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世界医学发展的历史，按照医学研究方法的发展可以划分为以下三个阶段：古代经验医学、近代实验医学和现代综合医学。这三个历史性发展阶段与当时社会生产力和自然科学技术的发展水平紧密相关。
古代经验医学是医学方法论发展的初级阶段，这一时期是医学论的奠基阶段。按照朴素的唯物主义自然观，这一时期的医学把人体及其与环境的联系作为一个整体，用整体观察的方法来检查人体及其疾病。这种整体性的科学认识方法论强调对人类生命和疾病的客观真实的全局观察，将观察到的客观现象综合概括为理性知识。古代经验医学通过对人的生命现象和疾病现象的大量观察和综合概括，确立了人体与疾病的第一个科学观，挑战了“鬼神致病”的主流异端邪说。这一发展阶段的代表性成果是“四体液学说”。“四体液学说”是古希腊著名医师、西医始祖希波克拉底提出的人体体质学说。四体液指的是四种来自人体不同器官的不同类型的液体。脑里有黏液，它具有寒冷的性质，流出黏液的人会患上癫痫症。肝脏有黄色胆汁，性温。胃中含有黑色胆汁，会逐渐升温。血液来自心脏，本质干燥。这四种体液以不同比例的组合，体现了不同的人体体质。
古罗马医师盖伦将四体液学说理论应用于临床，按照体质将人分为四类：黄胆者勇敢而有活力，黑质者顽固而忧郁，多血质者热情而有活力，黏液质者懒惰而愚蠢。炎症也分为四种：血蜂窝织炎、黄胆丹毒、黏液水肿和黑胆汁癌。发热又分为血热、黄胆三日热、黏液每日热、黑胆四日热四种。
但直到中世纪，欧洲仍以宗教为主，因此医学研究仍充斥着宗教神学，极大地影响了医学的发展。只有意大利萨勒诺大学保持非宗教教育，摒弃一切空洞的理论、迷信和占星术。学校重视实践和科学研究，培养了众多医学人才，为现代实验医学的发展创造了条件。
近代实验医学始于15世纪下半叶欧洲文艺复兴时期，16世纪以后，随着资本主义生产的发展，由于机械生产的需要，力学和物理学有了长足的进步，产生了机械唯物主义，推动了近代自然科学的兴起。
英国著名唯物主义哲学家和科学家弗朗西斯·培根（Francis Bacon，1561—1626）于16、17世纪所倡导的实验分析方法在自然科学中得到了广泛的应用。这种方法论强调归纳推理，即用实验的方法观察和分析个别现象，从中推导出一般规律。于是，新的科学思想和研究方法不断涌现，人们的思想发生了变化，视野也逐渐开阔。
将复杂的事物分解为更简单的事物，将较高层次的成分分解为较低层次的成分，将复杂的生命过程简化为简单的物理和化学过程是分析时代医学所采用的研究方法，这种研究事物的方法被称为还原论方法。还原论是一种哲学思想，它相信复杂的系统、事物和现象可以分解成各种成分。还原论的思想由来已久，但“还原论”源于1951年美国逻辑哲学家奎因的《经验主义的两个教条》一文。此后还原论概念的内涵和外延一直在扩大。《大英百科全书》将还原论定义为：“在哲学中，还原论是一种认为给定实体是更简单或更基本实体的集合或组合的思想，或者这些实体可以基于更基本实体的表达来定义。”还原论方法是经典科学方法的核心，它将复杂的高级对象分解为简单的低级对象进行处理：世界的本质在于简单。
在还原论的控制下，人们利用物理和化学规律来认识人体的生理和病理变化，并在这些领域取得了巨大成就，这是因为生命过程中高级物质的运动是以物理化学等低级物质的运动为基础的。以机械唯物论自然观和还原论方法论为导向的近代实验医学，借助科学技术，从表面到内部深入研究人体和疾病，这极大地提高了人类对自己的认识水平。
在这种还原方法论的指导下，医学研究利用解剖分析方法和实验分析方法，对人体的内部结构和生理功能进行深入研究，加深了对人体和疾病的认识，涌现了许多开创性的学科，包括人体解剖学、器官病理学、细菌学等，成为这一时期的医学代表性成果。细胞病理学提出“疾病的本质是细胞变化”。这是人类对疾病认识的一次飞跃。它标志着人们对疾病的理解从整体和器官的宏观水平发展到了组织细胞的微观水平。上述成果是医学科学进入分析实验医学时代的标志。
科学技术在19世纪取得了长足的进步。医学专业人士充分利用当时科学理论改造的实验设备和新技术，对人体和疾病进行了广泛的研究。生理学方面他们发现了一系列新的神经生理学现象，使得未来综合生理学研究方法的推广成为可能。病理学方面认识到疾病的本质是细胞功能的改变，使病理学研究扩展到细胞水平。而蛋白质、氨基酸等的发现标志着分子水平研究的开始。在临床医学中，听诊器、放射检验、实验室检查等被用于消除仅依靠医生经验来诊断疾病的经验医学。实验医学时代让临床医学更加客观、科学；动物实验和化学分析方法，以及实验生理学和生物化学，成为药理学和临床医学的基础。
从19世纪开始，自然科学的飞速发展逐渐揭示了许多自然现象的辩证性质。19世纪中叶，马克思和恩格斯创立了唯物主义和辩证法的有机统一体——辩证唯物主义，科学地揭示了知识的本质、起源、发展过程和规律。唯物辩证法假定物质世界是一个单一的整体，由普遍的联系、不断的运动和变化组成。辩证法是物质运动的规律。它克服了古代朴素唯物主义和现代机械唯物主义的弊端，为医学提供了一种新的思维方式和科学方法论，使医学进入了一个全新的系统时代。
在现代科学技术飞速发展的背景下，现代医学与其他科学交叉、渗透、融合、相互作用，发展成为一个庞大的全球科学体系。医学本身分化加速，学科分工完善，现代医学网络化体系开始形成。一方面，数学、物理、化学等基础科学与医学的联系更加紧密，有力地推动了基础医学的发展，在生命与疾病规律的研究上取得了突破性进展。另一方面，各种医学学科不断扩大，开辟出新的研究领域，并逐渐发展成为体现自然、社会、人文和工程科学交叉的新的边缘学科。
现代医学注重人的生命现象与疾病之间的辩证联系，注重全局性和动态性的联系，并逐渐发现人体各部分的相互作用代表着整体全局性的联系，这推动了内分泌理论、体液理论和免疫学理论的创建和发展。随着神经内分泌学说、稳态学说、应激学说、受体学说等的出现，以及免疫学理论的发展，进一步揭示了身体机能的完整性，人们开始关注宏观结构、人体整体和环境，这表明医学的分析时代已经结束，系统时代已经到来，“生物-心理-社会”的医学模式取代了生物医学模式。
在神经生理学方面，巴甫洛夫（Lvan Petrovich Pavlov，1849—1936，俄国生理学家）采用条件反射疗法对动物和人类的高级神经活动进行了客观的实验研究，改活体解剖活检方法为慢性实验法。这种慢性实证方法背后的思维方式是一种综合系统的学科方法，体现了医学科学思维方法的进步。巴甫洛夫在其研究领域树立了客观、整体和渐进的方法论原则，被称为现代高级神经活动论的奠基人。内分泌生理学方面，“激素”的概念由贝利斯（William Maddock Bayliss，1860—1924，英国生理学家）和欧内斯特·亨利·斯塔林（1866—1927，英国生理学家）提出。经过多位科学家的深入研究，建立并阐明了人体通过神经系统和内分泌系统的相互适应和控制，实现各器官的整体联系以适应生命活动的神经内分泌学说。
分子生物学的创立对现代医学的发展有着重大的影响。人类基因组计划的顺利实施，使生命科学的研究重点转向了对生物功能的综合研究。由于其自身的局限性，基因组无法对诸如蛋白质表达水平和表达时间、翻译后调节、蛋白质-蛋白质相互作用或与其他生物分子的相互作用等做出反应。而作为遗传研究的重要补充，蛋白质组学在蛋白质水平上对在不同时间和地点起作用的特定蛋白质组进行定量、动态和综合研究，进而对其功能调控和相互作用进行了研究。随着分子生物学进入医学领域，对病原学和病理学的认识渗透到分子水平，为人们提供了诊断和治疗疾病的新方法。
总之，现代医学已进入系统时代，系统方法在人体综合研究中的应用取得了显著成效。
在唯物主义与唯心主义、辩证法与形而上学的斗争中逐渐形成的古代经验医学，是基于人体的整体统一性，采用整体观察的方法建立的。古代经验医学作为医学方法论的一个起始阶段，必然有其历史局限性。由于社会生产力低下，自然科学技术不发达，当时的医学研究无法科学准确地解释人类生命活动和病理过程，仅对现象进行了描述和推测，并进行了经验总结。另外，对人体结构和功能的一般认识缺乏准确的概念和范畴，对发病机制的理解是粗略的、笼统的，本质上包含了很多主观臆测，不科学的解释有很多，属于“黑箱式”的认识水平。
近代实验医学时代的医学家们研究了疾病过程的细节和局部规律，提高了人类对疾病的认识水平，使人类能够在器官、组织、细胞水平对人体与疾病进行多层次研究。然而，过度依赖实验观察和分析技术导致了当时形而上学思维方式的盛行。它的极端表现是对疾病和预防片面的、孤立的和静态的观点。人体是一个多层次的、系统的、复杂的物质系统，不能用简单的物理化学规律来解释。还原论者是基于事物不同层次之间的联系，从较低层次开始探索较高层次的规律。但是，较低层次和较高层次之间存在质的差异。如果不考虑研究对象的特点，直接用低级层次替代高级层次的发展规律，那就是机械论的错误。
还原是一种从整体到部分，从连续到离散的思维操作。这种“可分解性”在很大程度上与人类主观思维的分离性密切相关。人类的思维在这种连续与离散的矛盾中前进。这种思维的超然性表明，人类对世界的理性把握总是不连续的。一阶逻辑是科学理性的基础，它是人类思维中演绎推理的系统展示，是形式思维的完整形式。科学成果正是依靠以演绎推理为核心的演绎逻辑，才可能被严格系统化、精确化。然而，一阶逻辑通常也表现出人类思维的超然本性。理性只有找到存在的不变性，才能在思维中建构离散的思维逻辑点，将所面对的对象与自我区分开来，将研究对象与其他对象区分开来，使之在理论上合乎逻辑，进一步深入把握事物。即一阶逻辑中的一个点，它只能判断某个对象在某个时间段、某个方面（类别）的真假。违反这些设定中的任何一个都会导致思维上的矛盾出现，这就是亚里士多德的“三个同一性”理论中的同一时间、同一方面、同一对象。在这种情况下，还原论所要求的思维分离，必然会与现实对象的内在统一性发生冲突和矛盾。
起源于20世纪40年代生命科学的系统方法有三个主要的方法论原则：整体性、互相联系和动态原则。系统方法就是把研究对象放在系统中，以系统、联系、变化的观点，运用辩证统一的思想，对其加以考察的一种方法。
系统一词源自古希腊语，意思是整体由部分组成。系统思想由来已久，但作为一种科学的理论，它是由理论生物学家贝塔朗菲创立的。1932年贝塔朗菲发表《抗体系统论》，提出系统论思想，之后又提出一般系统论原理，奠定了这门学科的理论基础。一般系统论将系统定义为由若干要素以一定结构连接而成的具有一定功能的有机整体。该定义包括系统、要素、结构和功能四个概念，表明了要素与要素、要素与系统、系统与环境之间的关系。
系统论出现之前，对问题的研究一般将事物分解成若干部分，抽象出最简单的因素，然后用部分的性质来解释复杂的事物。这是笛卡尔奠定系统论理论基础的分析方法。这种方法的重点是部分或元素，它遵循单一因果决定论，尽管这是数百年来在特定范围内有效的最熟悉的思维方式，但是，只适合识别相对简单的事物，不适合研究复杂的问题。它不能如实说明事物的完整性，也不能反映事物之间的联系和相互作用。在现代科学整体化、高度集成化发展的趋势下，人类面对众多规模庞大、关系复杂的问题，还原分析法已经无能为力。此时，系统的分析方法站在了时代的前沿，系统论能够全面地看待全局，以独特的方式为现代复杂问题提供了有效的思维方式。因此，系统论与控制论、信息论等其他交叉科学一起，为人类科学研究提供了新的思路、新的方法，作为现代科学的新潮流，推动着各种科学的发展，为人类的思维开辟了新的道路。
系统论认为，所有系统共有的基本特征，包括开放性、组织性、复杂性、完整性、相关性、层次结构、动态平衡、时序性等，既是系统的基本思想和观点，也是系统方法的基本原理，不仅是反映客观规律的科学理论，而且具有科学方法论的开创性意义。以上也正是系统论科学的特点。系统论的基本思维方法是把研究和加工的对象看作一个系统，来分析系统的结构和功能，研究系统、要素、环境之间的关系和变化规律，系统是多种多样的，系统的类型可以根据不同的原理和条件进行划分。根据人为干预的情况，可分为自然系统和人工系统；按学科领域可分为自然系统、社会系统和思维系统；按范围可分为宏观系统和微观系统；根据与环境的关系，有开放系统、封闭系统、孤立系统；根据状态，有平衡系统、不平衡系统、近平衡系统、远平衡系统等。此外，大系统和小系统之间存在相对差异。
系统论的核心思想是系统的整体概念。贝塔兰菲强调，任何系统都是一个有机整体，不是各个部分的机械组合或简单相加。系统的整体功能是每个元素在孤立状态下不具有的属性。他反对机械论认为元素性能好，整体性能就一定好，以局部代表整体的观点。同时认为，系统中的每一个元素都不是孤立存在的，每个元素都在系统中处于一定的位置，发挥着特定的作用。这些元素相互关联，形成一个不可分割的整体。就像人的手是人体的一个劳动器官一样，手一旦脱离人体，就不再是一个劳动器官。元素是整体的元素。如果元素从整个系统中分离出来，就会失去元素的功能。
系统论的出现深刻地改变了人类的思维方式。系统论不仅在于帮助理解一个系统的特性和规律，更重要的是利用这些特性和规律来控制、管理、改造或创造一个系统，使其存在和发展满足人类的需要。换言之，研究系统的目的是调整系统结构，协调各要素之间的关系，使系统达到优化。但是，任何方法论都难免存在一些问题和局限性。作为一种新型的医学研究方法，系统方法还应与分析方法等其他方法结合使用。分析方法可以提供给系统方法了解健康和疾病所需的详细信息。基于观察和分析的科学事实，再运用系统方法的辩证思维，才有可能对健康和疾病问题有更深入、科学的认识。