第四讲 科学技术的体系结构.ppt

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1、第四讲第四讲 科学技术的体系结构科学技术的体系结构科学技术体系结构的解析要素和分析方法科学技术体系结构的解析要素和分析方法科科学学技技术术的的体体系系结结构构是是人人类类科科学学知知识识长长期期进进化化而而形形成成的的，它它是是科科学学技技术术发发展展内内在在逻逻辑辑的的集集中中体体现现，也也是是科科学学技技术术与与社社会会交交互互作作用的结果。科学技术自身是一个系统。用的结果。科学技术自身是一个系统。（一）、科学技术体系的要素解析1、研究或知识要素（1）基础研究为获得新知识进行的独创性研究，目的是揭示自然现象及其规律，而不附加任何特定的实际目的。通过基础研究，获得基础科学知识（因果关系和原理

2、关系知识）。因因果果关关系系：两两个个事事件件之之间间存存在在引引起起和和被被引引起起关关系系的的关关系系。如如，力力能能够够导导致致运运动动物物体体产产生生加加速速度度，我我们们就就说说：“力力是是物物体体产产生生加加速速度度的的原原因因”。原原理理关关系系：物物体体状状态态的的存存在在和和演演变变之之间间未未知知其其因因果果关关系系的的规规律律性性。如如，两两个个静静止止的的点点电电荷荷之之间间所所产产生生的的力力，服服从从库库仑仑定定律律。这这个个库库仑仑定定律律就是一个原理性定律，不是因果性定律。就是一个原理性定律，不是因果性定律。科科学学的的任任务务就就是是努努力力以以某某种种明明确

3、确的的方方式式揭揭示示以以上两种可能存在的关系。上两种可能存在的关系。（2）应用研究为某一特定实际应用目的而获取新知识进行的独创性研究。应用研究可以是确定基础研究成果的可能用途，也可以是为达到某一具体目的确定原理性新方法或新途径。应用研究有两种类型：应用基础理论研究和直接应用研究。应用基础理论研究。把已知的科学认识用于某应用基础理论研究。把已知的科学认识用于某种目的的可能性研究。如，把化学中已经得到种目的的可能性研究。如，把化学中已经得到的具有普遍意义的燃烧理论，用于具体的煤炭的具有普遍意义的燃烧理论，用于具体的煤炭燃烧研究而形成的有关煤炭燃烧的认识，如：燃烧研究而形成的有关煤炭燃烧的认识，如

4、：点燃、助燃、燃烧效率、阻燃、燃烧除尘，等点燃、助燃、燃烧效率、阻燃、燃烧除尘，等等。等。直接应用研究：在基础理论研究、应用基础理直接应用研究：在基础理论研究、应用基础理论研究完成以后，使之能够被综合性地应用的论研究完成以后，使之能够被综合性地应用的研究。如，在以上研究的基础上做燃烧炉设计研究。如，在以上研究的基础上做燃烧炉设计研究。研究。（3）试验发展（实验开发研究）试验发展（实验开发研究）利用利用研究和经验知识，为生产新的材料、产品研究和经验知识，为生产新的材料、产品和装置，建立新的工艺与系统，以及对已和装置，建立新的工艺与系统，以及对已生产或建立的上述各项进行实质性改进而生产或建立的上述

5、各项进行实质性改进而进行的系统性工作。进行的系统性工作。如，依据锅炉设计原如，依据锅炉设计原理实实在在地设计一种或数种不同型号、理实实在在地设计一种或数种不同型号、不同目的的锅炉。这个研究就属于实验开不同目的的锅炉。这个研究就属于实验开发研究。发研究。基础研究基础研究应用研究应用研究实验开发实验开发研究研究2、人力资源要素（教材第165页）（1）研究员（2）技术员（3）辅助人员3、社会-经济目标要素（教材第165-166页）（二）、科学技术体系结构的分析方法1、静态分析（1 1）、对对象象性性分分析析：依依据据被被研研究究对对象象分分析析与与之之相相关关的的科科学学技技术术体体系系结结构构。如

6、如选选择择人人体体作作为为分分析析对对象象，罗罗列列人人体体解解剖剖学学、人人体体发发育育学学、人人体体病病理理学学、医医学学，等等等等，分分析析其中的科学技术体系结构。其中的科学技术体系结构。（2 2）、专专业业性性分分析析：依依据据学学科科专专业业方方向向分分析析与与之之相相关关的的科科学学技技术术体体系系结结构构。如如选选择择“物物理理学学”作作为为专专业业对对象象，罗罗列列力力学学、声声学学、电电学学、光光学学、热热学学，等等等等，分分析析与与之之相关的体系结构。相关的体系结构。3 3、整体性分析（系统性分析）：、整体性分析（系统性分析）：把科学技把科学技术知识看作一个整体，分析其中各

7、知识元素术知识看作一个整体，分析其中各知识元素（知识单元）相对稳定的结合方式，即科技（知识单元）相对稳定的结合方式，即科技体系的结构。体系的结构。从系统角度看，科技体系结构可以有宏观和从系统角度看，科技体系结构可以有宏观和微观两种基本结构类型。微观两种基本结构类型。宏宏观观和和微微观观概概念念是是从从物物理理学学中中借借用用来来的的。物物理理学学根根据据物物理理客客体体结结构构的的时时空空范范围围大大小小，以以原原子子为为基基点点把把物物理理世世界界划划分分为为宏宏观观世世界界和微观世界和微观世界。（1 1）宏观结构）宏观结构指指以以科科学学理理论论为为基基点点，把把由由科科学学理理论论或或由

8、由科科学学理理论论构构成成的的科科学学学学科科、科科学学门门类类作作为为知知识识单单元元而而构构成成的的科科学学结结构构称称为为宏宏观观科科学学结结构。构。（2 2）微观结构）微观结构把把由由科科学学理理论论以以下下的的知知识识单单元元，如如科科学学概概念念、定定律律、公公理理等等构构成成的的科科学学理理论论结结构构则则称称为为微观科学结构。微观科学结构。即科学理论以上层次的科学技术体系都是宏即科学理论以上层次的科学技术体系都是宏观观科科学学结结构构，它它包包括括科科学学技技术术的的总总体体结结构构、门类结构和学科结构。门类结构和学科结构。而微观科学结构则只是科学理论的内部结构。而微观科学结构

9、则只是科学理论的内部结构。2 2、动态分析（教材第、动态分析（教材第168-170168-170页）页）一、古代与近代科学技术体系结构1、古代科学技术从从总总体体上上看看，古古代代的的科科学学知知识识还还不不具具备备科科学学形形态态，各各门门知知识识之之间间也也缺缺乏乏必必然然联联系系，当当然就不可能形成严密的科学的体系结构。然就不可能形成严密的科学的体系结构。2 2、近代科学技术体系结构、近代科学技术体系结构近代，科学技术由“搜集资料”转向“分门别类”研究，逐步形成了界限分明的众多学科（数学、天文学、物理学、化学、生物学、医学和地学等），也开始有了有关科学分类和科学体系结构的探讨。如如圣圣西

10、西门门，由由简简单单到到复复杂杂排排列列的的分分类类系系统统是是：数数学学、无无机机体体物物理理学学、天天文文学学、物物理理学学、化化学学、有有机机体体物物理理学学、生生理理学。学。恩恩格格斯斯：按按照照机机械械、物物理理、化化学学、生生物物和和人人类类社社会会运运动动的的区区别别及及其其内内部部固固有有的的次次序序来来进进行行分分类类和和排排列列，把把各各门门科科学学排排列起来，形成一个科学体系结构。列起来，形成一个科学体系结构。恩恩格格斯斯把把客客观观性性和和发发展展原原则则有有机机结结合合，构构建建科科学学的的体体系系结结构构，揭揭示示科科学学发发展展的的内内在在逻逻辑辑。这这种种方方法

11、法迄迄今今依依然然是是整整体体地把握当代科学技术体系结构及其演化规律的指导思想。地把握当代科学技术体系结构及其演化规律的指导思想。二、当代科技体系结构结构结构类型类型 体系构成（学科）体系构成（学科）总体总体结构结构 科技科技术学术学基础基础科学科学应用应用科学科学工程工程技术技术发明发明革新革新工具工具科学科学门类门类结构结构基础基础科学科学技术技术科学科学应用应用科学科学学科学科结构结构层次层次结构结构网状网状结构结构理论理论结构结构逻辑逻辑基础基础逻辑逻辑推论推论1、科学技术总体结构示意图、科学技术总体结构示意图工工具具科科学学工程技术工程技术应用科学应用科学基础科学基础科学发发明明与与

12、革革新新科科学学技技术术学学2、门类结构应用科学应用科学基础科学基础科学技术科学技术科学专业技术专业技术生产技术生产技术实验技术实验技术第一阶段第一阶段（科（科 学）学）第二阶段第二阶段（技（技 术）术）第三阶段第三阶段（生（生 产）产）科学科学技术技术技技术术科科学学是是基基础础科科学学应应用用的的中中间间环环节节，是是研研究究通通用用性性技技术术理理论论的的科科学学，是是科科学学技技术术转转化化为为现现实实生产力的桥梁。生产力的桥梁。技技术术科科学学应应用用基基础础科科学学知知识识，考考察察各各种种专专业业技技术术的共性规律，是专业技术的基础理论。的共性规律，是专业技术的基础理论。应应用用

13、科科学学，人人们们也也称称之之为为工工程程科科学学，是是研研究究把把基基础础理理论论与与技技术术科科学学转转化化、应应用用到到特特定定范范围围，看看其其如如何何转转化化为为生产技术、工程技术和工艺流程的原理和方法的科学。生产技术、工程技术和工艺流程的原理和方法的科学。应用科学是自然科学中与生产实践最接近的科学门类。应用科学是自然科学中与生产实践最接近的科学门类。在在现现代代科科学学技技术术体体系系结结构构中中，基基础础科科学学、技技术术科科学学、应应用用科科学学是是有有机机联联系系的的整整体体，它它们相互联系、相互促进、协调发展。们相互联系、相互促进、协调发展。它它们们之之间间发发展展的的比比

14、例例关关系系，是是一一个个国国家家科科技战略的重要问题。技战略的重要问题。门门类类结结构构反反映映了了自自然然科科学学知知识识从从产产生生到到应应用用的的全全过过程程。比比如如，激激光光打打孔孔机机的的问问世世就就是是这这样样。首首先先是是爱爱因因斯斯坦坦的的受受激激辐辐射射理理论论和和第第一一台台红红宝宝石石激激光光器器的的实实验验技技术术阶阶段段，然然后后是是激激光光理理论论和和各各种种激激光光器器研研制制的的专专业业技技术术阶阶段段，最最后后是是激激光光应应用用和和激激光光打打孔机及其他激光通讯设备的生产技术阶段。孔机及其他激光通讯设备的生产技术阶段。3、学科结构、学科结构学学科科结结构

15、构是是科科学学技技术术的的二二级级结结构构，它它是是将将门门类类结结构构中中的的每每一一门门类类加加以以分分解解，由由学学科科和和分分支支学学科科作为知识元素而构成的。作为知识元素而构成的。它主要表现为层次结构和网状结构两大类型。它主要表现为层次结构和网状结构两大类型。（1）学科层次结构以以自自然然界界物物质质对对象象所所固固有有的的层层次次结结构构作作为为构构造造基基础础自自然然科科学学结结构构的的依依据据，就就会会形形成成一一个个以以基基础础科科学学的的六六大大学学科科，即即力力学学、物物理理学学、化化学学、天天文文学学、地地质质学学、生生物物学学以以及及相相关关分分支支学学科科为为知知识

16、识元元素素的的层次结构层次结构(见下图见下图)。原原子子核核物物理理学学基基本本粒粒子子物物理理学学原原子子物物理理学学分分子子物物理理学学非非生生物物科科学学生生物物科科学学天文学天文学地质学地质学力力 学学物理学物理学化化 学学分子生物学分子生物学细胞学细胞学组织学组织学生理学生理学胚胎学胚胎学遗传学遗传学植物学植物学动物学动物学天体史天体史地球史地球史宇宙学宇宙学星系演化学星系演化学恒星演化学恒星演化学太阳系演化学太阳系演化学地球演化学地球演化学天天体体演演化化学学各各门门自自然然科科学学史史生物史生物史人类史人类史蛋白质起源演化蛋白质起源演化细胞细胞植物植物动物动物生命生命人类起源演化

17、人类起源演化生生物物进进化化论论从从横横向向看看，它它是是基基础础科科学学的的静静态态结结构构，并并且且它它与与自自然然界界物物质质的层次结构相一致；的层次结构相一致；从从纵纵向向看看，它它概概略略地地反反映映了了基基础础科科学学的的动动态态发发展展，并并且且这这种发展与物质结构的演化相一致。种发展与物质结构的演化相一致。同同时时，这这一一学学科科结结构构还还表表明明，力力学学、物物理理学学、化化学学、天天文文学学、地地质质学学、生生物物学学等等基基础础学学科科都都在在微微观观物物理理学学中中找找到到了了它它们们共共同同的的基基础础物物质质的的微微观观结结构构，从从而而预预示示着着基基础础科科

18、学发展的综合化趋势。学发展的综合化趋势。（2）学科网状结构数数学学力学力学物理物理天文学天文学地学地学化学化学生物学生物学生物生物力学力学生物生物化学化学地球地球化学化学物理物理化学化学 计算计算数学数学天体天体化学化学理论理论力学力学天体天体力学力学重力学重力学天文天文地质学地质学宇宙宇宙生物学生物学地球地球物理物理地质地质力学力学地质地质生物学生物学生物生物物理物理力学力学仿生学仿生学4、科学的理论结构理论结构理论结构是科学体系中的微观结构。是科学体系中的微观结构。它它和和其其他他层层次次的的科科学学结结构构一一样样，在在内内容容上上包包括括组组成成它它的的知知识识元元素素、各各知知识识元

19、元素素在在科科学学理理论论中中的的地地位和作用以及它们之间的结合方式等。位和作用以及它们之间的结合方式等。科学理论结构科学理论结构由由逻辑基础部分逻辑基础部分和和逻辑推论逻辑推论构成。构成。（1）逻辑基础部分：基本概念和基本关系。基本概念是构成科学理论概念出发点的起始概念，它指那些能在构建理论体系 时能发挥中心作用，作为逻辑出发点，能把其它概念、定律连成一体的概念。如“原子量”、“基因”、“引力”、“位移电流”等。基本关系是指连接基本概念的判断，它可以是公理、公设、定理、定律和数学公式等形式。基本关系包括原理关系命题和因果关系命题。基基础础部部分分两两层层含含义义：一一是是指指这这类类理理论论

20、的的核核心心部部分分，可可比比喻喻为为原子的核或者树的根和主干，稳定而不易动摇、破坏；原子的核或者树的根和主干，稳定而不易动摇、破坏；二是二是指指其最本质的部分其最本质的部分，抽象度最高，离经验最远。，抽象度最高，离经验最远。逻逻辑辑基基础础是是科科学学理理论论全全部部逻逻辑辑演演绎绎的的出出发发点点和和前前提提，决决定定其其性性质质，制制约约其其发发展展方方向向，且且统统一一其其所所覆覆盖盖的的一一切切已已知知的的和未知的经验材料。和未知的经验材料。（2 2）逻逻辑辑推推论论：由由理理论论的的基基础础部部分分出出发发，运运用用正正确确的的推推理理规规则则和和推推理理形形式式，就就可可以以得得

21、到各种各样派生出来的概念和判断。到各种各样派生出来的概念和判断。这这个个推推导导的的过过程程和和得得到到的的结结论论，统统称称为为逻逻辑推论。辑推论。逻逻辑辑推推论论的的两两层层含含义义：一一是是指指科科学学理理论论的的外外围围部部分分，它它可可以以比比喻喻为为原原子子核核外外的的空空间间区区域域，或或者者是是树树的的枝枝干干和和枝枝条条，因因而而它它是是科科学学理理论论中中比比较较容容易易动动摇摇和破坏的部分；和破坏的部分；二二是是指指科科学学理理论论的的低低层层次次的的本本质质部部分分，它它的的抽抽象象程度较低，离经验要近一些。程度较低，离经验要近一些。同位素概念实例说明：十九世纪英国化学

22、家普特劳的原子论思想“所有元素的原子量都是由氢原子复合而成”(硬核）。辅助性假设（一）：化学元素的原子量具有整数倍的特点。化学事实：氯原子量和镉原子量分别为35.457和112.41；对于给定的化学元素，在电子束电磁场偏转实验的荧光屏上可发现两条甚至多条粒子偏转留下的抛物线。辅助假设（二）：非整数倍元素的原子量可用同位数概念解释。理论硬核理论硬核普普劳劳特特（WProutWProut）原原子子论论思思想想的的理理论论硬硬核核：所所有有元元素素的的原原子子都都是是由由氢氢原原子复合而成的。子复合而成的。辅辅助助性性陈陈述述之之一一：化化学学元元素素的的原原子子量量具具有有整整数数倍特点。倍特点。

23、辅辅助助性性陈陈述述之之二二：非非整整数数倍倍元元素素的的原原子子量量可可以以用用同同位位素素概念解释概念解释普劳特（普劳特（WProutWProut）原子论思想的）原子论思想的理论硬核和它的辅助性假说理论硬核和它的辅助性假说辅助性陈述辅助性陈述三、现代科学技术体系结构演化趋势三、现代科学技术体系结构演化趋势1 1、专门化、专门化（specialized discipline）科学朝更精细、更深入、更广泛的方向发展的趋势。科学朝更精细、更深入、更广泛的方向发展的趋势。2 2、兼质化、兼质化（interdiscipline）科学朝着同时研究具有学科相兼特征方向发展的趋势。科学朝着同时研究具有学科相兼特征方向发展的趋势。3 3、多学科化、多学科化（multidisciplinarity）科学朝着利用多学科的协同，综合性地研究同一个问题科学朝着利用多学科的协同，综合性地研究同一个问题发展的趋势。发展的趋势。4 4、交叉化、交叉化（crossdisciplinarity）科学朝着具有两个或两个以上学科涵盖关系领域开拓的科学朝着具有两个或两个以上学科涵盖关系领域开拓的趋势。趋势。5 5、超学科化、超学科化（transdisciplinary）科学朝着超越任何具体学科进行系统化研究的趋势。科学朝着超越任何具体学科进行系统化研究的趋势。