1,第五章 科学认识的形成,马鹏翔 mapx1971@,2,本章主要探讨科学认识过程中科学问题的提出以及科学事实、科学定律和科学假说形成的方法论问题第一节 科学问题的提出,第二节 科学事实的获取：观察和实验,第三节 科学假说的形成,,3,学习科学方法论的意义 （1）、可以提供科学认识途径上的启发和借鉴； （2）、可以提供科学研究方向上的指导； （3）、可以提高科学素养，增加才干，培养科学鉴赏力； （4）、可以早出成果、多出成果4,科学研究的一般程序,5,科学认识的一般程序：,1）选题； 2）获取科学事实； 3）进行思维加工，形成科学假说； 4）验证； 5）建立理论体系6,第一节 科学问题的提出,一、科学研究的起点—科学问题 (一)科学问题的含义 (二)理解科学问题应注意的问题 (三)科学问题的来源 (四)科学问题的解决 二. 科研选题及步骤 (一)科研选题的含义 (二)科研选题的一般步骤 (三)科研选题的基本原则,7,一、科学研究的起点—科学问题,在科学研究或认识的起点问题上有两种不同的观点：,（如培根Francis Bacon (1561~1626)等人所主张的）归纳主义的科学方法论认为，科学研究是从观察和搜集材料开始的，然后经过归纳上升到理论,证伪主义者波普尔(Karl Raimund Popper，1902~1994)则明确提出：科学研究（或认识）始于问题而不是观察（科学发展的四阶段模式：P1（问题）→TT（提出试探性的理论）→EE（消除可能的错误）→P2（新的问题）,8,波普尔 理论先于观察 波普尔认为归纳主义的科学始于观察与科学发展实际不符，因为漫无目的的观察并不存在。
观察是有目的的选择性的，如1919年爱丁顿观察日蚀，其目的是检验广义相对论 在观察中必须有理解：如格式塔中的鸭兔实验 科学始于问题 理论是对大自然的普遍性猜测，大胆猜测 爱因斯坦 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的或实验上的技巧而已，而提出新的问题，新的可能性，从新的角度去看待旧问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步9,(一)科学问题的含义 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实践中需要解决而又未解决的矛盾，它包含一定的求解目标和应答域，但尚无确定答案 一定时代的知识背景决定着一个问题是否有科学价值（是否是科学问题）以及科学问题的内涵深度和解答途径 问题引导着科学研究或科学认识的整个过程——问题既是旧理论的终点，也是新理论的起点 人们总是以问题为框架和指导有选择地搜集事实材料的10,(二)理解科学问题应注意的问题,1、区别科学问题与无知性问题，科学问题与虚假问题 所谓无知性问题是指对科学背景的无知而提出的问题，这些问题不是产生于对知识的分析 所谓虚假问题是既不能证实又不能证伪，不能由经验事实回答的问题。
这类问题不是科学研究的范畴 2、科学问题与科学认识主体的“欲求”以及智能状况相联系，自然界或自然物本身并不存在什么“问题” 3、科学问题的提出并不是孤立的，而是有结构的，它蕴含着问题的指向、研究的目标和求解的应答域 求解的应答域：在问题的论述中所确定的域限，并假定所提出的问题的解必定在这个域限之中11,(三)科学问题的来源,1、从科学实践与科学理论的矛盾中产生问题 电子发现与原子不可再分的矛盾；黑体辐射的实验事实与经典物理学的能量连续理论不相容 2、从科学理论内部的矛盾中产生问题 悖论：无穷小悖论、康托悖论；佯谬：麦克斯韦妖佯谬、薛定锷妖佯谬、光度佯谬、引力佯谬 3、从不同理论之间的矛盾中产生问题 光的波动说与微粒说；原子理论；熵增与熵减；日心说/地心说；渐变论/灾变论 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 5、从各个知识领域的空白区产生问题 6、从社会需要与现有生产技术手段不能满足这种需要的矛盾中产生问题,12,(四)科学问题的解决,科学问题的转移 1、试探性的理论或假说被证实时 2、理论或假说被证伪时 3、问题被证明不可解时，引出新问题 4、研究过程出现新的线索和新的机遇，产生新的问题 5、一些被认为已经解决了的问题，被重新提出来而成为新问题,13,二. 科研选题及步骤,(一)科研选题的含义 科研选题是形成、选择和确定所要研究和解决的课题。
科研选题是科学研究的起始步骤，它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，决定科研成果的水平、价值和发展前途 因此，提出课题比解决课题更困难更关键14,科学问题与科研选题的联系和区别,1、科学问题和科研选题都需要探索研究，这是两者的共同之处，区别在于前者在不违背科学原则的前提下，凭着直觉和想象可以自由发问；而确定的研究课题，是从诸问题中遴选出来的付诸实践的问题，它要具体复杂得多 2、问题的提出是多方面的、发散式的，但课题的确定则是收敛式的思考问题 3、二者对科学工作者具有不同的责任感和使命要求15,(二)科研选题的一般步骤,1、搜集科技情报 这是科研选题的第一步对所要研究的问题的产生、现状和发展前景进行详尽的考察，从而充分了解前人的工作及其经验教训，以免重犯他人已指出的错误和重复他人已作过的工作，恰当的确定自己的研究起点例：DNA双螺旋结构模型的发现 2、课题设计 在搜集科技情报的基础上，对研究材料进行分析、比较，概括出需要研究的课题并提出选题报告课题设计的水平在很大程度上决定了研究成果的水平例：链霉素治疗肺结核 3、课题论证 这是选题过程的最后关键环节实际上就是对课题或方案进行可行性分析。
例：美国的登月计划 4、课题确定 这是一个综合评估的过程课题评估一般采用同行专家评议与管理部门决策相结合的方法16,(三)科研选题的基本原则,1、需要性原则 所选定的课题必须着眼于社会实践的需要获科学发展本身的需要例：杂交水稻 2、创造性原则 所选择的课题要有创新性，它应当是前人所没有解决或没有完全解决而预期能出新成果的科学问题例：非欧几何的诞生 3、科学性原则 课题要有一定的科学理论和科学事实为依据珠子模型” 4、可行性原则 又叫现实可能性原则指在选定科研课题时必须考虑完成课题的主观和客观条件 例：爱因斯坦的“统一场论”,17,第二节 科学事实的获取：观察和实验,观察和实验是获取科学事实的基本方法 1.科学观察 2.科学实验 3.观察实验中的重要认识论问题,18,在一定理论思维指导下，通过感官或借助科学仪器，在自然发生的条件下有目的、有计划地感知研究对象，以获取科学事实按观察的方式来分，有直接观察和间接观察 直接观察：凭借感官直接进行的观察 ①、优点：简单、直接、受客观条件限制少、可随地进行等 ②、局限性：感知范围极有限；精度低；观察速度受限：高速或低速变化人无法感知；感官错觉 间接观察：引入仪器,1.科学观察,科学观察,,19,⑴获取科学事实的一种重要手段：为科学假说的提出和科学理论的形成提供第一手原始材料；为验证科学假说和理论提供事实根据。
1）科学观察在科学研究中具有重要作用,⑵可导致新的技术发明20,2）科学观察应坚持的基本原则,(1)坚持科学观察的客观性原则 排除先人之见的干扰 排除假象和错觉造成的干扰例：温差错觉 (2)坚持科学观察的全面性原则 避免和克服片面性 做到观察的系统性 注意观察的条件性 (3)坚持科学观察的典型性原则 例：摩尔根的贡献,21,无论是直接观察还是间接观察，本质上都是自然观察①由于自然观察是在不改变对象的自然状态下进行的观察，这就使得观察对象的许多重要的、隐蔽的、内在的属性无法显示到科学仪器上或者直接呈现到人的感官面前，因而它们就不能为观察者所认识②自然观察只适合用于那些能够重复出现或变化不太急剧的现象和过程，而对于那些事过境迁、转瞬即逝或不能重复的自然现象和过程，则不能单纯使用它观察的这两个局限性，在实验中得到了克服 居维叶：“观察者听命于自然界，而实验者则质问自然界，并迫使自然界坦露她的奥秘”22,根据一定的科学研究目的、运用一定的物质手段、在人为控制或变革客观事物的条件下获得科学事实实验是在人为控制条件下观察客体的，因此比观察能获得更精确可靠的科学事实2.科学实验,科学实验,,23,⑴依据测量手段的不同，可将实验分为定性实验与定量实验。
⑵依据实验手段是否直接作用于实验对象，可将实验分为直接实验与模拟实验1）根据不同的标准可对实验作不同的分类：,⑶依据实验的直接目的的不同，可将实验分为探索性实验、验证性实验、析因实验、对照实验、判决性实验等24,⑶再现、加速或延缓、模拟研究对象及其变化过程⑵强化、激化研究对象，在极端条件下揭示对象的本质和规律2）科学实验在科学技术研究中的作用,⑴简化和纯化研究对象⑷一种经济可靠的认识和变革自然的方法25,科学实验的上述特点与作用，使它逐步发展成为一个相对独立的社会实践领域在其中，实验手段、实验装备同实验工作者及其所用的实验方法一样对科技的发展起着重大作用，它们的革新也有可能带来科学上的重大进步26,一种间接实验，即先设计出反映对象属性的模型，然后用实验手段作用于模型，通过模型实验了解原型（对象）的性质及其运动规律，包括物理模拟、数学模拟和功能模拟3）模拟实验方法,模拟实验,,27,在自然界中，许多不同质的系统在数学形式上具有相似性例如：磁路和电路 这种统一性为数学模拟提供了客观基础通过建立和研究客观对象的数学模型来揭示对象本质特征和变化规律数学模拟,以原型的数学形式相似为基础的模型（对研究对象的数量关系、逻辑关系和空间关系的模拟）。
最重要的思想模型28,从广义上说，一切数学概念、数学理论体系，各种数学公式以及由公式系列构成的算法系统等，都可称为数学模型 狭义的数学模型专指那些反映特定问题或特定事物系统的数学关系结构，具体表现为一组数学关系或一套具体的算法29,①抽取数量关系，用数学语言表述所要研究的问题，建立数学模型；,③对数学模型解做出解释和评价，形成对实际问题的判断或预见数学模拟的一般步骤：,②对数学模型求解；,,30,“数学实验”是在计算机上对系统的数学模型进行试验，以求得对原型的规律的科学认识的一种数学方法，也叫“计算机仿真”数学实验”——计算机仿真,,31,①建立描述系统行为的数学模型，将其简化为计算机能做数值运算的形式；,③对“数学实验”结果进行分析，它的有效性一般能通过对实际系统的试验得到验证数学实验”的主要步骤：,②设置初始条件，使模型在计算机上运转；,,32,数学实验较之模拟实验，可以在更为理想的条件下进行，在实验因素和条件的选择、控制以及对结果的检验、评估、验证等诸多方面都有明显优势，因而越来越多的实验正被数学实验所取代33,3.观察实验中的重要认识论问题,1）“理论渗透观察”问题,2）科学仪器的认识功能及其局限性问题,3）观察实验中的偶然性与机遇问题,,34,1）“理论渗透观察”问题,(一)古典经验主义的“纯观察说” (二)逻辑经验主义的“中性观察说” (三)历史主义的“观察渗透理论” (四)科学事实的发现有赖于科学理论背景的转换 ——一个重要的方法论思想,35,(一)古典经验主义的“纯观察说”,培根认为，观察是一种纯粹的感官反应活动，它不受任何理论因素的影响，在观察中也应该排除任何理论的影响，纯粹客观地进行观察。
培根在 《新工具》中认为，人类当务之急是清除扰乱人心的“四种偶像”，使“理智完全得到解放和刷新” “种族的偶像”（把人的本性加于自然事物，如目的论） “洞穴的偶像”（人所受教育、社会环境的影响及个人习性形成的偏见） “市场的偶像”（在交往中，语词流行的庸俗用法产生的歪曲） “剧场的偶像”（盲目信仰权威、教条、传统的哲学体系和方法） 其次是改善人们在科学研究中的手段，采用实验归纳法 自然的奥秘在实验中往往比在自。