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1、第三章：科学发现的基本方法第三章：科学发现的基本方法 第一节第一节: :演绎与归纳的辩证关系演绎与归纳的辩证关系一一 演绎法及其哲学背景演绎法及其哲学背景:由一组公理推导出一个知识体系由一组公理推导出一个知识体系 , ,或者由一或者由一般原理推出个别结论的方法般原理推出个别结论的方法. . 演绎的问题在于前提的正确性没法得到保演绎的问题在于前提的正确性没法得到保证证二二: :约定论约定论欧氏几何及其平行公设欧氏几何及其平行公设欧氏几何及其平行公设欧氏几何及其平行公设公设一：过不同两点可连一直线公设一：过不同两点可连一直线公设一：过不同两点可连一直线公设一：过不同两点可连一直线公设二：直线可无限
2、地延长公设二：直线可无限地延长公设二：直线可无限地延长公设二：直线可无限地延长公设三：以任意一点为中心和任一线段之长为半径可作公设三：以任意一点为中心和任一线段之长为半径可作公设三：以任意一点为中心和任一线段之长为半径可作公设三：以任意一点为中心和任一线段之长为半径可作一圆一圆一圆一圆公设四：所有直角均相等公设四：所有直角均相等公设四：所有直角均相等公设四：所有直角均相等公设五：一平面上两条直线被另一直线所截，若截线一公设五：一平面上两条直线被另一直线所截，若截线一公设五：一平面上两条直线被另一直线所截，若截线一公设五：一平面上两条直线被另一直线所截，若截线一侧的两内角和小于两个直角，则此二直
3、线必在这一侧侧的两内角和小于两个直角，则此二直线必在这一侧侧的两内角和小于两个直角，则此二直线必在这一侧侧的两内角和小于两个直角，则此二直线必在这一侧相交相交相交相交1795179517951795年的版本：过已知直线外一点有且只有一条直线平年的版本：过已知直线外一点有且只有一条直线平年的版本：过已知直线外一点有且只有一条直线平年的版本：过已知直线外一点有且只有一条直线平行于已知的直线行于已知的直线行于已知的直线行于已知的直线平行公设问题19世纪初，高斯（Gauss）、Bolyai和罗巴切夫斯(Lobachevski)证明了：l l平行公理是错的，不会引起任何混乱和矛盾平行公理是错的，不会引起
4、任何混乱和矛盾欧氏几何：平面黎曼几何：球面波利艾罗巴切夫斯基几何：伪球面（马鞍面）康德：先验感性形式彭加勒的约定论维特根斯坦的极端约定论归纳法及归纳问题归纳法及归纳问题 一一: :归纳法归纳法归纳法是从个别事实中概括出一般归纳法是从个别事实中概括出一般原理的一种思维方法。原理的一种思维方法。 穆勒的归纳五法穆勒的归纳五法 求同法求同法求异法求异法求同求异并用法求同求异并用法 共变法共变法乘余法乘余法 归纳主义方法论科学研究从观察开始观察事实为单称陈述通过对事实的归纳，人们发现定律和理论，它们表现为普遍陈述。从定理、定律、理论和先行条件的合取中演绎出预见，看能否被经验证实。观察观察 归纳归纳形成
5、假说形成假说检验检验归纳问题归纳问题（1 1 1 1）归纳推理不能得到演绎主义的辩护。因为在）归纳推理不能得到演绎主义的辩护。因为在）归纳推理不能得到演绎主义的辩护。因为在）归纳推理不能得到演绎主义的辩护。因为在归纳推理中，存在着两个逻辑的跳跃：一是从实归纳推理中，存在着两个逻辑的跳跃：一是从实归纳推理中，存在着两个逻辑的跳跃：一是从实归纳推理中，存在着两个逻辑的跳跃：一是从实际观察到的有限事例跳到了涉及潜无穷对象的全际观察到的有限事例跳到了涉及潜无穷对象的全际观察到的有限事例跳到了涉及潜无穷对象的全际观察到的有限事例跳到了涉及潜无穷对象的全称结论；二是从过去、现在的经验跳到了对未来称结论；二
6、是从过去、现在的经验跳到了对未来称结论；二是从过去、现在的经验跳到了对未来称结论；二是从过去、现在的经验跳到了对未来的预测。而这两者都没有演绎逻辑的保证，因为的预测。而这两者都没有演绎逻辑的保证，因为的预测。而这两者都没有演绎逻辑的保证，因为的预测。而这两者都没有演绎逻辑的保证，因为适用于有限的不一定适用于无限，并且将来可能适用于有限的不一定适用于无限，并且将来可能适用于有限的不一定适用于无限，并且将来可能适用于有限的不一定适用于无限，并且将来可能与过去和现在不同。与过去和现在不同。与过去和现在不同。与过去和现在不同。（2 2 2 2）归纳推理的有效性也不能归纳地证明，例如）归纳推理的有效性也
7、不能归纳地证明，例如）归纳推理的有效性也不能归纳地证明，例如）归纳推理的有效性也不能归纳地证明，例如根据归纳法在实践中的成功去证明归纳，这就要根据归纳法在实践中的成功去证明归纳，这就要根据归纳法在实践中的成功去证明归纳，这就要根据归纳法在实践中的成功去证明归纳，这就要用到归纳推理，因此导致无穷倒退或循环论证。用到归纳推理，因此导致无穷倒退或循环论证。用到归纳推理，因此导致无穷倒退或循环论证。用到归纳推理，因此导致无穷倒退或循环论证。（3 3 3 3）归纳推理要以自然齐一律和普遍因果律为基）归纳推理要以自然齐一律和普遍因果律为基）归纳推理要以自然齐一律和普遍因果律为基）归纳推理要以自然齐一律和普
8、遍因果律为基础，而这两者并不具有客观真理性。础，而这两者并不具有客观真理性。础，而这两者并不具有客观真理性。础，而这两者并不具有客观真理性。 波普尔对归纳法的批判波普尔对归纳法的批判反归纳法归纳法是过去推知未来的反归纳法归纳法是过去推知未来的方法方法 休谟的解决经验的重复产生心理的休谟的解决经验的重复产生心理的 信念信念波普尔心理的信念（预期）产生经波普尔心理的信念（预期）产生经验的重复感验的重复感 如如19191919年爱丁顿对日食的观察，虽年爱丁顿对日食的观察，虽然只有一次，却证明了广义相对论的然只有一次，却证明了广义相对论的普遍性和必然性。普遍性和必然性。归纳和演绎的辩证关系归纳和演绎的
9、辩证关系归纳是演绎的基础，归纳获得的结论可以成为演归纳是演绎的基础，归纳获得的结论可以成为演归纳是演绎的基础，归纳获得的结论可以成为演归纳是演绎的基础，归纳获得的结论可以成为演绎的前提；绎的前提；绎的前提；绎的前提；演绎是归纳的指导，演绎得出的结论可以成为进演绎是归纳的指导，演绎得出的结论可以成为进演绎是归纳的指导，演绎得出的结论可以成为进演绎是归纳的指导，演绎得出的结论可以成为进一步归纳的事实来源。一步归纳的事实来源。一步归纳的事实来源。一步归纳的事实来源。 恩格斯：恩格斯：恩格斯：恩格斯：“ “归纳和演绎，正如分析和综合一样，归纳和演绎，正如分析和综合一样，归纳和演绎，正如分析和综合一样，
10、归纳和演绎，正如分析和综合一样，是必然相互依赖着的。人们不应当牺牲一个而把是必然相互依赖着的。人们不应当牺牲一个而把是必然相互依赖着的。人们不应当牺牲一个而把是必然相互依赖着的。人们不应当牺牲一个而把另一个捧到天上去，应当设法把每一个都用到该另一个捧到天上去，应当设法把每一个都用到该另一个捧到天上去，应当设法把每一个都用到该另一个捧到天上去，应当设法把每一个都用到该用的地方，而人们要能够做到这一点，就只有注用的地方，而人们要能够做到这一点，就只有注用的地方，而人们要能够做到这一点，就只有注用的地方，而人们要能够做到这一点，就只有注意它们的相互联系、它们的相互补充。意它们的相互联系、它们的相互补
11、充。意它们的相互联系、它们的相互补充。意它们的相互联系、它们的相互补充。” ” 第二节：科学技术研究的创新思维方法第二节：科学技术研究的创新思维方法 理论是大胆的猜测 科学理论等同于假设，“理论先于观察”先有理论，后有观察。科学研究开始于问题科学研究开始于问题 科学问题的来源：A:原有的科学理论与新的科学事实的矛盾。B:科学理论内部的矛盾。C:科学理论之间的矛盾。 波普尔的科学发展模式波普尔的科学发展模式 科学从问题开始，促使科学家思考。科学从问题开始，促使科学家思考。针对问题，科学家进行各种大胆的猜测，针对问题，科学家进行各种大胆的猜测，即假设和理论即假设和理论各种理论之间激烈竞争，相互批评
12、，并接各种理论之间激烈竞争，相互批评，并接受观察和实验的严格检验，在检验中消除受观察和实验的严格检验，在检验中消除谬误，并筛选出逼真度较高的理论。谬误，并筛选出逼真度较高的理论。新理论被科学技术的进一步发展所证伪，新理论被科学技术的进一步发展所证伪，又出现新的问题。又出现新的问题。原子结构的探索过程原子结构的探索过程 葡萄干蛋糕模型葡萄干蛋糕模型葡萄干蛋糕模型葡萄干蛋糕模型: : : : 汤姆逊提出的这个模型，电子分布在球体中很汤姆逊提出的这个模型，电子分布在球体中很汤姆逊提出的这个模型，电子分布在球体中很汤姆逊提出的这个模型，电子分布在球体中很有点像葡萄干点缀在一块蛋糕里，很多人把汤姆有点像
13、葡萄干点缀在一块蛋糕里，很多人把汤姆有点像葡萄干点缀在一块蛋糕里，很多人把汤姆有点像葡萄干点缀在一块蛋糕里，很多人把汤姆逊的原子模型称为逊的原子模型称为逊的原子模型称为逊的原子模型称为“葡萄干蛋糕模型葡萄干蛋糕模型葡萄干蛋糕模型葡萄干蛋糕模型”。它不仅。它不仅。它不仅。它不仅能解释原子为什么是电中性的，电子在原子里是能解释原子为什么是电中性的，电子在原子里是能解释原子为什么是电中性的，电子在原子里是能解释原子为什么是电中性的，电子在原子里是怎样分布的，而且还能解释阴极射线现象和金属怎样分布的，而且还能解释阴极射线现象和金属怎样分布的，而且还能解释阴极射线现象和金属怎样分布的，而且还能解释阴极射
14、线现象和金属在紫外线的照射下能发出电子的现象。而且根据在紫外线的照射下能发出电子的现象。而且根据在紫外线的照射下能发出电子的现象。而且根据在紫外线的照射下能发出电子的现象。而且根据这个模型还能估算出原子的大小约这个模型还能估算出原子的大小约这个模型还能估算出原子的大小约这个模型还能估算出原子的大小约10-810-810-810-8厘米，这厘米，这厘米，这厘米，这是件了不起的事情，正由于汤姆逊模型能解释当是件了不起的事情，正由于汤姆逊模型能解释当是件了不起的事情，正由于汤姆逊模型能解释当是件了不起的事情，正由于汤姆逊模型能解释当时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家时很多的实验事实，所以很容
15、易被许多物理学家时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家时很多的实验事实，所以很容易被许多物理学家所接受。所接受。所接受。所接受。太阳系模型太阳系模型有核原子模型有核原子模型 英国物理学家欧内斯特英国物理学家欧内斯特卢瑟福卢瑟福 粒子散射实验粒子散射实验小太阳模型小太阳模型玻尔的量子模型玻尔的量子模型 提出了电子在核外的量子化提出了电子在核外的量子化轨道，解决了原子结构的稳轨道，解决了原子结构的稳定性问题，描绘出了完整而定性问题，描绘出了完整而令人信服的原子结构学说。令人信服的原子结构学说。 大胆尝试，严格检验大胆尝试，严格检验 P1 TT EE P2 P1问题 TT 一种理论 EE 通过批
16、评和检验以清除错误 P2 新的问题一、回溯推理方法一、回溯推理方法 观察到了令人惊异的事实观察到了令人惊异的事实B B；如果如果A A是真的，是真的，B B理所当然是真的；理所当然是真的；因此，有理由猜想因此，有理由猜想A A是真的。是真的。 二、类比二、类比 所谓类比，是根据两个所谓类比，是根据两个( (或两类或两类) )对象之间对象之间在某些方面的相似或相同，而推断它们在在某些方面的相似或相同，而推断它们在其他方面也可能相似或同一的一种方法。其他方面也可能相似或同一的一种方法。 A A有有a a、b b、c c、d d B B有有aa、bb、cc 则则B B可能有可能有d d 三、科学隐喻
17、三、科学隐喻隐喻，源自希腊词隐喻，源自希腊词metaphorametaphora，意，意指指“转换转换”、“变化变化”，它是一种，它是一种修辞格或文字组合法，用于指某种修辞格或文字组合法，用于指某种与其字面意思不符的表达式。与其字面意思不符的表达式。 “ “婴儿是朵花婴儿是朵花” 著名物理学家海森堡指出著名物理学家海森堡指出:“:“我们我们不得不在无法清楚地表达我们的思不得不在无法清楚地表达我们的思想的隐喻和比喻中来说话，我们不想的隐喻和比喻中来说话，我们不能逃避偶然的矛盾，然而隐喻却可能逃避偶然的矛盾，然而隐喻却可以帮助我们对客观现实进行较切进以帮助我们对客观现实进行较切进的描述。的描述。”
18、 四、科学直觉四、科学直觉 直觉思维一般具有如下特性直觉思维一般具有如下特性： 表现的突发性表现的突发性 结构的跳跃性结构的跳跃性 结论的或然性结论的或然性 古今之成大事业、大学问者，必经过三古今之成大事业、大学问者，必经过三种之境界：种之境界：“昨夜西风凋碧树。独上高楼，昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯路望尽天涯路”，此第一境也。，此第一境也。“衣带渐宽衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴终不悔，为伊消得人憔悴”，此第二境也。，此第二境也。“众里寻他千百度，回头蓦见，那人正在众里寻他千百度，回头蓦见，那人正在灯火阑珊处灯火阑珊处”，此第三境也。，此第三境也。 第三节：科学技术活动的方法一、观察、
19、实验与理论的关系观察和实验的理论负荷观察和实验的理论负荷 1、知识的先天说、知识的先天说 苏格拉底、柏拉图苏格拉底、柏拉图2、纯观察说、纯观察说英国经验主义哲学家：洛克、英国经验主义哲学家：洛克、休谟、培根、穆勒、罗素等休谟、培根、穆勒、罗素等理论负荷说理论负荷说观察渗透理论观察渗透理论保证观察的客观性的方法保证观察的客观性的方法1、要求观察结果可以重现2、要消除可能影响观察客观性的各种主观因素3、观察中尽量使用先进的仪器设备和观察技术二、科学仪器的作用 引子引子问：你今天上午在干什么？问：你今天上午在干什么？答：我今天上午在上课。答：我今天上午在上课。技术中介下的认识论技术中介下的认识论康德
20、的认识论模式康德的认识论模式1 1、感性层面上的讨论、感性层面上的讨论直接对话交谈直接对话交谈打电话交谈打电话交谈Vs通过电视看汶川地震亲自现场观察地震Vs人对感性的认知体验与对感性人对感性的认知体验与对感性观察结果信念的产生巨大分离观察结果信念的产生巨大分离结论一：结论一：2 2、知性层面上的讨论、知性层面上的讨论太阳晒太阳晒+石头热石头热因为太阳晒所以石头热因为太阳晒所以石头热没有工具的时候由人作出的判断：没有工具的时候由人作出的判断：由工具直接作出的判断：由工具直接作出的判断：1、计算器计算直接告诉你一个正确结果、计算器计算直接告诉你一个正确结果2、化学中的光谱仪直接正确地告诉你物质的化
21、学组、化学中的光谱仪直接正确地告诉你物质的化学组成成3、有经验的媒婆直接正确地告诉你该嫁娶的对象、有经验的媒婆直接正确地告诉你该嫁娶的对象一种新的人才培养方式：一种新的人才培养方式：T 字型人才字型人才结论二：结论二：知识的判断过程完全走向工知识的判断过程完全走向工具的外化阅读之上具的外化阅读之上3 3、理性层面上的讨论、理性层面上的讨论古典科学体系的形成受某种理性调节原则的调节作用古典科学体系的形成受某种理性调节原则的调节作用实例：实例：光的反射定律光的反射定律自主技术意味着技术最终依自主技术意味着技术最终依赖于自己，它制定自己的路赖于自己，它制定自己的路径，它是首要的而不是第二径，它是首要的而不是第二位的因素，它必需被当作有位的因素，它必需被当作有机体，倾向于封闭和自我决机体，倾向于封闭和自我决定：它本身就是目的。定：它本身就是目的。 埃吕尔自然合目的性的先天调节原则因科学的技自然合目的性的先天调节原则因科学的技术基础的复杂化而转化为技术本身的目的术基础的复杂化而转化为技术本身的目的性性结论三：结论三：
