科学技术进化论

一、科学技术进化的模式 一、科学技术进化的模式       （一）、创新逻辑的概念         什么是创新逻辑？创新逻辑就是科学发现、技术发明等一切创新活动所共有的研究模式。也就是说，创新逻辑是科学发现和技术发明的方法，是一切创新活动的程序，是科学技术进化的模式，是开启未知世界的一把钥匙。         创新逻辑的研究对象只限于研究科学的认识论与逻辑的课题，不涉及科学社会学方面的课题。凡是某一学科（或少数学科）所特有的研究模式和手段，如光谱分析法、气象预报法、远缘杂交法等，都不属于创新逻辑研究的范畴。         在逻辑功能方面，创新逻辑也不同于演绎逻辑和归纳逻辑。演绎逻辑和归纳逻辑都是对已知事实的重复陈述，并没有涉足未知领域。正如H•赖欣巴哈在《科学哲学的兴起》一 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 中指出，演绎逻辑只是揭示在前提中所包藏的已知结论而已，归纳逻辑则是对观察事实的综述。所以它们都不是科学发现和创新的逻辑方法。而创新逻辑则是依据已知事实提出假说，然后再经实验（实践）检验，使未知转化为已知。换句话说，创新逻辑就是依据已知的因果联系，去探索未知的因果联系。因此说，创新逻辑才是探索未知领域的逻辑方法。         在推理形式上，创新逻辑与演绎逻辑、归纳逻辑既有相同之处，也有不同之处。这三种逻辑有以下共同的推理形式； 已知：A  ----->    P 联想：A      ～        B  推论：B  ----->    P  实验：B  ----->    P 而它们的不同点一个是A～B的关系：演绎逻辑是从一般→个别，归纳逻辑则是从个别→一般，而创新逻辑则是从个别→个别；另一个不同点是推论：演绎逻辑和归纳逻辑（完全归纳）的推论是必然的，而创新逻辑的推论是或然的，需要实验（实践）来检验。       （二）、创新逻辑的模式： 已知  ：  A  ----->    P 联想  ：  A  ～  B（个别～个别）            推论  ：  B  ----->    P  实验  ：  B  ----->    P  式中： →：因果关系或实体与性质的关系 ～：相似关系、相异关系、相反关系、整体与部分的关系       （三）、创新逻辑的推理形式： 【1】相似推理：若两事物在某一性质上相似，那么即可推测在另一性质上也相似）（相似的原因可能导致相似的结果）。 推理形式： 已知：A ----->    P 联想：A      ～      B（相似关系） 推论：B    ----->    P 实验：B    ----->    P（非P） 发现实例： 科学家发现单原子分子气体氦是惰性气体，那么是否单原子分子气体氙也是惰性气体呢？于是科学家通过实验发现氙化学性质稳定属惰性气体。 相似推理：                 已知：氦    ----->      惰性气体                 联想：氦    ～      氙  （相似关系）                 推论：氙    ----->      惰性气体                 实验：氙    ----->      惰性气体 【2】相异推理：若两事物在某一性质上相异，那么即可推测在另一性质上也相异。（相异的原因可能导致相异的结果） 推理形式： 已知：A  ----->    P 联想：A  ～  B（相异关系） 推论：B  --/-->    P 实验：B  --/-->    P（非P） 发现实例： 1747年7月，美国科学家本杰明•富兰克林（B.Franklin,1706～1790）推测相互摩擦的不同的物体会带有不同的电荷，并通过实验证实了这一猜想，他将这两种电荷分别命名为正电荷和负电荷。  相异推理： 已知：摩擦的一方  物  体  ----->  P种电荷 联想：一方物体～另一方物体（相异关系） 推论：摩擦的另一方物体  --/-->  P种电荷 实验：摩擦的另一方物体  --/-->  P种电荷 【3】相反推理：若两事物在某一性质上相反，那么即可推测在另一性质上相反。（相反的原因可能导致相反的结果）。 推理形式： 已知：A  ----->    P 联想：A  ～  B（相反关系） 推论：B  ----->    反P 实验：B  ----->    反  P（P） 发明实例： 火车发明之初，车轮与车轨都有齿，严重影响了车速。英国的一位火车司机兼炉工史蒂芬生大胆提出将车轮和车轨都改平,即将轮与轨的“牙齿相咬型”变成“平轮平轨型”。这一改变，使火车的速度发生质的飞跃。 相反推理： 已知：“牙齿相咬型”  ----->      车速慢 联想：“牙齿相咬型”～“平轮平轨型（相反关系） 推论：“平轮平轨型”  ----->      车速快 实验：“平轮平轨型”  ----->      车速快 【4】逆向推理：事物的变化有时是可逆的（事物的因果关系在一定条件下可以互相转化）。 推理形式： 已知：A  ----->    P 联想：  →  ～  ←（逆向关系） 推论：P  ----->    A 实验：P  ----->    A  （非A） 发现实例： 1820年，丹麦哥本哈根大学物理学教授奥斯特（H.C.Oersted,1777～1851）发现了电流（通过闭合导线）可以产生磁，那么是否磁（通过闭合导线）可以产生电流呢？1831年10月17日，英国实验物理学家法拉第经过反复实验发现，当磁铁和闭合导线作相对运动时，导线就会感生出电流。 逆向推理： 已知：电    ----->      磁 联想：→～←（逆向关系）  推论：磁    ----->      电 实验：磁    ----->      电 【5】聚焦推理：若某一事物具有性质P，那么即可推测其部分也具有性质P（整体和部分在某些性质上有可能相似）。 推理形式： 已知：A  ----->    P 联想：A  ～  B（整体～部分） 推论：B  ----->    P 实验：B  ----->    P（非P） 发现实例： 法国物理学家贝克勒尔（H.A.Becquerel,1852～1908）发现硫酸钾铀复盐会不停地放出不可见射线。他想是否硫酸钾铀复盐中的某种物质在放出不可见射线呢？1896年5月，贝克勒尔先用纯硫酸钾做实验，照相底片没有感光。这表明硫酸和钾都不会放出不可见射线。然后，他用各种铀化合物和纯铀粉进行实验，照相底片都能感光。这表明是铀元素在不停地发出不可见射线。 聚焦推理： 已知：硫酸钾铀复盐          ----->        放出不可见射线 联想：硫酸钾铀复盐～纯硫酸钾（铀）（整体～部分） 推论：纯硫酸钾（铀）----->        放出不可见射线 实验：纯硫酸钾        --/-->        放出不可见射线             纯铀粉  ----->      放出不可见射线 【6】扩展推理：若某一事物的部分具有性质P，那么即可推测其整体也具有性质P（整体和部分在某些性质上有可能相似）。 推理形式： 已知：A    ----->    P 联想：A  ～  B    （部分～整体） 推论：B    ----->    P 实验：B    ----->    P（非P） 发现实例： 1829年，德国人德贝莱纳（J.W.Dobereiner,1780～1849）在已知的54个元素中，发现了几个相似元素组，这些三元素组的元素性质和原子量之间存在一定的关系。 1862年，法国科学家尚古多（Béguyer  de    Chancourtois,1820～1886）想，既然部分元素的性质和原子量之间存在一定的关系，那么是否所有元素的性质和原子量之间也存在一定的关系呢？ 于是尚古多从当时已知的62个元素入手，按原子量大小的顺序，标记在绕着圆柱体上升的螺旋上，他发现某些性质相近的元素会出现在同一条母线上，这就表明元素的性质有周期性重复出现的规律。这是首次从元素的整体上阐述了元素的性质和原子量之间存在着内在联系。应该说，尚古多的螺旋线图是向揭示周期律迈出了有力的第一步。 扩展推理： 已知：部分元素  ----->  性质和原子量有内在联系 联想：部分元素～全部元素（部分～整体） 推论：全部元素  ----->  性质和原子量有内在联系 实验：全部元素  ----->  性质和原子量有内在联系 （四）、演绎逻辑的模式——创始人是古希腊哲学家亚里士多德（A.ristotle,公元前384～322） 推理形式： 已知  ：  A    ----->      P 联想  ：  A  ～  B（属～种）            推论  ：  B    ----->      P  实验  ：  B    ----->      P 事例：凡是树都有根，因为杨树是树，所以杨树也有根。 演绎推理：     已知：树        ----->      根     联想：树    ～    杨树      （属～种）     推论（阐述）：杨树  ----->    根     实验：杨树    ----->      根       （五）、归纳逻辑的模式——创始人是英国哲学家弗兰西斯•培根（Francis  Bacon  ，1561—1626） 推理形式： 已知  ：  A1、A2…An    ----->      P 联想  ：  A1、A2…An    ～  B（种～属）            推论  ：  B    ----->    P  实验  ：  B    ----->    P 事例：因为松树有根，柳树有根，杨树有根，……。所以，凡是树都有根。 归纳推理：         已知：松树    ----->      根                     柳树    ----->      根                       ……  ……  ……                     杨树    ----->      根         联想：松树、柳树……杨树  ～  树（种～属）         推论（综述）：树  ----->    根         实验：树    ----->    根         人物简介：         亚里士多德（Aristoteles公元前384-  322年）是演绎逻辑的创始人；是古希腊哲学的集大成者，恩格斯称他为最博学的人。他出生于马其顿的斯它吉拉城，父亲是马其顿王室的医师。公元前342～339年担任亚历山大一世的老师。         17～37岁（学习）：亚里士多德一生潜心于教学和学术研究。公元前367年，17岁的亚里士多德，离开了马其顿王国，来到了雅典，师从柏拉图。他在这里一住就是20年，大约前10年按照柏拉图所规定的，修习基础课程，后10年则以辅导员身份，做教学辅助工作。他最早的著作被认为是在这一时期写成的         37～49岁（研究）：柏拉图逝世之后，大半是为了避免学院的人事纠葛，公元前347年37岁的他离开雅典到了小亚细亚，在这里他充分利用了沿海礁岛林立的地理条件进行研究，积累了初步的生物学资料。不久他应聘回到了马其顿，作了当时的王子、后来的亚历山大大帝的教师，在这里他开始关注政治、伦理问题。他的第一批政治伦理作品，是在这个时期写成的。         49～61岁（教师）：公元前335年，49岁的亚里士多德又回到雅典。在雅典城外吕克昂的阿波罗神庙附近的运动场里，他创建了一所学校，亲自主持讲授，并广泛地开展学术研究。现在我们所见到的较为完整的亚里士多德著作，大都是这一时期的作品。         61～62岁（避难）：公元前323年亚历山大猝死于远征的军旅之中，亚里士多德便成为政治打击的对象，他和苏格拉底一样，被控以“亵渎神灵”的罪名。他不得不把学校移交给自己的学生和朋友，于公元前323年夏天，离开雅典回到母亲的故地优卑亚岛卡尔基斯城避难，于次年病死，终年62岁。         亚里士多德一生在哲学及古代知识的许多领域中都取得了巨大的成果。他总结了泰利斯以来古希腊哲学发展的成果，首次将哲学和其他科学区别开来，开创了逻辑学、伦理学、政治学和生物学等学科的独立研究。他的学术思想对西方文化和人类的科技进步产生了深远的影响。他的著作是古代的百科全书，主要有《工具论》、《形而上学》、《物理学》、《伦理学》、《政治学》、《诗学》等。         弗兰西斯•培根（Francis  Bacon  ，1561—1626）是一名英国皇家司法高官，是归纳逻辑的创始人。他开创了以 经验 班主任工作经验交流宣传工作经验交流材料优秀班主任经验交流小学课改经验典型材料房地产总经理管理经验 为手段，研究感性自然的经验哲学的新时代，被马克思称为“英国唯物主义和整个现代实验科学的真正始祖”。英国著名哲学家罗素BertrandRussell，1872-1970）尊称他为  “给科学研究程序进行逻辑组织化的先驱”  “近代归纳法的创始人”。培根还提出了“知识就是力量”的名言。         培根生于英国伦敦的一个官宦世家，父亲是是伊丽莎白女王的掌玺大臣，母亲是贵族出身的才女。他13岁时进入英国著名的剑桥大学攻读法律。         1582年，21岁的培根开始从事律师业。23岁时被选为英国下议院议员。1603年，伊丽莎白女王去世，42岁的培根因得到继任国王詹姆斯一世的赏识，便平步青云。1603年受封为爵士，  1604年被任命为国王的顾问，1607年被任命为副检察长，1613年被委任为首席检察官，  1617年提升为掌玺大臣，1618年晋升为大法官，1621  年受封为子爵。         培根是一位业余科学哲学家。他在国务活动之余，积极从事科学探索，他的主要理论著述是在为官期间完成的。他的第一部著作《论说文集》是论述政治伦理道德的，发表于1597年；但是培根最重要的著作是论述科学哲学的。他从1605年起开始写作一部巨著《伟大的复兴》，这是他要对人类知识加以重新改造的巨著，但他未能完成预期的 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 。              1605年，培根出版了《论学术的进展》一书  。这是以知识为其研究对象的一部著作，主张要全面改造人类的知识，使整个学术文化从经院哲学中解放出来，实现伟大的科学复兴。         1609年，在培根任副检察长时，他出版了第三本著作  《论古人的智慧》  。他认为在远古时代，存在着人类最古的智慧，可以通过对古代寓言故事的研究而发现失去的最古的智慧。         1620年出版的《新工具》是培根最重要的哲学、逻辑学著作。他提出了经验认识原则和经验认识方法，从而奠定了近代归纳逻辑的基础，给人类开辟了一条崭新的科学认识道路。这本书与亚里士多德的《工具篇》是相对立的。他认为，感觉经验是一切知识的源泉。要获得自然的科学知识，就必须把认识建筑在感觉经验的基础上。他提出的经验归纳法，主张以实验和观察材料为基础，经过分析、比较、选择、排斥，最后得出正确的结论。         1621年，培根因被国会指控在任大法官期间犯有受贿罪而被监禁并从此驱逐政坛。培根成为平民之后，将全部精力从事理论著述，仅用几个月时间就完成了  《亨利七世本纪》  一书，这部著作被誉为“近代史学的里程碑”。         大约在1623年，培根写成了《新大西岛》一书，作者在书中描绘了自己追求和向往的科学主宰一切的理想社会的蓝图。此外，培根的著作还有：《论事物的本性》、《迷宫的线索》、《各家哲学的批判》、《自然界的大事》、《论人类的知识》等等。         １６２６年４月培根病逝，终年65岁。 二、科学发现过程的创新逻辑分析 （一）、天文学    【1】哥白尼日心体系创立过程的逻辑分析 发现实例：希腊著名数学家、天文学家托勒（C.Ptolemaeus，约90～168）所建立的以地球为中心的宇宙结构模型与当时的观测资料符合得相当好，并且与人们的经验相一致，比较容易被人们所接受，所以，一直流传了一千多年。随着天文观测的进步，地心体系与观测数据之间总是不断出现矛盾。为了消除这些矛盾，托勒密的后继者们用增加圆形轨道的办法加以补救，致使这个具有80多个圆形轨道的宇宙几何模型显得十分复杂，极不协调。 尼古拉•哥白尼（N.Copemicus,1473～1543）是波兰的一名牧师，酷爱天文学，他把自己全部余暇时间用于天文观测和宇宙体系的研究上。他攻读了大量古希腊学者有关天文学的著作，受到了其中地球运动思想的启发，使他认识到托勒密所建立的地球静止于宇宙中心的体系是把地球的自转和公转的运动转嫁给了每一个天体，这就使地心体系不必要的复杂化了。他想，“为什么不承认天穹的周日旋转只是一种视运动，实际上是地球运动的反映呢？”“是否假定地球有某种运动能比假定天球旋转得到更好地解释呢？”  那么，能否建立一个结构简单的宇宙几何模型呢？ 于是，哥白尼“从地球运动的假定出发，经过长期地、反复地观测，终于发现：如果其它行星的运动同地球运动联系起来考虑，并按每一行星的轨道比例来作计算，那么，不仅会得出各种观测现象，而且一切星体轨道和天球的大小与顺序以及天穹本身，就全部有机地联系在一起了，以致不能变动任何一部分而不在众星和宇宙中引起混乱。”哥白尼经过30多年的努力，终于在1543年写成了他的巨著《天体运行论》,书中详细阐述了他所创立的以太阳为中心的宇宙几何模型。这个宇宙结构模型是这样的： “天球从远到近的顺序如下，最远的是恒星天体，包罗一切，本身是不动的,它是其它天体的位置和运动必须的参考背景。有人认为，它也有某种运动；但是，我们将从地球运动出发对这种视变化作另外的解释。在行星中土星的位置最远，30年转一周；其次是木星，12年转一周；然后是火星，2年转一周；第四是1年转一周的地球和它在一起的月亮。 金星居第五，9个月转一周；第六为水星， 八十天转一周。” 哥白尼的日心体系还提供了行星到太阳的相对距离： 行星名称            哥白尼值          现代值 水星                    0.3763            0.3871 金星                    0.7139            0.7233 地球                    1.0000            1.0000 火星                    1.5198            1.52 木星                    5.2192            5.20 土星                    9.1743            9.5389 在这个模型中，地球不再是一个静止不动的天体，也不处于宇宙中心的位置上，它是一颗普通的行星，既有自转，又有绕太阳的公转；而太阳位于宇宙的中心，它照亮了整个宇宙，并驾驭着周围的行星。这个日心体系把每个行星轨道的大小、运动的速率和排列顺序关联起来，形成了一个紧密的整体，显示出宇宙具有令人赞叹的和谐性。这个体系用地球的自转解释了太阳东升西落的现象和整个天球的周日视运动。而太阳和行星的周年视运动是地球和其它行星绕太阳公转的结果。此外，哥白尼还根据地球和其它行星的相对运动解释了行星的顺行、逆行和留的现象。根据地球自转轴的运动解释了岁差，并且在测定了行星的公转周期之后，重新安排了太阳系诸天体的排列顺序。他指出，太阳系的行星在各自的圆形轨道上围绕太阳旋转，它们的轨道大致处在同一个平面上，且公转方向也是一致的。月亮围绕地球旋转，并且和地球一起绕太阳旋转。由于他把太阳系中天体的多种视运动归因于一个统一的原因即地球的自转及其绕太阳的公转，使以前那些看来极不协调的种种天像变得十分和谐。哥白尼日心体系仅用了34个圆形轨道，这比托勒密的地心体系减少了许多。所以，哥白尼提供了用匀速圆周运动解释天体现象的最简单的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，从而使天文学的测算变得更加容易了。 哥白尼所结构的日心体系是一个崭新的宇宙体系。他清楚的理解到他的体系与托勒密的宇宙体系之间的根本区别，在于描述所观察的运动时选取的参考系不同。他认为“无论观测对象运动，还是观测者运动，或者两者同时运动但不一致，都会使观测对象的视位置发生变化（等速平行运动时不能互相察觉的）。要知道，我们是在地球上看天穹的旋转，如果假定地球在运动，也会显得地外物体作方向相反的运动。” 哥白尼日心体系的创立是近代科学史上一件划时代的大事，它颠倒了一千多年来占统治地位的宇宙观，给我们描绘了一幅关于太阳系的科学图景。哥白尼的日心体系启发了后来开普勒等人按照全新的方式来考虑行星的真实轨道，进而又为引力理论的发展开辟了道路。 创新逻辑分析： 相反推理： 已知：地静日动  ----->    地心体系复杂 联想：地静日动～地动日静（相反关系） 推论：地动日静  ----->    日心体系简单    实验：地动日静  ----->    日心体系简单                     （波兰：哥白尼） 人物简介：尼古拉•哥白尼（N.Copernicus,1473～1543）伟大的波兰天文学家，日心说的创立者，近代天文学的奠基人。  他出生于波兰托伦城的一个商人家庭。他10岁丧父，由舅父收养，18岁进入著名的克科夫大学学习数学、天文学。1496年去意大利留学，先后在波伦亚  、帕多瓦、裴拉拉等大学学习法律、医学和神学。1503年，哥白尼回到祖国，为担任主教的舅父做秘书和私人医生。在其舅父死后，于1512年到波罗的海沿岸的罗恩堡任牧师，并利用余暇时间进行天文观测和日心体系的创立。由于担心教会的迫害，一直到1530年才将他的学说写成一本小册子《纲要》，以手抄本的形式在朋友中流传。在他病重的1542年才同意将他的著作《天体运行论》发表，1543年70岁的哥白尼在弥留之际看到了这部巨著的印刷本，并为此书写了序言，在序言中他明确表示，“对数学一窍不通的无聊的空谈家会摘引《圣经》的章句加以曲解，来对我的著作进行非难和攻击，……我绝不予以理睬，我鄙视他们，把他们的议论视同痴人说梦加以摒弃。”,可惜哥白尼的这一序言被出版者撰写的序言所取代，直到300年后，哥白尼的序言才得以公诸于世。　 　哥白尼创立的宇宙结构体系——日心说，是天文学上一次伟大的革命，它否定了在西方统治达一千多年的地心说。从根本上动摇了欧洲中世纪宗教神学的理论支柱。“从此自然科学便开始从神学中解放出来”，“科学的发展从此便大踏步前进”（恩格斯《自然辩证法》）。 托勒密（C.Ptolemaeus,约90～168）是古希腊晚期亚历山大城的数学家、天文学家。生于埃及一个希腊化城市赫勒热斯蒂克。他在所写的《天文大全》一书的前言中提出，“……天宇是球形的并且作球体运动，大地就形状来说，显然是球状的……；就位置来说，它恰在天宇的中央，像几何中心一样；就大小和距离来说，大地与恒星比较就是一个点，它本身完全没有运动。”托勒密是依据当时人们普遍接受的动力学原理，来否定地动思想的。于是，他从地球静止的假定出发，按照由近及远的原则，构建了他的以地球为中心的宇宙结构模型。为了说明各个天体的表观运动，他创造了由偏心轮、本轮－均轮和等巨轮三种几何图形的组合来表示天体做匀速圆周运动的精致模型。（附图）柏拉图的学生欧多克斯（E.Cnidos,约公元前409～前355）是第一个致力于建立宇宙几何模型的天文学家，他通过长期的天文观测，用了27个以地球为中心的同心球壳来解释附着于球壳上的天体视运动。后经许多天文学家的努力，最后由托勒密完成。 【2】行星运动三大定律发现过程逻辑分析       （1）行星运动的轨道定律         发现实例：哥白尼的日心体系在天文观测的精度上并没有多大的提高。1576年丹麦国王拨款修建了天文台赠给了天文学家第谷•布拉赫（Tycho      Brahe,1546～1601），第谷改进了观测仪器，提高了仪器的精度，修正了大气折射效应，从而使他的天文观测的准确性远远超过了前人观测的几十到几百倍。它在21年的观测中，各行星的角位置的误差仅有2’。         作为第谷的助手曾担任德国格拉茨大学数学讲师的年仅30岁的开普勒（J.Kepler,1571～1630）认真整理研究了第谷留给他的大量天文观测资料。他在对火星轨道的研究中，发现用哥白尼日心体系的圆形轨道推算出来的火星位置的理论值与第谷观测的火星位置的实际值相差8ˊ，这个误差远远大于第谷只有2ˊ的观测误差。也就是说，这颗行星运行的实际位置与哥白尼的理论值偏离很大。这表明，火星绕日运行的真实轨道不是哥白尼假设的圆形轨道。那么，火星绕日运行的真实轨道究竟是什么形状的几何曲线呢？         1609年，开普勒由此走上了改革整个天文学的道路。他从第谷有关火星的观测资料中排除了地球运动在行星运动中的效应，借用地面上的三角测量法，绘制出的火星运动的真实轨道是一个卵形曲线。为了确认这个曲线，他尝试用椭圆轨道代替圆形轨道来推算火星位置的理论值，结果推算出来的理论值与第谷观测的实际值几乎密合。这就表明，火星运行的真实轨道是一个椭圆轨道，而不是一个圆形轨道。他进而又发现太阳系的每颗行星都沿椭圆轨道运行，太阳就在这些椭圆的一个焦点上。这就是著名的行星轨道定律。         创新逻辑分析：         ①相异推理： 已知：圆形轨道    --/-->    火星的真实轨道  联想：圆形轨道  ～  M形轨道（相异关系） 推论：M形轨道      ----->    火星的真实轨道 实验：椭圆轨道    ----->    火星的真实轨道          （德国：开普勒）         ②相似推理： 已知：火星    ----->    椭圆轨道 联想：火星  ～  金星（木星…）（相似关系） 推论：金星（木星…）  ----->    椭圆轨道 实验：金星、木星…      ----->    椭圆轨道               （德国：开普勒）       （2）、行星运动的面积定律 发现实例：开普勒在确定了行星绕日运行的轨道之后，他又发现了地球距太阳近时运动得快，而距太阳远时就运动得慢。也就是说，地球绕日旋转的线速度是不均匀的。他想，行星到太阳的连线（矢径）在单位时间内扫过的面积（面速度）是否均匀呢？ 于是，开普勒计算了地球、火星在近日点和远日点上其矢径扫过的面积，发现它们的矢径在相等的时间间隔内扫过相等的面积。这表明，地球、火星绕日旋转的面速度是均匀的。然而由于这种关系如此美妙和简单，致使他坚信这个关系无论对于哪个行星和在轨道的哪一部分都是真实的，这就是面积定律。         创新逻辑分析：         相异推理： 已知：线速度（地绕日）  --/-->      均匀 联想：线速度～面速度（相异关系） 推论：面速度（地绕日）  ----->      均匀 实验：面速度（地绕日）  ----->      均匀               （德国：开普勒）         （3）、行星运动的和谐定律 发现实例：开普勒在确定了行星的轨道之后，他发现行星距太阳近时运动得快，而距太阳远时运动得就慢。也就是说行星运行的线速度与矢径成反比。那么是否行星运行的公转周期与矢径成正比呢？开普勒依据第谷的观测数据经过反复计算，最后终于发现：行星运行的公转周期的平方同它们到太阳的平均距离的立方成正比，即得到了T2═R3的关系式。这就是行星运动的和谐定律。         1619年，开普勒在  《世界和谐》一书中公布这一定律时，他欣然写道：“17年来，我对第谷观测数据所作的刻苦研究同我当初认为是梦想的目前研究结果是完全符合的，……  认识到这一真理，这是超出我最美好的期望的”。         创新逻辑分析：         相反推理： 已知：线速度（V）----->    与矢径（R）成反比                  联想：线速度    ～    周期        （相反关系） 推论：周期（T）    ----->    与矢径（R）成正比 实验：T2  =  R3                               （德国：开普勒）         人物简介：开普勒（J.Kepler,1571～1630）是一位天文学家。出生于德国符腾堡州维尔城一个小业主家庭里，自幼体弱多病，4岁时患天花损害了他的身体和视力，使一只手落下了残疾。他17岁丧父，因家境贫困，靠宫廷资助就读于杜宾根大学神学系，学习成绩名列前茅。         毕业后，于1594年在格拉茨大学新教神学院担任数学和天文学讲师。1596年他发表了《宇宙奥秘》一书，在书中他用古希腊人已发现的五个正多面体和当时已知的六颗行星的轨迹，构造了一个宇宙几何模型，这表现了他的丰富想象力和数学才能。虽然这一模型没有任何理论意义，但它却因此得到了天文学家第谷的欣赏而成为助手。两年后，1601年第谷因病去世，开普勒继承了他的全部天文观测资料，并遵循第谷的遗嘱开始编制新星表的工作，并利用这项工作的机会探索行星运动的规律，发现了行星运动三大定律。1609年他发表了《新天文学》一书，公布了行星运动的轨道定律和面积定律。1619年他在《世界的和谐》一书中公布了行星运动的和谐定律。1627年，他公布了以他们的保护人奥皇鲁道尔夫命名的星表，这一星表比当时流行的星表要准确得多、有效得多。         开普勒在行星运动定律的探索过程中，除了进行繁重复杂的数学计算之外，他还忍受着生活的不幸。26岁时他与一个出身名门而头脑简单、喜欢胡搅蛮缠的有钱寡妇结婚，此后，他很少感到家庭的温暖。1613年前妻死后，与一个贫家女子结婚，感情虽融洽，但经济上常很拮据。他的母亲平时因爱吵闹而被指控犯有巫术罪被拘禁，他奔波了一年多才使其母得到释放。他的两个妻子共生有12个孩子，大多在贫困中夭折，他作为新教徒还经常受到教会的迫害。虽然他被任命为皇家数学家，但长期领不到薪俸，不得不靠为皇室贵族占星算命来维持生活。1630年11月15日，他在前往布拉格索要薪俸的途中，因贫病交困而死。开普勒的一生是坎坷不幸的一生，也是为人类做出重大贡献的一生。 第谷•布拉赫（Tycho,Brahe,  1546～1601）        丹麦天文学家，生于丹麦斯坎尼亚省基乌德斯特普（  今属瑞典）一个贵族律师家庭，自幼过继给伯父约尔根•布拉赫为子，曾先后在哥本哈根大学、莱比锡大学学习法律。1566年伯父去世后，他去德国罗斯托克大学攻读天文学。         1572年11月11日他发现在仙后座中的一颗新星——第谷新星，现已测知是银河系的一颗超新星。1576年在丹麦王腓特烈二世的资助下，他在汶岛上建立了一所宏大的天文台。在此，他作了长达21年的高精度的天文观测。发现了月球运动的二均差，编制了一部最精确的恒星表（原收入777颗星，后又补充223颗未经最后核对的星），并积累了大量行星运动的观测资料。后因腓特烈二世卒，他逐渐失宠于王室。1597年离开汶岛，1599年到布拉格任鲁道夫二世的皇家数学家。1600年接受德国天文学家J.开普勒为助手，翌年卒于布拉格，临终前把他在汶岛所作的高精度的行星运动观测资料留给了开普勒，后者利用它们发现了行星运动三定律，从而引起了整个天文学的革新。 （二）、经典力学                   【1】阿基米德浮力定律发现过程的逻辑分析         发现实例：古代地中海西西里岛上有一个叙拉古王国，相传国王海埃罗让金匠做了一顶金冠，他怀疑其中掺了假，便请大科学家阿基米德（公元前287～212）来鉴别。于是阿基米德日思夜想，不得其解。一天他在浴盆里洗澡，当他进入浴盆时，盆中的水便溢了出来，他发现身体浸没的体积和溢出水的体积一样多。这时他想，如果将金冠和等重的纯金块先后浸入盛满水的盆里，那么，是否可根据溢出水的多少来判断金冠和纯金块的体积大小，进而断定金冠是否掺了假呢？         于是他喜出望外，跑回王宫，找来一块和金冠等重的纯金块进行实验，结果发现王冠溢出的水比金块多。阿基米德由此证明了金冠掺了假。         人们知道，浸没在水中比水轻的物体会受到一个向上的浮力，阿基米德由此想到，浸没在水中比水重的物体是否也会受到一个向上的浮力呢？         于是，阿基米德对浸没在水中比水重的物体进行了称量，发现物体的重量在水中减轻了许多，减轻的重量恰好等于物体所排开水的重量；接着他又称量了比水轻或者与水等重的物体，都得到了同样的结论。这就是著名的阿基米德浮力定律。这个定律的现代表述是这样的：浸没在液体中的物体受到液体对它向上的浮力，浮力的大小等于物体所排开液体的重量。         创新逻辑分析:       ①相似推理： 已知：人        体        ----->    V浸水  =  V溢水    联想：人体  ～  金冠（金块）（相似关系） 推论：金冠（金块）----->    V浸水  =  V溢水 实验：金冠（金块）----->    V浸水  =  V溢水 同重金冠的体积      ≥    同重金块的体积           （古希腊：阿基米德）         ②相似推理： 已知：轻物    ----->    浮力      联想：轻物～重物（相似关系） 推论：重物    ----->    浮力 实验：重物    ----->    浮力        （古希腊：阿基米德）         人物简介：阿基米德（公元前287～212）是古希腊数学家、科学家和发明家。公元前287年生于古希腊在西西里岛的城邦叙拉古城（今意大利锡拉库萨）。他的父亲菲迪阿斯是一位天文学家，与叙拉古国王亥尼洛二世有亲戚关系。         阿基米德在11岁时，到埃及的文化中心亚历山大城去学习，进入欧几里德创办的数学学校，他的老师是欧几里德的学生卡农，阿基米德在那里学习数学、天文学、物理学等。 阿基米德在亚历山大学习结束后就返回叙拉古，致力于数学研究，他不愿意充当“一名被彼人看不起的象叫花子那样唯利是图的商业和战争机器的制造者”，但是为了抵御罗马人的进攻，他接受了亥尼洛国王的命令，制造许多作战机器。         他在科学上的主要贡献是发现了浮力定律、杠杆原理，他在确定各种几何图形的面积和物体的表面积、体积的计算方法时，创立了“穷竭法”。公元前212年，入侵的罗马军队进入叙拉古城时，在家中杀害了他，终年75岁。 【2】伽利略自由落体定律发现过程逻辑分析                     发现实例:古希腊大科学家亚里士多德（A.ristotle    the    Stagirite    ,公元前384～前322）发现不同比重的物体在同一介质中有不同的下落速度，既重（比重）的下落得快，轻（比重）的下落得慢。那么，相同比重的物体在同一介质中，是否有相同的下落速度呢？相传意大利比萨大学物理学教授伽利略（Galileo    Galilei  ,  1564～1642）在1589～1592年间，在比萨斜塔做过实验：他把相同比重大小的铅球带到塔顶，让它们同时从同一高度下落，结果同时到达地面。伽利略还推断不同比重的物体在毫无阻力的真空中有相同的下落速度，即自由落体有相同的下落速度。后来人们用实验证实了这一推断。         伽利略通过对自由落体运动的观察和研究，发现自由落体的下落速度（v）  与下落时间（t）成正比。那么，自由落体下落的距离（h）与下落的时间（t）是否也成正比呢？大约在1609年伽利略进行了著名的斜面实验。他用一块长约6米，宽约4厘米、厚约25～30厘米的木板造成一个斜面，在上面刻上一条宽约1厘米的槽，将槽面摩得十分光滑以尽量减少摩擦,然后使一个小铜球从斜面上沿槽滚下,记下每一单位时间内小球滚过的距离。伽利略通过上百次的反复实验，最终推算出小球是以匀加速运动沿斜面滚下。测出它的下落距离（h）与时间的平方（t2）成正比。这就是自由落体定律，其数学形式：v  ═  gt    ,    h  ═  1╱2gt2    。这个定律告诉我们，在忽略摩擦力的情况下，物体沿着有同一高度、不同倾斜度的斜面到达低端时所需要的时间相同，它们的末速度相同；因此从同一高度下落的物体，在没有摩擦力的真空中，不管它们的比重和重量是否相同，必将同时落到地面。         创新逻辑分析：         ①相反推理: 已知:不同比重的物体（同一介质）  ----->  有不同下落速度 联想:不同比重的物体～相同比重的物体（相反关系） 推论:相同比重的物体（同一介质）  ----->  有相同下落速度 实验:相同比重的物体（同一介质）  ----->  有相同下落速度         ②相反推理: 已知:不同比重的物体  （有介质)  ----->    不同下落速度  联想:  有介质～无介质（真空）（相反关系） 推测:不同比重的物体  (无介质)    ----->    相同下落速度  实验:不同比重的物体    (真空)      ----->    相同下落速度                         （意大利：伽利略）         ③相似推理: 已知:  下落速度      ----->      与下落时间成正比 联想：下落速度～下落距离  （相似关系） 推论：下落距离      ----->      与下落时间成正比 实验：下落距离      ----->      与下落时间平方成正比  （  v  =  gt，h  =  1╱2•gt2  ，h  =1╱2g•v2）             （意大利：伽利略）         人物简介：         伽利略（  Galileo    Galilei  ,1564  ～  1642  ）是意大利文艺复兴后期意大利天文学家、物理学家，是近代实验物理学的开拓者，被誉为“近代科学之父”。  他是为维护真理而进行不屈不挠的战士。25～45岁任大学教授,46～69岁任宫廷数学家和哲学家。他的重大贡献是在业余时间和在家监禁期间完成的。伽利略的两项发明使他得到了工作的机会，而他写的两本书却使他遭受迫害。         伽利略出生于意大利西海岸比萨城的一个破落贵族家庭，1581年，17岁的伽利略遵从父命进入到比萨大学学医。1585年，他因家贫退学，回到佛罗伦萨郊区协助父亲经营店铺，但仍抽空坚持看书学习。         1589年，25岁的伽利略因发明液体比重秤被聘回比萨大学任教，在工作之余，他深入研究了自由落体运动，并用实验否定了亚里士多德的落体理论，因此，受到校方和教授们的敌视，于1592年将他排挤出比萨大学。         同年，经朋友帮助受聘到威尼斯公国的帕多瓦大学任教。1609年，45岁的伽利略在教学之余又发明了一架直径4.4厘米、长1.2米可放大近千倍的望远镜。1610年初，他用这架望远镜观察天像时，获得一系列重大发现，其中发现月球上有山脉、木星上有卫星、金星上有盈亏、太阳上有黑子、并发现银河是由无数发光的恒星组成。他将这些重大发现立即汇编成《星界信使》一书公布于世,由此伽利略声名大振。         同年7月他被邀请到佛罗伦萨任宫廷数学家和哲学家。这期间，他仍利用余暇时间进行天文学研究，经过六年的努力，于1632年出版了他68岁完成的伟大著作《两大世界体系的对话》，从而震惊了宗教界。由于这部著作从理论上支持了哥白尼的日心学说、批判了托勒密的地心学说，因此罗马教廷于1633年6月22日判处年近70岁的伽利略终生监禁。         伽利略在家监禁期间，继续他的力学研究。又用了三年的心血，74岁的伽利略写成了《关于力学和局部运动两门新学科的谈话和数学证明》一书，（简称《两门新科学》），并于1638年秘密送往荷兰出版。1637年，伽利略双目失明。伽利略于1642年1月8日因寒热病去世。时隔350年后，伽利略的冤案于1983年才得以平反昭雪。 【3】牛顿力学三定律发现过程的逻辑分析       （1）、牛顿第一定律发现过程的逻辑分析         发现实例：古希腊科学家亚里士多德（A.ristotle,  公元前384  ～  322）依据观察得到如下结论：要维持物体作匀速直线运动，就需要有恒定的推动力。16世纪，意大利物理学家伽利略（G•  Galilei,  1564～1642）认真研究了亚里士多德的这一结论，并尝试让同一物体在不同路面上作匀速直线运动，结果发现路面越光滑维持物体所需要的恒定推动力越小。伽利略由此想到，若路面极其光滑（没有摩擦力），是否维持物体作匀速直线运动的恒定推动力会等于0呢？       于是，伽利略作了如以下的斜面实验：他让具有一定速度运动的物体，沿斜面向下时，他的速度将越来越大；当沿斜面上升时，它的速度将越来越小。这些都是物体所受重力引起的。伽利略由此推定：如果物体既不向下，也不向上，而是继续在极其光滑的平面上运动的话，（重力在这个方向上不起作用）那它的速度必将保持不变。         惯性运动的发现证明了物体不仅有保持静止状态不变的特性，而且有保持其匀速直线运动不变的特性。后来牛顿从伽利略的发现中看到了这一性质的普遍意义并把他概括为一个自然规律——惯性定律，即一个物体将保持它自己的静止状态或匀速直线运动状态不变，直到它受到外力的作用迫使它改变这种状态为止。这就是牛顿第一定律。            创新逻辑分析：         ①相反推理 已知：在粗糙路面上        →          需要的推力大 联想：粗糙路面～光滑路面（相反关系） 推论：在光滑路面上        →          需要的推力小 实验：在光滑路面上        →          需要的推力小         ②相反推理 已知：有摩擦力路面            →          有推力 联想：有摩擦力～无摩擦力（相反关系） 推论：无摩擦力路面            →          无推力 实验：无摩擦力路面            →          无推力     （意大利：伽利略）       （2）、牛顿第二定律发现过程的逻辑分析         发现实例：惯性定律指出，当物体  不受外力时，他将作匀速运动或处于静止状态，那么当物体受到外力时，它是否会作变速运动呢？牛顿通过实验发现，物体受外力时会作加速运动。当外力加大时，物体的加速度会增大，当物体的质量增大时，物体的加速度会减小。经反复测定得到如下结论：物体受力时产生的加速度的大小和它所受的外力的大小成正比，和物体本身的质量成反比，加速度的方向和外力的方向一致。若用F表示物体所受的外力，用m表示物体本身的质量，a表示物体在受外力时产生的加速度，上述规律可写成：                         a  =  F∕m          或            F  =  ma  这个物体运动的变化（即加速度）和受力以及质量的关系叫做牛顿第二定律。         创新逻辑分析:         相反推理： 已知：不受外力的物体          →          匀速运动 联想：不受外力  ～  受外力  （相反关系）        推论：受外力的物体              →            变速运动 实验：受外力的物体              →            变速运动           a  =  F∕m        或      F  =  ma                   （英国：牛顿）       （3）、牛顿第三定律发现过程的逻辑分析 发现实例：人们在社会实践中发现，当左手击打右手时，同时右手也会击打左手；当手对木箱施加推力时，同时木箱对手也有向后的压力；当卡车行进对托车有向前的拉力时，同时拖车对卡车也有向后的拽力；当锤子撞击钉子时，同时钉子对锤子也有力的作用；……。当任意一个物体对另一物体施加作用力时，同时另一物体对这一物体也有反作用力，且方向相反，同时分别作用在两个物体上。那么这两个力的大小是否相同呢？下面的实验回答了这个问题。         把两个弹簧秤相互勾起来，然后分别用两手拉它们，使它们发生相互作用。不论两手如何拉，两个弹簧秤在同一时刻的读数总是彼此相同的。这个实验表明，作用力和反作用力在任何时候都是大小相同，且方向相反。         创新逻辑分析：         ①相似推理： 已知：A1对B1有作用力        →      B1对A1有反作用力 联想：A1对B1  有作用力～A2对B2有作用力（相似关系） 推论：A2对  B2有作用力      →      B2  对  A2有反作用力 实验：A2对B2有作用力        →      B2对A2有反作用力             A3和B3、A4和B4......有作用力和反作用力                 （英国：牛顿）         ②相异推理： 已知：正、反作用力的方向          →        不同 联想：力的方向～力的大小（相异关系） 推论：正、反作用力的大小          →        相同 实验：正、反作用力的大小          →        相同                 （英国：牛顿）         人物简介：         牛顿（Newton  ,  1642～1727）是英国剑桥大学数学教授。他出生于英格兰东部小镇乌尔斯索普村的一个农民家庭，父母都是农民。父亲在他出生前两个月就去世了，在牛顿两岁时母亲改嫁，将他寄养在外祖母和舅父家。青年牛顿因家境贫困，只上了两年中学就辍学回家。在务农的日子里，他仍坚持自学。经过不懈的努力，他在舅父的资助下，于1661年以优异的成绩考进了剑桥大学。         1665～1667年，因伦敦流行鼠疫，牛顿中断学业回到家乡。在家乡18个月的时间里，牛顿在力学、天文学、数学和光学等方面做出了巨大的成就。后来他写道：“……在这些日子里，我正处在发现力最旺盛的时期，而且对于数学和哲学（自然哲学）的关心比其他任何时候都多”。牛顿一生的绝大部分成就是在这个时期创造的。牛顿并没有把他的科技成果立即公布于世，除了几篇短文和一些问题的数学证明外，他的科学著作多半是在一、二十年后完成并发表的。         1667年牛顿返回剑桥大学读研究生，毕业后于1669～1701年留校担任剑桥大学数学教授，他从教时间从27～59岁长达32年。1668年他发明了世界上第一架反射望远镜，并用它观测了行星运动，解释了潮汐、岁差现象，预言了地球不是正球体。1687年45岁的牛顿发表了他的科学巨著《自然哲学的数学原理》，这是牛顿一生中科学成就的顶峰。1703～1727年担任英国皇家学会会长，1705年牛顿被封为爵士。牛顿1699年被任命为造币厂厂长。         牛顿终生未婚，晚年由他外甥女照料生活。1727年3月20日因病去世，在维斯敏斯特教堂为他举行了国葬。 牛顿是经典力学的奠基人，是微积分的创立者，他的科学成就在近代自然科学史上占有极其重要的地位。牛顿清醒地认识到人类追求真理的道路还十分漫长，他在弥留之际对身边的人说：“我不知道世人将对我如何 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 ，不过我自己觉得我只不过像一个在海滨玩耍的孩子，为时而发现一块光滑的石子或一个美丽的贝壳而感到高兴；但是那浩瀚的真理的海洋，却还在我的前面远未被发现呢！”         对于牛顿在科学上的贡献，恩格斯评价说：“牛顿由于发现了万有引力定律而创立了二项式定理和无限理论从而创立了科学的数学，由于认识了力的本性而创立了科学的力学。” 【4】惠更斯向心力定律发现过程的逻辑分析         发现实例：荷兰数学家、天文学家惠更斯（C.huygens,    1629  ～  1695）依据惯性定律关于匀速直线运动的物体不受外力（合外力=0）这一事实联想到，是否匀速圆周运动的物体也不受外力（合外力=0）呢？于是他做了如下实验：将绳子的一端系上一个小球，用手捏着绳子的另一端，当使小球作圆周运