。结合我校的实际，我们提出了“指导学生自主学习方法的科学研究”的课题研究。

二、课题界定

所谓自主学习，是指学生在教师的科学指导下，通过能动的创造性的学习活动，实现自主发展的过程。根据国内外学者的研究成果，我们可以将“自主学习”的特征概括为以下3个方面的特征：1.自主学习是一种主动学习，主动性是学习的基本品质，学生在学习活动中表现为“我要学”。2.自主学习是一种独立学习，独立性是自主学习的核心品质，在学习活动中表现为“我能学”。3.自主学习是一种无任何监控的学习。

三、理论依据

《基础教育课程改革纲要（试行）》在论及基础教育课程改革的具体目标时指出：“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械的现状，倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。”从我校现状来看，学生独立提出问题，分析问题和解决问题的能力亟待提高。要解决这些问题就应该从研究教学策略着手，特别是从研究怎样教会学生自主学习，培养其自学能力。

四、课题研究过程

经过课题组成员的共同努力，我们做了如下工作：

第一阶段：准备阶段，2月，学习立项通知精神，做好开题论证工作。2.选课题，使全体成员明晰课题研究的意义及步骤，进一步优化研究方案。3.申报立项。2012年3月，组建研究团队。1.组织教师学习相关理论，提高教师自我反思、同伴互助的意识，为课题研究创建和谐、信任的人文环境。2.分配任务，明确分工研究任务。

第二阶段：实施阶段2012年3月，继续深入学习本课题的相关理论知识，课题组成员深入各年级调查、了解教学情况和学生的学习情况（包括学习态度、学习方式、学习成绩等情况；开展教研活动。2012年4月-5月，通过上示范课、听课、评课、说课等形式指导年轻教师如何备课上课和反思，传授教学经验和指导学生自主学习的方法。2012年7月，撰写教学随笔、案例和反思，采取学习研讨、集体备课、群体反思、跟踪改进等灵活多样的形式，在反思中不断提高。2012年8月，组织教师到北流市、玉林市培训学习，带回了好的教学经验和方法。2012年9月，进行提升培训，学习教育教学理论，为全县教师技能大赛充电。2012年10月，举行校级赛课和教育教学理论考试，选拔优秀教师参加县级赛课教育教学理论考试，推选5名优秀教师参加县级赛课。11月，5名优秀教师参加县级赛课教育教学理论考试，有2位教师获得一等奖，有3名教是获得二等奖。2013年1月，我们进一步完善课题研究，查漏补缺，进一步完善教师指导学生自主学习的科学方法。2013年2月举行成果展示，展览实物图片，观摩学习，交流典型经验。在课题研究中，研究人员积极参与教科研工作，主动学习教育教学理论，通过研究课、观摩课、优质课在教研组形成了良好的教研氛围，提高教师的教育教学水平。随着课题研究的开展，课题组研究人员在教育科学的理论指导下，教师素质和科研水平不断提高，撰写了一批与课题相关的经验文章（教案设计、教学随笔、教学反思、教学论文、教具和课件制作等），写有13篇论文（获奖6篇，并刊登在省级以上的刊物）、10篇案例分析（获奖4篇），教师指导学生作文，有6篇发表在《小学生作文报》上，获奖课件2个，有5位教师获得毕业班教学成绩超市标奖，有6名教师被评为优秀班主任，课题组成员成为学校教学的中坚力量。

第三阶段：结题阶段：2013年3月，课题组成员收集各种材料、总结、整理研究论文，撰写结题报告，上交总课题组。进行经验交流，实验教师的研究论文结集，在教学实践中推广应用。

五、课题研究方法

1、行动研究法。课题组立足课题研究单位的实际情况，广泛搜集了小学生自主学习所面临的关键问题，寻找一些有效对策，教师转变了教学观念，改进教学方法。

2、案例研究法。课题组选取了教师指导学生自主学习的典型案例，研究其成功经验，并在全校教师中推介这些好经验。

3、调查研究法。课题组采取问卷和访谈的方式，对全校小学生自主学习的现状进行了调查，总体上了解到了全校小学生的自主学习的状况、教师对自主学习的基本看法、部分学生自主学习的好方法等。

4、文献研究法。围绕我校学生自主学习的问题，课题组做好了文献综述，收集了解国内外已有的部分研究成果，组织课题组成员进行认真学习，为本课题的研究工作提供了借鉴和参考。

六、课题研究的目标和内容

本课题的研究目标是：实验的总体目标在于转变传统的学习方式中学生被动性的学习状态，探索出适合小学生年龄特点的、适合于大班额学习环境的新型的学习方式，以促进学生学习主动性、能动性、独立性不断生成、张扬、发展与提升，从而培养学生的创新精神和实践能力。

本课题研究的内容是：课题组研究人员在广泛学习的基础上，结合自身教育教学实践，开展课题研究，将“学习、实践、研究”融为一体。1、自主学习、发现问题、提出问题。2、根据问题收集事实、证据。3、分析和处理信息，形成解释并对信息的可靠性作出评估。4、表达与交流、修正与完善解释。

七、研究成果

1.教师的素质和教学水平不断提高。课题组成员通过参与本课题的研究，教学观念进一步更新，教学方式进一步转变，驾驭课堂教学水平得到了可喜的进步，为了激励教师、展示我校学习方式研究成果，在校级和县级的赛课中，中青年教师的风采与学生的学习水平得到了县教研室领导的好评。

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关键词：整体科学；定性研究法；目的启发法；概念创新法

中图分类号：N03

文献标识码：A

文章编号：1671-1165（2013）01-0084-06

自然科学可以分还原性科学和整体性科学。随着科学发展，人们发现许多现象不能进行还原和分析研究，需要从整体维度上把握。或者对于同一个研究对象，既需要还原性研究，同时又需要从整体上研究，二者缺一不可。从整体上进行研究的学科领域可以称之整体科学。整体科学是以独特的整体作研究对象，这种研究对象往往具有不可还原的系统性和复杂性，或者把整体还原部分将会丢失整体的某些属性，从而使得还原研究有时候价值不大。博物学、生物学、中医、天文学、气象学这样一些学科在很多方面需要从整体上进行研究，从而很大程度上属于整体科学。

传统上，科学哲学将物理学作科学的基本范式，坚持认可以证实或者证伪的理论才算科学。基本思路是强调还原、分析，将研究对象简化、纯化、理想化、数学化，注重规律的可重复性和实验的科学方法，这种传统就是还原性科学。还原性科学主要是指以分析和还原思路的研究，包括物理、化学以及分子生物学等学科。物理、化学、分子生物学主要研究事物要素与要素或者要素与整体之间的关系，属于还原性科学；博物学、进化论和中医等学科主要研究事物整体及其关系的发展变化，属于整体科学，适用整体科学方法。整体科学研究对象具有整体性和复杂性。“生物学的现象和过程是复杂的，对于复杂系统不能形成严格的定律。生物学的对象，如物种、基因都是变化的，因而不能形成普遍的概括。”

一般来说生命系统的整体性和复杂性程度很高，贝塔朗非的《一般系统论》就是从生命现象的系统性开始研究的。由部分有机地构成整体后，会有新的东西突现出来，整体大于部分之和。

古代科学倾向于整体科学，因古代还没有对事物的基本组成部分进行分析研究，还没有还原、分析的科学手段。到了近代，实验等实证方法则成经典物理科学的主要方法，机械力学的研究一般采用简化、纯化和理想化的方法，物质结构被还原到分子和原子层次，这时才有条件研究世界的细微结构。到了20世纪，还原方法的局限性逐渐显现，有些整体性现象的研究很难适用还原、分析性的实验方法，或者整体现象难于用分析思维进行解释，于是系统论应运而生。整体科学提供了与还原思路完全不同的研究视角，补充和矫正了分析和还原研究的不足和片面性。因此从科学史上看，科学发展遵循“整体科学（古代）――还原性科学（近代）――还原性科学+整体科学（现代）”的路线演进，符合辩证法的正反合循环。

复杂的整体事物从结构和理论上都不能还原部分，还原性科学无法解释整体科学所描述的复杂现象。整体性和复杂性使得整体科学跟物理和化学的研究方法根本不同，如进化论需要用整体科学方法进行研究，主要方法有定性方法、历史叙述方法、概念方法、目的启发方法等，观察、比较和分类方法在整体科学研究中比在还原科学中占有更重要地位。

一、观察、比较与分类方法在整体科学研究中的地位

在整体科学中，观察、比较与分类方法是常用的方法，所起的作用很大。“包括中医在内的中国古代的大量博物学著作，大量采取了‘类比取象’的认知方式。类比方法的本质是，在不同事物中发现、建构出相似的成分，以同代异。……在描述类科学（包括博物学）中，默会知识、个人知识是存在的。”

实验方法在很多科学问题研究中并不适用或根本无法施展，如在进化生物学中观察方法已上升到科学方法的重要地位。观察不需要改变整体观察对象，而实验要改变研究的整体对象，改变对象达到实验目的的条件。实验的重要特点往往是纯化、强化研究对象，采用分析的方法，实验方法往往造成整体研究对象状况的改变，而生物体或者生态系统等是系统整体，常常不容拆解，因此实验方法往往达不到所需要的研究效果，某些情况下不适用于整体科学研究。而观察和比较是在保留整体研究对象原貌的情况下进行的，而不是在孤立情况下进行的，比较适于复杂对象的研究。

观察是在自然现象自发发生的情况下进行的。对于天文现象，人不可能改变它，只能用可观察信息进行推断，并提出假说进行辩护。观察和实验都是事物自然性质的呈现，在生物学中由观察所产生的知识比实验要多。很多生物学家就是博物学家，观察是获得经验材料的主要手段。

实验方法要控制、改变研究对象，人设定研究条件，而整体科学对象在大多数情况下是不可以控制、人改变的，人们只能在自然发生的情况下进行研究，如天文、生物、行科学等的大多数研究对象，只能用观察、比较和分类的方法，或者将它们结合在一起综合运用。

整体科学中也有规律，不过整体科学规律的陈述往往不是全称的，不具有普遍意义，而观察、比较和分类法是获得整体科学规律的主要方法。如果不拆解整体，只有采用保持原型的观察和比较方法，这两种方法实际上是不可以分开的，往往同时进行。比较法包含着类比逻辑，经过相同和差异的比较，往往可以得出概括性结论，也可以使用类比方法进行推理，对事物进行归类并使之条理化。

在整体科学研究中，一方面有整体性研究，如进化论和中医研究，依赖观察和比较进行研究，对系统整体的描述和解释不可能还原成物理、化学科学的定律；另一方面，实验方法有时也还是要使用的，不过其地位不及在物理化学中重要。还原式的分析研究在分子生物学中取得了成功，可以有效研究基因组的结构及其表达等。物理主义者往往重视分析、还原和归纳，他们认实验才是唯一的科学方法。整体研究方法跟还原分析的研究策略十分的不同。对前者，观察、比较和定性叙述是主要方法；对后者，实验和数学是主要方法。只有将两种研究思路互补利用，才有利于获得更全面的科学认识。

二、定性研究方法

整体科学的特点在于按照整体进行研究，整体作研究对象都是独特的、唯一的，没有两个完全相同的整体事物。仅仅运用数量方法并不能反映整体事物的独特性，定性研究只能在一定程度上被采用。在对整体事物的特征和变化进行描述时，对性质的表述具有重要作用。数学计算的重要性在生物学中大大削弱，定性的说明对生物过程和性质、状态更重要，进化生物学中大多数现象都是通过定性的推理来解释。达尔文的进化研究是一种定性研究，并在此基础上建立概念结构。博物学是定性的，分类学与解剖学也如此。

定性与定量方法在具体运用中各有优势，二者是互补的。达尔文的《物种起源》主要是定性研究，仍然能成改变人们世界观的名著。经济学既有定量研究又有定性研究（如《资本论》）。经过很多数学家和经济学家的运算，美国的经济体系2008年仍然发生了累及全球的金融风暴。数量经济学家不能通过繁杂的定量计算来预测和规避这场危机，在危机发生后倒是有很多人对马克思的定性经济学著作《资本论》很感兴趣。不是数学家的计算不精确，而是整体经济运行过程的随机性因素太多，如果像数学方法那样模型化，将复杂事物进行简化、纯化和理想化处理，那么繁杂的定量计算结论与现实之间总是会有偏差的，因此在不否认数学方法作用的同时，也不能夸大定量计算的作用。

数量模型方法也是生物学研究的重要方法，数量遗传学可以解释不少现象，但是把基因当成计算的基本单位，显然是做了过于简化的处理，并导致部分生物学家对它的诟病。迈尔认基因型具有整体性，基因不是理想的那种成数量计算的单位，基因型之间还有很多关联，数量遗传学不过是“豆袋”遗传学。有人认：“科学研究中如果仅仅运用日常定性的自然语言，就不可能描述现象的内在联系。数学语言把抽象能力和精确性带给了科学。”这种说法对物理学是正确的，对整体科学就不一定对。

物理学的特征是将运动、力和质量数量化。数学方法是还原性科学的重要方法，促进了近代科学的产生和发展，数学使得模糊不清的东西变得清晰和精确起来。对比之下，进化论与此不同，它更适用于性质描述。生物个体的特征和差异、系统结构、信息传递、生态系统演变等都是需要定性研究的。人们如果把这些性质、特征转换成定量描述，就会失去生物现象的真正意义。如果尝试将适于定性研究的生物学现象转换成数学语言，定会困难重重，不如定性表达简洁、顺畅、切合实际。习惯于定量研究的科学家认仅仅通过定性表达的知识是非科学的，只能起到模糊描述和分类的作用。其实这是对定性研究方法的偏见。当然并不否认定量研究在生物学的很多领域中是重要的，这种重要性并不能排斥其他场合的定性研究。

三、历史方法

物理学是较早的带头学科，科学哲学早期是在物理学特别是力学的基础之上发展起来的。严格因果决定论是机械论的理念，预测和解释被看成是对称的。在机械论流行的时候，时间与历史的维度往往被忽视。而生命起源、太阳系起源、宇宙起源的各种学说都具有独特的历史性质，独特性和连续性是进化历史的突出特征。现代的进化生物学、生态学以及天文学离不开时间和历史的研究。定性方法和历史方法离不开对性质和历史的叙述，因此进行叙述性表达非常重要。

按柏拉图的本质论思维很难理解过程的独特性和连续性，从而忽视历史性叙述的重要性，并企图按定律将之公式化。达尔文的《物种起源》就是采用历史叙述的方法完成的，而不是进行定量研究。物理科学和力学定律对科学和哲学思想的影响深远，然而并不是一切科学都像物理学那样以数学基础，在许多人看来进化论的科学依据并不充分。胚胎学、古生物学也是历史性科学，生物性状是由历史形成的遗传程序所控制，遗传程序的演变也是个历史性过程。

在整体科学中，不是由全称的定律陈述来解释现象，而是通过历史性叙述作出解释。历史性解释是整体科学的基本表述方式。当研究生命历史中的独特事件时，就需要叙述性解释。叙述性解释与物理学中的定律不同，进化过程中的某一事件需要作叙述性解释时，这一事件就不是某一类中的一个例子，而是独一无二的，它只发生一次，并按不同方式重复出现。历史性叙述之所以具有解释意义，是因较早的事件往往是其后事件的原因，历史性叙述的目的之一就是后续事件寻找原因。

四、概念创新方法

整体科学的发展更多地借助于概念创新。整体科学的研究对象具有特异性和多样性，整体科学具有历史性、独特性和复杂性，它的定律没有理化科学那样重要，然而定性叙述与概念创新却能起到很好的概括作用。

系统整体层次的概念和理论很难还原到物理、化学层次的概念和理论，例如自然选择、性选择、竞争等概念不能还原到分子层次，因此整体科学很难在物理、化学层次上得到准确有效的描述和解释，即使描述也是不完整的。一些整体层次的过程不可能只根据物理定律或化学反应来阐述。用生物学概念所表述的许多结构和过程在非生物界根本就不存在，因此同一事件在不同层次的概念结构中进行表达可能具有完全不同的意义。

整体科学只能在整体层次上进行概念的构建和创新，概念创新在整体科学的理论发展中显得特别重要。整体科学研究者可以用整体层次的概念来理论化，利用叙述方法进行表达。整体科学中主要依靠概念创新推进科学的发展。

整体科学不仅仅是搜集新事实，创新性地提出一个新概念或许比发现新事实更能把科学推向前进。在整体科学中，大多数重要进展是由引入新概念或改进现有概念而取得的，如进化生物学和中医科学都是如此。

在某种程度上，某一整体科学的突破主要在于科学概念的提出和突破，如自然选择等概念的提出使人们对生物进化机制和过程有了新的理解。有时发现进行理论表达的词汇非常贫乏，补充新概念就是丰富学科内容。然而在科学内部引进一个新概念很困难，往往受到旧范式的抵制。概念的重要创新往往导致范式的转换。当然，观察或者通过实验获得新的科学事实可以促进整体科学的发展。没有新事实的发现，科学研究就缺少鸟儿飞翔的空气。提出新概念与发现新事实是互补的，二者同等重要。

五、目的启发法

按照逻辑实证主义的传统，目的性不是一种纯粹的因果关系，目的性与逻辑实证主义的原则和经验陈述之间是矛盾的。尽管目的论符合逻辑，但很难直接用观察和实验进行证实。目的性在现实世界是确实存在的，并且追问目的是不可替代的问题研究方式。使用目的论陈述和弃之不用的效果截然不同。目的论语言的使用可以转化成一种方法论。

目的论语言与因果论在本质上是不同的，试图将目的论语言转译成纯粹因果论陈述很难成功，因在转译中不可避免地要损失目的论语言的一部分关键信息。在整体科学中的目的论陈述是一种必不可少的科学语言，目的论陈述具有鲜明的指向特征。生物学中目的论陈述很常见，如海龟上岸以便排卵，如果换成非目的论的陈述就是：海龟上岸并排卵，这时就有关键信息遗失了。

追问目的的方法富有启发意义，目的启示法是整体科学研究的重要方法。目的性不是形而上学的，而是当代科学的重要内容。适应与自然选择是生物获得目的性的原因，它将结构与功能、目的与现象连接起来。例如，当讲到生物适应环境可以提高生存的几率，“适应”就是一种目的性概念，具有启发作用。适应主义者认生物的每一种结构必有其存在的理由，探索这种理由就成他们的任务，这正是在利用目的启示法。进化论是从目前的生物结构与功能的相互演变关系来进行解释，以现在的现象和理论解释以前的事件，所以必须采用目的性原因追问的方法。不用这种方法就难以研究这种重要的因果联系。“达尔文进化论需要提出什么的问题：通常只有由自然选择选中的生物性状才能进化演变。这性状或行程序必须在生物的生存或繁殖成功上发挥作用。要承认这一前提就必须问某个性状什么存在，也就是说它在特定生物的生命活动中起什么作用，只有这样，才能完成动因分析。”

在探索生命奥秘中，目的论研究是十分必要的。例如，研究花朵颜色就要问虫媒花什么长得如此鲜艳，风媒花什么没有美感。了保持人的血压平衡，生理上应该有什么样的机制和化学反应？如果不了解它，我们对花的生长机制就不可能真正理解。“以理性超越、驾驭感性，被视理所当然。但博物学提醒人们要重视感性，通常感性并不比理性差。”

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关键词: 中学物理教学 自然科学 研究方法

中学物理教学重视使学生了解、掌握一些自然科学研究方法,不仅对学生毕业后的学习和创造性的工作有益,而且对学好中学知识也有好处。因为学生的学习方法,实际就是在教师指导下探索、研究客观事物的方法。方法对,就学得好而快;方法不对,就要走弯路。

在中学物理教学中涉及的自然科学的一般研究方法,主要有观察、实验、抽象、理想化、比较、类比、假说、模型、数学方法等。我在此仅就其中一些从教学、教材角度谈些想法。

一、观察

“观察”通常是指人们考察处于自然状态下的事物,即在人们不对客观事物施加影响的情况下,对事物进行研究。在物理学的发展中,观察方法是很重要的,如牛顿力学是从观察天体运动中总结出来的,观察宇宙射线仍是研究高能粒子的重要方法。

学生的观察兴趣,最初是出于好奇,特别是年龄小的孩子,遇到新鲜东西、新奇现象舍不得走,要看个究竟,这种出于好奇的观察兴趣是不稳定的,只满足于表面了解。物理课应该把出于好奇的观察提高到有目的的观察。所谓有目的的观察,不只是有明确具体的观察对象和要求,更重要的是引导学生懂得观察是人类研究客观世界规律的和种基本方法,而且在观察中注意分析、比较,寻找各有关因素之间的联系。

教师应该注意使学生养成良好的观察素养。首先,观察要有客观性,对于观察中感知的各种资料,实事求是地对待。其次,观察要抓住主要的东西,抓住跟观察目的有关的方面,要有步骤、有次序,尽可能细致。科学的观察都要有详细的记录。物理教学中作为作业布置给学生的观察,最好也要求记录,培养记录的习惯和能力。记录要求真实、简明、具体,字数不要多,几十个字、一百多字或者列个表格填上数据就够了。

总之,教师应该培养学生成为乐于观察、善于观察的有心人,防止形成漫不经心、视而不见的草率作风。

二、实验

“实验”是人们根据研究的目的,利用仪器、设备,人为地控制或模拟自然现象,排除干扰,突出主要因素,在有利的条件下研究自然规律。

中学物理中的实验,根据不同的分类标准可分为演示实验和学生实验,定性实验和定量实验,探索性实验和验证性实验。中学的探索性实验,涉及的参数都不多,实验时一般是依次改变其中之一来考查它的影响,最后概括出反映各参数关系的规律。演示时学生了解这样的考查步骤,在观察中他们的思维便会处于更积极的状态,同时也懂得这种用实验来研究问题的方法。

物理学史上不少著名的实验,如卢瑟福粒子散射实验、查德威克发现中子的实验等,限于设备,目前一般中学不能演示,但在课本里还是写上了。课本这样做,除了考虑到它们是重要规律、理论基础,并且有助于发展思维,还考虑到可以使学生从这些具体实例中领会物理实验的一般方法。例如,每个实验都包括提出实验任务,确定实验方法并研究如何实现,对得到的实验资料进行逻辑加工得出结论等阶段;实验的每个阶段都跟理论紧密交织着,都要用已有的理论来指导;科学仪器能帮助人们克服感觉器官的局限,使感性认识更加客观、精细、准确,因而科学仪器的设计、使用对实验的成功起重要(有时甚至是决定性的)作用。

为了确定一条物理规律,教师通常只提出一个实验,因而可能使学生误认为一个实验就可以发现一条规律。教师应该向学生指出:任何一位实验科学家,在得出他最后的科学结论之前,都是采用过多种方法,做过几十次、几百次的实验,处理过浩繁的观测资料,经受过多次的失败和挫折;任何一项实验发现在得到公认之前,至少要为另一位研究者所重复证实;而事实常常是一个题目同时有许多人在独立研究,相继得到同样结论,或是一项实验发现一经发表,立即有许多人重复这个实验加以检验。在科学研究中,实验的每一步都离不开理论的指导(虽然从总体来看,实验是理论的基础),在中学的学生实验中也应该注意引导学生手脑并用,把实验跟理论紧密结合起来。这不仅只要求学生明确实验目的和结果跟所学理论的关系,懂得实验设计所论据的物理原理,而且实验过程中的每一项操作都应该联系已有知识考虑应该怎样作,而不是不动脑子机械地照书上写的去做,或者盲目地去试。对于高年级学生教师还可以引导他们运用已有的知识分析考虑误差的来源和减小办法。为了防止学生只动后不动脑,课本从初中第一册后半本起,在学生实验中学再具体列出实验步骤,而把实验目的、原理、器材、步骤综合起来叙述,要求学生预习,自己安排实验步骤。

三、类比、假说、模型

“类比”是根据两个事物在某些方面的相同,推论它们在其它方面也可能相同。“类比”与“比喻”不同。“比喻”是用某些有类似点的事物来比拟想要说的某一事物,它是一种重要的修辞方法,目的在于使人们对所要说的事物获得生动鲜明而深刻的印象。“类比”是一种重要的逻辑推理方法,目的在于使人们认识新的事物。人们总是在已有知识的基础上去认识新事物,即把新事物与熟悉的事物加以比较,当发现新事物的某些属性跟熟悉的某事物的某些属性桢或相似,就往往用类比的方法,推测它们的另外某些属性也相同或相似。

惠更斯根据光也像声波那样能发生反射、折射,而推论光也是一种波动,提出了光的波动论。德布罗意根据光的波粒二象性而推论微观粒子也具有波动性,提出了物质波的概念。这些都是物理学史上应用类比方法提出假说的实例。

在物理课中,把电场拿来跟重力场类比,把电流拿来跟水流类比,是常用的教学方法。

在物理学研究中,常常把假说、理论形成物理模型来加以探讨。一个好的物理模型,不但便于直观、形象地想象、假说,而且可以简化从已知事实预见新事实的过程。

除了上面谈到的这些研究方法外,数学方法也是中学物理课中应使学生得到训练的重要方法。因涉及的问题比较多,需要专门讨论。

参考文献:

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【关键词】小学数学；课堂教学；方法，研究

数学教育是发展教育事业中的重点学科，它不是单纯的应试教育，不仅与我们的日常生活息息相关，同时更是国家进行科学研究发展科学技术的基础。小学生的数学学习虽然相对较为简单，但是在学习过程中很多学生会出现粗心、学习不够深入等学习问题，不利于学生打下扎实的基础[1]。很多地区在落实课堂教学效果上并不好，学生缺乏学习数学兴趣，这值得引起广大小学数学教育工作者的反思。因此广大小学数学教育工作者应该采取有效的课堂教学方法，增加学生的数学学习兴趣，促进学生学习具有主动性，从而提高课堂效率。

1.小学数学课堂教学概述。

20世纪50年代后，我国就有许多数学教学学者就开始对小学数学的课堂教学方式进行研究探讨，从多个角度对小学数学教师在教学过程中要以学生在学习过程中取得有效知识为主要教学目的的最基本教学方式，教学质量有保证，让学生能够通过学习获得更多的数学知识和技能，而不是简单地为了完成教学任务和讲解课标知识点而教学，这是贴合我国新课改的课标要求的一种教学方式，符合现代化教学[2]。因此小学数学教学具有以下这三个特征：①亲历性。是指学生在课堂上作为主体而不是小学数学知识的被动接受者，在学习过程中能够积极主动地参与到老师的教学过程中，积极主动地学习，亲身感受到学习数学的乐趣和数学的真谛；②情景性，是教师在教学过程中要创造出生动、形象的数学学习情景，营造一个良好的学习氛围，从而提高学生学习数学的兴趣，让学生能够积极主动地区探索数学知识；③实践性，教师在教学过程中要融入生活实践的体验，让学生明白理论与实践的密切关系，指导学生在日常生活中应用数学知识，学生通过对学习实践的体验，加强对数学知识的认识和理解，用自己的思维方式去处理生活中的问题，切实体验到学习数学的成功与快乐。

2.小学数学课堂教学中存在的问题

当下，我国的小学数学教学中还存在着许多问题，尤其是学生两极分化的现象严重。虽然近些年来，我国一直在对九年义务教育进行改革，从教学内容、教学模式等方面大力推行新课改。但是，新课标的教学方式在小学教育中并没有得到全面普及，尤其是在小学数学教学方面。还有部分数学教师在课堂上依旧沿用传统的“满堂灌”教学方式进行教学，学生主置不能突出，没有与学生进行适当的互动，没有考虑到学生的吸收理解能力[3]。学生很少是通过自己的独立思考去接受数学知识和总结数学学习技巧，对数学的学习就会觉得特别困难，学习效率低下。这样，学生会产生消极的学习态度和厌学心理。或许有些老师采用多媒体进行讲解课程，但是他们的课件也只是简单的图文结合，虽然看似脱离了对板书的死搬硬照，但实际上还是脱离不开对书本的依赖，而且对于小学生的理解能力的提升也毫无帮助。例如在人教版小学数学教学中，“几何图形”这一知识点的学习中，教学时要通过具象的图形展示和生活中相应的应用举例，学生对图形记忆就容易记忆，否则就容易遗忘或者在生活中对应不上；人教版小学数学教学中的乘法口诀表这一知识点，教师没有带领学生找出相应的规律教导学生记忆，很多学生出现记忆效率低下或者记忆混乱等问题。

3.小学数学课堂教学方法

小学数学教师在课堂教学的过程中，根据现阶段的教学要求和教学现状，了解学生学习特点的基础上合理地组织和开展教学活动，激发学生的学习兴趣。数学知识源于生活、应用于生活，让学生们从现实生活中学习数学，让学生们在课堂上学习好数学知识，最后能把所学到的数学知识应用到现实的生活中去，解决现实生活中所遇到的实际问题。数学教师在进行小学数学的课堂教学时要联系生活，让学生在已有的生活体验中来学习数学，教学内容的选择上要更加贴近的生活。我国的新课程标本要求我们的学生去主动的学习，要让我们的学生勤动手，勤动脑，乐于去探究所学习的知识，小学数学教师要让学生充分的动手，让学生之间相互的交流合作，主动的学习数学知识，这样才有利于学生对于数学知识的进一步掌握与了解，进一步加强对数学的兴趣。新的教学理念认为：学生的学习应是实际应用数学的过程。学生通过实践体验，经过自主探索、积极思维，这对于学生的发展是十分有利的。因此数学教师要不断地拓展学生的体验，为后续学习积累新的经验。例如人教版小学数学中教学“锐角和钝角的认识”时，先给学生复习有关角的知识，运用学生上学期已懂得画比直角大的角和比直角小的角的基础上，要求学生按上面的要求画多个方向不同的角。由此总结锐角和钝角教学的要求和做法，学生一下子就明白了锐角和钝角的概念：自己以前画过的比直角小的角，原来就是“锐角”；比直角大的角，原来就是“钝角”。学生很快地认识和掌握锐角和钝角的特征；然后，放手让学生动手操作：“折一折、画一画、比一比”等制作出各种类型的角，学生在制作角的过程中又感知角的另一个含义――角的大小与边的长短关系。于是，我通过实物展示对学生进行讲解，使学生对“锐角和钝角的认识”更具体化。

总之，随着我国教育事业的发展，课堂教学方法得到了许多老师的支持。作为一名小学数学教师，我们要改变以前传统“满堂灌”的教学方法，强化学生在数学课堂上的主体地位，提升小学生数学学习的兴趣，让学生在课堂上体验到数学知识的魅力，并能主动从数学的角度运用所学知识寻求解决问题的策略，使学生获得良好发展，进而提高小学数学的课堂教学质量。

参考文献：

[1] 沈清秀. 以学习为中心的小学数学教学探析[A]. 北京中外软信息技术研究院.第四届世纪之星创新教育论坛论文集[C].北京中外软信息技术研究院：，2016：2.

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关键字：有效教学 有效备课 有效导学 有效讲授

【分类号】G633.7

《课堂有效教学方法的相关研究》的研究实验于2010年9月启动，现进行了一年多的实验。实验启动之后，本人积极投身于实验之中，实验初，本人拟定了实验工作计划，学期中，认真实验，勇于探索，取得了较好的成绩。学期末，本人认真总结经验，发现问题，努力寻找解决办法，同时撰写论文。现将阶段实验情况总结如下：

一、从高中教学的现实状况来看，传统课堂教学评价的弊端严重制约着课堂教学效益的提高。

从目前高中教学的现实状况来看，传统课堂教学评价的弊端严重制约着课堂教学效益的提高。例如，强调“样样俱全”的指标。而“样样俱全”的所谓优秀课常常使教学忽略学生学习的实际需要。结果使得许多观摩课中的不少环节就是为了迎合评课的标准而设计的，没有顾及学生在学习中知识和能力以及个性发展的实际需要。教师没能做好学生学习和探究的促进者、启发者、指导者和合作者。这样的课学生收益能有几何？

二、高中教学中的现实需要有效教学理念的指导

有效教学是为了提高教师的工作效益、重视学生的全面发展、强化过程评价和目标管理而提出的、目前得到教育界普遍关注的一种新的教学理念。阐释“有效教学”，首先应弄清什么是“教学”。所谓“教学”，是指教师引起、维持或促进学生学习的所有行为。那么“有效教学”，就是指教师在引起、维持或促进学生学习的行为过程中尽可能获得最高效益，说得通俗些，就是追求用最少的教学时间获得最好的效果。这里的“有效”，不只停留在学生的知识建构方面，还包含学生的情感体验和个性发展等。

三、有效课堂教学的实施策略

1、有效备课

现代的课程观把课程理解为一种以人类生活经验和个体生活经验为内容，通过学生在生活世界中对这些内容的批判和反思性实践，沟通学生的现实生活和可能生活中发展性的教育中介，教师和学生是这样的发展性教育中介的创生者。而“生活世界”是课程内容的范围。课程内容不应该是单一的、理论化的书本知识，而应该给学生呈现人类群体的生活经验，并把它纳入到学生的生活世界中加以组织，使文化进入学生的“生活经验”和“履行情景”。

策划课堂45分钟，提高备课的有效性，优化教学设计。尤其是关注备课中的信息采集，要求有比较大的教学信息量，扩大信息来源，并且要求信息要贴近生活，贴近时代，追寻学科前沿。“把最能体现现代社会发展的知识教给学生，把教学引入学科领域的前沿”。我们在学习《影响化学反应速率的因素》时，以实验探索为线索组织教学，通过创设类似的科学研究的情景，让学生主动地去探索、实践、发现和体验，以还原知识形成的本来面目，并注重学生对结论的自悟与发现，以便向学生渗透科学思想、科学方法的教育，培养学生的科学精神和分析解决问题的能力。

2、有效导学

一段时间以来，化学教学存在着课时少课堂容量大的问题，教师通过一些自编提纲或是多媒体来提高课堂容量，通过研究性学习和校本课程以满足部分化学爱好者的需求。上课往往是老师满堂灌，学生一门心思的记笔记，一节课下来，教师教的很累，学生学的很苦。

导学案的设计一定要汇集集体备课的智慧，才能体现出新课改所要求的三维目标。围绕这一指导思想，我们在达成实践课堂导学案模式之初就制定了详细的计划，每一课时都有主要负责人，至少经过三个人的修改（这些工作至少要在新授课前两周完成），然后集体备课来讨论补充完善。可以说每一份导学案都是我们集体智慧的结晶，是教学资源的有效整合，也最大化的实现了教学资源共享。

3、有效讲授

优化讲解，重视课堂讲授的时效性和实效性，倡导简洁、精炼、有效度的课堂讲授，优化课堂结构，重组环节步骤，重视信息流的整合和有效信息的输载，研究课堂信息的交互性和有效传输。

（1）利用多媒体手段，激发学习动机

根据由具体到抽象的认知规律和中学生的心理特点，可以通过直观手段以图象、动画、影像、声音等多种媒体来反映事物本质，逼真地表现事物的存在和动态变化，吸引学生的听觉和视觉，诱发学生思维，达到激发学生学习动机的目的。

例如，在学习“有效碰撞”这一内容时，用HI分子之间的碰撞动画来指导该理论的学习，在整个课堂教学过程中，以图像、动画、声音等多媒体手段来层层揭示事物的本质，吸引学生去听、去想、去学。

（2）优化教学形式，激发学习动机

采用探究式教学模式，让学生主动参于学习过程，体验问题解决的愉快，是激发学生学习动机的一种有效的方法。我们主要采用问题探究式、讨论探究式、实验探究式等容易让学生主动参c的教学模式，使学生在亲身体验中获取知识、锻炼能力。

（3）优化知识点理解，激发学习动机

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关键词：文物科学保护；实质；方法；准绳

中图分类号：K87 文献标识码：A 文章编号：1005-5312（2014）02-0192-01

文物保护是一门新兴的文理交叉并重的综合性学科，其内容是多方面的，对文物进行保护时的方法也不是唯一的，可以有多种选择，这就需要对文物保护准绳有深入的理解。文物属于历史长时间沉积下来的物质遗产，是承载着人类深厚历史文化的积淀，因此，对文物做好保护十分重要。本文就文物科学保护方法进行了研究，以期能为类似工作的进行提供参考借鉴。

一、文物保护科学的实质

文物属于特定历史时期的社会产物，从物质的角度来讲，文物由诸多材料构成，所以文物属于物质范畴。所有物质都在内部进行着永不停止地发生运动，期间外因又会其作用，物质本身就会出现各种性质上的变化，物质原本的的结构和性能也会发生改变，物质材料会逐渐老化、出现变质甚至发生毁灭，文物也包括其中。换句话说，文物保护学就是对破坏文物的各种因素进行研究，从而在保护文物的技术方面制定更科学合理的标准。

二、文物保护科学的研究方法

文物保护在过去的话，把工作的侧重点单单放在了经验总结和技术修复上面，没有详细地对学科基础理论进行研究，所以现在一直在本学科向前发展的过程中起着阻碍的作用。文物保护科学这一概念里，“保护”这个词具有着双重含义：首先，要对环境进行严格控制，这样就可以把因为环境因素而引发的文物材料老化变质现象扼杀在萌芽状态；其次，就文物自身材质来说，要采取一些人为手段，使文物保持稳定状态；再次，如果采用了上述方法都没有效果时，为了防止文物继续老化变质，就很有必要对文物来进行修复处理，重新使其组成材料恢复稳定状态。所以，文物保护学不仅是科学，更是技术，它有着独特的研究对象和方法。

1.文物保存环境研究首先要对一点进行明确，文物保护学中的环境与我们通常所说的环境是不一样的。一切可以对文物产生影响的外界因素外界因素，都可以归纳到文物保存环境的研究范围里。文物保存环境研究的任务是对各种途径，方式、规律展开研究，这样有利于合理措施的制定实施，把环境因素对文物的影响降到最小值。这样我们可以看出，文物保护学所讲的环境包括了一个很大的范围，我们通常所说的环境只是属于其中的一小部分。

2.文物材料的研究外界环境因素给文物材料老化变质只能算提供了部分条件，文物能不能长期被保存下来，构成文物的材料性质才是关键点。对文物材料进行研究，就是要应用物理领域、化学领域、生物领域的研究方法来对文物材料的组成成分、性质进行研究，这样可以清楚地了解材料的老化过程，制定有针对性的防止老化的措施，给文物的科学保护工作打下良好的基础。

3.文物修复技术研究文物的修复工作，涵盖了两个方面：第一是指针对出土时已经破碎不堪的文物，为了将其进行利用而完成的修复工作，又叫作修整复原；第二是指为了对文物进行保护开展的修复。如果文物材料呈现极快的老化速度、并且程度也很严重时，再不对其实施修复措施，更可能无法保存甚至毁灭，此时就一定要实施修复措施来对文物存在的时间进行延长。修复的最终目的就是使文物更长时间地、更好地保存下来。

三、不改变文物原状的准绳

在当前的文物保护领域，针对文物历史价值和艺术价值的论战一直存在，但是也有个别的国际性协议是大家共同遵守的。世界各国一致认同这样的准绳：对文物所进行的一切保护与修复都要用完善的理论研究材料作为基础，不要对文物材料在结构与装饰上进行改造。我国通过长期的实践工作，将这一点总结归纳成“不改变文物原状”准绳。考古学家进行工作时常常会具有很大的局限性，在特殊的一段历史时期里，不能够将文物包含的全部信息揭示出来。为了利于后人继续进行研究，一定要确保文物物质实体具有真实性和可靠性，这就决定对文物所做的保护措施，一定不要使文物原本的状态发生改变，文物保护工作中这是一条基本准绳。

四、考古现场文物保护的准绳

考古现场文物保护主要指从文物被发现出土，一直到送到实验室的一段时间，在这段时间内对文物进行的抢救性或者是临时性的保护。文物被埋在地下的时候，和所处的环境会逐渐构架成稳定的一种状态。只要进入平衡状态，文物材料的变化速率会放缓直到停止。人们把文物发掘出来的一刹那，文物重新进入到新的环境里，它与先前地下环境之间构成的平衡状态被打破，一定程度上会遭受来自物理、化学及生物方面的严重破坏，有可能受到致命的伤害。

和实验室比较起来，考古现场没有完善的试剂药品，也没有高科技的仪器材料，许多条件不够完善，所以现场保护工作都只是暂时性的，很多时候进了实验室还需要对这些措施进行去除。所以，考古现场针对文物所使用的技术手段和材料，一定不要给实验室后续进行的处理和考古工作带来负面影响，在考古现场文物保护工作当中这是总准绳，与实验室文物保护准绳相比较这也是最明显的区别。

考古现场文物保护属于在特定场合中进行的特殊文物保护，一定要对以下几点进行注意：

1.少干预准绳。已经可以确保文物处于安全状态，就应该减少对文物的干预。如果文物在出土时呈现比较良好的状态、可以不经过处理进行保存，就不需要进行处理。只需要进行正确包装，就可以进行保存，一定要牢记的就是最少的处理就是最好的处理。2.可再处理与可逆性准绳。可逆性通常是说针对文物进行一些处理，在以后还可以在不影响文物现状的前提下将其清除下来。可再处理性通常所知的特性就是即使存在无法清除的材料，也不会对后续的处理和研究造成影响。可再处理性任务所有文物保护处理技术都称不上是最完美的，往往都带有局限性和阶段性。一但超出阶段，很可能有更新、更好的技术出现。以此方面考虑的话，对文物保护的可再处理性进行强调具有很强的可取性。3.事先取样准绳。考古发掘工作在进行以前，要根据前期对文物调查、勘探得到的信息，设计科学合理的规划。考古发掘中任何一项处理，都会或多或少地给文物造成污染，导致不准确的分析效果出现。所以，事先取样准绳在现场是特殊的一项准绳。

五、选择文物保护材料的准绳

如今，高分子材料呈现出迅猛发展的趋势，更多的高分子材料开始在文物保护领域得到应用。目前，国内外用于文物保护材料里，大部分都是从其他领域“转换”而来，不是文物保护专属性的材料，所以会存在着一些缺陷。例如现用额文物胶粘剂就不是很理想，其具有“不可逆性”这样的致命缺点。破碎的文物如果进行粘接后，想要不对器物造成破坏，很难重新进行分解，后续的校止工作是无法完成的。目前仍然没有开发出完美意义上的胶粘剂，很多文物的粘接工作都是用环氧树脂来完成。

文物具有不可再生的特点，这也就决定文物保护材料必须拥有特殊的功能，和其他的保护材料相比要具有很大的不同之处。对文物保护材料进行选用时，要注意以下几点：

1.不改变外观的准绳。文物防水剂、封护剂等一些用在表面的材料都要受这个特点制约。因为颜色在文物所承载的信息里是重要的一项，如果把有色材料加到文物上，材料颜色和文物原来的表面颜色会发生叠加作用，致使文物颜色发生变化，这样做就和“不改变原状”的基木准绳相互矛盾。2.长期耐久性的准绳。文物保护的宗旨就是把文物的寿命尽可能地延长下去，这决定了保护材料必须在很长的一段时间内持续具有保护功能。如果保护材料有着很快的老虎速度，对文物进行再次处理需要浪费大量的人力和财力，造成不必要的浪费，同时防护材料老化失效也会在一定程度上给文物带来损伤。文物保护材料同样受客观规律的影响，会有老化变质的现象产生，这一点是无法改变的。所以，进行保护材料的选择时，要选择具有优良性能、老化周期时间长的材料。同时，保护材料一旦老化后，所产生的产物对文物要不会产生破坏，在文物保护材料选择方面以上都是最基本的要求。3.性能最佳的准绳。之所以进行文物保护材料的选择，就是为了可以将文物某一方面原有的性能进行最大限度的改变。所以，文物保护材料一定要具有独特的功能特性，也要具有最优秀的性能。

六、结语

综上所述，文物是特定社会历史时期的产物，文物的重要意义正在被越来越多的人们所认识，随之文物保护也受到全社会的广泛认同与重视。文物保护并非是一种简单的技术手段，而是一门文理科交叉并重的科学。本文就文物科学保护方法进行了研究，相信对有关方面的工作能起到一定的参考借鉴作用。

参考文献：

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——以函数关系统领初中科学探究性实验的设计与操作

湖州三中科学组： 严佩龙ypl00@tom.com

初中科学的学习，其目标之一就是“必须体验科学探究的过程，学会一定的科学思维方法，以解决自身学习、生活、工作和社会决策中遇到的问题”，而“突出科学探究”是科学新课程的五大基本理念之一，学会科学探究是新课程要实现的四大目标之一，也是科学新课程改革的一大亮点。

科学课程中明确列出了探究过程的六要素，分别是：

1．提出科学问题

2．进行猜想和假设

3．制定计划，设计实验

4．观察和实验，获取事实和证据

5．检验和评价

6．表达和交流

但是，在学生科学探究能力的培养中，处核心地位的是实验设计。其中所蕴含的科学性、可操作性和程序性是学生难于把握的。

按实验在科学认识中的作用，可以把科学实验分为析因实验、对照实验、中间实验和模拟实验。其中对照实验探究对于培养学生科学探究能力有极大的重要价值。

一、对照实验的过程分析

人类对自然的认识，不仅限于现象的认识，更要揭示其本质规律。实验方法是一种科学认识事物本质的手段。

对照实验过程：①对所观察到的现象提出问题

②分析影响实验现象的因素，作出各种假设

③分析现象产生的各种影响因素，确定各类变量，进行实验设计，制订可操作性的步骤。

④按设计好的程序进行实验，对实验现象——观察到的和记录的数据进行处理分析。

⑤归纳出实验结论，确定上述假设的真伪。

⑥将实验结论公布发表

二、实验设计中的变量分析——无关变量（k）、实验变量（x）和反应变量（y）

现以导体电阻大小的影响因素为例加以说明。

现象：不同导体的电阻大小不同

假设：导体的电阻R的大小可能与导体的材料ρ，长度l和横截面积S有关

探究：导体电阻R的大小是否与材料ρ有关

实验设计中的变量分析：

无关变量：影响实验现象的因素往往不止一个。当我们设计实验时，往往要控制一些条件保持不变，只留下一个变量，这样才有利于对实验结果进行科学的归因。

本例中，要比较电阻R与材料ρ（电阻率）的关系，必须控制两导体相同的长度l和相同的横截面积，

无关变量：由于这时实验结论得出与这两个因素无关，故称无关变量，它是基于实验的目的而定的。在数学函数关系中，相当于常数K；

实验变量：即自变量x，指实验中由实验者操纵的可变因素或条件。

本例中，即实验操纵导体的材料应不同。如用镍铬合金丝和铜丝；

反应变量：从函数角度，即因（应）变量(y)，指实验中由于实验变量而引起的变化和结果。

本例中，由于材料不同而引起不同导体的电阻大小的不同，即电阻R的大小。

通常，实验变量是变化的原因；反应变量是变化的结果，二者有因果关系，而无关变量是产生结果的条件。

以上分析，从物理学角度，导体电阻大小受导体材料、横截面积、长度以及温度的影响，它们的关系符合：R＝ρ，当探究R与ρ的关系时，可写作：R＝·ρ从数学函数关系来看，符合y=kx一次函数（即正比例关系），其中，应变量y是R,自变量x为ρ,而k即。

如果要实验探究R与S的关系，则符合y=,即R＝ρ·。其中， 常数k（无关变量）是ρ，自变量x是导体横截面积S，R是应变量y，可见，导体电阻R与导体横截面积S之间成反比例关系。

三、变量分析思想在化学实验中的应用

示例：湖州三中某206班的探究小组同学在学习了催化剂的知识后，他们想研究氧化铜能否在氯酸钾的受热分解反应中起催化剂的作用。

提出问题：氧化铜是否在氯酸钾分解制氧气中充当了催化剂的作用？

作出假设：氧化铜在氯酸钾分解制氧气中充当了催化剂的作用。

反应变量检测原理：氧化铜的存在改变了氯酸钾的分解速率。

变量分析：影响氯酸钾分解速率的因素，可能有氯酸钾的用量大小、反应容器的大小、加热时对酒精灯火焰大小的规定等等，使它们成为无关变量。而在一支试管（充当反应容器）中加入一定量的氧化铜粉末，另一支试管中不加氧化铜粉末，这样，使加与不加氧化铜作为实验变量，即自变量x(也就是实验变量)，至于反应变量，当然是氯酸钾分解所得氧气的速率大小了。但是，对于反应变量，在探究实验中如何用可操作性的方法来检测是很关键的：本实验中，探究小组的同学用了如下的方法：

将氯酸钾分解产生的气体通入水槽中，看气泡放出时的速率，观察加了氧化铜的氯酸钾加热分解产生氧气的速率，与不加氧化铜的那份氯酸钾分解产生氧气气泡时速率有没有改变。在此，同学们又发现，导管的长度和粗细也会影响气泡产生的先后和速率，因此，采用了同样粗细和长短的导管，这样，使它们也成了无关变量加以控制，可见，变量分析出应该是个动态的过程。

最后，同学们设计的对比实验如下：

①任取两份相同质量的氯酸钾，分别放入两支相同的试管，在其中一份中加入经精确称量的n克氧化铜粉末。

②将两份氯酸钾同时在相同的条件下正确加热，将放出的气体通入水中观察放出气体的快慢。

③停止加热、冷却，将原先混有氧化铜的反应后的混合物加水溶解，心小过滤，得滤出物，洗涤并干燥。

④观察滤出物的状态和颜色。如果发现是黑色粉末状固体，则继续作如下操作：

⑤用天平称出黑色粉末的质量，观察并记录，看是不是仍为n克。

⑥将滤出物和炭粉混合，在密闭容器中高温加热，将反应产生的气体通人澄清石灰水中并观察实验现象。

结果预测：如果两支试管中的氯酸钾分解速率不一样，且

Ⅰ：反应后称量黑色固体粉末（即步骤⑤）仍为n 克；

Ⅱ：步骤⑥中实验结果出现黑色粉末变红色现象，且澄清石灰水变浑浊，说明氯酸钾分解反应后，所加的氧化铜没有被分解。

小结：以上对照组实验变量分析可知，对照组实验的函数本质是：y=f(x)，即反应变量y关于实验变量x的函数，当然，作为y=f(x)中，无关变量k是隐含的，它作为对照实验的控制条件，是同样的。

四、生物探究实验设计中的函数关系

由于生命现象规律的探究对象是生物，因此，必须考虑生物材料的特殊性，主要表现在：实验时除必要的无关变量控制外，还必须提供生物生存的最基本要素，如生存空间和食物来源以保证正常的生命代谢，不能让生物都在病理条件下进行对照组实验。

示例：湖州三中204班科学兴趣小组的同学从池塘里捞取一些青蛙卵进行人工孵化，在适宜的温度下孵化后，他们想用实验探究一下甲状腺激素对蝌蚪发育的影响。他们的思路是：利用所孵化的蝌蚪，提供相同的玻璃缸两只，甲状腺激素制剂少量和池水若干，培养数天后发现，两只玻璃缸中的蝌蚪相继死亡。他们去请教了教他们的沈老师，她看了他们的实验设计，情况如下：

第一步：将两个相同大小的玻璃缸分别贴上标签A和B，分别放入等量池水。

第二步：取他们用同一批卵孵化的、健康状况良好且正常的蝌蚪各一百只，分别同时放入A和B两个玻璃缸中。

第三步：在A玻璃缸中加入了少量的甲状腺激素制剂，而在B玻璃缸中不加甲状腺激素制剂。

第四步：放在相同的温度下培养数天后观察两缸中蝌蚪的生长状况。

沈老师一看哈哈一笑……现在我们来看沈老师的分析：

无关变量：两个相同大小的玻璃缸、等量池水、同一批卵孵化的、健康状况良好且正常的蝌蚪，相同的温度下培养。

实验变量：一个玻璃缸中加了少量的甲状腺激素制剂（激素具有高效作用特点，所以，只加少量即可），而在B玻璃缸中不加甲状腺激素制剂。

反应变量：A、B两玻璃缸中蝌蚪的发育状况比较。

为什么会造成蝌蚪的死亡呢？从无关变量控制、实验变量的设定和反应变量的检测来看，似乎都没有问题，但该小组同学忽略了一个生物活体实验的基本点：蝌蚪在A、B两玻璃缸中培养时，都没有给与一定的食物（饲料），数天后，导致蝌蚪全部饥饿而死。

但是，在蝌蚪的选材上，沈老师还是表扬了该组同学：“取他们用同一批卵孵化的、健康状况良好且正常的蝌蚪各一百只”，沈老师进一步强调：生物材料的选择上，必须是健康、正常的普通材料，生长势相同的、同品种的，如果是高等动物，还必须考虑同一性别，因为，生物越高等，性别差异性就越大，而性别差异所带来的生理差异必然会对有关生理学方面的探究实验结转带来影响，从而使实验不科学。

实验小组的同学一听，恍然大悟，他们改进了当初的实验，在A、B两个玻璃缸中都加一定量的饲料并进行定时定量喂饲，一段时间的培养后观察，最终有了结果。

以下生物探究实验的函数关系可描述为：y=f(x)+b，其中，b就是指诸如食物、合适的温度和pH等能保证生物基本生存的“无关变量”，也就是在非生物实验同样要控制的无关变量以外的变量。

同样的错误在植物生理探究实验中也会发生，如：

湖州三中有一小组在探究Mg元素是不是植物生长所必需的元素时，作了如下对照组设置：

第一步：取两株相同生长势、相同品种的幼苗；

第二步：再取两只相同的玻璃缸，一只标记为A，另一只标记为B；

第三步：在A中只加蒸馏水，在B中加蒸馏水和镁元素（如氯化镁）；

第四步：将两株幼苗都放在阳光下培养，观察结果。

结果预测：如果在B缸中的幼苗能正常生长，而在A缸中的幼苗不能正常生长，则证明镁元素是植物生长所必需的元素。

这个小组的同学同样没有成功，数天后，两株幼苗都枯黄而死。

其实，该同学的实验变量应该如下设置：在A缸中加完全培养液，而在B缸中加完全培养液减去镁元素的培养液。

可见，从函数关系统领对照组实验的整个过程，只有本质的理解和掌握，才能使学生对于对照组实验的原理、方法和程序设置，能随时随地随材料的不同而作灵活应用，在探究实验中培养自己的探究能力。

【参考书目】

《中学生物教学》2002年七-八合期

P57:用实验设计理论指导高三实验复习 作者:周李邻

《中学生物教学》2004年七-八合期

P49:函数关系与生物实验设计 作者:陈利民

《初中探究型课程导师指导手册》上海科技教育出版社

篇10

关键词：信息观；系统观；生态观；机制观；信息转换方法论

0 引言

智能科学是信息科学的制高点。从物质科学演进到信息与智能科学，研究的对象发生巨变，因此研究的理念和方法也必须随之改变，这是不言自明的道理。然而，由于科学观与方法论的抽象性（无形性），这种不言自明的道理却往往在实践中被人们视而不见。

我们对信息与智能科学技术发展的历史稍加考察就可以发现，由于科学观与方法论具有抽象性或无形性特点以及人类的思维习惯存在惰性，数十年来信息与智能科学技术的研究依然沿用传统的科学观和方法论，由此导致一系列重大的学术研究失准，在客观上延缓了信息与智能科学的发展进程。

在半个多世纪的科学研究实践中，笔者曾经在这方面反复经历失败与成功，有过正反两个方面的经验和教训，最终深切地感悟到：科学观与方法论问题对于信息与智能科学领域的研究与教育具有特别重要的意义。于是，笔者常常不由自主地思考和总结信息与智能科学领域中的科学观与方法论问题，得到一些初步的领悟，愿在此与读者共享并欢迎批评指正。

1 传统的科学观与方法论

有什么样的研究对象，就需要有与之相适应的研究方法，而方法论又源于科学观。换言之，有什么样的科学观，就会形成什么样的方法论，科学观和方法论是指引人们从事科学研究的世界观和方法论。

传统自然科学的研究对象是物质系统和能量系统。物质观和能量观便天然地成为传统自然科学的科学观，而对复杂物质和能量系统实行分而治之、各个击破、合成还原则成为传统自然科学行之有效的方法论。

近几百年来，面对越来越多的复杂物质系统和能量系统，传统自然科学的科学观和方法论指导全球研究大军频繁出击，战无不胜，攻无不克，所向披靡，为近代自然科学技术的发展与繁荣建立了历史性的卓越功勋。

2 传统科学观与方法论对信息领域科学研究的误导

传统科学观和方法论虽然在近代科学实践中屡试不爽，但是在一类新的研究对象面前却产生了一系列相当严重的误导作用。这类新的研究对象就是以信息为主导特征的复杂信息系统，而智能科学就是研究这类系统的代表性学科。

2.1 误导案例之一：探究思维奥秘

一个最为明显的误导例证就是关于人类大脑思维奥秘的探究。按照传统的物质观和能量观，人类大脑系统是一个复杂的物质系统，也是一个复杂的能量系统；为了探索大脑思维的奥秘，。应当对它实行分而治之、各个击破、合成还原的研究。于是，研究者对人类大脑实行各种各样的解剖研究，试图查明大脑各个解剖单元的物质结构和能量关系，从而解开人类大脑思维的秘密。

令研究者大失所望的是，尽管通过解剖研究可以查明大脑各个局部组织的物质结构和能量关系，但是对于大脑为什么能够思维以及大脑怎样进行思维这样一些基本问题，仍然始终摸不着头脑并且一筹莫展。

百战百胜的传统方法论出现了什么问题？原来，尽管大脑是复杂的物质系统，也是复杂的能量系统，但它的本质是以信息及其转换为主导特征的复杂信息系统。研究者按照传统科学方法论将大脑这个复杂信息系统分解为相对简单的解剖单元（分系统）时，就丢失了各个分系统之间相互联系和相互作用的信息，而这些相互联系和相互作用的信息正是复杂信息系统的生命线。舍弃了生命线，当然就不可能通过各个分系统的合成还原“能够思维”的大脑。

2.2 误导案例之二：Shannon信息论

另一个非常基本的误导案例是关于信息概念和理论的研究。按照正常的理解，人们处理和利用的任何信息都是形式、内容和效用的三位一体：形式只是信息的外表，效用是信息的价值，内容才是信息的内核。人们根据信息的形式感知它是否存在，根据信息的效用确定对它的取舍，根据信息的内容达成对它的理解。如果只感知信息的形式而不了解它的内容和价值，就无法据此做出正确的决策。

然而，在分而治之方法论的指导下，Shannon信息论仅仅根据通信过程的要求（而不是根据信息运动全部过程的要求），就针对信息的形式（而不考虑信息的内容和价值）建立了后人所称的信息理论。实际上，正如Shannon自己所说，它只是通信的数学理论（mathematical theory ofcommunication），而不是完全的信息理论。

这种误导的结果使Shannon信息论虽然在通信等统计领域发挥了巨大作用，但对于整个信息科学（特别是对于其中的智能科学）领域而言却难以有所作为。现今人们对于信息的烦恼便是网络上信息的鱼龙混杂，良莠难分，而Shannon信息论对此却不能提供任何有效的解决方法，原因就在于它只是关于信息形式的统计理论，完全没有考虑信息的内容与效用。同样，Shannon信息论对于智能科学的研究难有作为，这都是传统科学方法论误导信息研究所造成的结果。

2.3 误导案例之三：智能模拟的方法

还有一个同样基本的误导案例是关于人类智能的机器模拟（人工智能）问题。按照分而治之的传统科学方法论，人工智能研究者认为：人类智能系统可以分解为结构、功能、行为3个基本层面，因而可以分别从结构、功能、行为3个不同的角度对人类智能进行模拟。于是，基于结构模拟的人工神经网络研究、基于功能模拟的物理符号系统研究、基于行为模拟的感知动作系统研究随之出现，成为人工智能研究的3大主流方法。

这样引发的问题是，虽然3种研究方法都具有相同的研究目标，即希望成功地在机器上模拟人类的智能，并且各自都取得了不少令人鼓舞的研究成果，但是人们却不知如何才能把三者集成起来并形成和谐的合力，以便更好地促进人工智能研究的进步。

事实上，长久以来，3种方法不仅没有能够形成和谐的合力，反而偶有互相否定、互相激烈抨击的事件发生，终于形成三足鼎立的不和谐局面，这种状态显然很不利于人工智能研究的整体发展，这也是分而治之方法论误导所产生的不良后果。

2.4 误导案例之四：人工智能的理论模型

更为典型的误导案例是人工智能的理论模型。常理告诉我们，意识是智能的直接基础。如果一个人连意识的能力都没有，他怎么可能具有智能呢？同样的常理告诉我们，人的智能有两个基本方面：情感与理智。如果一个人没有情感，他怎么可能具有完整的智能呢？而且，意识、情感、理智是相互联系、相互作用、密不可分的三位一体。

然而，按照分而治之的传统科学方法论，人工智能理论的研究硬是把意识和情感因素从智能的研究领域中排除出来。于是，人工智能理论一方面长期回避对意识的研究，另一方面又忽视对情感的探索，最终变成一个既不完整又不真实的人工智能理论模型。分而治之传统科学方法论导致人们不能深入和完整地理解人工智能。

总之，面对以信息及其转换为主导特征的开放复杂信息系统（智能系统是这类系统的典型代表）的研究，基于物质观和能量观的分而治之方法论不但不再有效，而且还会产生许多后果相当严重的误导。

3 开放复杂信息系统需要的科学观与方法论

正反两方面的研究实践启示我们，以智能系统为代表的开放复杂信息系统的研究，不能照搬我们原先所熟悉的传统科学观和方法论，而是迫切需要全新的科学观和方法论。经过长期的实践和探究，我们认为开放复杂信息系统的科学观包括以下4个基本观念。

1）信息观。

既然贯穿开放复杂信息系统全局的主导因素是信息和信息运动过程，那么开放复杂信息系统的研究首先就必须遵循信息观，即研究的关注点必须聚焦于系统的信息和信息运动过程，而不应当只盯着系统的物质结构和能量关系。

2）系统观。

开放复杂信息系统的研究必须遵循明确的系统观：一方面，人们所关注的信息应当是形式、内容、价值三位一体内涵完整的信息，而不是仅考虑形式因素的信息；另一方面，信息运动的时空过程必须保持完整性，人们不能只关注信息传递这样一个局部的过程，也不能只关注理智这样一个局部的方面。

3）生态观。

开放复杂信息系统应当是一种“活的系统”，因此人们必须遵循清晰的生态观，也就是说必须把开放复杂信息系统中信息运动过程的来龙（本体论信息）去脉（知识、基础意识、情感、理智、智能策略和智能行为）作为一个有序的生态过程进行一体化的研究，而不应当把信息、知识、智能看作一个各行其是的拼盘。

4）机制观。

既然开放复杂信息系统是一类生态系统，对它的研究就必须遵循机制观，即必须把关注点放在信息如何生成知识与如何生成智能的生成机制（即生长规律）上，而不应当把关注点放在系统的结构、功能和行为上。这是因为系统的结构和功能都是为实现生长机制而服务，行为则是系统机制实现的外显结果。

总之，信息观可以呈现开放复杂信息系统的生命脉络；系统观可以抓住开放复杂信息系统的信息全局特征；生态观可以把握开放复杂信息系统的有机联系；机制观可以理解开放复杂信息系统的生成规律，它们构成了开放复杂信息系统科学观的四位一体。

那么，开放复杂信息系统的科学研究方法论是什么呢？一般而言，有什么样的科学观就会形成什么样的方法论。科学观是认识所研究对象的基本观念，方法论是体现基本观念的研究方法，因此任何一种科学研究方法论都可以（而且应当）从科学观中自然引申出来。

根据这个基本原理，研究以智能系统为代表的开放复杂信息系统的科学方法论就可以表述为：遵循信息观、系统观、生态观和机制观的根本原则，考察信息资源（本体论信息）生成相关产品的生态转换规律。具体地说，就是要系统地（系统观）、联系地（生态观）、深刻地（机制观）考察本体论信息（信息观）生成认识论信息：知识和智能的规律，或者更简洁地说就是要系统地、联系地、深刻地考察信息转换的规律。：总之，信息转换是针对一切开放复杂信息系统研究都适用的科学方法论。

4 新的科学观方法论和研究成果

20世纪80年代以来，笔者逐渐领悟到信息观、系统观、生态观、机制观四位一体的科学观和信息转换方法论，并将其用于指导自己的信息科学和人工智能基础理论研究，获得了如下一些重要的创新成果。由于篇幅所限，笔者叙述从简。

4.1 全信息理论

传统方法论令Shannon信息论存在严重局限。我们根据新科学观提出语法信息、语义信息、语用信息三位一体的全信息概念，其中，语法信息用“肯定度”参数表征，用概率论和模糊集合理论描述；语义信息用“逻辑真实度”参数表征，用模糊逻辑理论描述；语用信息用“效用度”参数表征，用模糊集合理论描述。

这样，原先各自独立发展起来的信息获取（检测与识别）、信息传递（通信与存储）、信息处理（计算）、信息认知和信息决策（人工智能）、信息执行（控制）就得到了统一的描述和处理，形成了完整统一的信息科学理论。

4.2 本体论信息到全信息转换：第一类信息转换原理

根据新方法论，我们发现并阐明了图1所示

的由本体论信息到全信息的转换原理（又称第一信息转换原理），证明全信息理论不仅在理论上合理，而且在技术上可行。

图1表明，人们利用传感系统可以把本体论信息映射为相应的语法信息，利用语法信息可以从知识库检索l出（或者通过与目标进行相关运算计算出）与之相对应的语用信息，通过对语法信息和语用信息的逻辑运算可以演绎出语义信息。所有这些操作都在技术上可行。

4.3 知识的外生态学理论

知识在信息和智能科学中扮演着极其重要的角色，但是在分而治之传统方法论的影响下，知识被孤立地分割出来，在人工智能理论研究中没有得到应有的重视。在新科学观和方法论指导下，我们发现知识并不是一种孤立和静止的研究对象；恰恰相反，它是一个极其活跃的生态学系统。

一方面，知识不断由认识论信息的归纳而来；另一方面，知识又在系统目标的制导下通过演绎的方法向智能生长而去。换言之，“信息_÷知识_智能”转换是知识的外部生态系统。这一发现的意义不仅揭示了知识的生成机制，而且揭示了智能的生成机制，直接导致新的人工智能模拟方法问世。

4.4 信息一知识转换：第二类信息转换原理

知识外生态学原理表明：知识由全信息转换而来。信息是现象，知识是大量相关现象所蕴含的共同本质，因此实现由全信息到知识的转换算法，原则上是归纳型算法。由大量信息现象到知识本质的归纳过程是由量变到质变的过程，也称为“涌现”过程。这是知识外生态学提供的一项重要启发。

4.5 智能的共性核心生成机制

知识外生态学系统的发现不仅揭示了知识的生成规律（第二类信息转换原理），而且还启迪了智能的共性核心生成机制：信息知识智能的转换。具体来说就是在任何情形下，智能的核心生成机制都是由信息（关于问题的信息、关于问题求解目标的信息、关于先验知识的信息）到知识（求解问题所需要的专门知识）再到（求解问题的）智能策略的转换，显然，这是一切智能（包括人类智能和人工智能）的共性核心生成机制。

4.6 人工智能的机制模拟方法

受到智能共性核心生成机制的重要启发，我们提出人工智能的新的模拟方法，这就是机制模拟方法：信息_知识-÷智能的转换，这是区别于已有的结构模拟、功能模拟、行为模拟方法的全新方法。

众所周知，系统的生成机制统管系统全局，系统的结构和功能都为生成机制服务，而行为则是机制实现所产生的结果，因此人工智能的机制模拟方法比传统的结构模拟、功能模拟、行为模拟方法具有更深刻和更本质的意义。

4.7 知识的内生态系统

运用新的科学观和方法论，我们又发现了知识的内生态系统：知识内部不是如铁板一样凝固的对象，而是一个充满活力的生态系统；认识论信息（全信息）首先生长成为欠成熟的经验知识，接着后者通过验证和完善生长成为成熟的规范知识，经验知识和规范知识又进一步凝聚成为超成熟的常识知识。简而言之，经验知识规范知识常识知识是知识的内生态学系统。知识内生态学系统的发现直接导致人工智能3大主流方法的统一。

4.8 人工智能的统一理论

人工智能的结构模拟方法（人工神经网络，后来发展成为计算智能）利用的是训练得到的经验知识；功能模拟方法（物理符号系统，后来收缩成为专家系统）利用的是人工输入的规范知识；行为模拟方法（感知动作系统，后来发展成为机器人）利用的是人工输入的常识知识。知识的内生态学系统表明，经验知识、规范知识、常识知识是知识的3个相生（而不是相克）状态，因此原先鼎足三分的人工智能3大主流方法在机制模拟方法的框架内也呈现出相生关系，达到了和谐的统一。这显然是人工智能理论研究的重要进展。

4.9 全信息—智能转换：第三类信息转换原理

第一类信息转换原理是信息内部转换的原理，即由本体论信息到认识论信息（全信息）的转换；第二类信息转换原理是由全信息到知识的转换；第三类信息转换则是全信息向基础意识、情感和理智的转换。

我们运用新的科学观和方法论后发现：基础意识的生成机制是在全信息的激励下启动，在本能知识和常识知识支持下展开，在系统目标导控下实现的转换；情感的生成机制是在全信息的激励下启动，在本能知识、常识知识和经验知识支持下展开，在系统目标导控下实现的转换；理智的生成机制是在全信息的激励下启动，在本能知识、常识知识、经验知识和规范知识支持下展开，在系统目标导控下实现的转换。与全信息一知识转换过程类似，这些转换也存在量变到质变（涌现）的过程。

4.10 高等人工智能原理

受到传统方法论的影响，现有人工智能理论的智能模型是一种既不完整又不真实的模型。基于上面所述的第一、第二、第三类信息转换原理，我们提出图2所示的高等人工智能理论的研究模型，图中的符号G表示系统的目标；K1表示本能知识和常识知识的集合；K2表示本能知识、常识知识和经验知识的集合；K3表示本能知识、常识知识、经验知识和规范知识的集合；K4表示本能知识、常识知识、经验知识、规范知识和决策艺术知识的集合。

从图2中可以看出，高等人工智能系统直接面向开放的外部世界，后者不断产生各种事物的本体论信息；感知系统（而不是简单的传感系统）按照第一类信息转换原理把本体论信息转换成为认识论信息（全信息）；认知系统按照第二类信息转换原理把全信息转换成为知识；基础意识、情感和理智系统则分别在知识K1、K2、K3支持并在目标G导控下完成第三类信息转换，把全信息分别转换成为基础意识、情感和理智；决策系统则在知识K4支持并在目标G导控下把情感表达和理智表达综合成为解决问题的智能策略；执行系统把智能策略转换成为智能行为，反作用于外部世界。

如果智能行为产生的结果与目标一致或可以接受，这种策略就作为一种正确的知识补充到知识库；如果智能行为产生的结果与目标之间存在比较明显的误差，那么这个误差就成为一种新的信息反馈到感知系统，经系统后续处理，补充知识，优化策略，使新的智能行为产生更好的结果，如此循环往复，直到满意为止。这是一个完整而真实的人工智能模型，对于人工智能未来的发展具有重要意义。

5 结语

研究不同的对象，需要有不同的科学观和方法论。基于物质观和能量观的分而治之、各个击破、合成还原方法论曾经指导人们在物质科学领域取得过历史性的辉煌成就，但是在以信息和信息转换为主导特征的开放复杂信息系统这类研究对象面前却显露出严重的缺陷。