物理學方法概論

內(nèi)容概要

　　本書以物理學史進程為背景，以物理學方法論的演化為主線，選取了古希臘時期以亞里士多德為代表創(chuàng)建的邏輯方法，中世紀時期以伽利略為代表創(chuàng)立的實驗方法，近代時期以牛頓為代表創(chuàng)建的“分析綜合”方法，20世紀以愛因斯坦為代表創(chuàng)建的概念方法，以香農(nóng)、貝塔朗菲和維納等人創(chuàng)建的信息論、系統(tǒng)論和控制論為主要內(nèi)容的系統(tǒng)科學方法以及復雜性層次上的非線性方法等幾個重大發(fā)展時期的物理學思想和科學方法作為主要內(nèi)容，闡述了物理學家力圖按照物理世界的本來面目在不斷深化對自然界的認識的過程中進行科學探究的方法?！　”緯梢宰鳛榇髮W特別是師范院校物理專業(yè)或其他相近理工科專業(yè)本科生和研究生開設(shè)物理學方法概論課程或相關(guān)課程的教材。在中學物理教師接受繼續(xù)教育時本書是一本合適的進修培訓教材。本書對于科技管理干部和對科學方法感興趣的中學生和其他具有中等以上文化程度的讀者也是一本有益的科學參考讀物。

書籍目錄

第1章　注重思辨的邏輯方法　1.1　注重思辨的邏輯方法論的開創(chuàng)——泰勒斯提出“萬物的始基是水”　　1.1.1　萬物的始基是水第1章　注重思辨的邏輯方法　1.1　注重思辨的邏輯方法論的開創(chuàng)——泰勒斯提出“萬物的始基是水”　　1.1.1　萬物的始基是水　　1.1.2　“萬物的始基是水”的方法論意義　1.2　注重思辨的邏輯方法論的確立 ——柏拉圖對理性知識的劃分　　1.2.1　柏拉圖和他創(chuàng)辦的阿卡德米學園　　1.2.2　柏拉圖的“理念論”和他對理性知識的劃分　　1.2.3　柏拉圖確立了思辨認識的邏輯方法論　1.3　注重思辨的邏輯方法論的完成——從觀察、歸納、演繹到“形式邏輯”的三段論　　1.3.1　亞里士多德的求學歷程　　1.3.2　亞里士多德和他的逍遙學派　　1.3.3　亞里士多德的《形而上學》及其哲學思想　　1.3.4　亞里士多德的《工具論》及其邏輯方法理論　　1.3.5　亞里士多德的科學著作和他的物理學理論　1.4　注重思辨的邏輯方法論的延伸——歸納推理方法和類比推理方法　　1.4.1　邏輯歸納推理方法　　1.4.2　邏輯類比推理方法　本章小結(jié)　　參考書目第2章　注重實驗的實驗-歸納-演繹方法　2.1　實驗-歸納-演繹方法論的萌芽——實驗科學的“三個特點”　2.2　實驗-歸納-演繹方法論的開端——開普勒三大定律的方法論意義　　2.2.1　從托勒密的“地心說”到哥白尼的“日心說”　　2.2.2　從追求“數(shù)學和諧”到重視實驗觀測　　2.2.3　開普勒提出三大定律的方法論意義　2.3　實驗-歸納-演繹方法論的創(chuàng)立——人類思想史上的一項偉大成就　　2.3.1　“新時代的阿基米德”——伽利略　　2.3.2　一本可與《資本論》并列的科學方法論著作　2.4　實驗-歸納-演繹方法論的發(fā)展——物理學方法論發(fā)展史上的重要里程碑　　2.4.1　“實驗科學始祖”——培根　　2.4.2　理性需要“心靈的工具”　2.5　實驗-歸納-演繹方法論的完善——推理和歸納的邏輯體系的建立　本章小結(jié)　　參考書目第3章　實驗哲學的分析?綜合方法　3.1　一個決定著西方的思想、研究和實踐的方向的科學家——牛頓和他的簡單生平　3.2　一部集經(jīng)典力學之大成的世紀鴻篇——牛頓和他的《自然哲學的數(shù)學原理》　3.3　從“歸納?演繹”走向“分析?綜合”——牛頓創(chuàng)立的實驗哲學的分析?綜合方法　3.4　《原理》為人們呈現(xiàn)的確定性物理世界的圖像——一個獨立于人類的“時鐘”式的物理世界　本章小結(jié)　　參考書目第4章　以概念為工具的科學概念方法　4.1　20世紀最偉大的科學家——愛因斯坦和他的科學成就　　4.1.1　愛因斯坦的簡單求學歷程　　4.1.2　愛因斯坦的劃時代貢獻　4.2　以推理為工具到以概念為工具的方法論的轉(zhuǎn)變——物理科學概念方法論的確立和發(fā)展　　4.2.1　科學的認識在基本概念的運動中發(fā)展　　4.2.2　基本概念的形成和發(fā)展的兩條途徑　　4.2.3　“時代機遇”提供了建立基本概念的重要時機　本章小結(jié)　　參考書目第5章　以“整體性”為特征的現(xiàn)代系統(tǒng)科學方法　5.1  現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展的趨勢和要求——從現(xiàn)代科學技術(shù)發(fā)展看系統(tǒng)科學方法的形成　5.2  信息論和信息科學方法——對傳統(tǒng)概率統(tǒng)計方法的變革與發(fā)展　　5.2.1　信息及信息的基本性質(zhì)　　5.2.2　物質(zhì)、能量、信息三者之間的區(qū)別和聯(lián)系　　5.2.3　信息科學方法的特點　5.3  控制論和控制論科學方法——對傳統(tǒng)目的論和因果觀的變革和發(fā)展　　5.3.1　控制論的基本問題　　5.3.2　控制論的主要方法　　5.3.3　控制論、人工智能和學習　5.4　一般系統(tǒng)論和系統(tǒng)論方法——對簡單性原則和還原論方法的變革與發(fā)展　　5.4.1　系統(tǒng)和系統(tǒng)的分類　　5.4.2　一般系統(tǒng)論方法　　5.4.3　一般系統(tǒng)論的方法論意義　　5.4.4　一般系統(tǒng)論的三個基本原理　本章小結(jié)　參考書目第6章　復雜性層次上的非線性科學方法　6.1　從線性到非線性——非線性導致的復雜性表現(xiàn)　　6.1.1　物理學中線性問題的主要表現(xiàn)　　6.1.2　物理學中非線性問題的主要表現(xiàn)　　6.1.3　非線性動力學深入研究的兩個領(lǐng)域　6.2  彭加勒和非線性動力系統(tǒng)的不可積問題——經(jīng)典動力系統(tǒng)呈現(xiàn)的復雜性結(jié)果　　6.2.1　現(xiàn)代非線性動力學之父——彭加勒　　6.2.2　非線性動力學系統(tǒng)的可積和不可積問題發(fā)展簡史　6.3　確定性混沌，分形和孤波理論簡介——出自簡單物理模型的復雜性演化　　6.3.1　有序和無序相和諧的混沌　　6.3.2　局部和整體自相似的分形　　6.3.3  具有經(jīng)典粒子和波動二重性的孤波　6.4  復雜性層次上的非線性科學思維方法——對非線性問題的復雜性思考　　6.4.1　關(guān)于有序和無序　　6.4.2　關(guān)于二元因果邏輯和多元邏輯　　6.4.3　關(guān)于還原方法和不可分割　　6.4.4　關(guān)于同一性邏輯和兩重性邏輯　6.5  復雜性思維范式下的未來教育——對物理教育問題的復雜性探討本章小結(jié)參考書目

章節(jié)摘錄

第1章　注重思辨的邏輯方法本章引入邏輯方法是人們根據(jù)事實材料，遵循邏輯規(guī)律和規(guī)則，形成概念并作出判斷和進行推理的方法。邏輯方法是科學研究中的理性方法，也是人們正確表述思想和互相交流不可缺少的一種思維方法。一個人日常說話辦事，特別在公眾場合發(fā)言和交流時，應(yīng)該講究條理性，體現(xiàn)邏輯性。平時說話辦事如此，演講者的公開演說、教師的講課更需要講究條理性和邏輯性。邏輯方法從古希臘時期就開始形成，作為一種科學方法論，它體現(xiàn)在各門自然科學的學科發(fā)展過程中。物理學就是一門具有嚴密科學性和邏輯性的學科。很多學過物理學的學生離開學校多年后，對具體的物理學定律、公式表述在記憶上可能已經(jīng)很淡漠了，但是他們往往都會對物理學中的邏輯思維方法留下深刻的印象。邏輯方法已經(jīng)被寫入了大中學物理教材，進入了物理的課堂教學。例如，古希臘科學家亞里士多德的名字現(xiàn)在已經(jīng)是一個為多數(shù)學生聽說過的名字。在學習自由落體運動的內(nèi)容時，教學內(nèi)容中往往會加入一段伽利略對亞里士多德提出的“重物下落得比輕物快”的論斷的批判，這里伽利略是作為正面的人物，而亞里士多德是作為被批判的對象出現(xiàn)的。還有，在學習牛頓定律時，課堂教學中往往會指出要用“力是運動變化的原因”的論斷取代亞里士多德提出的一個不正確的結(jié)論——“力是運動的原因”。這里亞里士多德又一次以被批評的對象出現(xiàn)在人們面前。在教學中設(shè)計這些環(huán)節(jié)的目的一是使學生了解關(guān)于力學知識的形成過程，另一方面也使學生初步感悟到滲透在物理學發(fā)展史中的、以亞里士多德為代表而建立起來的邏輯方法。仔細觀察日常生活中的現(xiàn)象時，人們不難發(fā)現(xiàn)，物體在空氣中下落時，質(zhì)量大的重物可能下落得比質(zhì)量小的輕物快，但也可能下落得比質(zhì)量小的輕物慢。于是，一些學生自然地會提出這樣的問題：難道亞里士多德居然連這樣簡單的結(jié)論都不懂嗎？與后來獲得的牛頓“很神”的印象對比，亞里士多德是不是顯得“很笨”？從科學史的角度上看，亞里士多德是在邏輯方法論上第一個提出邏輯范疇體系、創(chuàng)建形式邏輯的“百科全書式”的科學家。馬克思（1818～1883）贊譽亞里士多德為“古代最偉大的思想家”。恩格斯（1825-1895）說，亞里士多德是古希臘哲學家中“最博學的人物”。作為一位“百科全書式的科學家”，亞里士多德在科學上有哪些主要成就？他為什么要把物體的下落問題和運動的原因作為物理學的基本問題加以研究？如何看待亞里士多德對落體運動和運動原因的一系列論述？亞里士多德發(fā)展的邏輯方法在物理學中有哪些主要體現(xiàn)？科學方法是與自然科學共同產(chǎn)生和發(fā)展起來的，而科學方法論則是人們從對自然科學發(fā)展的歷史中反思得到的，是從對自然界的再認識過程中總結(jié)出來的。如同自然科學有一個漫長的發(fā)生、發(fā)展和成熟的過程一樣，科學方法論也有自己悠久的演化歷史。雖然難以考證物理學方法論的源頭，但是物理學如今已經(jīng)發(fā)展成為具有嚴密邏輯性和學科系統(tǒng)性的自然科學的基礎(chǔ)學科，與之相伴隨的物理學方法論也一直是科學方法論的主要內(nèi)容。我們對物理學方法的發(fā)生發(fā)展的討論不能、也不可能割斷物理學的發(fā)展史。本講對2000多年前古希臘科學方法論的主要組成部分——邏輯方法論作一番回顧和追溯，對邏輯方法的創(chuàng)始者——泰勒斯、柏拉圖和亞里士多德的成就及他們對注重獲得思辨認識的邏輯方法論所作的貢獻做一些介紹，并對邏輯方法論包含的歸納法、演繹法和類比法等方法在物理學發(fā)展史上的作用和地位作出說明。古希臘的文明是人類歷史上最主要的文化亮點之一，西方2000多年前的自然科學就是從古希臘興起的?，F(xiàn)代一切文明的具體板塊，在古希臘時代都可以找到它們的本原。

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