有知乎网友提问,有什么好方法做科研?并邀请我回答问题。所谓科学研究,既是发现问题和解决问题,其研究的方法途径有很多,一言两语也讲不透彻。值此,本文仅只是介绍科研过程中一种有效,且简单的建模方法。阐述如下。
在科学认识活动中,模型是主体与客体之间的一种特殊的中介。一方面,模型是主体即科学研究工作者所创建的、用来研究客体的工具或手段;另一方面,模型又是客体的代表或替身,是主体进行研究的直接对象。所以,模型身兼二者,既是工具,又是对象。或者说,科学模型具有工具性与对象性双重性质。科学模型作为研究对象,是为了能够对模型的研究结果有效地外推到原型客体,因此,必须要求模型与原型具有相似性,而且是本质上的相似性。同时,模型作为研究手段,是为了便于运用已有的各种知识和方法,伸展主体的各种才能。因此,要求模型与原型相比,具有明显的简单性。要使相似性与简单性有机地统一起来,这不是很容易的事情,模型需要不断地经受检验和不断地加以改进,还需要科研工作者善于综合地灵活巧妙地运用多种方法。这里我们从三个方面来讨论建立模型的方法论原则。
(1)相似性与简单性的统一原则
从相似性来说,我们不可能也不必要要求模型与原型全面相似,即在外部形态、质料、结构、功能等所有特征上都一一相似。但是必须按照所要研究问题的性质和目的,使模型与原型具有本质上的相似性,也就是说,要在基本的主要的方面具有相似性。
(2)可验证性
模型具有与原型的相似性,但是是否是本质上的相似性呢?模型具有简单性。但是,是否是合理的简单性呢?这些都是需要加以验证的。如果,一个模型不具有可验证性,就不是一个科学模型,是没有方法论意义的。一般说来,只要模型具有可操作性,就有具体的操作过程,并能取得具体的研究结果,这结果是可以与实际进行对照和比较的,因而就是可检验的。科研工作者应主动地自觉地利用模型的可检验性对之进行检验。如果通过检验发现了模型的缺陷,就要对模型进行修改,甚至代之以新的模型。如果模型经受了实践检验,也还需要进而从理论上论证其科学性,使之更加完善。
科学模型的验证,需要一个过程,有时要经历相当长的时间。像“质点”,这是一个体现了相似性与简单性相统一的典型例子。但是这个在现代科学家手中运用自如的质点,其验证在历史上经历20年之久,才使人们摆脱了困惑,取得了科学家们的认同。而科学模型一旦获得了充分的验证,就能迅速推广,在科学研究中发挥其卓有成效的作用。即便如此,好像剑桥大学史蒂芬·霍金教授在《时间简史》中创建的“质点”宇宙起源模型,也许人类永远都无法验证,也就成其为一个科学假说了。
(3)多种知识和方法的综合运用
建立模型、运用模型和检验模型,都没有刻板的程序和固定的方法,需要科研工作者综合地灵活地使用多种多样的知识和方法,充分发挥自己的创造性思维能力。塑造一个有效的科学模型,既要严格地以原型为依据,又要广开思路,敢于提出大胆设想,它是艰苦的科学思维和科学劳动的成果,又是令人赞赏的富有魅力的科学艺术品,是多种知识、多种思维和多种方法相融合的产物。科学工作者要充分发挥想象力,善于联想和类比,善于捕捉直觉在刹那间闪现的新观念、新思想;也必须充分发挥科学抽象和逻辑推理的力量,进行认真的归纳和演绎,进行科学的分析和综合。总之,要使经验方法与理论方法结合,逻辑思维与非逻辑思维并用。科学模型能起作用,正因为其中凝结着科研工作者的经验、思维、知识、方法和技巧,是智慧与勤奋的结晶。
(4)科学模型的多重功能
模型在科学研究中体现出多重功能,这正是它能成为现代科学的核心方法,并具有强盛的生命力的重要原因。这里仅从三个方面简述科学模型的重要功能和作用。
第一,科学研究的间接方法。人类面对着一个无限广阔和无限丰富的客观世界,其中能够直接通过观察实验进行研究的客体只占少数,大多数对象需要采用间接研究的方法,借助于既有客观依据又带有主观想象的模型来开展研究,逐步推进认识。这里可以列举出以下一些需要进行间接研究的情况。
第二,科学模型的研究纲领作用。科学模型只有在人们对于客体已具有一定认识、积累了一定知识、数据和资料的基础上才有可能建立起来。建立模型是对已有的经验、知识进行去伪存真、去粗取精的思维加工过程。模型本身体现为对客体的已有认识的总结,是科学认识的一种阶段性成果。然而,模型又不仅是已有认识的总结,作为科学工作者的创造,又加进了人们的新的猜测和假设,含有新的概念和思想。因此,科学模型,特别是理论模型又是进一步研究客体的新起点。
第三,模型研究对实践的指导作用。科学模型是对实际客体的一种合理的正确的抽象,与实际情况相比,具有简化、优化和理想化的特点。所以,在模型上进行研究的结果,一般优于实际结果。这样,就能以科学模型所提供的优化条件作为追求目标,使人们找到在实践中怎样改善实际客体或环境条件,以争取达到最佳或较佳效果的方向和途径。在工程设计中,模型对实践的指导作用尤为直接和明显。所谓设计,就是首先制作模型,或者使设计方案模型化,通过在模型上反复试验和测算,并不断加以修改,直到确知能够顺利施工和保证产品达到预期要求时才能进入生产过程。
通过科学模型预测某一事物的未来发展情况,无论是做出短期的还是长期的预测,定性的或是定量的预测,对于人们的实践活动都有重要意义。现在,有了电子计算机这样强有力的科学手段,使许多复杂问题的预测成为可能,使人们对事物的发展有预见、有远见,这对于决策和管理的科学化是大有帮助的。
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