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1、第七讲 科学问题与科研选题,樊嘉禄 教授 安徽医科大学社会科学部,一、什么是“科学问题”,科学问题是指科学认识主体在当时的科学背景下提出的需要解决而尚未解决的矛盾。,屈原天问举例,遂古之初，谁传道之？ 上下未形，何由考之？ 冥昭瞢暗，谁能极之？ 冯翼惟象，何以识之？,圜则九重，孰营度之？ 斡维焉系？天极焉加？ 八柱何当，东南何亏？ 夜光何德，死则又育？,科学问题,科学问题总是与未知自然现象联系在一起，但科学问题并不等同于未知自然现象。未知自然现象是客观存在的自然之谜，它是不依主体的意识为转移的第一性的东西；只有当未知现象进入人们认识领域，引起人们注意，并且当人们企图揭示其奥秘的时候，它才可能作
2、为科学问题被提出来。,在科学研究中具体地提出科学的问题，往往预设了问题的解的存在域，或称应答域。应答域设定得正确与否，也可以说问题的提法正确与否，常常决定研究工作的成败。一个错误的问题，能使研究工作失败，因为错误的问题提法本身是无解的；相反，正确的问题往往能使科学研究取得成功。例如，历史上脚气病病因的发现就是一个生动的实例。,19世纪80年代，荷兰医学家埃伊克曼(1858 l 930)为了解决荷兰驻东南亚地区军队中流行的脚气病，到现场进行调查，并进行了实验室研究。这是用实验研究维生素的开始。他认为这是一种传染病。后来发现军队食堂养的鸡也发生类似的脚气病，严重时甚至瘫痪。由于某些原因，鸡被搬到离
3、部队较远的地方饲养，不久发现鸡的脚气病消失了。经过认真分析，原来鸡饲料发生了变化，用稻谷取代了军队用的大米。埃伊克曼很快就证明了未经碾过的米，能治疗脚气病，但仍坚持细菌传染的看法。后来其他实验表明谷类外壳的提取物能治疗脚气病。,20世纪初，一些营养学家进行人工混合饲料作营养实验，发现混合的蛋白质、脂肪、糖类以及矿物质等，虽然热量、氮、矿物质等都适量，饲养动物体重仍旧下降甚至死亡。这说明有一类未知的营养要素存在。l907年霍尔斯特和弗罗利克发现用蔬菜或水果喂患坏血病的脉鼠，病症消失，表明蔬菜水果中含有抗坏血病物质。1911年波兰血统的美国生化学家芬克(18841967)从米糠提取液中得到白色结晶
4、，具有极高的治疗脚气病的效力，即维生素Bl。1912年，他提出一种理论，认为像脚气病、坏血病、额皮病，可能还有软骨病，都是因为膳食中缺乏一种可能含有氨基的有机碱性特殊物质。他命名这类物质为“vitamine”(原意为“为活命的氨”)。后来就以维生素(vitamin)统称这类物质。,在科研实践中，要想知道一个科学问题的提法是否正确是很困难的，甚至是不可能的。科研工作者必须善于转换问题的提法，及时从新的角度提出问题，研究工作中重新审察问题的提法，从新的角度上提出问题，在很大程度上就是寻求对问题的正确提法。科学家们十分强调端正问题提法的重要性。许多科学家认为提出正确的问题往往等于解决了问题的大半。,
5、附：一.吉尔伯特数学难题：吉尔伯特（1862-1943）是著名的德国数学家，他站在当代数学发展的前沿，高瞻远瞩，展望二十世纪数学的发展，于是1900年，在巴黎召开的国际数学大会上，提出了23个数学难题，并预测其发展方向。后来数学界统称其为“希尔伯特23个数学问题”。此后，世界许多数学家为解决这些难题，做了艰苦的努力，取得了一大批研究成果。,二哥德巴赫猜想 对任一偶2n，（n为大于2的正整数），是否存在两个素数P1P2，使2n=P1+P2？或者表述为：大于等于的偶数都可以表示为两个素数之和，大于等于9的奇数都可以表示为三个素数之和。这一数学猜想是德国数学家哥德巴赫于1742年提出来的。它吸引了世
6、界许多数学家前来解决。但直到本世纪20年代才有显著进展。,1920年挪威数学家布朗证明了9+9 1962年我国数学家潘承洞证明了1+5 1963年王元和潘承洞又证明了1+4 1965年苏联的二位数学家和意大利数学家都证明了1+3 1966年5月，陈景润证明了“1+2”：任何一个充分大的偶数，都可以表示成为两个数之和，其中一个是素数，另一个虽然不一定是素数，但顶多也只是两个素数的乘积。即2n=P1+P2P3.离最终解决这一问题只差一步之遥。,发现科学问题的途径,1.从社会生产和实际生活的需要中产生问题。当社会生产生活实践中提出某种需要而现有的生产技术手段不能满足这种需要时，就会提出这类问题。如前
7、文提到的关于脚气病发病机制问题就是在人们受到脚气病严重困扰的情况下提出的。在工农业生产、生活与健康、军备和战争等方面，都会给科学研究提出大量的问题。,2从实践与理论的矛盾中产生问题。理论从实践中来，又须回到实践中去为它服务并接受它的检验。在科学实践中发现的新事实，与原有理论不相容。原有理论解释不了这些事实，就面临难题或危机，或者说暴露出它的局限性，于是也就产生了问题。前面提到的“基因突变学说”遇到的问题和原子的“汤姆逊模型”遇到的问题都是这类问题的典型之例。,3从科学活动的学术争论中产生问题。由于客观事物的复杂性，加上人们的实践活动和认识水平的局限性等原因，对于同一个事物或现象，总是存在着不同
8、观点、不同学派之间的学术争论。如生物学中关于生物进化机制的内因论与外因论之争，地学中关于地壳形成的“水成说”和“火成说”之争，光本质的“粒子说”和“波动说”之争等等。这类问题的结局往往是各有其各理性和局限性，因而为一新的理论所取代。对非此即彼又无调和余地的那些学术争论往往会导致所谓“判决性实验”的设计，得到实验结果支持的一方获胜。,4从寻求经验事实之间的联系和统一解释的需要中产生问题。在科学上，当某一领域的经验事实积累到一定的数量时，由于科学本身发展的需要，要求对它们进行整理和概括，寻求这些经验事实之间的联系和统一解释。这时也会产生大量的科学问题。例如，各种化学元素先是被一个个孤立地发现和研究
9、，19世纪60年代，人们发现的化学元素已有63种，并且还在不断地增加，于是人们就提出：各种化学元素之间有没有内存联系的总是以及如何揭示各种化学元素之间的内存联系。纽门兹、门捷列夫等许多化学家就是围绕这一科学问题进行研究，最终导致门捷列夫发现了周期律。,5从不同理论之间的矛盾中产生问题。 分三种情形： 一是从对同一事物的不同理论的矛盾中来； 二是从同一学科的不同理论之间的矛盾中提出问题； 三是从不同学科理论之间的矛盾中发现问题。,6从某一理论自身的矛盾中产生问题。在科学史上，许多悖论或佯谬就属于理论自身的矛盾。所谓悖论实际上是一种逻辑矛盾，即从某一前提出发邓可推出两个在逻辑上自相矛盾的命题，或从
10、某一理论、观点中推出的命题与已知的科学原理相矛盾。在科学研究中，任何理论都不能允许有逻辑矛盾存在。所以一旦发现了悖论，就迫使科学家重新审查原有的理论。,伽利略悖论。亚里士多德认为物体下落的快慢决定于物体的重量。伽利略不仅用“比萨斜塔实验”演示其谬，而且从理论上分析了其中的逻辑矛盾：假设有两个物体，质量分别为和，它们同高度下落所需时间分别为和。现在把两物体捆在一起作为一个物体下落，它的时间当是多少呢？是小于还是落在与之间的数值呢？,J.Richard悖论(1905年发现)任何整数都可以用一定数目的字母组成的词来表示。例如36这个数可以表述成thirty-six或four times nine，第
11、一种表述用了个字母，第二种13个。这也说明任何已知数不止有一种表示法。现在，我们把所有正整数分成二组，第一组包含所有可以用一百个或更少的字母来表示的正整数；第二组包含无论如何至少需要用101个字母才能表示的那些正整数。经过这样的分组以后，第二组中就存在着一个最小整数，这个最小整数可以用这样一句话来表达：the least integer not describable in onehundred or fewer letters。这句话所需要的字母数却少于一百个。因此，用一百个或更少的字母不可能表示的最小整数，却可以用少于一百个字母来表示，这样就陷入了逻辑矛盾之中。,罗素悖论。1903年，罗素
12、发现了一个悖论。他把集合分为二种：以自身为元素的集合和不以自身为元素的集合。假设是一切不以自身为元素的集合所组成的集合，那么包含还是不包含自身呢？ 如果不包含，即不包含自已，那么，根据定义，可以作为的元素，即包含；如果包含，即包含自身，那么根据定义，不包含。 1918年，罗素提出一种通俗形式的悖论，叫“理发师悖论”：有一个理发师宣称，他不给那些给自己刮胡子的人刮胡子。有一天他自己问自己，他是否应该给自己刮胡子呢？,7从各个知识领域的空白区产生问题。 各门学科的交叉和渗透已早已成为当代科学发展的新趋势。各门具体学科间以及本学科内部各分支学科间的交叉结合，自然科学与人文社会科学的结合日益紧密，科学
13、与技术一体化的进程不断加快。各知识领域交叉和渗透的空白地带，是未开垦的科学处女地，这里的问题最多，可望的收获也最大。,8为了验证假说和新发现的事实，而提出对它们进行检验的问题一个科学假说不仅要解释新发现的科学事实，而且不能与已知的所有相关的科学事实相矛盾，此外，有生命力的科学假说还必须能够对某些未知事实作出预见。验证这些预见本身就是很重要的科学问题。科学史上，麦克斯韦用一个微分方程组概括性地总结了法拉第等物理学家通过实验总结出来的电动力学规律，更为重要的是，由麦克斯韦方程可以推论，电磁场能够在空间传播，这就预见了空间电磁波的存在。德国实验物理学家赫兹于1888年用精巧的实验证明了电磁波的存在，
14、从而验证了麦克斯韦方程组的科学性。,三科研选题,科研选题及其步骤 科研选题就是形成、选择和确定所要研究和解决的课题。 所谓课题，就是为了实现某个特定目标所需要研究的一个或一组科学问题。,爱因斯坦说过：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要，因为解决一个问题也许仅是一个数学上的或实验上的技能而已。而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性和想像力，而且标志着科学的真正进步”。,选题一般需要经过以下步骤：,文献调研和实地考察，了解前人的工作（查阅论文文献和专利文献）和现实在需要。避免重复，了解现状。 提出问题。 初步论证。对课题的理论价值和社会经济价值等方面进行估价，对可行
15、性（经费、设备、科研力量配置等）进行论证。 评议和确定课题。高一级专家评估，主管部门审批。,科研选题的基本原则 需要性原则。课题应面向社会需要和学科理论发展的需要。社会需要扬经济发展的、国家建设的、医疗卫生的、文化教育的等等需要。学科理论发展的需要以及开拓科学领域的、更新科学理论的、改进科学方法的需要等等。,创新性原则。这是科研选题的灵魂。科研的主要任务是创新，新包括新理论、新观点、新方法、新技术等等。有时因保密等原因，国外虽已有之，但无法得到，为了满足国家需要进行重复研究，也算是创新。,科学性原则。要保证课题具有科学性。法国科学院早在8世纪就宣布，不再受理任何永动机设计的方案，原因就在于这种研究缺乏科学性。当然，科学无禁区。（这一条原则牵涉到“科学精神” ）,可行性原则。要从人力、物力、财力各方面保证完成课题。若无法保证，则该课题也不能做。 结合实例谈谈课题论证需要注意的问题。,本讲思考题,什么是科学问题 简述科研选题的步骤 论述科研选题的原则,
