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1、第二篇科学与科学方法论 主要内容 一 科学的本质与科学方法二 科学问题与科研选题三 科学思维四 科学假说与科学理论 第四章科学的本质与科学的方法 第一节科学的本质一 科学概念的历史演变在梵语中 科学指的是 特殊的智慧 在希腊文中 本无科学这个词 但有知识一词 在拉丁文中 科学 一词即学问或知识的意思 中国学者将 Science 翻译成 格物致知 格 推究 致 求得 穷究事物原理 从而获得知识 礼记 大学 致知在格物 物格而后知至 康有为在介绍日本书目时 首先使用了科学严复在翻译 天演论 原富 时 将 Science 译成科学 科学学创始人贝尔纳在 历史上的科学 指出 科学可作为 一种建制 一种
2、方法 一种积累的知识系统 一种维持或发展生产的主要因素 构成我们的诸信仰和对宇宙和人类的诸态度的最强大势力之一 默顿认为 科学是一个易于引起误解 涵义极为广泛的名词 它通常用来表示 证明知识可靠性的一种独特的方法 贮存从应用这些方法产生出来的累积知识 一套支配所谓科学活动的文化价值和惯例 上述各项的任何组合 英国科学哲学家查尔默斯在 科学究竟是什么 的专著中 对科学性质的现代观点作了一个简单 明了和初步的介绍 但他对 科学究竟是什么 仍感迷惑 他说只是 始于迷惘 终于更高水平的迷惘 普利高津在 从混沌到有序 人与自然的新对话 中指出 现代科学特别是相对论和量子力学向我们表明了自然界不能从外面来
3、加以描述 不能好像是一个旁观者来描述 描述是一种对话 是一种通信 而这种通信所受到的约束表明我们是被嵌入在物理世界中的宏观存在物 美国物理学家惠勒 20个问题的猜谜 游戏游戏的规则是有一种人作被试者 先退避一会儿 由其余的人 参试者 商定一个词 再把被试者请出来 由它发问猜这种词 参试者只能回答 是 或 否 被试者能在20次提问之内猜中这个词为胜 游戏的另一种方式是参试者不事先约定任何答案 而只要求对所有问题的回答不能自相矛盾 通过提问和应答 不断缩小答案的可能范围 最终 逼出 答案来 科学的一般规定 科学作为一种活动 它表征了人类探索自然的性质 规律的实践活动 作为一种知识体系 它表征了科学
4、认识活动的最终成果 作为一种社会建制 它指科学活动具有自身的职业化的组织研究机构 是一项重要的社会事业 作为一种生产力 它表征了人类利用自然 控制自然 驾驭自然的能力 作为一种人与自然的对话 则是指主体的人参与同客体的自然的相互作用 而客体的自然也只有通过主体的人参加的活动来揭示 二 自然科学的基本特性1 自然科学是一种特殊的社会意识形态自然科学是一种创造性的智力活动 其产品是观念形态的知识系统 因此 自然科学一般被看作精神现象 属于社会意识领域 当然 它不同于社会上层建筑中的政治 法律 哲学 道德 艺术 宗教等一般的社会意识形态 自然科学是一种特殊的社会意识形态 自然科学研究的是自然事物和自
5、然现象 揭示的是自然规律 它本身是没有阶级性的 在自然事物和自然现象面前 不同阶级的人可以总结出相同的自然规律 形成相同的理论 2 自然科学是第一生产力在知识形态上 科学是一般社会生产力 其二 当科学进入生产过程 它是直接生产力 自然科学作为知识和智力因素渗透到生产力诸要素中 转化为直接的 现实的生产力 现代科学为日益复杂的生产管理提供了方法和手段 通过科学管理转化为直接生产力 表现为生产效率的提高 科学活动与生产活动相互渗透 相互溶合 使得科学成为现代生产中必不可少的因素 第二节科学发展的一般模式 一 科学发展的不平衡规律1 科学中心转移论1939年 贝尔纳在 科学的社会功能 一书中最先提出
6、科学中心的概念 认为没有长盛不衰的科学中心 科学中心总是随着民族的经济文化的兴衰消长而转移的 1962年 日本科学史家汤浅光朝在 科学活动中心转移 一文中运用历史比较法和数量分析法进一步揭示了科学中心转移这一规律性现象 汤浅 现象 如果把一个国家科学成果超过同期内全世界科学成果的25 作为它成为世界科学活动中心的标志 那么 自近代科学诞生以来 世界科学活动中心是按以下序列作历史转移的 意大利 1540 1610年 英国 1660 1730年 法国 1770 1830年 德国 1810 1920年 美国 1920 至今 科学活动中心转移现象 亦称为 汤浅 现象 它告诉人们 一个国家保持科学兴隆期
7、平均为80年左右 2 指数 逻辑曲线增长论 普赖斯发现 科学期刊每隔50年数量增加10倍 据此 他得出一个科学知识 按指数增长的规律 普赖斯在1963年出版的 小科学 大科学 一书中 提出了 指数 逻辑曲线增长论 按照 指数 逻辑曲线增长论 科学的发展是随时间呈S型变化的 其制约条件有 一是指数增长的基础 通常是零 二是增长的极限值 所谓极限值实际上是指科学发展进入一定阶段后 科学发展呈饱和状态 这标志着科学革命的临近 3 带头学科更替论所谓带头学科 即在一定时期 由于科学发展的不平衡性 而产生一门或一组学科发展较快 走在其它学科前面 并对其它学科以及整个科学的发展起着先导和带动作用 这一门或
8、一组学科就称为带头学科 带头学科通过为其它学科输送新思想和新方法等而实现其带头作用 带头学科三个特点 更替性 某一门 或一组 带头学科完成了它对整个科学发展的带头作用之后 便让位给其它一组 或一门 学科 自近代科学诞生以来 其更替顺序是 力学 化学 物理学 生物学 微观物理学 控制论 原子能科学 宇宙航行学 加速性 即指带头学科的更替周期不断加速缩短 从17世纪开始到20世纪70年代 各带头学科带头周期依次为200年 100年 50年 25年 由此 凯德洛夫归纳出一个更替周期的经验公式 Tn 200 2n 1n为带头学科的顺序号 为第n个带头学科起先导作用的延续时间 根源性 带头学科的出现 取
9、决于社会实践的需要和科学自身发展的内在逻辑及其相互作用 二 自然科学发展的一般模式1 波普尔的证伪主义模式波普尔认为 科学的发展是一个不断变化的历史过程 是通过 问题 假说 否证 新问题 的四段认识模式而发展的 用公式表示则为 P1 TT EE P2 P1表示问题 Problem TT表示试探性理论 TentativeTheory EE表示批判性检验 排除错误 Elimination P2表示新的问题 2 库恩的历史主义模式1962年库恩在 科学革命的结构 提出科学发展模式 前科学 常规科学 科学反常 科学危机 科学革命 新的常规科学 在常规科学期间 科学的发展表现为平稳地积累事实 发展规范的
10、细节 应用规范去解决科学中发生的问题 在科学革命时期 科学家试探各种解决危机的办法 什么都试试看 新规范终于应运而生 第三节科学研究的一般程序 一 经验主义的科学研究一般过程 亚里士多德 观察 归纳 一般原理 演绎 解释 预言罗杰尔 培根 增加了实验的环节观察 实验 归纳 一般原理 实验 演绎 解释 预言 二 批判理性主义的科学研究一般过程 爱因斯坦 直接经验 非逻辑思维 假设 演绎 命题 实验验证 波普尔 问题 创造性思维 假设 演绎 命题 检验 证伪 新问题 第五章科学问题和科研选题 科学研究首先必须确定科研课题 而科研课题又来自于科学问题 正因为存在没有解决的问题 才需要我们去从事研究工
11、作 第一节科学问题 一 科学问题及其规定性科学问题是指一定时代的科学认识主体在当时的知识背景下提出的关于科学认识和科学实践中需要解决而又未解决的矛盾 科学问题包含着一定的求解目标和应答域 但尚无确定的答案 二 科学问题的分类常规问题 是指在维持原有理论框架的前提下提出的有待解决的疑难问题 这些问题的解决将使原有的理论体系更加充实 完善和系统化 反常问题 是在拒拆已有理论框架的前提下提出的与原有理论不相容的有待解决的疑难问题 这些疑难问题的解决意味着科学理论一场深刻的革命 三 科学问题的来源1 实践与理论之间的矛盾水星近日点摄动每百年1 33 20 万有引力1 32 27 53 2 理论自身内在
12、的逻辑矛盾悖论 AB B佯谬 A A 3 不同理论 学派或观点之间的矛盾4 现有理论不能满足社会需求产生的矛盾5 交叉学科之间的空白区发现问题 第二节科研选题 一 科研选题科研选题就是依据选题原则和主客观条件 从众多科学问题中选择和确定符合一定要求的问题作为科研课题的活动 二 科研选题的重要性科研选题关系到科学研究的方向 目标和内容 直接影响科研的途径和方法 决定着科研成果的水平 价值和发展前途 爱因斯坦指出 提出一个问题往往比解决一个问题更重要 因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已 而提出新的问题 新的可能性 从新的角度去看待旧的问题 却需要有创造性的想象力 而且标志着科学的真
13、正进步 三 选题的基本原则需要性原则科学性原则创造性原则可行性原则 第三节科学事实和观察实验 认识科学事实的特点和规律性 了解科学事实在科学认识中的地位和作用 掌握搜集科学事实的各种方法 分析这些方法的认识论意义及其问题 是科学方法论研究的重要内容 什么是科学事实 汉森认为 科学事实不是一成不变的 因人而异 科普宁认为 科学事实是可靠的 不变的 事实胜于雄辩 一 科学事实的规定性客观事实 客观存在的事件的现象和过程 经验事实1 物质客体与科学仪器相互作用结果的表征 经验事实2 对表征的陈述与判断 我们所说的科学事实就是经验事实2 二 科学事实的可错性科学事实与物质客体的本性有关科学事实与人所设
14、置的认识条件有关科学事实与人采纳的概念系统有关所以 科学事实属于认识论的范畴 存在着可错性 三 科学事实应该满足的条件科学事实应该是个别性陈述科学事实应该可重现可复核科学事实应该比较精确系统 四 搜集科学事实的一般方法1 调查研究方法直接调查是获取生动直观的经验事实的基本方法 到广阔的自然界中去搜集和积累天然资料 是获取第一手现实资料的重要来源 间接调查主要指从科学文献资料中搜集科学事实的方法 文献资料的内容包括 教科书 专著 会议论文集 最近进展丛刊 期刊 学位论文 专利文献等 2 观察方法科学观察方法是在自然发生的条件下 有目的 有计划 有选择地对自然现象进行考察和描述的一种方法 观察方法
15、的特点 在自然发生的条件下具有明确的目的性有计划的系统观察 观察方法的作用 搜集科学事实证明或反驳科学假说 光线通过大质量天体附近时被弯曲的示意图 1915年已在柏林普鲁士科学院任职的爱因斯坦把太阳边缘星光的偏折度修正为1 74角秒 1919年5月29日发生日全食时进行检验光线弯曲的观测 英国人为那次日食组织了两个观测远征队 一队到巴西北部的索布拉尔 Sobral 另一队到非洲几内亚海湾的普林西比岛 Principe 爱丁顿参加了后一队 1919年11月两支观测队的结果被归算出来 索布拉尔观测队的结果是1 98 0 12 普林西比队的结果是1 61 0 30 1919年11月6日 英国人宣布光
16、线按照爱因斯坦所预言的方式发生偏折 还有一个故事也广泛流传 说的是当光线弯曲预言被英国人的日食观测证实的消息传来时 爱因斯坦正在上课 一位学生问他 假如他的预言被证明是错的 他会怎么办 爱因斯坦回答说 那么我会为亲爱的上帝觉得难过 毕竟我的理论是正确的 科学观察的原则客观性原则全面性原则典型性原则 3 科学实验方法科学实验方法是根据一定的科学研究目的 运用一定的物质手段 在人为控制或模拟的条件下 排除干扰 突出主要因素 在有利情况下考察研究对象 探索研究其本质和规律性的一种方法 科学实验种类定量实验 是测定研究对象某些数值 或在此基础上求出某些因素间的经验公式 定律等的实验 如卡文迪什测定引力常数的实验 定性实验 是指用来测定并判定实验对象是否具有某种性质 某种因素和因素间关系等的实验 如赫兹证明电磁波存在的实验模拟实验 是指根据相似理论 构造出与自然现象或过程原型相似的模型 通过模型的实验研究 间接地研究原型规律性的实验 模拟实验的种类 物理模拟是以模型与原型之间的物理过程相似或几何相似为基础的一种模拟实验 数学模拟是以模型与原型之间的数学方程式相似为基础的一种模拟实验 功能模拟是以
