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1、第五章第五章 科学认识的形成科学认识的形成 科学认识是一个过程。其大致程序为：问题选题获取科学事实整理加工提出假说检验修正建立理论体系。 本章讨论科学问题的提出及与科学事实、科学定律、科学假说和科学理论的形成有关的方法论问题。 第一节 科学问题的确立 n n一、科学问题是科学研究的起点n n1、科学研究起点之争n n科学认识的起点是什么？对此，人们曾有过不同的看法。n n传统归纳主义的科学方法论认为，科学认识是从观察和收集材料开始的，即科学始于观察。通过观察，获取大量事实，然后进行归纳，最后得出定律，形成理论。n n西方科学哲学家波普尔则明确指出：科学始于问题而不是始于观察。n n人们在实践的
2、基础上人们在实践的基础上 ，不断地提出问题和解决问题，不断地提出问题和解决问题，也就使科学认识不断地发展。如果没有科学问题，科也就使科学认识不断地发展。如果没有科学问题，科学也就停滞不前了。所以爱因斯坦说：学也就停滞不前了。所以爱因斯坦说：“ “提出一个问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，确需题，新的可能性，从新的角度去看待旧的问题，确需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正革命。要有创造性的
3、想象力，而且标志着科学的真正革命。” ”（1 1）n n“ “科学认识从问题开始科学认识从问题开始” ”与与“ “认识来源于实践认识来源于实践” ”并不并不矛盾，它们实质上是统一的。因为问题也是在实践的矛盾，它们实质上是统一的。因为问题也是在实践的基础上提出来的。但是，前者突出了实践过程中产生基础上提出来的。但是，前者突出了实践过程中产生问题的重要环节，更清楚、深刻地表明了科学认识从问题的重要环节，更清楚、深刻地表明了科学认识从一开始就是能动的、创造性思维活动。一开始就是能动的、创造性思维活动。n n（1 1） 爱因斯坦、英费尔德：爱因斯坦、英费尔德：物理学的进化物理学的进化，第，第1 1版，
4、第版，第6666页，上海，上海科学出版社，页，上海，上海科学出版社，19621962。2、什么是科学问题n n问题即对未知的疑问，其实质是人们思维中的矛盾，问题即对未知的疑问，其实质是人们思维中的矛盾，也常被称为也常被称为“ “疑难疑难” ”、“ “困惑困惑” ”。 n n问题可分为一般问题和科学问题。问题可分为一般问题和科学问题。n n科学问题是指科学认识过程中需要回答而在当时的科学问题是指科学认识过程中需要回答而在当时的知识背景下未能解决但又有可能解决的矛盾。知识背景下未能解决但又有可能解决的矛盾。n n背景知识：已有的科学事实、理论、思维方式的总背景知识：已有的科学事实、理论、思维方式的
5、总和。和。n n要提出科学问题，需要掌握大量的背景知识，善于要提出科学问题，需要掌握大量的背景知识，善于分析背景知识，脱离当时的科学认识和科学实践水分析背景知识，脱离当时的科学认识和科学实践水平，可能会提出一些常识问题甚至是无知问题，那平，可能会提出一些常识问题甚至是无知问题，那些不能称为科学问题。些不能称为科学问题。n n在不同的知识背景下，科学问题的意义及解决问题的途径都是不同的。知识背景愈深刻，问题层次愈深化。正如恩格斯所说：“我们只能在我们时代的条件下进行认识，而且这些条件达到什么程度，我们便认识到什么程度。”（1）而随着层次不断深化的科学问题的不断解决，人们的科学认识从事物的现象逐步
6、深入到本质，并不断深入到更深的本质。n n（1） 马克思恩格斯选集，第3卷，78页。n n科学问题依据对背景知识的不同分析，可以分为常规问题和反常问题、事实问题和理论问题等。n n常规问题：是在维持背景知识中相关理论框架的前提下提出的有待解决的疑难，这种疑难的解决将使已知的理论更加充实、完善和系统化。n n反常问题：是在拒斥已知理论框架的前提下提出的有待解决的疑难。这些疑难的解决意味着一场科学理论的革命。n n事实问题：是由事实引出的问题。n n理论问题：是由理论引出的问题。3 3、科学问题的转换、科学问题的转换n n同一问题可有不同的提法，或者说同一问题可设不同的求解应答域：即求解范围和方法
7、。有时如果能从一个新的视角对问题变换一下提法，改变应答域，则有可能使人茅塞顿开。问题的恰当变换常常能开辟新的研究领域，引发新的思路。许多在已有的视野中看不到的联系和想法，在新的视野中一下子变得明朗、清晰起来，即使以前已经认识到的内容也仿佛有了崭新的意义。n n问题的转换可以有多种不同的角度，而在科学方法论问题的转换可以有多种不同的角度，而在科学方法论中，常规问题与反常问题之间的转换，事实问题与理中，常规问题与反常问题之间的转换，事实问题与理论问题之间的转换，常常具有重要的意义。比如，论问题之间的转换，常常具有重要的意义。比如，“ “以太漂移以太漂移” ”问题，在洛仑兹那里是被当作常规问题考问题
8、，在洛仑兹那里是被当作常规问题考虑的，所以终究未能跳出经典理论的制约。而在爱因虑的，所以终究未能跳出经典理论的制约。而在爱因斯坦那里，一旦被当作反常问题考虑，狭义相对论就斯坦那里，一旦被当作反常问题考虑，狭义相对论就应运而生了。再比如，在考夫曼的实验中应运而生了。再比如，在考夫曼的实验中“ “高速电子高速电子质量为什么不变质量为什么不变” ”的问题，在彭加勒那里是被当作理的问题，在彭加勒那里是被当作理论问题对待的，由此他怀疑相对论的正确性。但在爱论问题对待的，由此他怀疑相对论的正确性。但在爱因斯坦那里，则被看作事实问题，果然其他人后来的因斯坦那里，则被看作事实问题，果然其他人后来的实验揭示出考
9、夫曼的实验装置有毛病。实验揭示出考夫曼的实验装置有毛病。n n从变换思路方面来考察，问题转换可以是逆向转换、互补转换、发散转换和立体转换等。n n逆向转换：是将问题从否定的角度提出来。n n互补转换：是将问题的两个对立方面统一地提出来。发散转换：是将问题的提法拓展开去，多角度的发问。n n立体转换：是将问题的平面思考与立体思考结合起来。二、科学问题的主要来源n n1、为寻求事实之间的联系提出问题n n2、从理论与事实之间的矛盾中发现问题n n3、从某一个理论内部的矛盾中发现问题n n4、从不同理论之间的分歧中发现问题n n5、从社会需求与已有生产技术手段的差距上发现问题n n此外，还有其它一些
10、途径。n n 三、科学问题的选择三、科学问题的选择 n n1 1、选题的重要意义、选题的重要意义n n人们可能提出很多问题，但不可能同时都进行研究，人们可能提出很多问题，但不可能同时都进行研究，因而在科学研究中有一个选题问题。所谓因而在科学研究中有一个选题问题。所谓“ “选题选题” ”，简单说，就是选定一个科学问题来进行研究。通常所简单说，就是选定一个科学问题来进行研究。通常所说的说的“ “研究课题研究课题” ”就是为了达到一定目标所需要解决就是为了达到一定目标所需要解决的一个或一系列相关科学问题。科研选题得当在研究的一个或一系列相关科学问题。科研选题得当在研究工作中十分重要，它关系到科研的目
11、标、方法、水平工作中十分重要，它关系到科研的目标、方法、水平和价值。科学学奠基人贝尔纳曾着重指出：和价值。科学学奠基人贝尔纳曾着重指出：“ “课题的课题的形成和选择，无论作为外部的经济要求，抑或作为科形成和选择，无论作为外部的经济要求，抑或作为科学本身的要求，都是研究工作中最复杂的一个阶段，学本身的要求，都是研究工作中最复杂的一个阶段，一般来说，提出课题比解决课题更困难，一般来说，提出课题比解决课题更困难，所以评所以评价和选择课题，便成了研究战略的起点。价和选择课题，便成了研究战略的起点。” ”2、选题的基本原则n n当然，选题是在发现科学问题之后进行的，要以对科学问题比较全面、深入的认识和理
12、解为前提。但是，选题只考虑这样的内容还是不够的。为了更好地选定科学问题，应当遵循一些基本原则。一般来说，可以概括如下：n n创新性原则。选题应着眼于前人没有解决或没有完全解决的问题，也就是真正有新意的科学问题，而不是“无知问题”。科学研究中重复劳动是没有意义的。n n科学性原则。选题一定要有相关的科学事实和科学理论作为依据。不要轻率地把与已经得到实践检验的科学理论相违背的课题作为研究对象，比如“永动机”之类的。也不要把毫无科学事实根据的“伪问题”作为选择对象。n n可行性原则。选题应根据主观条件和客观条件来确定，。n n社会需求原则。所选问题应是符合社会需要和科学发展需要。原因：1、与科学发展
13、目的相符合。2、能更好地获得社会支持。n n总之，都是为了更好研究，能取得成果，而不是空忙一阵。第二节第二节 科学事实的获取科学事实的获取 n n主要通过观察和实验两种途径：n n一、科学观察的特点与功能n n科学观察是人们有目的、有计划地利用自己的感官认识和描述各种自然现象，获取科学事实的方法。它与一般感知活动不同，是从一定的问题出发有目的、有计划的感知对象。它与理论思维方法也不同，它不是通过演绎、类比等抽象过程，而是依赖感官以及观测仪器直接认识外部世界，记录和报道事实。n n科学观察在科学认识过程中，提供了描述经验事实的原始材料，科学观察在科学认识过程中，提供了描述经验事实的原始材料，提供
14、了第一手资料，为科学研究奠定了经验基础。著名生理学提供了第一手资料，为科学研究奠定了经验基础。著名生理学家巴甫洛夫曾强调指出：家巴甫洛夫曾强调指出：“ “不管鸟的翅膀怎样完善，它任何时不管鸟的翅膀怎样完善，它任何时候也不可能不依赖空气飞向高空。事实，就是科学家的空气，候也不可能不依赖空气飞向高空。事实，就是科学家的空气，没有它你任何时候也不能飞腾起来，没有它，你的没有它你任何时候也不能飞腾起来，没有它，你的 理论理论 就就是枉费苦心。是枉费苦心。” ”（1 1）科学认识活动所以离不开科学观察，就）科学认识活动所以离不开科学观察，就是因为确认任何一件事实都离不开科学观察，这是无论任何理是因为确认
15、任何一件事实都离不开科学观察，这是无论任何理论思维方法都不能忽视的基本要素。这就不难理解，为什么爱论思维方法都不能忽视的基本要素。这就不难理解，为什么爱因斯坦会说：因斯坦会说：“ “理论所以能够成立，其根据就在于它同大量的理论所以能够成立，其根据就在于它同大量的单个观察关联着，而理论的单个观察关联着，而理论的 真理性真理性 也正在此。也正在此。” ”（2 2）尽）尽管在现代科学的发展中，表现出理论愈来愈远离经验的趋势，管在现代科学的发展中，表现出理论愈来愈远离经验的趋势，但是追根溯源，理论最终还是要与事实相联系。但是追根溯源，理论最终还是要与事实相联系。 （1 1） 巴甫洛夫选集巴甫洛夫选集，
16、第，第1 1版，第版，第113113页，北京，科学出页，北京，科学出版社，版社，19551955。n n（2 2） 爱因斯坦文集爱因斯坦文集第第1 1卷，第卷，第1 1版，商务印书馆，版，商务印书馆，19761976。观察的两大类型观察的两大类型n n科学观察按照是否使用观测仪器可分为直接观察和间接观察。科学观察按照是否使用观测仪器可分为直接观察和间接观察。直接观察是人们凭借自身感官直接认识客体的方法，是观察直接观察是人们凭借自身感官直接认识客体的方法，是观察者与观察对象两者之间的相互作用。直接观察直观、生动，者与观察对象两者之间的相互作用。直接观察直观、生动，但有很多局限性。人们为了克服自身
17、感官能力的生理局限，但有很多局限性。人们为了克服自身感官能力的生理局限，就在观察者与观察对象之间引进了中介物（观测仪器），从就在观察者与观察对象之间引进了中介物（观测仪器），从而构成了观察者、观测仪器和观察对象三者之间的关系，间而构成了观察者、观测仪器和观察对象三者之间的关系，间接观察成为接观察成为“ “主体主体仪器仪器客体客体” ”之间相互作用的结果。之间相互作用的结果。n n间接观察能够使观察对象不断扩充，日益向自然界的广度与间接观察能够使观察对象不断扩充，日益向自然界的广度与深度延伸；使观察更加精细、准确；越来越能克服人体感官深度延伸；使观察更加精细、准确；越来越能克服人体感官观察速度的
18、局限。随着科学与技术的不断发展，观测仪器不观察速度的局限。随着科学与技术的不断发展，观测仪器不断改进更新，人们的观察能力不断提高。在这个意义上说，断改进更新，人们的观察能力不断提高。在这个意义上说，每个时代的科学水平又与观测仪器的水平密切相关。每个时代的科学水平又与观测仪器的水平密切相关。n n值得指出的是，电子计算机在科学观察过程中的应用，引起值得指出的是，电子计算机在科学观察过程中的应用，引起了观察方法的又一次重大变革。虽然它本身不是观测仪器，了观察方法的又一次重大变革。虽然它本身不是观测仪器，但是它与现代观测仪器相结合，更加突破了传统观察的局限，但是它与现代观测仪器相结合，更加突破了传统
19、观察的局限，使遥感观测、使遥感观测、“ “无主体观测无主体观测” ”等成为可能。等成为可能。n n观察有可能出错，原因：n n1、主观因素的影响n n2、客观事物有真象和假象之分，假象掩盖真象就会使观察发生错误。n n3、生理局限所致。人有感觉阈限，甚至会产生错觉。为使观察更客观，获得更可靠的科学事实，应注意客观观察、全面观察、反复观察、系统观察、典型观察。二、科学实验的特点和功能n n科学实验是人们变革、控制对象获取科学事实的方法。n n与观察相比，实验的特点：n n1、能更好地发挥人的主观能动性n n2、能更有效地认识对象：a、简化纯化对象。b、强化对象。c、使对象属性及变化重复出现。e、
20、模拟对象。n n实验有许多类型，这里主要介绍模拟实验：n n在科学研究中，由于受到各种客观条件的限制，人们不能运用实验手段直接作用于对象自身（原型），于是就要找到或设计一个与原型相似的替代物（模型），通过模型来间接认识原型。这种对模型的实验就称之为模拟实验，它是通过模型来认识原型的。对象（原型）对象（原型）模型模型相似性简化性实物模型数学模型计算机仿真模型思想模型物理模型化学模型生物模型功能模型分析实验认识三、观察实验中重要的认识论问题1、观察与理论的关系 传统观点认为，理论依赖于观察，而观察却独立于理论，不受理论的制约。为了使观察更为客观，观察时应排除任何先入之见，用空空的头脑进行中性观察，
21、避免观察受到理论污染。 波普尔、汉森、库恩等人则持不同观点，明确提出了“观察渗透理论”其理由是： 观察什么要受理论的影响 如何观察要受理论的影响 观察到什么（观察结果）要受理论的影响观察到什么（观察结果）要受理论的影响 观察结果需用一定的陈述判断表现出来，而陈述判断也观察结果需用一定的陈述判断表现出来，而陈述判断也要受理论的影响要受理论的影响 深入的研究表明，后者的见解是合理的。深入的研究表明，后者的见解是合理的。 2、微观领域中仪器的干扰问题观察者观察仪器观察对象相互作用宏观领域：忽略不计微观领域：不可忽略由此引起的是：观测结果是对象本身，还是作用后的信息。3、观察实验中的偶然性n n观察和
22、实验是一种有目的、有计划的探索自然界奥秘观察和实验是一种有目的、有计划的探索自然界奥秘的实践活动，由于受研究者理论的指导，因此在通常的实践活动，由于受研究者理论的指导，因此在通常情况下，观察实验结果是可以预料的，然而，有时在情况下，观察实验结果是可以预料的，然而，有时在观察和实验过程中会出现一些意想不到的新现象，从观察和实验过程中会出现一些意想不到的新现象，从而导致科学上的重大发现和突破。这种由于偶然事件而导致科学上的重大发现和突破。这种由于偶然事件而导致科学上重大发现和突破的现象称之为机遇。而导致科学上重大发现和突破的现象称之为机遇。n n在科学活动中机遇是经常出现的。它有极其深刻的客在科学
23、活动中机遇是经常出现的。它有极其深刻的客观原因和认识论原因。观原因和认识论原因。n n客观原因在于自然界中任何现象的出现既不是纯粹地客观原因在于自然界中任何现象的出现既不是纯粹地由必然性主宰、也不是纯粹地由偶然性支配，而是必由必然性主宰、也不是纯粹地由偶然性支配，而是必然性和偶然性相互作用的结果。然性和偶然性相互作用的结果。n n认识论原因在于科学研究的目的性、探索性与自然现认识论原因在于科学研究的目的性、探索性与自然现象的错综复杂性之间的矛盾。象的错综复杂性之间的矛盾。n n科学史上，由于机遇导致重大科学发现有很多事例。但值得深思的是，机遇的出现对任何人都“一视同仁”，但有些人在机遇一出现就
24、能紧紧抓住，而有些人却熟视无睹。科学家对机遇采取什么态度，在很大程度上取决于他对偶然性和必然性的理解。如果他认为观察实验中的意外现象仅仅是一种纯粹的偶然，那么他就会视而不见；如果他能意识到这种偶然现象背后可能隐藏着某种必然性，那么他就会紧抓不放。此外还与研究者的知识水平、知识结构、判断能力、开放思路、好奇善疑的探索精神等有关。第三节 科学假说的形成1、建立科学假说的基本原则 对应原则 ：这是对假说与已有科学理论关系的限定。这是对假说与已有科学理论关系的限定。 新假说原有理论（经实验检验被证明是正确的）对应支持注意：a、如不对应，应检验修改假说b、越来越多事实支持假说可能是对原有理论的突破但仍应
25、包含原有理论并作为特例n n可解释性原则。这是对假说与已有科学事实关系的限定。n n假说已知所有事实解释注意：a：如果不能解释所有事实，应检查、修改、甚至抛弃假说。b：核实事实是否正确。n n可预测性原则。这是对假说与未知科学事实关系的限定。n n假说新事实预见二、经验定律型假说的形成n n经验定律型假说的涵义：经验定律型假说的涵义：n n是对经验知识描述概括而形成的假说。如摩擦生热定是对经验知识描述概括而形成的假说。如摩擦生热定律、能量守恒定律、自由落体定律。这类假说描述的律、能量守恒定律、自由落体定律。这类假说描述的是事物表面看得见的运动规律，揭示了现象之间某种是事物表面看得见的运动规律，
26、揭示了现象之间某种联系的普遍性，说明了某类现象的共同特征，但并不联系的普遍性，说明了某类现象的共同特征，但并不能理解这种普遍性的原因。能理解这种普遍性的原因。n n其特点：其特点：n n采用描述性的词语，包含直接可观察或测量的经验采用描述性的词语，包含直接可观察或测量的经验内容，能被直接检验。内容，能被直接检验。n n相对稳定。相对稳定。n n类型：n n性质描述型：是对某类现象共同性质和特征的普遍化描述。n n关系描述型：是对两类现象或若干类现象之间因果关系的普遍化描述。n n经验定律型假说是由特定的、较小范围的认识，扩展到普遍的、较大范围的认识，因而这类假说主要是通过概括、归纳形成的。三、原理定律型假说的形成n n原理定律型假说的涵义：n n是对经验定律进行解释而形成的假说。揭示了事物现象的本质、联系及发展规律，是对自然现象背后原因的猜测。如人们发现生物繁殖后代都是种瓜得瓜、种豆得豆，为解释这一常见的自然现象，孟德尔、摩尔根等提出了“遗传基因”假说。n n其特点：n n采用的是非描述性的语词，远离经验，不包含直接可观察或测量的经验内容，不能被直接检验。n n变动性大。n n原理定律型假说主要是通过猜测、想象而形成的，但并不是凭空臆造、胡思乱想。而是在已有的科学基础上的创造，需要对背景知识非常熟悉，有深入的分析。
