在这一章中，在讲授具体的科学发现与技术发明的方法之前，首先对科学发现与技术发明的基础知识做一些简要的介绍，以备为今后的学习打下一定的知识基础。
1.1 科学与技术的概念
在讲述科学发现与技术发明规律的时候，我们首先需要弄清“科学”与“技术”这两个概念。尽管大家广泛而频繁地使用“科学技术”这个词汇，但是并不是所有的人都能够清楚地区分这两个概念。
在当今社会中，恐怕还没有哪一种社会力量能与科学、技术所起的社会作用相媲美。它们延长了人类的平均寿命，增强了人类的能力，扩大人类的视野，确立了人在自然界中的地位——几乎使人无所不能。正因为科学、技术在人类社会中起着如此举足轻重的作用，以至于人们在分析某种社会现象时总会论及它们的社会功能，并且常常在用词上把二者紧密联系起来或者干脆把它们简称为“科技”。
然而，这种不假思索地混同和简化却往往会造成诸多歧义和混乱。因此，有必要在概念上将二者做一个大致的划分。
1.1.1“科学”的概念
什么是“科学”？或者说，如果要对“科学”这个概念下一个准确的定义，应该如何定义？
关于“科学”的概念或者定义，目前尚未有统一的权威的表述。我们不打算把精力放在对这个概念的理解和争论上。这里，我们采用同学们便于理解而且是在过去学习中已经习惯了的一种表述。即：
科学是由概念和相应的定律所构成的、准确表述自然界或者人类社会现象与规律的知识体系。
比如物理学，它就包括了物理的一系列概念和定律，并且可以相当准确地描述对应的物理现象与规律。
上述关于科学的定义，被称为西方的建筑在知识体系上的狭隘定义，有一定的局限性。在这个定义下，中医和中国古代科学都被排斥在外。尽管如此，因为它特别适合自然科学，所以我们依然采用这个定义。
根据这个定义可以知道：①科学的源头在客观世界（包括自然界、人类自身、人造的产品或者环境）；②所谓科学问题，主要是对客观世界的现象和规律进行研究时遇到的问题；人们的科学研究活动，主要是发现新问题，提出新概念和寻找新规律；③科学研究终结于知识，一旦对某一类研究对象形成了系统的科学知识，这门学科便诞生了。
除此之外，严格意义的现代科学还需要具备如下要素。
1.具有用于界定不同的研究对象的准确概念或者严格的定义
科学作为一个知识体系，它所建立的概念应该具有唯一性、普遍性和严密性。所谓唯一性和普遍性，就是指这个概念是排他的，具有同一属性的研究对象，只能适用同一个概念；而且凡是具有这个属性的不同对象，也都毫无例外地包含在这个概念中。例如，人类在和自然交往过程中，发现了不同类型的石头及其不同的特性和用途。人们给不同的矿石命名，金、银、铜、铁、锡矿石等。根据他们的共同性质，形成了矿石的概念，进而扩大形成了包括泥土、水、风等都是没有生命的物质的分类概念。而人类观察到的不同的动物和植物等都是有生命的物质。生命和非生命的主要区别在于有生命的物质自己能够自我修复，自我繁殖。但是，在中国古代，把周围的世界划分为“金、木、水、火、土”，即所谓“五行”。这些概念就是模糊的，是不准确的，它们不是科学概念。所谓严密性，是指一个概念不能似是而非，要界定得非常清楚。比如“鸡瘟”就不是一种科学概念。
作为一种科学概念，它必须是经过事实所证实的（实证），而且被科学家共同接受和承认。科学上对于概念的提出和认定是严格的，必须和一定的理论体系相关联，而且科学知识和科学概念也没有国界。如果科学概念包含的内涵不统一，科学家就无法交流和工作，科学研究这条延绵不断的长河就不能延续。
不同的科学概念所涉及的范围各不相同，有的涉及范围小，有的涉及范围大。对涉及范围小的，我们称它们为特定的概念，而涉及范围大的称为普遍的概念，或大概念。
当然这种“大”和“特定”的分类是相对的，而不是绝对的。概念越大，就越抽象，学生掌握就越困难。所以，要使儿童建立概念，一般应遵循从简单到复杂，从初级到高级，从特殊到一般的顺序，需要和儿童认知和情感的发展规律相符。
然而，另一方面，科学概念并不是一经确定就不可以变化的。由于科学知识是不断在发展的，所以科学概念也可以发展，甚至纠正，但都必须基于科学研究的结果。例如，我们对“九大行星”的概念就在2010年发生了改变。
2.具备对于研究对象性质的描述，建立对象之间的联系——科学定律
现代科学并非仅仅停留在概念的阶段，更重要的是要研究这些对象的性质。比如，关于“光”的性质研究，几乎占据了整个光学理论的绝大部分。又如，光在均匀介质中沿着直线传播，在非均匀介质中按照程函方程所确定的路径传播，在波导中以模式的形式传播等，这都是光传播的性质。每种性质，当它被多次实验所证实，并可以用数学的方式描述时，这就是定律。除了找到科学定律以外，还需要给出合理的理论解释，也就是用更普适的科学理论来解释当前的科学定律。
对概念所具备的性质的研究，往往成为概念的定义。
更多的定律是关于不同研究对象之间的联系的。比如，电与磁之间的关系，电源电荷与电场强度之间的关系，质量与能量之间的关系等。科学研究的目的，主要是探索研究对象所具备的性质，寻找不同对象之间的联系。这个过程就是科学发现。
3.构造性与系统性
现代科学虽然承认目前未知世界还很多，但是关于已知世界的科学必须是结构性的，以电磁学为例，它可以分为静电场、静磁场、带电导体内的电场、交变电磁场、电磁波等学科分支。每一个学科分支又可以分成很多小的学科分支。比如电磁波理论，又可分为自由空间中的电磁波、波导中的电磁波等。光学亦是如此，它包括几何光学、波动光学、量子光学等学科分支。波动光学又包括导波光学、大气光学、海洋光学、薄膜光学等。结构性不仅表现在树形的知识体系上，而且表现在基本理论的协调性上，比如静电学的理论必须与普适的电磁场理论相一致，静力学的理论必须与动力学的理论相一致等。再如，如果假定光是一种电磁波，那么，它就应该服从电磁波的普遍规律——麦克斯韦方程组，等等。
欧几里得几何与他的名着《几何原本》可堪称科学着作的典范，不仅概念精准，内在逻辑性强，而且其结构性和系统性非常好。一门真正的学科，都以达到这样的理论高度为目标，目前仍然有许多科学理论离这个目标尚有一段距离。
在今天，科学研究的最终成果绝大部分都体现在论文上。即使在古代，科学研究的成果也是体现在着作上。因此，各个国家、研究机构及大学，都十分重视论文的发表。
因此，对于论文的评价，就成了科学研究成果评价的重要方面。当前，已经有了相对比较科学合理的论文评价体系，这就是所谓根据该论文被其他论文引用的频率所确定的几种标准。其中被ISI索引所检索到的SCI论文被公认为最高水平的论文。
1.1.2“技术”的概念
为了利用科学与经验服务于人类的各种需求，制定出各种生产、加工、安装、使用、服务等一系列人们的行动规则，关于这些规则的知识，就是技术。因此，与科学的源头来自于客观世界不同，技术的源头来自于人的需求。例如，人有希望与远方的人联系的需求，才有了通信技术；人有了出远门的需求，才有了各种车辆与运输技术。洞察人们的需求，找到一套满足人们需求的方法，并形成为系统的知识，就成了技术。
世界知识产权组织在1977年所出版的《发展中国家许可贸易指南》对技术下的定义是：关于制造产品、实施工艺流程、提供服务的系统知识，即为技术，而无论该知识是否体现为发明、外观设计、实用新型、植物新品种，或者是否反映在技术信息或技能技巧中，抑或是否反映在专家为设计、安装、建立、维持或管理工商企业所提供的服务或协助中。联合国经济合作与发展组织则将技术定义为：在生产的全部过程（即从产品的生产到销售）中所应用的知识。就以上两者比较而言，世界知识产权组织关于技术的定义似乎更可取，因此也就为更多的人所接受；但世界知识产权组织关于技术的上述定义略嫌烦琐。
1.技术的特点
1）技术是系统的知识
作为技术的知识必须具备系统性。这里的“系统性”包括两个方面的内容：其一是作为某种技术内部的各个组成部分，必须是相互关联的；其二是作为某种技术的知识必须是一个整体。比如，光纤的制造技术，总体上可分为制棒、拉丝、成缆等步骤，而每一步又分成很多细节，每个细节都有严格的工艺要求和具体的指标，每个环节环环相扣。只有严格遵照这些工艺流程，才可能制造出合格的产品。
2）技术是与生产相关的知识
作为技术的知识必须是与生产相关联的。这里的“生产”是广泛意义上的生产，包括产品的制造、工艺流程的实施和服务的提供。一种知识虽然具有系统性，但若它不与生产相关联，那么它也不能成为技术。比如宗教的教义，它也有一整套的理论以及如何礼拜的系统的知识，但它与生产不直接相关，因此不是技术。
3）技术是无形财产
由于技术满足了人们的某种需求，因此能够产生经济效益和社会效益，而技术本身又凝结了人类的大量劳动，所以技术具有价值，是一种无形财产。正因为技术是一种无形财产，所以，对技术可以而且应当以保护财产权的方法进行法律保护。这一点与科学有很大的区别，科学是关于描述客观对象的概念与规律方面的知识，对整个人类都非常有用，虽然其着作权也受到法律保护，但是知识本身不受法律保护，任何人都可以引用。
为了对技术的财产权进行保护，就形成了今天的专利制度。这样，技术的最终成果就体现在经过国家认定的发明上，也就是发明专利。而发明只有在申请到专利授权后，才受到法律保护。
4）技术具有商品属性
技术既然有价值，那么作为技术的知识在商品经济的条件下便具有商品属性，因此技术可以通过商品交换在市场上流通，可以买卖，可以作为无形资产进行投资。当然，这种流通必须遵循规范商品市场行为的法律规则。
2.技术的分类
根据不同的标准，可以对技术作如下不同的主要分类。
1）公开技术和秘密技术
根据技术是否向社会公开，可以把技术分为公开技术和秘密技术——前者是指向社会公开的技术，如发表于各种大众传媒上的技术信息；后者是指不向社会公开的技术，如专有技术（Know how）。在公开技术中，又可以分为无条件的公开技术和有条件的公开技术——前者即为广为人知的技术，后者如专利技术。
2）公有技术和私有技术
根据技术产权的归属不同，把技术分为公有技术和私有技术——前者是指其产权归属整个社会公众的技术，亦可称之为“公共技术”；后者是指其产权归属私人（包括自然人、法人和非法人团体）的技术。这里应当注意的是，公有技术并不等于公开技术，因为公开技术中的专利技术等并不是公有技术。同样，私有技术也并非只能是秘密技术，因为专利技术同时也是公开技术。
3）工业化技术和实验室技术
根据技术是否已经为规模生产所采用，可以把技术分工业化技术和实验室技术——前者是指业已为规模生产所采用的技术；后者则是指尚未被规模生产所采用、尚为试验性的或仅为小批量生产所采用的技术。
在现代社会，人们的需求已经得到了很大程度的满足，因此培育新需求则是新技术发展的动力。例如，电子游戏就是利用计算机和网络技术而培育出来供人们娱乐的新需求，卡拉OK也是人们培育出来的新技术。
1.2 科学和技术的紧密联系
在1.1节里，我们已经对科学和技术这两个概念进行了区分，知道科学并不等同于技术。那么，科学与技术是截然对立的吗？显然也不是。因此，它们二者的关系如何，是一个十分重要的问题。这需要从历史和辩证的角度进行考察。
从科学与技术的历史发展过程看，二者之间总体上经历了一个“合-分-合”的演变过程。同时，即使在每一个阶段中，也没有绝对的“合”或“分”，二者之间一方面存在千丝万缕的联系，另一方面二者又各自独立发展。二者皆是人类文明的重要组成部分，它们之间存在着紧密联系。
