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現代自然科學研究方法
自然科學方法論實質上是哲學上的方法論原理在各門具體的自然科學中的應用。作為科學，它本身又構成了一門軟科學，它是為各門具體自然科學提供方法、原則、手段、途徑的最一般的科學。自然科學作為一種高級復雜的知識形態和認識形式，是在人類已有知識的基礎上，利用正確的思維方法、研究手段和一定的實踐活動而獲得的，它是人類智慧和創造性勞動的結晶。因此，在科學研究、科學發明和發現的過程中，是否擁有正確的科學研究方法，是能否對科學事業作出貢獻的關鍵。正確的科學方法可以使研究者根據科學發展的客觀規律，確定正確的研究方向；可以為研究者提供研究的具體方法；可以為科學的新發現、新發明提供啟示和借鑒。因此現代科學研究中尤其需要注重科學方法論的研究和利用，這也就是我們要強調指出的一個問題。
一、科學實驗法
科學實驗、生產實踐和社會實踐並稱為人類的三大實踐活動。實踐不僅是理論的源泉，而且也是檢驗理論正確與否的惟一標准，科學實驗就是自然科學理論的源泉和檢驗標准。特別是現代自然科學研究中，任何新的發現、新的發明、新的理論的提出都必須以能夠重現的實驗結果為依據，否則就不能被他人所接受，甚至連發表學術論文的可能性都會被取締。即便是一個純粹的理論研究者，他也必須對他所關注的實驗結果，甚至實驗過程有相當深入的了解才行。因此，可以說，科學實驗是自然科學發展中極為重要的活動和研究方法。
(一)科學實驗的種類
科學實驗有兩種含義：一是指探索性實驗，即探索自然規律與創造發明或發現新東西的實驗，這類實驗往往是前人或他人從未做過或還未完成的研究工作所進行的實驗；二是指人們為了學習、掌握或教授他人已有科學技術知識所進行的實驗，如學校中安排的實驗課中的實驗等。實際上兩類實驗是沒有嚴格界限的，因為有時重復他人的實驗，也可能會發現新問題，從而通過解決新問題而實現科技創新。但是探索性實驗的創新目的明確，因此科技創新主要由這類實驗獲得。
從另一個角度，又可把科學實驗分為以下類型。
定性實驗：判定研究對象是否具有某種成分、性質或性能；結構是否存在；它的功效、技術經濟水平是否達到一定等級的實驗。一般說來，定性實驗要判定的是「有」或「沒有」、「是」或「不是」的，從實驗中給出研究對象的一般性質及其他事物之間的聯系等初步知識。定性實驗多用於某項探索性實驗的初期階段，把注意力主要集中在了解事物本質特性的方面，它是定量實驗的基礎和前奏。
定量實驗：研究事物的數量關系的實驗。這種實驗側重於研究事物的數值，並求出某些因素之間的數量關系，甚至要給出相應的計算公式。這種實驗主要是採用物理測量方法進行的，因此可以說，測量是定量實驗的重要環節。定量實驗一般為定性實驗的後續，是為了對事物性質進行深入研究所應該採取的手段。事物的變化總是遵循由量變到質變，定量實驗也往往用於尋找由量變到質變關節點，即尋找度的問題。
驗證性實驗：為掌握或檢驗前人或他人的已有成果而重復相應的實驗或驗證某種理論假說所進行的實驗。這種實驗也是把研究的具體問題向更深層次或更廣泛的方面發展的重要探索環節。
結構及成分分析實驗：它是測定物質的化學組分或化合物的原子或原子團的空間結構的一種實驗。實際上成分分析實驗在醫學上也經常採用，如血、尿、大便的常規化驗分析和特種化驗分析等。而結構分析則常用於有機物的同分異構現象的分析。
對照比較實驗：指把所要研究的對象分成兩個或兩個以上的相似組群。其中一個組群是已經確定其結果的事物，作為對照比較的標准，稱為「對照組」，讓其自然發展。另一組群是未知其奧秘的事物，作為實驗研究對象，稱為實驗組，通過一定的實驗步驟，判定研究對象是否具有某種性質。這類實驗在生物學和醫學研究中是經常採用的，如實驗某種新的醫療方案或葯物及營養晶的作用等。
相對比較實驗：為了尋求兩種或兩種以上研究對象之間的異同、特性等而設計的實驗。即把兩種或兩種以上的實驗單元同時進行，並作相對比較。這種方法在農作物雜交育種過程中經常採用，通過對比，選擇出優良品種。
析因實驗：是指為了由已知的結果去尋求其產生結果的原因而設計和進行的實驗。這種實驗的目的是由果索因，若果可能是多因的，一般用排除法處理，一個一個因素去排除或確定。若果可能是雙因的，則可以用比較實驗去確定。這就與謀殺案的偵破類似，把懷疑對象一個一個地排除後，逐漸縮小懷疑對象的范圍，最終找到謀殺者或主犯，即產生結果的真正原因或主要原因。
判決性實驗：指為驗證科學假設、科學理論和設計方案等是否正確而設計的一種實驗，其目的在於作出最後判決。如真空中的自由落體實驗就是對亞里士多德錯誤的落體原理(重物體比輕物體下落得快)的判決性實驗。
此外，科學實驗的分類中還包括中間實驗、生產實驗、工藝實驗、模型實驗等類型，這些主要與工業生產相關。
(二)科學實驗的意義和作用
1．科學實驗在自然科學中的一般性作用
人類對自然界認識的不斷深化過程，實際是由人類科技創新(或稱為知識創新)的長河構成的。科學實驗是獲取新的、第一手科研資料的重要和有力的手段。大量的、新的、精確的和系統的科技信息資料，往往是通過科學試驗而獲得的。例如，「發明大王」愛迪生，在研製電燈的過程中，他連續13個月進行了兩千多次實驗，試用了1600多種材料，才發現了白金比較合適。但因白金昂貴，不宜普及，於是他又實驗了6 000多種材料，最後才發現炭化了的竹絲做燈絲效果最好。這說明，科學實驗是探索自然界奧秘和創造發明的必由之路。
科學實驗還是檢驗科學理論和科學假說正確與否的惟一標准。例如，科學已發現宇宙間存在四種相互作用力，它們之間有沒有內在聯系呢?愛因斯坦提出「統一場論」，並且從1925年開始研究到1955年去世為止，一直沒有得到結果，因此許多專家懷疑「統一場」的存在。但美國物理學家溫伯格和巴基斯坦物理學家薩拉姆由規范場理論給出了弱相互作用和電磁相互作用的統一場，並得到了實驗證明而被公認。這表明理論正確的標準是實驗結果的驗證，而不是權威。
科學實驗是自然科學技術的生命，是推動自然科學技術發展的強有力手段，自然界的奧秘是由科學實驗不斷揭示的，這一過程將永遠不會完結。
2．科學實驗在自然科學中的特殊作用
自然界的事物和自然現象千姿百態，變化萬千，既千差萬別，又千絲萬縷的相互聯系著，這就構成錯綜復雜的自然界。因此在探索自然規律時，往往會因為各種因素糾纏在一起而難以分辨。科學實驗特殊作用之一是：它可以人為地控制研究對象，使研究對象達到簡化和純化的作用。例如，在真空中所做的自由落體實驗，羽毛與鐵塊同時落下，其中就排除了空氣阻力的干擾，從而使研究對象大大的簡化丁。
科學實驗可以憑借人類已經掌握的各種技術手段，創造出地球自然條件下不存在的各種極端條件進行實驗，如超高溫、超高壓、超低溫、強磁場、超真空等條件下的實驗。從這些實驗中可以探索物質變化的特殊規律或制備特殊材料，也可以發生特殊的化學反應。
科學實驗具有靈活性，可以選取典型材料進行實驗和研究，如選取超純材料、超微粒(納米)材料進行實驗。生物學中用果蠅的染色體研究遺傳問題同樣體現了科學實驗的靈活性。
科學實驗還具有模擬研究對象的作用，如用小白鼠進行的病理研究等。科學實驗可以為生產實踐提供新理論、新技術、新方法、新材料、新工藝等。一般新的工業產品在批量生產前都是在實驗室中通過科學實驗製成的，晶體管的生產就是如此。
科學實驗就是自然科學研究中的實踐活動，尊重科學實驗事實，就是堅持唯物主義觀點，無視實驗事實，或在實驗結果中弄虛作假，都是唯心主義的作法，最終必然碰壁。任何自然科學理論都必須以豐富的實驗結果中的真實信息為基礎，經過分析、歸納，從而抽象出理論和假說來。一個科學工作者必須腳踏實地，這個實地就是科學實驗及其結果，因此，唯物主義思想是每一個自然科學工作者都應該具備的基本素質之一。
二、數學方法
數學方法有兩個不同的概念，在方法論全書中的數學方法指研究和發展數學時的思想方法，而這里所要闡述的數學方法則是在自然科學研究中經常採用的一種思想方法，其內涵是；它是科學抽象的一種思維方法，其根本特點在於撇開研究對象的其他一切特性，只抽取出各種量、量的變化及各量之間的關系，也就是在符合客觀的前提下，使科學概念或原理符號化、公式化，利用數學語言（即數學工具）對符合進行邏輯推導、運算、演算和量的分析，以形成對研究對象的數學解釋和預測，從而從量的方面揭示研究對象的規律性。這種特殊的抽象方法，稱為數學方法。
(二)運用數學方法的基本過程
在科學研究中，經常需要進行科學抽象，並通過科學抽象，運用數學方法去定量揭示研究對象的規律性，其基本過程是：(1)先將研究的原型抽象成理想化的物理模型，也就是轉化為科學概念；(2)在此基礎上，對理想化的物理模型進行數學科學抽象(科學抽象的一種形式)，使研究對象的有關科學概念採用符號形式的量化，達到初步建立起數學模型，即形成理想化了的數學方程式或具體的計算公式；(3)對數學模型進行驗證，即將其略加修正後運用到原型中去，對其進行數學解釋，看其近似的程度如何：近似程度高，說明這是一個較好的數學模型，反之，則是一個較差的數學模型，需要重新提煉數學模型。這一基本過程可用簡圖表示如下：
數學方法又稱數學建模法，之所以其第一步要抽象為物理模型，這是因為數學方法是一種定量分析方法，而自然科學中的量絕大多數都是物理量，因此數學模型實質表達的是各物理量之間的相互關系，而且這種關系需要表達成數學方程式或計算公式。而驗證過程則通常為研究對象中各種物理量的測定(通過實驗)過程。因此，數學建模過程的第一步又常稱為物理建模，換言之，就是說沒有物理建模就難以進行數學建模；但是，若只有物理建模，就難以形成理論性的方程式或計算公式，就難以達到定量分析研究的目的。
(二)數學方法的特點
l.高度的抽象性：各門自然科學乃至社會科學雖然都是抽象的科學，都具有抽象性，可是數學的抽象程度更高，因為在數學中已經沒有了事物的其它特徵，僅存在數和符號，它只表明符號之間的數量關系和運算關系等。也只有這樣才能定量地揭示出研究對象的規律性。
2.高度的精確性：這是因為可以通過數學模型進行精確的計算，而且只有精確(即近似程度高)的數學模型才是人們最終所需要的數學模型。
3．嚴密的邏輯性：這是因數學本身就是一門邏輯嚴謹的科學，同時運用數學方法解決和研究自然規律時，一般總是在已掌握大量的、充分和必要的數據(即實驗信息)的基礎上，並首先運用邏輯推理方法建立物理模型之後才去建立數學模型的，因此數學模型中必然會包含更加嚴密的邏輯性。
4．充滿辯證特徵：因為在數學模型中的量往往是一個符號，如F＝ma就代表了牛頓第二定律，這其中的三個量的大小既是可以變化的，又是相互關聯的。因此數學模型本來就體現了辯證關系的兩大主要特徵：變化特徵和聯系特徵。
5．具有應用的廣泛性：華羅庚教授曾指出：「宇宙之大，粒子之微，火箭之速，化工之巧，地球之變，生物之謎，日用之繁，無處不用數學」。這是因為世上萬物的變化無不由運動而產生，無不遵從由量變到質變的規律性，因此只有通過定量研究才能更深刻揭示自然規律，才能更准確的把握住量變到質變的關鍵——度的問題。
6．隨機性：隨機性是指偶然性中有必然性，實驗信息是偶然的，通過數學建模，從多個偶然數據(分立的)中往往可以給出必然的結果(量之間連續變化的關系)，即規律性的結論。
(三)數學方法的種類
1．自然事物和現象的分類
數學方法及數學建模的應用依賴於自然事物和現象的性質，而自然事物和現象的種類繁多，數量是無限的。在大幹世界中，無法找到兩個完全一樣的東西，這是指再相仿的東西之間也必然會有差別。因此定量研究事物規律性時，數學模型不可能是針對某一個別事物而建立的，而總是針對同一類事物和現象所具有的共同規律性而建立的。這就要求：根據數學建模的需要，按一定的因素把事物進行分類，以便更方便地運用數學方法。概括起來，自然界中多種多樣的事物和現象一般可分為四大類：第一類是有確定因果關系的，稱為必然性的自然事物和自然現象；第二類是沒有確定因果關系的，稱為隨機的自然事物和現象；第三類是界限不明白，稱為模糊的自然事物和自然現象；第四類是突變的自然事物和自然現象。必然事物和現象就如同種豆得豆、種瓜得瓜一樣，因果關系完全確定。而隨機事物和現象就如同氣體分子的相互碰撞一樣，其中某兩個分子是否很快會發生碰撞，沒有必然性，但氣體分子間確實經常發生碰撞，所以可以說分子間發生碰撞是必然的，但某兩個分子的碰撞卻是隨機的。對模糊的事物和自然現象的理解，也可以用一個實例說明。許多國界都是以河流的主河道中線劃分的，中線究竟在哪裡，只能是一個模糊的界限，無法嚴格劃分。因為河水有多的時候，也有少的時候，洞水在流動，波浪在不斷地拍打著河岸，因此不可能進行絕對精確的測量，所以其界限是模糊的。地震的突然發生、橋梁的突然斷裂折墜等則屬於突然性事物和現象。
2．數學方法的分類
按照自然事物和現象的類型，根據理論計算和解決實際問題的需要，人們創立了許多種數學方法，概括起來主要有以下幾種：常量數學方法：古今初等數學所運用的方法，便是常量數學方法，主要有算術法、代數法、幾何法和三角函數法。常量數學方法被用於定量揭示和描述客觀事物在發展過程中處於相對靜止狀態時的數量關系和空間形式(或結構)的規律性。變數數學方法：它是定量揭示和描述客觀事物運動、變化、發展過程中的各量變化與量變之間的關系的一種數學方法。其中最基本的是解析幾何法和微積分法。解析幾何法由數學家迪卡爾創立，是用代數方法研究幾何圖形特徵的一種方法。微積分(通常稱為高等數學)方法是牛頓和萊布尼茨創立的。這種方法主要應用於求某種變化率(如物體運行速率、化學反應速率等)；求曲線(曲面)切線(切平面)；求函數極值；求解振動方程和場方程等問題。
必然性數學方法：這種方法應用於必然性自然事物和現象。描述必然性自然事物和現象的數學工具，一般是方程式或方程組。其中主要有：代數方程、函數方程、常微分方程、偏微分方程和差分方程等。利用方程可以從已知數據，在遵循推理規律和規則的條件下，推算出未知數據，如這種方法可以根據熱力學方程計算出煉鋼爐各部分的溫度分布。因而可通過理論計算，確定和選取煉鋼爐的最佳設計方案。
隨機性數學方法：指定量研究、揭示和描述隨機事物和隨機現象領域的規律性的一種數學方法。它主要含概率論方法和數理統計方法。
突變的數學方法：指定量研究只揭示和描述突變事物和突變現象規律性的一種數學方法。它是20世紀70年代由法國數學家托姆創立的。托姆用嚴密的邏輯和數學推導，證明在不超過四個控制因素的條件下，存在著七種不連續過程的突變類型，它們分別是：折轉型，尖角型，燕尾型，蝴蝶型，雙曲臍點型，橢圓臍點型，拋物臍點型。這些突變數學方法和突變理論，對於解決地質學研究領域中的復雜生突變事件(如地震預測)和現象十分有用。有專家預言：突變的數學方法，可能成為解決地質學領域復雜問題的一種強有力的數學工具。
模糊性數學方法：指用定量方法去研究、揭示和描述模糊事物和模糊現象和規律性的一種數學方法。自然界存在著大量模糊事物、模糊現象和模糊信息，無法用精確數學方法處理。模糊數學方法的創立，才使人類找到了處理該類問題的有效方法，人們稱這種方法的效果是「模糊中見光明」。「模糊數學」並非數學的模糊，這種數學本身仍是邏輯嚴密的精確數學，只是因用於處理模糊事物而得名。
公理化方法：指從初始科學概念和一些不證自明的數學公理出發遵循邏輯思維規律和推理規則，運用正確邏輯推理形式，對一些相關問題進行處理，從而建立起數學模型的一種特殊方法。公理化方法由古希臘數學家歐幾里得首創，並構成了歐氏幾何學理論體系，公理化方法的核心是研究如何把一種科學理論公理化，進而建成一個公理化理論體系。這種體系中首先建立公理，即把某學科中一些初始科學概念公理化，然後由公理推演出定理及其他，從而構成一個公理化理論體系。
(四)提煉數學模型的一般步驟
所謂提煉數學模型，就是運用科學抽象法，把復雜的研究對象轉化為數學問題，經合理簡化後，建立起揭示研究對象定量的規律性的數學關系式(或方程式)。這既是數學方法中最關鍵的一步，也是最困難的一步。提煉數學模型，一般採用以下六個步驟完成：
第一步：根據研究對象的特點，確定研究對象屬哪類自然事物或自然現象，從而確定使用何種數學方法與建立何種數學模型。即首先確定對象與應該使用的數學模型的類別歸屬問題，是屬於「必然」類，還是「隨機」類；是「突變」類，還是「模糊」類。
第二步：確定幾個基本量和基本的科學概念，用以反映研究對象的狀態。這需要根據已有的科學理論或假說及實驗信息資料的分析確定。例如在力學系統的研究中，首先確定的摹本物理量是質主(m)、速度(v)、加速度(α)、時間(t)、位矢(r)等。必須注意確定的基本量不能過多，否則未知數過多，難以簡化成可能數學模型，因此必須詵擇出實質性、關鍵性物理量才行。
第三步：抓住主要矛盾進行科學抽象。現實研究對象是復雜的，多種因素混在一起，因此，必須變復雜的研究對象為簡單和理想化的研究對象，做到這一點相當困難，關鍵是分清主次。如何分清主次只能具體問題具體分析，但也有兩條基本原則：一是所建數學模型一定是可能的，至少可給出近似解；二是近似解的誤差不能超過實際問題所允許的誤差范圍。
第四步：對簡化後的基本量進行標定，給出它們的科學內涵。即標明哪些是常量，哪些是已知量，哪些是待求量，哪些是矢量，哪些是標量，這些量的物理含義是什麼?
第五步：按數學模型求出結果。
第六步：驗證數學模型。驗證時可根據情況對模型進行修正，使其符合程度更高，當然這以求原模型與實際情況基本相符為原則。
(五)數學方法在科學中的作用
1．數學方法是現代科研中的主要研究方法之一
數學方法是各門自然科學都需要的一種定量研究方法，尤其在當今世界科學技術飛速發展的時代，計算機已得到廣泛應用，即使一個極其復雜的偏微分方程的求解問題也同樣可以通過離散化手段進行數字求解。如航磁法、地震法探礦的數據處理問題就異常復雜，其數學模型就是一個偏微分波動(場)方程。當然此類問題都需要在超大型專門計算機構進行的。正因為如此，許多過去無法進行定量研究的問題，現在一般都可以通過數學建模進行定量研究。當然，研究中的關鍵就是如何建模的問題了。同時，只有通過定量研究才能更深刻、更准確地揭示自然事物和自然現象內在的規律性。否則，一切科學理論的建立和理論研究的精確化就難以實現。
馬克思曾指出：「一種科學只有當它達到了能夠運用數學時，才算真正發展了」。這正如我國數千年的傳統中葯，因其葯效及有效成分沒能達到定量研究的程度，因而其發展遲緩。當今世界各主要國家都在對中國的中葯進行定量分析研究，某些中葯已被它國製成精品並擁有專利權向我國傾銷，這充分體現了定量研究的重要意義。
2．數學方法為多門科研提供了簡明精確的定量分析和理論計算方法
數學語言(方程式或計算公式)是最簡明和最精確的形式化語言，只有這種語言才能給出定量分析的理論和計算方法，通過理論計算給出的信息，可以給人們提供某種預測、某種預言。這種預示性的信息，既可能帶來某種發現、發明和創造，也可能導致極大的經濟和社會效益，從而使人們格外地感受到它的分量。
3．數學方法為多門科學研究提供邏輯推理、辯證思維和抽象思維的方法
數學作為自然科學研究的可靠工具，是因為它的理論體系是經過嚴密邏輯推證得到的，因此它也為科學研究提供了眾多邏輯推理方法；同時數學也是一種辯證思維和抽象思維的語言，因此也同樣為科學研究提供了辯證思維和抽象思維的方法。
三、系統科學方法
系統科學是關於系統及其演化規律的科學。盡管這門學科自20世紀上半葉才產生，但由於其具有廣泛的應用價值，發展十分迅速，現已成為一個包括眾多分支的科學領域。它包括有：一般系統論、控制論、資訊理論、系統工程、大系統理論、系統動力學、運籌學、博弈論、耗散結構理論、協同學、超循環理論、一般生命系統論、社會系統論、泛系分析、灰色系統理論等分支。這些分支，各自研究不同的系統。自然界本身就是一個無限大、無限復雜的系統，在自然界中包括著許許多多不同的系統，系統是一種普遍存在。一切事物和過程都可以看作組織性程度不同的系統，從而使系統科學的原理具有一般性和較高的普遍性。利用系統科學的原理，研究各種系統的結構、功能及其進化的規律，稱為系統科學方法，它已得到各研究領域的廣泛應用，目前尤其在生物學領域(生態系統)和經濟領域(經濟管理系統)中的應用最為引人注目。系統科學研究有兩個基本特點：其一是它與工程技術、經濟建設、企業管理、環境科學等聯系密切，具有很強的應用性；其二是它的理論基礎不僅是系統論，而且還依賴於各有關的專門學科，與現代一些數學分支學科有密切關系。正因為如此，人們認為系統科學方法一般指研究系統的數學模型及系統的結構和設計方法。因此，我們下面將僅就上述意義上系統科學方法作簡要論述。
(一)系統科學方法的特點和原則
所謂系統科學方法，是指用系統科學的理論和觀點，把研究對象放在系統的形式中，從整體和全局出發，從系統與要素、要素與要素、結構與功能以及系統與環境的對立統一關素中，對研究對象進行考察、分析和研究，以得到最優化的處理與解決問題的一種科學研究方法。系統科學方法的特點和原則主要有：整體性、綜合性、動態性、模型化和最優化五個方面。
(1)整體化特點和原則：這是系統科學方法的首要特點和原則。所謂整體性特點和原則，是指把研究對象作為一個有機的整體系統去看待。雖然系統中每一個要素，就其單獨功能而言是有限的，但卻是系統所必有的要素。就整體系統而言，缺少了任何一個要素都難以發揮整個系統的功能。這正如一輛汽車一樣，它是一個完整的系統，任何一個部件出現缺損都可能影響整個系統功能的發揮，甚至一個微不足道的螺絲釘的缺損都可能造成某種事故的發生。因此必須把研究對象作為有了質變的有機整體去看待。這里的計算關系應該是1+1>2，這就如同「二人一條心，黃土變成金』』的格言所表示的含義類似，即系統的整體功能大於各要素的功能之和。這被稱為系統各要素功能的非加性規律。這一規律性要求人們在對系統的研究中，必須從有機整體的角度去探討系統與組成它的各要素之間的關系，而且另一方面，需要研究系統與周圍環境之間的聯系和關系，從有機整體的角度去發揮系統的功能，把握系統的性質與運動規律。
(2)綜合性特點和原則：這一特點和原則包括兩方面的含義：一方面指客觀事物和工程都是一個系統，是由諸多要素按一定規律組成的復雜的綜合體，有其特殊的性質、規律和功能；另一方面指，對任何客觀事物和具體系統的研究，都必須進行綜合考察，即從它的組成部分、結構、功能及環境的相互聯系、相互作用和相互制約的諸方面進行綜合研究。而系統的最優化目標就是根據系統科學方法對研究對象進行綜合考察和研究的結果來確定的。
(3)動態性特點和原則：指在物質系統的動態過程中揭示它們的性質、規律和功能。因為客觀世界中實際存在的一切系統，無論是在內部的各要素之間，或系統與環境之間，都存在著物質、能量、信息的流通和交換，因此實際系統都處於動態過程之中，而不是處於靜態，因此就必須堅持動態性原則。
（4）模型化特點和原則：指的是在考察比較大且復雜的系統(如大型工程項目)時，因復雜系統因素眾多，關系復雜，一時難以完全把所有因素和關系都搞清楚，甚至有的因素也沒有必要完全弄清楚，而開始研究和處理問題時又往往要求進行定量分析，這就需要建立數學模型，即將系統加以簡化抽象為理想模型，從而通過對模型的 實驗、研究，達到較好地解決實際問題的目的。
(5)最優化原則：指在運用系統科學方法解決實際問題時，從多個可能的方案中選擇出最佳方案，使系統的運行處於最佳狀態，達到發揮最優功能的目標。按照最優化原則，系統內部各要素之間與系統和環境之間的聯系或結構都必須處於最優狀態，以發揮系統的特殊功能。
(二)常用的幾種系統科學方法簡介
1．功能分析法
功能
Ⅱ 科學知識比科學研究方法更重要對嗎
答案：科學知識比科學研究方法更重要的說法是錯的
一、科學思維和科學方法是我們認識世界的基本手段．在研究和解決問題過程中，不僅需要相應的知識，還要注意運用科學方法
二、一切科學從發現開始。發現要求研究者要具備敏銳的觀察力和准確的判斷力，知道價值在哪，機會在哪，成功在哪。
三、杜威曾指出：科學教育活動不僅是要讓孩子學習大量的知識，更重要的是學習科學研究的過程與方法
Ⅲ 科學研究需要一定的方法,下列有關研究方法的判斷中,錯誤的是（），請說明理由。
推理法 例:真空罩里的鬧鈴聲音隨著空氣的減少而減弱 所以真空不能傳聲
D錯，應該是推理法
Ⅳ 研究生如何提高科研能力
我總結了一下之前網友的答案，大家基本上從三個角度回答了這個問題：
一，提升科研能力的工具。導師本應該是教你如何科研的主要人選。如果導師提供的指導很少，網友們指出，你可以求助師兄、師姐或科研做得好的同學、朋友。另外，網路上也能夠查到很多信息。
二，提升科研能力的自身條件。有網友指出，科研能力的提高離不開堅持、主動、勤奮等素質。
三，提升科研能力的具體做法。大家紛紛指出：要夯實基礎知識、要學會確定研究主題、要知道如何查文獻讀論文、要學會使用實驗儀器、要學習如何撰寫論文等等。
以上這三個方面的回答，我覺得題主真正關心的應該是第三方面。你有了工具、具備了條件，得知道勁兒往哪兒使，對吧？
網友們對如何提高科研能力給出了不少具體做法，遵從這些建議確實能夠提升科研能力。然而，作為科研零基礎的題主，在收到這些建議的時候，有沒有仍然覺得迷茫呢：需要夯實哪些方面的基礎知識呢？什麼是研究主題？如何確定研究主題？讀論文就逐字逐句讀唄，為什麼還要學如何讀論文呢？……
作為一個有科研經驗的人，我能夠理解大家所提的建議對提升科研能力的意義。然而對於沒有科研經驗的人，我的經驗告訴我，直接給出要怎麼做的具體建議，幫助並不大，因為對方並不理解這些建議背後的深意。
從我的指導經驗來看，先給學生說明白什麼是科研，才能解釋清楚做科研需要哪些能力，然後學生才能針對自己的薄弱環節有效提升科研能力。我認為，沒有科研經驗，並不代表不具備科研能力，很可能只是不知道什麼是科研、做科研需要哪些能力罷了。
一、什麼是科研？
科研是科學研究的簡稱，它是一種尋找答案的方法。
不管在學習還是生活中，人人都有需要尋找答案的時候。你可以採用不同的方法來尋找答案。科學研究這種方法，能夠在最大程度上確保答案是真的。
科學研究方法的實施主要分為五步進行，見下圖。在《研究生三年做什麼？搞研究！什麼是科學研究？》文章里，我以「新冠病毒哪裡來」這個問題為例，對各個步驟的含義進行了解釋。
二、什麼是科研能力？
我認為，在「科研能力」這個詞中，「科研」是修飾「能力」的，科研能力就是運用科學研究方法尋找答案的能力。
根據科研方法的實施步驟，我把每個階段所需要運用的能力概括了出來：創造性思維能力、邏輯思維能力、批判性思維能力、實驗設計能力、動手能力和數據分析能力。我認為科研能力就是這些能力的總和。
想要提高自己的科研能力，就需要從這六種能力入手。我在文章《如何寫好研究生學位論文？了解專家的評價內容！之三：科研能力》中介紹了為什麼在科學研究中涉及這六種能力，以及如何提高它們（一篇文章容量有限，只能起到拋磚引玉的作用，打算以後開專欄詳說）。
最後補充
科研能力的提高並非一朝一夕的事情。能力不是事實類知識，不是腦子記住了就能擁有了。能力需要在實際操作過程中得到鍛煉和提高。
對於研究生們來說，最有可能的情況是：在通過論文答辯之後，回過頭來看這三年的時光時，才猛然發現自己的科研能力提高了。
本文作者學亦思，深入解讀研究生階段的師生關系、科學研究、論文寫作。
Ⅳ 如何學好科學
1，興趣是最好的老師，對科學沒興趣，很難學下去，但如果不得不學的話興趣都是可以培養的，雖然科學不和人文一樣與我們的生活超級密切，但科學也是生活必不可少的一部分，即使是文科生，要培養對科學的興趣，從日常生活中的科學應用入手就好了;或者有一些不錯的科學類的美劇也可以看看，比如<numb3rs>數學<House.M.D>醫學<The Big Bang Theory>物理，太多了，有的女就是看了這些才對科學興趣提升的。
2，要有一定的智商，聽起來比較殘酷，但科學畢竟不是腦有病能學的，一般人的智商應付一般的科學學習還是夠的，所以不必擔心，顯然智商很高的人，學習科學一般都會很輕松，除非他/她抗拒心理過於強烈。
3，科學素養，其實就是科學的思維方式和方法，這些東西很難單憑講述講給你，講給你一時也養不成，這是一個長期的培養，稍微了解一些對外行來說也是必要的，多看一些關於科學的讀物，思考一下那些擅長科學的人是如何思考，平時有什麼利於學習的好習慣，慢慢就能養成較好的科學素養。
4，數學，數學是科學之王，數學不好可以學習科學到中等水平，但高深的科學學習數學必不可少。
5，專業科學家如何撥高？很多人認為科學是嚴謹的科學，需要踏踏實實一點點磨，我同意，專業科學研究需要長期專一的不懈工作，但真正才華橫溢的科學家是不會總是一幅學究嘴臉的，這是我的親身體驗，我是專業研發（RD），算是科學家+工程師了，我身邊的同事中有很多兢兢業業的好工程師，他們做事按步就班，以蝸牛步伐贍前顧後，做出令人可依賴的成果，但我就屬於風格很飄勉的類型，我心快手快，可以在很短時間內完成大多數人長期才能完成的工作並且達到要求，這是因為我並不看重一些細節，比如我做的是技術攻關，我只要做出可行的技術原型就可以，證明其理論基礎正確，工程實現上完全可能，就行了，用戶體驗，繁瑣的數據收集調整測主式，我交給同事去做，總之一句話：我有自己的想法，不會過多被別人所左右，別人三個月才能完成的工程，我用兩個星期完成，上班睡三個星期，結果就交老闆了，還是比別人快，科學是一項有個性的人更有優勢的工作，要做專業的科學家，有個性是好事。
當然如果你智商不是屬於非常高的那一類，就別亂甩個性脫離群體了，科學家的個性也是需要高智商支撐才能起到積極作用，要多少？嘿嘿，起碼140吧。
以上是我的一部分親身經驗，當然我站在專業的角度，做為一個出色的科學家，這樣指導你可能有演戲的指導看戲的嫌疑，但聽聽也可以開闊視野嘛,希望可以幫到你哦 :) 。
主要是在公式和概念的記憶上，只要多做題目，熟練運用公式，在計算題上就可以暢行無阻。概念也很重要，它能夠告訴你這計算題應該用什麼公式，包括在許多選擇題和填空題中它都是考概念性的東西。
還有就是適當做些練習，可以讓你的應試能力更熟練，速度和成功率都會有所提高，當然不要傻做。難度根據你的能力定，你應該先做些基礎題，理解這單元的概念，適當做有所提高的題目，可以讓你更得心應手。
不管是學理還是學文，我覺得最重要的是先熟悉，再熟記，然後才能掌握，那些老師所說的先理解掌握再記憶，我覺得存在一定的邏輯問題，不管是什麼問題，都要從邏輯上推理和記憶
Ⅵ 什麼是小學科學備課中的理論支撐
一、課程性質
小學科學課程是一門以培養學生科學素質為宗旨的義務教育階段的核心課程。
科學素質的培養是義務教育的重要任務。小學科學課程實施探究式的科學教育，通過引導學生體驗科學探究過程，初步形成對科學的認識，從而最有效地達到培養學生科學素質的目的。
探究式科學教育，能夠讓學生通過親自收集數據，參與實證、討論和辯論，建構和理解主要的科學概念；體會到人類通過觀察、實驗和推理來獲取正確的知識，並了解科學知識是相對穩定並不斷發展進步的。探究式科學教育，還能夠培養學生的科學思維能力、動手能力、創新能力和運用科學語言進行表達和交流的能力。學生有了參與探究活動的親身體驗，也有利於他們對科學精神的理解和培養，學會尊重事實，尊重和欣賞不同的意見，養成科學的生活方式，並對科學技術與社會的關系有基本的了解。
小學科學課程還應為學生進一步的學習和發展奠定基礎。部分學生在成年以後，會從事與科學技術直接相關的工作。實施探究式的科學教育能夠保護學生對自然的好奇心，激發他們對科學的熱愛，這對他們今後進入高一級學校的學習，以及未來的職業選擇都是至關重要的。
小學科學課程是一門具有活動性和實踐性的課程。
小學科學課程把探究作為學生學習科學的主要方式。學生要在探究過程中理解科學概念，掌握科學方法，培養科學態度。在活動中學習科學，既是課程內容本身的要求，也符合兒童認知發展的階段性特徵。小學科學課程的活動性表現在強調通過兒童親身經歷科學活動學習科學知識，促進科學態度的發展。
科學探究是重要的社會實踐活動。小學階段科學概念的建構強調從學生熟悉的日常生活實際出發，探究活動盡量與生活中的實際應用相聯系。小學科學課程還包括設計與技術的內容，學生可以在理解科學概念的基礎上，發揮自己的創造能力、動手能力和藝術表現能力，進行解決實際問題的嘗試。
小學科學課程是一門具有綜合性的課程。
小學科學課程的綜合性首先表現在學科內容的綜合上。小學科學課程中，將自然科學各主要領域的基礎內容，包括物質科學、生命科學、地球與空間科學領域的知識，綜合在一門課程中，能夠更好地體現自然科學共同的學科背景、思維方式以及學習方法。小學科學課程的綜合性還表現在學習內容與學習經驗的綜合，動手和動腦的結合，以及科學知識學習與社會實踐的結合上。
小學科學課程是一門與其他學科有密切聯系的課程。
進入21世紀，科學技術已經成為社會生活中的重要組成部分，科學文化也對社會文化產生了深遠的影響。語文課程中包含了許多與科學有關的內容以及科學家的故事。科學課程也要求學生運用語言對探究過程和結果進行表達和交流。科學課程可以豐富學生的詞彙，培養他們語言的准確和精煉，提高他們表達和辯論的能力，有效地促進學生語言能力的發展。科學和數學學科有著天然的聯系，科學課程特點之一就是定量表達和使用邏輯推理。數學可以在科學探究中作為數據處理和分析的工具，而科學課程又為數學的應用提供了實例。
因此，小學科學課程不僅可以為7～9年級理科課程的學習打下良好的基礎，而且對小學階段其他課程的學習也具有促進作用。
二、課程基本理念
小學科學課程面向全體學生。
科學課程致力於實現義務教育階段的培養目標，體現基礎性、普及性和發展性。義務教育階段的科學課程面向全體學生，適應學生個性發展的需要，使得每位學生都能獲得良好的科學教育。無論學生之間存在著怎樣的地區、民族、性別、經濟和文化背景的差異，或者個體條件的不同，科學課程都應為每一位學生提供公平的學習和發展的機會。
小學科學課程以提高學生的科學素質為宗旨，促進學生的全面發展。
掌握基礎的科學知識，發展科學思維和語言能力，獲得科學探究的有關技能和方法，培養熱愛科學、善於思考、求真務實、互助合作、保護環境和呵護健康的生活態度，是科學課程的主要任務。
科學課程還要著眼於科學技術與社會的關系，讓學生了解科學技術的發展和應用會對社會產生重大的影響，科學技術的應用必須考慮科學道德和倫理的選擇。
小學科學課程以探究式學習為主要的學習方式。
探究式學習不是一種單一的、刻板的教學過程，而是一組具有自己獨特特點的有效教育方法，不僅在科學教育里能夠運用，而且在其他課程的教學中也能發揮很好的作用。探究式的學習方式和科學課程有著天然的聯系，探究是科學家探索和了解自然、獲得科學知識的主要方法。以實證為基礎，運用數據分析和邏輯推理，公開研究結果，接受質疑，不斷更新和深入，正是科學研究的特點。
探究式學習方式的主要特點是學生親自收集和獲取資料和數據，有時也包括運用已經證實的第二手資料；在實證的基礎上進行邏輯推理和思考，聯系自己的經驗和有關的理論，作出判斷和結論；通過交流、討論、辯論和再思考，逐步建立起對科學概念的理解，而不僅僅是依靠聽講來接受科學概念。探究式學習需要在教師引導、組織和支持下進行。
小學科學課程要向學生提供充分的探究式學習的機會，引導學生親歷科學探究的過程。在小學科學課程中也需要採用其他形式的教學方法，如講述、示範、觀摩，利用廣泛存在於學校、家庭、社會、大自然、網路和各種媒體中的多種資源進行科學學習。
小學科學課程中，學生是主動的學習者。
近幾十年來學習科學研究揭示了兒童發展和學習過程的許多規律。研究表明，兒童生而具有強烈的好奇心和強大的學習能力，教育需要為他們的發展提供機遇。學習科學研究還表明，只有在學生主動學習的情況下，學習過程才能有效地發生，包括概念的擴展和建構以及錯誤概念的抑制和轉變。學生在主動學習的過程中，逐漸學會調節自身的學習；能夠獨立和合作學習，克服學習過程中的困難，並逐漸意識到自身的思維過程和學習的策略與方法，成為一個具有終身學習能力的學習者。
在教學過程中，學生應該成為教學活動的中心。要充分估計學生的學習能力，保護他們的好奇心，激發他們的探究熱情，尊重他們的經驗差異和學習特點，為他們設置合適的學習途徑和評測方法，引導他們主動地探究。
小學科學課程中，教師是學習過程的組織者和引導者。
以學生為中心組織教學活動，並不意味著學生自發地和自主地探究，更不意味著降低教師在學習活動中的作用，而是對教師提出了更高的要求。學習科學研究不僅揭示了兒童的發展潛能，還證明了學生的學習環境，包括家庭、學校、教師、同伴和社區文化會對學生的發展起到重要的作用。當學生進入學校以後，教師成為他們學習環境的重要提供者。在探究式學習活動中，需要充分發揮教師的引導、組織和支持作用，讓學生主動而有目的地進行探究式學習。教師需要通過自己的示範和與學生的互動，以及組織學生和學生之間的討論和辯論，將學習引向深入。
小學科學課程採用有利於促進學生發展和科學素質形成的評測體系。
對學生學習的評測，為課程目標的實現起到重要的導向作用。評測應有利於學生健康發展，有利於課程各項目標的實現；既要關注學習結果，也要關注學習過程。評測內容應該是全面的，包括科學素質的各個方面。評測包括對學習的形成性評測和總結性評測，應以形成性評測為主；並考慮採用多種方式和多個主體的評測方法。
三、課程設計思路
小學科學的課程設計和標准制定遵循國家的教育方針和有關新課程改革的政策，力求體現科學性、先進性、繼承性和實用性。本標准分為四個部分，包括前言、課程目標、內容標准和實施建議，分別闡述了小學科學課程的作用、性質、理念、目標、學習內容、實施建議等方面，體現了整個課程的設計思路。
在前言部分，首先闡述了當今時代科學技術與社會的關系發生了根本性的變化，因而國家對公民必須具備的科學素質提出了明確的要求。近幾十年來，學習科學研究不僅揭示了兒童學習科學的強大潛力，還強調了從小培養兒童科學素質的重要性和必要性。這些都是小學科學課程設置的依據。
小學科學課程承擔著培養小學生科學素質的責任，並應為他們繼續學習和終身發展奠定良好的基礎，據此決定了小學科學課程的性質。小學科學課程應該是一門以培養學生科學素質為宗旨的義務教育階段的核心課程；是具有實踐性、活動性和綜合性的課程；並與小學階段的其他課程有著密切的聯系。
課程的基本理念體現了義務教育階段實現教育普遍性和公平性的要求；體現了促進學生科學素質全面發展的要求。同時，將近幾十年來有關學習科學研究的成果，包括探究式教育方法，以學生為中心、學生主動參與的學習過程，圍繞主要科學概念組織教學，運用促進學生發展的評價方式等新的教育理論，體現在課程的基本理念之中。在課程的基本理念中，還強調了探究式科學教育並不意味著教師作用的降低，相反地，對教師提出了更高的要求。教學過程需要在教師的組織和引導下進行，教師的引導和支持對探究式科學教育是至關重要的。
在課程目標部分，以簡潔的語言表明課程的總目標和四個方面的分目標。目標設置的依據和解釋，已經在前言部分闡述。
內容標准部分是說明課程要求學生學什麼以及達到的程度，共分三個部分：科學知識、設計與技術、科學探究。科學知識是學生學習內容的主要部分，在標准中以概念的形式系統呈現。從物質科學、生命科學、地球與空間科學三個主要的自然科學領域中選取了21個主要概念，要求學生認識和理解。進一步把主要概念分解成125個比較小的、和實際生活聯系較緊密的概念，在標准中稱之為「分解概念」。對每一個「分解概念」舉例加以說明，並給出學習內容的目標，以便《標准》使用者較容易地理解和實施。概念的陳述以敘述內容為主，即說明「這是什麼」，盡量減少過於抽象的名詞定義。希望學生了解科學並不是空泛的定義，科學來源於生活實際，為解決生活中的實際問題服務，以保持他們對科學的興趣和探究的熱情。
設計與技術領域代表了科學實踐的重要方面，將其包括在本標準的學習內容之內，對提高學生的綜合實踐能力和創新能力是十分有利的。設計與技術部分包括了3個主要概念，並分解為15個比較小的「分解概念」，也給出了相應的舉例和學習內容目標。
內容標準的第三部分是關於科學探究的學習內容。科學不僅包括知識，還包括獲取知識的過程與方法。科學探究是科學家獲取新的科學知識的方法，它是一個復雜的、多層面的、多種實現方式的、不斷循環和上升的過程。在學習內容中列出了科學探究的五個要素，供學生在學習過程中通過實踐來體驗和了解。
實施建議部分是對如何進行教學實踐的建議。教材和有關教學資源的建設是很重要的，它是標准與教學實踐之間的橋梁。中國國土廣闊，各地區情況差別較大，各地需要根據實際情況將標准具體運用於教學實踐，這就需要通過教材的編寫者來實現。教師的培訓和發展也要依靠教學資源的建設。教師隊伍的建設對任何教育改革都是最為關鍵的因素。面對中國小學科學教師隊伍的現狀，普遍提高教師的科學素質，重點保證科學教師的職前培養與在職培訓，保證其科學教育工作條件又是當務之急。實施建議中還對教學、評價和其他與教學過程有關的支持條件提出了建議。
附錄一給出了科學知識內容標准中學習內容目標欄一項所涉及動詞的說明。附錄二是兩個從目前的教學實踐中優選出來的案例。一個案例採用觀察的方法，另一個案例採用單變數實驗的方法收集實證。
第二部分 課程目標
一、總目標
小學科學課程的總目標是培養學生的科學素質，並應為他們繼續學習和終身發展奠定良好的基礎。
學生通過科學課程的學習，能保持和發展對自然的好奇心和探究熱情；理解與認知水平相適應的科學概念，並能應用於日常生活；體驗科學探究的基本過程和方法；形成尊重事實、樂於探究的科學態度；發展用科學語言與他人交流和溝通的能力；初步了解科學技術與社會的關系，初步形成對科學的認識。
二、分目標
（一）科學知識
1．通過對物質科學有關知識的學習，了解物質的一些基本性質和基本運動形式，認識物體的運動、力的作用、能量、能量的不同形式及其相互轉換。
2．通過對生命科學有關知識的學習，了解生命體的主要特徵，理解生物的生命活動和生命周期；認識人體和健康，以及生命體與環境的相互作用。
3．通過對地球與空間科學有關知識的學習，了解與地球相關的宇宙環境，知道太陽系的基本概況；了解地球的運動及地球的圈層結構；認識人類與環境的關系，知道地球是人類應珍惜的家園。
（二）科學探究
1．了解科學探究是獲取科學知識的主要方法，它是科學家通過實證、邏輯推理、創造性思維及交流形成共識的過程。
2．知道通過科學探究形成共識的科學知識在一定階段是正確的，但是隨著新證據的增加，會不斷完善、深入和發展。
3．知道科學探究大體包括的要素：提出和聚焦問題，設計研究方案，收集和獲取證據，分析數據、得出結論，表達與交流。認識到探究不是模式化的線性過程，而是循環往復、相互交叉的過程。
4．能將科學探究的過程和方法運用於力所能及的探索活動。
（三）科學態度
1．對自然現象保持好奇心和探究熱情，樂於參加觀察、實驗、製作、調查等科學活動，並能在活動中克服困難，認真完成預定的任務。
2．依據實際證據，勇於發表和說明自己的見解，樂於傾聽不同的意見和理解別人的觀點，以完善和修正自己的觀點。
3．在科學探究活動中主動與他人合作，積極地參與交流和討論。對別人的情感和利益具有敏感性。
4．熱愛自然，珍愛生命，具有保護環境的意識和社會責任感。
（四）科學技術與社會的關系
1．將學到的科學知識和日常生活中運用的工具、器具、設備相聯系，識別日常生活中科學的應用；了解人們如何運用設計與技術來解決實際問題，以改善人們的生活，並使社會的生產和文化生活方式發生變化。
2．了解人類活動對所在地區自然環境、生活條件以及社會變遷的影響；了解社會需求是推動科學技術發展的強大動力，科學技術在當代社會和經濟發展中已成為一種重要的力量。
3．利用所掌握的科學知識開始考慮有關正確運用科學技術的倫理問題，知道從事科學技術研究和對科學技術的運用，都必須考慮倫理和道德的取向，認識到自己在保護環境、節約資源上的責任。
第三部分 內容標准
一、科學知識
內容標准中的科學知識選自物質科學、生命科學、地球與空間科學三個領域，這三個領域是自然科學中的主要領域。從這三個領域中選擇一些適合於兒童學習的主要概念，可以為兒童的繼續學習和發展打下良好的基礎。
為了便於使用者了解標准中所選概念的依據，在表一中列出了三個科學知識領域的主題和核心概念，但它們並不是要求學生在小學階段理解的概念層次。
表一、科學知識領域的主題和核心概念
領域 主題 核心概念
物質科學 物質 物質具有不同的特性、結構和功能，物質的特性取決於它的結構和成分
可以按不同特性對物質進行分類和分離
物質可以以不同形態存在，但是物質不會消失
能量 能量有不同的形式，不同形式能量之間可以轉換並保持總量的不變
能量可以通過物質以不同的形式傳遞
能量是維持我們生存和發展所必需的，我們需要盡可能地避免浪費能量，並把能量保持在人類可用的形式上
力的作用和運動 物體總以不同形式在運動
運動表現為一個物體相對於另一個物體位置的變化
力作用於物體會改變物體的運動狀態，產生力的作用需要能量
生命科學 生命的主要特徵 細胞是生物體的基本組成單位
生物不斷地與周圍的環境交換物質、能量和信息，適應環境以維持生存
生物有生命周期，有生有死，通過遺傳繁殖延續後代
生物的分類和生物多樣性 動物需要依靠其他生物供給養分
植物能自養，還能提供人和動物生存需要的氧氣和養分
微生物一般不能用肉眼觀察到
生物進化過程形成了生物多樣性
人類 人類是進化的產物
人與其他動物主要區別在於人有一個具有高級功能的腦，有語言、思想、復雜情感和意志
地球與空間科學 地球與太陽系 太陽系只是宇宙中很小很小的部分，太陽系中的星球按一定的規律運動，地球是太陽系中的一顆行星
地球自轉並圍繞太陽運動，因此形成了晝夜和季節
自然環境保護 地球以及圍繞地球形成的獨特圈層構造，包括大氣圈、生物圈、水圈和岩石圈，提供了人類和其他生物賴以生存的自然環境
人類活動必須注意保護自然環境
在表二中，列出了要求學生學習的科學知識的內容標准，包括的主要概念共21個，每個序號後的說明是這21個主要概念的表述，要求學生認識和理解。其中，物質科學領域的主要概念有10個，生命科學領域有7個，地球與空間科學領域有4個。
學生認識和理解這些主要概念，需要從他們周圍熟悉的事實、現象和已有的經驗開始，先建構一些較為具體的概念。標准中對每個主要概念進行了分解，共分解成125個「分解概念」。在這些表格中的第一列是對這125個分解概念的表述；第二列是舉例說明與該概念有關的事實和現象；第三列是學習內容的目標，給出對該概念學習程度的簡要說明，供教學、教材編寫和評測時使用。
Ⅶ 就如何提高基礎科學研究水平提出三條方法論建議
提高基礎科學研究水平，需要我們加大科學扶持力度。
Ⅷ 科學探究的方法主要有哪些
1、觀察是科學探究的一種基本方法。科學觀察可以直接用肉眼，也可以藉助放大鏡、顯微鏡等儀器，或利用照相機、錄像機、攝像機等工具，有時還需要測量．科學的觀察要有明確的目的；觀察時要全面、細致、實事求是，並及時記錄下來；要有計劃、要耐心；要積極思考，及時記錄；要交流看法、進行討論。
2、實驗法是生物研究的主要方法，是利用特定的器具和材料，通過有目的、有步驟的實驗操作和觀察、記錄分析，發現或驗證科學結論。一般步驟：發現並提出問題；收集與問題相關的信息；作出假設；設計實驗方案；實施實驗並記錄；分析實驗現象；得出結論。
3、調查是科學探究的常用方法之一。調查時首先要明確調查目的和調查對象，制訂合理的調查方案．調查過程中有時因為調查的范圍很大，就要選取一部分調查對象作為樣本．調查過程中要如實記錄．對調查的結果要進行整理和分析，有時要用數學方法進行統計。
Ⅸ 要用什麼樣的技術手段來解決科學問題
理論、試驗、實踐。
Ⅹ 怎樣進行科學研究
教師對科學的理解，以及他們對科學的態度，直接影響到科學教育的實施,影響到學生科學探究學習的質量。因而，在進行科學教育教師培訓時，應該幫助教師回顧和整理對科學的認識。
什麼是「科學」呢？通常科學指近代科學，一般把伽利略（Galileo，1564－ 1642）的研究工作和他對實證方法的確立，看作是現代科學誕生的標志。科學原來指的是自然科學，上世紀九十年代聯合國教科文組織重新明確了科學的范圍。按照聯合國教科文組織給出的定義，科學包括自然科學和社會科學。在幼兒園和小學的科學教育里，我們探究的是自然科學領域的問題。
科學和技術是兩個不同的概念。雖然，它們之間有聯系，我們在習慣上也經常把它們聯在一起，但它們研究的內容、方法和對社會的作用有很多不同。簡要地講，科學在認識世界中發現新的知識，而技術在改造世界中發展新的手段。對學生進行科學和技術方面的教育都是很必要的。對小學科學教育課來說，主要是讓學生獲得科學方面有關的一些基礎，但是，也會在實際動手中涉及一些技術的使用。我們鼓勵在實驗中考慮發展適合於學生的技能，把科學和技術結合在探究過程中。這樣作對這個年齡段兒童的發展是很有好處的，如建構一些結構模型和搭建電動車等，不僅有利於發展兒童的多種感官能力，而且也有助於發展學生綜合解決問題的能力。
據學者們研究，對科學的定義至少有50多種。所以，我們不必去深究「科學」的確切定義，而是去理解有關「科學」的主要含義。我們論及「科學」，至少包含科學知識、科學方法、科學精神，科學態度，還可以包括科學研究、科學素質等。
一、科學知識
人類自古以來，就在大自然中進化、生存和發展。人類對自身生命的奧妙，以及對絢麗多彩而又復雜多變的自然界，不斷地在進行探索，不斷地用不同的方式進行解釋，包括用詩歌、繪畫、舞蹈等藝術形式，用哲學、宗教和各種假說等。但是，科學的解釋與它們不同。科學的語言是基於實證的，有推理和經過歸納的，科學上力求用定量而簡明樸素的語言來描述事實，表達概念和規律。
例如，在我們周圍存在著許多自然界的現象，這之中包含了一些必然的因果關系，如「我們松開手，石頭就會落到地上」。古代的人們試圖去描述這個過程，石頭和其它物體是怎樣落向地面的。兩千多年前，古希臘的著名學者亞里士多德（Aristotle，公元前384－322）首先把對這類現象的描述歸納成為規律，他認為，體積相等的兩個物體，較重的下落的較快。他又認為，在物體下落的過程中，下落的速度是恆定的。直到伽利略以前，在近兩千年的時間里，沒有人對亞里士多德的主張提出疑問。
伽利略對亞里士多德的主張發生了懷疑。為此，伽利略設計了試驗。傳說他在二十多歲時，爬上位於義大利比薩城的比薩斜塔，做實驗來證實亞里士多德關於物體下落的快慢精確地與它們的重量成正比的論斷是錯誤的。他經過推理，對物體下落是否速度恆定也產生懷疑，為證實他對亞里斯多德主張的疑問，他用一塊近十一米長的木板。木板中間刻畫出一個寬為兩個多厘米的溝槽，並用非常光滑的牛皮紙覆蓋它，讓一個光滑的銅球沿著斜面滾下，用一個帶有閥門的蓄水器計時。在做了球從不同高度滾下斜面的百次左右試驗後，他發現距離和時間之間的關系非常近似於z = Kt2,而不是如亞里斯多德所總結的 z = Kt ，式中K是常數，z是距離，t是時間。當時還沒有可以精確計量時間的儀器，為了計量時間，伽利略在一個水桶的底部裝上一個很細的管子，在做實驗時，在物體沿著斜面下滑的過程中，水同時經過這根細的管子流入一個杯子，精確地稱出杯子里水的重量，就可以知道不同運動時間之間的比例。
伽利略用了定量的方法來進行測量，用實證的試驗方法證實了他的假定，歸納出了規律，證明物體落下是加速度不變的加速運動，而不是速度不變的勻速運動。這種因懷疑而提出問題，用具有精確定量的方法來做試驗，並從事實中歸納出定律和數學模型的過程，集中體現了近代科學研究的主要特點。所以，人們一般認為近代科學從伽利略開始。
伽利略解決了物體是怎樣落向地面的問題。為什麼物體會落向地面，而不是遠離地面呢？這個現象人們都很熟悉，但是很長時期里沒有人問為什麼。直到17世紀，英國科學家牛頓（Newton，1642－1727）進一步研究了石頭為什麼會落向地球，為什麼是加速運動。他力圖歸納出不僅適用於地球與地球上物體之間的作用規律，也適用於宇宙大千世界的規律。在觀察了許多在自然界發生的過程以後，他從直覺的假想出發，利用數學模型歸納出適用於世上萬物間作用的萬有引力模型。許多不同的試驗為牛頓的假想提供了實證，他的假想就成為了公認的萬有引力定律。
直到20世紀初，愛因斯坦（Einstein，1879－1955）認為牛頓的定律在描述宇宙的某些現象時有局限性，他又在牛頓的基礎上發展了相對論。這種對客觀世界的研究進程會繼續不斷地深入進行下去，科學就是這樣不斷地肯定、否定、否定之否定，依靠實證來不斷逼近自然界客觀存在的真理。
總之，科學知識就是指人類經過科學研究而積累的，系統的對客觀世界和人類自身的認識。這個認識在不斷修正，不斷深入，以逐步逼近客觀存在。科學知識的表現形式有科學事實、科學概念、科學原理、科學理論和科學模型等。科學知識並不是客觀不變的真理，更不是絕對的真理。通俗地說，科學知識的得來是有道理的，經過實證證明的，但是，它又是有局限性的，它在科學家不斷地探究之中發展和深化。無限的客觀世界是如此復雜，而且在不斷地變化之中，我們人類主觀的認識能力與之相比是十分有限的，人類對客觀真理的探究總是不斷地在曲折中前進。
二、科學研究的原則
實際上，在上一節中我們已經用實例介紹了科學研究的主要特點，現在我們可把科學研究的原則歸納如下。
科學研究應該符合以下的原則：
科學研究的第一原則：引出有價值的、能用實證方法來進行研究的問題。
從直覺的懷疑，到概括和界定出一個有價值的問題，對科學研究來說是很重要的。引出的問題應是為填補現存知識的缺陷；或是為了尋求新的知識；致力於鑒別某些現象的一種或多種起因；對一些假說進行規范的試驗等。引出問題及為求解它而制定研究計劃時，必須首先要對已有的有關理論、方法和實證工作有詳盡的了解。
科學研究的第二原則：把研究與有關的理論相聯系。
科學常常把建立理論作為長期的目標。這種理論不僅能解釋具體的實例，也能對某類現象提供普遍化的解釋。不論是以明顯或是以隱含的形式出現，每一種科學探究都會與某種已存在的理論或概念的框架相聯系，並用它們來指導整個研究活動。科學通過建立、修正和完善已有的理論，有時也會通過更替已有的理論，以獲得新的解說，逐步積累科學知識。
科學研究的第三原則：使用能夠直接對問題進行調查研究的方法
在不同的研究中，應採用不同的與之相適應的研究方法，這是很重要的，也是一個普遍的規律。特定的研究構思和方法常常僅對某一類研究和問題適用，很難適用於一系列探究中的所有問題和課題。因此，在研究某個系列問題時，經常要採用完全不同的研究方法來研究該系列問題中的不同部分。
科學研究的第四原則：提供一個連貫的、明晰的推理過程。
科學的核心是理性的推論：根據已獲得的信息和對現象的觀察，提出解釋、結論，或預測。科學研究需要一個邏輯的推理過程：從實證到理論，然後再回到實證。這個過程是連貫的、可分享的、對懷疑者具有說服力的。
科學研究的第五原則：可重復性和可推廣性。
科學研究強調對每個發現與結果進行檢驗、證實和校核。由於所有的研究都是基於有限的觀察結果和實驗之上，因而，科學上需要把特定情況下獲得的發現，應用於更多的對象和情況。當某些發現能在一定范圍的時間和地點被重復時，科學的知識才可以認為是被確立了。
科學研究的第六原則：公開研究情況，以便鼓勵專業界的審查和批評。
科學研究只有在廣泛地傳播，並得到專業同行的評審後 ，才能肯定它對對知識的積累做出了貢獻。這種不斷進行的、合作性的、公開的批評是科學界興旺的標志。
目前，對教育是否是科學這個問題，大家的看法並不一致。但是，如果你認為你是在做教育的科學研究，就必須遵照科學研究的原則。現在出版的相當部分的教育論文，甚至是「優秀教育科學論文」都不列出參考文獻。它們就不能看作是合格的科學論文，因為任何科學研究工作都是延綿不斷的人類探究活動中的一段，是前人工作的繼承和發展，而你的研究結果也必須要公開接受其他人的檢驗。
不論人們是從事什麼具體領域的科學研究，包括教育領域的科學研究，都應遵循上述科學研究的原則，這些原則也會在我們探究式科學教育中體現。
三、科學研究和試驗發展
廣義的講，科學研究包括科學研究和試驗發展，即我們通常講的R&D。什麼是R&D呢？
根據我國科學技術部發布的文件，科學研究與試驗發展活動：指在科學技術領域，為增加知識總量、以及運用這些知識去創造新的應用而進行的系統的、創造性的活動。它包括基礎研究、應用研究、試驗發展三類活動。
基礎研究：指為了獲得新知識，而進行的實驗性或理論性研究。這些新知識包括關於現象和可觀察事實的基本原理，它揭示客觀事物的本質、運動規律，獲得新規律、新學說，它不以任何專門或特定的應用或使用為目的。
應用研究：也是為獲得新知識而進行的創造性研究，主要針對某一特定的目的或目標。應用研究是為了確定基礎研究成果可能具有的用途，或是為達到預定的目標，探索應採取的新方法（原理性的）或新途徑。
試驗發展：指利用基礎研究、應用研究和實際經驗所獲得的已有的知識，為生產新的產品、材料和裝置，建立新的工藝、系統和服務，以及對已產生和建立的上述各個項目作實質性的改進而進行的系統性工作。
科學研究主要包括基礎研究和應用研究，技術發展在應用研究和試驗發展中有更多的體現。而且，隨著科學和技術的發展，上述三方面的活動聯系越來越緊密，有時也很難區分。
在知識社會里,科學和技術的研究范疇有了擴大，不僅包含著對知識的發現和將知識應用於改造世界的技術轉化，而且還包括對知識的管理和傳遞。知識向實用的轉化不僅為滿足工業上生產新產品的需要，而且應滿足醫療上的需要和教育上的需要。例如像現在有關人是怎樣學習的，有關兒童智力和情緒發展規律的研究結果，發展很快，可以說是日新月異，而且來自不同的學科。這些研究的成果要用在日常的教育活動中，就必須經過歸納、整理和轉化。知識轉化需要作為一種專業，同樣需要科學研究和人才培養。今天，沒有智能工具的引導我們不可能管理大量的信息，智慧和直覺經常會在浩瀚知識的海洋里遺失，因而信息的綜合、運用已和生成數據本身同樣重要。
四、科學精神和科學態度
什麼是科學精神呢？在學術界對這個問題的討論和爭論也不少。由王大珩和於光遠先生主編的「論科學精神」一書是當代中國論述科學精神相當高水平的一本著作。書的封面上還寫有「新世紀初，我國學者首次深入系統的論科學精神」《1.3》。書中介紹,據樊洪業先生考證：在中文文獻中最早提出「科學精神」一詞的是留美學生任鴻雋先生，時間是1916年。竺可楨先生曾把科學精神歸結為「求是」精神，即「只問是非，不計利害」。周光召先生在該書的序言中寫道：「科學精神中最重要的，一個是實事求是，一個是追求真理，這是最根本的內容。」所以，將科學精神的核心確定為「求真」，即實事求是和追求真理是合適的。
蔡德誠先生對科學精神的內涵進行了長期的研究。他提出科學精神的內涵應該包括六個方面：客觀的依據、理性的懷疑、多元的思考、平權的爭論、實踐的檢驗和寬容的激勵。
他認為客觀的依據是科學活動的立基之本。科學探索是需要想像力的，但是這個想像力必須立足於客觀依據，富於想像力決不是憑空的幻想和亂想。第二條是理性的懷疑。人有好奇的天性，奇則察，細察則生疑。疑逐生思。冥思而深究。疑是重要的，但要基於實在的矛盾，要基於事理的邏輯。第三是多元的思考，因為客觀世界是復雜的、多元的、多維的。人們需要經過充分地多元多維多方位的思考，才能產生出理性的懷疑。第四條是平權的爭論。平權的爭論本身也是一個保障。只有保障了爭論的平等性和自由度，才能產生出理性的懷疑和多元的思考。第五條是實踐的檢驗，在充分地自由探索和爭論以後，誰是誰非，最後人人都要服從於實踐檢驗的結果，而且要心悅誠服的服從。第六條是寬容的激勵。人的探知能力是有限的，要允許失誤和失敗，不要以一時一事論英雄。
蔡德誠先生對科學精神的內涵的論述不僅適用於自然科學，也適用於社會科學，而且聯系我國實際，比較有針對性。
在西方國家很少見到用科學精神這個詞，相近的有「批判性思維。在美國先進科學協會頒布的《2061計劃》中,提出通過科學教育兒童應該具有的科學態度是：
1.好奇心：善於提出問題，並且積極地去尋求答案。
2.尊重實證：思路開闊，積極主動地去考慮不同的、有沖突的實證。
3.批判地思考：權衡、觀察和對觀察到的事實進行評價。
4.靈活性：積極主動地接受經證實的結論和重新考慮自己的認識。
5.對變化世界敏感：有尊重生命和環境的覺悟。
對照一下，和蔡德誠先生提出的科學精神的六個方面大致一致，可以在科學教育中作為培養學生科學精神具體標準的參考。
第五節 科學素質
在中國科協發布的全民科學素質大綱（2049計劃）中，對中國公民的科學素質作了如下的描述：科學素質是國民素質的組成部分，是指公民了解必要的科學知識，具備科學精神和科學的世界觀，以及用科學態度和科學方法判斷和處理各種事物的能力。這是對中國公民素質的要求。學生在早期確立起的對科學的態度以及價值觀念，對其成年時所具有的科學素質會有決定性的影響。
在經合組織進行的國際學生成績測試項目中，對所測試學生（15歲）的科學素質定義為：科學素質是指能具有運用科學知識，識別問題，並能吸取基於實證的結論的能力，以便對自然界，以及對由於人類的活動使之產生變化的自然界，進行理解和進行決策。
在美國國家科學教育標准中認為，有科學素養就意味著一個人能識別國家和地方的決定所賴以為基礎的科學問題，並且能提出有科學技術根據的見解來。
以上三方面有關科學素質定義都是強調了培養合格的公民，以及公民能夠行使公民權利，不是針對從事科學工作的社會特定人群而設立的，比較合理。
在教育部頒發的科學（3－6年級）課程標准中，對科學素質所作的定義是：科學素質包括必要的科學知識和技能、科學的思維方式、對科學的理解、科學的態度與價值觀，以及運用科學知識、方法解決問題的意識和能力等方面。我們認為這樣的定義中關於「運用科學知識、方法解決問題的意識和能力」方面的要求以外，也是一致的。不是每個國民都應該具有科學工作者的水平，具有運用科學知識來解決問題的能力。
在科學技術飛速發展的今天，對每個提出應具有科學素質的要求，反應了知識社會的特點。公民的科學素質應該包括掌握必要的科學知識，習慣於探究的生活態度和思維方式，以及具有科學精神的價值取向。具有科學素質的社會公民可以在知識社會之中求得進一步的發展；對有關信息進行判別和選擇；參與決策和討論。